В электротехнике рассматривается устройство и принцип действия основных электротехнических устройств, используемых в быту и промышленности. Чтобы электротехническое устройство работало, должна быть создана электрическая цепь, задача которой передать электрическую энергию этому устройству и обеспечить ему требуемый режим работы. 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. Для анализа и расчета электрическая цепь графически представляется в виде электрической схемы, содержащей условные обозначения ее элементов и способы их соединения. Электрическая схема простейшей электрической цепи, обеспечивающей работу осветительной аппаратуры, представлена на рис. Все устройства и объекты, входящие в состав электрической цепи, могут быть разделены на три группы:. 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. Общим свойством всех потребителей является преобразование электроэнергии в другие виды энергии например, нагревательный прибор. Иногда потребители называют нагрузкой. В электрической схеме на рис. Для расчета и анализа реальная электрическая цепь представляется графически в виде расчетной электрической схемы схемы замещения. В этой схеме реальные элементы цепи изображаются условными обозначениями, причем вспомогательные элементы цепи обычно не изображаются, а если сопротивление соединительных проводов намного меньше сопротивления других элементов цепи, его не учитывают. При этих условиях схема на рис. Источник ЭДС на электрической схеме рис. Ветвь электрической цепи схемы — участок цепи с одним и тем же током. Ветвь может состоять из одного или нескольких последовательно соединенных элементов. Узел электрической цепи схемы — место соединения трех и более ветвей. В схеме на рис. Ветви, присоединенные к одной паре узлов, называют параллельными. Контур — любой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям. I — bmab; II — anba; III — manbm, на схеме стрелкой показывают направление обхода контура. Условные положительные направления ЭДС источников питания, токов во всех ветвях, напряжений между узлами и на зажимах элементов цепи необходимо задать для правильной записи уравнений, описывающих процессы в электрической цепи или ее элементах. Элемент электрической цепи, параметры которого сопротивление и др. Нелинейный элемент, например лампа накаливания, имеет сопротивление, величина которого увеличивается при повышении напряжения, а следовательно и тока, подводимого к лампочке. Следовательно, в линейной электрической цепи все элементы — линейные, а нелинейной называют электрическую цепь, содержащую хотя бы один нелинейный элемент. Расчет и анализ электрических цепей производится с использованием закона Ома, первого и второго законов Кирхгофа. На основе этих законов устанавливается взаимосвязь между значениями токов, напряжений, ЭДС всей электрической цепи и отдельных ее участков и параметрами элементов, входящих в состав этой цепи. Сложная электрическая цепь содержит, как правило, несколько ветвей, в которые могут быть включены свои источники питания и режим ее работы не может быть описан только законом Ома. Но это можно выполнить на основании первого и второго законов Кирхгофа, являющихся следствием закона сохранения энергии. Например, для узла а см. В любом замкнутом контуре электрической цепи алгебраическая сумма ЭДС равна алгебраической сумме падений напряжений на всех его участках. Если в электрической цепи включены источники напряжений, то второй закон Кирхгофа формулируется в следующем виде: Запишем уравнения по II закону Кирхгофа для контуров электрической схемы рис. В действующей цепи электрическая энергия источника питания преобразуется в другие виды энергии. Скорость преобразования электрической энергии в другие виды представляет электрическую мощность. Из закона сохранения энергии следует, что мощность источников питания в любой момент времени равна сумме мощностей, расходуемой на всех участках цепи. Для цепи, показанной на рис. При расчете электрических цепей используются определенные единицы измерения. Электрический ток измеряется в амперах А , напряжение — в вольтах В , сопротивление — в омах Ом , мощность — в ваттах Вт , электрическая энергия — ватт-час Вт-час и проводимость — в сименсах См. Кроме основных единиц используют более мелкие и более крупные единицы измерения: На основании второго закона Кирхгофа 1. Таким образом, при последовательном соединении элементов цепи общее эквивалентное сопротивление цепи равно арифметической сумме сопротивлений отдельных участков. Недостаток последовательного включения элементов заключается в том, что при выходе из строя хотя бы одного элемента, прекращается работа всех остальных элементов цепи. Параллельным называют такое соединение, при котором все включенные в цепь потребители электрической энергии, находятся под одним и тем же напряжением рис. В этом случае они присоединены к двум узлам цепи а и b, и на основании первого закона Кирхгофа 1. Напряжения в электрической цепи с параллельно соединенными сопротивлениями рис. По параллельно включенной схеме работают в номинальном режиме потребители любой мощности, рассчитанные на одно и то же напряжение. Причем включение или отключение одного или нескольких потребителей не отражается на работе остальных. Поэтому эта схема является основной схемой подключения потребителей к источнику электрической энергии. Смешанным называется такое соединение, при котором в цепи имеются группы параллельно и последовательно включенных сопротивлений. Для цепи, представленной на рис. Для упрощения расчетов примем, что все сопротивления в этой схеме являются одинаковыми: В этом случае исходную схему рис. В результате преобразований исходная схема рис. Расчет токов и напряжений для всех элементов схемы можно произвести по законам Ома и Кирхгофа. В электротехнических и электронных устройствах элементы цепи соединяются по мостовой схеме рис. Такая замена будет эквивалентной, если она не вызовет изменения токов всех остальных элементов цепи. Для этого величины сопротивлений звезды должны рассчитываться по следующим соотношениям:. После проведенных преобразований рис. Стрелка в кружке указывает направление возрастания потенциала внутри источника ЭДС. В этом случае его вольт-амперная характеристика представляет собой прямую линию рис. Стрелка в кружке указывает положительное направление тока источника. Для данной цепи запишем соотношение по первому закону Кирхгофа. Тогда из выражения 1. При сравнении внешних характеристик источника ЭДС рис. Следовательно, схема источника тока рис. Каким из двух эквивалентных источников питания пользоваться, не играет существенной роли. В тех случаях, когда номинальное напряжение или номинальный ток и мощность источника электрической энергии оказываются недостаточными для питания потребителей, вместо одного используют несколько источников. Существуют два основных способа соединения источников питания: Последовательное включение источников питания источников ЭДС применяется тогда, когда требуется создать напряжение требуемой величины, а рабочий ток в цепи меньше или равен номинальному току одного источника ЭДС рис. Таким образом, электрическая цепь на рис. При параллельном соединении источников рис. Для электрической цепи на рис. Как видно, при параллельном соединении источников ток и мощность внешней цепи равны соответственно сумме токов и мощностей источников. Параллельное соединение источников применяется в первую очередь тогда, когда номинальные ток и мощность одного источника недостаточны для питания потребителей. На параллельную работу включают обычно источники с одинаковыми ЭДС, мощностями и внутренними сопротивлениями. При подключении к источнику питания различного количества потребителей или изменения их параметров будут изменяться величины напряжений, токов и мощностей в электрической цепи, от значений которых зависит режим работы цепи и ее элементов. Реальная электрическая цепь может быть представлена в виде активного и пассивного двухполюсников рис. Двухполюсником называют цепь, которая соединяется с внешней относительно нее частью цепи через два вывода а и b — полюса. Активный двухполюсник содержит источники электрической энергии, а пассивный двухполюсник их не содержит. Для расчета цепей с двухполюсниками реальные активные и пассивные элементы цепи представляются схемами замещения. Схема замещения пассивного двухполюсника П представляется в виде его входного сопротивления. Режим работы электрической цепи рис. При анализе электрической цепи рассматривают следующие режимы работы: Эта вольт-амперная характеристика строится по двум точкам 1 и 2 рис. В этом случае ток в нагрузке становится равным нулю, и как следует из соотношения 1. В этом режиме ключ SA в схеме электрической цепи рис. При изменении тока в пределах активной двухполюсник эквивалентный источник отдает энергию во внешнюю цепь участок I вольт-амперной характеристики на рис. Это произойдет, если к зажимам аb двухполюсника присоединена внешняя цепь с источниками питания. Номинальный режим электрической цепи обеспечивает технические параметры как отдельных элементов, так и всей цепи, указанные в технической документации, в справочной литературе или на самом элементе. Для разных электротехнических устройств указывают свои номинальные параметры. Однако три основных параметра указываются практически всегда: Работа активного двухполюсника под нагрузкой в номинальном режиме определяется уравнением 1. На вольт-амперной характеристике рис. Согласованный режим электрической цепи обеспечивает максимальную передачу активной мощности от источника питания к потребителю. Определим параметры электрической цепи рис. Можно найти вторую производную и убедиться в том, что она отрицательна , поэтому соотношение 1. Полезная мощность, выделяющаяся в нагрузке, определяется уравнением 1. Полная активная мощность, выделяемая активным двухполюсником,. Для мощных электротехнических устройств такое низкое значение КПД недопустимо. Законы Ома и Кирхгофа используют, как правило, при расчете относительно простых электрических цепей с небольшим числом контуров, хотя принципиально с их помощью можно рассчитать сколь угодно сложные электрические цепи. При расчете электрических цепей в большинстве случаев известны параметры источников ЭДС или напряжения, сопротивления элементов электрической цепи, и задача сводится к определению токов в ветвях цепи. Зная токи, можно найти напряжения на элементах цепи, мощность, потребляемую отдельными элементами и всей цепью в целом, мощность источников питания и др. Электрическая цепь, схема которой приведена на рис. Операции расчета такой схемы рекомендуется производить в определенной последовательности. Аналогично обозначим напряжения на участках цепи. В результате цепь на рис. Тогда эквивалентное сопротивление всей цепи запишется в виде:. Расчет напряжений на участках цепи. По закону Ома 1. Расчет токов и мощностей для всех участков цепи. Эту мощность называют мощностью потерь:. Эта проверка производится составлением уравнения баланса мощностей 1. Кроме того, правильность вычисления токов можно проверить, составив уравнение по первому закону Кирхгофа 1. Основным методом расчета является метод непосредственного применения первого и второго законов Кирхгофа. В качестве примера рассмотрим цепь, схема которой приведена на рис. При этом по первому закону Кирхгофа 1. Рекомендуется выполнять операции расчета в определенной последовательности. Обозначение токов во всех ветвях. Направление токов выбираем произвольно, но в цепях с источниками ЭДС рекомендеются, чтобы направление токов совпадало с направлением ЭДС. Составление уравнений по первому закону Кирхгофа. Составление уравнений по второму закону Кирхгофа. Решение полученной системы уравнений и анализ результатов. Полученная система из шести уравнений решается известными математическими методами. Если в ветвях с ЭДС токи совпадают по направлению с ЭДС, то данные элементы работают в режиме источников, отдавая энергию в схему. В тех ветвях, где направления тока и ЭДС не совпадают, источники ЭДС работает в режиме потребителя. Для проверки правильности произведенных расчетов можно на основании законов Кирхгофа написать уравнения для узлов и контуров схемы, которые не использовались при составлении исходной системы уравнений:. Независимой проверкой является составление уравнения баланса мощностей 1. Если активная мощность, поставляемая источниками питания, равна по величине активной мощности, израсходованной в пассивных элементах электрической цепи, то правильность расчетов подтверждена. С помощью законов Ома и Кирхгофа в принципе можно рассчитать электрические цепи любой сложности. Однако решение в этом случае может оказаться слишком громоздким и потребует больших затрат времени. По этой причине для расчета сложных электрических цепей разработаны на основе законов Ома и Кирхгофа более рациональные методы расчета, два из которых: Этот метод рекомендуется использовать в том случае, если сложную электрическую схему можно упростить, заменяя последовательно и параллельно соединенные резисторы эквивалентными, используя при необходимости преобразование треугольника сопротивлений в эквивалентную звезду. Если полученная схема содержит несколько параллельно соединенных активных и пассивных ветвей, как, например, схема на рис. Пренебрегая сопротивлением проводов, соединяющих ветви цепи, в ее схеме рис. Предположим, что оно направлено так, как показано на рис. Выберем положительные направления токов и обозначим их на схеме. Запишем уравнения по второму закону Кирхгофа для контуров 1. Запишем уравнения по второму закону Кирхгофа для ветвей 1. После замены токов их выражениями 1. При записи формулы 1. Знаки в формуле 1. При расчете и анализе электрических цепей методом узлового напряжения рекомендуется выбирать положительные направления токов после определения узлового напряжения. В этом случае при расчете токов по выражениям 1. Проверка правильности произведенных расчетов проводится по первому закону Кирхгофа для узла a или b, а также составлением уравнения баланса мощностей 1. Метод эквивалентного генератора позволяет произвести частичный анализ электрической цепи. Например, определить ток в какой-либо одной ветви сложной электрической цепи и исследовать поведение этой ветви при изменении ее сопротивления. Сущность метода заключается в том, что по отношению к исследуемой ветви amb рис. В исследуемую схему рис. В соответствии с 1. Внутренние сопротивления источников напряжений принять равными нулю. Затем рассчитать известными методами эквивалентное сопротивление относительно выводов ab. Экспериментально параметры эквивалентного генератора можно определить по результатам двух опытов.
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. 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. 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. 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. 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: 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. 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. 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: 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. 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. При таких условиях ключ схемы замкнут, а сопротивление равняется нулю. 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. 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. 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. Вот такие деления имеют электрические цепи. Элементы электрических цепей во всех случаях, кроме ветви, обязательно присутствуют в множестве. 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:. 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. 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. Для нас важна сила тока I , напряжение U и сопротивление R. Данный закон выражается такой формулой: При расчёте электрических цепей иногда более удобно использовать обратную величину: Он определяет зависимость, которая устанавливается между ЭДС Е источника питания, у которого внутреннее сопротивление равно r, током и общим эквивалентом 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. 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. Алгебраическая сумма ЭДС в любом выбранном замкнутом контуре является равной просуммированному числу падений напряжений на всех его участках. Всегда ли это так? Если в электрическую цепь были включены источники напряжений, то данный показатель будет равен нулю. Во время записи уравнения согласно этому закону необходимо:. 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. Жизнь Экономика Наука Авто Отдых Хай-тек Здоровье. Предпродажа BLUBOO S1 эксклюзивно представлена в GearBest. Что произойдет, если делать "планку" каждый день? Очаровательная фотосессия мамы пятерняшек. Как форма носа характеризует личность человека? Почему нельзя обнимать котов? Умеете сворачивать язык в трубочку? О чем больше всего сожалеют люди в конце жизни. Как дата рождения определяет всю вашу дальнейшую жизнь. Почему нежелательно принимать душ каждый день? Зачем кошки несут убитых животных домой. Главная Образование Наука Электрические цепи, элементы электрических цепей. Условные обозначения элементов электрической цепи. Подписаться Поделиться Рассказать Рекомендовать. Что нужно для работы электротехнического устройства? Подписаться Поделиться Рассказать Рекоммендовать. Мы ходим в хипстерские кофейни, городские коворкинг-пространства и облизываемся, глядя Вместо Вены в Зальцбург: Отправляйтесь в эти прекрасные, но не слишком популярные города Непростительные ошибки в фильмах, которых вы, вероятно, никогда не замечали Наверное, найдется очень мало людей, которые бы не любили смотреть фильмы. Однако даже в лучшем кино встречаются ошибки, которые могут заметить зрител Вы вряд ли сможете удивить или потрясти кого-то, если признаетесь в том, Кажется, молодость создана для экспериментов над внешностью и дерзких локонов. Иногда на снимки попадали поистине неверо
https://gist.github.com/6bd7bd15165f51937edc8b729aa35f16
https://gist.github.com/41c4584221ae50748a165008f93a8008
https://gist.github.com/3019ac062d5efcaad4a15db76b10d92b