2020-09-24
110
ВВЕДЕНИЕ
Электротехника – это область науки и техники, использующая электрические и магнитные явления для практических целей.
Правильное и технически грамотное решение вопросов использования электроэнергии – одна из основных задач курса электротехники.
ОБЩИЕ СВОЙСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ
Основные определения
Электрическая цепь – это совокупность устройств, которые генерируют, передают, преобразуют и потребляют электрическую энергию.
Простейшая электрическая цепь (рис. 1.1) состоит из источника электрической энергии «И» и приёмника «П», соединённых между собой проводами «ЭП».
 |
Рис. 1.1
Устройства, предназначенные для генерирования электрической энергии, называются источниками электрической энергии, или источниками питания, или источниками электродвижущей силы (ЭДС), или источниками тока.
Источники питания бывают:
· машинные (генераторы постоянного и переменного тока);
· электростатические (химические, солнечные, атомные и другие).
Устройства, потребляющие электрическую энергию, называются приёмниками электрической энергии, или нагрузкой.
Приёмниками электрической энергии могут быть:
· приводные электродвигатели различных типов;
· лампы накаливания, нагревательные и осветительные приборы;
· электрохимические и радиотехнические приборы и др.
Преобразователи электрической энергии могут быть для электрической цепи как источниками, так и потребители энергии (например, трансформаторы).
Каждое устройство электрической цепи называется элементом электрической цепи.
Для изучения процессов в электрических цепях составляют электромагнитную модель, которая содержит отдельные идеальные элементы. Графическое изображение реальной цепи с помощью идеальных элементов, параметрами которых являются параметры реальных замещённых элементов, носит название схемы замещения.
Электрический ток и напряжение
К основным величинам электрической цепи относятся:
· электрический ток;
· напряжение на элементах;
· электродвижущая сила.
Электрический ток – направленное движение носителей электрических зарядов.
Принятые обозначения:
I – сила постоянного тока, измеряется в амперах (А);
i – мгновенное значение переменного тока.
Напряжение – это энергия, которую расходует каждый электрический заряд в приёмнике электрической энергии, измеряется в вольтах (В).
Принятые обозначения:
U – постоянное напряжение;
u – мгновенное значение переменного напряжения.
Электродвижущая сила (ЭДС) – это энергия, которую получает каждый электрический заряд в источнике электрической энергии, измеряется также в вольтах (В).
Принятые обозначения:
Е – постоянная ЭДС;
е – мгновенное значение переменной ЭДС.
Условно-положительные направления тока, напряжения и ЭДС определяются так:
· условно-положительное направление тока – это направление движения положительных зарядов (далее – направление тока);
· условно-положительное направление напряжения – это направление уменьшения потенциала (далее – направление напряжения);
· условно-положительное направление ЭДС – это направление действия сторонних сил в источнике питания (далее – направление ЭДС).
Условно-положительные направления тока и ЭДС источника совпадают. Условно-положительные направления тока и напряжения на элементах потребителя совпадают. Условно-положительные направления токов, напряжений и ЭДС на схемах обозначаются стрелками.
Параметры приёмников электрической энергии
К параметрам приёмников электрической энергии относятся:
· сопротивление R;
· ёмкость C;
· индуктивность L.
Резистор
Резистор сопротивлением R – это элемент, в котором электрическая энергия преобразуется в тепловую или световую. Примером резистивного элемента служат нагревательные элементы, лампы накаливания и т.д. Схема замещения резистивного элемента показана на рис. 1.2.
| |||
 | |||
Рис. 1.2
Резистор обладает сопротивлением R
(Ом) (1.1)
где 
– удельное сопротивление материала, из которого сделан резистор 
;
l – длина (м);
S – площадь поперечного сечения (мм2).
Из (1.1) следует, что сопротивление резистора R зависит только от материалов и размеров и не зависит от тока I и приложенного напряжения U.
Также для характеристики резистивного элемента вводится понятие проводимости g – величина, обратная сопротивлению, измеряемая в Сименсах.
(См) (1.2)
На резисторе выделяется активная мощность Р, равная
(Вт) (1.3)
Индуктивность
Индуктивность L – это элемент, в котором электрическая энергия источника преобразуется в энергию магнитного поля, причём индуктивность и источник обмениваются между собой энергией, поэтому она не теряется (в идеальном случае). Схема замещения индуктивного элемента показана на рис.1.3.
Рис. 1.3
Взаимосвязь между электрическим и магнитным полями в индуктивном элементе задается следующим соотношением:
(1.4)
где 
– потокосцепление (Вб);
– мгновенное значение тока (А);
L – коэффициент пропорциональности.
L называют индуктивностью, и она измеряется в Генри (Гн), при расчетах используют 1мГн = 10-3Гн
Знак «минус» в выражении (1.4) говорит о том, что, когда 
, то ток через индуктивность (катушку) i – минимален и наоборот, то есть потокосцепление и ток i через катушку колеблются в противофазе.
Конденсатор
Конденсатор – это элемент, в котором электрическая энергия источника преобразуется в энергию электрического поля, находящегося между обкладками конденсатора, причем конденсатор и источник обмениваются между собой энергией, поэтому она не теряется (в идеальном случае).
Схема замещения конденсатора показана на рис.1.4.
Рис. 1.4
Устройство простейшего конденсатора приведено на рис 1.5, где
1- две металлические обкладки, расстояние между обкладками d (м), площадь обкладок S (м2);
2- диэлектрик с диэлектрической проницаемостью ε, находящийся между обкладками.
|
Рис. 1.5
Конденсатор характеризуется емкостью С:
(Ф) (1.5)
Емкость измеряется в Фарадах (Ф), при расчете используется
1мкФ = 10 -6Ф.
В электротехнике для классификации «пассивных» элементов применяется следующая терминология: резистор R – «активный» элемент, индуктивность L и емкость С – «реактивный» элемент.
