Линейные цепи постоянного тока Электрическая энергия и электрическая мощность Магнитное поле и магнитные цепи Электрические машины переменного тока Однофазный асинхронный двигатель

Курс лекций и примеры решения задач по электротехнике.

Электрические и магнитные цепи

Линейные цепи постоянного тока

Общие свойства

 Постоянный ток широко используется во многих отраслях техники. Его применяют в устройствах связи, приборах, электрооборудовании мобильных агрегатов и др.

 Совокупность источников, приемников электрической энергии и соединяющих их проводов называют электрической цепью.

 Источниками электрической энергии служат устройства, в которых происходит преобразование различных видов энергии в электрическую. По виду преобразуемой энергии источники электрической энергии могут быть разделены на химические и физические. Химическими источниками электрической энергии принято называть устройства, вырабатывающие энергию за счет окислительно-восстановительного процесса между химическими реагентами. К химическим источникам относятся первичные (гальванические элементы и батареи), вторичные (аккумуляторы и аккумуляторные батареи) и резервные (при хранении электролит никогда гальванически не связан с электродами), а также электрохимические генераторы (топливные элементы).

Преобразование линейных электрических схем Расчет и исследование сложных электрических схем во многих случаях можно значительно облегчить за счет преобразования. Суть преобразования заключается в замене участков цепи эквивалентными, но более простыми, т.е. не вызывающими изменения напряжения и токов в остальной части цепи.

Электрический ток. Плотность тока. Электрическое напряжение Направленное движение свободных заряженных частиц в проводнике под действием электрического поля называется электрическим током. Электрический ток является скалярной величиной, которая равна пределу отношению заряда к промежутку времени, когда последний стремится к нулю

Закон Ома  В 1827 г. немецкий физик Г. Ом, проведя серию точных экспериментов, установил один из основных законов электрического тока. Он гласит: постоянный электрический ток в участке электрической цепи прямо пропорционален напряжению на этом участке.

Источник ЭДС и источник тока При преобразовании любого вида энергии в электрическую энергию в источниках происходит за счет электродвижущей силы (ЭДС).

  Физическими источниками электрической энергии называют устройства, преобразующие энергию механическую, тепловую, электромагнитную, световую энергию, энергию радиационного излучения, ядерного распада в электрическую. К физическим источникам относятся электромашинные генераторы (турбо-, гидро- и дизель-генераторы), термоэлектрические генераторы, термоэмиссионные преобразователи, МГД-генераторы, а также генераторы, преобразующие энергию солнечного излучения и атомного распада.

 Приемники электрической энергии (электродвигатели, электрические печи, нагревательные приборы, лампы накаливания, резисторы и др.) преобразуют электрическую энергию в другие виды энергии.

 В электрической цепи источники и приемники соединяют проводами, которые обеспечивают передачу электрической энергии от источников к приемникам.

  Электрические цепи содержат:

 а) коммутационную аппаратуру для включения и отключения электрического оборудования и устройств (переключатели, выключатели и др.);

 б) контрольно-измерительные приборы (амперметры, вольтметры и др.);

 в) аппаратуру защиты (плавкие предохранители, автоматы и др.).

  Рассмотрим простейшую электрическую цепь, состоящую из аккумулятора, фары автомобиля, выключателя, амперметра и соединительных проводов (рис. 1.1 а). Графическое изображение электрической цепи, в которой реальные элементы представлены их условными обозначениями (рис. 1.1 б), называется электрической схемой.

Рис. 1.1

 Для упрощения изображения электрической цепи каждое электротехническое устройство заменяют (по ГОСТ) его условным обозначением.

 На рис. 1.2 приведены условные обозначения источников и приемников постоянного тока: гальванического элемента (аккумулятора) (рис. 1.2 а), генератора постоянного тока (рис. 1.2 б), термопары (рис. 1.2 в), резистора (рис. 1.2 г), лампы накаливания (рис. 1.2 д), электрической печи (рис. 1.2 е).

  а) б) в) г) д) е)

Рис. 1.2

 Условные обозначения некоторых измерительных приборов и коммутирующих устройств представлены на рис. 1.3: амперметра (рис. 1.3 а), вольтметра (рис. 1.3 б), выключателя (рис. 1.3 в), предохранителя (рис. 1.3 г).

 Чтобы облегчить изучение процессов в электрической цепи, ее заменяют расчетной схемой, в которой все элементы или некоторые из них

Рис. 1.3

представлены так называемой схемой замещения. Схема замещения состоит из совокупности различных идеализированных элементов, выбранных так, чтобы можно было описать физические процессы в реальном устройстве. В схемах замещения источники электрической энергии, резисторы, индуктивные катушки и конденсаторы считаются элементами с сосредоточенными параметрами.

 Схемы замещения различных электротехнических устройств будут подробно рассмотрены в следующих параграфах.

 Электрические цепи бывают неразветвленные и разветвленные. Если во всех участках цепи ток один и тот же, она называется неразветвленной (рис. 1.4 а). В разветвленной цепи (рис. 1.4 б) в каждой ветви протекает свой ток.

Рис. 1.4

 Геометрическая конфигурация схемы характеризуется такими понятиями, как ветвь, узел, контур. Ветвь – участок электрической цепи, вдоль которого протекает один и тот же ток. Узел – место соединения ветвей электрической цепи (не менее трех). Контур – любой замкнутый путь, образованный ветвями и узлами. Цепь, представленная на рис. 1.4 б имеет три ветви и два узла.

Линии передачи, как правило, выполняются медными, алюминиевыми и реже стальными проводами.

Сопротивление металлического проводника зависит от его длины l, площади поперечного сечения s и электропроводящих свойств металла, из которого выполнен проводник:

где l—длина проводника, м;

s — площадь поперечного сечения проводника, мм2,

р — удельное сопротивление проводника, Ом*мм2/м,

 

Величина, обратная удельному сопротивлению,

называется удельной проводимостью, выражается в м/(Ом*мм2)

Сопротивление металлического проводника зависит от температуры:  с повышением температуры сопротивление r увеличивается. Зависимость электрического сопротивления от температуры выражается формулой

 


На главный сайта: Курс Электротехники