- •Краткий конспект лекций к первой части курса «Теоретические основы электротехники»
- •Введение
- •Общие определения цепей и их параметров
- •Активные элементы
- •Эквивалентные преобразования источников электрической энергии
- •Свойства линейных электрических цепей
- •Основные уравнения электрических цепей. Законы Кирхгофа.
- •Линейные цепи постоянного тока
- •Эквивалентные преобразования пассивных цепей
- •Расчет цепей по законам Кирхгофа
- •Метод контурных токов
- •Метод узловых напряжений
- •Метод наложения
- •Свойство взаимности
- •Теорема о компенсации
- •Метод эквивалентного источника напряжения (теорема Гельмгольца-Тевенена)
- •Метод эквивалентного источника тока (теорема Нортона)
- •Потенциальная диаграмма.
- •Баланс мощностей
- •Топология электрической цепи
- •Топологические матрицы графов
- •Линейные цепи с источниками гармонических эдс и токов Периодические напряжения и токи
- •Генератор синусоидального напряжения
- •Временная диаграмма
- •Векторная диаграмма
- •Действующие и средние значения периодических эдс и токов
- •Разность фаз напряжения и тока. Параметры цепей переменного тока.
- •Установившийся режим в цепи с параллельным соединением активного сопротивления, индуктивности и емкости
- •Энергетические соотношения в цепях синусоидального тока
- •Комплексный метод расчета электрических цепей
- •Комплексные сопротивления и проводимости
- •Перевод комплексных величин в показательную форму:
- •Перевод показательных величин в комплексную форму:
- •Основные законы электрических цепей в комплексной форме
- •Мощность в комплексной форме. Баланс мощностей
- •Резонансные явления в электрических цепях. Частотные характеристики.
- •Резонанс напряжений
- •Частотные характеристики последовательногоR-l-Cконтура.
- •Резонансные характеристики
- •Параллельный колебательный контур. Резонанс токов.
- •Частотные характеристики цепи с параллельным соединением элементов.
- •Резонансные кривые при параллельном соединении элементов
- •Цепи с взаимной индукцией
- •Последовательное и параллельное соединения индуктивно связанных катушек
- •Векторные диаграммы:
- •При параллельном соединении катушек их напряжение одинаково.
- •Трансформатор без стального сердечника
- •Трехфазные системы токов и напряжений
- •Энергия и мощность в трехфазных цепях
- •Основы теории четырехполюсников Уравнения четырехполюсников
- •Холостой ход и короткое замыкание четырехполюсника
- •Определение параметров четырехполюсника
- •Периодические несинусоидальные напряжения и токи в линейных цепях Разложение периодических функций в ряд Фурье
- •Действующее значение и мощность при несинусоидальных напряжениях и токах
- •Расчет линейных цепей при несинусоидальных напряжениях и токах
Введение
Электротехника – это область техники, осуществляющая применение электрической энергии во многих отраслях промышленности. Зарождение электротехники относят к периоду создания источника постоянного тока (начало 18 века) и последовавших затем открытий в области электричества и магнетизма. Электротехника изучает и систематизирует законы, которым подчиняются электрические явления.
Состояние элементов электротехнических устройств характеризуют интегральные скалярные величины:
ток , где−вектор плотности тока [А/м2]; −вектор элемента площади поперечного сечения проводника [м2];
магнитный поток , где−вектор магнитной индукции [Т]; [Н/(А∙м)]; [Вб/м2]; [В∙с/м2];
напряжение , где − вектор напряженности электрического поля [В/м]; −вектор элемента длины контура (пути) интегрирования [м].
Общие определения цепей и их параметров
Электрической цепью называется совокупность устройств, состоящая из источников, преобразователей и приемников электрической энергии, которые соединяются проводами, образуя замкнутые пути для протекания электрического тока.
Элементы электрической цепи, осуществляющие преобразование различных видов энергии в электромагнитную, называются источниками (генераторами), или активными элементами цепи.
Элементы, осуществляющие необратимое потребление электромагнитной энергии или ее накопление, являются пассивными элементами.
Необратимое потребление энергии осуществляется в резистивном элементе R. При выбранных направлениях тока и напряжения, связь между ними выражается законом Ома , где R [Ом] – сопротивление элемента – параметр интенсивности потребления энергии.
Зачастую пользуются обратным соотношением: , где –проводимость элемента [1/Ом]; [Cм].
Накопление магнитной энергии осуществляется в индуктивном элементе (индуктивности) L [Г]; [Вб/А]; [Ом∙с], в котором при протекании изменяющегося во времени тока i изменяется потокосцепление и наводится ЭДС самоиндукции(закон Фарадея - Максвелла), которая противодействует изменению потокосцепления, что и учитывается знаком минус. Для преодоления ЭДС самоиндукции к зажимам индуктивного элемента необходимо от внешнего источника приложить равное, но противоположное по знаку напряжение . Для линейных схем L не зависит от тока i.
Таким образом, если ток постоянен, то напряжение на индуктивности .
Процесс накопления энергии в электрическом поле осуществляется в емкостном элементе С []; [], ток которого определяется скоростью изменения заряда на обкладках емкостного элемента. В свою очередь заряд связан с напряжением между обкладками выражением, гдеС – емкость элемента, определяющая интенсивность накопления энергии электрического поля.
Пассивные элементы могут быть линейными и нелинейными.
Цепь, составленная из линейных элементов, называется линейной, а связь между напряжением и током описывают линейные уравнения (алгебраические или дифференциальные).
Параметры нелинейных элементов зависят от величины напряжения и тока, а электрические процессы в них описывают нелинейные уравнения.