1. Электомагнитные процессы. Электромагнитные процессы, протекающие в электротехнических устройствах, как правило, достаточно сложны. Однако во многих случаях, их основные характеристики можно описать с помощью таких интегральных понятий, как: напряжение, ток, электродвижущая сила (ЭДС). Электромагнитное поле представляет собой особый вид материи. Как вид материи оно обладает массой, энергией, количеством движения, может превра­щаться в вещество и наобо­рот.Электромагнитное поле имеет две составляющие  электрическую и маг­нитную  и в каждой точке пространства определяется двумя векторными ве­личинами: а) вектором напряженности электрического поля Е [ В/м], б) вектором напряженности магнитного поля Н [А/м].Следует помнить, что в природе существует единое электромагнитное поле, а от­дельные его стороны  электрическое поле или магнитное поле – мо­гут проявляться неза­ви­симо друг от друга только в частных случаях при опре­деленных условиях.

Электромагнитное поле, как носитель энергии, является той средой, по­средством ко­торой осуществляется передача энергии от источников энергии (электростанций) к прием­никам энергии (промышленным предприятиям, жи­лым домам и т.д.), при этом в пе­редаче энергии участвуют в равной мере обе его стороны.

2.Линейные электрические цепи постоянного тока. Электрическая цепь, постоянного тока в общем случае содержит источники электрической энергии, приемники электрической энергии, измерительные приборы, коммутационную аппаратуру, соединительные линии и провода. В источниках электрической энергии осуществляется преобразование в, электрическую энергию каких-либо других форм энергии, например энергии химических процессов в гальванических элементах и аккумуляторах, тепловой энергии в термопреобразователях на основе термопар. В приемниках электрической энергии электрическая энергия преобразуется, например, в механическую (двигатели постоянного тока), тепловую (электрические печи), химическую (электролизные ванны). Коммутационная аппаратура, линии и измерительные приборы служат для передачи электрической энергии от источников, распределения ее между приемниками и контроля режима работы всех электротехнических устройств. Графическое изображение электрической цепи называется схемой. Различают несколько способов изображения цепи. Изображение цепи можно упростить, если каждое электротехническое устройство заменить (по правилам ГОСТ) его условным обозначением. Такие графические изображения цепей называются принципиальными схемами. Принципиальная схема показывает назначение электротехнических устройств и их взаимодействие, но неудобна при расчетах режима работы цепи. Для того чтобы выполнить расчет, необходимо каждое из электротехнических устройств представить его схемой замещения.

Схема замещения электрической цепи состоит из совокупности различных идеализированных элементов, выбранных так, чтобы можно было с заданным или необходимым приближением описать процессы в цепи.

3. Расчет электрических цепей методом преобразований. Метод эквивалентных преобразований заключается в том, что электрическую цепь или ее часть заменяют более простой по структуре электрической цепью. При этом токи и напряжения в непреобразованной части цепи должны оставаться неизменными, т.е. такими, каким они были до преобразования. В результате преобразований расчет цепи упрощается и часто сводится к элементарным арифметическим операциям.

При применении данного метода возможны следующие виды преобразо­ваний.

1) Последовательное преобразование заключается в замене нескольких элементов, включенных последовательно, одним эквивалентным Несложно доказать, что справедливы следующие соотношения:

и

2) Параллельное преобразование состоит в замене нескольких элемен­тов, вклю­чен­ных параллельно, одним эквивалентным. Несложно доказать, что справедливы следующие соотношения:

и

Для двух элементов: и

3) Взаимное преобразование схем звездатреугольник

Их можно взаимно преобразовать, сохранив неизменными токи в точках подключения внешней цепи: 1, 2 и 3.

и по аналогии (3)

.

Решая эти три уравнения относительно сопротивлений треугольника, получим:

4) Замена параллельных ветвей эквивалентной ветвью (рис. 12) осу­ществляется со­гласно теореме об эквивалентном генераторе Напряжение холостого хода U_xxaв=E_Э определяется по методу двух уз­лов:

.Эквивалентное входное сопротивление находится методом свертки схемы:

.5) Перенос источника ЭДС через узел схемы: источник ЭДС Е можно перенести че­рез узел во все ветви, отходящие от узла (рис. 13а,

6) Привязка источника тока к произвольному узлу согласно схеме (рис. 14а, б):

7) Взаимное преобразование схем с источником напряжения и с источ­ником тока согласно схеме (рис. 15а, б):

4 . Метод уравнений Кирхгофа.

Дано: Rk, k=1÷6, Ej, J6, найти: Ik. По 1-му закону Кирхгофа составляется количество урав-й раное числу узлов.

1) I1 – I4 – I6 = 0, 2) I2 + I4 – I5 =0, 3) – I3 + I5 +I6 =0.

Уравнение по 2-у закону Кирхгофа составляется для независимых контуров не содержащих источников тока. Незави-ые контура отделяются друг от друга хотя бы 1-ой новой ветвью. Для контура с источником тока 2-е уравнение кирхгофа составить нельзя, т.к. . R=∞.

4) I: R1 I1 – R2 I3 + R4 I4 = E1 – E2 – E4; 5) II: R2 I2 + (R3’ + R3’’) I3

+ R5 I5 = E2 – E5; I6=J6. Решая систему находим все токи. Достоинства: универсальность, пригоден для расчета абсолютно всех электрических цепец. Недостаток: трудоемкость.

5 .Метод контурных токов в обычной и матричной форме.

Последовательность (алгоритм) расчета.1) Задаются (произвольно) положительными направлениями контурных токов в кон­турах-ячейках схемы(I_к1 , I_к2 , I_к3 ). Контуры-ячейки следует выби­рать так, чтобы они не включали в себя ветви с источниками тока. Ветви с ис­точниками тока J образуют свои кон­туры с заданными токами (J₁, J₂). 2) Составляются m(n1) уравнений по 2-му закону Кирхгофа для вы­бранных конту­ров-ячеек с контурными токами I_к1, I_к2, I_к3.

Система контурных уравнений в матричной форме:

или в сокращенно , 3) Система контурных уравнений решается на ЭВМ по стандартной про­грамме для решения систем линейных алгебраических уравнений с веществен­ными коэффициентами в результате чего определяются неизвестные контурные токи I_к1, I_к2, I_к3. 4) Выбираются положительные направления токов в ветвях исходной схемы (I₁, I₂, I₃, I₄, I₅). Токи ветвей определяются по принципу наложе­ния как алгебраические суммы контурных токов, протекающих в данной ветви. I₁ = I_к1  J₁; I₂ = I_к2; I₃ = I_к3 – J₂; I₄ = I_к1 – I_k3; I₅ = I_к2 + I_k3 . 5) При необходимости определяются напряжения на отдельных элемен­тах (U_k = I_kR_k), мощности источников энергии (P_Ek = E_kI_k, P_Jk = U_k J_k) и приемни­ков энергии (P_k = I_k² R_k). 6. Метод наложения. Принцип (теорема) наложения гласит, что ток в любой ветви (напряжение на любом элементе) сложной схемы, содержащей несколько источников, равен алгебраической сумме частичных токов (напряжений), возникающих в этой ветви (на этом элементе) от независи­мого действия каждого источника в от­дельности.

Сущность этого метода состоит в том, что в сложной схеме с не­сколькими источниками последовательно рассчиты­ваются частичные токи от каждого источ­ника в отдельности. Расчет частичных токов выполняют, как правило, методом преобразова­ния схемы. Действитель­ные токи определяются путем алгебраического сложения частичных токов с учетом их направлений.

АЛГОРИТМ МЕТОДА НАЛОЖЕНИЯ: 1) устраняются все исотчники кроме одного, при этом источники ЭДС закарачиваются, источники тока размыкаются, 2) определяются чатичные токи во всех ветвях, создаваемые данным источником, 3) исключается рассмотренный источник, подключается следующий, определяются частичные токи, создаваемые данным источником, 4) определяются истинные токи в ветвях как алгебраическая сумма частичных токов Ik=Ik’+Ik’’+Ik’’’+…+Ik(c.n), n – число источников. Метод неудобен для расчета цепей с большим количеством источников и неприемлен

для расчета нелинейных цепей, но незаменим при расчете цепей

несинусоидального тока