ОСНОВНІ ВИЗНАЧЕННЯ І ЗАКОНИ ТЕОРІЇ

ОСНОВНІ ВИЗНАЧЕННЯ І ЗАКОНИ ТЕОРІЇ ЕЛЕКТРИЧНИХ КІЛ Поняття електричного кола та його моделі. Основні електричні величини. Напрями відліку напруги та струму. Основні елементи електричного кола. Схеми електричних кіл. Основні топологічні поняття. Основні закони електричних кіл. Режими роботи електричних кіл.

Поняття електричного кола Електричне коло – це реальний фізичний об ’ єкт, що складається з сукупності з’єднаних між собою джерел, споживачів і перетворювачів електричної енергії. Електричне коло – це реальний фізичний об ’ єкт, що складається з сукупності з ’ єднаних між собою компонентів призначене для генерування, перетворення, передавання та приймання електричних сигналів як матеріальних носіїв інформації. 2

Класифікаційні ознаки та типи електричних кіл Особливості та істотні сторони математичних моделей: стаціонарні та нестаціонарні ; лінійні та нелінійні; детерміновані та випадкові. Співвідношення між розмірами електричного кола та значенням довжини хвилі, що відповідає максимальній робочій частоті в спектрі оброблюваного сигналу: із зосередженими та розподіленими параметрами. Форма відображення характеру розвитку сигналів у часі та просторі: аналогові, дискретні та цифрові. 3

Основні електричні величини Електричний заряд (q) Струм (i) Напруга (u) Електричний потенціал (v) Потужність (p) Енергія (w) 4

Електр ичний струм – це фізичне явище спрямованого переміщення електричних зарядів у газах, рідинах, твердих тілах, вакуумі тощо: 5

Електрична напруга визначається кількістю електричної енергії, що витрачається на переміщення одиниці позитивного заряду з однієї точки в іншу незалежно від конфігурації шляху: 6

Потенціальна енергія – це енергія, яку витрачає заряд у процесі переміщення із певної точки в точку з нульовим потенціалом незалежно від конфігурації шляху переміщення заряду: 7

Потенціал v певної точки електричного кола – це величина, яку визначають відношенням потенціальної енергії w до заряду q, зосередженого у цій точці: 8

Напрями відліку електричних напруги та струму Напрями відліку напруги та струму вибирають на схемах електричних кіл для однозначного тлумачення знака цих величин під час аналізу (розрахунку) електричних кіл. 9

i + k Електричне u коло m m _ а б До визначення додатного напряму відліку напруги (а) та струму (б). 10

+ i Електричне u Електричне u коло _ а б До визначення узгодженого (а) та зустрічного (б) напрямів відліку напруги та струму. 11

Види графічного зображення електричних кіл та їхніх моделей Ескізне – кожний елемент кола чи моделі та з ’ єднання між ними подають у натуральному вигляді. Схемне – складові системи та зв ’ язки між ними подаються графічними та літерно-цифровими позначеннями, установленими відповідними нормативними документами чи інструкціями. 12

Схема – це конструкторський графічний документ, на якому за допомогою встановлених графічних та літерно-цифрових позначень відображені складові частини реального кола та зв’язки між ними. Типи схем Структурна Функціональна Принципова Еквівалентна 13

Структурна схема відображає основні складові частини об ’ єкта без урахування справжнього розміщення цих складових та характеру зв ’ язків між ними. 3 1 Пристрій Об’єкт керування Вхідна 2 інформація Блок отримання Структурна схема інформації системи керування 14

Функціональна схема пояснює та розкриває певні процеси, які відбуваються в окремих складових чи в об’єкті в цілому. 15

Принципова схема визначає повний склад, призначення усіх елементів реального електричного кола, зв ’ язків між ними та дає детальне уявлення про принципи його роботи. R 1 R 2 С 1 С 2 L 1 L 2 Зображення електричних елементів на принципових схемах 16

Еквівалентна схема – це графічне зображення моделі реального електричного кола, яке складається на основі його принципової схеми із використанням прийнятих умовних графічних та літерно-цифрових позначень обмеженої кількості ідеальних елементів і відображає структуру реального електричного кола, властивості його елементів із урахуванням режиму роботи кола і поставленого завдання на його дослідження. 17

Еквівалентні схеми котушки індуктивності 18

Основні топологічні поняття Рис. 1. 36 – До визначення Рис. 1. 33 – До визначення вузлів і контурів перерізів. 3 m n R 1 2 5 R 3 R 2 1 4 6 1 4 6 C 1 C 2 L 1 а б R 4 e 1 e 2 2 5 d Рис. 1. 37 – Змішане з’єднання 1 4 1 двополюсників та гілок. с в г 19

Основні закони електричних кіл Для кіл, що подаються моделями із розподіленими параметрами – це закони електромагнітного поля , а для кіл із зосередженими параметрами - закон Ома; закони Кірхгофа; закон електромагнітної індукції; закон збереження енергії; закон Джоуля-Ленца. 20

Закон Ома Миттєве значення струму пропорційне миттєвому значенню прикладеної напруги і обернено пропорційне опору провідника: Описи струму, напруги та опору є узгодженими; Вольт-амперна характеристика є лінійною або може бути представлена такою для незначних змін миттєвих значень струму та напруги. 21

Закони Кірхгофа Перший закон Кірхгофа Сума всіх електричних зарядів, що збігаються у окремому вузлі за певний проміжок часу, дорівнює сумі всіх електричних зарядів, які виходять із нього: Алгебраїчна сума миттєвих значень електричних струмів, які сходяться у вузлі кола, дорівнює нулю: 22

Другий закон Кірхгофа Алгебраїчна сума миттєвих значень електричних напруг гілок та двополюсних елементів у виділеному контурі для будь- якого моменту часу дорівнює нулю: Для визначення знака напруги задається напрям обходу контуру, наприклад, за годинниковою стрілкою. Якщо додатний напрям напруги компонента контуру збігається з напрямом його обходу, то у сумі відповідну складову записують із знаком «+» , а якщо ні - то зі знаком «-» . 23

Баланс потужностей електричного кола У будь-який момент часу сума миттєвих потужностей усіх пасивних компонентів електричного кола дорівнює сумі миттєвих потужностей, що генеруються його джерелами напруги та струму: 24

Режими роботи електричних кіл визначаються характером процесів, що в них відбуваються, до комутації, в перехідному та кінцевому станах і значною мірою залежать від початкових умов. Режим вимушених коливань : реакція кола повністю визначається видом вхідних впливів, структурою кола, властивостями елементів і практично не залежить від початкових умов. Усталений режим (або стаціонарний) : закони зміни струму та напруги на всіх елементах електричного кола є періодичними. Різновиди: режими спокою, постійних та гармонічних коливань. Перехідним (різновид нестаціонарного) називають режим переходу кола із одного усталеного режиму до іншого. Режим власних або вільних коливань. 25

ДЯКУЮ ЗА УВАГУ!