Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электротехника и электроника. Конспект лекций
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ
ВОДНОГО ТРАНСПОРТА
В.М. Муравьев, М.С. Сандлер
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА
Альтаир-МГАВТ
Москва
2006
3
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ
ВОДНОГО ТРАНСПОРТА
В.М. Муравьев, М.С. Сандлер
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА
Конспект лекций
Альтаир-МГАВТ
Москва
2006
4
УДК 629. 122. 066 (075.8)
В.М. Муравьев, М.С. Сандлер
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА. Конспект лекций.
М.: Альтаир-МГАВТ, 2006. – 65 с.
Конспект лекций «Электротехника и электроника» является учебным
пособием и имеет целью оказание методической помощи студентам, изучающим дисциплину «Электротехника и электроника».
Изложены основные материалы теории электрических цепей постоянного, однофазного и трехфазного переменного синусоидального тока, приводятся
основные сведения об устройстве и работе наиболее применяемых электронных
приборов и устройств.
Для студентов технических специальностей, изучающих электротехнику
и электрооборудование в Московской государственной академии водного
транспорта.
Рецензент кандидат технических наук доцент Богданов Константин Леонидович.
Рекомендовано к изданию на заседании кафедры электрооборудования.
Протокол от 15.05.2006 г. № 10
Издается по решению Учебно-методического совета МГАВТ.
Ответственность за оформление и содержание передаваемых в печать
материалов несут авторы и кафедры академии, выпускающие учебнометодические материалы
© МГАВТ, 2006
© Муравьев В.М., Сандлер М.С., 2006
5
6
ПРЕДИСЛОВИЕ
Невозможно представить себе современную жизнь без электрической
энергии. При ее отсутствии работа промышленности, транспорта, научная деятельность, наш быт, наконец, станут просто невозможны. Ее легко передавать
практически на любые расстояния, распределять и использовать. Все эти процессы, кроме производства электроэнергии, являются экологически чистыми.
Умело используя электроэнергию в системах приведения в действие производственных механизмов, можно повысить их производительность, существенно
продлить срок службы, автоматизировать и оптимизировать производственные
процессы.
Электротехника и электроника являются базовыми дисциплинами для
изучения таких предметов, как электрооборудование, автоматика и автоматизация технологических процессов и производств, элементы систем управления.
Поэтому эти дисциплины изучаются всеми студентами всех технических специальностей инженерных учебных заведений.
Настоящий конспект ни в коей мере не заменяет рекомендованной учебной литературы, а предназначен для помощи студентам неэлектротехнических
специальностей Московской государственной академии водного транспорта,
изучающим дисциплины «Электротехника» или «Электротехника и электроника». Его содержание соответствует действующим рабочим программам подготовки специалистов МГАВТ. В нем сжато изложены основные теоретические
материалы, приводимые в рекомендованных учебниках.
7
1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Рис. 1.1. Примеры ветвей электрической цепи:
а - ветвь, содержащая один элемент;
б - ветвь, содержащая последовательно соединенные элементы Е и R;
в - ветвь, содержащая два последовательно соединенных резистора R
1
и R2
R
R
R
R
E
1
2
а
б
в
2R
1
R
R R
3
4
Рис. 1.2. Пример «узла» в
электрической схеме
Рис. 1.3. Параллельное соединение
элементов
А
Б
1.1. Основные понятия и определения теории
электрических цепей
Электрической цепью называют совокупность соединенных друг с дру-
гом источников и приемников электрической энергии, по которым может протекать электрический ток.
Электрическая схема представляет собой графическое изображение
электрической цепи.
Ветвь образуется одним или несколькими последовательно соединенны-
ми элементами цепи (рис. 1.1).
Под последовательным соединением элементов понимается такое со-
единение, когда через все элементы проходит один и тот же ток.
Узел – место соединения трех и более ветвей (рис. 1.2).
Ветви, присоединенные к одной паре узлов, называются параллельными
(рис. 1.3).
8
Любой замкнутый путь для тока, проходящего по нескольким ветвям, на-
ni
i
i
R
ni
i
i
E
I
1
1
R
U
I
Рис. 1.4. Пример выделения контуров в электрической цепи:
а – схема электрической цепи;
б – схема контурных токов I11, I22 и I
33
в контурах 1, 2 и 3
r r
E
1
1
1
2
2
2
3
3
3
3
1
2
11 22
33
4
4
4
5
5
6
6
а
б
r
r
r
r
I
I
I
I
I
I
I I
I
вн
RR
UE
I
зывается контуром (рис. 1.4).
1.2. Закон Ома, первый и второй законы Кирхгофа
Основными законами теории электрических цепей являются закон Ома,
первый и второй законы Кирхгофа.
Закон Ома.
Закон Ома устанавливает взаимосвязь между основными физическими
параметрами электрической цепи: током I, напряжением на участке цепи U,
электродвижущей силой Е и сопротивлением R.
В общем случае
Для участка цепи
Для полной цепи
(1.1)
где RВН – внутреннее сопротивление источника ЭДС.
9
Первый закон Кирхгофа
кi
i
i
I
1
0
mi
i
i
R
i
I
ni
i
i
E
11
I
I
I
I
a
1
2
3
4
Рис. 1.5. Иллюстрация к первому
закону Кирхгофа
E
E
R
R
R
R
I
I I
I
1
1
1
2
2
3
3
3
4
4
Рис. 1.6. Иллюстрация ко
второму закону Кирхгофа
Алгебраическая сумма токов в узле (рис.1.5) равна нулю:
Токи, притекающие к узлу, условно принимают положительными, а токи,
утекающие от узла, отрицательными.
I1 + I2 + I3 – I4 = 0.
.
Второй закон Кирхгофа
Алгебраическая сумма электродвижущих сил, действующих в замкнутом
контуре электрической цепи, равна алгебраической сумме падений напряжений
на отдельных участках цепи этого контура (рис. 1.6):
Если направления действия ЭДС совпадают с выбранным направлением
обхода контура, то они входят в уравнение со знаком (+), если не совпадают –
со знаком (-).
10
Для любой замкнутой электрической цепи справедлив баланс мощностей,
ni
i
i
P
ki
i
i
P
11
ni
i
i
R
i
I
ki
i
i
E
i
I
1
2
1
ni
i
i
R
ЭКВ
R
1
т.е. алгебраическая сумма мощностей, развиваемых источниками электрической энергии Рn, равна арифметической сумме мощностей, расходуемых в приемниках энергии:
или
.
Левая часть равенства представляет алгебраическую сумму мощностей
источников ЭДС. Здесь положительны те из слагаемых, для которых направления ЭДС Еi и соответствующего тока Ii совпадают, в противном случае слагаемое отрицательно. Правая часть равенства – арифметическая сумма мощностей
приемников.
1.3. Методы расчета сложных цепей постоянного тока.
Для расчета сложных электрических цепей постоянного тока в зависимо-
сти от сложности и структуры цепи применяются следующие методы:
преобразований: использование законов Кирхгофа, узловых потенциалов;
наложения (суперпозиции), эквивалентного генератора (двухполюс-
ник), контурных токов (четырехполюсники) и др.
Метод преобразований сводится к упрощению схемы путем замены по-
следовательно и параллельно соединенных участков цепи эквивалентными сопротивлениями и приведение схемы к виду, удобному для применения закона Ома.
При последовательном соединении резисторов (рис. 1.7, а) эквивалентное
сопротивление
При параллельном соединении резисторов (рис. 1.7, б) эквивалентное со-
противление резисторов
11
ni
i
R
ЭКВ
R
i
1
1
32
32
1
RR
RR
R
ЭКВ
R
ЭКВ
R
U
I
1
Рис. 1.7. К определению эквивалентного сопротивления:
а - последовательного соединения резисторов; б - параллельного соединения
резисторов
R
R
R
I
I
I
U
1
1
2
2
3
3
Рис. 1.8. Смешанное соедине-
ние резисторов
I
R
U экв
Рис. 1.9. Схема с приведенным (эк-
вивалентным) сопротивлением
R R R
3
1
2
R R R
1
2
n
а
б
В частном случае, эквивалентное сопротивление схемы, представленной
на рис. 1.8, определяется выражением:
.
Схема на рис. 1.8 может быть приведена к виду, представленному на рис. 1.9.
Для схемы (см. рис. 1.9) возможно применение закона Ома. Ток в нераз-
ветвленной части цепи
,
токи в ветвях:
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]