38

Конспекты лекций по дисциплине Теоретические основы электротехники

Электротехника является областью науки, которая занимается изучением электротехнических и магнитных явлений и их техническим использованием в практических целях.

Предметом курса «Теоретические основы электротехники» является изучение как с качественной, так и с количественной стороны электромагнитных процессов, происходящих в цепях и полях.

Этот курс, базирующийся на курсах физики и высшей математики, содержит инженерные методы расчета и анализа, применимые к широкому классу современных электротехнических устройств.

Тема 1. Электрические цепи постоянного тока

1. Электрическая цепь и ее элементы. Основные понятия и определения для электрической цепи

Совокупность соединенных друг с другом источников электрической энергии и нагрузок, по которым может протекать электрический ток, называют электрической цепью.

Постоянным током называют ток, неизменный во времени.

Постоянный ток представляет собой направленное упорядоченное движение частиц, несущих на себе электрические заряды. Упорядоченное движение носителей зарядов в проводниках вызывается электрическим полем, созданным в них источниками электрической энергии. Условные обозначения: постоянный ток – I, э.д.с. источника –Е и сопротивление – R. Размерности в системе СИ: [ I ] = A. [E]=B [R]=Ом.

Изображение электрической цепи на рисунке с помощью условных знаков принято называть электрической схемой.

Условным знаком сопротивления R на электрической схеме является вытянутый прямоугольник. Условным знаком источника, электрической энергии является кружок с изображенной внутри него стрелкой. Стрелка указывает положительное направление э. д. с.

Пассивным называется участок электрической цепи, не содержащий источников электрической энергии.

Активным – участок, содержащий источник электрической энергии.

Электротехнические устройства, производя­щие электрическую энергию, называются источниками электрической энергии, а устройства, по­требляющие ее, приемниками или потребителями электрической энергии. ЭДС (электродвижущая сила) – это напряжение, которое создается между двумя точками электрической цепи за счет действия сторонних сил.

Потребитель энергии и провода, соединяющие приемник с источником энергии, называют внешней цепью. Во внешней цепи ток течет от плюса источ­ника энергии к минусу, а внутри источника – от минуса к плюсу.

Зависимость тока, протекающего по сопротивлению, от напряже­ния на этом сопротивлении принято называть вольтамперной характеристикой.

Различают два принципиально отличных типа вольтамперных характеристик. В первой из них вольтамперная характеристика представляет собой прямую линию (рис. 1, б), во втором — неко­торую кривую линию (рис. 1, в).

Сопротивления, вольтамперные характеристики которых явля­ются прямыми линиями, называют линейными сопротивлениями, а электрические цепи с входящими в них только линейными сопро­тивлениями принято называть линейными электрическими цепями. Сопротивления, вольтамперные характеристики которых не яв­ляются прямыми линиями, называют нелинейными сопротивлениями_, а электрические цепи с нелинейными сопротивле­ниями называют нелинейными электрическими цепями.

Э лектрические цепи подразделяются на неразветвленные и разветвлен­ные.

Простейшая разветвленная цепь изображена на рис. 4. а; в ней имеются три, ветви и два узла. В каждой ветви течет свой ток.

Ветвь – участок цепи, образованный последовательно соединенными элементами и заключенный между двумя узлами.

Узел – точка цепи, в которой сходится не менее трех ветвей. Ветвь - это участок цепи между двумя узлами, по которому протекает общий для всех элементов ток. Для узла выполняется закон сохранения заряда – сколько заряда переносится к узлу втекающими токами, столько же заряда выходит из узла, т.е. в узле заряды не накапливаются и не исчезают.

Если в месте пересечения двух линий на электрической схеме поставлена «жирная» точка (рис. 4, б), то в этой точке есть электрическое соединение двух линей, в противном случае рис. 4, в) линии пересекаются без электрического соединения.