Что изучает наука – электротехника? Электрическая цепь. Электрический ток

Что изучает наука – электротехника? Электрическая цепь. Электрический ток

Электротехника — область технических наук, изучающая получение, распределение, преобразование и использование электрической энергии

Электрическая цепь — совокупность устройств, элементов, предназначенных для протекания электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий сила тока и напряжение

Цепи бывают:

Неразветвленные и разветвленные электрические цепи

Линейные и нелинейные электрические цепи

Неразветвленные - это когда во всех элементах ее течет один и тот же ток

Разветвленные - в каждой ветви течет свой ток. Ветвь можно определить как участок цепи, образованный последовательно соединенными элементами (через которые течет одинаковый ток) и заключенный между двумя узлами. В свою очередь узел есть точка цепи, в которой сходятся не менее трех ветвей.

Линейной электрической цепью называют такую цепь, все компоненты которой линейны. К линейным относятся те компоненты, которые описываются линейным дифференциальным уравнением

Нелинейные- е сли цепь содержит отличные от перечисленных компоненты

Законы действующие в электрических цепях:

-Закон Ома

-Теорема Тевенина

-Правило токов Кирхгофа

-Правило напряжений Кирхгофа

Электрический ток — упорядоченное некомпенсированное движение свободных электрически заряженных частиц под воздействием электрического поля. Такими частицами могут являться: в проводниках — электроны, в электролитах — ионы (катионы и анионы), в газах — ионы и электроны, в вакууме при определенных условиях — электроны, в полупроводниках — электроны и дырки (электронно-дырочная проводимость)

Различают: Постоянный ток — ток, направление и величина которого слабо меняются во времени

Переменный ток — это ток, величина и (или) направление которого меняются во времени. Среди переменных токов основным является ток, величина которого изменяется по синусоидальному закону

Электрические цепи и ее элементы.

Электрическая цепь представляет собой совокупность устройств и объектов, образующих путь для электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий об электродвижущей силе, токе и напряжении. В электрической цепи постоянного тока могут действовать как постоянные токи, так и токи, направление которых остается постоянным, а значение изменяется произвольно во времени или по какому-либо закону.

Электрическая цепь состоит из отдельных устройств или элементов, которые по их назначению можно разделить на 3 группы:

Первую группу составляют элементы, предназначенные для выработки электроэнергии (источники питания)

Вторая группа — элементы, преобразующие электроэнергию в другие виды энергии (механическую, тепловую, световую, химическую и т. д.). Эти элементы называются приемниками электрической энергии (электроприемниками)

В третью группу входят элементы, предназначенные для передачи электроэнергии от источника питания к электроприемнику (провода, устройства, обеспечивающие уровень и качество напряжения, и др.).

Расчет цепи постоянного тока с единственным источником

Метод контурных токов

Метод контурных токов — метод сокращения размерности системы уравнений, описывающей электрическую цепь

Идея метода контурных токов: уравнения составляются только по второму закону Кирхгофа, но не для действительных, а для воображаемых токов, циркулирующих по замкнутым контурам, т.е. в случае выбора главных контуров равных токам ветвей связи. Число уравнений равно числу независимых контуров, т.е. числу ветвей связи графа. Первый закон Кирхгофа выполняется автоматически. Контуры можно выбирать произвольно, лишь бы их число было равно и чтобы каждый новый контур содержал хотя бы одну ветвь, не входящую в предыдущие. Такие контуры называются независимыми.

Направления истинных и контурных токов выбираются произвольно. Выбор положительных направлений перед началом расчета может не определять действительные направления токов в цепи. Если в результате расчета какой-либо из токов, как и при использовании уравнений по законам Кирхгофа, получится со знаком “-”, это означает, что его истинное направление противоположно.

При составлении уравнений необходимо помнить следующее:

- сумма сопротивлений, входящих в i- й контур;

- сумма сопротивлений, общих для i- го и k- гоконтуров, причем;

-члены на главной диагонали всегда пишутся со знаком “+”;

-знак “+” перед остальными членами ставится в случае, если через общее сопротивление i- й и k- й контурные токи проходят в одном направлении, в противном случае ставится знак “-”;

-если i- й и k- й контуры не имеют общих сопротивлений, то;

-в правой части уравнений записывается алгебраическая сумма ЭДС, входящих в контур: со знаком “+”, если направление ЭДС совпадает с выбранным направлением контурного тока, и “-”, если не совпадает

Метод узловых потенциалов

Данный метод вытекает из первого закона Кирхгофа. В качестве неизвестных принимаются потенциалы узлов, по найденным значениям которых с помощью закона Ома для участка цепи с источником ЭДС затем находят токи в ветвях. Поскольку потенциал — величина относительная, потенциал одного из узлов (любого) принимается равным нулю. Таким образом, число неизвестных потенциалов, а следовательно, и число уравнений равно, т.е. числу ветвей дерева.

Как и по методу контурных токов, система уравнений по методу узловых потенциалов может быть составлена формальным путем. При этом необходимо руководствоваться следующими правилами:

1. В левой части i- гоуравнения записывается со знаком “+”потенциал i- го узла, для которого составляется данное i- е уравнение, умноженный на сумму проводимостей ветвей, присоединенных к данному i- му узлу, и со знаком “-”потенциал соседних узлов, каждый из которых умножен на сумму проводимостей ветвей, присоединенных к i- му и k- му узлам.

Из сказанного следует, что все члены, стоящие на главной диагонали в левой части системы уравнений, записываются со знаком “+”, а все остальные — со знаком “-”, причем. Последнее равенство по аналогии с методом контурных токов обеспечивает симметрию коэффициентов уравнений относительно главной диагонали.

2.В правой части i- гоуравнения записывается так называемый узловой ток, равный сумме произведений ЭДС ветвей, подходящих к i- му узлу, и проводимостей этих ветвей. При этом член суммы записывается со знаком “+”, если соответствующая ЭДС направлена к i- му узлу, в противном случае ставится знак “-”. Если в подходящих к i- му узлу ветвях содержатся источники тока, то знаки токов источников токов, входящих в узловой ток простыми слагаемыми, определяются аналогично.

Режимы работы электрической цепи постоянного тока

Номинальный режим- когда к источнику подключается потребитель на который он рассчитан.

Режим холостого хода – работа источника без потребителя.

Режим короткого замыкания – работа без потребителя, контакты источника замыкаются накоротко.

Согласованный режим – сопротивление внешней цепи равно внутреннему сопротивлению и источнику. В этом режиме от источника к потребителю передается максимальная мощность. КПД=50%.Применяется в радиотехнике.

 

Закон Ома в комплексной форме.

U = U _R + U _L + U _C = U_R + jU_L – jU_C = IR + jIX_L – jIX_C = I (R+ j) (X_L - X_C) = I Z

Законы Кирхгофа в комплексной форме.

1 закон Кирхгофа:

I = I _R+ I _L+ I _C=I_R – jI_L + jI_C=U/R – jU/X_L+ U/jX_C

2 закон Кирхгофа: Σ E = Σ IZ + Σ U

Электрическая цепь с активным сопротивлением.

Активный процесс – это процесс преобразования электрической энергии в другой вид, например в тепло.

Количественная оценка это процесса характеризуется сопротивлением R.

Постоянный ток – это ток с нулевой частотой.

Активное сопротивление не зависит от частоты тока.

i (t) = Im Sin ɷt, [A]

U_e = i * R

U_R = Im R Sin ɷ t = Um_R Sin ɷ t

Комплексной действующее значение.

I = Im/√2; U_R = Umz /√2

I = I eⁱ ; U _R = U_R eⁱⁿ = U _r1

В комплексной форме

R всегда положительное действующее число.

Напряжение на активной сопротивлении R совпадает с током по фазе.

Резонанс напряжений.

φ = 0

U_L = U_C

X = X_L – X_C= 0

U_p = U_L – U_C = 0

U = U_R

Z₀ = R → min

I₀ = U/R → max

При резонансе, т. к. режим активный, напряжение и ток совпадают по фазе.

26. мощность в цепи синусоидального тока. Энергетические процессы в цепях переменного тока являются функциями времени. Рассмотрим мощности отдельных участков цепи с последовательным соединением R, L, C (рис. 2.15), для чего допустим, что к ней приложено напряжение и протекает ток .

Мощность в активном сопротивлении:

.

Учитывая RI = UR, а также равенство UR = Ucosφ, полученное из треугольника напряжений, будем иметь Рис. 2.15. Схема последовательной цепи

мгновенная мощность в активном сопротивлении всегда положительна (т.е. всегда потребляется). Мгновенная мощность колеблется с двойной частотой около своего среднего значения, равного U I cos φ.

Рис. 2.16. Мгновенная мощность на активном сопротивлении

Под активной мощностью понимают среднее значение полной мгновенной мощности за период P=UIcos φ{Вт}. Активная мощность никогда не бывает отрицательной, так как ею характеризуется потребление энергии цепью.

Реактивная мощность (Q) характеризует ту часть энергии, которой цепь обменивается с источником без потребления. Ее величина определяется амплитудным значением мгновенной реактивной мощности Q=UICos(2wt-ф){ВАр}. S=U*I{ВА}. Она положительна при отстающем токе (когда φ > 0) и отрицательна при опережающем (когда φ < 0).

Треугольник мощностей:

27. Коэффицие́нт мо́щности..- Это безразмерная физическая величина, характеризующая потребителя переменного электрического тока с точки зрения наличия в нагрузке реактивной составляющей. Коэффициент мощности показывает, насколько сдвигается по фазе переменный ток, протекающий через нагрузку, относительно приложенного к ней напряжения. Соsф=P/S=P/UI.

28.Определение,способ получения трехфазной системы. Трёхфазная цепь, трёхфазная система, совокупность трёх однофазных электрических цепей переменного тока (называемых фазами), в которых действуют три переменных напряжения одинаковой частоты, сдвинутых по фазе друг относительно друга; частный случай многофазной системы.

Преимущества трех фазной цепи:1) По сравнению с однофазными цепями переменного тока Т. ц. более экономичны, дают существенно меньшие пульсации тока после выпрямления. 2)Применение Т. ц. позволяет простыми средствами получать вращающееся магнитное поле в электродвигателях переменного тока.

Основные понятия и законы магнитных цепей

Магнитная цепь -, совокупность источников магнитного потока (постоянных магнитов, электромагнитов) и ферромагнитных или др. тел и сред, через которые магнитный поток замыкается.;

При решении электротехнических задач все вещества в магнитном отношении делятся на две группы: ферромагнитные и неферромагнитные

Основные законы магнитной цепи

Закон (принцип) непрерывности магнитного потока- Поток вектора магнитной индукции через замкнутую поверхность равен нулю

Закон полного тока- Циркуляция вектора напряженности вдоль произвольного контура равна алгебраической сумме токов, охватываемых этим контуром

Первый закон Кирхгофа- Алгебраическая сумма магнитных потоков в узле магнитопровода равна нулю

Второй закон Кирхгофа- Алгебраическая сумма падений магнитного напряжения вдоль замкнутого контура равна алгебраической сумме МДС, действующих в контуре

Закон Ома- Падение магнитного напряжения на участке магнитопровода длиной равно произведению магнитного потока и магнитного сопротивления участка

Что изучает наука – электротехника? Электрическая цепь. Электрический ток

Электротехника — область технических наук, изучающая получение, распределение, преобразование и использование электрической энергии

Электрическая цепь — совокупность устройств, элементов, предназначенных для протекания электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий сила тока и напряжение

Цепи бывают:

Неразветвленные и разветвленные электрические цепи

Линейные и нелинейные электрические цепи

Неразветвленные - это когда во всех элементах ее течет один и тот же ток

Разветвленные - в каждой ветви течет свой ток. Ветвь можно определить как участок цепи, образованный последовательно соединенными элементами (через которые течет одинаковый ток) и заключенный между двумя узлами. В свою очередь узел есть точка цепи, в которой сходятся не менее трех ветвей.

Линейной электрической цепью называют такую цепь, все компоненты которой линейны. К линейным относятся те компоненты, которые описываются линейным дифференциальным уравнением

Нелинейные- е сли цепь содержит отличные от перечисленных компоненты

Законы действующие в электрических цепях:

-Закон Ома

-Теорема Тевенина

-Правило токов Кирхгофа

-Правило напряжений Кирхгофа

Электрический ток — упорядоченное некомпенсированное движение свободных электрически заряженных частиц под воздействием электрического поля. Такими частицами могут являться: в проводниках — электроны, в электролитах — ионы (катионы и анионы), в газах — ионы и электроны, в вакууме при определенных условиях — электроны, в полупроводниках — электроны и дырки (электронно-дырочная проводимость)

Различают: Постоянный ток — ток, направление и величина которого слабо меняются во времени

Переменный ток — это ток, величина и (или) направление которого меняются во времени. Среди переменных токов основным является ток, величина которого изменяется по синусоидальному закону