Podstawy elektrotechniki

Transkrypt

1 Podstawy elektrotechniki Odpowiedzialny za przedmiot (wykłady): dr hab. inż. Tomasz Chady prof. ZUT Ćwiczenia: dr inż. Krzysztof Stawicki w temacie wiadomości proszę wpisywać STUDENT S1 nralbumu KONSULTACJE: wtorek, godz (pokój 310) tel strona www: ks.zut.edu.pl/pe Elektrotechnika, studia stacjonarne pierwszego stopnia, rok I 1

2 1. Pojęcia podstawowe elektrotechniki. Wielkości i jednostki używane w elektrotechnice. Elektrotechnika, studia stacjonarne pierwszego stopnia, rok I 2

3 Elektrotechnika, studia stacjonarne pierwszego stopnia, rok I 3

4 2. Pojęcia podstawowe teorii obwodów. Właściwości obwodu elektrycznego. Klasyfikacja elementów obwodów elektrycznych. Podstawy topologii obwodów elektrycznych. Obwody o stałych skupionych. Elementy obwodu elektrycznego. ELEMENTY PASYWNE ELEMENTY AKTYWNE Elektrotechnika, studia stacjonarne pierwszego stopnia, rok I 4

5 Elementy obwodu elektrycznego. Elektrotechnika, studia stacjonarne pierwszego stopnia, rok I 5

6 Sposoby połączenia elementów Elektrotechnika, studia stacjonarne pierwszego stopnia, rok I 6

7 3. Obwody liniowe prądu stałego. Prawo Ohma. Prawa Kirchhoffa. Wielkości występujące przy analizie obwodów liniowych prądu stałego, w stanach ustalonych. P = U I Elektrotechnika, studia stacjonarne pierwszego stopnia, rok I 7

8 Prawo Ohma dla prądu stałego Prawo Ohma mówi, że natężenie prądu jest proporcjonalne do różnicy potencjałów (napięcia) między końcami części obwodu nie zawierającej źródeł siły elektromotorycznej, a odwrotnie proporcjonalne do oporu. Prawidłowość tę odkrył w 1827 roku niemiecki fizyk, profesor politechniki w Norymberdze i uniwersytetu w Monachium Georg Simon Ohm. Można ją opisać jako: I = U R Elektrotechnika, studia stacjonarne pierwszego stopnia, rok I 8

9 Pierwsze prawo Kirchhoffa Suma algebraiczna natężeń prądów dopływających(+) do danego węzła i odpływających(-) z danego węzła jest równa 0. k=1,2... I k =0 Prawo to można też zapisać trochę inaczej : Suma natężeń prądów dopływających do węzła jest równa sumie natężeń prądów wypływających z tego węzła. Elektrotechnika, studia stacjonarne pierwszego stopnia, rok I 9

10 Drugie prawo Kirchhoffa Suma wartości sił elektromotorycznych w każdym obwodzie zamkniętym (w oczku) równa jest sumie wartości napięć na elementach pasywnych tego obwodu: k e k = l u l Prawo to można też zapisać krócej: Suma napięć w oczku jest równa zeru: k u k =0 Elektrotechnika, studia stacjonarne pierwszego stopnia, rok I 10

11 Połączenie szeregowe prawo Ohma U 1 =I R 1 II prawo Kirchoffa: E=U 1 U 2 U 3 I prawo Kirchoffa: w całym obwodzie jest tylko jeden prąd Zastosowanie prawa Ohma: E=I R 1 I R 2 I R 3 =I R zastępcza I R 1 R 2 R 3 =I R zastępcza przy połączeniu szeregowym: R zastępcza =R 1 R 2 R 3 Elektrotechnika, studia stacjonarne pierwszego stopnia, rok I 11

12 Połączenie równoległe I prawo Kirchoffa: I =I 1 I 2 I 3 E II prawo Kirchoffa: na każdym elemencie jest takie samo napięcie prawo Ohma: I 1 = E R 1 I 2 = E R 2 I 3 = E R 3 I =I 1 I 2 I 3 = E R 1 E R 2 E R 3 =E 1 R 1 1 R 2 1 R 3 =E 1 R z przy połączeniu równoległym: 1 = R z R 1 R 2 R 3 Elektrotechnika, studia stacjonarne pierwszego stopnia, rok I 12

13 Przekształcenie: gwiazda trójkąt R 1 = R 12 R 31 R 12 R 23 R 31 R 2 = R 23 R 12 R 12 R 23 R 31 R 3 = R 31 R 23 R 12 R 23 R 31 R 12 =R 1 R 2 R 1 R 2 R 3 R 23 =R 2 R 3 R 2 R 3 R 1 R 31 =R 3 R 1 R 3 R 1 R 2 Elektrotechnika, studia stacjonarne pierwszego stopnia, rok I 13

14 Zadania R 1 R 3 R 5 R 2 R 4 R 6 Wszystkie rezystory mają rezystancję 10 Ω. Oblicz rezystancję zastępczą przedstawionego układu oraz prądy, spadki napięć i moce wydzielane na każdym rezystorze, jeśli układ jest zasilany napięciem 26 V. Elektrotechnika, studia stacjonarne pierwszego stopnia, rok I 14

15 Zadanie domowe Oblicz rezystancję całego układu oraz wskazane prądy, napięcia i moc na ostatnim rezystorze. Elektrotechnika, studia stacjonarne pierwszego stopnia, rok I 15

16 UWAGA Na następnych zajęciach sprawdzian ze znajomości Prawa Ohma i praw Kirchhoffa (treść każdego prawa) oraz obliczania: rezystancji zastępczej układów, prądów i spadków napięć na rezystorach. Elektrotechnika, studia stacjonarne pierwszego stopnia, rok I 16

17 Zadania a a b c R 1 R 5 R 3 R 4 d R 7 e R 2 R 6 Rezystory mają następujące rezystancje: R 1 = 20 Ω, R 2 = 40 Ω, R 3 = 20 Ω, R 4 = 40 Ω, R 5 = 30 Ω, R 6 = 20 Ω, R 7 = 20 Ω. f f g Oblicz rezystancję zastępczą przedstawionego układu R a-f oraz prądy, spadki napięć i moce wydzielane na każdym rezystorze, jeśli układ jest zasilany napięciem 4 V przyłożonym do węzłów a-f. Rozwiąż zadanie przyjmując, że napięcie jest przyłożone do zacisków c-d, a następnie do zacisków c-e. Elektrotechnika, studia stacjonarne pierwszego stopnia, rok I 17

18 Zadania R 1 R 3 R 4 a b R 2 R 5 Wszystkie rezystory mają rezystancję 30 Ω. Oblicz rezystancję zastępczą przedstawionego układu oraz prądy, spadki napięć i moce wydzielane na każdym rezystorze, jeśli układ jest zasilany napięciem 6 V. Elektrotechnika, studia stacjonarne pierwszego stopnia, rok I 18

19 Zadania Elektrotechnika, studia stacjonarne pierwszego stopnia, rok I 19

20 Znajdziesz wszędzie... Przykładowe darmowe symulatory układów elektrycznych: PSpice: inne: Elektrotechnika, studia stacjonarne pierwszego stopnia, rok I 20

21 Zasada superpozycji w obwodach elektrycznych Odpowiedź obwodu elektrycznego lub jego gałęzi na kilka wymuszeń (pobudzeń) równa się sumie odpowiedzi (reakcji) na każde wymuszenie z osobna. Elektrotechnika, studia stacjonarne pierwszego stopnia, rok I 21

22 Twierdzenie Thevenina Każdy liniowy dwójnik aktywny można przedstawić w postaci źródła napięcia o sile elektromotorycznej równej napięciu między rozwartymi zaciskami wyjściowymi dwójnika aktywnego. Rezystancja wewnętrzna tego źródła jest równa rezystancji tego dwójnika po usunięciu wszystkich źródeł energii. Elektrotechnika, studia stacjonarne pierwszego stopnia, rok I 22