ипроьтлмро. Учебнометодический комплекс по дисциплине электрооборудование фармацевтического производства для специальности 5В074800 Технология фармацевтического производства
 Скачать 1.88 Mb.
|
Тема 1 Электрические цепиВведение. Основные понятия и элементы электрической цепи.Электротехника – это область науки и техники, которая занимается изучением электрических и магнитных явлений и их использованием в практических целях. Электрическая цепь состоит из отдельных частей (объектов), выполняющих определенные функции и называемых элементами цепи. Основными элементами цепи являются источники и приемники электрической энергии (сигналов). Электротехнические устройства, производящие электрическую энергию, называются генераторами или источниками электрической энергии, а устройства, потребляющие ее – приемниками (потребителями) электрической энергии. Все элементы электрической цепи условно можно разделить на активные и пассивные. Активным называется элемент, содержащий в своей структуре источник электрической энергии. К пассивным относятся элементы, в которых рассеивается (резисторы) или накапливается (катушка индуктивности и конденсаторы) энергия. К основным характеристикам элементов цепи относятся их вольт-амперные, вебер-амперные и кулон-вольтные характеристики, описываемые дифференциальными или (и) алгебраическими уравнениями. Если элементы описываются линейными дифференциальными или алгебраическими уравнениями, то они называются линейными, в противном случае они относятся к классу нелинейных. Совокупность устройств, предназначенных для получения, передачи, преобразования и использования электрической энергии называется электрической цепью. Графическое изображение электрической цепи называется схемой. Конфигурация схемы определяется следующими топологическими понятиями: ветвь, узел, контур. Ветвь состоит из одного или нескольких последовательно соединенных элементов, каждый из которых имеет два вывода. Узел – это точка электрической цепи, в которой соединяются три или более ветвей. Контур - это замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям так, что ни одна ветвь и ни один узел не встречаются больше одного раза. Постоянный ток в проводящей среде представляет собой упорядоченное движение положительных и отрицательных зарядов под действием электрического поля. За положительное направление тока принято движение положительных зарядов. Основной единицей измерения является – ампер (А). Основной единицей измерения заряда является - кулон (Кл). Это количество электричества, проходящего через поперечное сечение проводника при токе 1 Ампер за 1 секунду (Q = It; [1Кл] = [1A]·[1c] ). Напряжение – это работа, совершаемая источником при перемещении единичного положительного заряда по данному участку цепи. Постоянное напряжение для участка проводника:  (1)или  (2)где  - сила, действующая на положительный заряд q в однородном постоянном электрическом поле с напряженностью  ; А – работа электрического поля;  - потенциалы однородного постоянного электрического поля в точках а и b участка проводника.Основная единица измерения напряжения – вольт (В).  ;  (3)Противодействие направленному движению свободных электронов под действием электрического поля составляет физическую сущность сопротивления. Устройство, обладающее сопротивлением и применяемое для ограничения тока, называется резистором. Основная единица измерения сопротивления – Ом (Ом). Сопротивление проводника равно один Ом, при силе тока в один ампер, если напряжение между его концами один вольт. Электрические цепи постоянного тока.  (4)Приведенная выше формула представляет собой запись закона Ома в простейшем виде. Для неразветвленного участка цепи, содержащего последовательно соединенные резисторы r1, r2, …rn и источники ЭДС Е1, Е2, …Еk, расчет проводится в соответствии обобщенным законом Ома  (5)где Uab – это напряжение между концами участка цепи;  - сумма ЭДС, направление которых совпадают с выбранным положительным направлением тока;  - сумма ЭДС, направление которых противоположно с выбранному положительному направлению тока.Два закона Кирхгофа – основные законы электрической цепи. Согласно первому закону Кирхгофа, алгебраическая сумма токов в любом узле электрической цепи равна нулю, т.е.  . (6)Другими словами, в любом узле электрической цепи сумма токов, направленных к узлу, равна сумме токов, направленных от узла. Согласно второму закону Кирхгофа, в любом контуре электрической цепи алгебраическая сумма напряжений на всех резистивных элементах, равна алгебраической сумме ЭДС, включенных в контур, так как:  (7)В уравнении со знаком «+» записываются токи и ЭДС, направление которых совпадают с произвольно выбранным направлением обхода контура. Работа, совершаемая при перемещении положительного заряда Q вдоль некоторого неразветвленного участка электрической цепи, не содержащего источников электрической энергии, равна произведению этого заряда на напряжение между концами участка: A=Q*U. (8) Для постоянного тока Q = I*t. Тогда [Дж]=[B]·[A]·[c]. Мощность – это работа, выполняемая электрическим полем при перемещении заряда Q в единицу времени Р=А/ t = U I . (9) Основная единица измерения мощности – ватт (Вт). [Вт] = [Дж]/[с] = [B]·[A]. Для резистивных элементов, выражение мощности может быть преобразовано на основании закона Ома Р = U I = (r·I)·I = r I2; [Вт] = [Ом]·[A2]. В любой электрической цепи должен соблюдаться энергетический баланс – баланс мощностей: алгебраическая сумма мощностей всех источников энергии, равна арифметической сумме мощностей всех приемников энергии, т.е.  или  . (10)Мощность источника следует считать положительной, если положительное направление тока Iист совпадает с направлением действия ЭДС. В противном случае мощность следует считать отрицательной. Расчет электрических цепей постоянного тока.Для упрощения расчета и повышения наглядности анализа сложных электрических цепей во многих случаях рационально подвергнуть их предварительному преобразованию.а) Смешанное соединение резистивных элементов (рис. 1).  Рисунок 1 Расчет смешанного соединения нужно начинать с определения эквивалентной проводимости gэ каждого параллельного соединения резистивных элементов, подключенных к одной и той же паре узлов.  . (11)После замены параллельного соединения резистивных элементов, эквивалентным резистивным элементом с сопротивлением:  . (12)Получается эквивалентная схема с последовательным соединением двух резистивных элементов r1 и r2. Ток в неразветвленной части цепи:  . (13)Чтобы определить токи в параллельных ветвях, нужно сначала вычислить напряжение между узлами a и b. Uab = rэ·I1. Затем токи в ветвях по закону Ома:  в) Метод преобразования цепей. В ряде случаев расчет сложной электрической цепи упрощается, если в этой цепи заменить группу резистивных элементов другой эквивалентной группой, в которой резистивные элементы соединены иначе, но в целом после такой замены режим работы остальной части электрической цепи не изменится. Для расчета сложных цепей часто применяется преобразование треугольник – звезда. с) Метод двух узлов. Исследуемая цепь часто содержит только два узла или может быть преобразована в подобную цепь. Наиболее простым методом расчета в этом случае является метод двух узлов (узлового напряжения). Так как ветви между узлами а и в соединены параллельно, то напряжение между этими узлами можно выразить через ЭДС ЕК, ток IK и сопротивление rK. По обобщенному закону Ома:  . (14)Тогда  .  Рисунок 2  , (15)где  - проводимость К-й ветви, Uав - узловое напряжение.По первому закону Кирхгофа алгебраическая сумма токов в узле цепи равна нулю, т.е.  .Следовательно,  . (16)Отсюда  . (17)В полученной формуле со знаком плюс записываются ЭДС, действующие к узлу А. Основная литература: [1, 3]; Дополнительная литература: [9, 11]. |