ОП.12 Общая электротехника с основами электроники

МТ.20 (08.10.2021)

ОП.12 Общая электротехника с основами электроники

Преподаватель Жерневская И.Е.

Тема: Основные законы электротехники. Методы расчета и измерения основных параметров электрических цепей. Расчет электрических цепей произвольной конфигурации.

Цель занятия: Изучить основные законы электротехники. Освоить методы расчета и измерения основных параметров электрических цепей.

 

Задание:

1.Изучить лекционный материал.

2. Изучить:

Данилов И.А., Иванов П.М. Общая электротехника с основами электроники. – М.: Мастерство, 2001. стр. [2], с. 37-42

3. Дать ответы на контрольные вопросы в конце лекционного материала.

Ответы на контрольные вопросы (с указанием дисциплины, фамилии и инициалов, даты и темы) оформить письменно в рабочей тетради, сфотографировать на телефон и выслать на дистанционную почту (адреса для обратной связи указаны ниже). Фото должны быть качественными и неперевёрнутыми!

 

В случае, если работа сдана позже указанного срока, оценка за работу может быть снижена!

 

Срок выполнения задания — до 15.10.2021!

Консультации по тел. 0713844123

Обратная связь:

1. [email protected]

2. https://vk.com/zhernevskaya

 

Рекомендуемая литература:

1. Данилов И. А., Иванов П. М. Общая электротехника с основами электроники — М.: Мастерство, 2001

2. В. Е. Китаев Электротехника с основами промышленной электроники. Учебное пособие для проф.-тех. училищ. — М.: Высш. школа, 1980

3. Задачник по электротехнике: учеб. пособие для нач. проф. образования: учеб. пособие для сред. проф. образования \ [П.Н. Новиков, В.Я. Кауфман, О.В. Толчеев и др.] - М.: Академия, 2007

 

Лекция

 

Тема: Основные законы электротехники. Методы расчета и измерения основных параметров электрических цепей. Расчет электрических цепей произвольной конфигурации.

План

Основные законы электротехники

Измерение тока и напряжения в цепях постоянного тока

Расчет простых цепей постоянного тока

Методы расчёта сложных цепей постоянного тока

Правила и порядок расчета сложных цепей постоянного тока

Метод узловых и контурных уравнений

Метод контурных токов

Метод узлового напряжения

Баланс мощностей

 

Формула закона Ома для полной цепи

 

где

 

R – внешнее сопротивление [Ом];

r – сопротивление источника ЭДС (внутреннее) [Ом];

I – сила тока [А];

ε– ЭДС источника тока [В].

Законы Кирхгофа

Законы Кирхгофа устанавливают соотношения между токами и напряжениями в электрических цепях. Законы Кирхгофа имеют особое значение в электротехнике из-за своей универсальности, так как пригодны для решения любых электротехнических задач.

Первый закон Кирхгофа гласит, что алгебраическая сумма токов в любом узле любой цепи равна нулю.

Или другими словами сумма токов, втекающих в узел, равна сумме токов, вытекающих из узла.

Рассмотрим первый закон Кирхгофа на примере:

Здесь I2 и I4 — приходящие токи, а I1 и I3 — вытекающие токи

Тогда по правилу Кирхгофа можно записать: I2 — I3 +I4 — I1= 0 или I2 + I4 = I1+ I3

Второй закон Кирхгофа гласит, что алгебраическая сумма падений напряжений по любому замкнутому контуру цепи равна алгебраической сумме ЭДС, действующих вдоль этого же контура.

Иными словами, при полном обходе контура потенциал, изменяясь, возвращается к исходному значению. Частным случаем второго правила для цепи, состоящей из одного контура, является закон Ома для этой цепи.

При составлении уравнения напряжений для контура нужно выбрать положительное направление обхода контура. При этом падение напряжения на ветви считают положительным, если направление обхода данной ветви совпадает с ранее выбранным направлением тока ветви, и отрицательным — в противном случае.

Правила Кирхгофа справедливы для линейных и нелинейных цепей при любом характере изменения во времени токов и напряжений.

Пример расчета простой цепи постоянного тока

 

Задача 4.2

Дано: Е1 = 246 В, Е2 = 230 В, R1 = 0,3 Ом, R2 = 1 Ом, R3 = 24 Ом.

Найти: Значения токов во всех ветвях.

 

Рисунок 4.7 (б) – Предполагаемые направления токов

 

Решение

В рассматриваемой цепи 2 узла: К и М, наблюдается три контура: два внутренних и один внешний.

Построим систему уравнений по правилам расчета:

У нас 3 неизвестных тока – значит нужно построить 3 уравнения. По первому закону Кирхгофа составляем (n -1) уравнений, где n – число узлов. В заданной схеме 2 узла: n=2, следовательно - по первому закону Кирхгофа можно построить 1 уравнение. Еще два уравнения построим по второму закону Кирхгофа, для этого выделим в схеме 2 контура:

 

 

Рисунок 4.7 (в) – Выделение контуров для расчета

 

Выводы:

Ток во второй ветви получился отрицательным, следовательно, он течет в противоположную сторону, от предполагаемого в начале расчета. А источник второй ЭДС является не генератором, а потребителем – зарядным устройством.

 

Метод контурных токов

Решим эту же задачу методом контурных токов.

При применении этого метода предполагают что в каждом контуре циркулирует свой ток. Контурные токи – виртуальные, они не существуют. Пусть в первом контуре циркулирует ток – I₁, а во втором – I₂.

 

Задача 4.3

Дано: Е1 = 246 В, Е2 = 230 В, R1 = 0,3 Ом, R2 = 1 Ом, R3 = 24 Ом.

Найти: Значения токов во всех ветвях.

 

Рисунок 4.7(а) – Исходная заданная для расчета сложная электрическая цепь

Решение

Введем обозначение: пусть реальные токи обозначены как: i₁, i₂, i₃, виртуальные токи обозначим как: I₁, I₂ (рисунок 4.7(г)).

 

 

Рисунок 4.7(г) – Цепь для расчета методом контурных токов

Выводы:

Очевидно, что мы получили тот же результат и ток во второй ветви по-прежнему течет в противоположном направлении.

 

Метод узлового напряжения

Нам предстоит ещё раз решить эту задачу, применяя ещё один метод – метод узлового напряжения. Этот метод предпочтителен, если в цепи при множестве контуров и ветвей всего два узла.

 

Задача 4.4

Дано: Е1 = 246 В, Е2 = 230 В, R1 = 0,3 Ом, R2 = 1 Ом, R3 = 24 Ом.

Найти: Значения токов во всех ветвях.

Решая задачу этим способом, предполагают, что все токи текут к одному узлу. Как показано на рисунке 4.7(д):

 

Рисунок 4.7(д) – Цепь для расчета узлового напряжения

 

Решение

Так как все ветви включены между двумя узлами, значит, имеем параллельное соединение и применяем все правила и формулы для параллельного соединения.

Тогда, узловое напряжение можно найти по закону Ома как:

 

Выводы:

В отличии от предыдущих результатов, здесь ток  I₃ имеет отрицательное значение, так как в начале решения этим методом мы приняли, что все токи направлены к узлу А. Следовательно, мы получили абсолютно правильный ответ – этот ток течет в противоположном направлении.

 

Баланс мощностей

Баланс мощностей является следствием закона сохранения энергии — суммарная мощность, вырабатываемая (генерируемая) источниками электрической энергии равна сумме мощностей потребляемой в цепи.

МТ.20 (08.10.2021)

ОП.12 Общая электротехника с основами электроники