65

Краткий конспект лекций к первой части курса «Теоретические основы электротехники»

5.1.02.05.01.

Введение

Электротехника – это область техники, осуществляющая применение электрической энергии во многих отраслях промышленности. Зарождение электротехники относят к периоду создания источника постоянного тока (начало 18 века) и последовавших затем открытий в области электричества и магнетизма. Электротехника изучает и систематизирует законы, которым подчиняются электрические явления.

Состояние элементов электротехнических устройств характеризуют интеграль­ные скалярные величины:

• ток , где − вектор плотности тока [А/м²]; − вектор элемента площади поперечного сечения проводника [м²];

• магнитный поток , где − вектор магнитной индукции [Т]; [Н/(А∙м)]; [Вб/м²]; [В∙с/м²];

• напряжение , где − вектор напряженности электрического поля [В/м]; − вектор элемента длины контура (пути) интегрирования [м].

Общие определения цепей и их параметров

Электрической цепью называется совокупность уст­ройств, состоящая из источников, преобразователей и приемников электрической энергии, которые соединяются проводами, образуя зам­кнутые пути для протекания электрического тока.

Элементы электрической цепи, осуществляющие преобразование различных ви­дов энергии в электромагнитную, называются источниками (генераторами), или активными элементами цепи.

Элементы, осуществляющие необратимое потребление электромагнитной энергии или ее накопление, являются пассивными элементами.

Необратимое потребление энергии осуществляется в резистивном элементе R. При выбранных направлениях тока и напряжения, связь между ними выражается законом Ома , где R [Ом] – сопротивление элемента – параметр интенсивности потребления энергии.

Зачастую пользуются обратным соот­ношением: , где – проводимость элемента [1/Ом]; [Cм].

Накопление магнитной энергии осуществляется в индуктивном элементе (индуктивности) L [Г]; [Вб/А]; [Ом∙с], в котором при протекании изменяющегося во времени тока i изменяется потокосцепление и наводится ЭДС самоиндукции (закон Фарадея - Максвелла), которая противодействует изменению потокосцепления, что и учитывается знаком минус. Для преодоления ЭДС самоиндукции к зажимам индуктивного элемента необходимо от внешнего источника приложить равное, но противоположное по знаку напряжение . Для линейных схем L не зависит от тока i.

Таким образом, если ток постоянен, то напряжение на индуктивности .

Процесс накопления энергии в электрическом поле осуществляется в емкостном элементе С [ ]; [ ], ток которого определяется скоростью изменения заряда на обкладках емкостного элемента. В свою очередь заряд связан с напряжением между об­кладками выражением , где С – емкость элемента, определяющая интен­сивность накопления энергии электрического поля.

Пассивные элементы могут быть линейными и нелинейными.

Цепь, составленная из линейных элементов, называется линейной, а связь между напряжением и током описывают линейные уравнения (алгебраические или дифференциальные).

Параметры нелинейных элементов зависят от величины напряжения и тока, а электрические процессы в них описывают нелинейные уравнения.