Электрическая схемы является моделью электрической цепи

1.3.Электрическая схема, топология электрической цепи

Кроме понятия электрической цепи в инженерной практике ши­рокое распространение нашел термин «электрическая схема». В теории цепей схемой называют графическое изображение элект­рической цепи. Элементам схемы соответствуют активные и пас­сивные элементы электрической цепи.

В микроэлектронике понятие электрической цепи и электронной схемы часто отождествляют между собой. Так, микросхемой (инте­гральной схемой) называют интегральную электрическую цепь, со­держащую сотни и тысячи простейших активных и пассивных эле­ментов. Чтобы не ломать сложившуюся традицию, будем использо­вать термин «электрическая схема» или просто «схема» применительно

к графическому изображению электрической цепи или элек­тронной схемы и термины «электрическая цепь» или «электронная (микроэлектронная, интегральная) схема» применительно к моде­лям реальных физических электрических или электронных уст­ройств.

Для анализа электрических цепей в последнее время все боль­шее распространение находят матрично-топологические методы. В их основе лежит представление электрической схемы с помощью графа цепи. Графом цепи называют геометрическую систему линий (ветвей), соединяющих заданные точки (узлы). Если ветви графа ориентированы по направлению токов ветвей, то граф называется ориентированным (направленным). На рис. 1.11, а изображена электрическая схема и ее ориентированный (рис. 1.11, б) граф. Граф содержит всю информацию о геометрической структуре схемы.

Простым узлом называют место соединения зажимов двух эле­ментов (рис. 1.12, «), а сложным — место соединения зажимов трех и более элементов (рис. 1.12, б).

Ветвью называют часть цепи, включенной между двумя узлами, через которые она обменивается энергией с остальной цепью. Ветви, подсоединенные к одной паре узлов, образуютпараллель­ное соединение (рис. 1.12, в).

Последовательно соединенные ветви, связывающие два задан­иях узла образуют простой путь, если в нем нет повторяющих Узлов. Например, между узлами 1 и 4 (рис. 1.11, б) простой путь

Читать так же:  Обратная задача расчета неразветвленной магнитной цепи

образуется ветвями 3, 5 или 3, 4 и т. д. Замкнутый путь называет­ся контуром (рис. 1.12, в).

Подграфом называют часть графа. Подграф является связным, если любые его два узла связаны, т. е. соединены ветвями.

Деревом графа называют связный подграф, содержащий все узлы, но не содержащий ни одного контура (рис. 1.13). Ветви де­рева называют ребрами (на рис. 1.13 показаны сплошными ли­ниями).

В теории графов доказывается, что число ветвей дерева, со­держащего «у узлов, определяется уравнением

Совокупность ветвей не входящих в состав дерева, образует его дополнение (на рис. 1.13 помечено штриховыми линиями). Ветви дополнения называют хордами. Можно показать, что число хорд

где пв общее число ветвей исходного графа.

Сечением графа называют минимальное множество ветвей, уда­ление которых разбивает граф на две несвязанных части (под­графы). На рис. 1.11, 6 показан пример двух сечений, образован­ных ветвями 1, 2, 4, 5 (по линии А—А) и 3, 6 (по линии В—В). Добавление любой из ветвей сечения делает граф связным. Обычно сечение изображают в виде замкнутой линии, рассекающей граф цепи на несвязанные компоненты. Сечение, «рассекающее» только одну ветвь дерева, называют главным сечением. Причем, каждому

дереву соответствует своя совокупность главных сечений (рис. 1.13, сечения S1, S2, S3). Число главных сечений равно чис­лу ветвей дерева (1.14).

Аналитически граф можно описать с помощью структурной матрицы Ас (матрицы соединений, инциденций), представляющей собой прямоугольную таблицу с числом столбцов, равным числу ветвей, и числом строк, равным числу узлов. Если положительное направление тока в ветви l выбрать от узла k, то элементы струк­турной матрицы аи определяются из условия:

Анализ матрицы Ас: показывает, что сумма элементов каждого ее столбца равна нулю. Это является следствием зависимости од­ной из строк, поэтому ее можно исключить из Аc. Узел, строка ко­торого исключается, называют базисным, а матрица Аo, обра­зующаяся при этом, редуцированная.

Кроме матрицы Ас при анализе электрических цепей используется матрица сечений С, представляющая собой таблицу со строками, соответствующими сечениям графа и столбцами — его ветвями. Если за положительное направление принять направление ветви внутрь области, охваченной сечением, то элементы Матрицы сечений сы определяются следующим образом:

Матрицей контуров В называют таблицу, с числом строк равным числу независимых контуров, и числом столбцов равным числу вет­вей. Элементы матрицы контуров определяются по правилу

Число независимых контуров определяется числом хорд графа , (1.15).

Источник

1.2. Электрическая цепь и ее элементы

Электрическая цепьсовокупность устройств (элементов), предназначенных для направленного движения электрических зарядов (электрического тока) и связанных с ним электромагнитных процессов.

Электрическая цепь служит для генерирования, передачи и преобразования электрической (электромагнитной) энергии и сигналов.

Основные элементы электрической цепи – источники, приемники и линии передачи.

Источник электрической энергии и сигналовустройство, преобразующее различные виды энергии неэлектромагнитной природы в электромагнитную (гальванический элемент, аккумулятор, электромеханический генератор).

Приемник электрической энергии и электрических сигналовустройство, преобразующее электрическую энергию в другие виды энергии (электротермические устройства, электрические лампы, резисторы, электрические двигатели).

Линия передачи электрической энергии и электрических сигналов – проводники (материалы, среды, имеющие свободные заряды) и электромагнитные поля, с помощью которых осуществляется передача электрической энергии и сигналов от источников к приемникам.

Кроме того, элементами электрической цепи могут быть преобразовательные, коммутационные и измерительные устройства (приборы).

Преобразователь электрической энергииустройство, преобразующее параметры (напряжение, ток, их форму, величину, частоту) электромагнитной энергии (трансформаторы, выпрямители, инверторы, преобразователь частоты).

Коммутационные устройства предназначены для изменения режима работы электрической цепи: отключение и включение источников, приемников, изменения параметров участков цепи. Это контакторы, переключатели, выключатели, разъединители.

Измерительные устройстваприборы для измерения различных параметров электромагнитных процессов, протекающих в электрической цепи (амперметры, вольтметры, ваттметры и т.д.).

Схема электрической цепиграфическое изображение электрической цепи, содержащее условные изображения ее элементов и показывающее соединение этих элементов.

ЕСКД «Обозначения условные графические в схемах». ГОСТ 2.721-74 – 2.758-81.

Приемники, источники:

–элемент гальванический;

–лампа накаливания;

–генератор постоянного тока электромеханического типа;

–резистор;

–потенциометр;

–реостат;

–катушка индуктивности;

–конденсатор.

Коммутационные устройства:

–нормально разомкнутый контакт;

–нормально замкнутый контакт;

–переключающий контакт.

Показывающие приборы (A, V, W):

Преобразовательные устройства:

–воздушный трансформатор;

–диодный мост (двухполупериодный выпрямитель);

–инвертор.

Принципиальная схема электрической цеписхема электрической цепи, изображающая соединение реальных элементов этой цепи.

Пример. Простейшая электрическая цепь – гальванический элемент, соединенный с лампой накаливания через выключатель с помощью соединительных проводов. Для измерения напряжения и тока в цепь включены вольтметр и амперметр.

Функциональная (структурная, блок-схема) – схема электрической цепи, изображающая соединение отдельных блоков сложной электрической цепи, выполняющих определенные функции (усиление, выпрямление, инвертирование т.д.)

Двухполюсникчасть электрической цепи, которая рассматривается относительно двух каких-либо зажимов.

Четырехполюсникчасть электрической цепи, имеющая два входных и два выходных зажима.

Активная цепьчасть электрической цепи, в которой действуют источники электрической энергии.

Пассивная цепьчасть электрической цепи, в которой нет источника электрической энергии.

Схема замещения электрической цепи

Ни функциональная, ни принципиальная схемы электрических цепей не отражают количественную сторону электромагнитных процессов, которые имеют место в элементах цепи и которые определяют режим работы этой цепи независимо от конструкции и физической природы этих элементов.

Схема замещения(расчетная математическая модель, эквивалентная)электрической цеписхема электрической цепи, изображающая соединения абстрактных, идеальных элементов, с достаточным приближением отображающих электромагнитные процессы в электрической цепи.

В теории электрических цепей реальные элементы, из которых составляется электрическая цепь, заменяются абстрактными идеальными элементами с определенными свойствами.

Какие же это элементы? И какие электромагнитные процессы они отражают?

Источник

Оцените статью
Всё о бурение