Теоретические основы электротехники

1.

Теоретические основы
электротехники
Прокубовская А.О.

2.

Координаты
E-mail:
Телефон: (343)2214632
Аудитория: 0-111
• [email protected]
• [email protected]
• [email protected]
2

3.

Структура дисциплины
ТОЭ, ч. 1
Лекции 16 часов;
Лабораторные работы 16 часов;
Зачет
ТОЭ, ч. 2
Лекции 16 часов;
Лабораторные работы 16 часов;
Экзамен
3

4.

Тематический план
1.
2.
3.
4.
5.
6.
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
4

5.

1. Электрические цепи
постоянного тока
1.
2.
3.
Основные понятия и определения
Основные законы цепей постоянного
тока
Методы расчета электрических
цепей постоянного тока
5

6.

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.
6

7.

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.
7

8.

Основные понятия и
определения
Источники электроэнергии:
различные виды энергии (химическая
– в гальванических элементах;
механическая – в генераторах;
световая; тепловая) преобразуются в
электромагнитную или электрическую
8

9.

Основные понятия и
определения
Приемники электроэнергии:
электромагнитная энергия
преобразуется в другие виды энергии
(химическую – гальванические ванны;
тепловую – нагревательные приборы;
механическую – электрические
двигатели)
9

10.

Классификация
электрических цепей
1.
2.
3.
По виду тока
По характеру параметров элементов
В зависимости от наличия или
отсутствия источника электроэнергии
(активные и пассивные)
10

11.

Классификация электрических
цепей: по виду тока
цепи постоянного тока –
электрический ток не изменяется во
времени
I
t
11

12.

Классификация электрических
цепей по виду тока
цепи переменного тока
• цепи синусоидального
тока
i
t
12

13.

Классификация электрических
цепей по виду тока
цепи переменного тока
• цепи несинусоидального тока
i
i
t
t
13

14.

Классификация электрических
цепей: по характеру параметров
элементов
линейные цепи – цепи, сопротивления
которых не зависят от значений и
направлений токов;
нелинейные
14

15.

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
d
R1
E1
a
R2
e
E2
c
R3
b
R4
15
E3

16.

Топологические понятия
теории электрических цепей
Узел электрической цепи
– место соединения ветвей
d
R1
E1
a
R2
e
E2
c
R3
b
R4
16
E3

17.

Топологические понятия
теории электрических цепей
Контур – любой замкнутый
путь вдоль ветвей
E1
электрической цепи
d
R1
a
R2
e
E2
c
R3
b
R4
17
E3

18.

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
18

19.

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
I
R
U
U
I
R
19

20.

Обобщенный закон Ома (для
участка цепи с ЭДС)
I
R
E
b
a
UR
U
Uab
U ab E
I
R
а
E E;
R
U
U
R
I ab
b
U R IR
Uab;
U ab IR E;
U ab E
I
R
20

21.

I закон Кирхгофа
Алгебраическая сумма
токов в узле
электрической цепи
равна нулю.
Токи, одинаково
направленные
относительно узла,
записываются с
одинаковым знаком
R1
E1
a
R2
I5
I2
E2
R3 b
I
3
c
R4
I4
I1
Для узла а:
I1 I 2 I 5 0
21
E3

22.

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
22

23.

II закон Кирхгофа
R1
E1
a
контур abca
R2
E1 E 2 I 2 R2 I 3 R3 I 1 R1
I5
I2
E2
R3 b
I
3
c
R4
I4
I1
E3
контур aba
E3 E2 I 2 R2
контур bcb
0 I 3 R3 I 4 R4
23

24.

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 «+»
24

25.

Баланс мощности
Для цепи постоянного тока:
мощность источников
Рист EI
мощность приемников
Рпр I R
2
P Вт
25

26.

Баланс мощности
R1
E1
a
R2
E1I1 E2 I 2 E3 I 5
I5
I12 R1 I 22 R2 I 32 R3 I 42 R4
I2
E2
R3 b
I
3
c
R4
I4
I1
E3
26

27.

Методы расчета
электрических цепей
Постановка задачи:
в известной схеме цепи с заданными
параметрами необходимо рассчитать
токи, напряжения, мощности на
отдельных участках
27

28.

Методы расчета
электрических цепей
преобразования цепи;
непосредственного применения
законов Кирхгофа;
контурных токов;
узловых потенциалов;
наложения;
эквивалентного генератора
28

29.

Метод преобразования цепи
Суть метода:
если несколько последовательно или (и)
параллельно включенных сопротивлений
заменить одним, то распределение токов
в электрической цепи не изменится.
29

30.

Метод преобразования цепи
Последовательное соединение резисторов
I
R1
U
I
U
R2
Rn
Ток во всех
последовательн
о соединенных
элементах
одинаков
Rэкв
R1 R2 ... Rn Rэкв .
30

31.

Метод преобразования цепи
Параллельное соединение резисторов
I
I1
U
R1
I2
In
R2
Rn
I
Rэкв
U
1
1
1
1
...
R1 R2
Rn Rэкв .
31

32.

Метод преобразования цепи
R1 I 1
I3
I2
R2
I4
E
I5
R3
R4
I6
R5
R6
32

33.

Метод преобразования цепи
Преобразование треугольника
сопротивлений в звезду
a
a
Rc
Rbc
c
R bc R ab
Rb
;
R ab R bc R ca
Ra
Rab
Rca
R abR ca
Ra
;
R ab R bc R ca
c
b
Дано: Rab, Rbc, Rca
Rb
b
R ca R bc
Rc
.
R ab R bc R ca
Определить: Ra, Rb, Rc
33

34.

Метод преобразования цепи
Преобразование звезды сопротивлений
в треугольник
a
a
Ra
Rc
c
Rab
Rca
Rb
Rbc
b
c
b
R ab
R aR b
Ra Rb
;
Rc
R bc
R bR c
Rb Rc
;
Ra
R ca
R cR a
Rc Ra
.
Rb
Дано: Ra, Rb, Rc Определить: Rab, Rbc, Rca
34

35.

Метод непосредственного
применения законов Кирхгофа
R1
E1
a
R2
I5
I2
E2
R3 b
I
3
c
R4
I4
I1
E3
Определить число
ветвей (т.е. токов) и
узлов в схеме.
Общее число
уравнений должно
быть равно числу
неизвестных токов.
Nветвей=5; Nузлов=3
35

36.

Метод непосредственного
применения законов Кирхгофа
R1
E1
a
R2
I5
I2
E2
R3 b
I
3
c
R4
I4
I1
E3
Произвольно
выбрать условно
положительные
направления обхода
контура.
36

37.

Метод непосредственного
применения законов Кирхгофа
R1
a
I5
R2
E1
I2
E2
R3 b
3
I
c
R4
I4
I1
E3
Составить уравнения
для (Nузлов-1) по I закону
Кирхгофа и
для Nветвей- (Nузлов-1)
независимых контуров по II закону Кирхгофа.
37

38.

Метод непосредственного
применения законов Кирхгофа
R1
E1
I1 I 2 I5 0
a
I 2 I3 I 4 I5 0
I5
R2
I2
E2
I1
R3 b
3
I
c
R4
I4
E3
E1 E 2 I1R1 I 2 R 2 I3R 3
E 2 E 3 I 2 R 2
0 I3R 3 I 4 R 4
38

39.

Метод непосредственного
применения законов Кирхгофа
Решить систему уравнений относительно
токов. Если в результате ток получился
отрицательным, то его действительное
направление противоположно выбранному.
Проверить правильность решения задачи,
составив уравнение баланса мощности.
39