Bazele electrotehnicii I

Conf. dr.ing.ec. Claudia PĂCURAR

An I - ETTI

e-mail: Claudia.Pacurar@ethm.utcluj.ro

BAZELE

ELECTROTEHNICII I

BE

CURS 1

Bazele electrotehnicii I

Curs Seria A - Prof. dr. ing. Vasile ȚOPA

Vasile.Topa@ethm.utcluj.ro

Curs Seria B - Conf.dr.ing.ec. Claudia PĂCURAR

Claudia.Pacurar@ethm.utcluj.ro

Seminar - Conf.dr.ing.ec. Claudia PĂCURAR

BAZELE ELECTROTEHNICII I (BE)

ETTI

Bazele electrotehnicii I

ORAR

Curs:

Seria A - Miercuri - 14-16 - Sala 41

Seria B - Luni - 14-16- Sala 41

Grupa 1 - Joi - 10-12 - Sala D 11

Grupa 2 - Luni - 10-12 - Sala 368

Grupa 3 - Marți - 8-10 - Sala E 04

Grupa 4 - Miercuri - 10-12 - Sala 368

Grupa 5 - Joi - 8-10 - Sala D 11

Grupa 6 - Miercuri - 8-10 - Sala S 1.2

Grupa 7 - Marți - 10-12 - Sala E 04

Grupa 8 - Vineri - 8-10 - Sala S 01

Grupa 9 - Luni - 8-10 - Sala S 01

Seminar:

Bazele electrotehnicii I

Prezența:

Curs - nu este obligatorie

Seminar - nu este obligatorie

Examen:

Probă scrisă: - două subiecte teorie

- trei probleme

Bazele electrotehnicii I Conf.dr.ing.ec. Claudia PĂCURAR2/20

Bazele Electrotehnicii:

❑ analiza fenomenele electrice, magnetice și electromagnetice

folosind caracterizările lor cantitative și implicit modelarea

matematică a acestor fenomene, în vederea soluționării aplicațiilor

tehnice.

❑două discipline:

▪ Bazele electrotehnicii II Teoria câmpului electromagnetic

An II – Semestrul I

▪ Bazele electrotehnicii I Teoria circuitelor electrice

An I – Semestrul II

Bazele electrotehnicii I

Obiectivul general al cursului

Dezvoltarea deprinderilor, abilităților și competențelor în domeniul

analizei circuitelor electrice prin dobândirea cunoștințelor fundamentale

pentru abordarea și rezolvarea corectă a circuitelor electrice în regim

permanent (staționar - curent continuu și/sau sinusoidal - curent

alternativ monofazat și trifazat), în regim tranzitoriu, respectiv în regim

permanent periodic nesinusoidal în scopul proiectării şi măsurării

acestora pentru utilizarea în aplicații concrete

Bazele electrotehnicii I

Conținutul cursului

Curs 1 - 4

CAPITOLUL I - Circuite electrice de curent continuu

Curs 5 - 9

CAPITOLUL II - Circuite electrice în regim permanent

sinusoidal (de curent alternativ)

Curs 10 - 11

CAPITOLUL III - Cuadripoli electrici. Filtre de frecvență

www.users.utcluj.ro/~claudiar/

Bazele electrotehnicii I

Curs 12

CAPITOLUL IV - Circuite electrice trifazate

Curs 13

CAPITOLUL V - Regimul tranzitoriu al circuitelor

electrice

Curs 14

CAPITOLUL VI - Circuite electrice în regim periodic

nesinusoidal

Bazele electrotehnicii I

Structura cursurilor

Cursul 1 - Curs introductiv

➢ Prezentare generală a disciplinei

➢ Introducere în teoria circuite electrice

➢ Regimuri de funcționare

➢ Elemente de topologie a circuitelor

Cursul 2 - Circuite electrice de curent continuu

➢ Generalități

➢ Elemente de circuit în curent continuu

➢ Surse de energie

➢ Echivalența dintre o sursă de tensiune și o sursă de curent

➢ Surse comandate

➢ Elemente pasive de circuit

Bazele electrotehnicii I

Cursul 3 - Circuite electrice de curent continuu

➢ Legi și teoreme specifice regimului de curent continuu

❖ Legea lui Ohm

❖ Teoremele lui Kirchhoff

❖ Tensiunea între două noduri

❖ Teorema conservării puterilor

❖ Teorema transferului maxim de putere

❖ Teorema reciprocității

❖ Teorema superpoziției

❖ Teoremele generatoarelor echivalente

❖ Teoremele lui Vaschy

Bazele electrotehnicii I

Cursul 4 - Circuite electrice de curent continuu

➢ Metode de rezolvare a circuitelor electrice de curent continuu

❖ Metoda teoremelor lui Kirchhoff

❖ Metoda curenților ciclici (de ochiuri, de buclă, fictivi)

❖ Metoda potențialelor nodurilor (tensiunilor nodale)

Cursul 5 - Circuite electrice în regim permanent sinusoidal

➢ Mărimi periodice și mărimi sinusoidale

➢ Reprezentări simbolice ale mărimilor sinusoidale

➢ Operații cu mărimi sinusoidale reprezentate simbolic

Bazele electrotehnicii I

Cursul 6 - Circuite electrice în regim permanent sinusoidal

➢ Elemente de circuit în curent alternativ

➢ Impedanța complexă

➢ Admitanța complexă

➢ Puteri în regim sinusoidal

➢ Elemente pasive ideale în regim sinusoidal

➢ Impedanțe complexe echivalente

Bazele electrotehnicii I

Cursul 7 - Circuite electrice în regim permanent sinusoidal

➢ Legi și teoreme specifice sub formă complexă

❖ Legea lui Ohm sub formă complexă

❖ Teoremele lui Kirchhoff sub formă complexă

❖ Tensiunea între două noduri

❖ Teorema conservării puterilor

❖ Teorema transferului maxim de putere activă pe la borne

❖ Teorema echivalenței dintre o sursă de tensiune şi o sursă de curent

Bazele electrotehnicii I

Cursul 8 - Circuite electrice în regim permanent sinusoidal

➢ Rezonanța în circuite electrice.

❖ Rezonanța serie (rezonanța de tensiuni).

❖ Rezonanța paralel (rezonanța de curenți).

❖ Rezonanța mixtă (rezonanța serie-paralel, rezonanța în circuite reale)

➢ Îmbunătățirea factorului de putere

Bazele electrotehnicii I

Cursul 9 - Circuite electrice în regim permanent sinusoidal

➢ Teoreme și metode de analiză a circuitelor electrice liniare

❖ Teorema suprapunerii efectelor

❖ Teorema generatoarelor echivalente

❖ Teoremele lui Vaschy

❖ Teorema compensației

❖ Teorema reciprocității

❖ Metoda teoremelor lui Kirchhoff

❖ Metoda curenților de ochiuri (ciclici)

❖ Metoda potențialelor nodurilor

Bazele electrotehnicii I

Cursul 10 - Cuadripoli electrici

➢ Ecuațiile și parametrii cuadripolului liniar pasiv şi reciproc

❖ Ecuațiile fundamentale și parametrii fundamentali

❖ Ecuațiile cuadripolului în funcție de parametrii impedanță

❖ Ecuațiile cuadripolului în funcție de parametrii admitanță

➢ Determinarea experimentală a parametrilor

➢ Schemele echivalente ale cuadripolului

❖ Schema echivalentă în T a cuadripolului

❖ Schema echivalentă în π a cuadripolului

Cursul 11 - Cuadripoli electrici

➢ Conexiunile cuadripolilor

➢ Cuadripoli simetrici

➢ Filtre electrice de frecvență

Bazele electrotehnicii I

Cursul 12 - Circuite electrice trifazate

➢ Sisteme trifazate simetrice

➢ Conexiunile sistemelor trifazate

➢ Rezolvarea circuitelor electrice trifazate

Cursul 13 - Regimul tranzitoriu al circuitelor electrice liniare

➢ Generalități

➢ Metoda directă

➢ Metoda operațională bazată pe transformata Laplace

➢ Legea lui Ohm și teoremele lui Kirchhoff sub formă operațională

Bazele electrotehnicii I

Cursul 14 - Circuite electrice în regim permanent periodic nesinusoidal

➢ Proprietăți și caracteristici ale semnalelor nesinusoidale

➢ Reprezentarea mărimilor periodice nesinusoidale printr-o serie Fourier

➢ Valori caracteristice ale mărimilor periodice nesinusoidale

➢ Puteri în regim nesinusoidal

➢ Analiza circuitelor liniare în regim periodic permanent și nesinusoidal

➢ Rezolvarea circuitelor electrice în regim nesinusoidal

Bazele electrotehnicii I

INTRODUCERE ÎN TEORIA CIRCUITELOR ELECTRICE

• curentul electric de conducție trece prin materiale conductoare sau

semiconductoare

• curentul electric de deplasare se poate închide prin dielectrice (materiale izolatoare)

Regimuri de funcționare

După natura evoluției semnalelor electrice există trei tipuri de regimuri de funcționare:

- regim staționar (mărimi predictibile în timp):

amărimile nu variază (curent continu);

amărimile variază periodic sinusoidal (curent alternativ);

amărimile variază periodic nesinusoidal;

- regim cvasi-staționar (mărimile variază lent);

- regim variabil - variație în timp.

Trecerea de la un regim de variație (funcționare) la un alt regim de variație

(funcționare) se realizează printr-un proces tranzitoriu.

Pentru fiecare regim de funcționare există metode specifice de rezolvare.

este un ansamblu de corpuri prin care poate circula curentul

electric de conducție sau deplasare.

Circuitul electric

Bazele electrotehnicii I

Elemente de circuit

După natura elementelor constitutive putem vorbi despre:

a elemente pasive de circuit: R, L, C

- rezistoare, R

- bobine, L

- condensatoare, C

a elemente active de circuit: e(t), ig(t)

- surse de tensiune, e(t)

- surse de curent, ig(t)

R

L

C

Bazele electrotehnicii I

REZISTENŢE1. Rezistenţă de valoare fixă

❖ Rezistoare chimice peliculare sunt realizate prin

depunerea pe un suport izolant a unui

semiconductor din carbon sau metal (obișnuite

cu toleranță 5-10%, precizie 1%)

❖ Rezistoare cu pelicula metalica au dimensiunea

cu atât mai mică cu cât puterea e mai mică.

P=0,125; 0,5; 1; 2W

❖ Rezistoare bobinate au un conductor înfașurat pe

un suport izolant

Simbolul indicat este reprezentat conform standardului IEC.

Simbolul indicat este reprezentat conform standardului IEEE.

Bazele electrotehnicii I

2. Reostat

Simbolul indicat este reprezentat conform standardului IEC.

Simbolul indicat este reprezentat conform standardului IEEE.

❖ valoarea rezistenţei electrice a unui reostat poate fi

modificată de către utilizator;

❖ reostatele sunt folosite cu precădere în aplicații în care sunt

curenţi de intensităţi mari;

REZISTENŢE

Bazele electrotehnicii I

4. Rezistenţă semireglabilă (semireglabil, trimmer)

sau

❖ este un reostat destinat aplicațiilor în care sunt curenţi de intensităţi foarte mici;

❖ denumirea de „semireglabilă” provine de la faptul că nu este concepută pentru

aplicaţii în care este necesară modificarea frecventă a valorii rezistenţei electrice.

REZISTENŢE

Bazele electrotehnicii I

4. Potenţiometru

Simbolul indicat este reprezentat conform standardului IEC.

Simbolul indicat este reprezentat conform standardului IEEE.

❖ este un atenuator rezistiv reglabil, folosit pentru modificarea

intensităţii semnalelor electrice de mică putere.

❖ sunt rezistențe care au 2 borne fixe și un cursor.

REZISTENŢE

Bazele electrotehnicii I

5. Termistor

Simbolul indicat este reprezentat conform standardului IEC.

❖ este o rezistență a cărei valoare este foarte sensibilă la modificările

termice

❖ din acest motiv, termistorul este frecvent folosit ca senzor termic

REZISTENŢE

Bazele electrotehnicii I

6. Varistor

❖ este o rezistenţă a cărei valoare se reduce foarte mult atunci când

tensiunea aplicată la borne creşte peste o anumită valoare

❖ din acest motiv, varistorul este frecvent folosit în circuitele de

protecţie la supratensiune.

REZISTENŢE

Bazele electrotehnicii I

8. Fotorezistenţă

Simbolul indicat este reprezentat conform standardului IEC.

❖ este o rezistență a cărei valoare este foarte sensibilă la modificările

intensității luminoase

❖ din acest motiv, fotorezistența este frecvent folosită ca senzor pentru

măsurarea intensității luminoase

REZISTENŢE

Bazele electrotehnicii I

❖ Codul culorilor la rezistențe: cu ajutorul acestuia putem calcula valoarea

rezistenței fără a avea nevoie de un ohmmetru.

REZISTENŢE

Bazele electrotehnicii I

1. Bobină cu aer de valoare fixă

Simbolurile indicate sunt folosite în cazul bobinelor fără miez feromagnetic.

BOBINE

Bazele electrotehnicii I

2. Bobină cu miez de valoare fixă

Simbolurile indicate sunt folosite în cazul bobinelor cu miez feromagnetic.

BOBINE

Bazele electrotehnicii I

3. Bobină cu inductivitate variabilă

Simbolul indicat poate fi întâlnit atât în cazul bobinelor cu miez feromagnetic

cât şi a celor cu aer.

BOBINE

Bazele electrotehnicii I

Rolul bobinei

❖ se opune variațiilor rapide de curent;

❖ se utilizează în toate mașinile electrice care au indusul si/sau inductorul bobinat

(dacă ambii sunt bobine se poate controla mașina cu ușurință);

❖ se utilizează în transformatoare;

❖ se utilizează în implanturi;

❖ se utilizează în realizarea filtrelor, în diferite combinații cu condensatoare și

rezistențe;

❖ mai nou se utilizează în sistemele de încărcare care au la bază principiul inducției;

BOBINE

Bazele electrotehnicii I

Sistem wireless de alimentare a telefonului mobil

Receptor Emițător

BOBINE

Bazele electrotehnicii I

APLICAȚIE PRACTICĂ UTILIZÂND BOBINE

❖ Bobine realizate manual pentru aplicație

BOBINE

Emițător Receptor Emițător Receptor

Bazele electrotehnicii I

Bazele electrotehnicii I

1. Condensator de valoare fixă nepolarizat

Simbolul indicat este folosit de regulă pentru condensatoare nepolarizate.

❖Condensatoare cu stiroflex

❖Condensator ceramic

❖Condensator cu hartie

CONDENSATOARE

Bazele electrotehnicii I

2. Condensator de valoare fixă polarizat

Simbolul indicat este folosit pentru condensatoare polarizate.

Simbolul indicat este folosit pentru condensatoare polarizate.

Simbolul indicat este folosit pentru condensatoare polarizate.

Terminalul legat la linia groasa reprezintă borna pozitivă a condensatorului.

❖ Condensatoare electrolitice

CONDENSATOARE

Bazele electrotehnicii I

3. Condensator variabil

Simbolul indicat este folosit pentru condensatoare variabile.

CONDENSATOARE

Bazele electrotehnicii I

Rolul condensatorului

❖ stabilizarea tensiunii (menținerea uniformă a tensiunii);

❖ se utilizează în realizarea filtrelor în diferite combinații cu bobine și rezistențe;

❖ compensarea factorului de putere φ;

❖ mai nou se studiază cum se poate transfera energia pe principiul condensatorului.

CONDENSATOARE

Bazele electrotehnicii I

Circuitul electric

Pentru a determina efectele unui circuit cunoscând cauzele sale se aplică metodologii

specifice de rezolvare.

Elementele de circuit sunt asociate printr-o anumită conectivitate (conexiune)

formând circuite electrice, respectiv rețele electrice, cu configurații (topologii) diferite.

Există două tipuri de conexiuni principale: - serie;

- paralel.

Bazele electrotehnicii I

Analiza topologică a circuitelor electrice (Topologia circuitelor electrice)

Analiza topologică a circuitelor electrice presupune stabilirea numărului de rețele,

ochiuri (bucle), ramuri (laturi) și noduri.

O rețea electrică reprezintă un ansamblu de circuite electrice cu legătură electrică

între ele. Există două tipuri de rețele electrice:

- conexe;

- neconexe.

O rețea electrică conexă reprezintă un ansamblu de elemente de circuit cu legătură

conductivă (directă, fizică) între ele.

Mai multe rețele conexe nelegate conductiv între ele, interacționând prin inducție

electromagnetică formează o rețea electrică neconexă.

Observație:

Numărul rețelelor conexe care formează o rețea neconexă se notează cu s.

Bazele electrotehnicii I

Aplicație:

Fie circuitul electric din Figura 1:

Figura 1

Bazele electrotehnicii I

Latura unui circuit este o porțiune neramificată de circuit formată din elemente

conectate în serie. Desenăm schema topologică a circuitului din Figura 1 (graful

circuitului). Observație: Numărul de laturi dintr-un

circuit se notează cu l.

l=4 (circuitul din Figura 1 este format din

patru laturi)

Există două tipuri de laturi de circuit:

- închise (l1);

- deschise (l2; l3; l4)

Nodul unui circuit reprezintă intersecția a cel puțin trei laturi de circuit (N2; N3), cu

excepția cazului când o latură închisă (neramificată) formează singură un nod de

circuit (N1).

Observație: Numărul nodurilor dintr-un circuit se notează cu n.

n=3 (circuitul din Figura 1 are 3 noduri)

Observație: Din numărul total de noduri dintr-un circuit, doar (n-s) noduri sunt noduri

independente.

Bazele electrotehnicii I

Se numește bucla (ochi) unui circuit electric un traseu conductor închis format de

laturile circuitului descriind o curbă închisă care poate fi parcursă trecând o singură

dată prin fiecare nod după cum se poate observa în figură.

Observație: Numărul de bucle (ochiuri) dintr-un circuit se notează cu b.

b=4 (circuitul din Figura 1 are 4 bucle (ochiuri))

Observație: Față de numărul total de bucle, b, dintr-un circuit electric, o buclă este

independentă dacă conține cel puțin o latură necomună (diferită) față de celelalte

bucle din circuitul respectiv.

Bazele electrotehnicii I

Din numărul total de bucle dintr-un circuit sunt independente doar cele calculate cu

Teorema lui Euler:

b=l-n+s (1)

- unde: - b = numărul buclelor independente;

- l = numărul de laturi;

- n = numărul total de noduri;

- s = numărul de rețele conexe care formează rețeaua neconexă.

Observație: Numărul de bucle (ochiuri) independente dintr-un circuit se notează cu b.

Bazele electrotehnicii I

Vă mulţumesc!!!