21. Линейные цепи постоянного тока Простейшая электрическая цепь. Простейшая электрическая цепь

Предисловие.

Литература

1. В.Е. Китаев, Л.С. Шляпникова. «Электротехника с основами промышленной электроники».

2. «Электротехника и основы электроники» под ред. О.П. Глудкина, М. Высшая Школа 1993 г.

Под электротехникой понимается область науки и техники, использующая электрические и магнитные явления для практических целей.

Составной частью электротехники является электроника, охватывающая исследование и разработку полупроводниковых и вакуумных приборов.

По назначению электротехника подразделяется на три основных направления: энергетическое, технологическое и информационное.

Первое направление связано с получением, распределением и преобразованием электрической энергии.

Второе направление использует электрические и магнитные явления для проведения технологических процессов (сварка, плавка, электролиз, сушка и т.д.).

Третье направление занимается созданием и использованием различных систем управления, вычислительной техники и связи.

1. Постоянный ток.

   0. 1.1 Простейшая цепь постоянного тока

   1. Простейшая электрическая цепь постоянного тока состоит из следующих основных элементов (рис. 1.1):

1. Источник электрической энергии;

2. Электроприёмник;

3. Соединительные провода или линии передач.

Р ис. 1.1. Простейшая электрическая цепь.

В качестве источника электрической энергии применяются устройства, преобразующие механическую, химическую, тепловую, лучистую и другие виды энергии в энергию электрического тока. К их числу относятся: электрические генераторы, аккумуляторные батареи, гальванические элементы и т.д.

В дальнейшем для определенности будем называть все источники электрической энергии генераторами.

В качестве электроприемников применяются устройства, преобразующие электрическую энергию в другие виды энергии: механическую, химическую, тепловую и т.д. К их числу относятся электрические двигатели, электрические печи, лампы накаливания и т.д. Совокупность электроприемников называется нагрузкой цепи.

Нагрузка и соединительные провода создают внешнюю цепь генератора. Характеристиками генератора являются его электродвижущая сила (ЭДС) Е и внутреннее сопротивление R0. ЭДС генератора является величиной постоянной и измеряется как величина напряжения холостого хода на зажимах генератора Uхх при разомкнутой внешней цепи, когда ток в цепи отсутствует, т.е. Е = Uхх. На электрических схемах генератор обозначается кружком со стрелкой внутри него, указывающей направление действия ЭДС (см. рис. 1.1).

Под действием ЭДС генератора на его зажимах А и В возникает и поддерживается определенная разность потенциалов, и по замкнутой цепи начинает протекать электрический ток, представляющий собой направленное движение электрических зарядов.

Зажим с более высоким потенциалом называют положительным и обозначают знаком «+», а зажим с более низким потенциалом называют отрицательным и обозначают знаком «-».

Направление электрического тока внутри генератора совпадает с направлением ЭДС, т.е. от зажима со знаком «минус» к зажиму со знаком «плюс (рис. 1.1.) Во внешней цепи ток направлен от зажима (+) к зажиму (-), т.е. от точки с более высоким потенциалом к точке с более низким потенциалом.

Величина тока, протекающего по проводнику, определяется количеством электрических зарядов, проходящих через поперечное сечение проводника в единицу времени, т.е.

I=

где – q – количество электрических зарядов, в кулонах;

– t – время в секундах.

Единицей измерения величины электрического тока является ампер

1[A]=

Элемент электрической цепи, в котором происходит необратимый процесс преобразования электрической энергии в тепловую энергию, называют электрическим сопротивлением или резистором и обозначают через R. Каждый элемент электрической цепи обладает определенным электрическим сопротивлением, измеряемым в омах. Через все последовательно соединенные элементы цепи протекает один и тот же ток. Величина этого тока прямо пропорциональна ЭДС генератора и обратно пропорциональна сумме сопротивлений всех элементов цепи.

I= - закон Ома для всей цепи, (1.1)

где R0 –внутреннее сопротивление генератора, [Oм];

Rл – сопротивление линий передач, [Ом];

R – сопротивление нагрузки, [Ом];

Rвнеш = Rл + R – сопротивление внешней цепи, [Ом].

Выражение (1.1) можно переписать как

E=IR0 + IRл + IR (1.2)

Выражение (1. 2) называется уравнением равновесия напряжений.

Часть ЭДС, которая затрачивается на преодоление внутреннего сопротивления генератора, называется падением или потерей напряжения внутри генератора и обозначается через

∆Uг = IR0 (1.3)

Остальная часть ЭДС затрачивается на преодоление сопротивления внешней цепи и называется напряжением на зажимах генератора Uг, (зажимы А, В на рис. 1.1)

Uг= E - ∆ Uг = E – IR0 (1.4)

Из выражения (1.1) следует, что при уменьшении сопротивления внешней цепи ток I увеличивается. Следовательно, возрастает падение напряжения на внутреннем сопротивлении генератора ∆Uг, что при постоянной ЭДС приводит в соответствии с выражением (1.4) к уменьшению напряжения на зажимах генератора.

Зависимость напряжения на зажимах генератора Uг от величины тока в цепи I называют внешней характеристикой генератора и представляют в виде графика (рис. 1.2), где Uхх= Е – напряжение холостого хода; Iк.з. – ток короткого замыкания цепи. Более подробно режимы холостого хода и короткого замыкания рассмотрены в разделе 1.6.

Внутреннее сопротивление большинства генераторов, как правило, во много раз меньше сопротивления внешней цепи. Чем больше мощность генератора, тем меньше, при прочих равных условиях, его внутреннее сопротивление. Если R0 << Rвнеш, то потерей напряжения внутри генератора можно пренебречь и принять Uг = Е.

I

Uхх=Е

Iк.з.

Рис 1.2. Внешняя характеристика генератора.

Так как генератор соединен с нагрузкой линией передач, имеющей сопротивление Rл, в ней также теряется часть напряжения. Потери напряжения в линии передач определяются по формуле

∆ Uл = IRл

В связи с этим напряжение U на зажимах нагрузки (зажимы C, D на рис 1.1.) определяется как

U = Uг - ∆ Uл =E - ∆Uг - ∆Uл = Е – I (R0+Rл)

При дальнейшем рассмотрении электрических цепей, не связанных с передачей энерггии на большие расстояния, будем считать, что сопротивление линий передач пренебрежимо мало по сравнению с сопротивлением нагрузки, т.е. Rл = 0, ∆UЛ =0 и U=Uг. При этом внутреннее сопротивление генератора R0 может учитываться или не учитываться в зависимости от постановки задачи.

Сопротивление металлического проводника зависит от его длины, площади поперечного сечения и электропроводящих свойств металла, из которого выполнен проводник

R = ρ

где l – длина проводника, м;

S – площадь поперечного сечения, мм2;

ρ – удельное сопротивление проводника, Ом мм2 /м.

Удельное сопротивление проводника численно равно сопротивлению проводника длиной 1м, площадью поперечного сечения 1 мм2 при температуре 200С. Приведем значение удельных сопротивлений некоторых материалов:

Медь 0,0175

Алюминий 0,029

Сталь 0,13-0,025

Нихром 1,1

Фехраль 1,4

При увеличении температуры сопротивление металлических проводников возрастает, а проводников второго рода (электролита, угля, графита) уменьшается.

Температурный коэффициент сопротивления α определяет относительное изменение сопротивления при изменении температуры на 1oС. В диапазоне температур 0-100o С для большинства металлов α ≈ 0,004 1/oС. Значение сопротивления R2 при температуре to2 находится из значения его сопротивления R1 при температуре to1 по выражению

R2 = R1 ( 1 + α ( to2 – to1))

Проводниковые материалы подразделяют на две группы. К первой группе относятся материалы с низким удельным сопротивлением. Они применяются для изготовления проводников и токопроводящих участков различных электро- и радиотехнических устройств. Самое низкое удельное сопротивление имеют серебро и золото, однако их применение очень ограничено в связи с высокой стоимостью.

Самыми распространенными проводниковыми материалами являются медь и алюминий. Медь имеет низкое удельное сопротивление ( почти в два раза меньше, чем у алюминия) и хорошие механические свойства. Она используется для изготовления силовых кабелей и шин, обмоточных и монтажных проводов и контактных соединений.

Алюминий уступает меди по своим электрическим и механическим свойствам. Однако он характеризуется низкой стоимостью и гораздо меньшей плотностью, чем медь. Поэтому алюминий является основным материалом для изготовления проводов воздушных ЛЭП.

Ко второй группе относятся материалы с высоким удельным сопротивлением. Манганин (сплав меди, марганца и никеля) имеет очень малый температурный коэффициент и используется для изготовления эталонов, магазинов сопротивлений, шунтов, добавочных резисторов к измерительным приборам.

Фехраль (сплав железа, хрома и алюминия) и константан (сплав меди и никеля) применяются в основном для изготовления резисторов, нихром (сплав никеля и хрома с добавлением марганца) – для изготовления элементов нагревательных приборов.

Проводниковые (кабельные) изделия можно подразделить на обмоточные, монтажные и установочные провода, а также кабели. Обмоточные провода применяются для изготовления обмоток электрических машин и приборов. Их выпускают с жилами из меди, алюминия и сплавов с большим удельным сопротивлением (манганин, нихром и т.д.)

Монтажные провода и кабели предназначаются для различного рода соединений в электрических аппаратах, приборах и других электроустройствах. Жилы этих проводов выполняются из меди.

Установочные провода используют для распределения электроэнергии в силовых и осветительных сетях. Их выпускают с медными и алюминиевыми жилами (однопроволочными и многопроволочными).

studfiles.net

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:

1. 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).
2. Потребители энергии. Они преобразовывают электрический ток во что-то другое (освещение, тепло).
3. 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:

1. Ветвь. Так называют участок цепи, на котором одна и та же величина тока. Ветвь может комплектоваться из одного/нескольких элементов, которые последовательно соединены.
2. Узел. Место, где соединяется как минимум три ветви. Если они соединены с одной парой узлов, то их называют параллельными.
3. 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:

1. 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.
2. Для токов, которые работают с источниками ЭДС – должны совпадать с ними. Во всех других случаях направление является произвольным.
3. 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:

1. Выбрать направление, по которому будет осуществляться обход контура.
2. 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.

fb.ru

Электрическая цепь и её схема. Что такое электрическая схема?

Электротехника: Электрические цепи

Электрическая цепь и её схема

Ассоциативное представление

Какие ассоциации возникают при словосочетании электрическая цепь? Должно быть сразу возникает картина в виде источника питания, простой батарейки, потом от неё идут провода, которые подсоединены к лампочке, а её нить накала светится ярким светом. Это простейшая схема электрического фонарика с лампой накаливания, только вот ещё тумблер подключить и всё готово. Это бытовая, обыденная ассоциация, которая скорее всего возникнет у не специалиста в электротехнике.

Какая ассоциация возникает с электрической цепью у специалиста электротехника? Пожалуй, в первую очередь, это будет осветительная сеть, ну или электрическая цепь, где подключается асинхронный двигатель через магнитный пускатель. Это уже профессиональная ассоциация.

У физика, который занимается наукой и исследованиями в области электродинамики электрическая цепь будет ассоциирована с электромагнитными полями, источниками полей, с приборами и научной аппаратурой.

Занимающийся практической электроникой скорее всего представить печатную плату со множеством контактных дорожек на ней и впаянных в неё элементов. Специалист разработчик микроэлектронных схем, который создаёт новые микросхемы, чипы, драйвера устройств, будет ассоциировать электрическую цепь с топологией микросхем (микрочип).

Все эти ассоциации будут верными, но они не являются определениями электрической цепи. Понимание и знание того, что такое электрическая цепь и в чём её отличие от электрической схемы — это ключ ко всей теории электрических цепей.

Определение электрической цепи

Одно из самых лучших определений электрической цепи имеет следующее содержание.

Совокупность устройств и объектов, образующих пути для электрического тока, электромагнитные процессы в которой могут быть описаны с помощью понятий об электродвижущей силе, токе и напряжении, называют электрической цепью

Это полное определение, но возможен его сокращённый минимизированный вариант, который может быть вот таким:

Электрическая цепь — это соединение элементов образующих контур, в котором возможно существование электрического тока

Следует разобрать логически эти определения, чтобы получить тот самый ключ, о котором сказано выше. Давайте попробуем по порядку сделать такой разбор.

Логический разбор определений электрической цепи

В определениях, и в полном и кратком, речь идёт о совокупности и соединении элементов (устройств и объектов). Это означает, что не разрозненно, что имеется какое-то сочетание, объединение тех самых элементов. Это говорит нам также о том, что элементы способны к такому соединению. Далее можно сделать вывод, что должны существовать способы и виды таких соединений. Назовём это первым условием определяющим электрическую цепь.

Слова о том, что такое соединение образует пути (контур), в котором может существовать электрический ток — это второе условие определяющее электрическую цепь. Отсюда следует, что возможны такие сочетания элементов, в которых тока быть не может в принципе. Самое важное здесь — это электрический ток, который хотя бы потенциально может осуществится в путях и контуре. Дело в том, что путь тока всегда замкнут, такова его природа. Поэтому путь всегда замкнут и он именуется контуром. Из этого второго условия следует, что существуют пути, которые можно назвать ветвями, и контуры, без которых ток не может образовать замкнутый путь. Отсюда возникает топология электрических цепей. Ток обязательно имеет источник, поэтому как минимум один элемент будет являться источником тока (ЭДС).

Остаётся только уточнение из полного определения, где говорится о свойстве совокупности устройств и объектов (элементов). В ней могут происходить электромагнитные процессы, что вполне объяснимо самой природой электрического тока. Там где не может быть потока электричества (ток), не может быть и электромагнитных явлений. Отсюда следует, что наличие электромагнитных процессов говорит нам о существовании тока. Зачем же нужно такое уточнение? Есть такое явление, как электромагнитная волна, которое для краткости можно объяснить как возмущение в электромагнитном поле. Для того, чтобы отмежеваться от волновых явлений, дальше по тексту сказано, что электромагнитные процессы ограничиваются лишь теми, которые описываются с помощью понятий об ЭДС, токе и напряжении. Это фактически третье условие, которое не заметно до тех пор, пока ничего не известно об электромагнитных волнах и излучении.

Чем глубже будут проанализированы логически определения, чем лучше знания слов, образующих определение, тем лучше (глубже) будут поняты эти определения. Такую процедуру можно провести с любыми грамматически верными выражениями, не только с вышеприведёнными.

Электрическая схема

Почти каждому человеку приходилось пользоваться хоть раз в жизни географической картой. Во всяком случае, ещё со школы с тем, что такое глобус и географические карты, знаком каждый. Географический глобус или карта не являются Землёй или частью её поверхности. Точно в таком же соотношении находятся электрическая схема и электрическая цепь. Схема метрополитена указывает где какие пути и станции, где узловые развязки, где с одной линии (кольца) можно перейти на другую. Схема всегда является символическим изображением чего-либо, но она никак не может заменить собой оригинал.

Достаточно кратко можно определить так:

Электрическая схема — это символическая запись электрической цепи

Точно также, как был сделан логический разбор определения цепи, можно сделать разбор определения схемы. Самое важное всего в двух словах. Это символ и запись. Способы и виды соединений в электрической цепи, а также элементы цепи, все они имеют свою символическую запись. Из многих символов, точно также как и из алфавита языка, собираются слоги, слова, фразы, простые и сложные предложения, и даже целые сочинения. Электрическая схема больше похожа на иероглифическую запись, потому как состоит из графических символов. Для того, чтобы уметь читать электрические схемы, нужно начинать с алфавита базовых символов, а затем надо научится правильно сочетать эти элементы, чтобы затем уметь составлять по ним реальные электрические цепи.

Электрические схемы бывают разными, в зависимости от своего функционального назначения. Есть схемы, где в первую очередь показаны функциональные узлы и их назначение. Это похоже на оглавление в книге, сразу виден план повествования, а в схеме ясно представляется, что именно каждая часть схемы делает. Есть схемы монтажные, где символически показано какие элементы цепи и где они расположены, как смонтированы на плате, в щите, в панели и т. д. Из монтажной схемы трудно сделать выводы о работе электрооборудования, но легко выполнять монтаж и демонтаж, замену и профилактику. Есть ещё принципиальные схемы, где символы элементов расположены так, что читая схему можно понять и описать всю работу электрической цепи.

Для расчётов и анализа электрических цепей, используют в первую очередь принципиальные схемы, а при разработке и модернизации цепи нужны в том числе и функциональные схемы и монтажные (установочные). Когда приходится иметь дело со сложным электрооборудованием, например, конвейерная линия или автоматический комплекс, то все схемы собираются в альбомы, которые могут иметь более 100 листов различных форматов.

Освоив алфавит электрических схем, или как иначе говорят — язык схемотехники, вы сможете научится не только читать схемы, но и самостоятельно проектировать новые электрические цепи.

Самая простая электрическая цепь и её схема

Пользуясь определением электрической цепи и схемы, можно изобразить схему простейшей электрической цепи. Такая комбинация элементов была представлена ещё в самом начале статьи. Это цепь состоящая минимум из одного источника тока (ЭДС) и одного нагрузочного элемента, которым для наглядности может служить электрическая лампа накаливания.

Дата: 20.06.2015

© Valentin Grigoryev (Валентин Григорьев)

Тег статьи: Электрические схемы

Все теги раздела Электротехника:Электричество Закон Ома Электрический ток Электробезопасность Устройства Биоэлектричество Характеристики Физические величины Электролиз Электрические схемы Асинхронные двигатели

www.electricity-automation.com

Простейшая электрическая цепь - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Простейшая электрическая цепь

Cтраница 1

Простейшая электрическая цепь ( рис. 1.1, а) состоит из источника И и приемника Я электрической энергии, соединенных проводами. Цепь может содержать переключатель К для замыкания и размыкания цепи и измерительные приборы: амперметр А и вольтметр V, измеряющие ток и напряжение. Сопротивление амперметра мало и приближенно принимается равным нулю, сопротивление вольтметра велико и может быть принято равным бесконечности.  [1]

Простейшая электрическая цепь показана на рис. 1.2, где источник питания с внутренним сопротивлением гс образует так называемый внутренний участок цепи, а соединительные провода с приемником ( сопротивление г) - внешнюю часть цепи. Таким образом, в электрической цепи можно выделить участки, содержащие как активные, так и пассивные элементы.  [2]

Простейшая электрическая цепь, состоящая из последовательно соединенных емкости С и индуктивности L, при пренебрежении активным сопротивлением r - представляет идеальный колебательный контур, в котором роль инерции играет индуктивность, а упругости - емкость.  [3]

Простейшая электрическая цепь ( рис. 12) содержит источник электрической энергии Г, приемник энергии / 7 и два линейных провода Л и Л2, соединяющих источник с приемником энергии. Линейные провода присоединяются к источнику электрической энергии при помощи двух зажимов, называемых положительным () и отрицательным ( -) полюсами.  [5]

Простейшая электрическая цепь состоит из источника напряжения, потребителей электрической энергии и проводов, которые соединяют зажимы источника напряжения и потребителя. Источник напряжения дает электрическую энергию, а потребитель преобразует ее в другие виды энергии. Совокупность связанных между собой источника электрической энергии, потребителя, соединительных проводов и рубильника называется электрической цепью. Электрический ток может протекать только по замкнутой цепи.  [6]

Простейшая электрическая цепь, показанная на рис. 71, состоит из трех основных элементов: источника тока, потребителя тока - нагрузки и проводников, соединяющих нагрузку с источником тока. Здесь резистор R - нагрузка, которой может быть, например, нить накала электрической или электронной лампы.  [8]

Простейшая электрическая цепь ( рис. 4) состоит из источника питания ЯД, вольтметра V для измерения эдс, амперметра А для измерения тока, выключателя В и переменного резистора R - прибора, сопротивление которого можно изменять в определенных пределах.  [10]

Простейшей электрической цепью, в которой может наблюдаться резонанс токов, является цепь с параллельным соединением катушки индуктивности и конденсатора.  [11]

Примером простейшей электрической цепи является цепь, состоящая из индуктивности L и активного сопротивления R. Такая цепь часто встречается в практике. Если подключить эту цепь к источнику постоянного напряжения U, то установившийся ток будет равен U / R; при коротком замыкании такой цепи ток равен нулю.  [12]

Для простейшей электрической цепи ( рис. 8, а) заданы напряжение холостого хода ( Ухх 24 В и ток короткого замыкания / кз 0 8 А.  [13]

Для простейшей электрической цепи ( рис. 8, а) заданы напряжение холостого хода U 24 В и ток короткого замыкания / кз 0 8 А.  [14]

В простейшей электрической цепи источники и приемники электрической энергии ( элементы цепи) соединены последовательно или, как говорят, цепь имеет последовательную схему соединения. В такой цепи создается только один проводящий замкнутый контур для тока.  [15]

Страницы:      1    2    3    4    5

www.ngpedia.ru

21. Линейные цепи постоянного тока Простейшая электрическая цепь

Электрическая цепь – совокупность электротехнических устройств, обеспечивающий замкнутый контур для электрического тока (направленное движение заряженных частиц).

Ток: – количество электричества через единицу площади поперечного сечения за единицу времени – постоянный ток.

 – мгновенное значение тока – переменный ток.

Напряжение – работа, совершаемая электрическим полем по перемещению заряда от точки высшего потенциала к точке нижнего потенциала.

Основными элементами цепи являются: источники, потребители, соединительные провода, измерительные приборы, коммутационный аппарат.

Источник – устройство, преображающее различные виды энергии в электрическую.

Основной вид – генератор: преобразует механическую энергию в электрическую.

Гальванический элемент (батарея): преображает энергию химической реакции в электрическую.

Каждый источник характеризуется тремя параметрами:

ЭДС источника [E] – работа сторонних сил по перемещению заряда от точки низшего потенциала к точке высшего потенциала.

Внешнее сопротивление источника [ro].

КПД источника [η]:

Напряжение нагрузки: U12 = U34; ; U=E – ΔU; E=Ir + Ir0.

Следует помнить, что мы рассматриваем только источники напряжения!

ro<<<r

Ir = U; Ir0 = ΔU; U = E – Ir0; U = f(I)

Чем больше ток, тем меньше напряжение на зажимах источника.

мощность вырабатываемая источником: P = EI;

мощность потребителя: Рпотр = I2 r

мощность потерь в самом источнике 

Потребители – устройства, преобразующие электрическую энергию в другие.

электрическую энергию в механическую.

электрическую энергию в тепловую (печи сопротивления, нагревательные печи).

электрическую энергию в световую и тепловую ( электрическая лампа).

Соединительные провода характеризуются сопротивлением: 

Измерительные приборы: амперметр включают с нагрузкой:

Напряжение измеряется вольтметром, который включается параллельно нагрузке. Сопротивление обмотки должно быть больше, чем сопротивление нагрузки.

Активная мощность имеет токовую обмотку и обмотку напряжения, начала которых соединены в одну точку.

Коммутационный аппарат: замыкает и размыкает цепь.

Режимы работы электрической цепи

• Режим холостого хода.

• Номинальный (рабочий) режим.

• Режим короткого замыкания.

• Согласованный режим.

1. Режим холостого хода

I = 0; U = E; η = 0

Желательно исключить такие режимы.

2. Номинальный режим

Это тот режим , для которого и предназначена электрическая цепь. В этом режиме она может работать сколь угодно долго, и температура всех элементов цепи не будет превышать допустимого значения.

3. Режим короткого замыкания

Это аварийный режим.

4. Режим согласованный

Это режим, при котором во внешней цепи передается максимальная активная мощность при заданной мощности источника.

23. Закон Ома в интегральной (дифф.) форме для однородного участка цепи (не содержащего ЭДС)

(7.6.1)

Для однородного линейного проводника выразим R через ρ:

,

(7.6.2)

ρ – удельное объемное сопротивление; [ρ] = [Ом·м].

      Найдем связь между ив бесконечно малом объеме проводника –закон Ома в дифференциальной форме.

      В изотропном проводнике (в данном случае с постоянным сопротивлением) носители зарядов движутся в направлении действия силы, т.е. вектор плотности тока и вектор напряженности поляколлинеарны (рис. 7.6).

Рис. 7.6

      Исходя из закона Ома (7.6.1), имеем:

      А мы знаем, что или. Отсюда можно записать

,

(7.6.3)

      это запись закона Ома в дифференциальной форме.

Здесь –удельная электропроводность.

Размерность σ – [].

      Плотность тока можно выразить через заряд электрона е, количество зарядов n и дрейфовую скорость :

.

      Обозначим , тогда;

(7.6.4)

Теперь, если удельную электропроводность σ выразить через е, n и b: то вновь получим выражениезакона Ома в дифференциальной форме:

.

З-н Джоуля-Ленца в дифф. Форме:

Мощность тепловых потерь в проводнике равна произведению тока и напряжения:

Если рассмотреть в проводящей среде элемент объема dV (рис. 2.4), то мощность, которая тратится в этом объеме на тепловые потери, будет равна:

откуда

(2.9)

Следовательно, в единице объема проводящей среды в единицу времени выделяется энергия, численно равная gЕ2.

Классич. Теория проводимости:

В отсутствии внешнего электрического поля электроны проводимости совершают хаотическое тепловое движение со средней квадратичной скоростью vкв., зависящей от температуры металла (vкв ~ √Т). Когда к металлу приложено внешнее электрическое поле, электроны проводимости начинают двигаться со средней скоростью vср., пропорциональной напряженности электрического поля Е, образуя электрический ток. Эта скорость пренебрежимо мала по сравнению со средней квадратичной скоростью, поэтому во всех расчетах, связанных со столкновениями электронов проводимости с решеткой, скоростью движения электронов считают среднюю квадратичную скорость vкв. С точки зрения электронной теории сопротивление металлов обусловлено соударениями электронов проводимости с ионами кристаллической решетки. С ростом температуры сопротивление металлических проводников увеличивается, так как, чем выше температура, тем интенсивнее колебания кристаллической решетки и тем чаще электроны сталкиваются с ними. Экспериментально установлено, что зависимость сопротивления чистых металлов от температуры выражается формулой R = Ro (1 + αt). Коэффициент пропорциональности α называют температурным коэффициентом сопротивления (α > 0).  В 1911 г. голландский физик Камерлинг-Оннес обнаружил, что при температурах, близких к абсолютному нулю, сопротивление некоторых химически чистых металлов (например, цинка, алюминия, олова, ртути, свинца), а также ряда сплавов скачком падает до нуля. Это явление получило название сверхпроводимости. Это явление не может быть объяснено на основе классической электронной теории проводимости. Объяснение этому явлению дает только квантовая механика. Классическая электронная теория проводимости оказалась не в состоянии объяснить зависимость сопротивления металлов от температуры (т.к. согласно этой теории R~√Т, на практике R~Т.

studfiles.net

Занятие 01. Простейшая электрическая цепь

Простейшая электрическая цепь состоит из источника электрического тока и потребителя. Возьмем, например, в качестве источника обычную батарейку, а в качестве потребителя обычную лампочку. Если лампочку и батарейку соединить проводниками параллельно, то лампочка загорится. Конечно при этом должно соблюдаться условие, что рабочее напряжение лампочки соответствует рабочему напряжению батарейки. В данном примере напряжение равно 1,5 вольта.

Для того, чтобы цепь можно было разрывать тогда, когда нам удобно - в один из проводников добавим выключатель.

Итак, на первом рисунке вы видите схематичное изображение простейшей электрической цепи, состоящей из источника питания (батарейки), потребителя (лампочки) и устройства для разрыва цепи (выключателя). На следующем рисунке туже самую цепь мы изобразим в виде чертежа.

Соединительные провода на чертеже обозначаются обычными линиями. Вверху чертежа кружок со скещенными линиями обозначает лампочку. Внизу батарейка обозначается двумя линиями, отображенными перпендикулярно к соединительным проводам. Одна линия короче (это отрицательный полюс), другая длиннее (это положительный полюс). Линии изображены параллельно друг другу и не соприкасаются, т.к. между отрицательным и положительным полюсом должна быть среда или пространство, не проводящее электрический ток.

Когда цепь замкнута (выключатель включен), то ток идет от отрицательного полюса к положительному. Лампочка также является проводником тока, но у неё в отличие от обычных проводников в результате нагрева спираль светится и создается эффект свечения. Как только мы размыкаем цепь (выключатель отключен) электроны останавливаются и эффект свечения прекращается.

Сама батарейка состоит из электролита и воткнутых в него электродов, к которым подключаются электрические провода. Внутри электролита протекает химическая реакция, в результате которой между электродами возникает разность потенциалов, которая называется "напряжение разомкнутой цепи". Отрицательный электрод по-отношению к электролиту называется "окислителем". Окислитель принимает электроны из электролита. Положительный электрод по-отношению к электролиту называется "восстановитель". Восстановить отдает электроны электролиту. Электроды различаются тем, что состоят из разных металлов. К примеру, отрицательный электрод изготавливают из цинка или лития. Положительный электрод представляет собой смесь оксида марганца, графита и ацетиленовой сажи. Сама химическая реакция в батарейке не может происходить вечно и прекращается, когда потенциал её компонентов заканчивается. В этом случае батарейка называется "разряженной" и она теряет способность вырабатывать электрический ток.

На третьем рисунке мы видим, как эта конструкция выглядит по-настоящему. Конечно это учебная схема и в быту схемы немного сложнее и источником питания чаще всего служат не батарейки, а ток, который поступает к нам в квартиры и в офисы по линиям электропередач от электростанций, вырабатывающих электроэнергию.

В квартире источником электрической энергии служат розетки напряжением 220В. К ним подключаются электроприборы, они могут не только просто светиться как лампочка, но и выполнять более сложные функции, например, телевизор, компьютер, микроволновая печь, утюг и множество других устройств, которыми мы пользуемся в поседневной жизни.

По линиям электропередач чаще всего передается не постоянный, а переменный ток, т.к. переменный ток более приспособлен для передачи электроэнергии на большие расстояния. Напряжение в сетях линий электропередач так же значительно выше, чем в батарейке и может быть опасно для жизни, если с ним обращаться неосторожно.

В общем случае электроэнергия, вырабатываемая электростанцией передается на большие расстояния в города и регионы. При подходе к городу линия электропередачи подключена к трансформаторной подстанции, которая понижает напряжение линии и передает электроэнергию дальше вглубь города или района к распределяющим подстанциям, которые в свою очередь передают электроэнергию конечным потребителям.

У конечных потребителей, как правило, установлена трансформаторная подстанция, понижающая напряжение 6-10кВ до 220В, провода из неё уже заводятся в помещения, квартиры, офисы, цеха, мастерские и другие объекты. На входе в квартиру или другое помещение чаще всего устанавливают счётчики электрической энергии, благодаря которым оценивается расход электроэнергии и начисляется оплата за неё.

И если применить нашу простейшую электрическую цепь в квартире, то она будет выглядеть примерно так, как на следующем рисунке. Здесь потребителем является лампочка 220В, которая получает питание от розетки. Выключатель в данном случае можно не использовать, т.к. разъдинителем цепи здесь является вилка и розетка.

Контрольные вопросы по теме

Итак, мы рассмотрели общую схему электроснабжения и простейшую электрическую цепь. Все наши последующие темы будут посвящены более подробному изучению материала, который мы вкратце сейчас рассмотрели.

Проверьте себя, насколько хорошо вы усвоили прочитанный материал, ответив на контрольные вопросы:

1. Нарисуйте схему простейшей электрической цепи.

2. За счет чего в замкнутой цепи возникает ток?

3. За счет чего батарейка вырабатывает электрический ток?

4. Нарисуйте упрощённую схему прохождения электроэнергии от электростанции потребителю.

uc-mrsk-ural.ru

Простая электрическая цепь - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Простая электрическая цепь

Cтраница 1

Простая электрическая цепь состоит из источника и приемника электрической энергии.  [1]

Схема простой электрической цепи с включением измерительных приборов показана на рис. 18.6. Напомним, что за направление тока во внешней цепи принимают движение положительных зарядов от положительного полюса к отрицательному ( см. § 18.2), а во внутренней - от отрицательного полюса к положительному, хотя электроны в металлах движутся в обратную сторону.  [3]

Следовательно, простая электрическая цепь состоит из источника электрической энергии, потребителя, подводящих проводов и выключателя.  [4]

Третьим примером простых электрических цепей может служить.  [5]

Переходные процессы в простых электрических цепях с сосредоточенными и распределенными постоянными излагаются в курсах общей электротехники. Здесь мы рассмотрим переходные процессы в более сложных электрических системах: полосовых фильтрах и многокаскадных резонансных усилителях.  [6]

На рис. 8.13 показана простая электрическая цепь, состоящая из изогнутой сверхпроводящей пластины, замыкающей источник постоянного тока. При увеличении внешнего магнитного поля транспортный ток / t стремится уменьшиться. Чтобы ток остался неизменным, на клеммах источника должно появиться напряжение V. Для вычисления величины V заметим, что на линии электрического центра пластины электрическое поле по определению равно нулю. Поэтому напряжение, которое возникает при изменении магнитного потока через замкнутый контур, образованный линией электрических центров и источником тока, целиком сосредоточено на последнем. Предположим, что амплитуда Вт переменного поля значительно превышает поле проникновения в пластину.  [8]

В чем заключается свойство простой электрической цепи.  [9]

Закон Ома действителен для простой электрической цепи. В сложной электрической цепи состоящей из двух, трех или большего числа контуров, по каждому из них проходят разные токи. Расчет сложных цепей проводится по законам Кирхгофа.  [10]

Закон Ома действителен лишь для простой электрической цепи, по которой проходит одинаковый ток. В сложных цепях в отдельных ветвях токи разные, поэтому сложные цепи рассчитываются при помощи законов Кирхгофа. В этом параграфе мы будем применять эти законы при расчете сложных цепей.  [11]

Очевидно, что никакая, даже наиболее простая электрическая цепь не может быть выполнена боа применения материалов как проводниковых, так и электроизоляционных. Назначение электрической изоляции сводится прежде всего к тому, чтобы воспрепятствовать прохождению тока путями, нежелательными для работы данной электрической цепи.  [12]

Очевидно, что никакая, даже наиболее простая электрическая цепь не может быть выполнена без применения как проводниковых, так и электроизоляционных материалов. Назначение электрической изоляции сводится прежде всего к тому, чтобы воспрепятствовать прохождению тока путями, нежелательными для работы данной электрической цепи.  [13]

Для питания ячейки при электролизе используют простую электрическую цепь постоянного тока с источником питания, потенциометром, вольтметром и амперметром, по показаниям которых контролируют волну восстановления. Ток, пропускаемый через ячейку ЭХГ, обычно порядка 10 - 6 - 10 - 5 а. Сигналы ЭХГ радикал-ионов обыкновенно появляются спустя примерно 10 мин.  [14]

Выше были рассмотрены процессы включения в простых электрических цепях, составляющих в различных сочетаниях сложные цепи электрических машин. При исследовании переходных процессов в электрических машинах во многих случаях находят применение изложенные выше основные положения преобразования Лапласа и операторного исчисления. Необходимо отметить, что выше были рассмотрены лишь простейшие случаи применения этих математических методов; более подробные сведения, касающиеся этой расчетной методики, даются в соответствующей специальной литературе.  [15]

Страницы:      1    2    3

www.ngpedia.ru

---

• 
  Двигатель внутреннего
• 
  Классификация контейнеров для перевозки грузов
• 
  Классификация контейнеров для перевозки грузов
• 
  Простейшая электрическая цепь
• 
  Плита трамбовочная
• 
  Простейшая электрическая цепь
• 
  Основы теплопередачи
• 
  Плита трамбовочная
• 
  Основы теплопередачи
• 
  Плита трамбовочная
• 
  Маз 4371 технические характеристики