Электрическая цепь схема простейшая: Из каких элементов состоит электрическая цепь

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.

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.

Простейшая электрическая цепь

Любого человека, если он, конечно, не отказался от благ цивилизации, окружает множество электротехнических устройств. Далеко за примерами ходить не нужно: телевизор, телефон, самая обыкновенная лампа накаливания и пр. Основой всех подобных устройств является электрическая цепь. Многие литературные источники дают похожие определения, правда, применительно к простейшей разновидности. Почему так, ведь современные электронные аппараты настолько сложны, что их обслуживание доверяют компьютеризированным системам? Действительно, странно, особенно если вспомнить центральные процессоры персональных компьютеров с их миллионами транзисторов – в них также присутствует электрическая цепь постоянного тока. Причина вышеуказанного упрощения определения состоит в том, что любая, даже сложнейшая, электрическая схема может быть представлена в виде большого количества простейших составляющих. Кстати, именно поэтому появляется возможность выполнять необходимые расчеты, используя известные формулы.

Итак, с простым и сложным определились. Теперь поясним, что же такое электрическая цепь. Для того чтобы было более понятно, рассмотрим простейший пример – электрический фонарик. Причем не тот, в котором используется управляющая микросхема (переключение режимов, мигание и пр.), а самый обычный – с батарейкой, лампочкой и тумблером включения. Он состоит из корпуса, в котором размещены сам источник света, выключатель, отсек для батарейки с двумя контактами. Вставив батарейку в корпус и щелкнув выключателем, можно добиться яркого направленного свечения лампы. Совершив эти действия, мы сформировали как раз то, что называется электрическая цепь (в профессиональном сленге — собрали схему). Ток источника электроэнергии (батарейки) устремился по пути: контакт положительного полюса – проводник, тумблер – лампа – отрицательный полюс. Это называется «простейшая электрическая цепь». В примере с фонариком элементов три: источник ЭДС, тумблер и лампа. Стоит отметить, что движение электронов (ток) возможно только по замкнутому контуру, поэтому если тумблер отключить и цепь разорвать, то оно исчезнет, хотя напряжение источника останется. Кстати, все процессы могут быть описаны и рассчитаны не только через ток, но также посредством напряжения, мощности, ЭДС.

Универсальный инструмент расчета – закон Ома. В данном случае он выглядит как:

I = E/(R+r),

где I – ток, Амперы; E – ЭДС, Вольты; R – сопротивление лампочки, Ом; r – сопротивление источника ЭДС, Ом. В используемом примере влияние сопротивлений проводника и тумблера не учитывается, так как оно ничтожно мало.

Итак, электрическая цепь и ее элементы могут включать в себя источник питания, резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, полупроводниковые компоненты и пр. Причем все это должно быть соединено воедино проводниками, формирующими непрерывный путь для прохождения тока.

Простые цепи подразделяются на неразветвленные и разветвленные. В первом случае по всем составляющим элементам проходит один и тот же ток (правило для последовательного соединения потребителей). Во втором же случае дополнительно прибавляется одна или несколько ветвей, соединенных с рассматриваемым простейшим контуром посредством узлов. При этом формируется смешанное соединение элементов цепи, поэтому значение тока, протекающего в каждой ветви, различно. Здесь ветвь – это участок электрической цепи, по всем элементам которого течет один и тот же ток, а противоположные концы которого подключены в двух узлах. Соответственно, узел – это точка электрической цепи, в которой сходятся три или более ветвей. На принципиальных схемах узлы часто как раз и обозначают точками, что упрощает восприятие (чтение).

10 простых электрических цепей со схемами

Повседневная жизнь на Земле практически невозможна без электричества. От домов до крупных промышленных предприятий, мы все зависим от электричества. Мы знаем, что электрический ток течет по замкнутой цепи. Электрическая цепь представляет собой замкнутый контур, в котором непрерывный электрический ток идет от источника к нагрузке. Если вы пытаетесь описать электрическую цепь своему другу или соседу, скорее всего, вам придется нарисовать соединение. Например, если вы хотите объяснить схему освещения, может потребоваться больше времени, чтобы нарисовать лампочку, аккумулятор и провода, потому что разные люди рисуют различные компоненты схемы по-разному, и объяснение может занять много времени. Поэтому лучше научиться изображать простые электрические схемы. В этой статье мы приводим чертежи некоторых простых электрических цепей: цепь освещения переменного тока, цепь зарядки аккумулятора, счетчик энергии, цепь выключателя, цепь кондиционера, цепь термопары, цепь освещения постоянного тока, цепь мультиметра, цепь трансформатора тока и цепь однофазного двигателя. .

Цепь переменного тока для лампы

Для лампы нам понадобится два провода; один — нейтральный провод, а другой — провод под напряжением. Эти два провода подключаются от лампы к главному щиту питания. Желательно использовать разные цвета для проводов под напряжением и нейтральных проводов. Общепринятой практикой является использование красного цвета для проводов под напряжением и черного цвета для нейтрального провода. Для включения и выключения лампы нам нужен элемент управления, называемый выключателем, который находится в проводе под напряжением между основным питанием и лампой. Если переключатель включен, электрическая цепь замкнута и лампа светится, а если переключатель выключен, он отключит питание лампы. Для безопасной работы эта проводка помещается в коробку, называемую распределительной коробкой. Провод переключателя и провод под напряжением представляют собой один провод; это просто разрез между ними, чтобы подключить переключатель. Если вы хотите заменить лампу, не забудьте выключить лампу и, если возможно, отключить питание цепи.

Цепь зарядки аккумулятора

Зарядка аккумулятора осуществляется с помощью выпрямителя. Основная функция выпрямителя заключается в преобразовании переменного тока (переменного тока) в постоянный (постоянный ток). Выпрямитель, показанный на схеме, представляет собой мостовой выпрямитель, в котором четыре диода соединены в виде моста. В цепи добавлено сопротивление, чтобы ограничить протекание тока. Когда питание подается на выпрямитель через понижающий трансформатор, он преобразует питание переменного тока в питание постоянного тока, которое поступает в аккумулятор, тем самым заряжая его. Обычно эта цепь заключена в зарядное устройство или инвертор, и только клеммы выходят из зарядного устройства для подключения к аккумулятору для зарядки.

Электрическая цепь кондиционирования воздуха

Кондиционирование воздуха — это процесс, который нагревает, охлаждает, очищает и обеспечивает циркуляцию воздуха вместе с контролем его влажности. Электрическая часть переменного тока включает силовое оборудование для двигателей и стартеры для вентиляторов компрессора и конденсатора. Сопутствующее электрическое оборудование включает в себя электромагнитные клапаны, реле высокого и низкого давления, реле высокой и низкой температуры, а также предохранительные выключатели при перегрузке по току, пониженном напряжении и т. д.

Вентиляторы компрессора и конденсатора приводятся в действие простым трехфазным асинхронным двигателем переменного тока с фиксированной скоростью, каждый из которых имеет собственный пускатель и питается от распределительного щита. Текущее техническое обслуживание электрооборудования и поиск неисправностей двигателя и стартеров включает очистку, проверку соединений, проверку изоляции и т. д.

Цепь выключателя

Мы используем выключатели для освещения, вентиляторов и т. д. много раз в день, но обычно мы не пытаемся см. соединение, сделанное внутри переключателя. Функция переключателя заключается в подключении или замыкании цепи, идущей к нагрузке от источника питания. Он имеет подвижные контакты, которые обычно разомкнуты.

Как показано на схеме, подача питания на нагрузку осуществляется через схему переключения, поэтому подачу питания можно отключить, оставив переключатель разомкнутым.

Цепь освещения постоянного тока

Для небольшой светодиодной лампы обычно используется источник постоянного тока (батарея). Эта схема очень проста. Батарея имеет две точки, анод и катод. Анод положительный, а катод отрицательный. Лампа имеет две клеммы — одна плюсовая, а другая минусовая. Положительный вывод лампы подключается к аноду, а отрицательный вывод лампы подключается к катоду батареи. После подключения лампа загорится. Чтобы разрешить включение или выключение, подключите переключатель (схема выше) между любым проводом, который отключит или подаст напряжение постоянного тока на светодиодную лампу.

Более простые электрические схемы и простые электрические устройства обсуждаются на следующей странице.

Цепь термопары

Предыдущая страница была посвящена работе с несколькими простыми электрическими цепями, здесь мы продолжим тему и изучим еще несколько простых электрических устройств и их назначение.

Когда переходы, образованные из двух разнородных однородных материалов, подвергаются воздействию разницы температур, генерируется ЭДС. Это называется эффектом Зеебека. На рисунке показана термопара, состоящая из двух проводов, один из которых железный, а другой из константана, с вольтметром. Этот вольтметр будет измерять генерируемую ЭДС, и его можно откалибровать для измерения температуры. Разница температур между горячим и холодным спаем создаст пропорциональную ей ЭДС. Если температура холодного спая поддерживается постоянной, то ЭДС пропорциональна температуре горячего спая.

Счетчик энергии или мотор-счетчик

Энергия – это общая мощность, потребляемая за определенный интервал времени. Мощность, потребляемая за определенный период времени, может быть измерена электросчетчиком или электросчетчиком. Счетчики энергии используются во всех линиях электроснабжения каждого дома для измерения мощности, потребляемой как в цепях постоянного, так и переменного тока. Измеряется в ватт-часах или киловатт-часах. Для цепей постоянного тока счетчик может быть ампер-часом или ватт-часом.

Алюминиевый диск, который непрерывно вращается при потреблении энергии. Скорость вращения пропорциональна мощности, потребляемой (в ватт-часах) нагрузкой. Счетчики энергии имеют катушку давления и катушку тока. Когда напряжение подается на катушку давления, ток протекает через катушку и создает поток, который создает крутящий момент на диске. Ток нагрузки протекает через катушку тока и создает другой поток, который оказывает противоположное крутящее усилие на алюминиевый диск. Результирующий крутящий момент воздействует на диск и приводит к вращению диска, которое пропорционально используемой энергии и регистрируется в измерителе энергии.

Схема мультиметра

Мультиметр, вероятно, является одним из самых простых электрических устройств, которые могут измерять сопротивление, ток и напряжение. Это незаменимый прибор, который можно использовать для измерения постоянного и переменного напряжения и тока. Применяется для проверки целостности цепи (по шкале омметра, для измерения протекания постоянного тока, постоянного напряжения в цепи, а также для измерения переменного напряжения на силовом трансформаторе. Состоит из гальванометра, последовательно соединенного с сопротивлением .Ток, протекающий в цепи, то есть напряжение в цепи, можно измерить, подключив клеммы мультиметра к цепи.Он в основном используется для проверки непрерывности обмоток в двигателе.

Цепь трансформатора тока

Трансформатор тока используется для измерения силы тока в цепи с помощью амперметра низкого диапазона. Фактически, он понижает ток до уровня диапазона амперметра. Он имеет первичную обмотку и вторичную обмотку. Первичная обмотка подключается к силовой цепи так, что через нее проходит измеряемый ток. Вторичная обмотка трансформатора подключена к амперметру. Трансформатор понизит ток до значения, которое может быть измерено подключенным амперметром.

Однофазные двигатели предназначены для работы от однофазного источника питания и могут выполнять широкий спектр полезных функций в домах, офисах, фабриках и мастерских, а также в других коммерческих учреждениях.

Однофазный двигатель имеет две клеммы в клеммной коробке внешнего корпуса. Одна из этих клемм связана с токоведущим проводом силовой цепи, а другая — с нейтральным проводом. Когда электропитание подается на двигатель, двигатель будет работать до тех пор, пока не будет отключено электропитание.

На этом однофазном двигателе работает даже вентилятор. Иногда вентилятор не запускается, когда мы его включаем. Причина в том, что конденсатор, используемый для запуска однофазного двигателя, не работает. Лучший способ решить эту проблему — заменить конденсатор.

Как читать принципиальные схемы для начинающих

Создано: 17 июля 2017 г.

В этой статье показано, как читать принципиальные схемы для начинающих в области электроники. Научитесь читать электрические и электронные схемы или схемы. Чертеж электрической или электронной схемы известен как принципиальная схема, но также может называться принципиальной схемой или просто схемой.

Принципиальные или принципиальные схемы состоят из символов, представляющих физические компоненты, и линий, представляющих провода или электрические проводники. Чтобы научиться читать принципиальную схему, необходимо узнать, как выглядит условное обозначение компонента. Также необходимо понимать, как компоненты соединяются друг с другом в цепи.

Как читать электрические схемы для начинающих

Простая принципиальная схема для начинающих

Цепь батареи и лампочки

Вероятно, самая простая схема, которую можно нарисовать, это та, которую вы могли видеть на школьном уроке естествознания: батарея, подключенная к лампочке, как показано ниже.

Простая принципиальная схема для начинающих

Символы электрических цепей и физические компоненты

Каждый электронный или электрический компонент представлен символом, как показано на этой простой принципиальной схеме. Линии, используемые для соединения символов, представляют собой проводники или провода. Каждый символ представляет физический компонент, который может выглядеть следующим образом.

Схематические символы и физические компоненты для батареи, лампочки и провода

Физическая схема

Физическая схема для приведенной выше схемы может выглядеть примерно так, как показано на рисунке ниже, хотя более практичная физическая схема будет иметь держатель лампочки и зажимы, которые подключите к клеммам аккумулятора. Держатель лампочки будет иметь винтовые клеммы для подключения проводов и гнездо для вкручивания лампочки. Аккумуляторные зажимы позволят легко соединить провода между аккумулятором и держателем лампочки.

Физическая схема, построенная на основе схемы

Указание компонентов

Обычно фактический тип батареи и тип лампы указываются в списке компонентов, который прилагается к принципиальной схеме. Дополнительная информация о лампочке и типе батареи также может быть включена в схему в виде текста. Например, батарея может быть указана как литиевая батарея 12,8 В 90 Ач или батарея PM9 9 В. Лампа может быть указана как лампа накаливания 12 В 5 Вт или лампа-фонарик 9 В 0,5 Вт.

Каталожные номера компонентов

Компоненты в цепи всегда должны иметь ссылки, также называемые ссылочными обозначениями, используемые для идентификации компонентов в цепи. Это позволяет легко ссылаться на компоненты в тексте или списке компонентов. Батарея может иметь условное обозначение «BAT», а лампочка может иметь обозначение «L».

Поскольку в цепи может быть более одной батареи или лампочки, ссылочные обозначения обычно всегда заканчиваются цифрой, например BAT1 и L1, как показано на схеме ниже. Тогда вторая лампочка в цепи будет иметь условное обозначение L2.

Ссылочные обозначения на принципиальной схеме

Список компонентов теперь может ссылаться на эти компоненты с помощью позиционного обозначения.

Список компонентов

Схема соединений

Принципиальные схемы или принципиальные схемы показывают электрические соединения проводов или проводников с помощью узла, как показано на рисунке ниже. Узел — это просто закрашенный кружок или точка. Когда три или более линий соприкасаются или пересекаются друг с другом, а узел находится на пересечении, это представляет линии или провода, электрически соединенные в этой точке.

Соединения схемы и пересечение проводов

Если провода или линии пересекаются друг с другом и нет узла, как показано в нижней части изображения выше, провода электрически не соединены. В этом случае провода пересекаются друг с другом без соединения, как два изолированных провода, наложенных друг на друга.

Пример параллельной цепи

В приведенной ниже схеме две лампочки подключены параллельно к аккумуляторному источнику питания. Видно, что верхние клеммы двух лампочек соединены между собой и с плюсовой клеммой аккумулятора. Мы знаем это, потому что три терминала или точки соединения имеют узел в месте их пересечения.

Нижние клеммы ламп соединены друг с другом и с минусовой клеммой аккумулятора, потому что второй узел показывает эти соединения.

Параллельная цепь

Пример последовательной цепи

В приведенной ниже последовательной цепи две лампочки соединены последовательно. В этой схеме не нужны узлы, чтобы показать, как лампочки соединяются друг с другом и с батареей, потому что отдельные провода соединяются друг с другом напрямую. Узлы размещаются только в том случае, если соединено три или более проводов. 9Цепь серии 0003

Некоторые правила построения схем

Ниже приведены общие правила построения схем.

  • Провода или линии на принципиальных схемах обычно располагаются горизонтально или вертикально. В некоторых случаях может использоваться диагональная линия, расположенная под углом 45 градусов.
  • Символы компонентов на принципиальной схеме обычно располагаются горизонтально или вертикально. В очень редких случаях компонент может быть размещен под углом 45 градусов, но только по очень веской причине.
  • Принципиальные схемы нарисованы максимально просто и аккуратно. Это означает, что физическая реализация схемы может отличаться от принципиальной схемы, но электрически они одинаковы.
  • Линии, соединяющие компоненты, в большинстве случаев можно рассматривать как изолированные провода, причем только концы проводов являются неизолированными проводниками для электрического соединения.
  • Когда линии пересекаются на принципиальной схеме, их можно рассматривать как пересечение двух изолированных проводов, если нет узла, в котором провода пересекаются или пересекаются друг с другом.
  • Три линии, пересекающиеся в точке с узлом на пересечении, означают, что три провода электрически соединены. Это соединение можно представить себе как три изолированных провода, оголенных в точке пересечения и спаянных вместе.
  • Два провода, пересекающиеся друг с другом с узлом в точке пересечения, означают, что провода электрически соединены.

Книги, которые могут вас заинтересовать:

Электронные схемы и компоненты

Приступая к обучению чтению электронных схем, необходимо узнать, как выглядит условное обозначение различных электронных компонентов.