Общие сведения об электротехнике
Электромагнитные процессы в общем случае описываются уравнениями Максвелл в интегральной или дифференциальной форме. И решение этих уравнений достаточно сложное. Но так как в электротехнике рассматриваются синусоидальные колебания частотой до 50 кГц, то в пределах электрической цепи набега фазы (изменения фазы) практически не происходит. В этом случае электромагнитные процессы в электрической… Читать ещё >
Общие сведения об электротехнике (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Общие сведения об электротехнике
1. Основные понятия электротехники
2. Основные электрические величины
3. Электрическая цепь и ее элементы
1. Основные понятия электротехники Электротехника — наука о практическом использовании электрического тока.
Электротехника базируется на трех основных положениях:
1. Протекание электрического тока связано с различными явлениями (нагрев, свечение, механическая работа и т. п.). Но в электротехнике рассматриваются только электромагнитные процессы.
2. Электромагнитные процессы в общем случае описываются уравнениями Максвелл в интегральной или дифференциальной форме. И решение этих уравнений достаточно сложное. Но так как в электротехнике рассматриваются синусоидальные колебания частотой до 50 кГц, то в пределах электрической цепи набега фазы (изменения фазы) практически не происходит. В этом случае электромагнитные процессы в электрической цепи можно описывать алгебраическими уравнениями, составленными по законам Ома и Кирхгофа.
3. Вокруг нас бесконечно большое количество различных электротехнических устройств. Все эти устройства представляются эквивалентными схемами замещения, состоящими из определенной комбинации пяти идеализированных элементов.
В электротехнике рассматриваются две основные задачи: задача анализа и задача синтеза.
— воздействие (входной сигнал)
— отклик цепи (выходной сигнал) Задача анализа Дано: 1. Электрическая цепь (схема цепи и параметры ее элементов).
2. Воздействие.
Определить отклик цепи Задача синтеза Дано: 1. Воздействие.
2. Отклик цепи.
Определить электрическую цепь.
Замечания:
1. Все электрические величины обозначаются буквами латинского (но не английского) и греческого алфавита.
2. Все постоянные величины обозначаются большими заглавными буквами. Например: E, U, I. А переменные величины обозначаются малыми прописными буквами. Например: (u), (t), e (t). Но для сокращения записи в электротехнике допускается функции времени обозначать одной прописной буквой. Например: вместо (t) или u вместо u (t).
3. В качестве приставок к единицам измерения в электротехнике используются следующие:
Название | Обозначение | Значение | |
пико нано микро милли кило мега гига | n н мк м к М Г | 10-12 10-9 10-6 10-3 103 106 109 | |
Для размерности электрических величин используются первые буквы имен ученых.
Например:
электрическое сопротивление — Ом [Ом]
ток — А [Ампер]
частотаГц [Герц] и т. д.
2. Основные электрические величины Напряженность электрического поля — величина, численно равная силе электрического поля, действующей на единичный разряд, вносимый в это поле.
Е =
Электрический потенциал — величина, численно равная работе сил электрического поля по переносу единичного положительного заряда из данной точки поля в бесконечно удаленную точку, потенциал которой принят равным нулю.
ц =
Электрическое напряжение — разность потенциалов двух точек электрического поля.
U = 1 — ц2
Электродвижущая сила (ЭДС) — величина, численно равная работе сторонних сил (не электрических) по переносу единичного положительного заряда внутри источника энергии от зажима с наименьшим потенциалом к зажиму с наибольшим потенциалом.
E =
Электрическая мощность — скорость изменения электромагнитной энергии.
P (t) =
Электрический ток — направленное движение носителей заряда (электронов, ионов или дырок) под действием электрического поля.
3. Электрическая цепь и ее элементы электротехника цепь ток напряжение Электрическая цепь — совокупность устройств, образующих путь для прохождения электрического тока, электромагнитные процессы в которой могут быть описаны с помощью понятий: ток, напряжение, электродвижущая сила.
Отдельные устройства, входящие в электрическую цепь и выполняющие определенные функции, называются элементами цепи. Элементы цепи бывают активными и пассивными. Активные элементы преобразуют неэлектрические виды энергии в электрическую. Пассивные элементы накапливают или рассеивают электромагнитную энергию.
Пассивные элементы бывают: активное сопротивление, индуктивность и емкость.
Активное сопротивление — пассивный идеализированный элемент, характеризующий безвозвратное потребление электромагнитной энергии, т. е. преобразование электромагнитной энергии в другие виды энергии, например в тепло.
Обозначается активное сопротивление:
Размерность: R
Замечание: для цепи постоянного тока активное сопротивление будем называть сопротивлением.
Иногда (для цепей с параллельным соединением элементов) удобнее пользоваться активной проводимостью.
Активная проводимость — величина обратная активному сопротивлению.
g =
Обозначается активная проводимость:
Размерность: g
Индуктивность — пассивный идеализированный элемент, накапливающий магнитную энергию.
Обозначается индуктивность:
Размерность:
Емкость — пассивный идеализированный элемент, накапливающий электрическую энергию.
Обозначается емкость:
Размерность: C [Ф]
Индуктивность и емкость также называются реактивными элементами, т.к. они могут отдавать накопленную энергию обратно источнику.
Реальными элементами наиболее близко соответствующими свойствам активного сопротивления, индуктивности и емкости являются резистор, катушка индуктивности и конденсатор.
Активные элементы бывают: источник напряжения и источник тока.
Источник напряжения — активный идеализированный элемент, в котором конструктивными особенностями поддерживается постоянство напряжения на выходе источника.
Источник тока — активный идеализированный элемент, в котором конструктивными особенностями поддерживается постоянство тока на выходе источника.
Режимы работы активных элементов:
а) режим холостого хода (>?);
б) рабочий режим (0?);
в) режим короткого замыкания (= 0);
где — сопротивление нагрузки.
Идеальный источник напряжения (источник ЭДС).
а) Режим холостого хода
Uхх = E
Iхх =
б) Режим короткого замыкания
Uкз = E
Iкз =
В режиме короткого замыкания мощность данного источника определяется
Pкз = Uкз • кз =E •
В природе источников напряжения бесконечно большой мощности не существует. Поэтому данный источник напряжения называется идеальным. В реальном источнике напряжения ток короткого замыкания ограничен внутренним сопротивлением источника Ri:
Конструктивные особенности источника напряжения:
1. Внутреннее сопротивление Ri включено последовательно.
2. Внутреннее сопротивление много меньше сопротивления нагрузки (Ri Rн).
Идеальный источник тока.
а) Режим холостого хода
хх = u Uxx = xx• Rн = u •
б) Режим короткого замыкания
кз = u Uкз = кз• Rн = u •
В режиме холостого хода мощность данного источника определяется:
Рxx = Uхх • xx = u
В природе источников тока бесконечно большой мощности не существует. Поэтому данный источник тока называется идеальным. В реальном источнике тока напряжение холостого хода ограничено внутренним сопротивлением источника Ri:
Конструктивные особенности источника тока:
1. Внутреннее сопротивление Ri включено параллельно.
2. Внутреннее сопротивление много больше сопротивления нагрузки (Ri Rн).
Для анализа электрических цепей используются следующие технологические понятия:
1. Ветвь — участок электрической цепи, по которому протекает один и тот же ток.
2. Узел — место соединения трех и более ветвей.
3. Контур электрической цепи — любой замкнутый путь по ветвям электрической цепи.
4. Независимый контур — контур электрической цепи, имеющий хотя бы одну ветвь, не охваченную другими контура.