Основные законы электротехники

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ

Электрическая цепь и ее элементы

Электрической цепью называется совокупность источников электрической энергии и приемников, соединенных токопроводящими телами или средами.

Источник – это устройство, преобразующее неэлектрическую энергию в электрическую.

Электрическими параметрами источника являются ЭДС Е,Вивнутреннее сопротивление R_i, Ом.

Эквивалентная схема источника напряжения – это схема, заменяющая реальный источник электрической энергии при анализе электрической цепи (рис. 1.1).

Используя закон Ома, имеем

; ; ; ,

где – падение напряжения на .

Рис. 1.1. Электрическая цепь с источником

напряжения

Пусть , тогда величиной IR_i пренебрегаем и (условие идеального источника напряжения).

Приемник электрической энергии преобразует электрическую энергию в неэлектрическую. Электрическим параметром приемника является его сопротивление R.

Способы соединения приемников:

1. Последовательное соединение (рис. 1.2)– соединение, при котором по элементам протекает один и тот же ток.

а б

Рис. 1.2. Пример схемы электрической цепи с последовательным

соединением элементов (а) и эквивалентная схема (б)

2. Параллельное соединение (рис. 1.3)–соединение, при котором все элементы находятся под одним и тем же напряжением.

; – проводимость; ; .

б

Рис. 1.3. Пример схемы электрической цепи с параллельным

соединением элементов (а) и эквивалентная схема (б)

3.Смешанное соединение (рис. 1.4) –соединение, содержащее участки с последовательным и параллельным соединениями.

а б

в г

Рис. 1.4. Пример схемы со смешанным соединением элементов (а)

и схемы, получающиеся при упрощении (б – г)

Последовательно упрощая схему, сводим её к одному R_экв:

Классификация электрических цепей

1. По роду тока: постоянного тока, переменного тока, синусоидальные, несинусоидальные.

2. По числу фаз: однофазные, трехфазные.

3. По характеру элементов:линейные (в них все элементы линейные), нелинейные (содержат хотя бы один нелинейный элемент).

Линейные элементы отличаются от нелинейных вольт-амперными характеристиками (ВАХ) . Примеры ВАХ приведены на рис. 1.5.

а б

Рис. 1.5. ВАХ линейного (а) и нелинейного

элемента (б)

4. На электрические цепи с сосредоточенными и с распределенными параметрами (например ЛЭП).

5. По способу соединения потребителей:разветвленные, неразветвленные.

Основные топологические понятия:

узел– место соединения трех и более ветвей;

ветвь – участок цепи между двумя соседними узлами, в котором все элементы соединены последовательно;

контур – замкнутый участок электрической цепи, в котором каждый из элементов цепи встречается не более одного раза.

Режимы работы электрических цепей

Режим холостого хода – это такой режим, при котором ток в цепи либо вообще не протекает, либо он много меньше номинального.

Режим короткого замыкания – это такой режим, при котором клеммы источника замыкаются элементом с пренебрежимо малым сопротивлением.

Номинальный режим – это такой режим, на который рассчитано данное устройство.

Согласованный режим – это такой режим, при котором в нагрузке выделяется максимальная мощность. Условием согласованного режима является , КПД %.

Основные законы электротехники

Закон Ома:

1. Для полной цепи

,

где R – сопротивление потребителя; r_i – внутреннее сопротивление источника.

2. Для участка цепи

.

Законы Кирхгофа:

Первый закон: алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю:

.

Входящие в узел токи берутся со знаком плюс, выходящие – со знаком минус.

Второй закон: алгебраическая сумма ЭДС в контуре равна алгебраической сумме падений напряжения на элементах этого контура:

.

Если направления ЭДС и тока совпадают с выбранным направлением обхода контура, то они берутся со знаком плюс, в противном случае – со знаком минус.

Закон электромагнитной индукции:

.

Изменение магнитного потока вызывает появление ЭДС в токопроводящей среде.

Частные случаи:

· закон электромагнитной индукции для катушки:

,

где – число витков катушки;

· ЭДС в проводнике, движущемся в однородном магнитном поле,

,

где В – индукция; l – длина проводника; V – скорость проводника; a – угол между и . Направление Е определяется по правилу правой руки.

Закон Ампера: на проводник с током в магнитном поле действует сила F.

Для однородного магнитного поля имеем

.

Направление F определяем по правилу левой руки.

Правило Ленца: индуцированный ток всегда бывает такого направления, что своим действием старается уничтожить причину, его вызвавшую.

Закон Джоуля – Ленца: количество выделяемой в проводнике тепловой энергии прямо пропорционально квадрату тока, сопротивлению и времени:

.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: