Особенности элементов электрической цепи

Основные законы. Элементы и параметры электрических цепей Электрическая цепь

Электрической цепью называется совокупность элементов и устройств, предназначенных для создания, передачи и потребления электрической энергии. Электрическая цепь содержит источники и потребители электрической энергии, а также промежуточные элементы и устройства.

Источниками электрической энергии являются устройства, преобразующие различного вида энергию в электрическую (химические, механические, термические, световые и пр.).

Приемниками электрической энергии являются устройства, преобразующие электрическую энергию в другой вид энергии.

Промежуточные элементы и устройства служат для передачи электрической энергии от источников к приемникам. В зависимости от назначения они либо непосредственно передают электрическую энергию с параметрами источника (провода, коммутационная аппаратура), либо преобразуют ее в энергию с другими параметрами (трансформаторы, выпрямители, инверторы и пр.). В зависимости от рассматриваемых процессов в той или иной части электрической цепи промежуточные элементы и устройства можно рассматривать частью как источников, так и потребителей электрической энергии (трансформаторы, выпрямители, инверторы и т.д.).

Положительные направления токов и напряжений

Электрический ток вызывается изменением (переносом) заряда и равен скорости изменения этого заряда:

, (1.1)

где: q – электрический заряд.

Электрическому току задается направление.В общем случае токпредставляетсобой движение носителей зарядов обоих знаков в разные стороны, но принято положительным считать ток, обусловленный перемещением положительных зарядов.

Единицей измерения тока в системе СИ принят ампер (А) – величина не изменяющегося тока, который, проходя по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади сечения, расположенным на расстоянии 1м один от другого в вакууме, вызывает между этими проводниками силу, равную 210 -7 Ньютонов на каждый метр длины. Соответственно заряд q, согласно (1.1), измеряется в A*c. Такая единица заряда называется кулоном (Кл). [Кл] = [Ас].

Электрический ток может быть неизменным во времени или изменяющимся. Первый принято называть постоянным током, а цепи, в которых протекают только постоянные токи – цепями постоянного тока.

Постоянные токи обозначаются заглавными буквами латинского алфавита (I), мгновенные значения – строчными (i).

Одной из основных задач электротехники является определение реальных токов в электрической цепи, которые, как правило, заранее неизвестны. Чтобы решить эту задачу, выбирают положительные направления токов. Положительное направление тока выбирается произвольно и указывается стрелкой. Если в результате расчета ток получен отрицательным, значит он направлен в противоположную сторону.

Изобразим некоторый элемент электрической цепи (рис. 1.1), через который протекает ток I. Концы участка обозначим цифрами 1 и 2. Условимся, что положительное направление тока от точки 1 к точке 2.

Разность электрических потенциалов между точками 1 и 2 носит название напряжения на данном участке, которое определяется работой, затрачиваемой на перенос положительного единичного заряда из точки 1 в точку 2.

Мгновенные значения напряжения принято обозначать буквой u, постоянное напряжения – U. Единицей напряжения является вольт (В).

Согласно определению размерность вольта (Ньютонометр /Амперсекунда):

Положительное направление напряжения совпадает с положительным направлением тока. На рис. 1.1.

(_и _соответственно потенциалы точек 1 и 2). Напряжение, отсчитываемое в обратном направлении, имеет противоположный знак.

Источник

1.2. Электрическая цепь и ее элементы

Электрическая цепь – совокупность 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 сигналов – устройство, преобразующее различные виды энергии неэлектромагнитной природы в электромагнитную (гальванический элемент, аккумулятор, электромеханический генератор).

Приемник электрической энергии и электрических сигналов – устройство, 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 энергии – устройство, 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 устройства – приборы для измерения различных параметров электромагнитных процессов, протекающих в электрической цепи (амперметры, вольтметры, ваттметры и т.д.).

Схема электрической цепи – графическое 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 цепи – схема 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.)

Двухполюсник – часть электрической цепи, которая рассматривается относительно двух каких-либо зажимов.

Четырехполюсник – часть электрической цепи, имеющая два входных и два выходных зажима.

Активная цепь – часть электрической цепи, в которой действуют источники электрической энергии.

Пассивная цепь – часть 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 цепи–схема 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