Методическое пособие для студентов заочного факультета Санкт-Петербург 2007

Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«петербургский
государственный университет путей сообщения»

Кафедра «Электромеханические комплексы и системы»

Основные законы электротехники
и методы расчета электрических цепей
Методическое пособие
для студентов заочного факультета

Санкт-Петербург

2007
Содержание

Введение	………………………...	3
1. Основные законы электротехники	………………………...	4
1.1. Закон Ома	………………………...	4
Закон Ома для участка цепи	………………………...	4
Закон Ома для замкнутой цепи	………………………...	6
Закон Ома для участка цепи, содержащего источник э.д.с. (обобщенный закон Ома)	………………………...	7
1.2. Законы Кирхгофа	………………………...	8
Первый закон Кирхгофа	………………………...	8
Второй закон Кирхгофа	………………………...	9
1.3. Закон Джоуля-Ленца	………………………...	10
1.4. Закон Ома для магнитной цепи	………………………...	11
1.5. Закон Ампера	………………………...	16
1.6. Закон электромагнитной индукции	………………………...	18
Формулировка Фарадея	………………………...	18
Формулировка Максвелла	………………………...	19
1.7. Принцип действия простейших электромагнитных и электромеханических преобразователей энергии	………………………...	20
Трансформаторы	………………………...	20
Электрические машины	………………………...	27
2. Методы расчета и анализа электрических цепей	………………………...	31
2.1. Метод преобразования цепей	………………………...	31
Последовательное соединение элементов	………………………...	32
Параллельное соединение элементов	………………………...	33
Смешанное соединение элементов	………………………...	34
Эквивалентные соединения резистивных элементов по схеме треугольника и звезды	………………………...	35
2.2. Метод непосредственного применения законов Кирхгофа	………………………...	36
2.3. Метод контурных токов	………………………...	38
2.4. Метод узловых потенциалов	………………………...	40
2.5. Метод наложение (метод суперпозиции)	………………………...	41
2.6. Построение потенциальных диаграмм	………………………...	42
2.7. Баланс мощностей в электрических цепях	………………………...	44
2.8. Режимы работы простейшей электрической цепи постоянного тока	………………………...	46
2.9. Энергетические соотношения в простейшей цепи	………………………...	48
2.10. Расчет проводов линии передачи	………………………...	50
Список литературы	………………………...	53

ВВедение
Настоящее пособие предназначено для самостоятельной проработки студентами неэлектротехнических специальностей учебного материала, знание которого необходимо при изучении курса «Электротехника и электроника» и всех последующих учебных дисциплин электротехнического профиля, для которых этот курс является базовым. Такими дисциплинами, в частности, являются: «Электрические машины и электропривод», «Электроснабжение промышленных предприятий», «Техника высоких напряжений» и ряд других.
При преподавании курса «Электротехника и электроника» считается, что основные законы электротехники должны быть известны студентам из соответствующих разделов физики, изучаемых в средней школе и на младших курсах вуза. По этой причине в большинстве рекомендуемых учебников по электротехнике эти законы подробно не рассматриваются, и ссылка на них делается только в тех разделах учебника, где это необходимо.
В настоящей работе основные законы рассматриваются применительно к их практическому использованию для обоснования методов расчета электрических цепей и объяснения принципа действия электромагнитных и электромеханических преобразователей электрической энергии.
Материал настоящего пособия рекомендуется использовать студентам-заочникам при самостоятельном выполнении контрольных работ и подготовке к лабораторным работам, выполняемым во время зачетно-экзаменационной сессии. Для успешного выполнения контрольных и лабораторных работ рекомендуется кроме данного пособия также проработать самостоятельно материал методических указаний кафедры «Электромеханические комплексы и системы» ПГУПС «Электроизмерительные приборы» [6].
Курс «Электротехника и электроника» преподается кафедрой «Электромеханические комплексы и системы» для студентов неэлектрических специальностей, которые можно условно разделить на две группы: специальности механического профиля и специальности строительного профиля.
Для будущих инженеров-механиков курс читается в более полном объеме с учетом того, что учебным планом предусмотрено изучение нескольких дисциплин электрического профиля.
Студенты строительных специальностей изучают этот курс в более сжатом виде и при меньшем объеме аудиторных часов.