Питання для самоперевірки

1. Що містять у собі поняття: вітка, вузол, контур електричного кола?

2. У чому складається відмінність формулювання закону Ома для ділянки та для всього кола?

3. Який фізичний зміст вкладається в поняття: електрорушійна сила, напруга на ділянці кола, спад напруги?

4. Як формулюються й записуються перший і другий закони Кірхгофа?

5. У чому складається особливість електричного кола при послідовному з'єднанні елементів і як визначається еквівалентний опір кола?

6. У чому складається особливість електричного кола при паралельному з'єднанні елементів і як визначається еквівалентний опір розгалуженого кола?

7. Чим керуються при виборі позитивного напрямку струму у вітках електричного кола? На що вказує негативне значення розрахованого струму?

8. Який опір навантаження приймається в режимах холостого ходу й короткого замикання?

9. Що виражають графічно вольт-амперні характеристики (ВАХ) елементів кола й у чому розходження ВАХ лінійних і нелінійних елементів?

10. Чому аналіз нелінійних кіл постійного струму не можна виконати методами, застосовуваними при аналізі лінійних кіл цього струму?

11. Які рекомендуються методи аналізу нелінійних електричних кіл постійного струму?

Література: 1, с. 7-45; 2, с. 12-89; 4, 48-67; 5, с. 13-55.

Зміст розділу «Електричні кола синусоїдного змінного струму» базується на вже зазначених вище розділах фізики й додатково на розділі "Електрика й магнетизм" та на поняттях: індуктивність, електроємність, частота, фаза, період електричних коливань. Для аналізу електричних кіл синусоїдального змінного струму необхідні знання диференціального й інтегрального вирахування, уміння представляти синусоїдальні струми, напруги й інші характеристики електричного кола у вигляді комплексних чисел.

Електричним колам змінного струму в порівнянні з колами постійного струму властиві наступні особливості:

• струм, напруга, потужність у колах змінного струму змінюються із часом;

• у загальному випадку кола змінного струму характеризуються активними й реактивним (індуктивними і ємнісним) опорами;

• за рахунок реактивних опорів струм і напруга в колі зсунуті по фазі; величина зсуву визначається співвідношенням числових значень реактивного й активного опорів;

• наявність зсуву між струмом і напругою приводить до появи активних і реактивних складових струму, напруги, потужності;

• загальний струм, напруга, потужність, опір у колах змінного струму визначається як геометрична сума їх активних і реактивних складових;

• при аналізі кіл змінного струму широке застосування знаходить символічний метод, що дозволяє геометричне підсумовування замінити алгебраїчним і використовувати чисельні методи аналізу кіл постійного струму;

• у колах змінного струму можуть мати місце явища резонансу напруг і струмів.

Резонанс напруг виникає в колах з послідовно з'єднаними однаковими за значенням індуктивним і ємнісним опорами. У цьому разі результуючий струм визначається тільки активним опором ланцюга й може в багато разів перевищити розрахункове значення струму лінії за відсутності резонансу. Резонанс напруг приводить до значного перевищення падінь напруг на індуктивності й конденсаторі, створюючи небезпеку для обслуговуючого персоналу й для самої установки.

Резонанс струмів виникає в колі з паралельно з'єднаними індуктивністю й конденсатором у випадку рівності реактивних провідностей паралельних віток кола b_L = b_C. У цьому випадку загальний струм, що споживається струмоприймачем, зменшується до мінімального значення, обумовленого тільки струмом активної складової.

Резонанс напруг і струмів широко використовується в радіотехніці й автоматиці з метою посилення прийомного сигналу, виділення його серед множини інших (налаштування на бажану радіо- і телестанцію).

Умовою резонансу напруг є рівність опорів ланцюга:

і ,

звідси резонансна частота -

.

Режим резонансу напруг звичайно встановлюють регулюванням величини L або С.

Резонанс струмів можливий у розгалужених колах при рівності реактивних провідностей. Так, для кола із двома паралельними вітками r₁, x₁, r₂ = 0, x₂ реактивні провідності відповідно рівні -

і ,

звідки резонансна частота -

.

У розглянутому контурі резонанс струмів можливий тільки за умови і виконується шляхом зміни значень r, L₁ або С₂.

Тема є основою для правильного розуміння наступних питань курсу, у зв'язку із чим її вивченню варто приділити особливу увагу, зокрема питанням:

Електричні пристрої змінного струму й області їхнього застосування. Генерування синусоїдальної ЕРС. Основні параметри, що характеризують синусоїдальні струми й напруги. Техніко-економічні переваги синусоїдального струму промислової частоти.

Середнє й діюче значення електричних величин, що змінюються синусоїдно, їхнє практичне значення. Подання синусоїдальних величин графіками зміни функцій у часі, векторами, тригонометричними функціями й комплексними числами.

Приймачі електричної енергії: резистори, індуктивні котушки, конденсатори. Їхні параметри: активний опір, індуктивність і ємність. Умовні графічні й літерні позначення, застосовувані на схемах заміщення.

Закони Ома й Кірхгофа для кіл синусоїдального струму. Рівняння електричного стану для нерозгалуженого кола. Векторні діаграми струмів і напруг, фазові співвідношення між струмом і напругами. Трикутник опорів. Комплексний опір. Потужність кола змінного струму: активна, реактивна й повна. Трикутник потужностей. Комплексна потужність. Коефіцієнт потужності і його народногосподарське значення. Резонанс напруг, умови його виникнення й практичне значення в технічних і радіоелектронних пристроях.

Паралельне з'єднання елементів. Активна, реактивна й повна провідності. Трикутник провідностей. Векторні діаграми струмів і напруг. Фазові співвідношення між напругою й струмами. Аналіз електричного стану розгалужених ланцюгів символічним методом. Резонанс струмів, умови його виникнення й практичне значення. Компенсація реактивної потужності паралельним підключенням конденсаторів.

Аналіз електричного стану ланцюгів змішаного з'єднання символічним методом. Векторні діаграми струмів і напруг.