1. Электротехника. Основные понятия и опроеделения. Электротехника – область технических наук, изучающая практическое применение электричества.
Электрический ток – упорядоченный поток заряженных частиц (электроны, ионы, дырки).
Сила тока – I, скалярная величина, численно равная заряду, протекающему в единицу времени через сечение проводника, А
Сопротивление – R, противодействие проводника электрическому току, Ом
Потенциал – ϕ, показывает, какую работу надо выполнить для перемещения единичного заряда в данную точку из бесконечности, В
Напряжение – разность потенциалов, энергия, которую надо затратить для перемещения «+» заряда из одной точки цепи в др. Направление совпадает с током (от «+» к «-«), противоположно ЭДС, U=W/q, В
Работа – энергия, затрачиваемая при перемещении по цепи элем-го эл. заряда под действием напряжения, dA=U∙dq, Дж
Мощность – P, физическая величина, хар-щая скорость передачи или преобразования электрической энергии, P =U∙i=I2∙R=U2/R, ВтЭнергия – W, W =P∙dt, Дж.
2. Электрическая цепь.Топологические понятия теории цепей.Классификация электрических цепей.
Эл. цепь – совокупность устр-в для генерирования, передачи, распределения и преобразования эл. энергии (выключатели, средства автоматизации, измерительные приборы). Отдельное устройство – элемент эл. цепи (источники и приёмники); Ветвь - участок эл. цепи с одним и тем же током сост. из одного пассивного или активного элемента и последовательного соединения нескольких элементов. Узел - место соединения 3 и более ветвей. Различают геометрические и потенциальные узлы. Контур - замкнутый путь, проходящий через несколько ветвей и узлов разветвленной эл. цепи.
Классификация цепей: 1.По виду тока: -постоянного тока, -изменяющегося тока, -переменного тока (периодически изм-ся); 2.По характеру параметров элементов: -линейные (R не зав. от I и U ) -нелинейные; 3. Участок цепи с источником энергии - активный (А), не содержащий – пассивный (П); 4. По сложности: - простые, - сложные (2 и более ист. энергии); разветвлённые, неразветвлённые
3. Классификация основных элементов цепи.
Резистор - пассивный элемент электрической цепи , [R] – Ом, Посл. соединение: R=R1+R2+R3; Парал. соединение: 1/R = 1/R1 +1/R2 +1/R3;
Катушка индуктивности - винтовая, спиральная или винтоспиральная катушка из свёрнутого изолированного проводника, обладающая значительной индуктивностью при относительно малой ёмкости и малом активном сопротивлении – с магнитным сердечником и без, 1. Контурные (в колебат-х контурах) 2. Дроссели (большое индуктивное R) 3. Фильтровые (эл. фильтры) 4. Катушки связи (передача эл-магн. энергии из одних эл. цепей в другие); L=(k∙0,01∙D2∙ω2∙µ)/l, Гн;
Конденсатор – устройство для накопления заряда и энергии электрического поля, является пассивным электронным компонентом. Состоит из двух электродов в форме пластин (называемых обкладками), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок; 1) переменной и постоянной мощности; 2) общего и спец. назначения, 3) по виду диэлектрика; c=Ɛ∙Ɛ0∙S/d, (Ɛ0=8,85∙10-12), Ф
4. Законы Ома и Кирхгофа для цепей постоянного тока.
ЗАКОН ОМА, утверждение, что сила постоянного тока в проводнике пропорциональна напряжению на концах проводника. Предложенный в 1827 г. Георгом Омом закон Ома имеет математическое выражение: U = IR , где U - напряжение, измеряется в вольтах; I - сила тока, измеряется в амперах; R - сопротивление, измеряется в омах.; Законы Кирхгоффа: 1). Алгебраическая сумма токов сход. В любом узле электрич. Цепи равна 0 (ƩIi = 0),
I3
I2 I4
I1
Текущие к узлутоки считаюся положительными, а от узла отрицательными I1+I2+I3-I4=0
I1+I2+I3=I4
2
).Алгебраическая
сумма падений напряжения на эл.контура
равна сумме ЭДС вкл. в данный контур
ƩU=ƩE
U1-U2+U4=E1-E2
U1+U3+U4=E1
5. Параметры и формы представления переменного тока.
Переменный ток — это ток, величина и (или) направление которого меняются во времени.
Переменный синусоидальный сигнал характеризуется:
периодом Т, который выражается в секундах (с),
частотой f - величиной, обратной периоду, выражается в герцах (Гц).
Круговой (угловой) частотой ω = 2πf (1/с).
Мгновенное значение тока:
i = Im sin (ωt + ψi),
где i – мгновенное значение тока, А;
Im – амплитудное значение тока, А;
ω – круговая (угловая) частота, 1/с;
ψi – начальная фаза тока;
t – время, с.
Формы представления: График - графический, Вращающийся вектор - графоаналитический метод; Комплексные числа – аналитический;
6.Активное сопротивление в цепи переменного тока.
Резисторный элемент:
i R
UR
Этот элемент обладает только активным сопротивлением и отображает необратимый процесс поглащения энергии. Для активного сопротивления междк потоком и напряжением сущ-ет прямопропорциональная зависимость
i=UR/R.
7.Индуктивная катушка в цепи синусоидального тока.
Катушка в цепи синусоидального тока: При токе i=Im∙sinωt, то уравнение реальной катушки: u=R∙Im∙sinωt + ω∙L∙Im∙sin(ωt+90°) => ток отстаёт по фазе от напряжения на 0o< ϕ < 90o, который зависит от соотношения R и L; Полное сопротивление, ZL=√R2+Xl2; реактивное, XL=Z∙sinϕ; активное, R=Z∙cosϕ
8. Цепь синусоидального тока с емкостным сопротивлением.
Конденсатор в цепи синусоидального тока: При u=Um∙sin(ωt+ϕu), то уравнение цепи: i=ω∙c∙Um∙sin(ωt+ϕu+90o) => ток опережает напряжение по фазе на 90o; Xc=1/ωc
9.Последовательное соединение R-,L-,C-элементов цепи. Резонанс напряжений.
: R, L, C последовательно: i=Im∙sinωt, u=UR+UL+UC=R∙Im∙sinωt + XL∙Im∙sin(ωt+90°) + XC∙Im∙sin(ωt-90°) => U в акт. сопр-нии совпадает по фазе с I, U на индуктивности опережает по фазе I на 90o, U по ёмкости отстаёт по фазе от I на 90o; ω0=1/√L∙c - резонансная частота => резонанс напряжений может наступить при: изменении частоты, ёмкости или индуктивности. 3 случая: a) XL > XC, цепь носит индуктивный характер. Векторы напряжений на индуктивности и емкости направлены в противоположные стороны, частично компенсируют друг друга. Вектор напряжения на входе схемы опережает вектор тока; б) XL < XC, цепь носит ёмкостный характер. Вектор напряжения на входе схемы отстает от вектора тока; в) XL = XC (режим резонансного напряжения), напряжения на индуктивности и ёмкости полностью компенсируют друг друга. Ток в цепи совпадает по фазе с входным напряжением.