- •Пособие по теории линейных электрических цепей постоянного тока с сосредоточенными параметрами
- •Рецензенты:
- •Содержание
- •Перечень сокращений и условных обозначений
- •Введение
- •1 Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей
- •1.1 Основные определения и законы электростатического и электрического полей
- •1.1.1 Напряженность электрического поля, закон Кулона для электрических зарядов, падение напряжения, электрический потенциал, разность потенциалов
- •1.1.2 Проводники, диэлектрики и полупроводники
- •1.1.3 Электрические токи проводимости, переноса и смещения
- •1.1.4 Электродвижущая сила (эдс)
- •1.1.5 Вопросы для самопроверки
- •1.1.6 Тесты
- •1.2 Основные понятия и законы магнитного поля
- •1.2.1 Магнитная индукция и напряженность магнитного поля
- •1.2.2 Понятие магнитного потока
- •1.2.3 Закон полного тока
- •1.3 Явление электромагнитной индукции
- •1.3.1 Закон электромагнитной индукции
- •1.3.2 Электродвижущая сила самоиндукции и коэффициент самоиндукции
- •1.3.3 Электродвижущая сила взаимной индукции. Взаимная индуктивность контуров. Принцип электромагнитной инерции.
- •1.3.4 Энергия магнитного поля катушки индуктивности, плотность энергии магнитного поля
- •1.3.5 Вопросы для самопроверки
- •1.3.6 Тесты
- •2 Основные понятия и законы теории электрических цепей
- •2.1 Электрическая цепь и ее основные элементы
- •2.2 Пассивные идеальные элементы
- •2.2.1 Идеальный резистор
- •2.2.2 Идеальная катушка индуктивности
- •Пример 2.2.
- •Пример 2.3.
- •Пример 2.5.
- •2.2.3 Идеальный конденсатор
- •Пример 2.6.
- •Пример 2.7.
- •Пример 2.8.
- •2.2.4 Схемы замещения реальных электротехнических устройств
- •2.2.5 Линейные и нелинейные идеальные пассивные элементы и электрические цепи
- •2.2.6 Электрические цепи с сосредоточенными и распределенными параметрами
- •2.2.7 Вопросы для самопроверки
- •2.2.8 Тесты
- •2.3 Активные идеальные элементы
- •2.4 Основные топологические понятия схемы электрической цепи
- •2.5 Основные задачи теории электрических цепей
- •2.6 Основные законы теории электрических цепей
- •2.7 Вопросы для самопроверки
- •2.8 Тесты
- •3 Линейные электрические цепи постоянного тока с сосредоточенными параметрами
- •3.1 Основные положения и законы
- •3.1.1 Определение линейных электрических цепей постоянногго тока и законы Кирхгофа
- •3.1.2 Закон Ома для ветви, содержащей эдс
- •3.1.3 Потенциальная диаграмма
- •3 Рисунок 3.3 – Потенциальная диаграмма .1.4 Баланс мощностей
- •3.2 Метод эквивалентного преобразования электрических цепей
- •3.2.1 Сущность и цель преобразований
- •3.2.2 Расчет цепи при последовательном соединении элементов и закон Ома для ветви, содержащей эдс
- •3.2.3 Расчет цепи при параллельном соединении элементов
- •3.2.4 Расчет цепи при смешанном соединении элементов
- •Пример 3.3.
- •3.2.5 Эквивалентные преобразования резисторов, включенных в виде «треугольника» или трехлучевой «звезды»
- •П ример 3.5.
- •3.2.6 Эквивалентные преобразования участков цепи с источниками энергии
- •Пример 3.6.
- •3.2.7 Вопросы для самопроверки
- •3.2.8 Тесты
- •3.3 Метод непосредственного применения законов Кирхгофа
- •3.3.1 Обоснование последовательности расчета
- •3.3.2 Матричная форма уравнений по методу непосредственного применения законов Кирхгофа (мнз).
- •3.3.3 Примеры расчета по методу непосредственного применения законов Кирхгофа Пример 3.7.
- •3.4 Метод контурных токов (мкт)
- •3.4.1 Обоснование последовательности расчета
- •3.4.2 Последовательность расчёта по методу контурных токов
- •3.5 Метод узловых потенциалов (муп)
- •3.5.1 Обоснование метода
- •3.5.2. Последовательность расчета задач методом узловых потенциалов
- •3.6 Основные теоремы теории линейных электрических цепей
- •3.6.1 Входные, взаимные проводимости и входное сопротивление
- •3.6.2 Теорема взаимности
- •3.6.3 Теорема наложения (суперпозиций)
- •3.6.4 Теорема об эквивалентном генераторе (теорема Тевенена)
- •3.6.5 Теорема об эквивалентном источнике тока (теорема Нортона)
- •3.6.6 Метод эквивалентного генератора
- •3.6.7 Условие передачи максимальной мощности от активного двухполюсника в нагрузку (приемник)
- •3.6.8 Теорема компенсации
- •3.6.9 Линейные соотношения в линейных электрических цепях
- •3.6.10 Вопросы для самопроверки
- •3.6.11 Тесты
- •Ответы к тестам
- •Тема 1.1 Основные определения и законы электростатических и электрических полей.
- •Тема 2.2 Пассивные идеальные элементы
- •Библиографический список
2 Основные понятия и законы теории электрических цепей
2.1 Электрическая цепь и ее основные элементы
Электрической цепью называют совокупность соединенных друг с другом проводами источников электрической энергии и приемников электрической энергии.
Источниками электрической энергии являются различные генерирующие устройства, в которых энергия того или иного вида – тепловая, химическая, ядерная, энергия механического движения и т.д. – преобразуется в электромагнитную.
Например, электрические генераторы, гальванические элементы, аккумуляторы, термоэлементы, магнитогидродинамические генераторы и топливные элементы и т.д.
Передающими электрическую энергию элементами электрической цепи (проводами) являются, например, линии электропередачи, электрические сети, линии связи. Преобразование электромагнитной энергии осуществляется с помощью трансформаторов, изменяющих напряжение и ток по величине, преобразователей частоты, усилителей, ионных и полупроводниковых инверторов, преобразующих постоянный ток в переменный; выпрямителей, преобразующих переменный ток в постоянный и т.п.
Приемниками в электрической цепи являются устройства, в которых осуществляется преобразование электромагнитной энергии в энергию другого вида. Например, в электродвигателях – в механическую работу, в заряженных аккумуляторах – в химическую энергию, в электрических печах и нагревательных устройствах – в тепловую энергию, в радиоприемниках – в акустическую энергию и т.д.
Как известно из курса физики, носителями зарядов в металлах являются свободные электроны, а в жидкостях – ионы. Упорядоченное движение носителей зарядов в проводниках вызывается электрическим полем, созданным в них источниками электрической энергии.
Источник электрической энергии характеризуется значением и направлением ЭДС, а также значением внутреннего сопротивления.
Постоянный ток принято обозначать буквой I, ЭДС источника – Е, сопротивление – R, проводимость – g.
Изображение электрической цепи с помощью условных знаков называется электрической схемой.
Условимся в дальнейшем часть электрической цепи, в которой действуют источники электромагнитной энергии, называть активной частью цепи, или короче – активной цепью. Ее будем обозначать прямоугольником с буквой А в середине и с тем или иным числом выводов (проводников), с помощью которых она присоединяется к остальной части цепи.
Часть электрической цепи, в которой нет источников электромагнитной энергии, будем называть пассивной частью цепи, или короче – пассивной цепью. Ее будем обозначать также прямоугольником с соответствующим числом выводов для присоединения к остальной части цепи, но с буквой П в середине прямоугольника.
Предполагается, что внутри этих прямоугольников находятся все элементы рассматриваемой части цепи со всеми соединениями между ними.
Принцип действия любого электромеханического устройства носит сложный характер, т.е. основан на группе физических явлений.
Все электромеханические устройства, с целью анализа режимов работы в них, принято моделировать с помощью совокупности идеальных элементов.
Под идеальным элементом в курсе ТОЭ мы будем называть абстрагированную часть реального устройства, которой приписывают одно единственное физическое свойство или явление. Совокупность различных идеальных устройств способна создавать режимы работы реального устройства. В электротехнике такие модели, изображенные в виде схем с применением изображений идеальных элементов, принято называть схемами замещения.