1.Основные этапы развития электротехники.

1.Становление электростатики (до 1800 г.)

нач. XVII в. Вильям Гильберт О магните, магнитных телах и большом магните в земле

1650 Отто фон Гeрике Изготовил простейший эл.-стат. механизм

1729 Стефан Грей Разделил все тела на проводники и непроводники

1733-37 Шарль Дюфе Открытие «+» и «-» зарядов

1745 Питер ван Мушенбрук Создание первого конденсатора («Лейденская банка»)

1745 Ломоносов и Рихман Первый эл.-двиг. прибор оценки

1753 Ломоносов Слово о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих

1759 Франц Эпинус Указал связь между эл-твом и магнетизмом

1785 Шарль Кулон F=k*(q1*q2)/r122*r ̅12/r12

1794 Алессандро Вольта Понятия: эл.цепь, напряжение, ёмкость, потенциал

2.Закладка фундамента электротехники, ее научных основ (1800 — 1830 гг.)

1799 Алессандро Вольта Источник тока (Вольтов столб)

1802 В.В. Петров Электрическая дуга (батарея высокого U)

1819 Ганс Эрстед Явление о воздействии тока на маг.стрелку

18.9.1820 Ампер Андре Доклад о воздействии токов и магнитов

1821 Томас Зеебек Явление термомагнетизма

1827 Георг Ом Гальваническая цепь

3. Зарождение электротехники (1830—1870 гг.)

1831 Майкл Фарадей З-н эл.-маг. индукции(э.д.с.=-dФ/dt); ввёл понятие диэлектрика

1833 Генрих Ленц Правило Ленца

1841-42 Джоуль и Ленц З-н Джоуля-Ленца (Q=j*E или Q=I2Rt)

1845 Кирхгоф О протекании тока через пластинку

4.Становление электротехники как самостоятельной отрасли техники (1870—1890 гг.)

1873 Максвелл Уравнения переменного тока

1874 Лодыгин Лампа накаливания

1879 Доливо –добровольский Осн. компоненты трехфазных систем передач эл.энергии

1887 Герц Доказал существование эл-маг. волн

1888 Тесла Доп. обоснование сути вращения эл.маг. поля

5. Становление и развитие электрификации (с 1891 г.)

1895 Попов Радио

6. Зарождение и развитие электроники (первая четверть XX в.)

2. Электрические цепи несинусоидального тока. Общий путь расчёта.

Периодическая несинусоидальная ф-ция удовл. усл.:

Основные случаи, при которых возникает нелинейность:

- источник эдс не синусоидален, а все элем.цепи линейны

- источник эдс синусоидален, а один или несколько элем.цепи нелинейны

- ист. эдс или тока даёт несинус. напряжение или ток, а один или несколько элем.цепи нелинейны

- ист. эдс синусоидален, а элем. цепи периодически меняются во времени

Методика расчета линейных цепей при периодических несинусоидальных токах

Возможность разложения периодических несинусоидальных функций в ряд Фурье позволяет свести расчет линейной цепи при воздействии на нее несинусоидальных ЭДС (или токов) источников к расчету цепей с постоянными и синусоидальными токами в отдельности для каждой гармоники(принцип суперпозиции). Мгновенные значения искомых токов и напряжений определяются на основе принципа наложения путем суммирования найденных при расчете гармонических составляющих напряжений и токов. В соответствии с вышесказанным цепь на рис. 5 при воздействии на нее ЭДС (при расчете спектр рассматриваемых гармоник ограничивается) в расчетном плане представляется суммой цепей на рис. 6.

Здесь

Для постоянных составляющих рассчитывать эц постоянного тока, при этом учитывать, что

иными словами индуктивности закоротить а ёмкости отключить.

При расчёте гармонических составляющих k-ой гармоники

т.е. с ростом порядка гармоники увеличивать в k раз, а уменьшать в k раз.

Тогда, например, для тока в ветви с источником ЭДС, имеем

где каждая k-ая гармоника тока рассчитывается символическим методом по своей к-й расчетной схеме. При этом (поверхностный эффект не учитывается) для всех гармоник параметры и С постоянны.

необходимо помнить, что ввиду различия частот суммировать комплексы различных гармоник недопустимо. Таким образом, методика расчета линейных цепей при несинусоидальных токах сводится к следующему:

1.ЭДС и токи источников раскладываются в ряды Фурье.

2.Осуществляется расчет цепи в отдельности для каждой гармонической.

3.Искомые величины определяются как алгебраические суммы соответствующих гармонических.

1.Основные понятия об электрических цепях. Классификация цепей. Топология.

Электрическая цепь — совокупность генерирующих, преобразовательно-транспортирующих устройств, элементов, предназначенных для протекания электрического тока, электромагнитных процессов, в которых могут быть описаны с помощью понятий сила тока и напряжение.

Генерирующие устройства – эл. устройства для выработки электроэнергии(далее ЭЭ)

Преобразователи ЭЭ – устройства для преобразования электромагнитной энергии(далее ЭМЭ), рис. 2

Транспортирующие устройства характеризуются как передатчики ЭМЭ

Приёмники – устройства, преобразующие ЭМЭ в энергию другого вида(мех., хим., свет. и др.)

Классификация эц: По виду тока: ЭЦ пост. тока – тока, не изменяющегося во времени;

ЭЦ перем. тока – тока, изменяющегося по синусоидальному закону; ЭЦ изменяющегося тока – тока, характеризующегося сочетанием пост. и перем. тока;

По параметрам: Линейные ЭЦ – ЭЦ, параметры элементов которой не зависят от значений токов или напряжений; Нелинейные ЭЦ ЭЦ, параметры одного или нескольких элементов которой зависят от значений токов или напряжений.

Участки цепи: Активные – содержат ИП; Пассивные – не содержат ИП

Классификация эц по сложности: Простые – элем. такой ЭЦ соединены последовательно;

Сложные – имеют разветвлённую структуру

Схема ЭЦ. УГО ЭЦ, показывающее последовательность соединений её элементов, а также отображающей св-ва ЭЦ, называется схемой ЭЦ.

Источником эдс называют устройство, в котором возникает электродвижущая сила, равная работе сторонних сил при переносе единицы заряды от одного полюса к другому.

Топология.

Ветвью называется участок цепи, обтекаемый одним и тем же током(на рисунке это cabd,cd,ced). Узел – место соединения трех и более ветвей(с и d). Условное изображение схемы, в котором каждая ветвь заменяется отрезком линии, называется графом электрической цепи. Контур – замкнутый путь, в котором один из узлов является начальным и конечным узлом пути. Контуром называют любой замкнутый участок электрической цепи. Особо следует выделить понятие «независимый контур»(на рисунке их 3: cabdc, cedc,cedbac). Независимый контур – это контур, в который входит хотя бы одна ветвь, не входящая в другие контуры.

2. Электрические полосовые фильтры

Полосно-пропускающий фильтр — фильтр, который пропускает частоты, находящиеся в некоторой полосе частот.

Полосовой фильтр — линейная система и может быть представлен в виде последовательности, состоящей из фильтра нижних частот и фильтра верхних частот.

Идеальные полосовые фильтры характеризуются двумя характеристиками:

нижняя частота среза, верхняя частота среза

В свою очередь, реализация полосового фильтра характеризуется шестью характеристиками: нижняя граница частоты пропускания; верхняя граница частоты пропускания, нижняя граница частоты задержания, верхняя граница частоты задержания;

а также: максимальное подавление в полосе пропускания; минимальное подавление в полосе подавления.

Примером реализации такого фильтра может служить колебательный контур (цепь из последовательно соединенных резистора, конденсатора и индуктивности).

Путем замены переменной Р в передаточной функции ФНЧ на переменную (1/ΔΩ)(P+1/P) можно получить АЧХ полосового фильтра. В результате этого преобразования АЧХ фильтра нижних частот в диапазоне 0 ≤ Ω ≤ 1 переходит в правую часть полосы пропускания полосового фильтра (1 ≤ Ω ≤ ΩMAX). Левая часть полосы пропускания является зеркальным отображением в логарифмическом масштабе правой части относительно средней частоты полосового фильтра Ω = 1 (рис. 2.36). При этом ΩMIN = 1/ ΩMAX. Вычисление нормированных частот среза полосового фильтра, на которых его коэффициент передачи уменьшается на 3 дБ, может быть осуществлено из

формулы которая получается при и

Получить полосовой фильтр можно, включив последовательно фильтры нижних и верхних частот (рис. 2.37). Максимальная величина добротности, которая может быть получена, при таком построении фильтра равна Q= 1/2

Рассмотрим схему простейшего низкочастотного фильтра, представленную на рис. 1,а.

Связь коэффициентов четырехполюсника с параметрами элементов Т-образной схемы замещения определяется соотношениями

или конкретно для фильтра на рис. 1,а

Схема простейшего высокочастотного фильтра приведена на рис. 3,а.

Для данного фильтра коэффициенты четырехполюсника определяются выражениями (А, В и С)

1.Схема электрической цепи. Основные элементы электрической цепи. Графические обозначения.

Источник ЭДС

Источник тока

Линейный резистор

Резистор переменного сопротивления

Индуктивный элемент (катушка индуктивности)

Катушка переменной индуктивности

Емкостной элемент (конденсатор)

Конденсатор переменной ёмкости

Однополюсный выключатель

Двухполюсный выключатель

Предохранители, разрядники

Измерительные приборы

Элемент нагревательный

Лампа накаливания

Лампа сигнальная

проводник;

2.Переходные процессы в электрических цепях. Классический метод расчёта.

Переходным процессом в ЭЦ называется процесс перехода из одного состояния в другое. Как правило время перехода лежит в пределах от мкс до мс. В результате расчёта требуется найти токи на всех ветвях.

Переходные процессы возникают в электрических цепях при различных воздействиях, приводящих к изменению их режима работы, т. е. при действии различного рода коммутационной аппаратуры, например ключей, переключателей для включения или отключения источника, или приемника энергии, при обрывах в цепи, при коротких замыканиях отдельных участков цепи п т. д

Отметим, что физической причиной возникновения переходных процессов в цепях является наличие в них катушек индуктивности и конденсаторов, т. е. индуктивных и емкостных элементов в соответствующих схемах замещения. Объясняется это тем, что энергия магнитного и электрического полей этих элементов не может изменяться скачком при коммутации в цепи.

Как и любой динамический процесс в материальных системах, так и переходные процессы в ЭЦ описываются СДУ (см. ниже), состоящих по определённым правилам (законы Кирхгофа). Последовательно исключая какой-либо k-ый ток из всех m-уравнений можно прийти к одному ДУ, к-рое будет содержать k-й ток и все его производные:

ток свободный (приходящий); определяется решением (Л)ОДУ при возникает в следствие того, что при любых внешних возмущениях, внесённых в ЭЦ, происходит перераспределение энергии (магнитного и эл. поля), т.е. цепь переходит из одного состояния в другое.

Переходный процесс в цепи описывается дифференциальным уравнением — неоднородным или однородным, если ее схема замещения содержит или не содержит источники ЭДС и тока. Заметим, что переходный процесс в линейной цепи описывается линейными дифференциальными уравнениями, а в нелинейной — нелинейными.

Для определения необходимо решить характеристическое уравнение вида:

Если все корни простые, то решение примет вид: Ток находится путём расчёта ЭЦ, находящейся в новом, установившемся состоянии любым методом (эквив. генератора и т.д.). Примечание: токи в ветвях можно определить не только по з-нам Кирхгофа, но и используя метод контурных токов и узловых потенциалов.

Определение (постоянных интегрирования): можно найти из з-на сохранения энергии, а также определяются по известным независимым начальным условиям. Для определения. Для определения должны быть известны ток и все его производные в t=0(начальные условия). Имея решение для тока и для его производных подставляем их в левые и правые части ур-ния в t=0, получаем систему, где n-переменных и n- неизвестных.

Законы коммутации. Энергия любой ЭЦ может быть сохранена при отсутствии внешнего ИП только в магнитных полях индуктивностей и эл. полях конденсаторов:

потокосцепление:

не существует бесконечной большой эдс самоиндукции.

Рассмотрим Из уравнений (1) и (2) следует, что ток на индуктивности и напряжение на конденсаторе не могут измениться: