Файл: Конспект лекций (часть 1) Составители А. М. Коленченко Е. Н. Коленченко саранск.docx

Электротехника – это наука, исследующая вопросы производства, передачи, распределения и использования электрической энергии.

Электрическая энергия в настоящее время более чем любые другие виды энергии используется в различных областях жизни. Этому способствуют следующие преимущества электрической энергии перед другими видами энергии:

она легко преобразуется в другие виды энергии (механическую, тепловую, лучистую, химическую и др.);
экономично и очень быстро (со скоростью света) передается на дальние расстояния;
электрическими устройствами сравнительно просто управлять.

Зарождение электротехники относится к первой половине XIX века, когда были открыты основные закономерности электрических явлений, а во второй половине этого же века были разработаны основные электрические машины и трансформаторы. Это был также период строительства первых электрических станций, без которых сейчас мы не мыслим свое существование. Фактически электрификация является стержнем строительства экономики общества, а степень использования электрической энергии свидетельствует об уровне его развития.

Включение дисциплины ТОЭ в государственный образовательный стандарт объясняется тем, что принцип работы всех рабочих машин, используемых в области машиностроения, и построение устройств управления ими, базируется на основных фундаментальных понятиях данной дисциплины.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

Электрическая цепь

Электрической цепью называется совокупность устройств, предназначенных для прохождения электрического тока

, процессы в которых описываются с помощью понятий об электродвижущей силе (ЭДС), электрическом токе и электрическом напряжении.

Электрическая цепь состоит из источников и приемников электрической энергии, объединенных между собой соединительными проводами.

К источникам электрической энергии относятся генераторы, аккумуляторы, солнечные батареи и др., в которых происходит преобразование механической, химической, тепловой и других видов энергии в электрическую.

Приемниками электрической энергии (нагрузкой) являются устройства (например, электрические лампы, электродвигатели и другие электрические приборы), в которых происходит обратное преобразование энергии.

Любая электрическая цепь или ее часть может быть представлена в виде двухполюсника, имеющего два вывода (рис.1.1).

Различают двухполюсники активные и

пассивные.

Рис.1.1

Активным двухполюсником называется такой двухполюсник, который содержит внутри себя источники электрической энергии, не компенсирующие взаимно друг друга.

Пассивным двухполюсником называется такой двухполюсник, который не содержит источников электрической энергии или они скомпенсированы внутри него. Двухполюсники могут быть одноэлементными (рис.1.2), двухэлементными (рис.1.3) и многоэлементными (рис.1.4).
Рис.1.2 Рис.1.3 Рис.1.4

Классификация электрических токов, ЭДС и напряжений

Электрический ток, величина и направление которого не изменяются с течением времени, называют постоянным. Обозначают прописной буквой I .

График зависимости на рис.1.5.

I f(t)

представлен

Выражение для силы тока имеет вид:

I ^q,

t

где q– величина электрического заряда, t– время.

Рис.1.5

Электрический ток, величина или направление которого изменяются во времени, называется переменным током.

Ток измеряется в амперах (обозначается А). Ток имеет силу в 1 А, если через поперечное сечение проводника в 1 секунду проходит заряд в 1 кулон.

Формы кривых изменяющихся токов весьма разнообразны. Доминирующее значение среди них имеют периодические токи (рис.1.6, 1.7).

Периодическими называются такие токи, мгновенные значения которых повторяются через равные промежутки времени.

Рис.1.6

Мгновенное значение тока – значение тока в данный момент времени, например, на рис.1.6 в момент времени t₁ значение тока i₁.

Минимальное время, через которое мгновенное значение тока повторяется, называется периодом (обозначают T ).

Число периодов в одну секунду называется частотой(обозначают f).

Частота и период связаны известным соотношением

f ¹.

T

Токи, изменяющиеся по гармоническому закону, называют синусоидальными токами. Кроме перечисленных выше параметров, важнейшим его параметром является амплитудное значение I_m(рис.1.6).

Рис.1.7

Если закон изменения мгновенных значений периодического тока отличен от гармонического, то такой ток называется несинусоидальным током (пример показан на рис.1.7).

_tТоки в электрических цепях возникают под воздействием ЭДС,

возбуждаемых в источниках.

ЭДС и создаваемые ими напряжения в соответствии с законом изменения их мгновенных значений называют постоянными, переменными, синусоидальными и несинусоидальными.

Постоянные ЭДС и напряжения обозначают прописными буквами Eи U , а переменные – строчными eи u .

Понятие о линейных и нелинейных элементах и цепях

Элементы цепей и составленные из них цепи различаются по виду их вольт- амперных характеристик (ВАХ).

Рис.1.8

Элементы цепей, ВАХ которых линейны, называются линейными элементами (на рис.1.8 прямая 1).

Существует другое, по смыслу схожее понятие линейного элемента цепи: элемент цепи называется линейным, если его напряжение и ток связаны линейными алгебраическими уравнениями

или дифференциальными уравнениями первого порядка.

Электрические цепи, состоящие из линейных элементов, называются

линейными.

Электрическая цепь, содержащая хотя бы один нелинейный элемент называется нелинейной (например, цепь, содержащая элемент с вольт-амперной характеристикой 2 на рис.1.8).

Элементы электрических цепей и их параметры

Сопротивление

Сопротивлением называется элемент электрической цепи, в котором происходит необратимый процесс преобразования электрической энергии в тепловую.

Обозначение сопротивления показано на рис. 1.9.

В 1827 г. Г. Ом экспериментально установил зависимость

R ^и.

i

Величина, обратная сопротивлению называется

Рис.1.9

проводимостью

g ¹.

R

Единицей сопротивления является 1 Ом, а единица проводимости

¹ См(сименс) . Ом

1 Ом – это сопротивление такого проводника, в котором протекает ток в 1

ампер при напряжении на его концах в 1 вольт. На практике часто используются

более крупные единицы измерения сопротивлений 1 кОм 10³ Ом, 1 МОм 10⁶ Ом.

Мгновенная мощность, поступающая на сопротивление