Расчет электрических цепей: Учебное пособие для студентов, изучающих дисциплины «Электротехника и электроника», «Общая электротехника», «Теоретическая электротехника»

УДК

ББК

Рецензенты:

Н.Ф. Михалев, зам. генерального директора АО

«Омскагростроймеханизация»;

        С.В. Артемьев, гл. энергетик ЗАО «Завод пластмасс»

             Е. М. Завьялов,  В.Е. Завьялов

Расчет электрических цепей:  Учебное пособие.  Омск:  Изд-во ОмГТУ,

           2005. 68 с.

        Излагаются основные вопросы, касающиеся расчета электрических цепей. Подробно рассмотрены методы расчета цепей постоянного,  переменного тока и трехфазных цепей в симметричных и несимметричных режимах, а также особенности энергетических соотношений, частотных характеристик и резонансных явлений.

       Учебное пособие предназначено для студентов, изучающих дисциплины «Электротехника и электроника»,  «Общая электротехника»,  «Теоретическая электротехника» и др.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Омского государственного технического университета

ВВЕДЕНИЕ

Электротехника – важнейшая область науки и практики, связанная с изучени­ем использованием электрических и магнитных явлений в технических устройст­вах. Она востребована практически во всех сферах жизнедеятельности человека – в быту и производстве, медицине и военном деле, транспорте и связи и т.д., во мно­гом определяя уровень и перспективы их развития.

Сама электротехника имеет неограниченный потенциал для развития, а ее влияние на общество, его благосостояние, комфортность, безопасность будут только возрастать. Следует отметить, что эта отрасль не только динамично разви­вается, но и имеет  дело с наиболее организованной формой материи – электриче­ским  полем. Поэтому,  как профессионалу, уже работающему в этой отрасли, так и молодому человеку, только собирающемуся связать с ней свою судьбу, надо непре­рывно расширять свой научный и технический кругозор, овладевая все увеличивающимся объемом специальных навыков и знаний, а также иметь хорошую базовую подготовку в области электротехники с тем, чтобы быть достойно востребованным на рынке занятости.

Жизнь современного общества невозможно представить без применения электрической энергии.

Огромное значение электрической энергии в жизни общества объясняется целым рядом ее преимуществ перед другими видами энергии.

Главное преимущество состоит в том, что электрическая энергия сравнительно легко распределяется и преобразуется в другие виды энергии: механическую, тепловую, лучистую, химическую. Кроме того, ее можно передавать на огромные расстояния при сравнительно небольших потерях.

В данной работе рассмотрены отдельные вопросы из курсов общей электротехники, электротехники и электроники, теоретических основ электротехники. Описываются свойства линейных электрических цепей и методы их анализа. Рассмотрены инженерные методы расчета цепей постоянного, синусоидального и трехфазного тока в симметричных и несимметричных режимах, а также особенности энергетических соотношений, частотных характеристик и резонансных явлений.

Все последующие в изучении электрические прикладные науки – электроника, радиосвязь, электрическое оборудование, электрические привод, электрическая автоматика, электроснабжение – имеют своей основой законы электротехники.

1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

1.1. Напряжение, потенциал

Взаимодействие между электрическими зарядами определяется законом  Кулона:

F= k .                                                       (1.1)

Сила, действующая на разряд +1, помещенный в данную точку поля (рис. 1.1), называется электрической напряженностью:

Е=,                   (1.2)

                                                                       причем    элементарная работа:

                                                                    ,

                         Рис. 1.1

                                              а полная работа:

                                                                                               (1.3)

     Работа по перемещению заряда +1 из точки А в точку В по пути l называется напряжением U_АВ. В случае безвихревых полей (электрическое поле неподвижных зарядов, поле постоянного тока):

                                                                                                           (1.4)

и в этом случае свойства поля удобно описывать скалярной функцией

 потенциала j.

Эта функция j вводится соответствием:

                                                                                        (1.5)

где п – направление максимального нарастания j,

откуда                            Физически, потенциал j означает запас  потенциальной энергии заряда +1, помещенного в данную точку поля по сравнению с теми точками, где этот запас     

 энергии условно принимается равным нулю (в теории – бесконечно удаленные точки, на практике – заземление).