Электротехника

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА Лекция № 1. 1.1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ Электротехника занимается явлениями, происходящими при прохождении электрического тока через различные устройства и элементы. Совокупность элементов и устройств соединенных между собой для прохождения электрического тока называется электрической цепью. В лабораторных натурных условиях электрические цепи изучают с помощью электроизмерительных приборов. Предметом теоретических исследований или расчетов является принципиальная электрическая схема, в которой элементы электрической цепи изображены в виде графических эквивалентов, а взаимное соединение их соответствует соединениям электрической цепи . Теоретическое изучение электрических устройств (трансформаторы электромоторы, полупроводниковые приборы и др.) проводится по эквивалентным электрическим схемам, в которых отдельные части устройства (или свойства) представляются в виде элементов электрических цепей. Провода соединяющие отдельные элементы электрических цепей, изображаются на электрических схемах сплошными линиями, которые соединяют графические изображения элементов рис.1.1. Точка электрической схемы, где соединяются больше двух элементов называется узлом, она обозначается точкой. Участок электрической схемы, соединяющий непосредственно два узла называется ветвью. Элементы одной ветви соединяются последовательно. Ветви или элементы, соединяющиеся в двух узлах, подключены параллельно. К одному узлу может быть подключено много ветвей. Две верхние точки это один узел, т. к. они закорочены проводом. Закольцованная часть принципиальной электрической схемы с последовательным соединением элементов называется контуром. Например: контур из элементов Е1, R1, R2 или контур R4, C1. Расчет электрической цепи заключается в нахождении токов в ветвях и напряжений на элементах по известным значениям элементов или определение величин элементов (параметров) цепи по заданным токам и напряжениям. 1.2. ПАССИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ. Элементы электрических цепей подразделяются на активные (источники напряжения или тока), выделяющие мощность в цепь и пассивные (резисторы, катушки индуктивности, конденсаторы и др.) не выделяющие мощность в цепь. Рис.1.2. Графическое изображение пассивных элементов. Графические изображение пассивных элементов приведены на рис.1.2. : а) резистор, б) переменный резистор (потенциометр), в) катушка индуктивности, г) катушка индуктивности на магнитном сердечнике, д) конденсатор. Пассивные элементы делятся на активные и реактивные. Активные - резисторы потребляют мощность и выделяют ее в виде тепла. Реактивные в один цикл запасают энергию, в другой отдают, поэтому на них мощность не выделяется. Из физики известно напряжение на индуктивности , предположим i=Asinωt, тогда . Напряжение на индуктивности опережает i через индуктивность на . В электротехнике поворот на 90˚ принято обозначать знаком мнимости j. , где сопротивление индуктивности, которое зависит от частоты. Напряжение на емкости = -j I xC, где xC=1/ωC. UC отстает от тока через конденсатор на угол . Реальные реактивные элементы имеют сопротивление потерь: для индуктивности - это сопротивление моточного провода Rпр, для Рис.1.3. Графическое изображение конденсатора - сопротивление утечки реальных реактивных элементов. диэлектрика Rд рис.1.3. Сопротивление реальных реактивных элементов, имеет комплексный характер ZL=jωL+Rпр, для конденсатора легче записать с помощью проводимости . Закон Ома для реактивных элементов можно записать во временной области: или , либо в частотной области или В первом случае расчет цепей производится с помощью дифференциальных уравнений, во втором с помощью алгебраических в комплексной форме. 1.3. АКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ. Графическое изображение источников напряжения и тока приведены на рис.1.4 : (а)-источники напряжения постоянного тока, (б)-источники напряжения переменного тока, (в)-источники постоянного тока, (г)-источники переменного тока Рис.1.4. Графическое изображение источников. Идеальный источник напряжения (ИН) сохраняет заданное напряжение при любой нагрузке, т.е. может выдавать I=∞ при RH=0, он имеет внутреннее сопротивление Rист=0. Внутреннее сопротивление реальных (ИН) лежит в пределах от 10-3 Ом, для аккумуляторов, сетевых источников и выпрямителей, до сотен Ом для батареек. При протекании тока от источника на его внутреннем сопротивлении образуется падение напряжения URист=Rист·I Рис.1.5. Напряжение на зажимах источника U