1.2. Простейшая электрическая цепь, ее параметры. В электрической цепи напряжение

Электрические цепи. Виды и составные части. Режимы работы

Различные элементы, соединенные проводниками электрического тока между собой, образуют электрические цепи. Перечень компонентов цепи может быть довольно большим. Существуют разные виды элементов цепи электрического тока: пассивные и активные, линейные и нелинейные и много других. Всю классификацию перечислить очень трудно.

Виды и составные части

Для работы цепи необходимо наличие соединительных проводников, потребителей, источника питания, выключателя. Контур цепи должен быть замкнут. Это является обязательным условием работы электрической цепи. Иначе ток в цепи протекать не будет. Не все контуры считаются электрическими цепями. Например, контуры зануления или заземления ими не признаются, так как в обычном режиме в них нет тока. Однако, по принципу действия они также являются электрическими цепями, так как в аварийных случаях в них протекает ток. Контур заземления и зануления замыкается с помощью грунта.

Внутренние и внешние электрические цепи

Для создания упорядоченного движения электронов, нужно наличие разности потенциалов между каким-либо участком цепи. Это обеспечивается при подключении напряжения в виде источника питания. Он называется внутренней электрической цепью. Остальные компоненты цепи образуют внешнюю цепь. Для задания движения зарядов в источнике питания против направления поля требуется приложить сторонние силы.

Такими силами могут выступать:

• Выход вторичной обмотки трансформатора.• Батарея (гальванический источник).• Обмотка генератора.

Напряжение в цепи может быть, как постоянным, так и переменным, в зависимости от свойств источника питания. По этому признаку в электротехнике электрические цепи разделяют на контуры цепей. Такое объяснение вида цепи упрощенное, так как закон изменения движения электронов намного сложнее.

Кроме упорядоченного движения, электроны задействованы в хаотичном тепловом движении. Чем выше температура материала, тем больше скорость хаотичного движения носителей заряда. Однако, такой вид движения не участвует в создании электрического тока.

От источника питания зависит и род тока, то есть свойства внешней цепи. Батарея элементов выдает постоянное напряжение, а разные обмотки генераторов или трансформаторов выдают переменное напряжение. Это зависит от внутренних процессов в источнике питания.

Внешние силы, создающие движение электронов, называются электродвижущими силами, которые характеризуются работой, выполненной источником для перемещения единицы заряда, измеряется в вольтах.

Практически в расчетах цепей применяют два класса источников питания:

1. Источники напряжения.
2. Источники тока.

В реальности такие идеальные источники не существуют, но практически их пытаются имитировать. В бытовой сети мы имеем напряжение 220 вольт с определенными нормированными отклонениями. Это является источником напряжения, так как норма дана именно на этот параметр. Значение тока не играет большой роли. На электростанции круглосуточно поддерживается постоянная величина напряжения, независимо от запросов.

Источник тока действует по-другому. Он поддерживает определенный закон движения электронов, а величина напряжения не имеет значения. В пример можно привести сварочный аппарат. Для нормального хода сварки необходимо поддерживать постоянное значение тока. Эту функцию выполняет инверторный электронный блок.

Сеть питания может быть, как переменной, так и постоянной. Это не играет большой роли. Важнее выдержать, например, параметр ЭДС.

Обозначения компонентов электрической цепи

Выключатель

Это устройство позволяет соединить потребитель с источником питания. При пользовании выключателем, на его контактах образуется искра. Она возникает из-за наличия емкостного сопротивления. Чтобы избежать искрения, в электрическую цепь добавляются дроссели, а в выключатель устанавливают контакты специального вида. Электрические цепи могут иметь и другие решения для предотвращения возникновения искры.

Проводники

Электрические провода чаще всего производят из алюминия или меди. Это объясняется низким удельным сопротивлением этих металлов, хотя стоимость их в последнее время повышается. На проводах при работе выделяется тепло, которое зависит от двух параметров:

• Электрического тока.
• Сопротивления участка цепи.

Электрический ток определяется необходимостью потребителя, поэтому изменять можно только удельное сопротивление, которое должно быть как можно ниже. Все металлы при уменьшении температуры уменьшают сопротивление, в результате чего снижаются потери энергии. Если взять полупроводники, то среди них есть образцы с отрицательным и с положительным температурным коэффициентом сопротивления. Если сравнивать абсолютные значения сопротивления, то у металлов оно намного меньше.

Потребители

Все остальные компоненты электрической цепи, кроме перечисленных выше, считаются потребителями. Полезной нагрузкой является простая лампа накаливания, электродвигатель, нагревательное устройство. Параметры цепи слишком зависят от потребителей. Электрические цепи имеют обмотки трансформаторов, которые обладают большим индуктивным сопротивлением. Это отрицательно влияет на передачу электричества от источника.

Направление кроме тока может изменять и мощность. При этом энергия циркулирует в одну и в другую сторону. Такая мощность называется реактивной, и не выполняет полезной работы. Однако, она нагревает проводники и изменяет форму электрического сигнала. Поэтому в промышленных условиях целесообразно к электродвигателям параллельно подключать конденсаторы, которые будут компенсировать сопротивление с индуктивностью. В результате реактивная мощность замкнется внутри двигателя, и не выделит чрезмерного тепла в проводах.

Индуктивные потребители имеют важное свойство: они расходуют электроэнергию, которая превращается в магнитное поле и передается дальше.

В электронике существует множество разнообразных потребителей, которые можно разделить на классы:

• Активные потребители. Для своего функционирования им требуется наличие электрической энергии. От основной сети они практически не работают. К ним относятся транзисторы, микросхемы, тиристоры и много других видов, являющихся своеобразными электронными ключами. Электродвигатели имеют отличие в том, что работают непосредственно из сети питания.

• Пассивные потребители не нуждаются во внешнем источнике питания. Они пропускают через себя электрический ток особым образом. Например, полупроводники (тиристоры) начинают пропускать ток только при достижении определенной величины напряжения. Значит, они являются пассивными потребителями, и имеют нелинейные свойства пропускания тока. К таким же видам можно причислить диоды, пропускающие ток только в одну сторону. Другими словами, они имеют свойства вентиля. Также пассивными потребителями являются различные дроссели, конденсаторы, сопротивления. При наличии этих компонентов электрические цепи обретают необычные свойства. Например, контуры резонанса, состоящие из катушек и емкостей, применяют в виде фильтров для разной частоты волн.

Режимы электрической цепи

При подключении разного числа потребителей к источнику питания изменяется мощность, напряжение и ток, вследствие чего возникают различные режимы работы в цепи, и соответственно, компонентов, включенных в нее. Практически можно представить схему цепи в виде пассивного и активного двухполюсника. Это электроцепи, соединенные с внешней частью двумя выводами с разной полярностью.

Особенностью активного двухполюсника является наличие источника электрического тока, у пассивного двухполюсника его нет. Популярными стали схемы замещения пассивных и активных элементов во время работы. Вид режима работы определяется свойствами элементов цепи.

Холостой ход

Это режим при отключенной нагрузке от питания при помощи ключа. В этом случае ток в цепи равен нулю. Напряжение достигает уровня ЭДС. Элементы цепи не работают.

Короткое замыкание

В этом случае выключатель на схеме замкнут, сопротивление равно нулю, соответственно, напряжение также равно нулю.

При применении двух рассмотренных режимов определяются свойства активного двухполюсника. При изменении тока в некоторых границах, зависящих от элемента цепи, нижняя граница всегда равна нулю. Этот элемент цепи начинает выдавать энергию в цепь. Также нужно знать, что если напряжение ниже нуля, это значит, что резисторами активного двухполюсника расходуется энергия источника, связанного по цепи, а также резерв самого прибора.

Номинальный режим

Такой режим необходим для создания технических свойств всей цепи и отдельных компонентов. В этом режиме свойства близки к величинам, указанным на компоненте, или в инструкции. Нужно учесть, что каждый прибор имеет свои параметры. Однако, три главных показателя есть у всех устройств – это напряжение, мощность и номинальный ток. Все компоненты электрических цепей также имеют эти показатели.

Согласованный режим

Этот режим применяется для создания наибольшей передачи активной мощности, передаваемой источником питания к потребителю. Когда производится работа в этом режиме, необходимо быть осторожным, во избежание выхода из строя части цепи.

Основные элементы цепи

Они применяются в сложных устройствах для проверки работоспособности.

• Ветвь. Это участок цепи с током одинаковой величины. Ветвь может иметь несколько последовательно соединенных элементов.• Узел. Это место соединения нескольких ветвей.• Контур. Это любой замкнутый участок цепи, имеющий несколько ветвей.

electrosam.ru

1.2. Простейшая электрическая цепь, ее параметры

Электрической цепью называют совокупность соединенных друг с другом источников и приемников электрической энергии, по которым может протекать электрический ток.

Простейшая электрическая цепь состоит из источника, одного или нескольких последовательно соединенных приемников электрической энергии (нагрузок, потребителей) и соединительных проводов(рис. 1.2). Рис. 1.2

Источник питания образует внутреннюю часть цепи, а потребитель – совместно с соединительными проводами, измерительными приборами и коммутирующими аппаратами – внешнюю часть цепи.

Когда внешняя и внутренняя части цепи образуют замкнутый контур, в цепи возникает электрический ток.

Величина, или сила тока определяется количеством электричества (зарядом), проходящим через поперечное сечение проводника в единицу времени:

I=,А - для постоянного тока; ί=,А - для переменного тока.

Прохождение электрического тока в цепи связанно с процессами непрерывного преобразования энергии в каждом из ее элементов.

В процессе преобразования других видов энергии в электрическую в источнике питания возбуждается ЭДС Е,В.

Внешняя цепь и сам источник энергии обладают сопротивлением для прохождения электрического тока.

Физическая природа омического сопротивления R – тепловое движение атомов и молекул тела (сверхпроводимость). Величина сопротивления зависит от материала, формы и размеров проводника:

R = , Ом. (1.8)

Величина, обратная сопротивлению, называется проводимостью:

=, См. (1.9)

ЭДС Е напряжение U, ток I, сопротивление R в простейшей цепи связаны законом Ома:

I=. (1.10)

Для цепи на рис. 1.2:

I= . (1.11)

Из (1.11) следует уравнение электрического состояния цепи (рис.1.2):

Е=I R0+I R= I R0+U; (1.12)

Е=U+I·R0. (1.13)

Из (1.13) следует, что Е >U на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении:I R0.(1.14)

На основании определения напряжения, как работы по перемещению заряда +1 можно записать:

А=Uq=UIt; (1.15)

P==UI, (1.16)

где А– работа тока,Дж;Р– мощность тока, Вт.

Если в участке цепи электрическая энергия превращается только в тепло, то формулы (1.15) и (1.16) можно записать иначе (заменой U=I R):

А=I2RtиP=I2R.

Это закон Джоуля – Ленца (коэффициент 0,24 принимается для перевода АизДжвкал).

Для расчета цепей выбирается условно положительное направление Е, U, Iи оно обозначается стрелкой (рис. 1.3).

Рис. 1.3 Е направлено внутри источника от (-) к (+) [1].

Ток в простейшей цепи совпадает по направлению с ЭДС. В сложной цепи направление тока в какой-то ветви всегда неочевидно до расчета, поэтому оно выбирается произвольно. Стрелка напряжения Uнаправляется от точек более высокого потенциала к точкам более низкого.

1.3. Режимы работы электрической цепи постоянного тока

Наиболее характерными является 4 режима: номинальный, холостого хода, короткого замыкания и согласованный.

1. Номинальный режим источников и приемников в электрической цепи характеризуется тем, что напряжения, токи и мощности их соответствуют тем значениям, на которые они рассчитаны заводами изготовителями.

2. Режим холостого хода. Ток источников и приемников равен нулю (I=0).

3. Режим короткого замыкания. Напряжение на участке равно нулю (Uкз=0), приемник шунтован очень малым сопротивлениемR→0.

4. Согласованный режим – когда пассивный элемент внешней цепи работает с максимальной мощностью при данном источнике.

Легко получить условия согласованного режима. Запишем уравнение электрического состояния простейшей цепи (рис. 1.1):

Е=U+R0I , где U=I·R. (1.17)

R– сопротивление внешней цепи,

R0– сопротивление источника.

Умножим (1.17) на I:

EI = UI + R0I2,

или

P1=P2+P0,

где

Р1– мощность источника,

Р2–мощность передаваемая во внешнюю цепь,

Р0– мощность потерь внутреннего источника.

Р2=UI= RI2=R– имеет максимум,

когда величина:– максимальна т.е.:

,

или

(R0+R)2–2R(R0+R)=0, R0+R–2R=0, R=R0 .

Следовательно, внешняя цепь и источник работают в согласованном режиме при R=R0.

Кпд в согласованном режиме равен:

η====0,5.

С цепями согласованного режима приходится иметь дело тогда, когда низкий кпд не имеет решающего значения из-за малой мощности цепи и когда вопрос максимальной мощности в нагрузке преобладает над соображениями экономического порядка.

studfiles.net

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

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:

1. Обмотка генератора.
2. Гальванический источник питания (батарейка).
3. 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.

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.

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:

1. Источники напряжения (ЭДС).
2. 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.

Элементы цепи

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.

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:

1. 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.
2. 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.

vashtehnik.ru

Элементы электрической цепи

electric-220.ru

Связь между напряжением и током в основных элементах электрической цепи

Рассмотрим элементы электрической цепи (резистор, конденсатор, катушку индуктивности), считая их параметры сопротивление,емкость ииндуктивность известными, не зависящими от тока и напряжения, то есть будем анализировать линейную электрическую цепь. Установим для этих элементов связи между напряжениеми током.

Резистор.

Протекающий по резистору ток и напряжение на его зажимах связаны законом Ома

где проводимость резистора, [] = 1/ Ом = См.

Конденсатор.

Известно, что зарядконденсатора связан с напряжениемсоотношением. Учитывая, что, получим

где напряжение на конденсаторе в начальный момент времени.

Катушка индуктивности.

Потокосцепление самоиндукциисвязано с токомсоотношением. Учитывая, что э.д.с. самоиндукциии напряжение на зажимах катушки, получим

где .

При анализе процессов в электрической цепи бывает трудно заранее указать реальные направления токов, поэтому их задают произвольно и называют условными положительными направлениямитоков. Условные положительные направления обозначают стрелками. Если полученный в результате расчета ток в некоторый момент времени имеет отрицательное значение, то это означает, что реальное направление тока в этот момент времени противоположно условно выбранному.

Принято, что условные положительные направления напряжения и э.д.с. самоиндукции на основных элементах электрической цепи совпадают с условными положительными направлениями тока. В этом случае всегда выполняются установленные связи между напряжениями и токами на основных элементах (табл.3.1), а параметры ,,положительны.

Таблица 3.1

Направления тока и напряжения могут задаваться не только стрелками, но и индексами.

Источники э.Д.С. И источники тока

Источники электрической энергии в электрических цепях рассматриваются как источники э.д.с. и источники тока.

Источник э.д.с.  это источник электромагнитной энергии, напряжение на зажимах которого не зависит или мало зависит от тока, идущего от источника к нагрузке (приемнику). В общем случае, в источнике происходит потеря энергии, пропорциональная квадрату тока. Коэффициент пропорциональности называетсясобственным внутренним сопротивлением источника.

Рассмотрим баланс энергии в цепи с источником, обладающим активным сопротивлением , подключенным к нагрузке. Отдаваемая источником мощностьвыделяется в виде тепла внутри источника и на активном сопротивлениинагрузки

, или

Учитывая, что  напряжение на зажимах источника, можем записать

При разомкнутой цепи = 0 напряжение на зажимах источника равно э.д.с.. На рисунке 3.11 приведена зависимостьотприи= 0

Для источника э.д.с.мало, поэтому. При= 0 источник э.д.с. называетсяидеальными изображается в виде

Источник тока  это источник электромагнитной энергии, в котором ток не зависит или мало зависит от напряжения на его зажимах. Потеря энергии в источнике тока пропорциональна квадрату напряжения. Коэффициент пропорциональности ()называетсясобственной проводимостью источника.

Отдаваемая источником мощность рассеивается в нагрузке () и внутри источника () в виде тепла, поэтому можем записать, или

Учитывая, что ток, протекающий от источника к приемнику, запишем

При замыкании источника тока на = 0 (короткое замыкание), и ток короткого замыкания.

На рисунке 3.12 приведена зависимость отприи= 0 в пределах изменения напряжения на источнике от= 0 дои соответствующая этой зависимости электрическая схема.

Для источника токаобычно невелика, поэтому. При условии= 0 источник тока называетсяидеальными изображается в виде:

Идеальные источники напряжения и тока также относят к основным элементам электрической цепи (табл. 3.2).

Таблица 3.2

Схемы с реальными источниками электромагнитной энергии всегда можно рассматривать как схемы с идеальными источниками, что иллюстрируется на приведенных ниже рисунках

Важной разновидностью источников э.д.с. и тока являются зависимые (управляемые) источники, величины иликоторых зависят от тока или напряжения на некотором участке цепи. Рассмотрим основные типы зависимых источников.

ИНУНисточник напряжения, управляемый напряжением

ИНУТ источник напряжения, управляемый током

ИТУН источник тока, управляемый напряжением

ИТУТ источник тока, управляемый током

В принятой системе обозначений первый индекс указывает на участок цепи, в которой находится источник, а второй на участок, который управляет источником.

Введение зависимых источников э.д.с. и тока обусловлено активно развивающейся областью электротехники электроникой. С помощью этих источников удобно отображать взаимное влияние различных элементов электрической цепи друг на друга, что характерно для систем, содержащих полупроводниковые элементы и микросхемы.

studfiles.net

Основные законы электрических цепей.

При анализе простых и сложных цепей широко используются законы Ома, Кирхгофа, Джоуля Ленца, Фарадея, Ампера.

Существует 2 законы Ома:

1. Для участка цепи

2. Для полной цепи

Ток в участке цепи прямопропорционален напряжению на данном участке и обратно пропорционален сопротивлению на данном участке:

илиU=I*R

Произведение тока участка цепи на величину сопротивления называют падением на данном участке. Ток в электрической цепи прямопропорционален ЭДС источника и обратно пропорционален сумме сопротивлений, которые состоят из внутреннего сопротивления источника питания и внешнего.

Существует 2 закона Кирхгофа:

Первый закон Кирхгофаприменяется для узла электрической цепи (точки, где сходятся три и более ветви). Формулируется он следующим образом: алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна 0.

Второй закон Кирхгофасправедлив для контура электрической цепи (любого замкнутого пути, образованного одной или более ветвями) и формулируется следующим образом:в любом замкнутом контуре электрической цепи алгебраическая сумма падений напряжений на участках цепи, входящих в этот контур, равна алгебраической сумме ЭДС в нем:

Закон Джоуля-Ленцапозволяет определить количество тепловой энергии, которая выделяется на сопротивлениеrпри протекании по нему электрического токаI. Математическая запись этого закона имеет вид:

W=

Для характеристики скорости превращения электрической энергии в тепловую используют мощность, выражение для которой можно получить из закона Джоуля-Ленца:

P=W/t=r=/r=UI

Закон электромагнитной индукции Фарадеяустанавливает связь между индуктированием ЭДС в электрических цепях и изменением магнитного потока, пронизывающего поверхность, ограниченную контуром цепи, или индуктированием ЭДС в проводнике при пересечении им магнитного поля. В соответствии с этим законом ЭДС, индуктируемая в цепи при изменении магнитного потока Ф, проходящего через поверхность, ограниченную контуром, равна скорости изменения магнитного потока, взятой с отрицательным знаком:

E=-dФ/dt

2. Эквивалентные преобразования в электрических цепях.

Под эквивалентными преобразованиями подразумевается замену участков электрической цепи, содержащей последовательно и параллельно соединенных несколько элементов одним элементом. При чем в результате замены общий ток и общее напряжение цепи не изменяется. Главной особенностью последовательного соединения является наличие общего тока одинакового по значению для всех элементов, включая последовательные.

Одинаковое значение тока на всех элементах включенных последовательно приводит к тому, что напряжение на каждом из элементов, включенных последовательно прямопропорционально сопротивлению участка цепи.

Общее напряжение в цепи:

U=++= I(++)=I

При параллельном соединении элементов условное начало объединяется в одну точку, а условные концы в другую. В результате на всех будет находиться одинаковое напряжение.

Токи в элементах, включенные параллельно обратно пропорциональны сопротивлению ветвей, включенных параллельно.

===

Данную цепь, состоящую из трех элементов, можно заменить одним эквивалентным потребителем. При этом напряжение и ток I не изменяться.

Здесь:

Для двух включенных параллельно:

Преобразование треугольника в звезду:

======

======

Тогда получим:

studfiles.net

Элементы электрической цепи постоянного тока.

Электрической цепью называется совокупность устройств и объектов, образующих путь для электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий об электрическом токе, ЭДС (электродвижущая сила) и электрическом напряжении.

Все устройства и объекты, входящие в состав электрической цепи, могут быть разделены на три группы:

1. Источники электрической энергии (питания).

Общим свойством всех источников питания является преобразование какого-либо вида энергии в электрическую. Источники, в которых происходит преобразование неэлектрической энергии в электрическую, называются первичными источниками. Вторичные источники – это такие источники, у которых и на входе, и на выходе – электрическая энергия (например, выпрямительные устройства).

2. Потребители электрической энергии.

Общим свойством всех потребителей является преобразование электроэнергии в другие виды энергии (например, нагревательный прибор). Иногда потребители называют нагрузкой.

3. Вспомогательные элементы цепи: соединительные провода, коммутационная аппаратура, аппаратура защиты, измерительные приборы и т.д., без которых реальная цепь не работает.

Электрическая схема простейшей электрической цепи, обеспечивающей работу осветительной аппаратуры, представлена на рис.

2. Источник эдс.

Исто́чник ЭДС (идеа́льный источник напряже́ния) — двухполюсник, напряжение на зажимах которого не зависит от тока, протекающего через источник и равно его ЭДС. ЭДС источника может быть задана либо постоянным, либо как функция времени, либо как функция от внешнего управляющего воздействия. В простейшем случае ЭДС определена как константа, обычно обозначаемая буквой .

Свойства Идеальный источник напряжения

Рисунок 2. Реальный источник напряжения под нагрузкой

Рисунок 3. Нагрузочная характеристика идеального (синий) и реального (красный) источников.

Напряжение на выводах идеального источника напряжения не зависит от нагрузки . Ток определяется только сопротивлением внешней цепи :

Модель идеального источника напряжения используется для представления реальных электронных компонентов в виде эквивалентных схем. Собственно идеальный источник напряжения (источник ЭДС) является физической абстракцией, поскольку при стремлении сопротивления нагрузки к нулю отдаваемый ток и электрическая мощность неограниченно возрастают, что противоречит физической природе источника.

Реальный источник напряжения

В реальности, любой источник напряжения обладает внутренним сопротивлением . Следует отметить, что внутреннее сопротивление — это исключительно конструктивное свойство источника. Эквивалентная схема реального источника напряжения представляет собой последовательное включение идеального источника ЭДС и внутреннего сопротивления .

На рисунке 3 приведены нагрузочные характеристики идеального источника напряжения (синяя линия) и реального источника напряжения (красная линия).

где

— падение напряжения на внутреннем сопротивлении;

— падение напряжения на нагрузке.

При коротком замыкании вся мощность источника энергии рассеивается на его внутреннем сопротивлении. В этом случае ток короткого замыкания будет максимален. Зная напряжение холостого хода и ток короткого замыкания, можно вычислить внутреннее сопротивление источника напряжения:

studfiles.net

• 
  Что такое статическое напряжение
• 
  Как понизить напряжение на выходе трансформатора
• 
  Напряжение при последовательном соединении конденсаторов
• 
  Как измерить напряжение батарейки тестером
• 
  Как определить напряжение
• 
  Что опаснее напряжение или ток
• 
  Электропроводка в доме из газобетона трехфазное напряжение
• 
  При последовательном соединении конденсаторов напряжение
• 
  Напряжение википедия
• 
  Каким должно быть напряжение индикации указателей напряжения до 1000 в
• 
  Какое напряжение называется малым