Общее представление о предмете электротехника

электротехника – это отрасль науки и техники, связанная с применением электрических и магнитных явлений охватывающая вопросы получения, преобразования, распределения и применения электрической энергии, передачи информации, изменения химического состава веществ, производства и обработки материалов

Основные понятия в теоретической электротехнике

В электротехнике используются понятия

Электрические заряд, ток, напряжение, электрические проводники, диэлектрики или изоляторы, полупроводники, электрическая мощность, излучатели и приемники электромагнитной энергии, источники электрической энергии – в общем, устройства, использующие электрическую энергию, называемые ЭТУ.

• i(t)-электрический ток;I-постоянный ток А

• u(t)-напряжение;U-постоянное напряжение В

• p(t)=u(t)▪i(t)- электрическая мощность ВА

• R-сопротивление (омическое) Ом

• R=0 Ом идеальный проводник

реальный проводник

Резистор - деталь ЭТУ, где

электрическая энергия преобразуется в тепловую энергию. Считается пассивным элементом

тепло Обычно резисторы выполняются в виде цилиндров из углеродистых

материалов.

u_R(t)=Ri_R(t)

i_RR

p_R =(мощность резистора) =u_R(t)▪i_R(t)

u_R

проводимость (См) сименс

В практической электротехнике в ЭТУ используются различные электротехнические детали, которые в теории моделируются идеализированными элементами таким, которые обладают конкретными свойствами (обычно одним свойством) по передаче или преобразованию электрической энергии.

Как моделирующий элемент резистор называется в теории резистивным сопротивлением R

Кроме обычных сопротивлений или резисторов используют эквивалентные сопротивления, которые отражают преобразование электрической энергии в какой-то не тепловой вид энергии

RЭ - эквивалентное сопротивление определяют через выделяемую мощность

На практике имеются различные источники электрической энергии, где какой-то вид энергии преобразуется в электрическую. В теории используют идеальные источники.

Идеальные источники электрической энергии

Идеальные источники напряжения (ЭДС) Идеальные источники тока

e

+

-

i_e R_вн=0

(t) j(t) R_вн=∞

-

+

u_e(t)=e(t) uj

В теории различают независимые и зависимые идеальные источники энергии.

Независимые- это такие, параметр которых не зависит от токов и напряжений, протекающих через источник, а управляются или задаются внешними факторами

ИИН выдает заданную функцию напряжения (ЭДС)

ИИТ выдает заданную функцию тока

Реальные источники моделируются в первом приближении с помощью идеальных источников и резистивных сопротивлений..

j(t)=J=2А

Зависимые (управляемые) источники- их параметры зависят от токов или напряжений какой-то части электротехнического устройства.

ИНУН – источник напряжения, управляемый напряжением.

u₁

Могут быть:

ИНУТ, ИТУН, ИТУТ. Используются в моделировании электронных устройств. Источники называют активными элементами.

Реактивные элементы - это пассивные элементы, накопители и возвращатели энергии:

Обмотка - катушка индуктивности. Создает сильное магнитное поле. Моделируется идеальной индуктивностью.

i_L L=[Гн]

U_L

Если i_L=const=I_L то

u_L=U_L=0 Индуктивный элемент не оказывает сопротивление постоянному току.

энергия индуктивности накапливается (р_L>0), когда ток возрастает по модулю и отдается (р_L<0), когда ток уменьшается..

Катушка индуктивности обладает еще и сопротивлением проводов, что отражают резистивным сопротивлением в модели (схеме замещения).

R_k L_k

Конденсатор. Создает сильное электрическое поле. Моделируется идеальной емкостью.

Если u_C=UC=const i_c=I_c=0

Емкость не пропускает постоянный ток. энергия емкости накапливается, когда напряжение увеличивается по модулю и отдается, когда напряжение уменьшается..

Для измерений токов и напряжений используют измерительные приборы

Амперметр - ток

A

R R_A=0

Вольтметр - напряжение

V

Rv=∞