- •Южно-Уральский государственный университет
- •Тема 1. Основные определения и законы
- •Электрический ток, электрическое напряжение, эдс, электрическое сопротивление, законы Ома и Джоуля-Ленца
- •Электрические цепи и их классификации
- •Вопросы к теме
- •Тема 2. Электрические цепи постоянного тока
- •2.1. Общие положения
- •2.2.Расчет сложной цепи постоянного тока
- •2.3.Последовательное и параллельное соединение сопротивлений
- •2.4.Электрическая энергия и работа. Мощность электрической цепи, баланс мощностей
- •2.5. Нелинейные цепи
- •Вопросы к теме
- •Тема 3. Однофазные электрические цепи синусоидального тока.
- •3.1. Синусоидальные ток, напряжение, эдс
- •3.2. Среднее и действующее значение переменного тока.
- •3.3.Векторные диаграммы.
- •3.4. Цепи с последовательным соединением элементов r l c.
- •3.5. Параллельное соединение, резонанс токов
- •3.5. Общий случай расчета
- •3.6. Мощность в цепи гармонического тока
- •3.7. Трехфазные линейные электрические цепи синусоидального тока
- •3.7.1 Трехфазный источник электрической энергии
- •3.7.2 Анализ электрических цепей при соединении трехфазного источника и приемника по схеме «звезда» с нулевым проводом
- •3.7.3 Соединение приемника по схеме «треугольник»
- •3.7. 4 Мощность трехфазной цепи
- •Контрольные вопросы к теме
- •Тема 4. Магнитное поле. Магнитные цепи
- •4.2. Свойства ферромагнитных материалов. Гистерезис
- •4.3. Две задачи расчета неразветвленных магнитных цепей с постоянными мдс
- •4.4. Катушка с ферромагнитным сердечником при гармонической намагничивающей силе
- •Контрольные вопросы к теме
- •Тема 5. Электрические машины переменного тока
- •5.1. Электрические трансформаторы
- •5.1.1. Общие сведения
- •5.1.2. Принцип действия электрического трансформатора
- •5.1.3 Работа электрического трансформатора в режиме холостого хода
- •5.1.4 Опыт короткого замыкания
- •5.1.5 Мощность потерь в трансформаторе, к.П.Д.
- •5.1.6. Автотрансформатор
- •5.2 Общие сведения об электрических машинах
- •5.2.1. Синхронная машина переменного тока
- •5.2.2. Асинхронный двигатель
- •Контрольные вопросы к теме
- •Тема 6. Машины постоянного тока
- •6.1 Общие понятия об устройстве машин постоянного тока и принципе их действия
- •6.2 Эдс обмотки якоря и электромагнитный момент
- •6.3.Реакция якоря машины постоянного тока
- •6.4. Искрообразование под щеткой
- •6.3. Классификация машин постоянного тока
- •6.4 Электрические двигатели постоянного тока
- •Из основного уравнения двигателя
- •6.5 Способы регулирования скорости двигателя постоянного тока
- •6.6 Пуск электродвигателей постоянного тока
- •Контрольные вопросы к теме
2.3.Последовательное и параллельное соединение сопротивлений
Если несколько резисторов соединены один за другим без разветвлений и по ним протекает один и тот же ток, такое соединение называется последовательным. По существу такое соединение представляет одну длинную ветвь
При таком соединении:
I = const, ;
Если сопротивления равны, т. е, то,а.
Параллельным соединением приемников называется такое соединение, при котором к одним и тем же двум узлам электрической цепи присоединяется несколько ветвей.
При таком соединении: U = const, ;. Если сопротивления равны, то, а.
2.4.Электрическая энергия и работа. Мощность электрической цепи, баланс мощностей
Работа источника электрического тока определяется по формуле:
Работа электрического тока протекающего через сопротивление Rвн –
Работа и энергия – понятия равноценные. Энергия – способность источника совершать работу. Чтобы измерить энергию источника, надо измерить работу, которую он совершает, расходуя эту энергию. Измеряется энергия и работа в Джоулях (Дж).
На практике за единицу энергии принимают 1 кВт·ч = 3600000 Дж.
Электрическая мощность – это физическая величина, характеризующая быстроту передачи или преобразования электрической энергии:
Измеряется мощность в ваттах (Вт).
Мощность, отдаваемая потребителю (приемнику)
Непосредственно из закона сохранения энергии следует, что мощность генерируемая источниками равна мощности потребления . Это выражение называютбалансом мощностей цепи.
2.5. Нелинейные цепи
Нелинейным элементом электрической цепи постоянного тока является такой, у которого отсутствует линейная связь между током и напряжением (рис. 7) и поэтому он определяется вольтамперной характеристикой (1 и 2), которая связывает ток и напряжение данного элемента.
Если в цепи есть хотя бы один нелинейный элемент, цепь становится нелинейной.
Рис. 7
Так как нелинейный элемент нельзя определить одним числом в любой точке вольтамперной характеристики, то для расчета такой цепи невозможно пользоваться (напрямую) аналитическим методом. Однако, если известна рабочая точка, то в этой точке нелинейный элемент можно охарактеризовать статическим или дифференциальным сопротивлениями. Соответственно:
–статическое сопротивление;
–дифференциальное сопротивление.
Тогда, заменив нелинейный элемент, скажем, статическим сопротивлением, можно применить метод итераций и получить результат. Мы не будем рассматривать все множество графоаналитических методов, а остановимся на графическом методе, который используется в простейших случаях. Однако именно такие случаи придется рассматривать в дальнейшем.
Пусть имеется последовательное (рис. 8,а) или параллельное (рис. 8,б) соединение линейного и нелинейного сопротивлений.
I0
I1
R U0
I0 НЭ0
а б в
U0
Рис.8
Покажем, что от того и другого соединения можно перейти к эквивалентной цепи, состоящей из единственного нелинейного элемента (рис. 8,в), При этом ток и напряжение на входных зажимах остаются те же самые.
Сначала построим вольтамперные характеристики (ВАХ) линейного «R» и нелинейного элемента «НЭ» (рис.9,а). Затем, используя условия для последовательного соединения:
ток одинаков, входное напряжение равно сумме напряжений на элементах, строим суммарную ВАХ НЭ0 для последовательного соединения. Для чего возьмем несколько значений тока и при этом токе произведем сложение на графике напряжений, получим точки, соединив которые найдем искомую ВАХ. Теперь, по известному напряжению U0 находим ток I0, а пересечения с ВАХ соответствующих элементов дают напряжения на элементах UR и UНЭ.
U
R
НЭ ВАХ
НЭ парал.
соед.
I0
I
I
a б
Рис. 9
При построении суммарной ВАХ параллельного соединения (рис. 9,б) используются условия параллельного соединения: напряжение на обоих элементах одинаково, а ток неразветвленной части цепи равен сумме токов в ветвях. Используя полученную ВАХ эквивалентного элемента, по известным данным можно найти все недостающие значения токов и напряжение.