Основные понятия. Лекция № 1 Цели и задачи дисциплины

Лекция № 1 Цели и задачи дисциплины. Цепи постоянного тока

Предлагаемый курс лекций предназначен для студентов неэлектрических специальностей. Цель курса привить студентам культуру использования электрической энергии в бытовых условиях и на производственных предприятиях.

Замеченные электрические явления в природе начали изучаться уже в XVIII веке.

В качестве искусственных источников электрической энергии использовались гальванические элементы постоянного тока, придуманные итальянцем Луиджи Гальвани (1737 – 1798 гг) 1791 году. В 1800 году итальянец Алессандро Вольта (1745 - 1827) соединил несколько (20) гальванических элементов в, так называемый Вольтов столб, который позволил получить источник электрической энергии достаточно высокого напряжения (около 50 вольт). Позже был изобретён аккумулятор, который позволял накапливать значительное количество электрической энергии. Накопленный запас электроэнергии позволял использовать её для целей освещения (П.Н. Яблочков – 1745 – 1827 гг) и электролиза и гальванопластики (Б.С. Якоби – 1801 – 1874 гг).

Экспериментальные исследования, проводившиеся рядом исследователей (А.М. Ампер – 1775 – 1836 гг; Г.С. Ом – 1787 – 1854 гг; Ш.О. Кулон – 1736 – 1806 гг; М. Фарадей – 1791 – 1867 гг; Э.Х. Ленц – 1804 – 1865 гг; Д.Генри – 1797 – 1878 гг; В.Сименс – 1816 -!892 гг; Д.П.Джоуль – 1818 – 1889 гг; В.Э.Вебер – 1804 – 1891 гг; Д.К.Максвелл – 1831 – 1879 гг; Г.Р.Герц – 1857 – 1894 гг и др.), показали, что большинство закономерностей, первоначально полученных при анализе цепей постоянного тока, являются фундаментальными законами электротехники.

Термином электротехническое устройство принято называть промышленное изделие, предназначенное для определённой функции в производственных целях, при распределении, контроле, преобразовании и использовании электрической энергии. Постоянный ток применяется при получении алюминия, на городском и железнодорожном транспорте, в электронике, медицине и других областях науки и техники.

Электрическая цепь, в общем случае, из источника и потребителя электрической энергии. В состав цепи могут входить измерительные приборы, коммутационная аппаратура, соединительные линии из проводников.

Источник электрической энергии представляют собой преобразователь других видов энергии, например, энергии химических процессов, тепловой энергии, энергии светового потока или гидравлической энергии.

Приёмники электрической энергии используют её для преобразования в механическую (электродвигатели), тепловую (обогреватели), световую (освещение), химическую (электролиз) и т.д.

Коммутационная аппаратура, соединительные линии и измерительные приборы служат для передачи, распределения электрической энергии и контроля режима работы всех электротехнических устройств.

Графическое изображение электрической цепи называют схемой. Различают несколько способов изображения электрической цепи. На рис. 1.1. в качестве примера показано эскизное изображение электротехнических устройств и способа их соединения в простейшей цепи постоянного тока. При замыкании рубильника 1 к лампе накаливания 2 (потребитель электрической энергии) подключается аккумуляторная батарея 3 (источник электрической энергии). Для контроля режима работы электрической цепи подключены амперметр 4 и вольтметр 5. Но эскизное изображение электротехнических устройств и их соединений слишком громоздко и трудоёмко при выполнении чертежей.

Изображение цепи существенно упрощается при применении на чертежах условных обозначений электротехнических устройств в соответствии с принятыми ГОСТами. Такое изображение электрической цепи (рис. 1.2) называется принципиальной (элементной) схемой. Принципиальные схемы показывают включённые в цепь электротехнические устройства, их взаимодействие и может быть использована при расчётах режимов работы цепи.

Для того чтобы выполнить расчёт, необходимо каждое электротехническое устройство представить его схемой замещения (рис. 1.3).

Рис. 1.1. Эскизное изображение электрической цепи постоянного тока

Рис. 1.2. Принципиальная (элементная) схема электрической цепи

Рис. 1.3. Схема замещения электрической цепи

Схема замещения электрической цепи состоит из совокупности различных идеализированных элементов, выбранных так, чтобы можно было с заданным или необходимым приближением описать процессы, происходящие в цепи.

Конфигурация схемы замещения цепи характеризуется следующими геометрическими (топологическими) понятиями: ветвь, узел, контур. Ветвь схемы состоит из одного или нескольких последовательно соединённых элементов, каждый их которых имеет два вывода (начало и конец), причём к концу каждого предыдущего элемента присоединяется начало следующего. Узел схемы имеет три или большее число ветвей. Контур представляет собой замкнутую траекторию, состоящую из нескольких ветвей, причём ни одна ветвь и ни один узел не встречается в контуре более одного раза.

Схема замещения (рис. 1.3) цепи, показанной на рис 1.1, содержит три ветви, причём две состоят из одного элемента каждая, а третья состоит из трёх элементов. На рис.1.3 указаны параметры входящих в цепь элементов: R_л – сопротивление лампы накаливания, R_V – сопротивление вольтметра, R_А – сопротивление амперметра, E – ЭДС аккумулятора и R_вт – внутреннее сопротивление аккумулятора. Три ветви соединены в узлах a и b.

Если значения параметров всех элементов схемы замещения известны, то, пользуясь законами электротехники, можно рассчитать режим работы всех её элементов, т.е. определить электрическое состояние всех электротехнических устройств.

Далее в тексте вместо термина схема замещения электрической цепи будут использоваться сокращённое название: схема цепи или схема.

Дата добавления: 2014-01-05