Ю.К. ШЛЫК, Г.С. КРЕЧИНА

Курс лекций по теории электрических цепей

Тюмень "Вектор Бук", 2001

УДК 621.3(075)

Шлык Ю.К., Кречина Г. С.. Курс лекций по теории электрических цепей. Тюмень, «Вектор Бук», 2001 г. 250 с.

В данном учебном пособии изложены основные методы расчета сложных электрических цепей. При этом рассмотрены линейные и не линейные цепи, работающие как в установившихся, так и в переходных режимах.

Рассмотрена теории четырехполюсников и электрических линий с распределенными параметрами.

Все основополагающие научные позиции, изложенные в пособии, подтверждены конкретными практическими расчетами.

Книга предназначена для студентов электроэнергетических специальностей соответствующих институтов и университетов РФ.

Рис. ,список лит. наименований.

Авторы выражают глубокую благодарность кафедре «Электроэнергетики» ТюмГНГУ, и лично, ее зав. кафедрой – д. т. н., профессору Кицису С. И. за научно-методическую редакцию данной работы.

Кроме того, авторы признательны студентам, принявшим активное участие в подготовке и оформлении данной рукописи к изданию: Красноперову А. Г., Морозову С. А., Шлыку К. Ю., Шульгину Д. В.

Предисловие

Курс теории электрических цепей является составной частью курса теоретических основ электротехники (ТОЭ). Это фундаментальная наука, базирующаяся на исследованиях в области электрических и магнитных явлений.

В том виде, как мы ее знаем, она возникла сравнительно недавно – в начале ХХ века, однако путь, который она прошла, был достаточно долгим и трудным. Потребовалось достаточно много творческих усилий как наших, так и зарубежных ученых, чтобы внешне разрозненные явления природы были систематизированы и выстроены в строгую теорию.

Без электрической энергии сегодня не возможно представить нашу жизнь. Она применяется по всюду и потребность в ней неуклонно возрастает. Столь широкое распространение этого вида энергии не случайно, ибо ее можно передавать на огромные расстояния от источника до потребителя. Она способна легко трансформироваться в другие виды, такие как: механическую, химическую, световую и др. При этом возможен и обратный ее переход, что подтверждает универсальность данного вида энергии.

Развитие электроэнергетики, как науки, потребовало больших усилий в области изучения электромагнитных явлений и их практического применения. Работы в этом направлении начались давно. Первый трактат по электричеству вышедший в 1753 г., принадлежит нашему великому соотечественнику М. В. Ломоносову – «Слово о явлениях воздушных, от электрической силой происходящих», посвященный теории атмосферного электричества.

Потребовалось более чем полвека, прежде чем А. Вольта изобрел свой гальванический столб. Все это позволило впервые получить реальный электрический ток.

Первые годы XIXвека явились началом развития теории и практики цепей постоянного тока. В этой связи приведем хронологическую последовательность открытий, положивших начало систематическому изучению электрических и магнитных явлений.

Рассматривая хронологию развития данной науки, выделим основные ее даты.

1802 г. – В. В. Петров обнаружил и исследовал явление электрической дуги между двумя угольными электродами. Он указал на возможность ее использования для освещения, плавки и сварки металлов.

1819 г. – Эрстед обнаружил механическое воздействие электрического тока на магнитную стрелку.

1820 г. – Ампер открыл магнитные свойства соленоида с током.

1831 г. – Фарадей открыл и впервые описал явление электромагнитной индукции.

1833 г. – Э. Х. Ленц (русский академик) открыл фундаментальный принцип электродинамики – принцип электромагнитной инерции; он же в 1844 г., не зависимо от Джоуля, открыл закон о тепловом действии электрического тока.

1845 г. – Кирхгофф сформулировал основные законы для разветвленных электрических цепей, имеющие фундаментальное значение.

1876 г. – П. Н. Яблочков (русский инженер) изобрел электрическую свечу, которая положила начало электрическому освещению; он же был и автором реализации использования переменного электрического тока, а так же создал первый в мире трансформатор.

Период времени с 1800 по 1880 гг. можно считать периодом становления теории и практики цепей постоянного тока.

С открытием П. Н. Яблочковым переменных токов начался новый этап развития электротехники. Переменный ток получил исключительно широкое практическое применение благодаря изобретениям русского инженера М. О. Доливо-Добровольского.

1889 г. – М. О. Доливо-Добровольский построил первый 3-х фазный электрический двигатель и разработал все основные звенья 3-х фазной электрической цепи, он же в 1891 г. осуществил передачу электроэнергии 3-х фазным током на расстояние 175 км.

Применение переменных токов потребовало решения целого ряда теоретических и практических задач, существенно отличающихся от задач по расчету цепей постоянного тока. Важнейшим этапом здесь можно считать введение американским инженером Штейнметцем комплексного метода расчета цепей переменного тока.

Создание первых электрических машин (электрических двигателей и трансформаторов), а так же линии электропередач потребовало исследований по расчету электрических и магнитных полей, а так же их совокупности – единого электромагнитного поля.

1888 г. – Герц экспериментально доказал существование поля излучения, теоретически предсказанного Максвеллом в 1873 г. Однако сам Герц и многие другие физики не верили в возможность использования электромагнитных волн для беспроводной связи.

1895 г. – А. С. Попов (русский инженер) блестяще решил практическую задачу по передаче информации с помощью электромагнитных волн. Изобретение радиосвязи открыло новую эру в культурной жизни человечества (первые слова эфира были «Генрих Герц»).