Электрических цепей постоянного тока
 Скачать 5.4 Mb.
|
|
Тема 1 ЭЛЕМЕНТЫ И ПАРАМЕТРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА Цель: Изучить основные понятия и законы электрических цепей. Освоить методику определения эквивалентного сопротивления цепи и методику расчета простых цепей постоянного тока. Задание по самоподготовке1. Изучить по настоящему пособию, учебникам следующие основные понятия и законы: электрическая цепь, ток и напряжение, источник ЭДС; схемы электрических цепей (ветвь, узел, контур); законы Ома и Кирхгофа; цепи с последовательным, параллельным и смешанным соединением резистивных элементов [1] §1.1 …1.11, [3] §1.1 … 1.7. 2. Рассмотреть приведенные в разделах 1.3,1.6 примеры, задачи разделов 1.4, 1.7. 3. Ответить на контрольные вопросы. 4. Решить самостоятельно по выбору 1-2 варианта задач, приведенных в индивидуальных заданиях. 1.2 Общие сведенияЭлектрическая цепь – совокупность соединенных друг с другом источников и приемников электрической энергии, образующих путь для электрического тока. Электрическая схема – графическое изображение электрической цепи. Электрические цепи могут быть неразветвленными и разветвленными. Ветвь – участок электрической цепи, заключенный между двумя узлами, по которому проходит один и тот же ток. Ветвь образуется одним или несколькими последовательно соединенными элементами цепи. Узел – место соединения не менее трех ветвей электрической цепи. Контур – любой замкнутый путь, проходящий в общем случае по нескольким ветвям электрической цепи. Закон ОмаТок I на участке цепи с сопротивлением R равен напряжению U на этом участке, деленному на величину сопротивления этого участка R:  (1.1)Первый закон КирхгофаАлгебраическая сумма токов в узле равна нулю  (1.2)Подходящие к узлу токи считают положительными, отходящие – отрицательными. Вторая формулировка первого закона Кирхгофа: сумма токов, подходящих к узлу, равна сумме токов, отходящих от узла  (1.3)Второй закон Кирхгофа Алгебраическая сумма ЭДС в любом замкнутом контуре равна алгебраической сумме напряжений на всех участках с сопротивлениями, входящих в этот контур  . (1.4)В каждую из сумм соответствующие слагаемые входят со знаком плюс, если они совпадают с направлением обхода контура, и со знаком минус, если они не совпадают с ним. Мощность цепи постоянного тока равна произведению напряжения U на ток I Р = UI. (1.5) Мощность может быть также найдена по закону Джоуля – Ленца. Закон Джоуля Ленца Мощность Р тепловых потерь на участке цепи с сопротивлением R равна произведению квадрата тока I на сопротивление R P = I2R. (1.6) Определение эквивалентного преобразования элементов электрической цепи Эквивалентным называют такое преобразование электрической цепи, при котором внешние по отношению к преобразуемому участку цепи токи и напряжения не изменяются. Последовательным соединением участков электрической цепи называют такое соединение, при котором через все участки цепи проходит один и тот же ток. При последовательном соединении резистивных элементов R1, R2, R3 … … Rn эквивалентное сопротивление Rэ равно сумме сопротивлений Rэ = R1 + R2 + R3 + …Rn . (1.7) Параллельным соединением участков цепи называют такое соединение, при котором все участки присоединены к одной паре узлов, эти участки находятся под действием одного и того же напряжения. Параллельно соединенные резистивные элементы R 1, R 2, R 3 … R nможно заменить одним эквивалентным с проводимостью gэ = g1 + g2 + g3 + …+gп, (1.8) где g э =  ; g 1 =  ;  g 2 =  ; g 3 =  ; … g n =  . Для двух параллельно соединенных резисторов Rэ =  . (1.9)При смешанном соединении участков электрической цепи имеются участки с последовательным и параллельным соединением (рис. 1.1). Расчет токов в схеме со смешанным соединением участков цепи с резистивными элементами проводят путем последовательных преобразований цепи и сведения всех резистивных элементов к одному с эквивалентным сопротивлением. При этом должны быть заданы величины сопротивлений и напряжение или ЭДС на входе цепи. Например, для схемы рис. 1.1 преобразование проводят следующим образом.  Рис. 1.1 Параллельно соединенные участки заменяют одним эквивалентным, имеющим проводимость  откуда  После такого преобразования схема будет состоять из двух последовательно соединенных участков с сопротивлениями R1 и R234 (рис. 1.2). Эквивалентное сопротивление цепи Rэ = R1 + R234 .  U  Рис. 1.2 Ток в неразветвленной части цепи  Напряжения Uаb на параллельно соединенных участках находят по второму закону Кирхгофа. Для левого контура схемы рис. 1.1  откуда  Это же напряжение можно определить по закону Ома. Для схемы рис. 1.2  .Токи в параллельных ветвях  После расчета целесообразно выполнить проверку: По первому закону Кирхгофа I1 = I2 + I3 + I4. По балансу мощностей Pист = Pпотр . Мощность источника питания Pист = U×I1, или Pист = E×I1. Мощность тепловых потерь в сопротивлениях потребителя  |