Презентация на тему Электрические цепи постоянного тока

и магнитные явления и их использования в практических целей.

Электротехническое устройство это магнитные пускатели, автоматические выключатели, всевозможные реле, датчики, электродвигатели, преобразователи, счетчики и измерители электрической энергии и т.д. 
Электротехническое устройство и происходящие в нем физические процессы в теории электротехники заменяют расчетным эквивалентом - электрической цепью.

Электрическая схема – графическое изображения электрической цепи с помощью условных обозначений её элементов.
Электромагнитные процессы в электрической цепи можно описать с помощью понятий: ток, напряжение, ЭДС, сопротивление, проводимость, индуктивность, емкость.

Электрическая цепь - это совокупность соединенных друг с другом проводниками источников электрической энергии, потребителей и вспомогательных элементов, по которым может протекать электрический ток.

электрическую энергию:

элемент: идеальный источник ЭДС;
параметр: E, В –

Потребители электрической энергии – элементы которые потребляют электрическую энергию:

элемент: резистор;
параметр: R, Ом – активное сопротивление, характеризует способность элемента потреблять электрическую энергию и преобразовывать её в тепло;

элемент: катушка индуктивности;
параметр: L, Гн – индуктивность, характеризует способность элемента создавать магнитное поле и запасать энергию в катушке индуктивности;

элемент: конденсатор;
параметр: C, Ф – ёмкость, характеризует способность элемента накпливать заряд и создавать электрическое поле в конденсаторе.

прибор для измерения силы тока;


Вольтметр: прибор для измерения напряжения;


Ваттметр:

Основными топологическими понятиями теории электрических цепей являются:
ветвь, узел, контур, двухполюсник, четырехполюсник, граф схемы электрических цепей, дерево графа схемы.

Ветвь – последовательное соединение элементов, по которым протекает одним и тот же ток (или участок схемы между двумя ближайшими узлами).

Узел - место соединения в одной точке трех и более ветвей. Узел обозначается на схеме точкой. Узлы, имеющие равные потенциалы, объединяются в один потенциальный узел.

Контур - замкнутый путь, проходящий через несколько ветвей и узлов электрической цепи, так что ни один узел и ни одна ветвь не повторяются более одного раза.

–
ветвей –
контуров –

–
Самостоятельно определить топологические (геометрические) понятия приведенных ниже электрических схем:
источников

электродвижущая сила; напряжение на элементах.

Электрический ток может

При перемещении единичного положительного заряда по некоторому участку цепи работу совершают как электростатические (кулоновские), так и сторонние силы. Работа электростатических сил равна разности потенциалов Δφab = φa – φb между начальной (a) и конечной (b) точками неоднородного участка.

Сила тока - скорость переноса электрического заряда Q во времени t .

ЭДС определяется работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда. Количественно ЭДС характеризуется работой А, которая совершается при перемещении заряда в один Кулон в пределах источника  от отрицательного полюса источника к положительному к величине этого заряда.

В случае однородного участка напряжение равно разности потенциалов: 

физик Г. Ом в 1826 году экспериментально установил, что сила тока I,

где R = const. [Ом].
Величину R принято называть электрическим сопротивлением. 

Закон Ома для участка цепи, содержащего ЭДС:

где знак «+» ставится при совпадении направления тока, протекающего по участку, с направлением ЭДС (напряжения).

Закон Ома для однородного участка цепи: сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

Закон Ома применяется к ветвям электрической схемы.

схемы и выражает баланс токов.
Первый закон Кирхгофа имеет две

Второй закон Кирхгофа применяется к контурам электрической цепи
и выражает баланс напряжений.
Второй закон Кирхгофа:
алгебраическая сумма падений напряжения
в любом замкнутом контуре равна алгебраической
сумме ЭДС вдоль этого контура.

В каждую из сумм слагаемые входят со знаком «плюс», если они совпадают с направлением обхода контура.

соединение элементов через которые протекает один и тот же

Параллельное соединение элементов -
соединение элементов к которые приложено одно и тоже напряжение.

Смешанное соединение элементов

схемы Rэ.
Задача 2. Определить токи электрической схемы, сопротивления (R)

соединения «звезда»
Схема соединения «треугольник»
________________________________________________

тока
– последовательное соединение э.д.с. Е и внутреннего сопротивления

– параллельное соединение источника тока J и внутреннего сопротивления источника.

Уравнение по второму закону Кирхгофа:

При закороченных выводах уравнение по второму закону Кирхгофа:

(1)

Разделим почленно уравнение (1) на :

(2)

где

(3)

цепи алгебраическая сумма мощностей всех источников электрической энергии равна

Если направление ЭДС и направление тока ветви не совпадают, то составляющая мощности этого источника в балансе мощностей берется со знаком «-». Если направление источника тока J совпадет с направлением приложенного напряжения , то составляющая мощности этого источника в балансе мощностей берется со знаком «-».

Для данной электрической цепи баланс мощностей:

Самостоятельно составить уравнение баланса мощностей для электрической цепи:

вдоль замкнутого контура в зависимости от сопротивления участков, входящих

Произвольно заземляют одну точку контура, её потенциал условно считается нулевым.
Обходя контур по часовой стрелке от точки с нулевым потенциалом, определяют потенциал каждой последующей пограничной точки.
При совпадении направлений тока через резистор и обхода контура знак напряжения отрицательный, в противном случае он положительный.
Если на участке находится источник ЭДС: при совпадении направления обхода контура и направления ЭДС изменение потенциала положительно, в противном случае оно отрицательно.
После расчета потенциалов всех точек строят в прямоугольной системе координат потенциальную диаграмму. На оси абсцисс откладывают в масштабе сопротивление участков в той последовательности, в которой они встречались при обходе контура, а по оси ординат – потенциалы соответствующих точек. Потенциальная диаграмма начинается с нулевого потенциала и заканчивается после обхода контура нулевым потенциалом.

I2=3 А, I3=5 А.
Самостоятельно построить потенциальную диаграмму для

цепей:
- метод эквивалентных преобразований;
- метод непосредственного применения законов Кирхгофа;
-

При расчете считаются известными ЭДС и токи источников тока, а так же сопротивления всех резисторов.
Неизвестными являются токи в ветвях.

систему уравнений по законам Кирхгофа необходимо:
– произвольно выбираем и

Выбираем узлы и контуры, для которых будем составлять уравнения, и обозначаем их на схеме электрической цепи.

I3=?
Метод непосредственного применения законов Кирхгофа
Решение:
Проверка: по первому закону

схемы:
Метод непосредственного применения законов Кирхгофа

уравнений и упростить расчет.

В этом методе неизвестными величинами являються

Обозначим контурные токи -

Для вывода уравнений составленных по второму закону Кирхгофа выразим реальные токи

в схеме через контурные токи

.

.

.

;

;

Составим уравнения по 2-му закону Кирхгофа для указанных контуров:

относительно неизвестных
, после чего определяем реальные токи в

В общем виде последнюю систему возможно записать:

где

- полное (собственное) сопротивление

1-го контура, 2-го контура соответственно.

- сопротивление смежной (общей) ветви 1-го и 2-го контуров.

Знак «+» перед сопротивлением смежной ветви ставиться если направления контурных токов совпадают в смежной (общей) ветви, «-» - если не совпадают.

E11 – контурная ЕДС 1-го контура (алгебраическая сумма ЕДС контура),
E22 – контурная ЕДС 2-го контура.

система уравнений в общем виде:
Метод контурных токов (МКТ)
Задача.

Дано:
E1=70 В, E2=80 В, R1=R2=R3=10 Ом.
 
Найти:I1=?, I2=?, I3=? методом контурных токов.

Решение:

уравнений и упростить расчет.

Метод расчета электрических цепей, в котором

Метод двух узлов

1. В этом методе за неизвестную величину принимают значение напряжения между узлами ( ).

по закону Ома для участка цепи с ЭДС.
Токи в

Аналогично, определяют токи в других ветвях схемы:

3. Проверка: по первому закону Кирхгофа:

В, E2=80 В, R1=R2=R3=10 Ом.
 
Найти:I1=?, I2=?, I3=? методом двух

Решение:

ветви равен алгебраической сумме токов, вызываемых каждой из ЭДС

Принцип наложения положен в основу метода расчета, получивший название метод наложения.
При расчете данным методом поступают следующим образом: поочередно рассчитывают токи, возникающие от воздействия каждой из ЭДС, при этом удаляют все другие источники из схемы оставляя при этом их внутренние сопротивления, и затем находят токи в ветвях путем сложения алгебраической суммы частичных токов.

=

+

Токи в исходной схеме через частичные токи:

какую-то одну ветку, а всю остальную часть схемы независимо

- пассивный двухполюсник, двухполюсник у которого нет источника ЭДС и (или) тока. В этом случае в прямоугольнике или не ставят ни одной буквы, или ставят букву П.

Двухполюсник - это обобщенное название схемы, двумя выходными зажимами (полюсами) присоединена к выделенной ветки.

- активный двухполюсник, двухполюсник у которого есть источник ЭДС или (и) тока. В этом случае в прямоугольнике ставят букву А.

тогда, когда необходимо определить ток в одной отдельно взятой

Выделим из схемы ветвь ab, в которой необходимо найти ток I, а всю остальную часть схемы заключим в прямоугольник. Ток I не изменится, если в ветвь ab включить две равные и противоположно направленные ЭДС Е.

На основании метода наложения ток I можно записать как сумму частных токов:

Под током будем понимать ток, вызванный источником ЭДС Е и всеми источниками ЭДС и тока активного двухполюсника. Ток создается только источником ЭДС Е пассивного двухполюсника. В пассивном двухполюснике отсутствуют источники, но оставлены их внутренние сопротивления.

участка цепи, содержащего ЭДС, ток

Выберем ЭДС Е таким образом, чтобы ток то есть ветка находилась в режиме холостого хода. Это возможно только в случае, когда

Таким образом, ток

где двухполюсник
заменён эквивалентным генератором с параметрами
Рекомендуется следующая последовательность расчета

1) определить напряжение на выводах разомкнутой ветки ab;

2) определить входное сопротивление всей схемы по отношению к выводам ab при закороченных источниках ЭДС и разомкнутых веток с источниками тока;

3) определить ток по формуле:

методом эквивалентного генератора.
Решение:
1) определяем напряжение на выводах разомкнутой ветки

2) определяем входное сопротивление всей схемы по отношению к выводам ab:

3) определяем ток по формуле: