Электротехника. 01 Лекция. I. Линейные электрические цепи с сосредоточенными параметрами
 Скачать 0.88 Mb.
|
ЭТЭI. Линейные электрические цепи с сосредоточенными параметрами. §1. Основные законы и методы расчета электрических цепей при постоянных токах и напряжениях. Электрической цепью называют совокупность устройств, предназначенных для передачи, распределения и взаимного преобразования электрической (электромагнитной) и других видов энергии, описываемых понятиями электродвижущая сила (ЭДС), ток и напряжение. Основными элементами электрических цепей являются источники и приёмники электрической энергии, которые соединяются между собой проводами. В источниках электрической энергии, далее просто источники, (гальванические элементы, аккумуляторы, электромашинные генераторы и т.д.). Химическая, механическая, тепловая энергии или энергия других видов превращается в электрическую. В приёмниках электрической энергии (лампы, резисторы, электродвигатели и т.д.) электрическая энергия преобразуется в тепловую, световую, механическую и т.д. Электрические цепи, в которых получение электрической энергии в источниках, её передача и преобразование в приёмниках происходит при неизмененных во времени токах и напряжениях, обычно называются цепями постоянного тока. Чтобы облегчить изучение процессов в электрических цепях, её заменяют расчетной схемой замещения, т.е. идеальной цепью, которая служит расчетной моделью реальной схемы. При этом используются два математических понятия элементов схемы: источник энергии с эдс Е и внутренним сопротивлением R; сопротивление R-приёмников и проводов.   U12Электродвижущая сила Е численно равна разности потенциалов w или напряжению U между положительным и отрицательным зажимами 1 и 2 источника при отсутствии в нём тока независимо от физической природы её возникновения. E = 1 - 2 = U12 = - U21 Электродвижущую силу Е можно определить как работу сторонних (неэлектрических) сил, присущих источнику, затраченную на перемещение единицы положительного заряда внутри источника от зажима с меньшим потенциалом к зажиму с большим потенциалом. Направление действия ЭДС (от отрицательного к положительному) указываются на схеме стрелкой. Электрическим током в проводящей среде называют упорядоченное движение положительных зарядов. Известно, что электрический ток проводимости в металлах, так же как и в вакууме, представляет собой перемещение отрицательно заряженных частиц (электронов), а ток проводимости в электролитах и газах - перемещение как положительно, так и отрицательно заряженных частиц. Подсоединим ЭДС Е к приёмнику с сопротивлением r, в цепи появится ток I: U12=E-I rb; I=E/(R+rb); U12+I rb=E;  Н  а рисунке 3 показана одна из наиболее типичных, так называемых внешних характеристик U12(I)=U(I) т.е. зависимость напряжения на зажимах нагруженного источника от тока. На рис.3 видно, что при увеличении тока от нуля до In напряжение на зажимах источника убывает практически по линейному закону: U12=U=E-Ub=E-rbI Т.е. при Е-const падение напряжения Ub в указанных пределах растет пропорционально току. При дальнейшем росте тока нарушается пропорциональность между I и U – внешняя характеристика становится нелинейной. Такое уменьшение напряжения (u12) вызывает у одних источников уменьшение ЭДС, у других – увеличение rb, а у третьих – одновременно уменьшается ЭДС, и увеличивается rb. Развиваемая источником мощность определяется равенством: P=EIn Мощность рассеиваемая на сопротивлении: P=rI2 По закону Ома напряжение на сопротивлении : U=rI Наряду с сопротивлением для расчета ЭЦ вводят понятие проводимости: G=1/r Сопротивление измеряется в Омах (В/А), g в сименсах (сим) §2. Законы Кирхгофа Ветвью ЭЦ называется такой участок, который состоит только из последовательно включенных источников ЭДС и сопротивлений и вдоль которых протекает один и тот же ток. Узлом ЭЦ называется место (точка) соединения трёх и более ветвей. П  ервый закон Кирхгофа: алгебраическая сумма токов в узле равна нулю, т.е. В  се втекающие в узел токи имеют один знак, например положительный, все вытекающие токи, также имеют один знак, но противоположный втекающим, т.е. – отрицательный. При обходе по соединенным в узлах ветвям можно получить замкнутый контур ЭЦ, каждый контур представляет собой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям, при этом каждый узел в замкнутом контуре встречается не более одного раза. Второй закон Кирхгофа: в любом замкнутом контуре алгебраическая сумма падений напряжений на сопротивлениях, входящих в этот контур, равна алгебраической сумме ЭДС этого контура, т.е.:  причем ток или ЭДС записываются в уравнение со знаком “+”, если положительное направление тока или ЭДС совпадают с направлением обхода, в противном случае эти величины записываются со знаком “-”. §3. Источники ЭДС и источники тока.
 Идеальный источник ЭДС представляет собой активный элемент с двумя выводами, напряжение на которых не зависит от тока, проходящего через источник. zb= 0 – внутреннее сопротивление при ЭДС равным нулю. (Т.о. rbI << E)
 |