Теоретические основы электротехники

Координаты
E-mail:
[e-mail]
[e-mail]
[e-mail]
Телефон: [phone]
Аудитория: 0-111

Структура дисциплины
ТОЭ, ч. 1
Лекции 16 часов;
Лабораторные работы 16 часов;
Зачет
ТОЭ, ч. 2
Лекции 16 часов;
Лабораторные работы 16 часов;
Экзамен

Тематический план
Электрические цепи постоянного тока.
Электрические цепи однофазного синусоидального тока.
Электрические цепи однофазного периодического несинусоидального тока.
Трехфазные электрические цепи.
Переходные процессы в электрических цепях постоянного тока.
Нелинейные электрические цепи постоянного тока

1. Электрические цепи постоянного тока
Основные понятия и определения
Основные законы цепей постоянного тока
Методы расчета электрических цепей постоянного тока

Основные понятия и определения
Электрическая цепь – совокупность устройств и объектов, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью таких понятий, как электродвижущая сила (ЭДС), ток, напряжение, сопротивление.

Основные понятия и определения
Элемент электрической цепи – отдельное устройство, входящее в состав электрической цепи и выполняющее в ней определенную функцию.
Основные элементы электрической цепи – источники и приемники электроэнергии.

Основные понятия и определения
Источники электроэнергии: различные виды энергии (химическая – в гальванических элементах; механическая – в генераторах; световая; тепловая) преобразуются в электромагнитную или электрическую

Основные понятия и определения
Приемники электроэнергии: электромагнитная энергия преобразуется в другие виды энергии (химическую – гальванические ванны; тепловую – нагревательные приборы; механическую – электрические двигатели)

Классификация электрических цепей
По виду тока
По характеру параметров элементов
В зависимости от наличия или отсутствия источника электроэнергии (активные и пассивные)

Классификация электрических цепей: по виду тока
цепи постоянного тока – электрический ток не изменяется во времени

Классификация электрических цепей по виду тока
цепи синусоидального тока
цепи переменного тока

Классификация электрических цепей по виду тока
цепи несинусоидального тока
цепи переменного тока

Классификация электрических цепей: по характеру параметров элементов
линейные цепи – цепи, сопротивления которых не зависят от значений и направлений токов;
нелинейные

Топологические понятия теории электрических цепей
Ветвь электрической цепи – участок, элементы которого соединены друг за другом, т.е. последовательно. Ток в элементах ветви один и тот же

Топологические понятия теории электрических цепей
Узел электрической цепи – место соединения ветвей

Топологические понятия теории электрических цепей
Контур – любой замкнутый путь вдоль ветвей электрической цепи

Основные законы цепей постоянного тока
Закон Ома
для участка цепи без источника ЭДС
обобщенный закон Ома (для участка цепи с ЭДС)
I закон Кирхгофа
II закон Кирхгофа

Закон Ома для участка цепи без источника
Сила тока на участке электрической цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка

Обобщенный закон Ома (для участка цепи с ЭДС)

I закон Кирхгофа
Алгебраическая сумма токов в узле электрической цепи равна нулю.
Для узла а:
Токи, одинаково направленные относительно узла, записываются с одинаковым знаком

II закон Кирхгофа
Алгебраическая сумма падений напряжений любого контура равна алгебраической сумме ЭДС этого контура
Падения напряжения: знак «+», если направления тока совпадает с направлением обхода контура;
ЭДС: знак «+», если направления ЭДС и обхода контура совпадают

II закон Кирхгофа
контур abca
контур aba
контур bcb

Баланс мощности
На основании закона сохранения энергии мощность, развиваемая источниками электроэнергии, равна сумме мощностей всех приемников и потерь в источниках из-за внутренних сопротивлений.
Если направление ЭДС и тока совпадают, то EI в сумме записываются со знаком «+»

Баланс мощности
Для цепи постоянного тока:
мощность источников
мощность приемников

Баланс мощности

Методы расчета электрических цепей
Постановка задачи:
в известной схеме цепи с заданными параметрами необходимо рассчитать токи, напряжения, мощности на отдельных участках

Методы расчета электрических цепей
преобразования цепи;
непосредственного применения законов Кирхгофа;
контурных токов;
узловых потенциалов;
наложения;
эквивалентного генератора

Метод преобразования цепи
Суть метода:
если несколько последовательно или (и) параллельно включенных сопротивлений заменить одним, то распределение токов в электрической цепи не изменится.

Метод преобразования цепи
Последовательное соединение резисторов
Ток во всех последовательно соединенных элементах одинаков

Метод преобразования цепи
Параллельное соединение резисторов

Метод преобразования цепи

Метод преобразования цепи
Преобразование треугольника сопротивлений в звезду
Дано: Rab, Rbc, Rca
Определить: Ra, Rb, Rc

Метод преобразования цепи
Преобразование звезды сопротивлений в треугольник
Дано: Ra, Rb, Rc
Определить: Rab, Rbc, Rca

Метод непосредственного применения законов Кирхгофа
Определить число ветвей (т.е. токов) и узлов в схеме. Общее число уравнений должно быть равно числу неизвестных токов.
Nветвей=5; Nузлов=3

Метод непосредственного применения законов Кирхгофа
Произвольно выбрать условно положительные направления обхода контура.

Метод непосредственного применения законов Кирхгофа
Составить уравнения для (Nузлов-1) по I закону Кирхгофа и
для Nветвей- (Nузлов-1) независимых контуров - по II закону Кирхгофа.

Метод непосредственного применения законов Кирхгофа