Элементы электрической цепи. Стандартные обозначения идеальных элементов. Схемы замещения и характеристики источников энергии

1. Назвать и пояснить элементы электрической цепи. Изобразить стандартные обозначения идеальных элементов.

Электрическая цепь – это совокупность электрических устройств, предназначенная для производства, преобразования, передачи и потребления электрической энергии.

Простейшая цепь состоит из источника, проводника и потребителя. Кроме них в цепь включают: измерительные приборы, преобразующие, коммутирующие и предохраняющие устройства.

Способность элементов цепи потреблять электрический ток и преобразовывать энергию в другие виды принято характеризовать сопротивлением:  .

Способность элемента потреблять и накапливать электрическую энергию в собственном магнитном поле принято характеризовать индуктивностью. (Вебер-амперная характеристика, потокосцепление:, ).

Способность элемента потреблять энергию и накапливать ее в собственном магнитном поле принято называть емкостью .

2. Изобразить и пояснить схемы замещения и характеристики источников энергии. Дать понятие условно положительным направлениям токов, ЭДС, напряжений.

Стрелки напряжений и токов выбирают произвольно, их называют УПН (словно произвольные направления). За УПН ЭДС считают направление действия сторонних сил на положительный заряд; за УПН тока – направление движения положительного заряда; за УПН напряжения – направление уменьшения потенциала.

Схемы замещения и характеристики:

3. Назвать и пояснить режимы работы электрической цепи.

4. Дать пояснение основным законам электрической цепи. Сформулировать закон Ома для участка цепи и законы Кирхгофа

1 закон Кирхгофа: алгебраическая сума токов в любом узле электрической цепи равна нулю.

2 закон Кирхгофа: алгебраическая сумма падений напряжений в любом замкнутом контуре равна алгебраической сумме ЭЛС, входящих в этот контур.

5. Назвать и пояснить виды соединений элементов в электрической цепи. Пояснить выполнение эквивалентных преобразований в электрической цепи.

6. Назвать суть и порядок расчета метода эквивалентных преобразований. Порядок расчета пояснить на примере.

При расчете заданы параметры источника, а так же параметры пассивных элементов. Необходимо рассчитать токи в ветвях.

7. Назвать сути и порядок расчета методом наложения. Порядок расчета пояснить на примере.

В основе метода наложения лежит принцип наложения, согласно которому ток в любой ветви электрической цепи, содержащей несколько источников энергии, можно представить в виде алгебраической сумы частных токов, возбуждаемых в этой ветви каждым источником в отдельности.

Порядок расчета:

1. Задают направления токов
2. Формируют столько частных схем, сколько источников в схеме. Оставляют один источник, а на месте выводимого источника его внутренне сопротивление (ЭДС - закоротко).
3. Рассчитывают частные схемы любым методом.
4. Рассчитывают частные токи в ветвях, как алгебраическую сумму частных токов.

8. Назвать суть и порядок расчета методом контурных токов. Порядок расчета пояснить на примере.

Порядок расчета:

1. Задают произвольные направления токов в ветвях
2. Задают направление контурных токов. Их количество равно количеству независимых контуров.
3. Составляют уравнения по 2 закону Кирхгоффа для контурных токов
4. Решают эти уравнения
5. Выражают реальные токи через контурные
6. Делают проверку

9. Назвать суть и порядок расчета методом узловых потенциалов. Порядок расчета пояснить на примере.

В основе метода лежит составление уравнений по 1 закону Кирхгофа.

Порядок расчета:

1. Задают направление реальных токов в ветвях
2. Заземляют один узел, полагая его потенциал равным нулю.
3. Записывают уравнение относительно потенциалов, используя первый закон Кирхгофа и закон Ома.
4. Решают эти уравнения.
5. По закону Ома рассчитывают реальные токи в ветвях
6. Делают проверку.

10. Назвать суть и порядок расчета методом эквивалентного генератора. Порядок расчета пояснить на примере.

Порядок расчета:

a.  Формируют схему ХХ, разрывая ветвь с искомым током.

b.  Определяют напряжение ХХ между точками обрыва. Необходимые токи при этом рассчитывают любым известным методом для схемы ХХ

c.  Формируют схему для определения внутреннего сопротивления, источники ЭДС убирают, учитывая их внутренне сопротивление.

d.  Рассчитывают эквивалентное сопротивление относительно выделенных зажимов.

e.  По закону Ома для цепи с ЭГ рассчитывают искомый ток.

11. Назвать и пояснить правила составления баланса мощности.

Для замкнутой энергетической системы суммарная мощность, которая вырабатывается источником энергии, равна суммарной мощности нагрузки. Баланс мощности применяется для проверки правильности расчета схем.

12. Назвать и пояснить правила построения потенциальной диаграммы. Правила построения пояснить на примере.

Порядок построения:

1. Заземляют одну из точек полагая ее потенциал равным нулю
2. Рассчитывают потенциалы остальных точек
3. Рассчитывают суммарное сопротивление контура.
4. Строят зависимость фи от R.

13. Пояснить особенности передачи энергии в цепи постоянного тока.

14. Дать характеристику однофазному переменному току. Назвать и пояснить характеристики синусоидального тока. Пояснить нахождение действующей величины синусоидального воздействия.

Переменным называется ток, величина и направление которого изменяются во времени. Переменный ток, значение которого изменяется во времени через равнее промежутки времени, называется периодическим. Периодический ток может быть гармоническим и негармоническим. Гармоническим называется ток, изменяющийся по sin или cos закону.

Для оценки sin ЭДС напряжений и токов вводят понятие среднего и действующего значения.

15. Пояснить способы представления sin величин.

Синусоидальная величина может быть представлена в виде тригонометрической функции, графика, осциллограммы, а также в виде вектора в системе координат. Комплексное число имеет действительную (откладывается по оси +1) и мнимую (по оси +j) части. Т.к. все расчеты выполняются для момента времени t=0, то и векторы на комплексной плоскости ориентируются относительно оси +1 под углом, соответствующим начальной фазе. Начальная фаза отсчитывается от оси +1 против часовой стрелки для положительных и по часовой стрелке для отрицательных значений.

16. Пояснить поведение активного сопротивления в цепи sin тока.

17. Пояснить поведение емкостного элемента в цепи sin тока.

В конденсаторе напряжение о стает от тока на 90 градусов. В реальном конденсаторе сопротивление диэлектрика между обмотками является конечным числом.

Схема замещения:

18. Пояснить поведение индуктивного элемента в цепи sin тока.