Основные уравнения электрических цепей. Законы Кирхгофа.
Основные уравнения электрических цепей. Законы Кирхгофа. - Конспект Лекций, раздел Электротехника, Краткий конспект лекций К первой части курса Теоретические основы электротехники Первый Закон Кирхгофа Является Следствием Закона Сохранения Заряда, Т.е. Прих...
Первый закон Кирхгофа является следствием закона сохранения заряда, т.е. приходящий за определенное время к узлу заряд, равен заряду, уходящему за то же время от узла. Следовательно, заряд в узле не накапливается и не расходуется. Таким образом, первый закон Кирхгофа имеет следующую формулировку: алгебраическая сумма токов в ветвях, сходящихся в узле, равна нулю. В дальнейшем будем в уравнениях, составленных по первому закону Кирхгофа, считать токи, направленные к узлу отрицательными, а токи, направленные от узла положительными.
Первый закон Кирхгофа применим не только к узлу, но и к любому контуру электрической цепи, поскольку и в данном случае накопление заряда отсутствует. Контуром называется замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям. В зависимости от числа контуров, различают одноконтурные и многоконтурные схемы.
Если к узлу присоединен источник тока, то ток этого источника также необходимо учитывать.
Второй закон Кирхгофа формулируется следующим образом: алгебраическая сумма ЭДС в любом контуре цепи равна алгебраической сумме падений напряжения на элементах этого контура:
.
Зачастую используют и другую формулировку: алгебраическая сумма напряжений на зажимах ветвей, входящих в контур, равна нулю:
.
Обход контура осуществляют в произвольно выбранном направлении, (например по часовой стрелке) с соблюдением следующего правила: все контурные ЭДС и падения напряжения, совпадающие с выбранным обходом, записываются с одинаковыми знаками. При этом следует помнить, что падения напряжения совпадают по направлению с током.
Закон Джоуля-Ленца. Мгновенная мощность p [Вт], рассеянная в сопротивлении R при протекании электрического тока i, равна:
.
Энергия [Вт∙с], потребляемая сопротивлением, начиная от момента времени равного нулю и до некоторого момента времени t, будет равна:
Общие определения цепей и их параметров
Электрической цепьюназывается совокупность устройств, состоящая из источников, преобразователей и приемников электрической энергии, которые соединяются проводами, образуя зам
Активные элементы
Реальные источники энергии работают в одном из следующих режимов:
источник напряжения- во всем диапазоне допустимых значений тока, при этом напряжение
Расчет цепей по законам Кирхгофа
Обычно заданными являются величины и направления ЭДС источников напряжения и внутренних токов источников тока, а также значения всех внутренних и внешних сопротивлений или проводимостей. Определен
Метод контурных токов
При расчете сложной электрической цепи можно ограничиться совместным решением уравнений составленных по второму закону Кирхгофа для токов, замыкающихся по независимым контурам схемы, число которых
Метод узловых напряжений
Метод основан на применении первого закона Кирхгофа. Составляется уравнение для потенциалов узлов схемы, при условии, что потенциал одного и
Метод наложения
При действии нескольких источников напряжения и токов в линейной электрической цепи неизвестные токи в ветвях такой цепи можно найти суммированием токов от каждого источника в отдельности. При этом
Свойство взаимности
Если в ветвь «n» электрической цепи включить единственный источник ЭДС En, то в ветви «m» он создаст ток
Теорема о компенсации
Метод основан на принципе компенсации, когда по схеме приращений определяют приращение тока в цепи вследствие изменения сопротивления ветви. Схема приращений образуется исключением источников энерг
Метод эквивалентного источника напряжения
(теорема Гельмгольца-Тевенена)
Метод основан на теореме об эквивалентном источнике, когда активный двухполюсник по отношению к рассматриваемой ветви может быть заменен экв
Метод эквивалентного источника тока
(теорема Нортона)
Активный двухполюсник по отношению к рассматриваемой ветви можно заменить эквивалентным источником тока, ток которого равен току в этой ветви, замкнутой
Баланс мощностей
Вытекает из закона сохранения энергии. Условие энергетического баланса для любой электрической цепи постоянного тока выражается в виде равенства нулю суммы мощностей по всем элементам:
Топология электрической цепи
Топология – область математики, изучающая свойства геометрических фигур. Топологические методы расчета электрических схем основаны на аналитическом, либо на геометрическом спос
Топологические матрицы графов
Геометрия любого графа может быть описана несколькими матрицами. При расчетах наиболее часто используют следующие названия матриц: матрицу соединений (узловая матрица), контурную матрицу, матрицу г
Периодические напряжения и токи
Основное применение в электротехнике и радиотехнике имеют переменные напряжения и токи, являющиеся периодическими функциями времени. Гармоническим напряжением (током) называют переменное (периодиче
Векторная диаграмма
Векторную диаграмму рассмотрим на примере изменяющейся по синусоидальному закону ЭДС: .
Рассмотрим прямоугольную систему координатн
Действующие и средние значения периодических ЭДС и токов
Понятие о среднем квадратичном (действующем) значении можно получить, рассматривая тепловое действие тока. Пусть сопротивление цепи, в которой протекает периодический ток, равно R. Тогда сог
Комплексный метод расчета электрических цепей
Существенное упрощение достигается изображением синусоидальных функций времени комплексными числами.
Существует несколько форм представления комплексного числа:
- алгебраическая
Основные законы электрических цепей в комплексной форме
Законы электрических цепей переменного тока в комплексной форме имеют такой же вид, как и для цепей постоянного тока, с заменой соответствующих постоянных величин комплексными:
Мощность в комплексной форме. Баланс мощностей
В качестве комплексной мощности понимают произведение комплексного напряжения на сопряженную комплексную величину тока. В результате чего, получаем комплексную мощность:
Частотные характеристики.
Ранее было доказано, что действующее значение силы тока в R, L,C цепочке определяет соотношение:
Резонанс напряжений
Рассмотрим последовательный колебательный контур.Полное сопротивление последовательной цепи
Резонансные характеристики
Действующее значение тока в последовательном резонансном контуре:
.
Построим зависимости напряжений на эле
Цепи с взаимной индукцией
Пусть имеем цепь с двумя катушками индуктивности, по одной из которых протекает ток. Этот ток созда
Индуктивно связанных катушек
При последовательном соединении катушек ток в них один и тот же, а приложенное напряжение должно преодолеть все ЭДС и сопротивления цепи.
Новости и инфо для студентов