Схемы Электрических Цепей Постоянного Тока

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. Таким образом, электрическая цепь на рис.


Точка Н определяет номинальный режим, если напряжение и ток соответствуют их номинальным значениям Uном и Iном, приведенным в паспорте источника электрической энергии.

Элемент электрической цепи, параметры которого сопротивление и др.
Электрические цепи (часть 1)

Элементы цепи Электрическая цепь содержит в себе такие составляющие, как источники энергии, потребители, а также соединяющие их провода. По закону Ома токи в каждой ветви: По первому закону Кирхгофа общий ток Смешанное соединение — комбинация первых двух соединений, где параллельное соединение может быть преобразовано к последовательному.

Электрическая цепь постоянного тока

Алгебраическая сумма падений напряжений на резистивных элементах в любом замкнутом контуре равно алгебраической сумме ЭДС. Нелинейный элемент, например лампа накаливания, имеет сопротивление, величина которого увеличивается при повышении напряжения, а следовательно и тока, подводимого к лампочке.

Источник электрической энергии характеризуется понятием ЭДС Е , под которой понимают величину, численно равную энергии, получаемой внутри источника единицей электрического заряда.

При расчете в схеме электрической цепи выделяют несколько основных элементов. Этот метод основан на составлении уравнений по первому закону Кирхгофа: Схема сложной электрической цепи с двумя узлами.

Для разных электротехнических устройств указывают свои номинальные параметры.

Похожие статьи

Такая система известна, как электрическая цепь. Схема электрической цепи.

Elektrotechnik fuer Grundlagen der Elektronik

Эта вольт-амперная характеристика строится по двум точкам 1 и 2 рис. Активный двухполюсник содержит источники электрической энергии, а пассивный двухполюсник их не содержит.

Мощность цепи несинусоидального тока 4. Для расчета цепей с двухполюсниками реальные активные и пассивные элементы цепи представляются схемами замещения. По этой причине для расчета сложных электрических цепей разработаны более рациональные методы расчета, основные из них рассмотрены ниже. За направление электрического тока в электротехнике принято направление, противоположное направлению движения электронов. Сложной электрической цепью называется цепь, содержащая несколько источников и которую нельзя свернуть до простой цепи последовательного или параллельного соединения.

Зная токи, можно найти напряжения на элементах цепи, мощность отдельных элементов и электрической цепи в целом, мощность источников и др. Контур — любой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям.
как решать задачи со сложными схемами

Элементы цепи

При сравнении внешних характеристик источника ЭДС рис. Мощность трёхфазной цепи 3.

Классический метод расчёта переходных процессов 5. В зависимости от электропроводности все вещества подразделяют на: 1.

Последовательное соединение в цепи Большое количество электрических цепей состоят из нескольких приемников тока.

Согласованный режим Согласованный режим электрической цепи обеспечивает максимальную передачу активной мощности от источника питания к потребителю. На схеме этот элемент выглядит следующим образом. 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.

Метод узловых потенциалов

Идеальному источнику тока приписывают внутреннее сопротивление, стремящееся к бесконечно большому значению, и неизменный ток Iк не зависящий от напряжения на его зажимах, равный току коротного замыкания, вследствие чего неограниченное увеличение присоединенной к источнику нагрузки сопровождается теоретически неограниченным возрастанием напряжения и мощности. Электрическая цепь и электрический ток, протекающий по ней, характеризуют электромагнитные процессы при помощи напряжения и силы тока.

Различают два рода тока: 1. Ветвь электрической цепи схемы — участок цепи с одним и тем же током. 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. Между узлами 1 и 3 имеются две параллельные ветви с источниками ЭДС Е1 и Е2 , между узлами 2 и 3 также имеются две параллельные ветви с резисторами R1 и R2. Данное устройство работы системы применяется к любому электрическому бытовому прибору.

По этой причине для расчета сложных электрических цепей разработаны более рациональные методы расчета, основные из них рассмотрены ниже. Сопротивление в этой электрической цепи приравнивается к сумме сопротивлений всех проводников системы. При сравнении внешних характеристик источника ЭДС рис. В случае когда у одного приемника энергии сопротивление меньше, через него может пройти больше тока, чем через другие элементы системы.

Классический метод расчёта переходных процессов 5. Стрелка в кружке указывает направление возрастания потенциала внутри источника ЭДС. Электрический ток в такой электрической системе имеет несколько вариантов пути прохождения. Это уравнение является линейным. В состав цепи входят: 1.

Элементы электрической цепи

Содержание:

Принципиальные схемы электрических цепей — Вольтик.ру

При разработке электрических/электронных устройств без электрических схем не перейти к созданию этих устройств (кроме самых простых).

 Схема электрической цепи – графическое представление всех её элементов, их параметров и соединений между ними. Условные обозначения на схемах стандартизированы ЕСКД (Единая Система Конструкторской Документации).

 Схемы электрических цепей по своему назначению делятся на несколько типов. Чаще всего используются принципиальные и монтажные схемы. Принципиальные схемы дают наиболее полное представление о работе и составе устройства, а монтажные схемы используются при проведении монтажных работ. Принципиальная схема, в отличие от монтажной схемы не показывает физическое расположение элементов относительно друг друга. На рисунке внизу можно увидеть отдельные элементы, пример простой принципиальной электрической схемы и направление тока в них.

На электрически заряженные частицы в цепи воздействуют не только силы электрической природы, но и при определённых условиях силы, обусловленные воздействием сторонних процессов, таких как, например, химические реакции, тепловые процессы и прочее. В результате этого в цепях образуется ЭДС (электродвижущая сила). То есть, ЭДС характеризует работу сил неэлектрического происхождения. В международной системе единиц ЭДС измеряется в вольтах, так же как и напряжение.

 Ниже приведены условные обозначения самых распространённых радиоэлементов на принципиальных схемах.

Рисовать принципиальные схемы можно как от руки (удобно в небольших проектах), так и с помощью специализированного программного обеспечения, например, Proteus VSM. Proteus позволяет собрать принципиальную схему и эмулировать её работу, если схема содержит микроконтроллер  – отладить его прошивку. Его бесплатная версия не позволяет сохранять файлы.

Также можно рекомендовать полностью бесплатную программу Fritzing, помимо создания принципиальных схем имеющую возможность создавать монтажные схемы. Однако, эмулировать работу цепи она не умеет. Fritzing предназначена в первую очередь для создания схем с использованием Arduino.

Электрические цепи, элементы электрических цепей. Условные обозначения элементов электрической цепи

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.

Что нужно для работы электротехнического устройства?

Для его функционирования должна быть создана электрическая цепь. Её задача – передавать энергию устройству и обеспечивать требуемый режим работы. Что же называют электрической цепью?

Нюансы графической маркировки

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. Почему это так? Обозначения элементов электрической цепи схем, созданных на территории СНГ и других стран, немного разнятся. Это происходит из-за использования различных систем графической маркировки.

Виды элементов

Условно их можно разделить на три группы:

1. Источники питания. Особенностью данного вида элементов является то, что они могут превращать какой-то вид энергии (чаще всего химическую) в электрическую. Различают два типа источников: первичные, когда в электрическую энергию превращается другой вид, и вторичные, которые на входе, и на выходе имеют электрическую энергию (в качестве примера можно привести выпрямительное устройство).
2. Потребители энергии. Они преобразовывают электрический ток во что-то другое (освещение, тепло).
3. Вспомогательные элементы. Сюда относят различные составляющие, без которых реальная цепь не будет работать, как то: коммутационная аппаратура, соединительные провода, измерительные приборы и прочее, подобное по назначению.

Все элементы охвачены одним электромагнитным процессом.

Как трактовать изображения на практике?

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: так, вспомогательные элементы обычно на схемах не указываются. 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.

Элементы схемы электрической цепи

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.

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.

В каких режимах работает электрическая цепь?

Когда к источнику питания подключено разное количество потребителей, то соответственно меняются величины токов, мощностей и напряжения.

Режим холостого хода

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.

Режим короткого замыкания

При таких условиях ключ схемы замкнут, а сопротивление равняется нулю. Тогда напряжение на зажимах также = 0.

Номинальный режим

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.

Согласованный режим

Он используется для обеспечения максимальной передачи активной мощности, которая идет от источника питания к потребляемому энергию. При этом нелишним будет высчитать параметр полезности.

Основные элементы во время проведения расчетов для электрических цепей

Они используются в сложных конструкциях, чтобы проверить, что и как будет работать:

1. Ветвь. Так называют участок цепи, на котором одна и та же величина тока. Ветвь может комплектоваться из одного/нескольких элементов, которые последовательно соединены.
2. Узел. Место, где соединяется как минимум три ветви. Если они соединены с одной парой узлов, то их называют параллельными.
3. Контур. Подобным образом именуют любой замкнутый путь, который проходит по нескольким ветвям.

Вот такие деления имеют электрические цепи. Элементы электрических цепей во всех случаях, кроме ветви, обязательно присутствуют в множестве.

Условные положительные направления

Их необходимо задавать, чтобы правильно формулировать уравнения, которые описывают происходящие процессы. Важность направления есть для токов, ЭДС источников питания, а также напряжений.

1. Для ЭДС источников они указываются произвольно. Но при этом необходимо учитывать, что полюс, к которому направлена стрелка, обладает более высоким потенциалом, по сравнению со вторым.
2. Для токов, которые работают с источниками ЭДС – должны совпадать с ними. Во всех других случаях направление является произвольным.
3. Для напряжений – совпадает с током.

Виды электрических цепей

Как их различают? 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.

Законы, которые понадобятся при работе с цепями постоянного тока

Анализ и расчет будут гораздо эффективнее, если одновременно использовать закон Ома, а также первый и второй законы Кирхгофа.

Закон Ома для участка цепи

Для нас важна сила тока (I), напряжение (U) и сопротивление (R). Данный закон выражается такой формулой: I=U/R. При расчёте электрических цепей иногда более удобно использовать обратную величину: R=I/U.

Закон Ома для полной цепи

Он определяет зависимость, которая устанавливается между ЭДС (Е) источника питания, у которого внутреннее сопротивление равно r, током и общим эквивалентом R. Формула выглядит I = E/(r+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.

Первый закон Кирхгофа

Любой узел электрической цепи имеет алгебраическую сумму токов, которая равна нулю.

Второй закон Кирхгофа

Алгебраическая сумма ЭДС в любом выбранном замкнутом контуре является равной просуммированному числу падений напряжений на всех его участках. Всегда ли это так? Нет.

1. Выбрать направление, по которому будет осуществляться обход контура.
2. Задать положительные показатели для токов, ЭДС и напряжений.

Заключение

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.

Методы расчета электрических цепей

Постановка задачи: в известной схеме цепи с заданными параметрами необходимо рассчитать токи, напряжения, мощности на отдельных участках. Для этого можно использовать следующие методы:

• преобразования цепи;

• непосредственного применения законов Кирхгофа;

• контурных токов;

• узловых потенциалов;

• наложения;

• эквивалентного генератора.

Будем рассматривать первых два метода.

1. Метод преобразования цепи. Суть метода: если несколько последовательно или (и) параллельно включенных сопротивлений заменить одним, то распределение токов в электрической цепи не изменится.

а) Последовательное соединение резисторов. Сопротивления включены таким образом, что начало следующего сопротивления подключается к концу предыдущего (рис. 6).

Ток во всех последовательно соединенных элементах одинаков.

Заменим все последовательно соединенные резисторы одним эквивалентным(рис. 7.).

По IIзакону Кирхгофа:

;

;

т.е. при последовательном соединении резисторов эквивалентное сопротивление участка цепи равно сумме всех последовательно включенных сопротивлений.

б) Параллельное соединение резисторов. При этом соединении соединяются вместе одноименные зажимы резисторов (рис. 8).

Все элементы присоединяются к одной паре узлов. Поэтому ко всем элементам приложено одно и тоже напряжениеU.

По Iзакону Кирхгофа:.

По закону Ома . Тогда.

Для эквивалентной схемы (см рис. 7): ; .

Величина , обратная сопротивлению, называется проводимостьюG.

;= Сименс (См).

Частный случай: параллельно соединены два резистора (рис. 9).

в) Взаимное преобразование звезды (рис.10а) и треугольник сопротивлений (рис. 10б).

— преобразование звезды сопротивлений в треугольник:

— преобразование «треугольника» сопротивлений в «звезду»:

2. Метод непосредственного применения законов Кирхгофа. Порядок расчета:

• Определить число ветвей (т.е. токов) и узлов в схеме.

• Произвольно выбрать условно-положительные направления токов. Общее число уравнений должно быть равно числу неизвестных токов.

• Определить, сколько уравнений должно быть составлено по Iзакону Кирхгофа, а сколько — поIIзакону Кирхгофа.

• Составить уравнения для узлов поIзакону Кирхгофа и длянезависимых контуров (отличающихся друг от друга хотя бы на одну ветвь) — поIIзакону Кирхгофа.

• Решить система уравнений относительно токов. Если в результате ток получился отрицательным, то его действительное направление противоположно выбранному.

• Проверить правильность решения задачи, составив уравнение баланса мощности и смоделировав электрическую цепь средствами моделирующего пакета ElectronicsWorkbench.

Примечание: если есть возможность, то перед составлением системы уравнений по законам Кирхгофа, следует преобразовать «треугольник» сопротивлений в соответствующую «звезду».

Пример расчет электрических цепей постоянного тока

Расчет будем выполнять с применением законов Кирхгофа, предварительно преобразовав треугольник сопротивлений в звезду.

Пример. Определить токи в цепи рис. 11, еслиE₁=160 В,E₂=100 В,R₃=100 Ом,R₄=100 Ом,R₅=150 Ом,R₆=40 Ом.

Преобразуем треугольник сопротивлений R₄ R₅ R₆в звезду сопротивленийR₄₅ R₅₆ R₆₄, предварительно указав условные положительные направления токов в цепи (рис. 12).

Ом;

Ом;

Ом.

После преобразования электрическая цепь примет вид рис. 13 (в непреобразованной части электрической цепи направления токов не изменятся).

Вполученной электрической цепи 2 узла, 3 ветви, 2 независимых контура, следовательно, в цепи протекает три тока (по количеству ветвей) и необходимо составить систему трех уравнений, из которых поIзакону Кирхгофа – одно уравнение (на 1 меньше, чем узлов в схеме электрической цепи) и два уравнения – поIIзакону Кирхгофа:

Подставим в полученную систему уравнений известные значения ЭДС и сопротивлений:

Решая систему уравнений любым способом, определяем токи схемы электрической цепи рис. 13:

А;А;А.

Переходим к исходной схеме (см. рис. 11). По IIзакону Кирхгофа:

;

А.

По Iзакону Кирхгофа:

;

А;

;

А.

Токииполучились отрицательными, следовательно, их действительное направление противоположно выбранному нами (рис. 14).

Правильность решения проверяем, составив уравнение баланса мощности. Мощность источников (учтем, что ЭДС источника E₂направленно встречно токуI₂, протекающему через него):

Вт.

Мощность потребителей:

Погрешность вычислений в пределах допустимого (меньше 5%).

Смоделируем электрическую цепь рис. 11 средствами моделирующего пакета ElectronicsWorkbench(рис. 15):

Рис. 15

При сравнении расчетных результатов и результатов моделирования, можно увидеть, что они отличаются (различия не превышают 5%), т.к. измерительные приборы имеют внутренние сопротивления, которые моделирующая система учитывает

Электрическая цепь и ее элементы. Принципиальная схема электрической цепи. Схема замещения электрической цепи

1)Электрическая цепь:

Совокупность устройств для получения в них эл. тока наз. электрической цепью. В основном цепь состоит из источников питания, приёмников энергии, или потребителей, и проводов для передачи эл. энергии.

2) Элемент  электричес- кой цепи:

Элементы электрической цепи – устройство или прибор, выполняющий определенные функции. Все элементы электрической цепи принципиально делятся  на источники и потребители:     

3) монтажная схема   электрической цепи.

Монтажная  схема -изображает элементы цепи и соединительные провода.

4) принципиальная схема электрической цепи. 

Принципиальная  схема – на ней показываются условные графические изображения элементов и их соединений.

5) схема замещения электрической цепи.

Схема замещения – расчетная модель электрической цепи, на которой элементы замещаются идеализи -рованными элементами без вспомогательных элементов, не влияющих на результаты расчетов.

6)Иисточники эц:

В качестве источников питания применяются эл. генераторы, аккумуляторы и первичные элементы.

7) Приемники эц:

К приёмникам эл. энергии относятся электродвигате ли, лампы накаливания, нагревательные устройст ва и тд.

8)Классификация эц по роду тока:

. ПО РОДУ ТОКА: — 1. цепи постоянного тока (ток, не меняющ. во времени), 2. цепи переменного тока  (синусоидально-измененяющийся ток

I(t)

t

9) Линейные эц:

Линейные – ЭЦ сопротивление каждого эл-та кот. не зависит ни от тока, ни от напряжения. Зависимость напряж.  от тока показывается  на вольт-амперных хар-ках. 

I(t)

t

10)Нелинейные эц:

Нелинейные – если хотя бы один  эл-т в цепи имеет сопрот-е,  зависящее  или от тока  или от напряж-я.

I(t)

t

11) Простые эц:

Все элементы соединены последовательно

12)Сложные эц:

Сложнее электрические цепи содержат азветвления

13) Идеальный источник ЭДС:

Ид ист ЭДС – источник, напряжение на зажимах которого не зависит от тока

14) Идеальный источник тока:

Источник энергии, ток через который не зависит от напряжения на его зажимах

15) Схемы замещения реальных источников энергии:

Графическое изображение Эл. цепи, составленное из условных обозначений электротехнич. устройств, наз. принципиальной схемой. Схема замещения эл. цепи является её количественной моделью. Она состоит из совокупности различных идеализированных элементов, выбранных так, чтобы можно было с хорошим приближением описать процессы эл. цепи.

Рассмотрим один из распространённых источников энергии постоянного тока – гальванический элемент. Между разноимённо заряженными пластинами возникает однородное Эл. поле с напряженностью Е [В/м], которое препятствует направленному движению ионов в растворе. Напряжение, при котором накопление зарядов прекращается, служит количественной мерой сторонней силы. Её называют электродвижущей силой (ЭДС, ξ). Если к выводам гальванического элемента подключить приёмник,. То в замкнутой эл. цепи возникнет ток. Заряд каждой из пластин уменьшится и появится направленное движение ионов в растворе кислоты. Направленное движение ионов сопровождается их взаимными столкновениями, что создает внутреннее сопротивление гальванического элемента постоянному току. Т.о., эскизное изображение которого дано на рис.1, а изображение на принципиальных схемах – на рис.2, можно представить в виде схемы замещения (рис.3), состоящей из последовательно включенных источника ЭДС ξ и  резистивного элемента с сопротивлением . Равным внутреннему сопротивлению гальванического элемента. Стрелка ЭДС указывает направление движения положительных зарядов внутри источника под действием сторонних сил. Схема замещения рис.3 применяется и для любых других источников эл. энергии постоянного тока.

16) Закон Ома для участ-ка цепи:

Uab = IR => I = Uab/R

17) закон Ома для участка цепи, содержа -щего источник ЭДС:

Uab

a       I    R    c    E     b

Uab = Uac + Ucb

Uac = IR

Ucb = φc  — φb = — E

φb  — φc = E

Uab = IR – E

I = (Uab + E)/R

18) Режимы работы источников энергии:

Ист. тока и ЭДС м. раб-ть как в режиме ист. тока так и  в режиме потребителей (приемников) эл-ой эн-ии. Источник ЭДС работает в режиме потреб-ля , если напряжения тока ч/з него и ЭДС не совпадают. (рис-1 – потребитель, 2-источник):

Ист. тока раб. в режиме потребителя, если напряж. на зажиме,  из кот вытекает ток, выше чем,  на зажиме, в котором ток втекает.

19,26) Баланс мощностей в цепи постоянного тока:

Сумме мощностей энергии равна сумме мощностей приёмников энергии

∑ Pист = ∑Pпр

Pпр = I² R

Pист = EI

Если направление тока и ЭДС через источник тока не совпадает, то исто -чник потребляет энергию

20) первый закон  Кирхгофа

 закон Кирхгофа: сумма токов, направленных к узлу, равна сумме токов, направленных от него.

Для узла А можно написать:, I₁ + I₂ – I₃ – I₄ – I₅ = 0 а в общем виде ,т.е.алгебраичеc-кая сумма токов в узле равна нулю. При этом токи, направленные от узла, считаются отрицательными.

21) второй закон Кирхгофа

Рассмотрим источники, работающие в режиме генератора, т.е. аправления токов совпадают с направ -лениями ЭДС. Одинаковое для них напряжение между точками ВА или, что то же, между точками ЖЗ определяется по формуле:

 Тогда для замкнутого контура АБВГДА спра -ведливо уравнение

откуда

или в обшей форме

.

22) расчёт цепей посто- янного тока путём непосредственного применения законов Кирхгофа.

По первому зак. Кирхгофа составляется Y – 1 урав- нений. Направления токов выбираются произвольно

По II-му составляется

B – (Y — 1) – T уравнений, где В – кол. ветвей в цепи

Y – кол. узлов в цепи

T – кол. ветвей содерж. источник тока.

23) расчёт цепей постоян -ного тока методом контурных токов

Он снован на предположении, что в каждом независимом контуре, в каждой