Линейные электрические цепи постоянного тока. (Лекция 1)

1.

Астраханский государственный технический
университет
Кафедра электротехники
Линейные электрические цепи
постоянного тока

2.

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
- это отрасль науки и техники,
связанная с применением электрических и
магнитных явлений,
охватывает вопросы получения,
преобразования и использования
электрической энергии в практической
деятельности человека.

3.

Термины и определения основных понятий в
области электротехники установлены
ГОСТ Р 52002-2003 «Электротехника.
Термины и определения основных
понятий». - М.: Госстандарт России,
2003 г.

4.

• Электрическая цепь –
• совокупность устройств и объектов,
образующих путь для электрического тока,
• электромагнитные процессы в которых
могут быть описаны с помощью понятий об
электродвижущей силе, электрическом токе
и электрическом напряжении.

5. Схема электрической цепи

- это её графическое изображение,
содержащее условные обозначения
элементов цепи и показывающее
соединения этих элементов.

6.

7.

• Схема замещения –
• это
расчетно-математическая
модель
электрической
цепи,
содержащая
идеализированные пассивные и активные
элементы.

8. Топологические параметры схем

ВЕТВЬ - это участок электрической цепи, по
которому протекает один и тот же ток
УЗЕЛ - это место соединения не менее трех ветвей
электрической цепи.
Место, где объединены две ветви, называют
соединением
КОНТУР ветвей- это замкнутый участок цепи.
Линейно независимые контуры отличаются друг
от друга хотя бы одной новой ветвью

9.

E4
R4
R2
11
E1
3к
2
1к
R3 2к
R1
5
R5
4
3
R6

10. Состав электрической цепи

11.

Источник
электрической
энергии
–
активный элемент электрической цепи, в
котором преобразуются различные виды
энергии
(механическая,
тепловая,
световая и другие) в электрическую.

12.

• Электрические генераторы – преобразуют
механическую энергию в электрическую;
электрическую;
• Солнечные элементы – преобразуют световую
энергию в электрическую;
• Термоэлементы – преобразуют тепловую энергию
в электрическую
+
• Аккумуляторы и гальванические элементы –
преобразуют химическую энергию в

13.

Приемники энергии (нагрузка) – это пассивные
элементы, в которых электрическая энергия
преобразуется в другие виды:
- механическую (электродвигатели)
- тепловую (нагревательные элементы)
- световую (люминесцентные лампы)

14.

Вспомогательные элементы:
- выключатели
- предохранители
- измерительные приборы
- разъемы

15. Источники напряжения и их характеристики

Источник электрического напряжения (ИН) - это
источник электрической энергии, характеризующийся
электродвижущей силой Е и внутренним
электрическим сопротивлением Rвт.

16.

•При подключении к выводам 1 и 2 нагрузки R
в замкнутом контуре цепи возникает ток I

17. Вольт-амперная характеристика (внешняя) – зависимость напряжения между его выводами от тока источника

падение напряжения Uвт = Rвт I на внутреннем
сопротивлении Rвт источника ЭДС
U12 =Uист =E - Uвт =E - RвтI

18. Обычно внутреннее сопротивление источника гораздо меньше сопротивления нагрузки Rист<<Rн, поэтому считают Uист≈Е=const.

Обычно внутреннее сопротивление
источника гораздо меньше сопротивления
нагрузки Rист<<Rн,
поэтому считают Uист≈Е=const.

19.

Но в схему замещения электрической цепи добавляют
сопротивление распределительной сети
Rс (Rл) –
сопротивление проводов, соединяющих источник электрической
энергии и потребителя:

20.

U ист
I
Rс Rн
Uн R нI
ΔU U ист U н R с I

21. Режимы работы реального источника ЭДС (напряжения)

Холостой ход
1
Короткое замыкание
I=0
Режим нагрузки
1
1
rс
UХХ
E
I
rС
rс
IКЗ
R
U=0
E
E
2
2
0 E rС I
U XX E
2
U R I E rС I
I
U XX
rС
I КЗ
rС
E
rС R
U
E
R XX R
I
I
U

22. КПД

Полезная работа – электрическая энергия, преобразованная в
приемниках в другие виды (тепловая и механическая).
Затраченная работа – электрическая энергия, обусловленная
источниками.
Отношение полезной работы к затраченной называют
коэффициентом полезного действия.
Pн
η
Р ист
Pист U ист I
Pн Uн I

23. Баланс мощностей

P
Р
ист пр
EI
RI
2

24. Пассивные элементы цепи и их характеристики

Пассивными называют элементы, которые не способны
генерировать электрическую энергию.

25. В линейной электрической цепи постоянного тока параметры всех элементов считаются неизменными.

Резистор - это идеализированный элемент электрической
цепи, предназначенный для использования его
электрического сопротивления.
Этот элемент не может накапливать энергию, а получив
электрическую энергию, мгновенно и необратимо
преобразовывает её в другие виды энергии: тепловую,
световую и др.

26.

Условные графические обозначения:
- резистор постоянный
- резистор переменный
Электрическое сопротивление постоянному току скалярная величина R, равная отношению
постоянного напряжения U на участке ab пассивной
цепи к постоянному току I в нем, при отсутствии на
участке ЭДС, т. е.
R = UR / IR.
Единица сопротивления в системе СИ – ом (Ом)

27.

Резистор
Измерительный прибор
Лампа накаливания
Контакт замыкающий
Ø8

28. Закон Ома для участка цепи

Сила тока на участке электрической
цепи
прямо
пропорциональна
напряжению, приложенному к этому
участку, и обратно пропорциональна
сопротивлению:
U
I
R

29.

Первый закон Кирхгофа
Алгебраическая сумма токов в
узле электрической цепи равна
нулю:
n
I
i 1
-I1+ I2+ I3- I4 = 0
i
0
(токи, направленные к узлу,
обычно записываются со знаком
«плюс», а токи, направленные
от узла, - со знаком «минус»).

30. Второй закон Кирхгофа

Алгебраическая сумма падений напряжений в
ветвях любого замкнутого контура равна
алгебраической сумме ЭДС, действующих в
этом контуре,:
n
n
R I E
i 1
i i
i 1
i

31.

Направление обхода контура выбираем произвольно
I1R1+I2R2-I3R3-I4R4= E1-E2

32.

Применение законов Кирхгофа к расчету цепей
Даны: E, R
I4
I2
E4
R4
I5
R2
I1
R5
Составляем систему
уравнений
Число уравнений
системы
= числу токов
R6
= числу ветвей =6
I3
E1
R3
R1
Определить токи на каждом
участке цепи
I6
Число уравнений по 1 закону
= число узлов -1
То есть 4-1=3
Остальные – по 2 закону

33.

Возможны следующие соединения резисторов
в цепи постоянного тока:
последовательное
и
параллельное.

34. Последовательное соединение резисторов

Конец первого резистора
соединяется с началом второго,
конец второго с началом третьего
и т.д.
R = R1 + R2 + R3
Сопротивление всей цепи равно сумме
сопротивлений резисторов последовательных
участков

35.

U1 U 2 U 3 U
I
R1 R 2 R 3 R
Напряжение на зажимах
цепи
U
равно
сумме
напряжений на отдельных
участках:
U = U1+U2+U3 =R1I+R2I+R3I

36.

Параллельное соединение резисторов
Приемники подключены к
одним и тем же узлам цепи.
При параллельном
соединении приемников
напряжения на этих
приемниках одинаковы:
U1=U2=U3
или
R1I1=R2I2=R3I3
По первому закону Кирхгофа:
I=I1+I2+I3

37.

Величина, обратная сопротивлению,
называется проводимостью G = 1/R
Единица проводимости
в системе СИ – сименс (См)
G = G1 + G2 + G3
или 1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3
Проводимость всей цепи равна
сумме проводимостей
резисторов параллельных
участков

38. Смешанное соединение резисторов – соединение, где имеются и последовательное, и параллельное соединения отдельных резисторов.

При расчете таких цепей
вначале определяют
сопротивления параллельно
или последовательно
соединенных групп,
после чего определяют
сопротивление всей цепи.

39. Практическое задание

R1 = 1 Ом
R2 = 4 Ом
R3 = 3 Ом
R4 = 2 Ом
R5 = 6 Ом
Определить сопротивление
схемы

40. Для большей наглядности параллельного и последовательного соединения резисторов данную схему можно преобразовать:

41. Сначала находим сопротивление для R3 и R5, которые соединены параллельно:

1
1
1 1 1 1
R3,5 = 2 Ом
R3,5 R3 R5 3 6 2
Упрощаем исходную схему, заменяя R3 и R5 на R3,5:

42. Далее находим R3-5 для последовательно соединенных R3,5 и R4 : R3-5 = R3,5 + R4 = 2+2 = 4 Ом

Упрощаем схему:

43. Определяем R2-5 для параллельных R2 и R3-5 :

1
1
1 1 1 1
R 2 5 R3 5 R 2 4 4 2
R2-5 = 2 Ом

44. Сопротивление всей схемы определим для последовательно соединенных резисторов R1 и R2-5: R= R1 + R2-5 =1+2=3 Ом

Итог: R = 3 Ом