Главная | Обратная связь

Понятия об электрической цепи и схеме

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

“Поволжский государственный университет

телекоммуникаций и информатики”

Кафедра ТОРС

 

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

ПО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ

«ОБЩАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКА»

 

для специальности Фотоника и оптоинформатика (200600)

по направлению бакалавриата

 

факультета БТО

 

Самара

 

 

УДК 621.391

 

К.т.н., доц., доц. каф. ТОРС Михайлов В.И. _____________

Общая электротехника. Конспект лекций. - Самара 2011. - 146 с.

 

Аннотация дисциплины

Дисциплина «Общая электротехника (ОЭ) » является одной из базовых дисциплин, определяющих теоретический уровень профессиональной подготовки для инженеров, работающих в области телекоммуникаций и вычислительной техники.

Предмет дисциплины «Общая электротехника » составляет теория различных электрических устройств и их электрических цепей, а также ее прикладное применение для решения проблемы передачи, обработки и распределения электрических сигналов управления и связи. Целью изучения дисциплины ОЭ должно быть формирование фундамента подготовки будущих специалистов в области телекоммуникаций, а также, создавая необходимую базу для успешного овладения специальными дисциплинами учебного плана, она должна способствовать развитию творческих способностей студентов, умению формулировать и решать задачи по изучаемой специальности, умению творчески применять и самостоятельно повышать свои знания. Главной задачей изучения ОЭ является обеспечение целостного представления студентов о проявлении электромагнитного поля в электрических и магнитных цепях, составляющих основу различных электротехнических устройств, а также методов расчетов, моделирования и исследования различных режимов работы электрических цепей.

 

 

Рецензент к.т.н., доц.

 

 

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования “Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики”

Михайлов В.И., 2011

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

Общее представление о предмете электротехника. 6

Основные понятия в теоретической электротехнике. 6

Понятия об электрической цепи и схеме. 9

Расчет цепей на постоянном токе. 9

Законы Кирхгофа. 10

Переменные токи и напряжения. 11

Основные понятия и параметры.. 11

Оценка переменного тока и напряжения. 11

Понятия о комплексных и полных сопротивлениях электрической цепи. 12

Гармонический ток в пассивных элементах электрической цепи. 13

Параллельные RLC - цепи. 17

Принцип дуальности в электрических цепях. 19

Принцип и метод наложения в теории цепей. 19

Теоремы об эквивалентных источниках или генераторах. 22

(Теорема об автономном двухполюснике) 22

Теорема обратимости или взаимности. 24

Колебательные контуры и. 28

резонансы в электрических цепях. 28

Последовательный колебательный контур. 28

Частотные характеристики последовательного контура. 29

Влияние внешнего сопротивления на избирательность контура. 30

Параллельный колебательный контур (простой) 31

Реальный параллельный контур. 31

Частотные зависимости параллельного контура. 32

Влияние внешних сопротивлений. 35

на избирательность контура. 35

(Добротность, полоса пропускания, коэффициент подавления) 35

Сложные параллельные контуры.. 36

Мощность в цепи переменного тока. 37

Расчет мощности в комплексной форме. 38

Баланс мощности в цепях переменного тока. 39

Физический смысл баланса мощности. 40

Определение условия максимума активной мощности. 40

при передаче энергии от источника в нагрузку. 40

Основные понятия о взаимной индукции. 41

Последовательное и параллельное соединения индуктивно. 42

Электрический трансформатор. 43

Входное сопротивление реального трансформатора. 45

Переходные процессы в электрических цепях. 46

Законы коммутации. 46

Начальные и конечные условия. 47

Схемы замещения элементов в различные моменты времени. 47

Классический метод расчета переходных процессов. 48

Анализ переходных процессов в RLC цепях классическим методом.. 48

Последовательные и параллельные RL и RC цепи. 48

Переходные процессы в RLC цепях. 50

Последовательная RLC цепь. 50

Подключение источника постоянного напряжении. 50

Отключение источника в последовательной RLC-цепи. 54

Расчет переходных процессов в сложных цепях. 55

Операторный метод расчета переходных процессов. 55

Преобразования Лапласса. 55

Операторные схемы замещения реактивных элементов. 56

Нахождение функции времени в операторном методе. 57

Операторные передаточные функции. 59

Методы расчета передаточных функций. 60

Временные характеристики электрических цепей. 60

Методики расчета временных характеристик. 61

Пример нахождения временных характеристик. 61

Расчет откликов в электрической цепи на кусочно-непрерывное воздействие. 62

(Интеграллы Дюамеля и наложения) 62

Разобьем функцию воздействия на элементарные ступеньки. 62

Определение отклика на прямоугольный импульс. 63

Дифференцирующие и интегрирующие цепи. 65

Спектральный метод расчета в электрических цепях. 66

Понятие о спектре периодического сигнала. 66

Спектральный анализ и синтез на основе рядов Фурье. 67

Графическое временное и частотное изображения. 67

спектра периодического сигнала. 67

Спектр последовательности прямоугольных импульсов. 68

Понятие о расчете цепей при периодических сигналах. 70

Понятие о спектре непериодического сигнала. 71

Спектры некоторых типовых сигналов. 74

Понятие об энергетическом спектре одиночных сигналов. Ширина спектра. 76

Условия безыскаженной передачи электрических сигналов. 78

Нелинейные электрические цепи. 79

Основные понятия о нелинейных цепях. 79

Расчет простейших нелинейных резистивных цепей. 80

Аппроксимация характеристик нелинейных элементов. 81

Определение реакции нелинейного элемента на гармоническое. 83

воздействие. 83

Анализ спектра реакции в нелинейном элементе. 84

Линейные цепи с распределенными параметрами. Длинные линии. 88

Уравнения однородной линии в стационарном режиме. 89

Бесконечно длинная однородная линия. Согласованный режим работы.. 92

Линия без искажений. 92

Уравнения линии конечной длины.. 93

Уравнения длинной линии как четырехполюсника. 95

Определение параметров длинной линии из опытов холостого хода и короткого замыкания. 95

Линия без потерь. 95

Стоячие волны в длинных линиях. 96

Волновое сопротивление длинной линии. 97

Теория четырехполюсников. 99

Основные понятия и классификация четырехполюсников. 99

Основные характеристики четырехполюсников. 101

Системы параметров. Матричные параметры ЧП.. 101

Сложные четырехполюсники. Виды соединений ЧП.. 103

Рабочие параметры ЧП.. 105

Характеристические параметры четырехполюсников. 106

Каскадное согласованное включение четырехполюсников. 108

Рабочая мера передачи. 109

Теория электрических фильтров. 111

Общие понятия. 111

Классификация частотно – избирательных электрических фильтров. 112

Лестничные реактивные фильтры.. 113

Реактивные фильтры типа К.. 115

Теорема о реактивных фильтрах типа К.. 115

ФНЧ типа К (полузвено) 116

ФНЧ типа К (полузвено) 119

ФВЧ типа «К» (полузвено) 122

Полосовые фильтры типа «К». 123

Режекторный фильтр типа «К». 124

Достоинства и недостатки фильтров типа k. 125

Искажения сигнала в ЭЦ.. 125

Корректирующие цепи (корректоры). Общие положения. 125

Принцип корректирования амплитудно-частотных искажений (АЧИ) 126

Стандартные схемы амплитудных корректоров. 127

Фазовые корректоры.. 129

Электрические машины постоянного тока. 131

Устройство электрической машины постоянного тока. 131

Принцип действия машины постоянного тока. 132

Работа электрической машины постоянного тока в режиме генератора. 133

Генераторы с независимым возбуждением. Характеристики генераторов. 134

Генераторы с самовозбуждением. Принцип самовозбуждения генератора с параллельным возбуждением.. 135

Работа электрической машины постоянного тока в режиме двигателя. Основные уравнения. 136

Механические характеристики электродвигателей постоянного тока. 137

Электрические машины переменного тока. 139

Вращающееся магнитное поле. 139

Информационные электрические машины.. 141

Сельсины.. 141

Поворотные трансформаторы. Индуктосины. Редуктосины.. 143

Тахогенераторы.. 145

Шаговые электродвигатели. 145

Общее представление о предмете электротехника

электротехника – это отрасль науки и техники, связанная с применением электрических и магнитных явлений охватывающая вопросы получения, преобразования, распределения и применения электрической энергии, передачи информации, изменения химического состава веществ, производства и обработки материалов

 

 

Основные понятия в теоретической электротехнике

В электротехнике используются понятия

Электрические заряд, ток, напряжение, электрические проводники, диэлектрики или изоляторы, полупроводники, электрическая мощность, излучатели и приемники электромагнитной энергии, источники электрической энергии – в общем, устройства, использующие электрическую энергию, называемые ЭТУ.

· i(t)-электрический ток; I-постоянный ток А

· u(t)-напряжение; U-постоянное напряжение В

· p(t)=u(t)▪i(t)- электрическая мощность ВА

· R-сопротивление (омическое) Ом

· R =0 Ом идеальный проводник

реальный проводник

Резистор - деталь ЭТУ, где

электрическая энергия преобразуется в тепловую энергию. Считается пассивным элементом

тепло Обычно резисторы выполняются в виде цилиндров из углеродистых

материалов.

 

 

uR(t)=RiR(t)

i_R R

p_R = (мощность резистора) = u_R(t)▪i_R(t)

 

 

u_R

проводимость (См) сименс

 

В практической электротехнике в ЭТУ используются различные электротехнические детали, которые в теории моделируются идеализированными элементами таким, которые обладают конкретными свойствами (обычно одним свойством) по передаче или преобразованию электрической энергии.

Как моделирующий элемент резистор называется в теории резистивным сопротивлением R

Кроме обычных сопротивлений или резисторов используют эквивалентные сопротивления, которые отражают преобразование электрической энергии в какой-то не тепловой вид энергии

RЭ - эквивалентное сопротивление определяют через выделяемую мощность

На практике имеются различные источники электрической энергии, где какой-то вид энергии преобразуется в электрическую. В теории используют идеальные источники.

Идеальные источники электрической энергии

 

Идеальные источники напряжения (ЭДС) Идеальные источники тока

ie Rвн=0

+

-

e(t) j(t) R_вн=∞

 

u_e(t)=e(t) uj

 

В теории различают независимые и зависимые идеальные источники энергии.

Независимые - это такие, параметр которых не зависит от токов и напряжений, протекающих через источник, а управляются или задаются внешними факторами

ИИН выдает заданную функцию напряжения (ЭДС)

ИИТ выдает заданную функцию тока

Реальные источники моделируются в первом приближении с помощью идеальных источников и резистивных сопротивлений..

 

j(t)=J=2А

 

Зависимые (управляемые) источники - их параметры зависят от токов или напряжений какой-то части электротехнического устройства.

 

ИНУН – источник напряжения, управляемый напряжением.

u₁

 

 

Могут быть:

ИНУТ, ИТУН, ИТУТ. Используются в моделировании электронных устройств. Источники называют активными элементами.

 

Реактивные элементы - это пассивные элементы, накопители и возвращатели энергии:

Обмотка - катушка индуктивности. Создает сильное магнитное поле. Моделируется идеальной индуктивностью.

iL L = [Гн]

U_L

Если i_L=const=I_L то

u_L=U_L=0 Индуктивный элемент не оказывает сопротивление постоянному току.

 

энергия индуктивности накапливается (р_L>0), когда ток возрастает по модулю и отдается (р_L<0), когда ток уменьшается..

Катушка индуктивности обладает еще и сопротивлением проводов, что отражают резистивным сопротивлением в модели (схеме замещения).

 

	Rk Lk

Конденсатор. Создает сильное электрическое поле. Моделируется идеальной емкостью.

 

 

Если u_C=UC=const i_c=I_c=0

Емкость не пропускает постоянный ток. энергия емкости накапливается, когда напряжение увеличивается по модулю и отдается, когда напряжение уменьшается..

 

 

Для измерений токов и напряжений используют измерительные приборы

Амперметр - ток

A

R R_A =0

 

 

Вольтметр - напряжение

V

Rv=∞

 

 

Понятия об электрической цепи и схеме

 

Основная часть ЭТУ – электрическая цепь – это совокупность деталей устройства, где перемещаются электрические заряды и процессы в которых целесообразно описывать в понятиях электрического тока и напряжения, электродвижущей силы Условное графическое изображения электрической цепи называется электрической схемой.

 

Схемы

Функциональные Принципиальные электрические Расчетно-эквивалентные

 

12345678910Следующая ⇒

©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.