Электрические цепи. Элементы электрической цепи постоянного тока. Генераторы энергии. Виды электрических соединений. Приемники электрической энергии

Электротехника.

ЭЦ - совокупность устр-в, предназначенных для прохождения тока и описыв-ых с помощью понятий I и U. Элементы – отдельные устр-ва, вход в состав ЭЦ и выполняющ в ней опр функции. ЭЦ состоит из ист. энергии (активные эл-ты – генераторы, аккумуляторы), приёмников эл энергии (пассивные эл-ты) и связующих эл-ов (провода, выключатели). Электротехнические устройства, производящие электрич энергию, наз генераторами или источниками электрической энергии, а устр-ва, потребляющие ее – приемниками (потребителями) электрич энергии.

Генераторы В машинных генераторах в электрич энергию преобразуют механич энер. В гальванических эл-ах и аккумуляторах – химич энерг, в термогенираторах –тепловую энерг, в фотоэлементах- энерг излучения.

Приемники преобразуют электрич энергию в др виды энергии: электродвигатели- механическую, электронагревательные устр-ва - тепловую, лампы накаливания- световую, аккумуляторы- химич-ю.

Линейные ЭЦ, в кот сопротивление, индуктивность и емкость не зав от значений и направлений токов и напряжений цепи. Е-и зависят, то Нелинейные.

Активные: 1) классические иделизированные источники электродвижущей силы ЭДС и тока 2) зависимые ист, упр-мые напряжением и током.

I – ист, ток ч/з кот не зависит от напряжения на его зажимах, [А] E – Ист, напряжение на зажимах кот не зав от протекающего от него тока, [В]

ЭДС – работа, затрачиваемая сторонними силами(не электрич-ми) на перемещение единицы +заряда от меньшего потенциала к большему, т е разность потенциалов. Пассивные - кот не способны генерировать электрич энергию: 1 резисторы R[Ом] – эл-т в кот происход необрат процесс преобраз-я эл эн в тепловую, хар-ся резистивным сопротивлением. Величина, обратная R, наз проводимостью G [Сименс].

В общем случае определение сопротивления связано с расчетом поля в проводящей среде, разделяющей два электрода. Основной характеристикой резистивного элемента является зависимость u(i)(или i(u)), называемая вольт-амперной характерис-тикой (ВАХ). Если зависимость u(i) представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат (см.рис. 1,б), то резистор называется линейным и описывается соотношением U=R*I или i=gu,где g=R в -1степени - проводимость. При этом R=const.

Нелинейный резистивный элемент, ВАХ которого нелинейна (рис. 1,б), хар-ся Rстатическим: катушка индуктивности – это пассивный элемент, в кот накапливается энергия магнитного поля, хар-ся индуктивностью L. Она опр отношением

потокосцепления к току, протекающему по виткам катушки, . В свою очередь потокосцепление равно сумме произведений потока, пронизывающего витки, на число этих витков , где .Основной характеристикой катушки индуктивности является зависимость Ψ(i), называемая вебер-амперной характеристикой. Ψили Wмаг поля = L*I ² / 2

Для линейных катушек индуктивности зависимость Ψ(i)представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат (см. рис. 2,б). Нелинейные свойства катушки индуктивности (см. кривую Ψ(i) на рис. 2,б) определяет наличие у нее сердечника из ферромагнитного материала.

3.конденсатор - это пассивный элемент, хар-ся емкостью, запасающий эл эн. Для расчета последней необходимо рассчитать электрич поле в конденсаторе: W=cu²/2. Емкость опр отношением заряда q на обкладках конденсатора к напряжению u между ними C=q/u [Ф], q=cu и зависит от геометрии обкладок и св-в диэлектрика, находя между ними. Большинство диэлектриков, используемых на практике, линейны, т.е. у них относительная диэлектрическая проницаемость E =const. В этом случае зависимость q(u) – прямая линия, проход ч/з начало координат, (см. рис. 3,б). . если U-const, то i=0 зн в цепях пост тока ветвь содержащую «C» можно не учитывать мощность конденсатора. . У нелинейных диэлектриков (сегнетоэлектриков) диэлектрическая проницаемость является функцией напряженности поля, что обусловливает нелинейность зависимости q(u) (рис. 3,б). В этом случае без учета явления электрического гистерезиса нелинейный конденсатор характеризуется статической и дифференциальной емкостями.

Топологические элементы цепи – это учение о соединении элементов. Основные понятия: 1) ветвь – это участок цепи,на кот эл-ты соед-ны послед-но и протекает общ ток, и этот участок имеет 2-а выхода. 2) Узел – это точка в кот пересек 3-и и более ветвей. 4) контур –любой замкнутый путь, охват-ий несколько ветвей и узлов. Не может содержать ист тока.

2. Уравнение электрического состояния цепи (Закон Ома и Кирхгофа). Примеры расчета электрических цепей. Параметры электрических цепей. Баланс мощностей.

Закон Ома для пассивного участка цепи.

I=U/R сила тока,[A] прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.U=I*R [B] Падение напряжения. Вольтметр включён параллельно участку цепи. Внутренне напряжение в точке А меньше чем в точке Б.

Закон Ома для Активного участка цепи.

обобщённый закон Ома:

За положительным направлением напряжения приёмника принято направление совпадающим с выбранным положительным направлением тока.

U=10B Е=20В R=50M

Закон Киргофа: 1-й закон. Алгебраическая сумма токов в узле равна 0.

+ выходящие токи из узла

- входящие токи в узел

a = I1-I2+I3+I4+ I 5=0

2-й закон. В любом замкнутом контуре алгебраическая сумма напряжения ветвей равна 0.

;

Алгебраическая сумма ЭДС замкнутого контура= алгебраической сумме падения напряжения в этом контуре ,U=IR.

Примеры расчета электрических цепей.

Дано:E1,E2,R1,R2,R3

Найти: токи в ветв ях.

Произвольно выбираем направление тока в ветви. . Применим законы Кирхгофа.

По I-му Зн Кирхгофа, составляется на одно Ур-е меньше,чем узлов: a=I1=I2+I3

Оставшиеся два Ур-я сот по II Зн Кирхгофа:

1-й контур (параллельное соед.)

2-й контур

(последовательное соед.)

Для проверки правильности расчетов составляют баланс мощностей. ΣEI = Σ I²R

Мощность источника=мощности приемника ()

[Вт]; может работать в разных режимах( в режиме генератор; в режиме потребления энергии)

Параметры электрических цепей. При расчете электрических цепей учитывают сопротивление проводников. Эти параметры характеризуют процесс противодействия проводника прохождения по нему электрического тока. Установлен что сопротивление проводника зависит от его размера и температуры. Зависимость сопротивления проводника от размеров выражается формулой r=ρ*l/S, где ρ-удельное сопротивление, характеризующее материал проводника; l-длинна проводника; s-площадь его поперечного сечения.

В цепях постоянного тока величины, обратную сопротивлению, называется электрической проводимостью( [См]). Величина обратная удельному сопротивлению называется удельной электропроводимостью. Зависимость сопротивления от температуры описывается формулой , где r0 сопротивление проводника при начальной температуре t0. R=[Ом]. α-температурный коэф. Сопротивления, равный относительному изменению сопротивления при изменению температуры на один градус Цельсия. t- конечная температура.

Дата добавления: 2015-05-06