Линейные электрические цепи постоянного тока

Введение

Электротехника – наука об использовании электрических и магнитных явлений для практических целей. Она охватывает область вопросов, относящихся к производству, распределению и использованию электрической энергии. Электрическая энергия применяется во всех областях человеческой деятельности и представляет собой одну из универсальных и гибких форм энергии, которая обладает рядом ценнейших свойств: легко, в больших количествах и с высоким КПД передаётся на дальние расстояния от места производства; легко преобразуется в другие виды энергии (механическую, тепловую, световую, химическую и звуковую); удобно распределяется между различными по мощности и характеру потребителями; позволяет осуществлять комплексную механизацию и автоматизацию производства; обеспечивает наилучшие санитарно-гигиенические условия на промышленных предприятиях.

Радиотехника и электроника, давно выделившиеся в самостоятельные области технических наук, имеют общую базу с электротехникой и вначале развивались как отрасли электротехнической науки.

Производство электрических машин, трансформаторов, аппаратов, реле и других электротехнических устройств также представляет собой одно из направлений электротехники.

Непрерывно увеличивающаяся насыщенность промышленности различными электротехническими и компьютерными устройствами обусловливает необходимость знания специалистами всех областей науки и техники основных понятий, касающихся электрических, магнитных и электромагнитных явлений и их практическом использовании.

Особенно важно при этом выйти из узкого круга вопросов, связанных только с электрическими цепями и понять эти явления комплексно с позиций единого электромагнитного поля.

В современных производственных машинах с помощью электротехнической аппаратуры осуществляется управление механизмами, автоматизация их работы, контроль за проведением производственного процесса, обеспечивается безопасность обслуживания и т.п. Следовательно, функции электротехнических устройств как части машин настолько значительны по сравнению с их механической частью, что они во многом определяют такие важные показатели как производительность, долговечность, качество и надёжность создаваемой ими продукции.

Для того, чтобы уметь творчески использовать преимущества электрической энергии, успешно внедрять электронные (и автоматические) приборы и автоматизированные системы управления в различного рода производственные процессы, будущему инженеру необходимо овладеть основами электротехники.

Инженер-механик по своему статусу не должен заниматься проектированием и созданием электротехнической части производственных машин, однако он должен квалифицированно эксплуатировать автоматизированные установки, принимать активное участие в разработке технического задания на проектирование САУ производственными процессами, грамотно использовать электротехническую аппаратуру и электрооборудование как при проведении научных исследований, так и в процессе эксплуатации. Всё это возможно лишь только в том случае, если инженер-механик имеет хорошую электротехническую подготовку.

Изучение курса электротехники даёт студенту общие сведения, без знания которых он, будучи инженером-неэлектриком, не сможет изучить и понять действие разнообразных электротехнических приборов и устройств и, не найдя общего языка во взаимодействии с инженерами-электриками (энергоснабженцами), в дальнейшем не научится эффективно применять их непосредственно в своей работе.

В курсе «Электротехника и электроника»:

· осуществляется анализ явлений, происходящих в электрических и магнитных цепях;

· изучается устройство, принцип действия электрических машин;

· рассматриваются вопросы, связанные с эксплуатацией электрических машин: пуск, регулирование частоты вращения, тормозные режимы, механические и электромеханические характеристики двигателей постоянного и переменного тока;

· изучаются вопросы электропривода двигателей постоянного и переменного тока.

Знание перечисленного материала даёт возможность будущим специалистам не только свободно разобраться в устройстве и принципе действия разнообразной электротехнической аппаратуры, электрических машин и оборудования, но и грамотно использовать их во всех вопросах своей практической деятельности.

Курс «Электротехника и электроника» служит для создания теоретической базы при изучении последующих специальных дисциплин, связанных с автоматизацией технологических процессов, электроснабжением и электрооборудованием соответствующих отраслей.

Материал конспекта разработан в соответствии с требованиями ГОСТов и современными методами математического описания процессов в электротехнических устройствах и электрических цепях.

Глава 1

Линейные электрические цепи постоянного тока

Основные понятия и определения

Электрическая цепь(ЭЦ) – это 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.

Любая электрическая цепь (будь то: электротехническая, радио - или телетехническая) содержит участки, ветви и узлы.

Участком электрической цепи называется часть цепи, содержащая выделенную совокупность её элементов.

Ветвь электрической цепи – это участок цепи, вдоль которого протекает один и тот же электрический ток.

Узлом электрической цепи называется место соединения трёх и более ветвей цепи.

Контуром ЭЦ называется замкнутый участок ЭЦ, состоящий из нескольких ветвей.

Элемент электрической цепи – это отдельное устройство, входящее в её состав и выполняющее в ней определённую функцию.

Напряжение на том или ином участке электрической цепи или её элементе называют падением напряжения.

Приёмником электрической энергии (ЭЭ) является устройство, которое потребляет мощность, подаваемую в цепь источником ЭЭ.

Источники ЭЭ подразделяются на зависимые и независимые.

К независимым источникам ЭЭ относятся:

Ø источники тока -

Ø источники ЭДС - Е

По количеству выводов, с помощью которых устройство подключается к другим элементам, цепи разделяются на 2-х, 3-х, 4-х и … n-полюсные.

Рис1.1 Примеры обозначения n-полюсников на электрических схемах:

а) сопротивление – 2-х полюсник; б) транзистор – 3-х полюсник; в) трансформатор – 4-х полюсник; г) n-полюсник

Если внутри n-полюсника отсутствует источник тока (или ЭДС), он называется пассивным.

Если n-полюсник включает в свой состав активный элемент А, он называется активным.

Приёмники электрической энергии могут быть описаны линейными и нелинейными алгебраическими и дифференциальными уравнениями.

Если приёмник описывается линейными уравнениями, то он называется линейным, и соответственно цепь, содержащая линейные приёмники, называется линейной электрической цепью (ЭЦ).

Если приёмник описывается нелинейными уравнениями, то он называется нелинейным и соответственно ЭЦ, содержащая нелинейные приёмники, называется нелинейной ЭЦ.

Примеры: линейная цепь – сопротивление (резистор);

нелинейная цепь – катушка на ферромагнитном сердечнике.

(1.2)

Рис. 1.2 Последовательное соединение резистивных элементов

	а)

при

Рис. 1.3 Схема параллельного включения резистивных элементов: а) схема электрическая; б) эквивалентная схема замещения 2-х параллельно включённых резисторов.

(1.3)

(1.4)

где

		R2

	I4

Ток

Рис. 1.5 Схема смешанного включения резистивных элементов.