Теоретические основы электротехники (ТОЭ) - это базовый общеинженерный курс для студентов электротехники и энергетики. 3 семестра, в основном состоит из двух частей: теория цепей (2 семестра) и электромагнитная теория (1 семестр). Курс разделен на три семестра. Данный предмет охватывает первую из этих частей (ТОЭ) - теорию линейных и нелинейных электрических и магнитных цепей. Содержание курса и порядок изложения материала примерно соответствуют программе дисциплины (ТОЭ) по специализации "Электротехника и энергетика" в университете www.evkova.org/elektrotehnika . Цель курса - дать студентам хорошее понимание электрических и магнитных цепей и их компонентов, их математического описания и основных методов анализа и расчета этих цепей в статическом и динамическом режимах работы, т.е. создать научную основу для последующих исследований в различных специализированных электрических областях. Цель курса - дать студентам теоретические знания о физических явлениях, лежащих в основе создания и функционирования различных электрических устройств, а также практические навыки решения различных задач с использованием методов анализа и расчета электрических и магнитных цепей.
История создания электротехники
В природе мы живем в мире электронов. Кроме этого, больше ничего нет. Это происходит потому, что каждый объект в физическом мире, от атома до самой сложной органической молекулы, на самом деле является коллекцией, ансамблем электронов. Электроны определяют все физические и химические свойства материи.
В человеческой цивилизации мы живем в техносфере - искусственной среде, созданной деятельностью человека. Другими словами, жизнь и деятельность человека все больше наполняется электротехническими устройствами и процессами, такими как дом, производство, транспорт и связь.
Все это говорит о важности электротехники в нашей жизни.
Что это такое? Откуда она берется? Куда она девается?
Электротехника - это отрасль технической науки, изучающая практическое использование электричества.
Знания: наука об электрическом оборудовании и процессах.
Навыки: технология электротехнического оборудования и процессов.
Продукция: электротехническое оборудование и процессы.
Продукты электротехники мы видим каждый день. Сюда входят электротовары, находящиеся в доме, такие как лампы, плиты, телевизоры, телефоны, пылесосы и вентиляторы. Заводское оборудование: электрические приводы, такие как станки, измерительные и управляющие части производственных процессов, а также части энергоснабжения заводов. Передача энергии в человеческом обществе осуществляется в основном с помощью электрических проводов, что обеспечивает предельную скорость и эффективность этого процесса, а значит, и существование отраслей, производящих, транспортирующих и преобразующих электроэнергию. В области связи и обработки информации существует мало альтернатив электрическому оборудованию и процессам.
Электротехнические технологии, позволяющие производить электротехнические изделия, развиваются семимильными шагами. Электроника возникла из области электротехники как технология получения, преобразования и передачи информации. Уже прошло 5 поколений электронной техники, начиная с систем поверхностного монтажа, которые просуществовали с середины 19 века до середины 20 века, через печатные платы до сегодняшней всемирной интегрированной электроники. Уже сменилось пять поколений.
Выпускается новое поколение компьютеров. За первые две трети этого столетия сменилось пять основных поколений Электрические трубки (1945-1960), транзисторы (1960-1970), на кристалле (1970-1985), БИС-микропроцессоры (1985-2000) и мультипроцессоры (2000-2010).
Элементы электрических цепей
Электромагнитные процессы в электрооборудовании обычно очень сложны. Однако во многих случаях их основные характеристики могут быть описаны с помощью интегральных понятий, таких как напряжение, ток и электродвижущая сила (ЭДС). При таком подходе электрическая цепь рассматривается как набор правильно соединенных электрических устройств с источниками и приемниками электрической энергии, предназначенных для генерирования, передачи, распределения и преобразования электрической энергии и информации. Электрическая цепь состоит из отдельных компонентов (объектов), выполняющих определенную функцию, которые называются элементами цепи. Основными элементами цепи являются источник и приемник электрической энергии (сигналов). Электрическое устройство, вырабатывающее электрическую энергию, называется "генератором" или "источником электрической энергии", а устройство, потребляющее электрическую энергию, называется "приемником (потребителем) электрической энергии".
Каждый элемент цепи имеет несколько выводов (полюсов), через которые он соединяется с другими элементами. Различают двухполюсные и многополюсные элементы. Двухполюсные элементы имеют два вывода. К ним относятся источники питания (кроме управляемых и многополюсных типов), резисторы, индукторы и конденсаторы. Многополюсными элементами являются, например, триоды, трансформаторы и усилители.
Все элементы, составляющие электрическую цепь, можно разделить на активные и пассивные. Активный элемент - это элемент, который содержит источник электрической энергии в своей структуре. Пассивные элементы - это элементы, которые рассеивают (резисторы) или накапливают (индукторы и конденсаторы) энергию. Основные характеристики элементов цепи включают вольт-амперные, веберовские амперные и кулоновские вольтовые характеристики, которые описываются дифференциальными или (и) алгебраическими уравнениями. Элемент классифицируется как линейный, если он описывается линейным дифференциальным уравнением или алгебраическим уравнением, и как нелинейный, если это не так. Строго говоря, все элементы нелинейны. Можно ли считать процесс линейным, что значительно упрощает его математическое описание и анализ, зависит от пределов изменения переменных, характеризующих процесс, и их частоты. Коэффициенты, связывающие переменные этих уравнений, их производные и интегралы, называются элементарными параметрами.
Если параметры элемента не являются функцией пространственных координат, определяющих их геометрические размеры, элемент называется элементом с параметрами концентрации. Если элемент описывается уравнением с участием пространственных переменных, то он относится к классу элементов с распределенными параметрами. Типичным примером последнего является линия электропередачи (длинная линия). Цепь, состоящая только из линейных элементов, называется линейной. Если в схеме есть хотя бы один нелинейный элемент, то схема относится к классу нелинейных. Рассмотрим основные характеристики и параметры пассивных элементов, составляющих схему.
Топология и решение электрической цепи
Электрическая цепь характеризуется сочетанием составных элементов и способа их соединения.
Соединение элементов электрической цепи визуально выглядит следующим образом показано на принципиальной схеме. Здесь мы рассмотрим пример двух электрических цепей (рис. 1 и 2).
Электрическая цепь, которая вводит понятие ветвей и участков.
Ответвление - это часть цепи, в которой течет один и тот же ток. Узел - это место, где соединяются три или более ветвей. Представленные здесь схемы отличаются по форме и функциям, но все они имеют шесть ветвей и четыре узла. имеет шесть ветвей и четыре узла, соединенных одинаковым образом. Таким образом, с точки зрения геометрии (топологии соединений ветвей) они являются идентичными схемами. Топологическая (геометрическая) природа электрической цепи не зависит от типа или характера электрооборудования или элементов, составляющих ветви. По этой причине удобно представлять каждую ветвь электрической схемы отрезком линии. Представьте контур в виде отрезка прямой. Если заменить каждую ветвь на рисунках 1 и 2 отрезком прямой, то получим тогда мы имеем геометрическую схему, показанную на рис. 3. Концептуальное представление схемы, в котором каждая ветвь схемы заменена отрезком прямой, называется графом схемы.
График электрической цепи
Помните, что можно создать любое ответвление. Каждый из этих элементов соединен по-своему. Отрезки линий, соответствующие ветвям схемы, называются ветвями графа. Граничные точки ветвей называются узлами графа. Ветви графа могут иметь определенное направление. Они указаны стрелками. Граф, в котором все ветви графа ориентированы, называется направленным графом. Подграф графа - это часть графа, которая является одной ветвью или одним изолированным узлом графа. узел, и любой набор ветвей и узлов в графе. В теории электрических цепей важны следующие подграфы: 1. Путь - это упорядоченная последовательность ветвей между двумя соседними ветвями, которые имеют общий узел, и любая ветвь и любой узел могут встречаться только один раз на этом пути. Например, в диаграмме ветви 2-6-5; 4-5; 3-6-4;
1 образуют путь между одной и той же парой. Узел 1 и узел 3. Таким образом, путь - это набор ветвей, идущих последовательно.
2. Путь - это замкнутый путь, в котором один из узлов является начальным и конечным узлом пути. Например, для графа на рисунке 1.
3 мы можем определить контур, образованный ветвями 2-4-6, 3-5-6, 2-. 3-5-4. Если между любой парой вершин графа существует связь, то граф называется связным.
4. связная ветвь (завершение дерева) - это ветвь графа, которая завершает дерево до исходного графа. Если граф имеет m узлов и n ветвей, то число ветвей любого дерева равно , число связных ветвей графа равно .
5. Сечение графа - это набор ветвей, которые при удалении делят граф на два изолированных подграфа, один из которых может быть особенно независимым узлом. Сечение можно представить визуально как след некоторой замкнутой поверхности, на которой отсекается соответствующая ветвь.
Примером такой поверхности является график. В этом случае получаем сечения, образованные ветвями 6-4-5 и 6-2-1-5 соответственно.
-
-
Все новости
