Элементы электрической цепи: определение, элементы, схемы. Топология и методы расчета

Содержание

Электрическая цепь что такое и из каких элементов состоит

Электрическая цепь – это соединение различных электрических или электронных деталей в одно. Для объединения используются проводники, которые пропускают через себя ток. Сами элементы могут самыми разнообразными – линейными, нелинейными, пассивными или активными. Любая электрическая цепь имеет в себе питание, включатель, провода, потребители тока. Она также должна быть замкнутой, иначе ток не сможет по ней протекать. Не являются электрической цепью заземляющие и зануляющие контуры.

В статье будет описано строение как сложных, так и простейших электрических цепей, как их грамотно создать, а главное обеспечить ее безопасность. В качестве дополнения, статья имеет в себе несколько видеороликов и интересный научный материал по теме.

Простейшая электрическая цепь

Основы электрических цепей

Как вода течет по водопроводу (по трубам, через краны, фильтры, счетчики и т.д.), так же электричество течет по цепи (проводам, электрическим и электронным компонентам, через штекера и гнезда и т.д.). Электричество является одной из нескольких видов энергии, которая при своем течении может высвобождать свет, тепло, звук, радиоволны, механические движения, электромагнитные поля и т.д. Взять любую электротехнику (компьютер, мобильный телефон, электропечь, телевизор и т.д.), вся она содержит в себе электрические схемы, состоящие из различных электрических цепей, по которым течет ток, и на которых присутствует напряжение определенной величины и полярности.

Давайте более подробно разберем, что же собой представляет электрическая цепь, как именно по ней бежит ток. Итак, электрический ток — это упорядоченное движение электрических заряженных частиц. Напомню, что в твердых телах носителями электрического заряда являются электроны (частицы имеющие отрицательный заряд, он же минус). В жидкостях и газах носителями электрического заряда являются ионы (атомы и молекулы, у которых имеется недостаток электронов на своих орбитах, и имеющие положительный заряд, он же плюс). Чаще всего приходится иметь дело именно с движением электронов по электрической цепи именно в твердотельных проводниках (это металлы, кристаллы).

Сложная электрическая цепь

Электрическая цепь это некий замкнутый путь, по которому течет ток, бегут электрически заряженные частицы. Само перемещение этих частиц можно представить следующим образом. Как вам должно быть известно из уроков по физике все вещества состоят из атомов и молекул (мельчайшая частица самого вещества, его структурная составляющая). В твердых состояниях вещества атомы выстроены в определенном порядке, имеют так называемую кристаллическую решетку. У некоторых веществ электроны, что наиболее удалены от центра атома, могут легко отрываться от своего атома и переходить к соседнему. Так получается движение заряженных частиц внутри самого вещества.

Такие вещества являются проводниками электрического тока. Одни это делают хорошо, другие хуже (проводят ток). Если же взять такое вещество как медь (металл), который достаточно хорошо проводит через себя электричество и сделать из нее проволоку, то в итоге мы получим проводник электрического тока определенной длины.

Еще нужен источник тока, который в зависимости от своего принципа действия может на одном своем полюсе создавать переизбыток отрицательного заряда, а на другом — положительного (он же недостаток отрицательного).

Чтобы пошел ток нужен как бы мостик, соединяющий эти самые противоположные полюса. В роли этого моста, для перехода электрического заряда с одного полюса на другой, и будет выступать замкнутая электрическая цепь, состоящая из различных проводников.

Электрическая цепь представляет собой совокупность устройств и объектов, образующих путь для электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий об электродвижущей силе, токе и напряжении. В электрической цепи постоянного тока могут действовать как постоянные токи, так и токи, направление которых остается постоянным, а значение изменяется произвольно во времени или по какому-либо закону.

К примеру, мы просто обычной медной проволокой соединим полюса источника питания. В итоге через проволоку потечет ток (тот самый переизбыток электрических зарядов). Это будет, пожалуй, самой простой электрической цепью, которая может только создавать короткое замыкание этого самого источника питания. Но все же это электрическая цепь. Более полезной электроцепью будет такая схема — источник питания (обычная батарейка), провода, переключатель и лампочка (рассчитанная на напряжение источника питания). Когда мы все это соединим друг за другом (последовательно) мы уже получим электрическую цепь, где течение тока будет приносить пользу в виде излучения света электрической лампочкой.

Естественно, подобными простыми электрическими цепями электротехника не ограничивается. Если правильно подключать различные электрические и электронные компоненты между собой, подсоединяя к ним источник питания, создавая различные функциональные схемы, можно в итоге получать все то разнообразие электроустройств, которое мы сейчас имеем. И все они имеют различные по сложности электрические цепи.

Интересно по теме: Как проверить стабилитрон.

Первую группу составляют элементы, предназначенные для выработки электроэнергии. Они называются источниками питания.

Вторая группа — элементы, преобразующие электроэнергию в другие виды энергии (механическую, тепловую, световую, химическую и т. д.). Эти элементы называются приемниками электрической энергии (электроприемниками).

В третью группу входят элементы, предназначенные для передачи электроэнергии от источника питания к электроприемнику (провода, устройства, обеспечивающие уровень и качество напряжения, и др.).

Материал по теме: Как подключить конденсатор

Источники питания цепи постоянного тока — это гальванические элементы, электрические аккумуляторы, электромеханические генераторы, термоэлектрические генераторы, фотоэлементы и др. Все источники питания имеют внутреннее сопротивление, значение которого невелико по сравнению с сопротивлением других элементов электрической цепи.

Электроприемниками постоянного тока являются электродвигатели, преобразующие электрическую энергию в механическую, нагревательные и осветительные приборы и др. Все электроприемники характеризуются электрическими параметрами, среди которых можно назвать самые основные — напряжение и мощность.

Для нормальной работы электроприемника на его зажимах (клеммах) необходимо поддерживать номинальное напряжение. Для приемников постоянного тока оно составляет 27, 110, 220, 440 В, а также 6, 12, 24, 36 В.

Электрическая цепь и ее элементы.

Графическое изображение электрической цепи, содержащее условные обозначения ее элементов и показывающее соединения этих элементов, называется схемой электрической цепи. Элементами электрической цепи являются различные электротехнические устройства, которые могут работать в различных режимах.

Режимы работы как отдельных элементов, так и всей электрической цепи характеризуются значениями тока и напряжения. Поскольку ток и напряжение в общем случае могут принимать любые значения, то режимов может быть бесчисленное множество.

Режим холостого хода — это режим, при котором тока в цепи нет. Такая ситуация может возникнуть при разрыве цепи. Номинальный режим бывает, когда источник питания или любой другой элемент цепи работает при значениях тока, напряжения и мощности, указанных в паспорте данного электротехнического устройства.

Эти значения соответствуют самым оптимальным условиям работы устройства с точки зрения экономичности, надежности, долговечности и пр.Режим короткого замыкания — это режим, когда сопротивление приемника равно нулю, что соответствует соединению положительного и отрицательного зажимов источника питания с нулевым сопротивлением.

Ток короткого замыкания может достигать больших значений, во много раз превышая номинальный ток. Поэтому режим короткого замыкания для большинства электроустановок является аварийным.

Согласованный режим источника питания и внешней цепи возникает в том случае, когда сопротивление внешней цепи равно внутреннему сопротивлению.

В этом случае ток в цепи в 2 раза меньше тока короткого замыкания. Самыми распространенными и простыми типами соединений в электрической цепи являются последовательное и параллельное соединение.

Последовательное соединение элементов цепи

В этом случае все элементы подключаются к цепи друг за другом. Последовательное соединение не дает возможности получить разветвленную цепь — она будет неразветвленной. На рис. 1 показан пример последовательного соединения элементов в цепи.

В нашем примере взяты два резистора. Резисторы 1 и 2 имеют сопротивления R1 и R2. Поскольку электрический заряд в этом случае не накапливается (постоянный ток), то при любом сечении проводника за определенный интервал времени проходит один и тот же заряд. Из этого вытекает, что сила тока в обоих резисторах равная:

I = I1 = I2

А вот напряжение на их концах суммируется:

U = U1 + U2

Согласно закону Ома, для всего участка цепи и для каждого резистора в отдельности полное сопротивление цепи будет:

R = R1 + R2

В случае последовательного соединения проводников напряжения и сопротивления можно выразить соотношением:

U1/U2 = R1/R2

Размыкание трехфазного тока.

Параллельное соединение проводников

Когда два проводника соединяются параллельно, электрическая цепь имеет два разветвления. Точки разветвления проводников называют узлами. В них электрический заряд не накапливается, т. е. электрический заряд, поступающий за определенный промежуток времени в узел, равен заряду, уходящему из узла за то же время. Из этого следует, что:

I = I1 + I2

где I — сила тока в неразветвленной цепи.

При параллельном соединении проводников напряжение на них будет одно и то же. Обозначим сопротивления параллельно соединенных двух проводников R1 и R2. Используя закон Ома для участков электрической цепи с данными сопротивлениями, можно выявить, что величина, обратная полному сопротивлению участка ab, равна сумме величин, обратных сопротивлениям отдельных проводников, т. е.:

1/R = 1/R1 + 1/R2

Из этого вытекает:

R = R1R2/(R1 + R2)

Данная формула справедлива только для определения общего сопротивления двух проводников, соединенных параллельно. Величину, обратную сопротивлению, называют проводимостью. При параллельном соединении проводников их сопротивления и сила тока связаны соотношением:

I1/I2 = R2/R1

Соединения конденсаторов

У конденсаторов существует также два вида соединения: последовательное и параллельное.

Последовательное соединение. В этом случае обкладка одного конденсатора, заряженная отрицательно, соединена с обкладкой другого конденсатора, заряженного положительно. На рис. 3 показан пример последовательного соединения конденсаторов.

При данном типе соединения действует следующее правило: величина, обратная емкости батареи конденсаторов при последовательном соединении, равна сумме величин, обратных емкостям отдельных конденсаторов. Из этого следует:

1/С = 1/С1 + 1/С2 + 1/С3 + …

При этом типе соединения емкость батареи конденсаторов меньше емкости любого из конденсаторов.

Параллельное соединение. При параллельном соединении конденсаторов положительно заряженные обкладки соединены с положительно заряженными, а отрицательно заряженные — с отрицательными (рис. 4).

В этом случае емкость батареи конденсаторов будет равна сумме электрических емкостей конденсаторов:

С = С1 + С2 + С3 + …

Соединения источников тока

При параллельном способе соединения источников тока соединяют между собой все положительные и все отрицательные полюсы. Напряжение на разомкнутой батарее будет равно напряжению на каждом отдельном источнике, т. е. при параллельном способе соединения ЭДС батареи равна ЭДС одного источника. Сопротивление батареи при параллельном включении источников будет меньше сопротивления одного элемента, потому что в этом случае их проводимости суммируются.

При последовательном соединении источников тока два соседних источника соединяются между собой противоположными полюсами. Разность потенциалов между положительным полюсом последнего источника и отрицательным полюсом первого будет равна сумме разностей потенциалов между полюсами каждого источника.

Из этого вытекает, что при последовательном соединении ЭДС батареи равна сумме ЭДС источников, включенных в батарею. Общее сопротивление батареи при последовательном включении источников равняется сумме внутренних сопротивлений отдельных элементов.

Расчет электрических цепей

Основой расчета электрических цепей является определение силы токов в отдельных участках при заданном напряжении и заранее известном сопротивлении отдельных проводников. Допустим, общее напряжение на концах цепи нам известно. Известны также сопротивления R1, R2 … R6 подсоединенных к цепи резисторов R1, R2, R3, R4, R5, R6 (сопротивление амперметра в расчет не принимается). Следует вычислить силу токов I1, I2, … I6.

В первую очередь, нужно уточнить, сколько последовательных участков имеет данная цепь. Исходя из предложенной схемы, видно, что таких участков три, причем второй и третий содержат разветвления. Допустим, что сопротивления этих участков R1, R’, R”. А значит, все сопротивление цепи можно выразить как сумму сопротивлений участков:

R = R1 + R’ + R”

где R’ — общее сопротивление параллельно соединенных резисторов R2, R3 и R4, a R” — общее сопротивление параллельно соединенных резисторов R5 и R6. Применяя закон параллельного соединения, можно вычислить сопротивления R’ и R”:

1/R’ = 1/R2 + 1/R3 + 1/R4 и 1/R” = 1/R5 + 1/R6

Для того чтобы определить силу тока в неразветвленной цепи с помощью закона Ома, нужно знать общее сопротивление цепи при заданном напряжении. Для этого следует воспользоваться формулой:

I = U/R

Из всего вышеизложенного можно вывести, что I = I1.

Но для определения силы тока в отдельных ветвях следует сначала вычислить напряжение на отдельных участках последовательных цепей. Опять же с помощью закона Ома можно записать:

U1 = IR1; U2 = IR’; U3 = IR”

Теперь, зная напряжение на отдельных участках, можно определить силу тока в отдельных ветвях:

I2 = U2/R2; I3 = U2/R3; I4 = U2/R4; I5 = U3/R5; I6 = U3/R6

Бывают случаи, когда нужно вычислить сопротивления отдельных участков цепи по уже известным напряжениям, силе токов и сопротивлении других участков, а также определить нужное напряжение по заданным сопротивлениям и силе токов. Метод расчета электрических цепей всегда одинаков и основан на законе Ома.

Электроцепь

Состав электрической цепи

Электрическая цепь включает (в общем случае): источник питания, рубильник (выключатель), соединительные провода, потребителей. Обязательно сформируйте замкнутый контур. В противном случае по цепи не сможет течь ток. Электрическими не принято называть контуры заземления, зануления. Однако по сути считаются таковыми, иногда здесь течет ток. Замыкание контура при заземлении, занулении обеспечивается посредством грунта.

Источники питания. Внутренняя, внешняя электрическая цепь

Для образования упорядоченного движения носителей заряда, формирующего ток, потрудитесь создать разность потенциалов на концах участка. Достигается подключением источника питания, который в физике принято называть внутренней электрической цепью. В противовес прочим элементам, составляющим внешнюю. В источнике питания заряды движутся против направления поля. Достигается приложением сторонних сил:

Обмотка генератора.
Гальванический источник питания (батарейка).
Выход трансформатора.

Напряжение, формируемое на концах участка электрической цепи, бывает переменным, постоянным. Сообразно в технике принято контуры делить соответствующим образом. Электрическая цепь предназначена для протекания постоянного, переменного тока. Упрощенное понимание, закон изменения упорядоченного движения носителей заряда воспринимается сложным. С трудом понимаем, переменный в цепи ток или постоянный.

Устройство электрической цепи

Род тока определен источником, характером внешней электрической цепи. Гальванический элемент дает постоянное напряжение, обмотки (трансформаторы, генераторы) – переменное. Связано с протекающими в источнике питания процессами. Сторонние силы, обеспечивающие движения зарядов, называют электродвижущими. Численно ЭДС характеризуется работой, совершаемой генератором для перемещения единичного заряда. Измеряется вольтами. На практике для расчета цепей удобно делить источники питания двумя классами:

Источники напряжения (ЭДС).
Источники тока.

В действительности неизвестны, имитацию пытаются создать практики. В розетке ожидаем увидеть 230 вольт (220 вольт по старым нормативам). Причем ГОСТ 13109 однозначно устанавливает пределы отклонения параметров от нормы. В быту пользуемся источником напряжения. Параметр нормируется. Величина тока не играет значения. Напряжение подстанции круглые сутки стремятся сделать постоянным вне зависимости от текущего запроса потребителей.

В противовес источник тока поддерживает заданный закон упорядоченного движения носителей заряда. Значение напряжения роли не играет. Ярким примером подобного рода устройств выступает сварочный аппарат на базе инвертора. Каждый знает: диаметр электрода прочно связан с толщиной металла, прочими факторами. Чтобы процесс сварки шел правильно, приходится с высокой степенью постоянства поддерживать ток.

Задачу решает электронный блок на основе инвертора. Ток, напряжение бывают постоянными, переменными. Закон изменения параметра роли не играет. Неважно, подключать ли электрическую цепь к источнику постоянного, переменного напряжения. Однако важно выдержать правильный размер параметра. К примеру, действующее значение ЭДС.

Выключатель

Рубильник позволит присоединить источник питания к проводам, потребителю. Каждый (за редким исключением) пользовался настенным выключателем. При замыкании-размыкании электрической цепи возникает искра. Объясняется наличием сопротивления емкостного типа. Для предотвращения искрения цепь дополняется дросселем, рубильник сформирован контакторами специального типа. Придуманы прочие технические решения, к примеру, катушка Тесла.

Провода

В технике провода изготавливают медные, алюминиевые. Связано с низким удельным сопротивлением металлов. Цена невысока. Выделяющееся на проводниках тепло определяется двумя параметрами:

Сопротивление участка цепи.
Электрический ток.

Понятно, второй параметр определяется нуждами потребителей. Поставщик стремится влиять на первый. Удельное сопротивление проводника предвидится по возможности низким. Ученых давно интересует явление сверхпроводимости. Металлы при понижении температуры теряют сопротивление. Уменьшаются потери. Среди полупроводников встречаются образцы с положительным и отрицательным температурным коэффициентом сопротивления. Абсолютное значение параметра металлов на порядки ниже.

Проблема с алюминием, медью проста: при протекании электрического тока в цепи температура растет. Повышается сопротивление участка, дополнительно усугубляя ситуацию. Получается замкнутый круг. Ученые считают: затруднение допустимо исправить, заручившись помощью явления сверхпроводимости.

Металл при некоторой низкой температуре резко, рывком снижает сопротивление, достигая нуля (выше рубежа график понижается плавно со скоростью 1/273 1/град). Проблема практического применения в том, что значения, провоцирующие скачок, низкие. Например, для свинца рубеж составляет 7,2 К. Экстремально низкая отрицательная температура по шкале Цельсия.

Ученые видят решение проблемы в открытии материалов, демонстрирующих явление сверхпроводимости при комнатных температурах. Тогда большие токи удастся передавать потребителям, избежав потерь. В электрической цепи, сформированной сверхпроводниками, заряды способны циркулировать бесконечно длительное время без внешней подпитки источником.

Заключение

Рейтинг автора

Автор статьи

Инженер по специальности «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем», МИФИ, 2005–2010 гг.

Написано статей

Электрическая цепь представляет собой группу заранее изготовленных элементов, соединенных определенным образом и предназначенных для протекания по ним электрического тока. Разница между активными и пассивными элементами электрической цепи заключается в следующем – активные элементы способны самостоятельно создавать в цепи ток, а пассивные могут только потреблять или накапливать электрическую энергию. Более подробно о создании, строении электроцепей можно узнать из материала Учебное пособие по электротехнике.

Если у вас остались вопросы, можно задать их в комментариях на сайте. Также в нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессионалов. Для этого приглашаем читателей подписаться и вступить в группу. В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию во время подготовки материала:

www.electrohobby.ru

www.mukhin.ru

www.websor.rul

www.vashtehnik.ru

ТеорияЧему равна электроемкость конденсатора?

ТеорияЧто такое короткое замыкание

Элементы электрической цепи, их свойства, параметры, уравнения токов и напряжений. Двухполюсники.

Электрическая цепь (гальваническая цепь) — совокупность устройств, элементов, предназначенных для протекания электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий сила тока и напряжение. Изображение электрической цепи с помощью условных знаков называют электрической схемой.
Неразветвленные и разветвленные электрические цепи

Электрические цепи подразделяют на неразветвленные и разветвленные. В неразветвленной цепи (рис.1 )во всех ее элементах течет один и тот же ток. Простейшая разветвленная цепь (рис. 2) , в ней имеются три ветви и два узла. В каждой ветви течет свой ток. Ветвь можно определить как участок цепи, образованный последовательно соединенными элементами (через которые течет одинаковый ток) и заключенный между двумя узлами. В свою очередь узел есть точка цепи, в которой сходятся не менее трех ветвей. Если в месте пересечения двух линий на электрической схеме поставлена точка то в этом месте есть электрическое соединение двух линий, в противном случае его нет. Узел, в котором сходятся две ветви, одна из которых является продолжением другой, называют устранимым или вырожденным узлом.

Рис. 1 Рис. 2

Цепи, содержащие только линейные элементы, называются линейными. Наличие в схеме хотя бы одного нелинейного элемента относит ее к классу нелинейных.

Элементы электрических цепей.

Активными элементами являются источники электрической энергии. Они подразделяются на источники напряжения – условное обозначение на рисунке. Активной цепью называется цепь, содержащая хотя бы один источник электрической энергии. К активным цепям относятся цепи, содержащие и усилительные элементы – транзисторы и электронные лампы, т. к. в их схемы замещения входят источники электрической энергии. Все пассивные и активные цепи, в свою очередь, подразделяются на реактивные и диссипативные.

Пассивные элементы – элементы, которые не являются источниками электрической энергии. Они делятся на диссипативные и реактивные.

Пассивной цепью называется цепь, не содержащая источника электрической энергии. В такой цепи присутствуют только диссипативные и реактивные элементы.

Реактивные элементы – элементы, способные накапливать электрическую энергию и отдавать ее либо источнику, от которого эта энергия была получена, либо передавать другому элементу. В любом случае этот элемент не превращает электрическую энергию в тепловую. Такими элементами являются катушка индуктивности и конденсатор. Реактивной цепью называется цепь, содержащая только реактивные элементы. В таких цепях нет диссипативных элементов, а реактивные элементы считают идеальными.
Электрической цепью называется такое соединение электрических элементов, при котором под воздействием источника электрической энергии в элементах протекает электрический ток.

Узел – точка соединения трех и более элементов.

Ветвь – участок цепи, содержащий хотя бы один элемент и находящийся между двумя ближайшими узлами.

Контур – замкнутая часть электрической цепи.

Перемычка – это электрический проводник с нулевым сопротивлением, подсоединенный своими концами к различным двум точкам схемы.

Классификация электрической цепи осуществляется по следующим признакам:

– наличие или отсутствие в цепи источника электрической энергии;

– наличие или отсутствие в цепи диссипативных элементов;

– в зависимости от характера вольтамперных характеристик электрических элементов;

– в зависимости от количества выводов электрической цепи.

Диссипативной цепью называется цепь, содержащая хотя бы один диссипативный элемент. Это может быть резистор или реальный реактивный элемент. Очевидно, что в действительности все цепи диссипативные. Однако часто диссипативные составляющие в реактивных элементах очень малы и ими можно пренебрегать. Тем не менее, необходимо каждый раз это оценивать и оговаривать.

Наконец, все названные типы цепей в зависимости от вида вольтамперных характеристик элементов подразделяются на линейные и нелинейные. Линейной электрической цепьюназывается цепь, содержащая только элементы с линейной вольтамперной характеристикой.

Нелинейной электрической цепью называется цепь, содержащая хотя бы один элемент с нелинейной вольтамперной характеристикой.

пассивные элементы цепи

Электрические цепи, элементы электрических цепей. Условные обозначения элементов электрической цепи

Электротехнические устройства очень важны в жизни современного цивилизованного человека. Но для их работы необходимо соблюдение целого ряда требований. В рамках статьи мы внимательно рассмотрим электрические цепи, элементы электрических цепей и как они функционируют.

Что нужно для работы электротехнического устройства?

Для его функционирования должна быть создана электрическая цепь. Её задача – передавать энергию устройству и обеспечивать требуемый режим работы. Что же называют электрической цепью?

Так обозначают совокупность объектов и устройств, которые образуют путь передвижения тока. При этом электромагнетические процессы могут быть описаны с помощью знаний об электрическом токе, а также тех, что предлагает электродвижущая сила и напряжение. Стоит отметить, что, говоря о таком понятии, как элемент электрической цепи, сопротивление в данном случае будет играть довольно значительную роль.

Нюансы графической маркировки

Чтобы удобнее было анализировать и рассчитывать электрическую цепь, её изображают в виде схемы. В ней содержатся условные обозначения элементов, а также способы из соединения. В целом, что собой представляет электрическая цепь в виде схемы, хорошо дают понять, использованные в статье фотографии. Периодически можно встретить рисунки с иными схемами. Почему это так? Обозначения элементов электрической цепи схем, созданных на территории СНГ и других стран, немного разнятся. Это происходит из-за использования различных систем графической маркировки.

Основные элементы электрической цепи, в зависимости от конструкции и роли в схемах, могут быть классифицированы по разным системам. В рамках статьи их будет рассмотрено три.

Виды элементов

Условно их можно разделить на три группы:

Источники питания. Особенностью данного вида элементов является то, что они могут превращать какой-то вид энергии (чаще всего химическую) в электрическую. Различают два типа источников: первичные, когда в электрическую энергию превращается другой вид, и вторичные, которые на входе, и на выходе имеют электрическую энергию (в качестве примера можно привести выпрямительное устройство).
Потребители энергии. Они преобразовывают электрический ток во что-то другое (освещение, тепло).
Вспомогательные элементы. Сюда относят различные составляющие, без которых реальная цепь не будет работать, как то: коммутационная аппаратура, соединительные провода, измерительные приборы и прочее, подобное по назначению.

Все элементы охвачены одним электромагнитным процессом.

Как трактовать изображения на практике?

Чтобы рассчитать и проанализировать реальные электрические цепи, используют графическую составляющую в виде схемы. В ней, размещённые элементы изображаются с помощью условных обозначений. Но здесь есть свои особенности: так, вспомогательные элементы обычно на схемах не указываются. Также, если сопротивление у соединительных проводов значительно меньше, чем у составляющих, то его не указывают и не учитывают. Источник питания обозначается как ЭДС. При необходимости подписать каждый элемент, указывается, что у него внутреннее сопротивление r0. Но реальные потребители подставляют свои параметры R1, R2, R3, …, Rn. Благодаря этому параметру, учитывается способность элемента цепи преобразовывать (необратимо) электроэнергию в другие виды.

Элементы схемы электрической цепи

Условные обозначения элементов электрической цепи в текстовом варианте представлены быть не могут, поэтому они изображены на фото. Но всё же описательная часть должна быть. Так, необходимо отметить, что элементы электрической цепи делят на пассивные и активные. К первым относят, например, соединительные провода и электроприёмники.

Пассивный элемент электрической цепи отличается тем, что его присутствием при определённых условиях можно пренебречь. Чего не скажешь о его антиподе. К активным элементам относят те из них, где индуцируется ЭДС (источники, электродвигатели, аккумуляторы, когда они заряжаются и так далее). Важными в этом плане являются специальные детали схем, которые обладают сопротивлением, что характеризуется вольт-амперной зависимостью, поскольку они взаимно влияют друг на друга. Когда сопротивление является постоянным независимо от показателя тока или напряжения, то данная зависимость выглядит как прямой отрезок. Называют их линейные элементы электрической цепи. Но в большинстве случаев, на величину сопротивления влияет и ток, и напряжение. Не в последнюю очередь это происходит из-за температурного параметра. Так, когда элемент нагревается, то сопротивление начинает возрастать. Если данный параметр находится в сильной зависимости, то вольт-амперная характеристика неодинакова в любой точке мысленного графика. Поэтому элемент называется нелинейным.

Как вы видите, условные обозначения элементов электрической цепи существуют разные и в большом количестве. Поэтому запомнить их сразу вряд ли удастся. В этом помогут схематические изображения, представленные в данной статье.

В каких режимах работает электрическая цепь?

Когда к источнику питания подключено разное количество потребителей, то соответственно меняются величины токов, мощностей и напряжения.

А от этого зависит режим работы цепи, а также элементов, что в неё входят. Схему используемой на практике конструкции можно представить, как активный и пассивный двухполюсник. Так называют цепи, которые соединяются с внешней частью (по отношению к ней) с помощью двух выводов, которые, как можно догадаться, имеют разные полюса. Особенность активного и пассивного двухполюсника состоит в следующем: в первом имеется источник электрической энергии, а во втором он отсутствует. На практике широко используются схемы замещения во время работы активных и пассивных элементов. То, какой будет режим работы определяется параметрами последних (изменения благодаря их корректировке). А сейчас давайте рассмотрим, какими же они бывают.

Режим холостого хода

Он подразумевает отключение нагрузки от источника питания с помощью специального ключа. Ток в данном случае становится равным нулю. Напряжение же выравнивается в местах зажимов на уровень ЭДС. Элементы схемы электрической цепи в данном случае не используются.

Режим короткого замыкания

При таких условиях ключ схемы замкнут, а сопротивление равняется нулю. Тогда напряжение на зажимах также = 0.

Если использовать оба режима, которые были уже рассмотрены, то по их результатам могут быть определены параметры активного двухполюсника. Если ток изменяется в определённых пределах (которые зависят от детали), то нижняя граница всегда равна нулю, и эта составляющая начинает отдавать энергию внешней цепи. Если показатель меньше нуля, то отдавать энергию будет именно он. Также необходимо принять во внимание, что если напряжение меньше нуля, то это значит, что резисторами активного двухполюсника потребляется энергия источников, с которыми существует связь благодаря цепи, а также запасы самого устройства.

Номинальный режим

Он необходим для обеспечения технических параметров как всей цепи, так и отдельных элементов. В данном режиме показатели близятся к тем величинам, что указаны на самой детали, в справочной литературе или технической документации. Следует учитывать, что каждое устройство имеет свои параметры. Но три основных показателя можно найти почти всегда – это номинальный ток, мощность и напряжение, их имеют все электрические цепи. Элементы электрических цепей также все без исключения обладают ими.

Согласованный режим

Он используется для обеспечения максимальной передачи активной мощности, которая идет от источника питания к потребляемому энергию. При этом нелишним будет высчитать параметр полезности.

Когда осуществляется работа с данным режимом, необходимо соблюдать осторожность и быть готовым, что часть схемы выйдет из строя (если заранее не проработать теоретические аспекты).

Основные элементы во время проведения расчетов для электрических цепей

Они используются в сложных конструкциях, чтобы проверить, что и как будет работать:

Ветвь. Так называют участок цепи, на котором одна и та же величина тока. Ветвь может комплектоваться из одного/нескольких элементов, которые последовательно соединены.
Узел. Место, где соединяется как минимум три ветви. Если они соединены с одной парой узлов, то их называют параллельными.
Контур. Подобным образом именуют любой замкнутый путь, который проходит по нескольким ветвям.

Вот такие деления имеют электрические цепи. Элементы электрических цепей во всех случаях, кроме ветви, обязательно присутствуют в множестве.

Условные положительные направления

Их необходимо задавать, чтобы правильно формулировать уравнения, которые описывают происходящие процессы. Важность направления есть для токов, ЭДС источников питания, а также напряжений.

Особенности нанесения разметок на схемы:

Для ЭДС источников они указываются произвольно. Но при этом необходимо учитывать, что полюс, к которому направлена стрелка, обладает более высоким потенциалом, по сравнению со вторым.
Для токов, которые работают с источниками ЭДС – должны совпадать с ними. Во всех других случаях направление является произвольным.
Для напряжений – совпадает с током.

Виды электрических цепей

Как их различают? Если параметры элемента не зависят от тока, что протекает в нём, то его называют линейным. В качестве примера можно привести электропечь. Нелинейные элементы электрической цепи обладают сопротивлением, которое растёт при повышении напряжения, что подводится к лампе.

Законы, которые понадобятся при работе с цепями постоянного тока

Анализ и расчет будут гораздо эффективнее, если одновременно использовать закон Ома, а также первый и второй законы Кирхгофа.

С их помощью можно установить взаимосвязь между теми значениями, которые имеют токи, напряжения, ЭДП по всей электрической цепи или на отдельных её участках. И это всё на основе параметров элементов, которые в них входят.

Закон Ома для участка цепи

Для нас важна сила тока (I), напряжение (U) и сопротивление (R). Данный закон выражается такой формулой: I=U/R. При расчёте электрических цепей иногда более удобно использовать обратную величину: R=I/U.

Закон Ома для полной цепи

Он определяет зависимость, которая устанавливается между ЭДС (Е) источника питания, у которого внутреннее сопротивление равно r, током и общим эквивалентом R. Формула выглядит I = E/(r+R). Сложная цепь обладает, как правило, несколькими ветвями. В них могут включаться другие источники питания. Тогда воспользоваться законом Ома для полноценного описания процесса становится проблематично.

Первый закон Кирхгофа

Любой узел электрической цепи имеет алгебраическую сумму токов, которая равна нулю.

Токи, которые идут к узлу, в данном случае берутся со знаком плюс. Те, что направлены от него – с минусом. Важность этого закона заключается в том, что с его помощью устанавливается зависимость между токами, которые находятся на разных узлах.

Второй закон Кирхгофа

Алгебраическая сумма ЭДС в любом выбранном замкнутом контуре является равной просуммированному числу падений напряжений на всех его участках. Всегда ли это так? Нет.

Если в электрическую цепь были включены источники напряжений, то данный показатель будет равен нулю. Во время записи уравнения согласно этому закону необходимо:

Выбрать направление, по которому будет осуществляться обход контура.
Задать положительные показатели для токов, ЭДС и напряжений.

Заключение

Итак, мы рассмотрели электрические цепи, элементы электрических цепей и практические особенности взаимодействия с ними. Несмотря на то что тема предполагает объяснение с помощью несложной терминологии, из-за своего объема она достаточно сложна для понимания. Но, разобравшись в ней, можно понять процессы, происходящие в электрической цепи и назначение ее элементов.

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ И ЕЕ ЭЛЕМЕНТЫ. НАЗНАЧЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ЦЕПИ

Стр 1 из 5Следующая ⇒

РАЗДЕЛ I

Электрические цепи

Глава 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ И ЕЕ ЭЛЕМЕНТЫ. НАЗНАЧЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ЦЕПИ

Основные электротехнические устройства по своему назначению подразделяются на устройства генерирующие и использующие

электрическую энергию.

Чтобы привести в действие устройство, использующее электрическую энергию (приемное устройство), на его входных зажимах необходимо создать и поддерживать определенную разность электрических потенциалов — электрическое напряжение. Для этой цели приемное устройство подключают к генерирующему, образуя тем самым комплекс устройств — электрическую цепь.

Электрической цепью называют совокупность устройств, предназначенных для генерирования, передачи, преобразования и использования электрической энергии, процессы, в которых могут быть описаны с помощью понятий об электрическом токе, электрическом напряжении и электродвижущей силе (э. д. с).

Отдельные устройства, входящие в электрическую цепь, называют также элементами электрической цепи. Часть электрической цепи, содержащую выделенные в ней элементы, называют участком цепи.

Элементы цепи, предназначенные для генерирования электрической энергии, называют источника ми питания, а элементы, использующие электрическую энергию,— приемники электрической энергии.

В источниках в электрическую энергию преобразуются иные виды энергии: механическая в машинных генераторах, химическая в гальванических элементах и аккумуляторах, тепловая в термоэлементах, лучистая в фотоэлементах и т.д.

В приемниках, наоборот, электрическая энергия преобразуется в иные виды энергии: механическую в электрических двигателях, химическую в аккумуляторах, тепловую в различных нагревательных приборах и печах, лучистую в осветительных приборах и т. д.

Передающие элементы цепи являются звеном, связывающим источники и приемники. Кроме электрических проводов, в это звено могут входить приборы контроля и управления, а также преобразующие устройства (трансформаторы, выпрямители и др.), в которых электрическая энергия доводится до такого состояния, когда ее становится удобно передавать на расстояния и распределять между приемниками.

Преобразователи электрической энергии с первичной стороны, куда поступает преобразуемая энергия, можно рассматривать как приемники, а со вторичной стороны, от которой преобразованная энергия отводится — как источники.

Глава 2. НЕРАЗВЕТВЛЕННЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА.

ЦЕПИ С ОДНИМ ИСТОЧНИКОМ ПИТАНИЯ И ПАРАЛЛЕЛЬНЫМИ ПАССИВНЫМИ ПРИЕМНИКАМИ

УСЛОВИЯ ПЕРЕДАЧИ ИСТОЧНИКОМ МАКСИМАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ

ВО ВНЕШНЮЮ ЦЕПЬ

При сопротивлении резистора внешней цепи (см. рис. 2.1), равном r_н, напряжение и ток в нем связаны уравнением U = =r_нI_н, выражающим закон Ома для пассивного участка цепи. Учитывая это, уравнение (2.2) можно записать иначе:

E = rI + r_HI. (2.6)

Это уравнение выражает электрическое состояние простейшей замкнутой цепи. Из него можно получить выражение закона Ома для простейшей замкнутой цепи с последовательной схемой замещения источника:

I =E/r+r_H(2.7)

При этом мощность внешней цепи

(2.8)

Ток внешней цепи с параллельной схемой замещения источника можно найти из выражения

,(2.9)

откуда

Тогда мощность внешней цепи

Мощность нагрузки Р_нпри холостом ходе (r_н = ) и при коротком замыкании (r_н = 0) равна нулю. Она имеет максимальное

значение, когда отношение максимально. Взяв первую

производную этой дроби по r и приравняв ее нулю, получим

или

(r + r_H)²-2r(r + r_н) = 0,

откуда

r_H = r. (2.11)

Следовательно, мощность внешней цепи максимальна, когда сопротивление внешней цепи r_нравно внутреннему сопротивлению r источника, т. е. когда внешняя цепь и источник работают в согласованном режиме.

В согласованном режиме мощность потерь внутри источника равна половине мощности источника:

Исследуем изменение к.п.д. источника в зависимости от величины сопротивления r_н. К.п.д. источника равен отношению мощности внешней цепи Р_нк полной мощности Р, развиваемой источником:

(2.12)

Из формулы (2.12) вид, что при холостом ходе, когда r_н = , к.п.д. , при котором замыканий, когда r_н =0, к.п.д. , в согласованном режиме r_н =r к.п.д. .

В рассмотренных выше соотношениях сопротивление r обозначало только внутреннее сопротивление источника. Однако полученные формулы останутся теми же, если под r подразумевать сопротивление проводов линии, а под Е — напряжение U на ее входе. При этом на входе схемы можно предполагать включенным источник э.д.с. с внутренним сопротивлением, равным нулю, и с постоянным значением э.д.с. Е=U. Все рассуждения относительно передачи энергии источника к приемнику с сопротивлением r_н, подключенному к концу линии, будут аналогичны случаю передачи энергии источником во внешнюю цепь.

Основные формулы

Формула	Параметр	Определение
	Сила тока в электрической цепи (закон Ома)	Сила тока в замкнутой цепи прямо пропорциональна э.д.с. источника электрической энергии, включенного в цепь, и обратно пропорциональна сопротивлению всей цепи
	Сила тока на участке цепи (закон Ома для участка цепи)	Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на зажимах участка цепи и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка цепи
	Сила тока, вытекающая из точки разветвления(первый закон Кирхгофа)	Сила тока, притекающая к узловой точке электрической цепи, равна сумме токов вытекающих из этой точки
	Алгебраическая сумма э.д.с. в замкнутом контуре (второй закон Кирхгофа)	В любом замкнутом контуре алгебраическая сумма э.д.с равна сумме падения напряжения на отдельных сопротивлениях этого контура
	Работа тока и количество тепла, выделяемое током	Работа, совершаемая током, прямо пропорциональна напряжению, току и времени
	Мощность тока	Работа, совершаемая электрическим током в единицу времени
	Напряжение на зажимах праллельно соединенных резисторов	Напряжение на зажимах любых параллельно соединенных резисторов одинаково
	Общее напряжение на зажимах последовательно соединенных резисторов	Напряжение на зажимах цепи, состоящей нз последовательно соединенных резисторов, рацио сумме напряжений на отдельных резисторах

Магнитные величины

Таблица 7

ТРАНСФОРМАТОРЫ

Трансформатор — электромагнитный аппарат сдвумя (или более) обмотками, предназначенный и большинстве случаев для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный идругого напряжения той же частоты. При расчете трансформаторов используются формулы, приведенные в табл. 12.

Таблица 12

РАЗДЕЛ I

Электрические цепи

Глава 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ И ЕЕ ЭЛЕМЕНТЫ. НАЗНАЧЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ЦЕПИ

электрическую энергию.

Электрическая цепь — Знаешь как

На рис. 1-3 показана схема, т. е. графическое изображение электрической цепи. Источник питания (АГ) считается внутренним участком,де.пд, вся остальная часть — внешним участком ее (АБВГ)

В табл. 1-1 приведены условные графические обозначения, применяемые в электрических схемах согласно ГОСТ 7624-62.

В источнике питания в процессе преобразования того или иного вида энергии в электрическую возбуждается электродвижущая сила — э. д. с. (Е).

Электродвижущая сила численно равна энергии, полученной единицей заряда при перемещении ее от одного зажима источника до другого его зажима под действием внешних сил. Электродвижущую силу можно определить как напряжение источника, если к источнику не присоединены приемники, или если источник не нагружен.

В потребителях электрическая энергия преобразуется в тепловую, механическую или какую-либо иную энергию. При этом напряжение U на зажимах потребителя численно — равно энергии, которая теряется (преобразуется) при перемещении единицы заряда на участке потребителя.

Рис. 1-3. Схема электрической цепи.

Разность между э. д. с. Е и напряжением U представляет собой ту часть энергии, которая теряется (преобразуется) при перемещении единицы заряда в самом источнике питания и называется внутренним падением напряжения (U₀), таким образом, можно написать:

E = U + U₀.

Передача энергии от источника питания к потребителю происходит при посредстве проводов. Потерей энергии в проводах, если они короткие, иногда пренебрегают, как это сделано и в нашем случае.

В качестве источников питания наиболее часто применяются электрические генераторы, преобразующие механическую энергию в электрическую, аккумуляторы и первичные элементы,преобразующие химическую энергию в электрическую.

Потребителями электрической энергии являются электродвигатели, преобразующие электрическую энергию в механическую, лампы накаливания, печи , и нагревательные приборы, преобразующие электрическую энергию в тепловую, электрические ванны для получения металлов, в которых электрическая энергия преобразуется в химическую.

Провода применяются медные или алюминиевые, изолированные или голые, т. е. без изоляции.

Кроме основных элементов, в электрических цепях применяются выключающие устройства, например рубильники, выключатели, контакторы, приборы защиты, например предохранители и автоматы, наконец, контрольно-измерительные приборы: амперметры, вольтметры, счетчики и т. д.

Статья на тему Электрическая цепь

Схемы Соединения Электрической Цепи — tokzamer.ru

Параллельное соединение.

Каким из двух эквивалентных источников питания пользоваться, не играет существенной роли. Ёмкостные элементы — конденсаторы обладают свойством накапливать энергию электрического поля.

Например, выключатели и вся автоматическая защитная аппаратура соединяется последовательно, обеспечивая тем самым разрыв цепи.
Электричество.Общее сопротивление цепи..Выполнялка 28

Все расчёты проводят для действующих значений, в паспортных данных различных электротехнических устройств указаны действующие значения тока, напряжениябольшинство электроизмерительных приборов показывают действующие значения. Каждый элемент характеризуется только одним параметром: резистивный — сопротивлением, индуктивный — индуктивностью, емкостный — емкостью.

На трехфазном токе работают все крупные электростанции и потребители, что связано с рядом преимуществ трехфазных цепей перед однофазными, важнейшими из которых являются: — экономичность передачи электроэнергии на большие расстояния; — самым надежным и экономичным, удовлетворяющим требованиям промышленного электропривода является асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором; — возможность получения с помощью неподвижных обмоток вращающегося магнитного поля, на чем основана работа синхронного и асинхронного двигателей, а также ряда других электротехнических устройств; — уравновешенность симметричных трехфазных систем. Ко вторичным источникам относятся, например, выпрямительные устройства, у которых электроэнергия имеется на входе и на выходе.

Резистивное сопротивление относится к идеализированным элементам цепи.

Подобным образом именуют любой замкнутый путь, который проходит по нескольким ветвям.

На параллельную работу включают обычно источники с одинаковыми ЭДС, мощностями и внутренними сопротивлениями.

Метод эквивалентных преобразований. Как находить токи и напряжения в цепи

Что нужно для работы электротехнического устройства?

На представленной схеме хорошо просматривается возможность протекания тока различными путями. Если цепь содержит отличные от перечисленных компоненты, то она называется нелинейной. Для приемника задается его сопротивление R.

Каждую из частей многофазной системы, характеризующуюся одинаковым током, называют фазой, то есть фаза — это участок цепи, относящийся к соответствующей обмотке генератора или трансформатора, линии и нагрузке. Зато в последовательную цепь можно включить много лампочек, каждая из которых рассчитана на гораздо меньшее напряжение в сети.

Индуктивность является также и коэффициентом пропорциональности, измеряемом в Генри.

С их помощью можно установить взаимосвязь между теми значениями, которые имеют токи, напряжения, ЭДП по всей электрической цепи или на отдельных её участках.

Во всех её элементах течёт один и тот же ток. В этом случае каждую фазу генератора необходимо соединять с приемником двумя проводами, то есть будет иметь место шестипроводная линия, что неэкономично.

В ней, размещённые элементы изображаются с помощью условных обозначений. Чаще всего используют принципиальную схему электрической цепи.

Номинальные значения тока напряжения и мощности соответствуют выгодным условиям работы устройства с точки зрения экономичности, надежности, долговечности и т. При этом соединении напряжение на каждом участке равно напряжению U, которое приложено к узловым точкам цепи.
Монтажные схемы и маркировка электрических цепей

Активные и пассивные элементы электрической цепи

Эти же соображения относятся и к многофазным электродвигателям. Если ток изменяется в определённых пределах которые зависят от детали , то нижняя граница всегда равна нулю, и эта составляющая начинает отдавать энергию внешней цепи.

Третья часть состоит из передающих устройств — проводов и других установок, обеспечивающих уровень и качество напряжения. Особенности нанесения разметок на схемы: Для ЭДС источников они указываются произвольно. Каждый активный элемент характеризуется только одним параметром — ЭДС или током на выходных зажимах источников.

А определить мощность можно, умножив ток на напряжение. Линейным называется провод, соединяющий начала фаз обмотки генератора и приемника.

Законы, которые понадобятся при работе с цепями постоянного тока Анализ и расчет будут гораздо эффективнее, если одновременно использовать закон Ома, а также первый и второй законы Кирхгофа. А выключатели или приборы защиты всегда подсоединяются последовательно, т. Трехфазные системы в настоящее время получили наибольшее распространение.

По мере роста числа параллельно включенных потребителей проводимость цепи gэкв возрастает, и наоборот, общее сопротивление Rэкв уменьшается. Вторая — элементами, преобразующими электричество в другие виды энергии.

Параллельное соединение конденсаторов

Если в электрическую цепь были включены источники напряжений, то данный показатель будет равен нулю. Функция зависимости тока, протекающего по двухполюсному компоненту, от напряжения на этом компоненте называется вольт-амперной характеристикой ВАХ. Причем включение или отключение одного или нескольких потребителей не отражается на работе остальных.

В ней содержатся условные обозначения элементов, а также способы из соединения. Основные элементы электрической цепи, в зависимости от конструкции и роли в схемах, могут быть классифицированы по разным системам. Во всех практических случаях реальные источники ЭДС или источники питания не являются идеальными, так как обладают внутренним сопротивлением. Различают два типа источников: первичные, когда в электрическую энергию превращается другой вид, и вторичные, которые на входе, и на выходе имеют электрическую энергию в качестве примера можно привести выпрямительное устройство.

Исследования в данной области были вызваны требованиями развивающегося производства, а успехам в развитии многофазных систем способствовали открытия в физике электрических и магнитных явлений. Параллельное соединение источников применяется в первую очередь тогда, когда номинальные ток и мощность одного источника недостаточны для питания потребителей. Рассмотрим процесс возникновения синусоидальной ЭДС. Так, когда элемент нагревается, то сопротивление начинает возрастать. В этом случае ток в нагрузке становится равным нулю, и как следует из соотношения 1.
КАК ТЕЧЁТ ТОК В СХЕМЕ — Читаем Электрические Схемы 1 часть

Схема электрической цепи – применение и классификация.

Однако, в современных электромеханических системах, где для управления исполнительными двигателями используются преобразователи частоты, система напряжений в общем случае является несинусоидальной.

Источник питания на рис. Действующее значение связано с амплитудным простым соотношением 2. Нюансы графической маркировки Чтобы удобнее было анализировать и рассчитывать электрическую цепь, её изображают в виде схемы.

Активный двухполюсник содержит источники электрической энергии, а пассивный двухполюсник их не содержит.

Когда по цепи течет ток, за некоторое время по ней пройдет некоторое количество электричества и выполнится определенная работа. В этом случае они считаются первичными. Каждая электрическая цепь включает в себя различные устройства и объекты, создающие пути для прохождения электрического тока. Точка, в которой концы фаз соединяются в общий узел, называется нейтральной на рис.

Электрическая цепь с параллельным соединением элементов

Изображение электрической цепи с помощью условных обозначений называют электрической схемой. При этом электромагнетические процессы могут быть описаны с помощью знаний об электрическом токе, а также тех, что предлагает электродвижущая сила и напряжение. Функция зависимости тока, протекающего по двухполюсному компоненту, от напряжения на этом компоненте называется вольт-амперной характеристикой ВАХ. Виды элементов Условно их можно разделить на три группы: Источники питания.

Это означает, что хотя в отдельных фазах мгновенная мощность пульсирует см. Согласованный режим Согласованный режим электрической цепи обеспечивает максимальную передачу активной мощности от источника питания к потребителю. Напряжение же выравнивается в местах зажимов на уровень ЭДС.

При выходе из строя одной из фаз, нулевой провод может заменить ее и предотвратить аварийную ситуацию в трехфазной цепи. Если бы суммарная мгновенная мощность пульсировала, то на валу между турбиной и генератором действовал бы пульсирующий момент. Во всех практических случаях реальные источники ЭДС или источники питания не являются идеальными, так как обладают внутренним сопротивлением.

При изменении тока в пределах активной двухполюсник эквивалентный источник отдает энергию во внешнюю цепь участок I вольт-амперной характеристики на рис. Нелинейные элементы электрической цепи обладают сопротивлением, которое растёт при повышении напряжения, что подводится к лампе. Для разных электротехнических устройств указывают свои номинальные параметры. Последовательное включение источников питания источников ЭДС применяется тогда, когда требуется создать напряжение требуемой величины, а рабочий ток в цепи меньше или равен номинальному току одного источника ЭДС рис.
Лекция по электротехнике 1.1 — Схемы электрической цепи

Электрическая цепь: состав и элементы

Электрическая цепь – набор разнородных элементов, соединенных проводниками, предназначенный для протекания тока. Ассортимент составляющих широкий. Элементы выпускают линейные, нелинейные, активные, пассивные. Классификация бессильна охватить возможные случаи.

Состав электрической цепи

Источники питания. Внутренняя, внешняя электрическая цепь

Обмотка генератора.
Гальванический источник питания (батарейка).
Выход трансформатора.

Помимо упорядоченного движения носители характеризуются хаотичным тепловым движением. Скорость (интенсивность) определена температурой, родом материала, некоторыми другими факторами. В образовании электрического тока вид движения участия фактически не принимает.

Сторонние силы, обеспечивающие движения зарядов, называют электродвижущими. Численно ЭДС характеризуется работой, совершаемой генератором для перемещения единичного заряда. Измеряется вольтами. На практике для расчета цепей удобно делить источники питания двумя классами:

Источники напряжения (ЭДС).
Источники тока.

Ток, напряжение бывают постоянными, переменными. Закон изменения параметра роли не играет. Неважно, подключать ли электрическую цепь к источнику постоянного, переменного напряжения. Однако важно выдержать правильный размер параметра. К примеру, действующее значение ЭДС.

Элементы цепи

Выключатель

Провода

Сопротивление участка цепи.
Электрический ток.

Новое явление обнаружил Хейке Камерлинг-Оннес в 1911 году, исследуя образцы ртути, охлаждаемой до весьма низких температур. На четырех градусах Кельвина сопротивление проволоки стало нулевым, до скачка снижалось, плавно следуя прямой. Стало ясно: обнаружено новое состояние материала. Позже явление сверхпроводимости продемонстрировано на образцах других металлов. Показано: эффект разрушается помещением подопытного вещества в сильное магнитное поле. Самой высокой пороговой температурой среди металлов похвастается технеций (11,3 К).

Явление сверхпроводимости при комнатных температурах

У искусственных материалов показатели намного выше. С 1986 года ученые исследуют разнообразные керамики. Последним подтвержденным фактом считаем сведения о наличии композитных материалов на основе окислов ртути с температурой перехода в новое состояние на границе 140 К. Дальнейшие работы по очевидным соображениям засекречены.

Потребители

Под потребителем электрической цепи понимается не относящееся к элементам, перечисленным выше. Полезной нагрузкой служат обыкновенная лампочка накала, спираль нагревательного прибора, электрический двигатель. Параметры цепи очень сильно зависят именно от потребителей. Например, обмотки трансформаторов наделены сильно выраженным индуктивным сопротивлением. Негативно сказывается на передаче энергии от источника.

Не только ток меняет направление. Иногда утверждение касается мощности. Энергия начинает циркулировать туда-сюда, направляясь к источнику питания, обратно во внешнюю цепь. Реактивная мощность бессильна выполнить полезную работу, разогревает проводники цепи, искажает форму полезного сигнала. Промышленникам, ведущим учет полного потребления, рекомендуется параллельно двигателям включать компенсирующие конденсаторы. Индуктивное сопротивление компенсируется емкостным, реактивная мощность замыкается внутри потребительского сегмента, избегая выходить наружу, не выделяя лишнее тепло на кабелях сети.

Нужно отметить важное свойство индуктивных потребителей: потребляют энергию. Электрический ток становится магнитным полем, передается далее. В двигателях колебания вектора напряженности, создаваемые обмоткой, позволят совершать валу полезную работу. Чтобы показать происходящие траты энергии, схемы дополняют источниками ЭДС (тока), направление действия которых противоположно имеющему место быть во внутренней электрической цепи.

Передачи мощности через емкостную связь сегодня не изобретено. Однако приближенно считаем подобным случаем излучение радиоволны в эфир. Простейший вибратор Герца часто представляют колебательным контуром, в котором обкладки конденсатора разведены в стороны. Шаг позволит образовываться электромагнитной волне, уносимой эфиром. Что касается передачи больших мощностей, соответствующие планы строил Никола Тесла, каждый видел на фото, стилистическом изображении башню Ворденклиф, напоминающую формой подберезовик с прямой ножкой. При помощи сети сооружений предполагалось снабжать энергией путем беспроводной связи промышленность, заводы, фабрики.

В курсе электроники преимущественно рассматриваются приемные устройства. Между клеммами антенны передача волны через эфир обозначается схематично источником переменного напряжения малой мощности. Уловленная ЭДС усиливается каскадами, включающими резонансные контуры. Электроника, как никакая другая область техники, включает неимоверное разнообразие потребителей. Упрощенно делится на два класса:

Активные потребители требуют для корректной работы снабжения электрической энергией. Как правило, не могут питаться непосредственно основной сетью. Микросхемы, дискретные активные элементы: транзисторы, тиристоры. Иными словами, электронные ключи. Электродвигатели принципиально отличаются, снабжаясь питанием входной сети.
Пассивные потребители не требуют внешнего питания. Однако пропускать ток могут причудливым образом. Некоторые тиристоры открываются при достижении напряжением определенного значения. Следовательно, считаются пассивными приборами, обладают нелинейной характеристикой. К этому семейству относятся диоды, пропускающие ток в одном направлении (демонстрируют вентильные свойства).

Пассивными потребителями являются всевозможные сопротивления, конденсаторы, дроссели (катушки индуктивности). При помощи элементов электрическая цепь приобретает необычные качества. Резонансные контуры конденсаторов, индуктивностей используют фильтрами волн различной частоты.

Circuit Elements — Документация — CircuitLab

Элементы схемы

Эта страница содержит некоторые примечания о том, как моделируются различные элементы схемы, которые могут быть полезны опытным пользователям CircuitLab.

Любая симуляция схемы точна настолько, насколько точна модель, предоставленная симулятору.

Примечания для всего симулятора

Шум в настоящее время не моделируется.

Температурные эффекты в настоящее время не моделируются.

Поведенческие источники напряжения и тока (экспериментальные)

Элементы источника нормального напряжения и тока обычно используются как
источники статического напряжения и тока. Например, источник напряжения с
Параметр «V», установленный на «5», будет просто поддерживать разницу в 5 вольт между
его клеммы, независимо от тока.

Однако источники напряжения и тока также могут использоваться как произвольные.
поведенческие источники, позволяющие описать напряжение или ток
алгебраически.2 «- будет давать сигнал, пропорциональный
квадрат напряжения в узле А.

«MAX (V (A), 0)» — даст сигнал, который является идеально
полуволновой выпрямленный вариант V (A).

«0.5 * (TANH ((V (A) -V (B)) * 1k) + 1)» — будет производить TANH на основе
компаратор, оценивающий до 1, если V (A) >> V (B), и оценивающий до 0
если V (A) << V (B), и довольно плавный переход между ними.

«LIMIT (I (V1.nA) * 100, -1, 1)» — в источнике напряжения V1 сделает это
ведут себя как нелинейное сопротивление, выглядящее как 100 Ом, а затем насыщающее
при -1 и +1 вольт.

«PWL (0,0,1,5,4,5,5,0)» — сгенерирует кусочно-линейный импульс с
Края длиной в 1 секунду.

«SIN (2 * PI * 1000 * T) * SIN (2 * PI * 10 * T)» — будет генерировать амплитудно-модулированный
сигнал как функция времени

Полный список работающих выражений см. В
Страница документации по выражениям.

Источники поведения могут легко создавать ситуации, в которых симулятор
не сможет найти конвергентное решение для системы.Однако если
вы придерживаетесь «мягких» функций, которые хорошо работают, не имеют алгебраической области
ограничения, являются непрерывными (и даже лучше, если они плавные!), и
не имеют обратной связи в схеме, они довольно безопасны. Полиномы,
TANH и т. Д., Как правило, отлично работают.

В настоящее время в CircuitLab поведенческие источники являются экспериментальными, но они
являются мощным инструментом для опытных пользователей и отлично подходят для работы в
опытные руки.

Биполярные переходные транзисторы (БЮТ)

BJT моделируются с помощью модифицированной модели Гаммеля-Пуна, включая нелинейные эффекты накопления заряда и насыщения.

Изменение коэффициента усиления по току и изменение базового сопротивления растекания не моделируются. Разрушение соединения не моделируется.

Цифровые элементы

Все цифровые входы связаны с землей и имеют входной гистерезис: V _IL = 2,0 В, V _IH = 3,0 В.

Все цифровые выходы связаны с землей и имеют последовательно 0 или 5 В с выходным сопротивлением 10 Ом.

Эти входные и выходные параметры в настоящее время не настраиваются.

Ни цифровые входы, ни цифровые выходы не обеспечивают того типа диодного ограничения, который можно было бы ожидать от любого цифрового вывода ввода / вывода IC. Если ваша схема зависит от этого, добавьте диоды явно.

Диоды

Диоды моделируются с накопленным зарядом, включая переменную емкость обедненного слоя плюс накопленный заряд при прямом смещении.

Диоды моделируются без обратного пробоя. Стабилитроны моделируются отдельно.

Переходные полевые транзисторы (JFET)

Смоделированные полевые транзисторы не имеют накопленного заряда, емкости или каких-либо динамических компонентов.

Блоки передаточной функции Лапласа

Любой рациональный многочлен от s может использоваться как передаточная функция Лапласа. Например, «1 / с» создает интегратор.

Использование передаточной функции с большим количеством нулей, чем полюсов, не рекомендуется и может вызвать проблемы моделирования.

Металло-оксидные полупроводниковые полевые транзисторы (МОП-транзисторы)

Реализована простая трехрежимная (отсечка, триод, насыщение) модель полевого МОП-транзистора.

Зависимость емкостей (C _ISS, C _RSS, C _OSS) от смещения не моделируется в рамках рабочего режима.

Слабая работа инверсии не моделируется.

Операционные усилители (операционные усилители)

Операционные усилители моделируются как однополюсные устройства в частотной области.

При проектировании с операционными усилителями в симуляторе обратите особое внимание на полярность входа. Часто можно создать схему, которая демонстрирует сходимость по постоянному току даже при переключении входов + и — — в действительности, это может быть решение уравнений цепи постоянного тока, но не обязательно будет устойчивое равновесие!

Входы операционного усилителя не имеют зажимов для источника питания операционного усилителя.Если такое ограничение важно для работы вашей схемы, добавьте явные диоды.

Предполагается, что операционные усилители с шинами напряжения имеют выходную нагрузку по схеме «rail-to-rail». Если операционному усилителю не будет предложено насыщать его выход на шинах напряжения, использование компонента операционного усилителя, у которого нет шин, приведет к более быстрому моделированию и в целом «ведет себя лучше» с точки зрения сходимости схемы.

Стабилитроны

Стабилитроны моделируют прямую диодную проводимость и обратный пробой.Смоделированные стабилитроны не имеют накопленного заряда, емкости или каких-либо динамических компонентов.

«Вернуться к содержанию

Что такое электрическая цепь? Типы цепей, сетей и частей цепей

Электрические цепи, сети, сложные цепи и другие типы цепей

Что такое электрическая сеть?

Комбинация различных электрических элементов или компонентов, которые связаны каким-либо образом, называется электрической сетью

Комплексные сети

Цепь, которая содержит множество электрических элементов, таких как резисторы, конденсаторы, индукторы, источники тока и источник напряжения ( как переменного, так и постоянного тока) называется сложной сетью.Такие сети не могут быть легко решены с помощью простого закона Ома или законов Кирхгофа. Т.е. мы решаем эти схемы с помощью определенной техники, например, теоремы Нортона, теоремы Тевенина, теоремы суперпозиции и т. д.

Что такое цепь или электрическая цепь?

Цепь или электрическая цепь — это замкнутый контур, обеспечивающий обратный путь для тока. Или близкий проводящий путь, по которому может течь ток, называется цепью.

Что такое электрическая цепь?

Типы электрических цепей

Существует множество типов электрических цепей , таких как:

Последовательная цепь
Последовательная цепь
Последовательно-параллельная цепь
Звезда-треугольник
Резистивная цепь
Индуктивная цепь
емкостная цепь
резистивная, индуктивная (цепь RL)
резистивная, емкостная (цепь RC)
емкостная, индуктивная (цепи LC)
резистивная, индуктивная, емкостная (цепь RLC)
линейная цепь
нелинейная Цепь
Односторонние цепи
Двусторонние цепи
Активная цепь
Пассивная цепь
Разрыв цепи
Короткое замыкание

Здесь мы кратко обсудим одну за другой ниже.

Последовательная цепь

В этих схемах все электрические элементы (источники напряжения или тока, катушки индуктивности, конденсаторы, резисторы и т. Д.) Соединены последовательно, то есть существует только один путь для перемещения электричества, и в этой цепи нет других ветвей. .

Параллельная цепь

В этих схемах все электрические элементы (источники напряжения или тока, индукторы, конденсаторы, резисторы и т. Д.) Подключены параллельно, т.е. существует много путей для перемещения электричества, и минимальное количество ветвей в этой цепи — два .

Последовательно-параллельная цепь

Если элементы схемы соединены последовательно в одних частях и параллельно в других, это будет последовательно-параллельная цепь. Другими словами, это комбинация последовательной и параллельной цепей. Схема звезда-треугольник

Схема звезда-треугольник

это не последовательная или параллельная, ни последовательно-параллельная схема. В этой схеме электрические элементы соединены таким образом, что это не определено в терминах последовательной, параллельной или последовательной параллельной конфигурации.Подобные схемы могут быть решены с помощью преобразования «звезда-треугольник» или «звезда-треугольник».

Ниже приведены другие производные схемы последовательной, параллельной и последовательно-параллельной схем.

Чистая резистивная схема
Чистая индуктивная схема
Чистая емкостная схема
Резистивная индуктивная схема, то есть RL-схема
Резистивная, емкостная схема т.е. RC-цепь
Емкостная, индуктивная цепи т.е. LC-цепь
Резистивная, индуктивная, емкостная цепь RLC-цепь

Все эти схемы показаны на рисунке ниже.

Щелкните изображение, чтобы увеличить

Различные типы электрических цепей

В вышеупомянутых схемах все вышеупомянутые компоненты или элементы могут быть соединены последовательно, параллельно или в последовательно-параллельной конфигурации.

Давайте обсудим еще несколько электрических цепей, которые вы должны знать, прежде чем начинать анализировать электрическую цепь или сеть.

Линейные и нелинейные схемы

Li рядом с контуром

Линейная цепь — это электрическая цепь, в которой параметры цепи (сопротивление, индуктивность, емкость, форма волны, частота и т. Д.) Постоянны.Другими словами, схема, параметры которой не изменяются по току и напряжению, называется линейной схемой.

Нелинейная схема

Нелинейная схема — это электрическая цепь, параметры которой изменяются в зависимости от тока и напряжения. Другими словами, электрическая цепь, в которой параметры цепи (сопротивление, индуктивность, емкость, форма волны, частота и т. Д.) Непостоянны, называется нелинейной схемой.

Односторонние и двусторонние цепи

Односторонние цепи

В односторонних цепях свойства цепи меняются при изменении направления напряжения или тока питания.Другими словами, односторонняя схема позволяет току течь только в одном направлении. Диодный выпрямитель — лучший пример односторонней схемы, потому что он не выполняет выпрямление в обоих направлениях питания.

Двусторонние схемы

В двухсторонних схемах свойства схемы не меняются при изменении направления напряжения или тока питания. Другими словами, двусторонняя схема позволяет току течь в обоих направлениях. Линия передачи — лучший пример двусторонней цепи, потому что, если вы подаете питание с любого направления, свойства цепи остаются постоянными.

Параметры цепи, константы и связанные термины

Различные компоненты или элементы, которые используются в электрических цепях, называются параметрами или константами цепи, то есть сопротивлением, емкостью, индуктивностью, частотой и т. Д. Эти параметры могут быть сосредоточенными или распределенными.

Активная цепь

Цепь, которая содержит один или несколько источников ЭДС (электродвижущей силы), называется активной цепью

Пассивная цепь

Цепь, в которой нет ни одного источника ЭДС, называется пассивной Цепь

Обрыв цепи

Цепь, в которой нет обратного пути для прохождения тока (т.е.е. который не завершен) называется разомкнутой цепью. Другими словами, цепь, в которой напряжение стремится к нулю, а ток стремится к бесконечности , называется разомкнутой цепью.

Пример разомкнутой цепи: Цепь с разомкнутым выключателем, в которой лампочка подключена к батарее. Значит, лампочка не светится из-за обрыва цепи.

Короткое замыкание

Цепь, которая имеет обратный путь для протекания в ней тока (т. Е. Замкнутая цепь), известна как короткое замыкание.Другими словами, цепь, в которой напряжение стремится к бесконечности, а ток стремится к нулю , называется коротким замыканием.

Пример короткого замыкания: Цепь с замкнутым выключателем, в которой лампочка подключена к батарее. Значит, лампочка светится из-за замкнутой цепи.

Части электрических цепей и сетей и Прочие связанные термины

Узел

Точка или соединение, в котором встречаются два или более элементов схемы (резистор, конденсатор, индуктор и т. Д.), Называется узлом

Филиал

Часть или участок цепи, который находится между двумя соединениями, называется ответвлением.В ответвлении могут быть подключены один или несколько элементов, и у них есть два вывода.

L oop

Замкнутый путь в цепи, где может быть более двух сеток, называется петлей, т.е. в петле может быть много сеток, но сетка не содержит одного цикла.

Сетка

Замкнутый цикл, в котором нет другого цикла, или путь, который не содержится на других путях, называется сеткой.

Узлы, ветви, петли и сетки в цепи

Полезно знать:

Мы используем различные теоремы для решения сложных сетей.Как правило, сложную сеть можно решить двумя следующими способами.

Прямой метод
Метод эквивалентной схемы