А. Ю. ТЭТТЭР, А. В. ПОНОМАРЕВ
ОСНОВЫ ТЕОРИИ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО И ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
ОМСК 2012
Министерство транспорта Российской Федерации Федеральное агентство железнодорожного транспорта Омский государственный университет путей сообщения
А. Ю. Тэттэр, А. В. Пономарев
ОСНОВЫ ТЕОРИИ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО И ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Учебное пособие
Допущено УМО вузов России по образованию в области энергетики и электротехники в качестве учебного пособия
для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки 140400 – «Электроэнергетика и электротехника»
Омск 2012 1
УДК 621.3(075.8) ББК 31.211я73
T96
Тэттэр А. Ю. Основы теории цепей постоянного и переменного тока:
Учебное пособие / А. Ю. Тэттэр, А. В. Пономарев; Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2012. 143 с.
Пособие содержит элементы теории, демонстрационные примеры и задачи для самостоятельного решения по разделу «Основы теории цепей постоянного и переменного тока» дисциплины «Теоретические основы электротехники».
Этот раздел обеспечивает первый этап изучения электромагнитных процессов в электрических цепях и затрагивает два класса электрических цепей: линейные электрические цепи с источниками постоянного напряжения (ЭДС) и тока, а также линейные электрические цепи с источниками синусоидального напряжения (ЭДС) и тока.
Подобные электрические цепи в широком разнообразии выступают в качестве самостоятельных объектов для исследования и как удобные для исследований схемы замещения различных электротехнических устройств.
При подготовке настоящего пособия использовались учебно-мето- дические разработки доктора технических наук, профессора В. Н. Зажирко.
Предназначено для студентов, обучающихся по направлению подготовки бакалавров 140400 – «Электроэнергетика и электротехника» и специальности 190901 – «Системы обеспечения движения поездов».
Библиогр.: 6 назв. Табл. 3. Рис. 93. Прил. 3.
Рецензенты: доктор техн. наук, профессор В. Н. Горюнов; доктор техн. наук, профессор А. П. Попов; доктор техн. наук, профессор В. Д. Авилов.
С Омский гос. университет путей сообщения, 2012
2
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
Введение ..................................................................................................................... |
6 |
1. Электрические цепи и их параметры .................................................................. |
7 |
1.1. Схемы замещения и виды электрических цепей ........................................ |
7 |
1.2. Элементы электрических цепей ................................................................... |
9 |
1.2.1. Пассивные элементы электрических цепей ............................................. |
9 |
1.2.2. Активные элементы электрических цепей ............................................ |
13 |
1.3. Режимы электрических цепей .................................................................... |
15 |
2. Расчет электрических цепей постоянного тока ................................................ |
16 |
2.1. Законы Кирхгофа ......................................................................................... |
19 |
2.1.1. Последовательность определения токов ветвей по законам |
|
Кирхгофа .................................................................................................................. |
20 |
2.2. Метод контурных токов .............................................................................. |
21 |
2.2.1. Последовательность определения токов ветвей методом кон- |
|
турных токов ............................................................................................................ |
22 |
2.3. Метод узловых потенциалов ...................................................................... |
23 |
2.3.1. Последовательность определения токов ветвей методом узло- |
|
вых потенциалов ...................................................................................................... |
25 |
2.4. Метод активного двухполюсника (эквивалентного источника |
|
или генератора) ........................................................................................................ |
26 |
2.5. Баланс мощностей ....................................................................................... |
29 |
2.6. Преобразования электрических цепей ...................................................... |
29 |
2.6.1. Эквивалентные преобразования соединений звездой и треу- |
|
гольником ................................................................................................................. |
30 |
2.6.2. Преобразования параллельного соединения ветвей с источ- |
|
никами ЭДС ............................................................................................................. |
31 |
2.7. Примеры расчета электрических цепей постоянного тока ..................... |
32 |
2.7.1. Применение законов Кирхгофа ............................................................... |
32 |
2.7.2. Метод контурных токов ........................................................................... |
33 |
2.7.3. Метод узловых потенциалов ................................................................... |
36 |
2.7.4. Метод активного двухполюсника (эквивалентного источника) ........... |
37 |
2.7.5. Преобразование электрических цепей ................................................... |
39 |
2.7.6. Построение потенциальной диаграммы ................................................. |
41 |
2.8. Задачи для самостоятельного решения ..................................................... |
43 |
3
2.8.1. Определение напряжений, токов и сопротивлений в простей- |
|
ших цепях ................................................................................................................. |
43 |
2.8.2. Определение входного сопротивления .................................................. |
47 |
2.8.3. Определение напряжения на участке цепи ............................................ |
51 |
2.8.4. Методы расчета ........................................................................................ |
55 |
3. Линейные электрические цепи с источниками синусоидальных |
|
напряжений и токов («цепи синусоидального тока») ......................................... |
58 |
3.1. Синусоидальные напряжение, ток и ЭДС ................................................ |
58 |
3.2. Синусоидальные режимы простейших электрических цепей ................ |
60 |
3.3. Основы комплексного (символического) метода расчета элек- |
|
трических цепей синусоидального тока ............................................................... |
68 |
3.4. Действующие значения синусоидальных напряжения и тока ................ |
73 |
3.5. Комплексные соотношения для трехэлементных электричес- |
|
ких цепей .................................................................................................................. |
75 |
3.6. Особенности применения комплексного метода для исследова- |
|
ния разветвленных электрических цепей ............................................................. |
81 |
3.7. Виды мощности в электротехнике ............................................................ |
84 |
3.7.1. Мгновенная мощность ............................................................................. |
84 |
3.7.2. Активная мощность .................................................................................. |
86 |
3.7.3. Реактивная мощность ............................................................................... |
88 |
3.7.4. Мощность в комплексной форме, или комплексная мощность........... |
89 |
3.7.5. Баланс мощностей .................................................................................... |
90 |
3.8. Пример расчета разветвленной цепи синусоидального тока .................. |
91 |
3.9. Задачи для самостоятельного решения ..................................................... |
98 |
3.10. Электрические цепи синусоидального тока с магнитно (индук- |
|
тивно)-связанными элементами ........................................................................... |
100 |
3.10.1. Согласное и встречное включение магнитно-связанных ка- |
|
тушек ........................................................................................................................ |
100 |
3.10.2. Магнитно-связанные цепи без электрической связи ........................ |
104 |
3.10.3. Особенности расчета разветвленных цепей с магнитно-свя- |
|
занными элементами ............................................................................................. |
107 |
3.10.4. Примеры расчета электрических цепей с магнитно-свя- |
|
занными элементами ............................................................................................. |
109 |
4