1. Состав электрической цепи

Электрическая цепь в общем случае содержит: источники электрической энергии(ИЭЭ), приемники электрической энергии(ПЭЭ), измерительные приборы(ИП), коммутационную аппаратуру(КА), соединительные линии, провода и вспомогательные элементы, т.е. электрическую сеть(ЭС).

2. Источники электрической энергии

В ИЭЭ осуществляется преобразование в электрическую энергию каких либо других форм энергии. Ими могут быть: электромеханические генераторы, электрохимические источники (аккумуляторы, гальванометрические элементы, топливные элементы), термопреобразователи (термопары).

3. Приемники электрической энергии

В ПЭЭ электрическая энергия источников преобразуется в механическую (электродвигатели постоянного тока), тепловую (электропечь, электронагреватели), химическую и электрохимическую (электролизные ванны).

Особую группу составляют приемники, в котрых происходят обратимые преобразования электрической энергии в энергию электрического поля (конденсаторы, дроссели).

4.Измерительные приборы.

ИП служат для количественного определения параметров электрической цепи и контроля режима работы всех электротехнических устройств (определение тока, напряжения, мощности источника электроэнергии и т.д.)

5. Коммутационная аппаратура.

КА и ЭС служат для передачи электрической энергии от источников, распределения её между приемниками, защиты от перенапряжений или недопустимого значения тока и управления режимом электрической цепи.

6.Электрические схемы, их классификация.

- Принципиальная схема - Схема замещения

Непосредственной причиной возникновения электрического тока в цепи является ЭДС источника энергии. Ток движется от + к -

7.Принципиальная схема электрической цепи.

Принципиальная схема показывает назначение всех электротехнических устройств в цепи и их взаимодействие, но по ней нельзя рассчитать режим работы электротехнических устройств цепи.

8. Схема замещения

Для расчета необходимо каждое из электротехнических устройств представить схемой замещения. Схема замещении цепи является её количественной моделью. Она состоит из совокупности различных идеализированных элементов, с помощью которых можно с достаточно хорошим приближением описать процессы в электрической цепи.

Геометрические понятия:

ветвь - один или несколько последовательно соединенных идеализированных элементов, каждый из которых имеет начало и конец (два вывода).

узел - место соединения трёх и большего числа ветвей.

контур - замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям так, что ни одна ветвь и ни один узел не встречаются дважды.

9. Закон Ома для участка цепи

I= U/R, где I сила тока, U напряжение на участке цепи, R сопротивление на участке цепи

10. Основные режимы работы электрической цепи

11. Режим холостого хода. режим холостого хода - внешняя цепь разомкнута, то есть r(внутр) стремится к бесконечности. При этом Сила тока = 0, следовательно Напряжение =ЭДС. Режим холостого хода для цепи неопасный.

12. Режим короткого замыкания.

- режим короткого замыкания где r стремится к 0 а r(внутр) ничтожно мало по сравнению с r, при этом можно считать что Напряжение = 0, а Сила тока при к.з. рана : I=E/r(внутр).

Режим к.з. очень опасен для электрической цепи и является аварийным. т.к. большие токи приводят к выходу из строя элементов цепи ( например, перегрев проводов сети).

13. Номинальный режим работы цепи.

- номинальный режим работы это такой, при котором электрическое устройство может работать неопределенно длительное время или в определенном режиме без перегрева и др. последствий при указанных номинальных напряжениях, токе и отдаваемой мощности.

14. Согласованный режим работы

- согласованный режим работы осуществляется в том случае, когда требуется получить от источника энергии наибольшую мощность

Мощность будет наибольшей при равенстве сопротивления нагрузки внутреннему сопротивлению источники энергии.

15. Задачи и цели исследования электрической цепи

-определение падения напряжения на зажимах приемника при нагрузке

-определение колебаний напряжения в цепи при изменении нагрузки.

-определение тока нагрузки.

-определение тока в ветви при к.з. в какой-либо точке цепи и т.д.

Из этих расчетов находятся требуемые сечения проводов или наоборот, а также выбираются устройства защиты участков цепи от к.з.

16.Последовательное соединение приемников электрической энергии

Эквивалентное сопротивление - это сумма нескольких сопротивлений.

R = r1 + r2 + r3 +...+ r(n) U = u1 + u2 +...+ u(n) P = I^2 * R(экв)

17. Параллельное соединение приемников электрической энергии

U1 = U2 = U 1/R = 1/r1 + 1/r2 +...+ 1/r(n)

18. Последовательное соединение источников электрической энергии

Если цепь с сопротивлением r питается несколькими ЭДС, то эти ЭДС можно заменить на общую ЭДС с суммой внутренних сопротивлений включенных в неё ЭДС.

так же: Е = Е1 + Е2 + .. ( причем ЭДС того же направления, что и выбранная для Е , следует считать положительным, ЭДС другого напрвления - отрицательным.

19. Распределение мощности в цепи

Тот элемент в цепи, в котором ЭДС по направлению противоположна току, является приемником энергии и в нем происходит превращение электрической энергии в химическую( в аккамуляторе) или механическую( в электродвигателе).

Напряжение на зажимах источника равно: 2I*R(приемника) + U(на зажимах приемника)

Это выражение умножаем на I цепи и получим: Pист= Рприем + Р(тепловая потеря в приемнике) + Р(мощность преобразованная в хим. или мех. форму) Из этого следует что:

Общая мощность потерь в сети: Рист - Рприем = Р(превращенная в тепло при передаче) + Р(тепловая потеря в приемнике)

20. Потеря напряжения в проводах

Уменьшение напряжения при передаче электроэнергии по проводам называется изменением или потерей напряжения в линии и для цепей постоянного тока равно падению напряжения на соответствущем участке цепи.

Отклонение напряжения в сторону уменьшения ограниченно тем, что при снижении напряжения значительно ухудшаются выходные характеристики потребителей электрической энергии, резко уменьшается световой поток лампы накаливания, электрические двигатели требуют токи, превосходящие номинальные.

при отклонении напряжения в сторону увеличения лампы накаливания, например, могут быстро выйти из строя, а электродвигатели будут работать в недопустимых условиях.

в промышленных сетях отклонения составляют: в сторону уменьшения (2.5 - 5 %) в сторону увеличения ( 5%). В бортовых сетях: постоянный ток ( +5% - (-10%)) переменный ток ( +2% - (-3%))

в трехфазных генераторах ( +5% - (-5%))

При передаче данной мощности потери напряжения в проводах обратно пропорциональны квадрату напряжения источника энергии.

С увеличением длинны провода для передачи требуемой мощности при заданных потерях и приемлимом сечении проводов необходимо повышать напряжение источника энергии.

21. Первый закон Кирхгофа

Первый закон Кирхгофа выражает факт непрерывности тока: ни в одной точке цепи не происходит накопление электрических зарядов. Т.е алгебраическая сумма токов в проводах равна 0.

22. Второй закон Кирхгофа

Второй закон Кирхгофа устанавливает связь между ЭДС, токами и сопротивлениями в любом замкнутом контуре, который можно выделить в рассматриваемой электрической цепи. Этот закон в математической форме выражает то, вытекающее из закона сохранения энергии положение, когда изменение потенциала при обходе замкнутого контура равно 0, то есть устанавливется математическая связь между ЭДС, действующей в замкнутой электрической цепи, и произведениями токов в ветвях цепи на сопротивление ветвей.

23. Расчет электрической цепи с последовательным и параллельным соединением резисторов

Здесь три ЭДС: E1 E2 и Е4. Так как Е4 направлена в другую сторону то получим

Е будет затрачиваться на проведение тока в ветвях цепи и равна :

Для цепи с последовательным соединением резисторов:

Отсюда следует что

Для цепи с параллельным соединением резисторов: Uист =U1=U2=U3=U4= U , а I = I1 + I2 + I3 + I4

Общая проводимость равна:

Мощность цепи с параллельным соединением резисторов складывается из мощностей отдельных ветвей:

24. Расчет электрической цепи со смешанным соединением резисторов

R(экв)=r1 +( r2*r3/(r2 + r3))

Источники называются включенными параллельно, если у них ЭДС направленны к одному и тому же узлу.

Напряжение U на зажимах связано с ЭДС как6

U=E1 - I*rв1 и U=E2 - I*rв2 отсюда находим E1-E2 = I1*rв1 - (I-I1)*r2 при ( I=I1-I2 )

отсюда: I1=(E1-E2)/(rв1+rв2) + I*(rв1/(rв1+rв2) и I2=(E2-E1)/(rв1+rв2) + I*(rв1/(rв1+rв2)

25. Метод контурных токов

Общие правила расчета:

- выбираются независимые контуры

-в каждом контуре предполагается наличие контурного тока, положительное направление которого указывается стрелкой произвольно. Контурный ток - это ток, нереальный, задаваемый исключительно в целях упрощения расчетов.

-составляется уравнения только по второму закону Кирхгофа для каждого контура, и определяются контурные токи.

-реальные токи находятся как алгебраическая сумма контурных токов в данной ветви.

Токи в ветвях удовлетворяют системе уравнений, составленных по первому и второму законам Кирхгофа.

Уравнение для первого контура: I1(r(a)+r(ab)+r(ac))+I2*r(ab)+I3*r(ac)=E(a)-E(ac)

Уравнение для второго контура: I1*r(ab)+I2*(r(ab)+r(bc)+r(b)) - I3*r(bc)=E(b)

Уравнение для третьего контура: I1*r(ac) - I2r(bc)+I3*(r©+r(bc)+r(ac))=E©+E(ac)

Найдем общее сопротивление в каждом контуре:

r11=r(a)+r(ab)+r(ac) , r22=r(b)+r(ab)+r(bc), r33=r(c)+r(ac)+r(bc)

Найдем взаимное сопротивление( это сопротивление которое влияет на оба контура):

r12=r21=r(ab) , r23=r32= -r(bc) , r13=r31=r(ac)

Найдем контурное ЭДС:

E1=E(a)+E(ac) , E2=E(b) , E3=E(a) -E(ac)

В результате выше перечисленного образуем:

- Это является системой ур-ий метода контурных токах.

Решаем систему с помощью Матрицы( лень писать так что решаем сами ).

Получим ответ: I(a)=I1 , I(b)=I2 , I(bc)=I2 -I3 отсюда I(ab)=I1+I2 , I(ac)=-I1 -I3, I(c)=I3

26.Метод наложения

Общие правила расчета:

-расчет сложной цепи заменяется расчетом нескольких простых цепей с одним источником энергии в каждой

-поочередно определяются частичные токи, создаваемые действием каждой ЭДС в отдельности (остальные ЭДС всякий раз полагаются равными нулю)

-алгебраически складываются(накладываются) частичные токи, создаваемые в одних и тех же ветвях отдельными ЭДС.

Сначала определим частичные токи в ветвях цепи при наличии только ЭДС (E1)

Затем повторим тоже самое с ЭДС (E2)

Действительные токи определяются:

Недостатки метода: - частичные токи по абсолютной величине больше результирующего тока;

-при большом количестве источников становится слишком громоздким.

27.Метод узловых напряжений.

Общие правила расчета:

-определяются напряжения между узлами сложной электрической цепи путем решения уравнений, составленных по первому закону Кирхгофа.

-полученные напряжения между узлами электрической цепи(узловые напряжения) алгебраически складываются с ЭДС каждой ветви цепи(если эти ЭДС имеются)

-по закону Ома для участка цепи вычисляются токи в каждой ветви электрической цепи, используя полученные узловые напряжения и ЭДС источников питания.

Определим напряжения: U(AB) = E(k)+I(k)*r(k) и ток: I(k)=(U(AB)-E(k))/r(k)=(U(AB)-E(k))*q(k) где q(k) это проводимость соответствующей ветви.

По закону Кирхгофу: Из этого следует:

При ЭДС от А к В берутся с + ; при ЭДС от В к А берется с -;

28.Переменный ток. Определение, период. Частота.

Переменным током называется ток (ЭДС и напряжение), периодически изменяющий свои направления и величину. Полный период изменения тока называется обычно периодом переменного тока и обозначается буквой Т, а число периодов в одну секунду называется частотой f (определяется как обратный период) измеряется в Герцах.

Преимущества:

-используется для передачи энергии на большие расстояния.

-простота устройства электродвигателей и генераторов.

29.Синусоидальный ток

В настоящее время все генераторы рассчитываются на получение синусоидальной кривой ЭДС.

Так как преимущество синусоидальных токов - простота расчетов цепей переменного тока и отсутствие нежелательных побочных явлений, имеющих место при несинусоидальных токах.

(Устройство генератора переменного тока) в билетах нет но я думаю спросит.

Конструктивно генератор переменного тока устроен так: между полюсами электромагнита или постоянного магнита (3) генератора переменного тока расположен цилиндрический ротор (4), набранный из листов электротехнической стали. На роторе укреплена катушка (5), состоящая из определенного числа витков проволки. Концы этой катушки соединены с контактными кольцами (6), которые вращаются вместе с ротором. С контактными кольцами связанны неподвижные контакты (7) - щетки, с помощью которых катушка соединяются с внешней цепью.