Общие определения цепей и их параметров

Краткий конспект лекций

К первой части курса

«Т О Э»

Введение

Электротехника – это область техники, осуществляющая применение электрической энергии во многих отраслях промышленности. Зарождение электротехники относят к периоду создания источника постоянного тока (начало 18 века) и последовавших затем открытий в области электричества и магнетизма. Электротехника изучает и систематизирует законы, которым подчиняются электрические явления.

Состояние элементов электротехнических устройств характеризуют интеграль­ные скалярные величины:

• ток [A], где − вектор плотности тока [А/м²]; − вектор элемента площади поперечного сечения проводника [м²];

• магнитный поток [Вб], где − вектор магнитной индукции [Т]; [Вб/м²]; [В∙с/м²];

• напряжение [B], где − вектор напряженности электрического поля [В/м]; − вектор элемента длины контура (пути) интегрирования [м].

Общие определения цепей и их параметров

Электрической цепьюназывается совокупность уст­ройств, состоящая из источников, преобразователей и приемников электрической энергии, которые соединяются проводами, образуя зам­кнутые пути для протекания электрического тока.

Элементы электрической цепи, осуществляющие преобразование различных ви­дов энергии в электромагнитную, называются источниками(генераторами), или активными элементами цепи.

Элементы, осуществляющие необратимое потребление электромагнитной энергии или ее накопление, являются пассивными элементами.

Необратимое потребление энергии осуществляется в резистивном элементе R. При выбранных направлениях тока и напряжения, связь между ними выражается законом Ома , где R [Ом] – сопротивление элемента – параметр интенсивности потребления энергии.

Зачастую пользуются обратным соот­ношением: , где – проводимость элемента [1/Ом]; [Cм].

Накопление магнитной энергии осуществляется в индуктивном элементе (индуктивности) L [Г]; [Ом∙с]; [Вб/А], в котором при протекании изменяющегося во времени тока i изменяется потокосцепление и наводится ЭДС самоиндукции (закон Фарадея - Максвелла), которая противодействует изменению потокосцепления, что учитывается знаком минус.

Для преодоления ЭДС самоиндукциик зажимам индуктивного элемента необходимо от внешнего источника приложить равное, но противоположное по знаку напряжение . Если ток постоянен, то напряжение на индуктивности .

Процесс накопления энергии в электрическом поле осуществляется в емкостном элементе С [ ]; [ ], ток которого определяется скоростью изменения заряда q на обкладках емкостного элемента. В свою очередь заряд связан с напряжением между об­кладками выражением . Емкость элемента, определяет интен­сивность накопления энергии электрического поля. Если ток постоянен, то .

Пассивные элементы могут быть линейными и нелинейными.

Цепь, составленная из линейных элементов, называется линейной, а связь между напряжением и током описывают линейные уравнения (алгебраические или дифференциальные).

Параметры нелинейных элементов зависят от величины напряжения и тока, а электрические процессы в них описывают нелинейные уравнения.

Активные элементы

Реальные источники энергии работают в одном из следующих режимов:

источник напряжения - при работе во всем диапазоне допустимых значений тока, напряжение на его зажимах слабо зависит от протекающего тока;

источник тока - в рабочем диапазоне ток, генерируемый источником тока, слабо зависит от напря­жения на его зажимах.

Идеальный источник ЭДС(e), это активный элемент, напряжение на зажимах которого не зависит от протекающего тока через этот источник, при этом полагают, что у такого источника внутреннее сопротивление равно нулю.
Идеальный источник тока (J), это активный элемент ток которого не зависит от напряжения на его зажимах, при этом полагают, что внутреннее сопротивление такого источника бесконечно велико или его внутренняя проводимость равна нулю.

Реальные источники энергии отличаются от иде­альных источников тем, что напряжение на их зажимах и ток зависят друг от друга, то есть зависят от нагрузки.