Что представляют собой электрические схемы: ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА — это… Что такое ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА?

Конспект урока по технологии «Принципиальные и монтажные электрические схемы»

Конспект урока по Технологии 8 класса

 «Принципиальные и монтажные электрические схемы»

 

Современное электрическое оборудование в своей работе использует многочисленные технологические процессы, протекающие по различным алгоритмам.

Электромонтёру, напомним, что это специалист, который занимается эксплуатацией, монтажом, наладкой и ремонтом электрооборудования, нужно иметь правильную информацию обо всех особенностях электрооборудования. Для этого создают специальные электрические схемы.

Электросхема представляет собой документ, в котором по определённым правилам обозначаются связи между составными частями устройств, которые работают за счёт протекания электроэнергии.

Проще говоря, электрическая схема – это чертёж или графическое изображение электрооборудования и цепей связи.

Самая простая электрическая цепь может содержать всего лишь три элемента: источник, нагрузку и соединительные провода.

Но в реальности электрические цепи намного сложнее. Они, помимо основных элементов, содержат различные выключатели, рубильники, пускатели, контакторы, предохранители, реле в автоматах, электроизмерительные приборы, розетки, вилки и другое.

Всё это и указывается в электрической схеме и даёт понимание электромонтёрам о том, как работает установка и из каких элементов она состоит.

Основное назначение электросхемы – помощь в подключении установок, а также в поиске неисправности в цепи.

Электрические схемы создаются для электриков всех специальностей. Но каждая отдельная схема имеет свои особенности оформления. Чаще всего электрические схемы делят на принципиальные и монтажные

.

Оба типа этих схем очень взаимосвязаны. Они дополняют информацию друг у друга, выполняются по единым стандартам, понятным всем пользователям, но имеют отличия в своём назначении.

Итак, принципиальная электрическая схема представляет собой графическое изображение электрической цепи, на котором все её элементы изображают в виде условных знаков.

На экране вы видите таблицу с условными обозначениями элементов электрической цепи.

Принципиальные электрические схемы создают в первую очередь для того, чтобы показать принцип работы и взаимодействие составляющих элементов в порядке очерёдности их срабатывания.

На экране вы видите простейшую принципиальную электрическую схему цепи.

Обратите внимание, она состоит из источника электрической энергии в виде батареи гальванических элементов, нагрузки в виде лампы накаливания и выключателя.

Что касается монтажных электрических схем, то они представляют собой чертежи или эскизы частей электрооборудования, по которым выполняется сборка, монтаж электроустановки. В монтажных схемах учитываются расположение, компоновка составных частей и отображаются все электрические связи между ними.

На экране вы видите пример монтажной электрической схемы.

По этой схеме электромонтёр увидит, что все элементы электрической цепи крепятся на монтажной плате. Источником электроэнергии служит батарея от карманного фонарика. Монтажные провода, которые идут к батарее, припаиваются непосредственно к её электродам. А малогабаритная лампочка вворачивается в ламповый патрон, который закреплён на плате. В свою очередь монтажные провода крепятся к клеммам лампового патрона с помощью пайки, как и провода к выключателю. А контакты выключателя также закреплены на монтажной плате.

По указанным примерам схем можно сделать вывод, что основным отличием принципиальной и монтажной электрических схем является то, что принципиальная схема показывает соединение только основных элементов цепи, без комплектующей арматуры (например, электророзеток, вилок, ламповых патронов), а вот монтажная электрическая схема показывает точное (реальное) расположение элементов относительно друг друга, комплектующую арматуру и места подключения проводов.

Получается, что все монтажные схемы создаются на основе принципиальных и содержат всю необходимую информацию по производству монтажа электроустановки, включая выполнение электрических соединений. Без их использования создать качественно, надёжно и понятно для всех специалистов электрические подключения современного оборудования невозможно.

Для того чтобы правильно вычертить электрическую схему нужно обязательно соблюдать размеры и пропорции условных графических обозначений

.

Линии связей между элементами схемы обязательно нужно проводить параллельно или взаимно перпендикулярно, соблюдая условие замкнутости цепи, наклонные линии не применять.

Итоги урока

На этом уроке мы говорили об электрических схемах. Узнали, что электросхема – это чертёж или графическое изображение электрооборудования и цепей связи. Основное назначение электрической схемы – помощь в подключении установок, а также в поиске неисправности в цепи. Электрические схемы чаще всего делят на принципиальные и монтажные. Принципиальные электрические схемы создают для того, чтобы показать принцип работы и взаимодействие составляющих элементов в порядке очерёдности их срабатывания. В монтажных схемах учитываются расположение, компоновка составных частей и отображаются все электрические связи между ними.

 

Преобразование схем электрических цепей в электротехнике (ТОЭ)

Содержание:

Преобразование схем электрических цепей:

При расчете электрических цепей часто возникает целесообразность преобразования схем этих цепей в более простые и удобные для расчета. Так, при одном или нескольких источниках электрической энергии в ряде случаев удается преобразовать электрическую схему в одноконтурную или в схему с двумя узлами, что весьма упрощает последующий расчет.

Описываемые ниже приемы преобразования схем электрических цепей применимы для цепей постоянного и переменного тока-, ради общности изложения они приводятся в комплексной записи.

Одним из основных видов преобразования электрических схем, часто применяемых на практике, является преобразование схемы со смешанным соединением элементов. Смешанное соединение элементов представляет собой сочетание более простых соединений — последовательного и параллельного, рассмотрению которых и посвящен данный параграф.

Последовательное соединение

На рис. 4-1 изображена ветвь электрической цепи, в которой последовательно включены комплексные сопротивления

Напряжения на отдельных участках цепи обозначены через

По второму закону Кирхгофа

или, что то же,

Сумма комплексных сопротивлений всех последовательно соединенных участков цепи

называется эквивалентным комплексным сопротивлением.

Если мнимые части комплексов

представляют собой сопротивления одинакового характера— индуктивного или емкостного (рис. 4-2), то эквивалентное комплексное сопротивление Z находится в результате

арифметического сложения в отдельности сопротивлений индуктивностей или величин обратных емкостям:

или

где

Ток в цепи равен:

Напряжения на участках цепи, соединенных последовательно, относятся как комплексные сопротивления этих участков: напряжение на k-м участке равно произведению суммарного напряжения на отношение комплексного сопротивления участка к эквивалентному комплексному сопротивлению цепи:

Приведенные выше формулы справедливы при любых значениях

Параллельное соединение

На рис. 4-3 изображена схема электрической цепи с двумя узлами. Между этими узлами параллельно соединены ветви с комплексными проводимостями  Напряжение на всех ветвях одинаковое, равное

Токи в ветвях обозначены через

По первому закону Кирхгофа

или, что то же,

Сумма комплексных проводимостей всех ветвей, соединенных параллельно,

называется эквивалентной комплексной проводимостью.

Если мнимые части комплексов представляют собой проводимости одинакового характера — емкостного или индуктивного (рис. 4-4), то эквивалентная

комплексная проводимость Y находится в результате арифметического сложения отдельных активных проводимостей , емкостей или величин обратных индуктивностям:

или

где

Суммарный ток в цепи равен:

Токи в ветвях относятся, как их комплексные проводимости: ток в  ветви равен произведению суммарного тока всех ветвей на отношение комплексной проводимости ветви к эквивалентной комплексной проводимости:

Данным выражением особенно удобно пользоваться при n > 2. При этом значения могут быть любыми.

В случае параллельного соединения двух ветвей (n = 2) обычно пользуются выражениями, в которые входят сопротивления ветвей; эквивалентное комплексное сопротивление равно: v 1    1    Z,Z2

Токи в параллельных ветвях:

t. e. ток одной из двух параллельных ветвей равен суммарному току, умноженному на сопротивление другой ветви и деленному на сумму сопротивлений обеих ветвей.
 

Смешанное соединение

Электрические схемы, имеющие смешанное соединение, могут быть преобразованы в более простую электрическую схему путем замены параллельных ветвей одной ветвью и соответственно последовательно соединенных участков цепи — одним участком.

На рис. 4-5 показан пример электрической цепи со смешанным соединением. Эта схема легко приводится к одноконтурной. Первоначально вычисляется эквивалентная комплексная проводимость параллельных ветвей; затем находится величина, обратная проводимости, т. е. общее комплексное сопротивление параллельных ветвей; найденное комплексное сопротивление суммируется с комплексным сопротивлением последовательно включенного участка. Полученное суммарное

комплексное сопротивление эквивалентно сопротивлению исходной цепи со смешанным соединением.

Расчетные выражения для рассматриваемого случая будут следующие:

Суммарное комплексное сопротивление всей цепи равно:

а суммарный ток

Токи в ветвях относятся, как комплексные проводимости ветвей:

Таким юбразом, многоконтурная электрическая схема со смешанным соединением приводится к одноконтурной,

имеющей суммарное комплексное сопротивление Z или соответственно суммарную комплексную проводимость Y. Распределение токов и напряжений в смешанной цепи подчиняется правилам, указанным в предыдущем параграфе.

Описанный выше порядок преобразования схемы и нахождения распределения токов принципиально применим и для так называемой цепной схемы, показанной на рис. 4-6. Просуммировав комплексные сопротивления в последней ветви, найдем комплексную проводимость ветви, которую алгебраически сложим с и получим суммарную комплексную проводимость двух последних ветвей; вычислив обратную величину, т. е. комплексное сопротивление, прибавим к ней Продолжая

таким образом дальше, получим в итоге результирующее комплексное сопротивление цепи и соответственно суммарный ток который может быть путем последовательных вычислений распределен между всеми ветвями сложной цепи.

Однако такой способ расчета цепной схемы является достаточно трудоемким и утомительным. Более целесообразно в этом случае воспользоваться другим методом, который известен под названием метода подобия или единичного тока.

Задавшись током в последней ветви, равным единице находим напряжение на комплексном сопротивлении равное При этом ток  .

Следовательно,

Прибавив к напряжению на падение напряжения от тока в комплексном сопротивлении получим напряжение на Продолжая таким образом дальше, найдем в конечном итоге ток и напряжение Ввиду того что ток был произвольно выбран равным единице, полученное напряжение не будет равно заданному напряжению на выводах цепи. Для нахождения действительного распределения токов в схеме необходимо все вычисленные значения токов умножить на отношение
 

Эквивалентные участки цепи с последовательным и параллельным соединениями

Обозначим комплексное сопротивление участка цепи, состоящего из двух последовательно соединенных элементов, через Комплексная проводимость данного участка цепи равна причем активная и реактивная проводимости:

Если два элемента с проводимостями g и b, вычисленными по этим формулам, соединить параллельно, то суммарная комплексная проводимость будет равна Y и соответственно комплексное сопротивление будет равно Z,

Такие две цепи с последовательным и параллельным соединениями, имеющие одинаковые сопротивления на выводах, называются эквивалентными.

Ввиду того что реактивное сопротивление х, входящее в расчетные формулы, в общем случае зависит от частоты, условие эквивалентности этих цепей выполняется только при той частоте, для которой вычислено х.

Пусть, например, задана схема с последовательным соединением сопротивления и индуктивности (рис. 4-7, а). Преобразуем ее в схему с параллельным соединением элементов (рис. 4-7, б).

Активная и реактивная проводимости исходной цепи:

Из условия эквивалентности цепей следует, что параметры новой цепи будут:

Вычислив по этим формулам получим схему цепи, эквивалентной исходной при данной частоте При других значениях частоты параметры будут иметь другие значения, следовательно эквивалентность цепей нарушится.

При например, при достаточно высокой частоте:

Если исходной является схема рис. 4-7, б и заданными параметрами являются то параметры эквивалентной цепи (рис. 4-7, а) определятся из выражений:

Из полученных выражений видно, что числовые значения эквивалентной цепи зависят от частоты.

Условия эквивалентности для цепей с последовательным и параллельным соединением сопротивления и емкости имеют вид:

При достаточно высокой частоте и тогда

 

Преобразование треугольника в эквивалентную звезду

Преобразованием треугольника в эквивалентную звезду называется такая замена части цепи, соединенной по схеме треугольником, цепью, соединенной по схеме звезды, при которой токи и напряжения в остальной части цепи

сохраняются неизменными. Иначе говоря, эквивалентность треугольника и звезды понимается в том смысле, что при одинаковых напряжениях между одноименными выводами токи, входящие в одноименные выводы, одинаковы. Это равносильно тому, что мощности в этих цепях одинаковы.

На рис. 4-8 показан случай, когда преобразование треугольника в эквивалентную звезду дает возможность преобразовать многоконтурную схему в одноконтурную.

Для вывода расчетных выражений, служащих для преобразования треугольника в эквивалентную звезду, ниже приняты следующие обозначения (рис. 4-9):

• — сопротивления сторон треугольника;
• — сопротивления лучей звезды;
• — токи, подходящие к выводам 1, 2, 3\
• — Токи в ветвях треугольника.

Выразим токи в ветвях треугольника через приходящие токи.

По второму закону Кирхгофа сумма напряжений в контуре треугольника равна нулю:

По первому закону Кирхгофа для узлов 2 и 1

Решение этих уравнений относительно Дает:

Напряжение между выводами 1 и 2 схемы рис. 4-9, а будет:

a в схеме рис. 4-9, б оно равно:

Для эквивалентности необходимо равенство напряжений при всяких токах

Это возможно при условии:

Третье выражение получается в результате круговой замены индексов.

Итак, комплексное сопротивление луча звезды равно произведению комплексных сопротивлений прилегающих сторон треугольника, деленному на сумму комплексных сопротивлений трех сторон треугольника.

Выше было получено выражение для тока в стороне 1—2 треугольника в зависимости от токов Круговой заменой индексов можно получить токи в двух других сторонах треугольника:

 

Преобразование звезды в эквивалентный треугольник

В расчетах также возникает необходимость замены звезды эквивалентным треугольником. На рис. 4-10 показан, например, случай, когда такая замена позволяет

преобразовать сложную электрическую схему в одноконтурную.

При переходе от звезды к треугольнику заданными являются сопротивления звезды Выражения для искомых сопротивлений треугольника находятся в результате совместного решения трех уравнений (4-1).

Деление третьего уравнения на первое, а затем на второе дает:

Выражая отсюда и подставляя их в первое уравнение (4-1), получим:

откуда

Аналогично круговой заменой индексов получим:

И

Отедовательно, комплексное сопротивление стороны треугольника равно сумме комплексных сопротивлений прилегающих лучей звезды и произведения их, деленного на сопротивление третьего луча.

Токи в лучах звезды легко выражаются через токи в сторонах треугольника. С учетом положительных направлений на рис. 4-9 имеем:

 

Эквивалентные источники э. д. с. и тока

Два разнородных источника электрической энергии — источник э. д. с. и источник тока — считаются эквивалентными,, если при замене одного источника другим токи и напряжения во внешней электрической цепи, с которой эти источники соединяются, остаются неизменными. На рис. 4-11 изображены эквивалентные источники тока, посылающие во внешнюю цепь ток и поддерживающие на своих выводах одинаковое напряжение

Условием эквивалентности источников, именуемым в дальнейшем правилом об эквивалентных источниках э. д.с. и тока, служит следующее соотношение между э. д. с. Ё источника э. д. с. и током

источника тока:

где Z — внутреннее комплексное сопротивление как источника э. д. с., так и источника тока.

Действительно, напряжение на источнике э. д. с. получается в результате вычитания из э. д. с. падения напряжения от тока в комплексном сопротивлении Z источника (рис. 4-11, а).

Соответственно напряжение на источнике тока при том же токе посылаемом во внешнюю цепь, равно падению напряжения от тока в комплексном сопротивлении Z источника (рис. 4-11,6).

В обоих случаях напряжения на выводах обоих источников одинаковы:

т. е. получается условие (4-3), не зависящее от тока нагрузки.

При отсоединении эквивалентных источников э. д. с.

и тока от внешней цепи напряжение на выводах обоих источников равно Ё. Именно это обстоятельство и равенство внутренних комплексных сопротивлений обоих источников и обеспечивают их эквивалентность при любом режиме работы.

Следует заметить, что мощности, расходуемые во внутренних сопротивлениях эквивалентных источников э. д. с. и тока, неодинаковы. В первом случае полная мощность, расходуемая в источнике, равна во втором случае

Например, при отсоединении источников от внешней цепи в первом случае мощность в источнике не расходуется, а во втором случае она составляет

Поэтому эквивалентность источников следует понимать только в смысле неизменности токов, напряжений и мощностей во внешней электрической цепи, присоединенной к источникам.

Если внутреннее сопротивление источника э. д. с. равно нулю, то непосредственное применение формулы (4-3) для нахождения эквивалентного источника тока по, заданной э. д. с. источника не представляется возможным. В таких случаях сопротивление внешней цепи, включенной последовательно с э. д. с., можно рассматривать в качестве внутреннего сопротивления источника, что позволит применить формулу (4-3).

В случае сложной электрической цепи замена источника э. д. с. эквивалентным источником тока или обратно может иногда упростить расчет.

Целесообразность такой замены проиллюстрирована, в частности, в следующем параграфе.
 

Преобразование схем с двумя узлами

Применим правило об эквивалентных источниках э. д. с. и тока к преобразованию схемы с параллельным соединением n ветвей, содержащих источники э. д. с. (рис. 4-12, а).

Заменяя заданные источники э. д. с. источниками тока, получаем схему рис. 4-12, б. Источники тока в совокупности образуют эквивалентный источник тока (рис. 4-12, в), причем

и

Пользуясь этим соотношением, можно в конечном итоге перейти от схемы рис. 4-12, в к схеме рис. 4-12, s, являющейся эквивалентом исходной схемы рис. 4-21, а. Здесь

Таким образом, n параллельных ветвей с источниками э. д. с. между двумя узлами могут быть заменены одним источником тока (рис. 4-12, в) или источником э. д. с. (рис. 4-12, s).

Ток во внешней цепи (в ветви с сопротивлением равен:

Напряжение между двумя узлами находится по формуле

Выведенные здесь выражения широко используются для расчета электрических цепей с двумя узлами, а также более сложных цепей, приводящихся к двум узлам.
 

Перенос источников в схеме

Расчет электрической цепи облегчается в ряде случаев в результате переноса в схеме источников э. д. с. или тока. Как это видно из уравнений Кирхгофа, токи в схеме определяются заданными величинами суммарных э. д. с. в контурах независимо от того, из каких отдельных слагающих они состоят. Поэтому изменение расположения в схеме источников э. д. с., при котором суммарные э. д. с. во всех контурах сохраняются неизменными, не влияет на токи в ветвях. Аналогично напряжения на ветвях определяются заданными суммарными токами источников тока в узлах, и поэтому изменение расположения в схеме источников тока, при котором их суммарные токи во всех узлах сохраняются неизменными, не влияет на напряжения в схеме.

Если, например, требуется исключить источник э. д. с. из какой-либо ветви, то в данную ветвь вводится компенсирующая э. д. с., причем точно такая же э. д. с. вводится одновременно во все остальные ветви, сходящиеся

в одном из узлов данной ветви. Компенсирующая и дополнительные э. д. с. имеют одинаковое направление по отношению к рассматриваемому узлу. В результате этого источник э. д. с. из ветви исключается и появляются источники э. д. с. в других ветвях схемы. Суммарные э. д. с. во всех контурах и соответственно токи в ветвях остаются прежними.

Итак, источник э. д. с. может быть перенесен из какой-либо ветви схемы во все другие ветви, присоединенные к узлу данной ветви, без изменения токов в схеме.

Справедливо и обратное положение: если во всех ветвях, кроме одной, сходящихся в узле, имеются одинаковые источники э. д. с. (рис. 4-13, а), направленные все к одному узлу или все от узла, то они могут быть заменены одним источником э. д. с. в ветви, в которой источник отсутствовал (рис. 4-13, б).

Это положение подтверждается тем, что суммарные э. д. с. в контурах схем на рис. 4-13, а и б одинаковы.

Имеется и другое доказательство данного положения: ввиду равенства э. д. с. всех источников вторые выводы

их могут быть объединены, как имеющие одинаковый потенциал. В результате такого объединения, показанного на рис. 4-13, а пунктиром, получается схема рис. 4-13, б.

В случае переноса источников тока они присоединяются к узлам схемы так, чтобы оставались неизменными их суммарные токи в узлах.

Так, например, несмотря на то, что источники тока размещены в схемах рис.

4-14, а и б различно, суммарные токи источников в узлах обеих схем одинаковы. Поэтому и напряжения между узлами не изменились.

Итак, источник тока может быть заменен источниками тока, подключенными. параллельно всем

ветвям, которые составляли контур с рассматриваемым источником.

• Перенос источников в схеме успешно сочетается на практике с различными методами преобразований и расчетов (см. пример 4-1).

Пример 4-1.

Вычислить ток в диагональной ветви мостовой схемы рис. 4-15, а.

Дано:

Заданный источник тока может быть заменен двумя источниками, подключенными параллельно сопротивлениям (рис. 4-15, б). Пользуясь условием эквивалентности источников э, д, с, и тока, получаем схему рис, 4-15, в с двумя узлами. По формуле (4-4) напряжение на ветви равно

В. Искомый ток

Преобразование симметричных схем

Схема электрической цепи, в которой имеется ось симметрии, называется симметричной. Например, схема рис. 4-16, а симметрична относительно вертикальной оси. В симметричных схемах легко выявляются точки или узлы с одинаковым потенциалом. В ветвях, присоединенных к таким узлам, токи равны нулю. Поэтому эти ветви

можно разрезать, не нарушая распределения токов и напряжений в схеме. Точки, имеющие одинаковый потенциал, могут быть объединены. Рассечение ветвей, по которым не проходит ток, и объединение точек равного потенциала упрощают схему и облегчают расчет.

Так, в симметричной схеме рис. 4-16, б токи в соединениях, пересекающих ось симметрии, отсутствуют. Разрезав схему по оси симметрии, получим с обеих сторон одноконтурную схему рис. 4-16, в, которая легко рассчитывается.

Допустим теперь, что полярность источников в симметричной схеме неодинакова (рис. 4-17, а). В этом случае (равенство э. д. с. источников и различие их полярности) токи в симметричных ветвях (например, и напряжения между соответствующими парами выводов, симметрично расположенными относительно оси, равны и противоположны по знаку. Отсюда следует, что напряжения между всеми точками, лежащими на оси симметрии, равны нулю Поэтому все точки схемы на оси симметрии могут быть замкнуты накоротко (рис. 4-17, б).

Таким образом, расчет сложных симметричных схем приводится к расчету более простых схем.

На рис. 4-18, а и б показана симметричная мостовая схема, имеющая две оси симметрии — вертикальную и

горизонтальную. В продольных ветвях ток отсутствует; потенциалы средних точек поперечных (перекрещенных) ветвей одинаковы.

Поэтому продольные ветви могут быть рассечены, а средние точки поперечных ветвей — объединены. В результате с обеих сторон получится одноконтурная схема (рис. 4-18, в), расчет которой крайне прост.

Если изменить полярность одного из источников (рис. 4-19, а), то роли продольных и поперечных ветвей поменяются и преобразованная часть схемы примет вид, показанный на рис. 4-19, б.

В разобранных выше примерах э. д. с. источников были равны. В случае неравенства э. д. с. источников преобразование симметричной схемы удобно сочетается с методом наложения (см. пример 7-5).

Проектирования схемы электрической принципиальной

Видеоуроки AutoCAD Electrical >>>

Создавать электрическую принципиальную схему (Э3) в системе AutoCAD Electrical можно тремя способами:

1. Способ «точка-точка» — этот метод, при котором сначала из библиотеки графических образов вставляются компоненты, а затем с помощью инструмента «Вставить провод» компоненты соединяются между собой.
2. Способ «Многозвенная цепь» — метод, при котором сначала используется инструмент «многозвенная цепь», а затем добавляются компоненты на схему. На рисунке 1 показ пример цепи, которую удобнее создавать при помощи этого способа.

Рис. 1 (Кликните на картинку для увеличения изображения)

1. Третий способ основан на использовании инструмента «Много проводная шина», инструмент позволяющий рисовать одновременно несколько проводов. Можно сначала начертить провода, а затем вставить компонент на схему, но иногда удобнее сначала вставить компонент, а затем выбрать инструмент «Многопроводная шина», который сам определит требуемое количество проводов для присоединения компонента.

Во вкладке «Схема» выбираем инструмент «Многопроводная шина», после выбора появится окно, показанное на рисунке 2.

Рис. 2

В окне «Шина, содержащая несколько проводов», установим шаги по вертикали и горизонтали — 10 мм, затем необходимо указать «Компонент (несколько проводов)». После этого нужно нажать кнопку «ОК» и нарисовать горизонтальные 4 провода, идущие от клеммы ХТ1. Затем необходимо повторно выбрать инструмент «Много проводная шина» и выбрать «Другая шина (несколько проводов)» и указать количество проводов – 3, затем нажать кнопку «ОК» и нарисовать две шины, как показано на рисунке 3.

Рис. 3 (Кликните на картинку для увеличения изображения)

Затем во вкладке «Схема» выбираем инструмент «Графическое меню», в нем содержатся компоненты условно графических обозначений. Компоненты представляют собой блоки с атрибутами. Графическое меню представлено на рисунке 4.

Рис. 4 (Кликните на картинку для увеличения изображения)

В «Графическом меню» нужно выбрать компонент и подвести его к проводам,  в том месте, где необходимо его расположить на схеме. Компонент автоматически обрежет провода, и подключиться к ним. Все это произойдет из-за наличия в нем атрибутов точек подключения. Подключив элементы на схеме, обрежем лишние провода, используя инструмент «Обрезать провод». Результат показан на рисунке 5.

Рис.5 (Кликните на картинку для увеличения изображения)

После создания первого листа проекта, по аналогии создается второй лист проекта. Стоит обратить внимание, что поскольку в раздел описания проекта заполнен, то штамп у нового листа заполнился автоматически.

После создания второго листа проекта расположим компоненты и соединим их проводами, как показано на рисунке 6.

Рис. 6 (Кликните на картинку для увеличения изображения)

После создания второго листа необходимо соединить провода между собой. Для этого во вкладке «Схема» необходимо выбрать инструмент «Стрелка с адресом источника цепи», это позволит AutoCAD Electrical соединить провода находящиеся на разных листах проекта и считать их единым проводом. После выбора инструмента «Стрелка с адресом источника цепи» появляется окно, представленное на рисунке 7.

Рис. 7 (Кликните на картинку для увеличения изображения)

В поле «Код» нужно задать уникальное имя для стрелки источника, в поле описание можно задать описание для этой стрелки.

Необходимо расставить стрелки источников цепи, на все провода идущие на лист №2. Пример стрелки с адресом источника показан на рисунке 8.

Рис. 8 (Кликните на картинку для увеличения изображения)

Переходим на второй лист проекта и во вкладке «Схема» выбираем инструмент «Стрелка с адресом назначения», которая позволит соединить провода между первым и вторым листами проекта. После выбора инструмента «Стрелка с адресом назначения», появляется окно «Вставка кода приемника». Поскольку стрелки с адресом источника находятся на другом чертеже необходимо нажать кнопку «Проект» в окне «Вставка кода приемника». Появилось окно «Коды цепей в рамках проекта» показанное на рисунке 9.

Рис. 9 (Кликните на картинку для увеличения изображения)

В этом окне содержится вся информация о стрелках источников и приемников цепей. Поскольку нас интересуют стрелку с адресом источников, то необходимо поставить флаг в графе «Показать коды стрелок с адресом источника». Затем нужно выбрать соответствующий источник цепи, к которому необходимо подключить провод и нажать кнопку «ОК». Этим способом расставим все стрелки приемников на втором листе проекта, как показано на рисунке 10.

Рис. 10 (Кликните на картинку для увеличения изображения)

Проделав вышеперечисленные действия, мы соединили первый и второй лист проекта.

После этого переходим во вкладку «Схема» и выбираем инструмент «Изменить / преобразовать тип провода» и назначаем слои проводам.

Рис. 11 (Кликните на картинку для увеличения изображения)

Найти все ближайшие запланированные курсы обучения по AutoCAD Electrical и зарегистрироваться на них можно, перейдя по этой ссылке.

Если Вы желаете пройти курс обучения или у Вас возникли вопросы по продукту  AutoCAD Electrical, пожалуйста, свяжитесь с нами:

— по телефону/факсу: +7 (812) 321-0055 (Максим Козлов, Курочкин Андрей)

— отправив e-mail: maksim. [email protected]

Мы будем рады ответить на Ваши вопросы!

С уважением, Максим Козлов

Инженер электротехнических САПР

 

 

 

Ключевые слова: AutoCAD Electrical, AutoCAD, AutoCAD для электротехников, AE, AutoCAD E, Autodesk, проектирование схем, принципиальные схемы, сборочный чертеж, таблица соединений, перечень элементов, схема соединений, проектирование, ПЭ, ТС, Э3, Э4, автокад электрикал, 2014, AutoCAD 2014, конструкторская документаци, электро

Электрическая цепь и ее элементы

Электрическая цепь это совокупность устройств, соединенных определенным образом, которые обеспечивают путь для протекания электрического тока.

Элементами электрической цепи являются: источник тока, нагрузка и проводники. Простейшая электрическая цепь показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Простейшая электрическая цепь.

В состав электрической цепи могут входить и другие элементы, таки как устройства коммутации, устройства защиты.

Как известно, для возникновения тока необходимо соединить две точки, одна из которых имеет избыток электронов в сравнении с другой. Другими словами необходимо создать разность потенциалов между этими двумя точками. Как раз для создания разности потенциалов в цепи применяется источник тока. Источником тока в электрической цепи могут быть такие устройства, как генераторы, батареи, химические элементы и т.д.

Нагрузкой в электрической цепи считается любой потребитель электрической энергии. Нагрузка оказывает сопротивление электрическому току и от величины сопротивления нагрузки зависит величина тока. Ток от источника тока к нагрузке течет по проводникам. В качестве проводников стараются использовать материалы с наименьшим сопротивлением (медь, серебро, золото).

Важно, что для протекания тока в цепи, цепь должна быть замкнута!

Типы электрических цепей

В электротехники по типу соединения элементов электрической цепи существуют следующие электрические цепи:

• последовательная электрическая цепь;
• параллельная электрическая цепь;
• последовательно-параллельная электрическая цепь.

Последовательная электрическая цепь.

В последовательной электрической цепи (рисунок 2.) все элементы цепи последовательно друг с другом, то есть конец первого с началом второго, конец второго с началом первого и т.д.

Рисунок 2. Последовательная электрическая цепь.

При таком соединении элементов цепи ток имеет только один путь протекания от источника тока к нагрузке.При этом общий ток цепи I_общ будет равен току через каждый элемент цепи:

I_общ=I₁=I₂=I₃

Падение напряжения вдоль всей цепи, то есть на участке А-Б (Uа-б), будет равно приложенному к этому участку напряжению E и равно сумме падений напряжений на всех участках цепи (резисторах):

E=U_а-б=U₁+U₂+U₃

Параллельная электрическая цепь.

В параллельной электрической цепи (рисунок 3.) все элементы соединены таким образом, что их начало соединены в одну общую точку, а концы в другую.

Рисунок 3. Параллельная электрическая цепь.

В этом случае у тока имеется несколько путей протекания от источника к нагрузкам, а общий ток цепи I_общ будет равен сумме токов параллельных ветвей:

I_общ=I₁+I₂+I₃

Падение напряжения на всех резисторах будет равно приложенному напряжению к участку с параллельным соединением резисторов:

E=U₁=U₂=U₃

Последовательно-параллельная электрическая цепь.

Последовательно-параллельная электрическая цепь является комбинацией последовательной и параллельной цепи, то есть ее элементы включаются и последовательно и параллельно (рисунок 4).

Рисунок 4. Последовательно-параллельная электрическая цепь.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Похожие материалы:

Добавить комментарий

Из каких основных элементов состоит электрическая цепь.

Самая простая электрическая цепь и её схема

Человечество давно научилось использовать электрические явления природы в своих практических целях для получения, использования, а также преобразования энергии. Такое действие достигается путем применения определенных устройств. Элементы оборудования в совокупности образуют систему. Такая система известна, как электрическая цепь.

Чтобы сделать вилки в помещениях менее заметными, обычно они устанавливаются примерно на 30 см над полом. Все розетки должны иметь контакт с контактом или контактный контакт. Электрические приборы обычно снабжены универсальными заглушками, которые подходят как для розетки, так и для розетки.

По определению, электрическая цепь представляет собой схему, основным элементом которой является источник или источник тока. Другие возможные компоненты схемы включают резисторы, конденсаторы, катушки, диоды и т.д. эти элементы подключаются к источнику тока с помощью проводов, благодаря чему ток течет от источника.

Элементы цепи

Электрическая цепь содержит в себе такие составляющие, как источники энергии, потребители, а также соединяющие их провода.

Существуют дополнительные приборы цепи, например, выключатели, измерители тока и защитные аппараты.

Источниками энергии в схеме такой цепи выступают аккумуляторы, генераторы тока и гальванические элементы. Их еще называют

Один из способов классификации электрических цепей делит их на. Упорядоченное движение зарядов в проводниках электрическое. Томами, характеризующими ток, являются интенсивность и напряжение. Меньшие единицы также используются: миллиампер и микро-усилитель.

Протекающий ток равен одному амперу А, когда один поперечный разрез проводника течет в течение одной секунды от заряда одного С-шара. Устройство для измерения тока является амперметром. Для правильной работы он должен быть подключен к цепи последовательно и должен иметь небольшое внутреннее сопротивление, чтобы его можно было исключить при расчете. Работа этого устройства заключается в измерении эффектов, вызванных током. В зависимости от типа измеренного эффекта амперметр можно разделить на.

В приемниках электрической цепи электроэнергия преобразовывается в другой тип энергии. Таким оборудованием бывают двигатели, нагреватели, лампы и т. д.

Стоит отметить, что система может быть внешней и внутренней. Они отличаются наличием приемника. Открытая цепь имеет его в своем составе, а закрытая — только

Электрическая цепь постоянного тока

Ток, величина которого не меняется с течением времени, называется постоянным.

Амперметр постоянного тока измеряет мгновенное или малое значение тока. Амперметр Ампер Ампер. Подробнее Иностранный словарный словарь переменного тока измеряет эффективное значение переменного тока. Для каждого из этих амперометров ток с заданным значением интенсивности вызывает максимальное опрокидывание.

Напряжение — это разность потенциалов между двумя точками схемы. Устройство измерения напряжения является вольтметром. Он включается параллельно с токовой цепью. Чтобы хорошо функционировать, его функция должна иметь бесконечно большое внутреннее сопротивление.

Цепь, через которую проходит такой источник электричества, имеет замкнутую систему. Это электрические цепи постоянного тока. Их составляют различные элементы.

Для обеспечения постоянного источника энергии в системе применяются конденсаторы. Они способны накапливать запасы электрических зарядов.

Емкость конденсатора зависит от размера его металлических пластин.

Можно выделить следующие типы вольтметров. Вольтметр измеряет напряжение, т.е. разность потенциалов между двумя точками схемы. Для каждого типа вольтметра напряжение указанного напряжения дает максимальную индикацию счетчика. Единица электрического сопротивления — ом.

Элементы электрической цепи можно комбинировать двумя способами. Один из них — последовательное соединение. В связи с этим электрический ток последовательно проходит через элементы схемы. Поэтому в каждой точке схемы ток те же. Напротив, падение напряжения на каждом из компонентов может быть рассчитано по ранее упомянутому закону Ома.

Чем они больше, тем больший заряд может накопить этот элемент электрической цепи постоянного тока. Электрическую емкость изменяют в таких единицах, как фарада (ф). На схеме этот элемент выглядит следующим образом.

Вместе с источниками и приемниками тока эти элементы образуют электрические цепи постоянного тока.

Поскольку текущий ток должен, в свою очередь, преодолевать сопротивление отдельных компонентов, общее сопротивление схемы в этом случае равно сумме сопротивлений отдельных компонентов. Второй способ подключения компонентов в цепи — подключаться параллельно. Элементы соединены таким образом, что они образуют отдельные ветви. Текучий ток на участке ветвления разделяется на ветви. Ток в ветви будет зависеть от сопротивления. Таким образом, полная интенсивность будет представлять собой сумму интенсивностей в отдельных ветвях.

Взаимосвязь полного сопротивления в этой комбинации равна сумме обратного сопротивления отдельных компонентов. Таким образом, полное сопротивление цепи меньше индивидуальных сопротивлений. Одним из ключевых вопросов при проектировании соединений является изоляция. Таким образом, хорошие электрические свойства достигаются при высоких частотах и ​​температурах.

Последовательное соединение в цепи

Большое количество электрических цепей состоят из нескольких приемников тока. Если эти элементы соединены друг с другом последовательно, то конец одного приемника присоединен к началу другого. Это последовательное соединение системы.

Контактные части покрыты различными материалами, чтобы уменьшить сопротивление соединения. Они включают золото, серебро, медь, никель, полладий и олово. Это покрытие может быть однослойным, сплавным или многослойным. Часто штыри выполнены из золота и никелевого сплава, что обеспечивает не только низкое сопротивление, но также увеличивает механическую прочность и долговременную стабильность. Хотя твердые ножки износостойкие, они характеризуются более высоким контактным сопротивлением при более низких значениях тока.

В разъемах, которые используются в аудиооборудовании, контакты покрыты золотом. Этот материал отличается более низким сопротивлением. Однако в случае переноса более высоких токов внимание уделяется низкой температуре плавления. В этом случае лучше использовать серебро. Обязательно ограничьте прерывность тока в серебряном контакте, так как полученная электрическая дуга может привести к расплавлению серебра.

Сопротивление в этой электрической цепи приравнивается к сумме сопротивлений всех проводников системы. Они удлиняют пути прохождения тока, который будет одинаковым на отдельных участках системы.

Схема электрической цепи в классическом варианте содержит последовательно присоединенные проводники и нагляднее всего описывается таким прибором, как электрогирлянда.

Латунь — это материал, который используется очень часто для производства контактов, как в разъемах, так и в розетках. Однако многие другие материалы также часто используются. Например, фосфор, в отличие от латуни, обладает хорошими весенними свойствами. Для производства высококачественных соединителей также используется бериллиевая медь.

Соединители представляют собой электроизоляционные элементы одно — или многороторные, которые используются для подключения токового тракта двух низковольтных линий электропередачи. Соединение осуществляется с помощью зажимов или других соединительных элементов, расположенных на концах каждой дорожки. Треки расположены на изоляционном основании или на корпусе.

Недостатком такой системы является тот факт, что в случае выхода из строя одного проводника, система не будет работать вся целиком.

Параллельное соединение цепи

Схема электрической цепи параллельного типа соединения элементов является системой, в которой начало содержащихся в ней проводников соединяются в одной точке, а концы их — в другой. Электрический ток в такой электрической системе имеет несколько вариантов пути прохождения. Он распределяется обратнопропорционально сопротивлению приемников энергии.

Важно отметить, что конец прилагаемой многожильной проволоки включает конец гильзы, обжимной наконечник. Терминал также может быть припаян. Если подключено больше кабелей, важно позаботиться о соединителях. Интересные решения также включают системы с реле или с выпрямительными диодами. В многодорожечных муфтах пути резьбы резьбовых муфт или пазов размещены в общем изолирующем корпусе. Важно сохранить расстояния изоляции между клеммами разъема и живыми, заземленными или чувствительными к касанию металлическими деталями.

Кроме того, рынок может приобрести системы с сигнализацией напряжения светодиодов. Также доступны резьбовые соединители с тремя или четырьмя хомутами для электронных компонентов и сигнализации. Соединения могут быть выполнены как с малыми, так и с большими секциями.

Если у потребителей величина сопротивления одинаковая, то через них будет проходить одинаковый ток. В случае когда у одного приемника энергии сопротивление меньше, через него может пройти больше тока, чем через другие элементы системы.

Электрическая цепь и электрический ток, протекающий по ней, характеризуют электромагнитные процессы при помощи напряжения и силы тока. Сумма отдельно взятых элементов системы будет равна току в точке их соединения.

Могут быть приобретены специальные монорельсовые муфты, которые предназначены для оснащения электронными компонентами пайкой. Кроме того, полезны резьбовые муфты с выемкой или вставкой для плавких вставок и автономных припоев. Некоторые модели разъемов оснащены сигналом с плавким предохранителем. Текущие дорожки в муфтах могут быть отмечены маркерами, расположенными в углублениях корпуса муфты.

При установке промышленных разъемов ручные инструменты, безусловно, будут полезны. Например, экстракторы предназначены для удаления из контактных вставок. Кроме того, стоит позаботиться о прессе, используемом для нажимания контактов в разъемах. Инструмент оснащен механизмом, обеспечивающим повторение зажима контактов на проволоке и механизм для компенсации возможного износа.

Присоединяя к такой цепи новые элементы, сопротивление системы будет уменьшаться. Это связано с увеличением общего сечения проводников при соединении нового потребителя электроэнергии. Позитивной характеристикой такого способа соединения цепи является автономность каждого элемента.

При отключении одного потребителя, совокупное сечение проводников уменьшается, а сопротивление электрической цепи становится большим.

Промышленные разъемы используются в сочетании с проводными и силовыми и управляющими кабелями. Основные характеристики этого типа в основном состоят из материалов, которые обеспечивают не только высокую механическую прочность, но и надежность соединений, а также низкое контактное сопротивление и высокую степень герметичности. Типичный промышленный разъем состоит из мужских и женских контактных вставок, а также переносных и панельных корпусов. Некоторые производители предлагают решения, которые позволяют пользователям выбирать количество контактов, соответствующих конкретному приложению.

Смешанное соединение в цепи

Смешанный вариант соединения довольно распространен в сфере производства электротехники.

Эта цепь содержит в себе одновременно принцип последовательного и параллельного присоединения проводников.

Чтобы определить сопротивление нескольких потребителей такой схемы, находят отдельно сопротивление всех параллельно и последовательно присоединенных проводников. Их приравнивают к единому проводнику, что в итоге упрощает всю схему.

Комбинация вставного корпуса дополняется кабельными сальниками. Контактные вставки также могут быть установлены без корпусов — в разрезанных отверстиях, например, в распределительных шкафах. Как правило, доступны два типа вставок: резьбовые и нажатые. Подчеркивается, что резьбовые вставки допускают множественную проводку и разъединение проводов без использования специальных инструментов. В свою очередь, вставки для пресса по сравнению с резьбовыми вставками имеют больше контактов во вставке того же размера.

Вставки для пресса выполнены из правильных вставок и контактных контактов. Вы также можете приобрести портативный корпус, который предназначен для монтажа на кабеле, а также панельного корпуса, предназначенного для панельного монтажа. Производители предлагают коробки для ящиков, применимые на поверхности или на конструкции.

Режимы работы цепи

Опираясь на показатели нагрузки, различают такие режимы функционирования цепи: номинальный, холостой ход, замыкание и согласование.

При номинальной работе система выполняет характеристики, заявленные в техпаспорте оборудования. Холостой ход образуется в случае обрыва цепи. Этот режим работы относится к аварийным. Электрическая цепь в режиме короткого замыкания имеет сопротивление, которое равно нулю. Это также аварийный режим.

Винты для разъемов предназначены для короткого замыкания резьбовых резьбовых проводников, которые монтируются на монтажных полосах. Не забудьте указать количество коротких разъемов в вашем выборе сфинктера. Стоит позаботиться о маркерах, которые позволяют отмечать каждый трек. Они обычно имеют форму белых полос или желтых профилированных лент с черным оттиском. Маркеры без надпечатки могут быть описаны с помощью ручек. Стоит подчеркнуть, что лента имеет щель, что позволяет отделить отдельные маркеры.

Полезны экраны, монтажные кронштейны, перегородки и обшивка на держателях. Также доступны в качестве аксессуара, концевые пластины для завершения серии разъемов, установленных на профильной полоске 35 мм. На рынке также предлагается соединение соседних дорожек того же размера. Они используются после резкой резки инструментом инструмента.

Согласование характеризуется перемещением наибольшей мощности от источника энергии к проводнику. В таком режиме нагрузка равняется сопротивлению источника питания.

Ознакомившись с основными характеристиками и видами такой системы, как электрическая цепь, становится возможным понять принцип функционирования любого электрооборудования. Данное устройство работы системы применяется к любому электрическому бытовому прибору. Применяя полученные знания, можно понять причину поломки оборудования или оценить правильность его работы в соответствии с техническими характеристиками, заявленными производителем.

Кабельные разъемы также доступны на рынке, характерной особенностью которых является то, что они не требуют несущей рейки. Они устанавливаются винтами прямо на землю. Конструкция обеспечивает ножки и языки, позволяя сборку блоков, состоящих из нескольких разъемов. Каждый разъем полностью изолирован и не требует закрывающей пластины.

Что еще интересного в перекрестке

Также можно приобрести двух — и трехходовые мосты, соединители мостов, а также дополнительные разъемы, зонды, защитные крышки и описательные вывески. Разъемы питания также доступны на рынке. Они являются незаменимым элементом систем распределения электроэнергии. Правда, разъемы могут течь большими токами, но это не означает, что компоненты имеют большой размер. Напротив, мы можем купить высокоточные миниатюрные разъемы. Важной особенностью этих компонентов является высокая нагрузочная способность контактов, рассчитанная на занятый объем компонента.

Электрическая цепь это совокупность устройств, предназначенных для генерирования, передачи, преобразования и использования электрической энергии, процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий об электрическом токе, напряжении и ЭДС

В состав электрических цепей (2.2)входит также коммутационная и защитная аппаратура. В состав электрических цепей могут включаться электрические приборы для измерения силы тока, напряжения и мощности.

При описании электрических цепей используют следующие понятия:ветвь электрической цепи, узел электрической цепи, контур, двухполюсник, четырехполюсник.

Ветвь электрической цепи — это участок, элементы которого соединены последовательно. Ток во всех элементах один и тот же.

Узел электрической цепи — это точка соединения трех и болееветвей электрической цепи (2.3).

Контур — это любой путь вдоль ветвей электрической цепи, начинающийся и заканчивающийся в одной и той же точке.

Двухполюсник — это часть электрической цепи с двумя выделенными выводами.

Четырехполюсник — часть электрической цепи с двумя парами выводов.

Режимы работы электрических цепей

Электрическая цепь в зависимости от значения сопротивления нагрузки R может работать в различных характерных режимах:

Номинальный режим — это расчетный режим, при котором элементы цепи (источники, приемники, линия электропередачи) работают в условиях, соответствующих проектным данным и параметрам.

Изоляция источника, линии электропередачи, приемников рассчитана на определенное напряжение, называемое номинальным. Превышение этого напряжения приводит к пробою изоляции, увеличению токов в цепи и другим аварийным последствиям.

Тепловой режим источников или приемников энергии рассчитан на выделение в них определенного количества тепла, то есть на определенную мощность, а последняя зависит от квадрата тока RI 2 , rI 2 .

Расчетный по тепловому режиму ток называется номинальным.

Номинальное значение мощности для источника электрической энергии — это наибольшая мощность, которую источник при нормальных условиях работы может отдать во внешнюю цепь без опасности пробоя изоляции и превышения допустимой температуры нагрева.

Для приемников электрической энергии типа двигателей — это мощность, которую могут развивать на валу при нормальных условиях работы. Для остальных приемников электрической энергии (нагревательные и осветительные приборы) — это их мощность при номинальном режиме. Номинальные значения напряжений, токов и мощностей указывают в паспортах изделий.

Согласованный режим работы — это режим, в котором работает электрическая цепь (источник и приемник), когда сопротивление нагрузки R равна внутреннему сопротивлению источника r. Этот режим характеризуется передачей от данного источника к приемнику максимально возможной мощности. Однако в согласованном режиме К.П.Д.= 0,5 — низкий и для мощных цепей работа в согласованном режиме экономически невыгодна. Согласованный режим применяется, главным образом, в маломощных цепях, если К.П.Д. не имеет существенного значения, а требуется получить в приемнике возможно большую мощность.

Режим холостого хода и короткого замыкания. Эти режимы являются предельными режимами работы электрической цепи.

В режиме холостого хода внешняя цепь разомкнута и ток равен нулю. Так как ток равен нулю, то падение напряжения на внутреннем сопротивлении источника так же равно нулю (rI = 0) и напряжение на выводах источника равно ЭДС (= U). Из этих соотношений вытекает метод измеренияЭДС (2.7)источника: при разомкнутой внешней цепи вольтметром, сопротивление которого можно считать бесконечно большим, измеряют напряжение на его выводах.

В режиме короткого замыкания выводы источника соединены между собой, например, сопротивление нагрузки замкнуто проводником с нулевым сопротивлением. Напряжение на приемнике при этом равно нулю.

Сопротивление всей цепи равно внутреннему сопротивлению источника, и ток короткого замыкания в цепи равен:

I к.з. =  / r.

Он достигает максимально возможного значения для данного источника и может вызывать перегрев источника и даже его повреждение. Для защиты источников электрической энергии и питающих цепей от токов короткого замыкания в маломощных цепях устанавливают плавкие предохранители, в более мощных цепях — отключающие автоматические выключатели, а высоковольтных цепях — специальные высоковольтные выключатели.

Электрические цепи переменного тока

Переменный ток получил гораздо большее распространение в промышленности и в быту, чем постоянный, так как упрощается конструкция электродвигателей, а синхронные генераторы могут быть выполнены на значительно большие мощности и более высокие напряжения, чем генераторы постоянного тока. Переменный ток позволяет легко изменять величину напряжения с помощью трансформаторов, что необходимо при передаче электроэнергии на большие расстояния.

Электрический ток, возникающий под действием э. д. с, которая изменяется по синусоидальному закону, называют переменным. По существу, переменный ток — это вынужденные колебания тока в электрических цепях.
Амплитудой переменного тока называется наибольшее значение, положительное или отрицательное, принимаемое переменным током.
Периодом называется время, в течение которого происходит полное колебание тока в проводнике.
Частота — величина, обратная периоду.
Фазой называется угол или , стоящий под знаком синуса. Фаза характеризует состояние переменного тока с течением времени. При t=0 фаза называется начальной.
Периодический режим: . К такому режиму может быть отнесен и синусоидальный:

где
— амплитуда;
— начальная фаза;
— угловая скорость вращения ротора генератора.
При f=50Гц T= 1/f=0,02 с, 314рад/с.

График синусоидальной функции называется волновой диаграммой.

Расчет цепей переменного тока с использованием мгновенных значений тока, напряжения и ЭДС требует громоздкой вычислительной работы. Поэтому изменяющиеся непрерывно во времени токи, напряжения и ЭДС заменяют эквивалентными во времени величинами.
При расчете электрических цепей синусоидальную функцию выражают по формуле Эйлера через экспоненциальные функции:

где

Тогда

где

— поворотный множитель;
— комплексная амплитуда напряжения;
— сопряженная комплексная амплитуда напряжения.

Таким образом, синусоидальное напряжение можно представить на комплексной плоскости вращающимся вектором. Тогда амплитудное значение напряжения будет представлять собой модуль или длину вектора напряжения.

Вектор напряжения на комплексной плоскости
Так как в цепи с синусоидальным напряжением ток тоже будет подчиняться этому закону, то аналогично можно записать

где
— комплексная амплитуда тока; *
— сопряженная комплексная амплитуда тока.
Разделив напряжение на ток, получим закон Ома в комплексном виде:

При напряжение на сопротивлении согласно закону Ома . Таким образом, следует отметить, что на активном сопротивлении напряжение и ток совпадают по фазе и (см. рисунок).

Кривые напряжения и тока в активном сопротивлении

Величину переменного напряжения или тока можно оценить значением амплитуды или средним значением за полупериод или действующим значением. При изменении напряжения или тока по закону синуса среднее значение напряжения определяется:

При большой частоте вращения ротора генератора, т. е. при большой частоте колебаний э. д. с. и силы тока, измерять их амплитуды на практике крайне неудобно. По этой причине ввели величины, названные действующими значениями э. д. с, силы тока и напряжения.
Действующим значением силы переменного тока называют силу такого постоянного тока, при прохождении которого по той же цепи и за то же время выделяется такое же количество теплоты, как и при прохождении переменного тока.

откуда

При синусоидальном законе действующие значения тока и напряжения:

Приборы электромагнитной системы, применяемые для измерений напряжений и токов на переменном токе, регистрируют действующие значения. Соответственно градуируются и шкалы этих приборов

Кривые напряжения и тока в индуктивном сопротивлении

Напряжение на индуктивности определяется выражением

где

-индуктивное сопротивленияе
Индуктивное сопротивление выражают в омах, оно играет роль сопротивления в цепи переменного тока с катушкой индуктивности.
В идеальной индуктивности ток отстает от напряжения на 90°.

Если напряжение на емкости меняется по закону синуса , то

-емкостное сопротивление.
Емкостное сопротивление выражается в омах, оно играет роль сопротивления в цепи переменного тока с конденсатором.
Кривые напряжения и тока в емкостном сопротивлении
В идеальной емкости ток опережает напряжение на 90°

Режим — состояние электрической цепи переменного тока описывается дифференциальными уравнениями, представляющими собой уравнения с постоянными коэффициентами и правой частью, например:

Из курса высшей математики известно, что общее решение такого уравнения может быть найдено методом наложения принужденного и свободного режимов:

где
— ток принужденного режима при di/dt=0
— ток свободного режима.
Свободные процессы исследуются с целью определения устойчивости системы. В устойчивой системе процессы должны затухать. Принужденный и свободный режимы в сумме определяют процессы, которые называются переходными, т.е. осуществляется переход от одного установившегося режима к другому.
При установившемся режиме ток и напряжение сохраняют в течение длительного времени амплитудные значения.
В цепях постоянного тока токи и напряжения остаются неизменными, а в цепях переменного тока остаются неизменными кривые изменения токов и напряжений.

Мощность цепи переменного тока

В периодическом синусоидальном режиме

Используя известное тригонометрическое преобразование

и обозначив , получим

Среднее за период значение гармонической функции удвоенной частоты равно нулю.
Измерение мгновенного значения мощности переменного тока затруднено из-за сравнительно большой частоты колебаний (v = 50 Гц). Поэтому на практике принято пользоваться средней мощностью тока. Средняя мощность — это отношение энергии, потребляемой за один период, к периоду:

где
— энергетическое значение коэффициента мощности,

Потребляемая на участке цепи с резистором средняя мощность получила название активной мощности. Она необратимо преобразуется в джоулеву теплоту и другие виды энергии. Мощность, потребляемую на участках цепи с емкостным и индуктивным сопротивлениями, называют реактивной мощностью.
При передаче электрической энергии по цепи переменного тока ее необратимые преобразования происходят только на тех участках цепи, которые содержат резисторы. Такие участки цепи называют активной нагрузкой. На активной нагрузке электроэнергия превращается в теплоту или механическую работу.
Участок цепи с индуктивностью или емкостью называют реактивной нагрузкой. На участках цепи, которые состоят из чистых емкостных или индуктивных сопротивлений, электроэнергия не потребляется. В цепи с реактивными нагрузками происходит только перекачка энергии от генератора к нагрузке и обратно с неизбежными потерями в подводящих проводах.

 

При заданных Р и U ток является функцией cosj. Потери мощности на сопротивлении
В цепи с резистором j=0.

Коэффициент мощности cosj показывает, какая часть полной мощности, вырабатываемой генератором и передаваемой нагрузке, необратимо используется нагрузкой. Он играет важную роль в электротехнике. В самом деле, если в цепи имеется значительный сдвиг по фазе между колебаниями тока и э. д. с, то коэффициент мощности мал и нагрузка потребляет от генератора малую активную мощность. Вместе с тем генератор должен вырабатывать полную мощность S. Эту же мощность должен отдавать генератору первичный двигатель. Таким образом, при низком коэффициенте мощности нагрузка потребляет лишь часть энергии, которую вырабатывает генератор. Оставшаяся часть энергии перекачивается периодически от генератора к потребителю и обратно и рассеивается в линиях электропередачи.
Максимально благоприятные условия передачи электроэнергии создаются в цепи, работающей в режиме резонанса. В самом деле, при приближении к резонансу амплитуда силы тока оказывается максимальной и коэффициент мощности стремится к единице. В этом случае активная мощность приближается к полной мощности, т. е. достигает максимума.
Повышение к. м. является важной народнохозяйственной задачей, от решения которой зависит эффективность использования вырабатываемой электроэнергии.
Уменьшение к. м. в промышленных цепях происходит в основном за счет содержащихся в них трансформаторов и асинхронных электродвигателей, имеющих значительные индуктивные сопротивления. Поэтому повысить к. м. при таких нагрузках можно путем подключения параллельно основной цепи компенсирующих конденсаторов, позволяющих приблизиться к режиму резонанса токов.
С целью повышения к. м. и экономии электроэнергии не следует допускать холостого хода (т. е. работы без нагрузки) трансформаторов и асинхронных электродвигателей, ибо в этом случае они представляют собой чисто индуктивные сопротивления и вызывают дополнительные потери мощности.
Коэффициент мощности (к. м.) ни в коем случае нельзя путать с коэффициентом полезного действия (к. п. д.). Так, например, при определенном соотношении емкости и индуктивности коэффициент мощности в данной цепи может оказаться равным единице. Коэффициент же полезного действия цепи всегда меньше единицы.

Мощность цепи переменного тока

 

Мощность в активном сопротивлении

Мгновенное значение мощности для цепи с резистором:

Из рисунка видно, что потребляемая резистором мгновенная мощность остается все время положительной, но пульсирует с удвоенной по отношению к силе тока и э. д. с. частотой.

Действующее значение мощности:

Активная мощность в цепи с идеальной катушкой индуктивности и конденсатором равна 0. Реактивная мощность определяется выражением:

Аналогично можно проделать для цепи с идеальным конденсатором:

В произвольной цепи переменного тока потребляемая одновременно активной и реактивной нагрузками суммарная мощность

Но так как , следовательно, . Мы приходим к выводу, что суммарная средняя мощность, потребляемая полной цепью переменного тока, равна активной мощности.

где S — полная мощность, вырабатываемая генератором переменного тока, ВА;
a — сдвиг по фазе между колебаниями э. д. с. и силы тока.

 

Существуют ли «Напряжение» и «Заземление»?

Есть несколько вещей, которые я изучал на занятиях по электротехнике в университете, но в действительности хотел бы, чтобы их преподавали и объясняли немного по-другому. Понятия «Напряжения» (Voltage) и «Заземления» (Ground) попадают в эту категорию, т.к. часто используются не совсем правильно. В данной заметке мы дадим им точное определение, а также поговорим о некоторых интересных случаях их использования в контексте вычислительной электродинамики и построения корректных расчётных моделей.

Хрестоматийный пример

Давайте начнем с рассмотрения одного из базовых и классических электрических устройств: аккумулятора. В простейшем случае, аккумуляторную батарею можно изготовить, вставив два провода в апельсин. Мы можем использовать «батарейку» для питания другого электрического устройства, например фонарика. Одним из первых навыков, которому нас учили на занятиях по электротехнике, являлось составление принципиальной электрической схемы, которая, вероятно, выглядела следующим образом:

Элементарная принципиальная электрическая схема фонарика.

На этом рисунке показано, что у нас есть батарея, один из выводов которой подключен к ключу (переключателю). При замыкании ключа ток будет протекать через лампочку (испускающую свет) и через резисторы обратно к другой клемме аккумулятора. Это устройство работает в условиях постоянного тока (DC-режим). Резисторы представляют собой внутреннее сопротивление батареи и соединительных проводов. Точки, соединяющие эти компоненты, называются узлами схемы.

Упражнение, которое нам, скорее всего, давали в школе, состояло в том, чтобы вычислить ток в цепи, а также «Напряжения» в различных узлах. Но что конкретно подразумевается под «Напряжением» в этом контексте? Напряжение определяется как разница в электрическом потенциале между двумя узлами в цепи, такими как, например, два узла или контакта батареи. Обратите кстати внимание, что мы также нарисовали «Заземление» на одном выводе батареи, и нам также дали определение «Заземления» как: узла, в котором электрический потенциал равен нулю. Итак, если у нас используется батарейка на 9 вольт, то мы теперь знаем электрический потенциал другого терминала/контакта батареи, и мы можем использовать законы Кирхгофа, чтобы вычислить все напряжения других узлов относительно заземленного узла, а также ток в цепи.

И это должно вызвать вопрос: почему мы называем какой-то конкретный узел «Заземлением» (Ground) или «Землей»? Мы рассматриваем эквивалентную схему фонарика, и он (фонарик) будет работать, даже если будет полностью электрически изолирован от чего-либо еще. (Вы можете убедиться в этом, подбросив фонарик в воздух.) Что же это за точка в нашей цепи, которую мы называем «Заземлением»? Обычно это определение – равенство электрического потенциала нулю – совершенно произвольное, но очень удобное с вычислительной точки зрения. На самом деле мы могли бы выбрать любую другую точку в цепи в качестве земли (или даже присвоить ей отличное от нуля значение электрического потенциала), и получить точно такое же решение для тока.{16} \approx 1/\epsilon, где \epsilon – это «машинный ноль», т.е. относительная погрешность для числа двойной точности с плавающей запятой. В противном случае численные алгоритмы и методы потеряют свою устойчивость и стабильность. Таким образом, задание потенциала в одном произвольном узле модели (его «заземление»), не только удобно с педагогической точки зрения, но и является хорошей практикой численного моделирования.

При расчёте электрических токов в наборе пространственных доменов с использованием метода конечных элементов мало что меняется. Метод конечных элементов можно рассматривать как пространственно распределенную форму закона Кирхгофа. То есть, конечно-элементная модель – это, по сути, просто гораздо более сложная принципиальная схема, и для её численного решения нам просто нужно «заземлить» произвольную точку в области моделирования.

Постойте! Вы имеете в виду, что «Заземление» является произвольным и используется только для стабилизации численных алгоритмов?

Я уже слышу, как несколько энергетиков скрипят зубами, поскольку термин «Заземление», безусловно, также имеет очень реальную физическую суть. Мы неспроста используем определение «Земля», которое также относится к большому шару материи под нашими ногами, к которому мы, кстати, подключаем заземляющие шины. Мы точно знаем, что это этот шар из себя представляет и что это очень реальный предмет. Но что это значит с точки зрения электрического моделирования?

С электрической т.з. Земля представляет собой очень большую массу проводящего материала и (по крайней мере, для целей данного обсуждения) обладает относительно незначительным сопротивлением. Это приводит нас ко второму определению «Заземления»: это область, которая касается нашей модели и в которой, как предполагается, флуктуации электрического потенциала незначительны при протекании тока, по сравнению с распределением потенциала в нашей «основной» модели.

Это новое определение явно отличается от предыдущего, и иногда в литературе встречается определение «Естественное заземление» или «Грунтовое заземление» (Earth ground). Существует также аналогичная концепция «Заземления на шасси» (chassis ground) или «Заземления на корпус» (frame ground), если речь о самолете, летящем в небе, или шасси вашего автомобиля. Даже просто очень большая токопроводящая шина, проходящая через завод, также может быть определена как «Заземление».

Ключевая разница здесь в том, что мы перенесли наше определение «заземления» с одной точки на некоторый объём пространства. Этот объем представляет собой бесконечный источник и приемник тока, т.е. электроны могут втекать или вытекать из этой заземленной области вечно, пока существует разность потенциалов, вызванная аккумуляторной батареей или генератором.

Для целей численного моделирования нам даже не нужно моделировать эту область вообще; достаточно лишь указать границу, где наша расчетная область соприкасается с заземленной областью. Поскольку мы уже допустили незначительные электрические колебания в этой области, то мы можем обосновать применение равномерного электрического потенциала по всей этой поверхности, а для стабильности численных методов, описанной ранее, нам удобно выбирать нулевое значение электрического потенциала. Теперь мы пришли к определению «Заземления», которое мы можем использовать для моделирования электрических систем постоянного тока: граница с нулевым электрическим потенциалов, имитирующая область, которая является бесконечным источником или приёмником тока.

В следующей части статьи мы рассмотрим, как такая формулировка повлияет на наш подход к моделированию.

Моделирование напряжения и заземления в COMSOL Multiphysics®

Рассмотрим прямой участок круглого в сечении провода. Будем считать, что один его конец «заземлён», а другой – подключен к источнику.

Модель участка токоведущего провода.

При решении задачи о протекании тока в DC-режиме мы можем использовать следующий набор граничных условий в физическом интерфейсе Electric Currents:

1. Условие Ground
2. Условие Electric Potential
3. Условие Normal Current Density
4. Условие Terminal (доступно только при наличии в лицензии модуля AC/DC, MEMS, Полупроводники или Плазма)

Условия Ground и Electric Potential лишь вариации одного и того же. Они фиксируют электрический потенциал по всей поверхности. Условие Ground просто фиксирует электрический потенциал как равный нулю, в то время как вы можете задавать различные его значения с помощью Electric Potential. Всегда держите в уме ранее сформулированное определение: эти границы ограничивают область, которая является бесконечным приемником (или источником) тока, при этом любая разность электрических потенциалов в этой области незначительна по сравнению с расчётной областью. Если вы хотите описать провода, подключенные к клеммам батареи, то это подходящие граничные условия.

Третья опция – граничное условие Normal Current Density – позволяет задать плотность тока в выбранном сечении. При этом электрический потенциал может и не быть равномерным по всей границе. В модель с условием Normal Current Density, как правило, также добавляют условие Ground, через которое «уходит» весь вводимый ток.

Можно также реализовать корректно-обусловленную конечно-элементную модель, в которой задано два условия Normal Current Density: одно для инжектирования тока, второе для съёма. Пока сумма этих токов в точности равна нулю, решение будет существовать. Чтобы найти это решение, рекомендуется добавить условие Ground в любую произвольную точку по причине, рассмотренной ранее. Но, что интересно, при моделировании в 3D мы фактически можем проигнорировать задание Ground для точки и просто использовать два ГУ Normal Current Density, если в них указана одинаковая по модулю, но разная по знаку плотность тока на заданной сетке конечных элементов. Получившаяся модель будет неоткалиброванной, но в 3D-моделях по умолчанию используется итерационный решатель, который «выберет свою собственную калибровку» и в итоге сойдется, даже если для поля электрического потенциала не задано достаточного количества ограничений. Для получения более подробной информации о калибровке потенциалов (Gauge Fixing) см. предыдущие сообщения в нашем корпоративном блоге: «Что такое калибровка потенциала: теоретические основы» и «Как использовать калибровку потенциалов в COMSOL Multiphysics®?». Это замечание, однако, стоит воспринимать лишь как любопытный факт, который на прямую не относится к обсуждаемой проблеме.

Наконец, отдельно поговорим про условие Terminal. Данное условие имеет несколько опций. Так, оно позволяет явно задать электрический потенциал, и в этом случае оно функционально идентично условию Electric Potential. Также можно указать общий ток в сечении. При задании тока, для условия Terminal решается дополнительное уравнение, которое подбирает электрический потенциал на поверхностях таким образом, чтобы желаемый/заданный суммарный ток втекал или вытекал из модели. Условие Terminal дополнительно автоматически вычисляет сопротивления и другие интересующие сосредоточенные величины, поэтому, если у вас есть модуль «AC/DC» или модуль «MEMS», то использование данного ГУ, как правило, является самым предпочтительным вариантом. В условии Terminal есть еще несколько опций для подключения к цепи или для указания рассеиваемой мощности или для указания терминального подключения к линии передачи для вычислений S-параметров. Эти более сложные условия рассматриваются в нашей серии лекций по моделированию резистивных и ёмкостных устройств в различных режимах.

Как только вы прорешаете свою модель, вам также захочется извлечь из нее данные. С помощью метода конечных элементов, программа вычисляет поля V(\mathbf{x}), на их основе мы можем извлечь данные про электрическое поле, \mathbf{E} = – \nabla V, и плотность тока, \mathbf{J} = \sigma \mathbf{E}, а также амплитуды (нормы) любого из этих векторных полей. Имейте в виду , что эти поля будут сходиться при сгущении сетки, за исключением случая наличия любых типов сингулярностей в модели, которые можно либо преобразовать, либо проигнорировать.

Наконец, обратите внимание, что вы можете взять линейный интеграл электрического поля между двумя точками модели, и этот интеграл будет равен разнице в электрическом потенциале между этими двумя точками. Поскольку мы имеем дело со скалярным потенциальным полем, этот интеграл не зависит от пути:

V = \int_C \mathbf{E} \cdot d\mathbf{r}

Приведенное выше уравнение, которое определяет напряжение как интеграл пути электрического поля, не всегда верно при переходе к моделированию изменяющихся во времени электромагнитных полей. Но это уже тема для другого блогпоста, так что следите за обновлениями и анонсами!

Дополнительные материалы

Что такое электрическая цепь?

В Уроке 1 обсуждалась концепция разности электрических потенциалов. Электрический потенциал — это количество электрической потенциальной энергии на единицу заряда, которым обладал бы заряженный объект, если бы он был помещен в электрическое поле в заданном месте. Концепция потенциала — это величина, зависящая от местоположения — она ​​выражает количество потенциальной энергии на основе заряда, так что оно не зависит от количества заряда, фактически присутствующего на объекте, обладающем электрическим потенциалом.Разность электрических потенциалов — это просто разница в электрических потенциалах между двумя разными точками в пределах электрического поля.

Чтобы проиллюстрировать концепцию разности электрических потенциалов и природу электрической цепи, рассмотрим следующую ситуацию. Предположим, что есть две металлические пластины, ориентированные параллельно друг другу, и каждая заряжена зарядом противоположного типа — одна положительная, а другая отрицательная. Такое расположение заряженных пластин создаст электрическое поле в области между пластинами, которое направлено от положительной пластины к отрицательной пластине.Положительный тестовый заряд, помещенный между пластинами, будет двигаться от положительной пластины к отрицательной пластине. Это движение положительного испытательного заряда от положительной пластины к отрицательной могло бы происходить без потребности в подаче энергии в виде работы; это произойдет естественным образом и, таким образом, снизит потенциальную энергию заряда. Положительная пластина будет местом с высоким потенциалом, а отрицательная пластина — местом с низким потенциалом. Между этими двумя точками будет разница в электрическом потенциале.

Теперь предположим, что две противоположно заряженные пластины соединены металлической проволокой. Что случилось бы? Проволока служит своего рода зарядной трубой, по которой может течь заряд. Со временем можно было представить себе положительные заряды, перемещающиеся от положительной пластины через зарядную трубку (провод) к отрицательной пластине. То есть положительный заряд естественным образом двигался бы в направлении электрического поля, созданного расположением двух противоположно заряженных пластин.Когда положительный заряд покидает верхнюю пластину, пластина будет становиться менее заряженной, как показано на анимации справа. Когда положительный заряд достигнет отрицательной пластины, эта пластина станет менее отрицательно заряженной. Со временем количество положительного и отрицательного заряда на двух пластинах будет постепенно уменьшаться. Поскольку электрическое поле зависит от количества заряда, присутствующего на объекте, создающем электрическое поле, электрическое поле, создаваемое двумя пластинами, будет постепенно уменьшаться в силе с течением времени.В конце концов, электрическое поле между пластинами станет настолько маленьким, что не будет наблюдаемого движения заряда между двумя пластинами. Пластины в конечном итоге теряют заряд и достигают того же электрического потенциала. При отсутствии разности электрических потенциалов не будет потока заряда.

Приведенная выше иллюстрация приближается к демонстрации значения электрической цепи. Однако, чтобы быть истинной схемой, заряды должны постоянно проходить через полный цикл, возвращаясь в свое исходное положение и снова циклически проходя через него.Если бы существовало средство перемещения положительного заряда от отрицательной пластины обратно вверх на положительную пластину, то движение положительного заряда вниз через зарядную трубку (то есть провод) происходило бы непрерывно. В таком случае будет установлена ​​цепь или петля.

Обычное лабораторное занятие, которое иллюстрирует необходимость полного цикла, использует аккумуляторный блок (набор D-элементов), лампочку и несколько соединительных проводов. Это упражнение включает наблюдение за эффектом подключения и отключения провода при простом расположении аккумуляторной батареи, лампочек и проводов.Когда все подключения к аккумуляторной батарее выполнены, лампочка загорится. Фактически, зажигание лампочки происходит сразу после окончательного подключения. Нет заметной временной задержки между тем, когда было выполнено последнее подключение, и моментом, когда кажется, что лампочка загорелась.

Тот факт, что лампочка горит и продолжает гореть, свидетельствует о том, что заряд проходит через нить накаливания лампочки и что электрическая цепь была установлена.Цепь — это просто замкнутый контур, по которому могут непрерывно перемещаться заряды. Чтобы продемонстрировать, что заряды движутся не только через нить накаливания лампочки, но и по проводам, соединяющим аккумулятор и лампочку, мы изменили описанное выше действие. Компас помещают под проволоку в любом месте так, чтобы его стрелка совпадала с проволокой. После окончательного подключения к аккумуляторной батарее загорается лампочка, и стрелка компаса отклоняется. Игла служит детектором движущихся зарядов внутри провода.Когда он отклоняется, заряды движутся по проводу. А если отсоединить провод от аккумуляторной батареи, лампочка больше не горит, а стрелка компаса вернется в исходное положение. Когда лампочка загорается, заряд проходит через электрохимические элементы батареи, провода и нити накаливания лампочки; стрелка компаса определяет движение этого заряда. Можно сказать, что есть ток , — поток заряда в цепи.

Электрическая цепь, представленная комбинацией батареи, лампочки и проводов, состоит из двух отдельных частей: внутренней цепи и внешней цепи.Часть схемы, содержащая электрохимические элементы батареи, является внутренней схемой. Часть схемы, в которой заряд перемещается за пределы аккумуляторной батареи через провода и лампочку, является внешней схемой. В Уроке 2 мы сосредоточимся на движении заряда по внешней цепи. В следующей части Урока 2 мы исследуем требования, которые должны быть выполнены, чтобы заряд проходил через внешнюю цепь.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ

И.Качественное исследование последовательных и параллельных цепей

Электрическая цепь состоит из полного замкнутого пути (или путей) для электрического тока. «Последовательная» цепь имеет только один путь для прохождения электричества. «Параллельная» цепь имеет два или более пути для электричества.

Сначала вы подключите простую схему, которая позволит вам проверять материалы на проводимость. Затем будут подключены некоторые цепи, чтобы продемонстрировать влияние последовательных и параллельных цепей на компоненты в цепи.

ПРОЦЕДУРА:

1. Подключите печатную плату, как показано на рисунке, и обратите внимание, что лампочка загорится, когда вы коснетесь зондов вместе.

2. Коснитесь концами другого провода щупами. Обратите внимание, что лампочка горит ярко. Это показатель хорошей электропроводности, поскольку ток через лампочку напрямую связан с яркостью.

3. Проверьте несколько других предметов и запишите свои результаты.Включите монету, кожу и стакан с водой. Убедитесь, что зонды контактируют с измеряемым материалом, но не друг с другом. Перечислите проверенные материалы и свои выводы об их проводимости.

4. Подключите цепь заново, как показано на схеме ниже. Это последовательная или параллельная схема?

5. Теперь отсоедините провод №2 и подсоедините его к лампочке №2. Подключите другой провод от лампочки №2 к лампочке №1. На рисунке показана схема.Как яркость каждой лампы соотносится с яркостью лампы в шаге 4 процедуры. Почему она отличается? Откручиваем одну лампочку. Что происходит и почему?

6. Подключите показанную схему. Покажите на схеме или на эскизе путь (и) текущего потока. Это последовательная или параллельная схема? Откручиваем одну лампочку. Опишите, что происходит и почему.

II. Количественное исследование напряжения, тока и закона Ома.

Электрический ток — это скорость электрического заряда, измеряемая в амперах. Ток переносит электрическую энергию по проводникам. Напряжение (В) — это мера энергии на единицу заряда между двумя точками в цепи. Можно думать о напряжении как об эффективной «разнице давлений», которая вызывает протекание тока. Сопротивление (R) является противодействием току и измеряется в омах. На практике резисторы принимают форму лампочек, тостеров, нагревателей и других устройств, которые используют электрическую энергию для выполнения полезных задач, а также являются нежелательной формой сопротивления в электропроводке, которая передает электрическую энергию вам.

В этом лабораторном упражнении будет использован закон

Ома для определения напряжения, тока или сопротивления в цепи. Закон Ома просто гласит, что ток в цепи прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению в цепи:

или в символьной форме

.

Символы и приборы: В принципиальных схемах будут использоваться следующие символы.

Провод имеет практически нулевое сопротивление в большинстве практических случаев. «Батарея» будет подключать лабораторные столы к центральной электросети постоянного тока. Один и тот же лабораторный измеритель будет использоваться как для амперметра, так и для вольтметра. Вам нужно будет выбрать правильную функцию с помощью переключателя.

Амперметр всегда подключается последовательно в цепи. Несоблюдение этого правила приведет к перегоранию предохранителей или повреждению счетчиков. Напомним, что ток имеет только один путь для прохождения в последовательном соединении, поэтому амперметр измеряет ток, протекающий через последовательно включенные элементы схемы.Используемые амперметры будут измерять в миллиамперах или 10-3 амперах.

Вольтметр всегда подключается параллельно элементам цепи, которые он проверяет, и измеряет изменение напряжения на них.

ПРОЦЕДУРА:

(Надлежащая маркировка принципиальных схем является частью вашего отчета.)

Закон А. Ома

1. Подключите цепь, как показано, с установленным амперметром, соблюдая правильную полярность. Установите селекторный переключатель измерителя для ампер постоянного тока и диапазона на максимум.«Аккумулятором» в этом случае будут круглые розетки Flex Lab на лабораторном столе, которые подключены к источнику постоянного тока — НЕ ПОДКЛЮЧАЙТЕ ПИТАНИЕ, пока схема не будет одобрена инструктором.

2. После утверждения подайте питание, подключив провода к розеткам постоянного тока, и запишите показания амперметра в миллиамперах. Повторите измерение тока каждого из остальных резисторов, поместив их в цепь вместо первого.

3. Отсоедините провода питания и выньте амперметр из цепи.Переключите его на постоянное напряжение и подключите параллельно резистору. Подключите напряжение постоянного тока и измерьте напряжение на резисторе. Повторите то же самое для других резисторов.

4. Теперь у вас есть измерения напряжения и тока для каждого резистора. Используйте закон Ома, чтобы рассчитать сопротивление для каждого резистора и сравнить рассчитанное значение, полученное из маркировки на резисторе или из цветового кода на резисторе.

B. Распределение тока.

1.Сформируйте последовательную цепь, показанную ниже. Поскольку вы снова будете использовать измеритель в качестве амперметра, установите его селекторный переключатель в положение постоянного тока. Перед подачей питания убедитесь, что он правильный.

2. Последовательно подключите амперметр к точкам 1, 2, 3 и 4 и запишите текущее значение в каждой точке. Обратите внимание, что обычный ток в этой цепи считается направленным по часовой стрелке, а электроны будут циркулировать против часовой стрелки. Какие выводы можно сделать о токе в последовательной цепи по результатам измерений?

С.Распределение напряжения

Цепь, подключенная к Части B, теперь будет использоваться для измерения напряжений. Будут использоваться соединения, показанные ниже, но поскольку вы будете использовать один и тот же измеритель для амперметра и вольтметра, амперметр не будет на месте, когда вы будете измерять напряжения.

1. Измерьте напряжение на каждом резисторе по очереди и во всей цепи, как показано на V4. Запишите результаты.

2. Сравните сумму напряжений на отдельных резисторах с напряжением во всей цепи.Что можно сделать по поводу напряжения в последовательной цепи?

3. Используйте напряжения на каждом резисторе, полученные в шаге 1 выше, и токи, полученные из раздела B выше, вместе с законом Ома, чтобы получить значения для отдельных сопротивлений. Сравните значения с указанными значениями для резисторов.

4. Из общего напряжения, измеренного на этапе 1, и общего тока, измеренного в разделе B, вычислите эквивалентное сопротивление всей цепи, состоящей из трех последовательно включенных резисторов.Сравните этот результат с суммой RA + RB + RC.

ВОПРОСОВ:

1. Какие функции выполняет провод? Связаны ли с вашим аппаратом изоляторы? Что они делают?

2. Что, если что, по проводам течет?

3. Почему должно быть два подключения к аккумулятору и к лампочке?

4. Если у вас есть прибор на 120 вольт и через него протекает ток 2 ампера, какова потребляемая мощность в ваттах? Какое у него сопротивление в Ом?

5.Почему розетки в вашем доме подключены параллельно, а не последовательно?

Типы электрических цепей: полное руководство в 2021 году

Типы электрических цепей — Замкнутые цепи, разомкнутые цепи, короткие замыкания, последовательные и параллельные цепи — это пять основных типов электрических цепей. Давайте углубленно изучать и понимать, используя определения, примеры и символы. Термин «электрическая сеть» относится к совокупности отдельных электрических элементов или компонентов, которые каким-либо образом связаны.Сложная сеть — это цепь, которая включает в себя несколько электрических элементов, таких как резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, источники тока и источники напряжения (как переменного, так и постоянного тока). Простого закона Ома или законов Кирхгофа недостаточно для рассмотрения этих типов сетей. Другими словами, мы решаем эти схемы, используя специальные методы, такие как теорема Нортона, теорема Тевенина, теорема суперпозиции и т. Д.

Что такое электрическая цепь?

Электрическая цепь — это сеть компонентов, используемых для хранения, передачи и преобразования энергии.Один или несколько источников подают энергию в цепь, а один или несколько приемников удаляют ее. В источниках энергия преобразуется из тепловой, химической, электромагнитной или механической формы в электрическую; в раковинах происходит обратный процесс. Энергия переносится через электрическую цепь за счет использования электрического заряда и среды магнитных и электрических полей. Цепи бывают самых разных форм.

Путь для передачи электрического тока известен как электрическая цепь. Электрическая цепь состоит из устройства, такого как аккумулятор или генератор, которое обеспечивает энергией заряженные частицы, составляющие ток; оборудование, использующее ток, такое как фонари, электродвигатели или компьютеры; и соединительные провода или линии передачи.Закон Ома и правила Кирхгофа — это два основных закона, которые количественно определяют поведение электрических цепей.

Электрические цепи можно разделить на несколько категорий. В цепи постоянного тока проходит только одно направление тока. В большинстве бытовых цепей цепь переменного тока передает ток, который пульсирует назад и вперед несколько раз в секунду. Последовательная цепь — это цепь, в которой весь ток проходит через все компоненты. В параллельной цепи есть ветви, которые разделяют ток, так что только часть его проходит через каждую ветвь.В параллельной цепи напряжение или разность потенциалов между каждой ветвью одинаковы, но токи могут отличаться.

Каждый свет или прибор в электрической цепи домашнего хозяйства, например, получает одинаковое напряжение, но каждый потребляет переменное количество тока в зависимости от требований к мощности. Серия сопоставимых батарей, соединенных параллельно, генерирует больший ток, чем одна батарея, при сохранении того же напряжения.

Электрическая цепь — это комбинация транзисторов, трансформаторов, конденсаторов, соединительных проводов и других электрических компонентов, содержащихся в одном устройстве, например радиоприемнике.Одна или несколько ветвей в сочетании последовательной и последовательно-параллельной компоновки могут составлять такие сложные схемы.

Что такое электрическая цепь? (Ссылка: electrictechnology.org )

Цепь, часто известная как электрическая цепь, представляет собой канал с обратной связью, обеспечивающий обратный ток. Это узкий проводящий канал, по которому может течь ток.

Типы электрических цепей

Существует много типов электрических цепей, в том числе:

• Последовательная цепь
• Параллельная цепь
• Последовательно-параллельная цепь
• Схема звезда-треугольник
7 Резистивная цепь
• Индуктивная цепь
• Емкостная цепь
• Резистивная, индуктивная (цепь RL)
• Активная, емкостная (RC-цепь)
• Индуктивная цепь
• Индуктивная цепь
• Резистивная, индуктивная, емкостная (цепь RLC)
• Линейная цепь
• Нелинейная цепь
• Односторонняя цепь
• Двусторонняя цепь
• Активная цепь
• Активная цепь Схема
• Обрыв цепи
• Короткое замыкание
• Замкнутый контур

Ниже мы кратко рассмотрим каждый из них.

Последовательная цепь

Все электрические части (источники напряжения или тока, катушки индуктивности, конденсаторы, резисторы и т. Д.) Соединены последовательно в этой цепи, что означает, что есть только один путь для подачи электричества и нет дополнительные ветки. Последовательная цепь состоит из нескольких подключенных друг за другом сопротивлений. Сквозное или каскадное соединение — другое название этого типа соединения. Поток тока следует по единственному пути.

Свойства последовательной цепи

Каждое сопротивление пересекает один и тот же ток. Сумма различных напряжений, падающих на сопротивлениях, составляет напряжение питания V.

V = {V} _ {1} + {V} _ {2} + {V} _ {3} +… .. + {V} _ {n}

Сумма различных сопротивлений равна сопоставимому электрическому сопротивлению. Отдельные сопротивления перекрываются эквивалентным сопротивлением (R> R ₁ , R> R ₂ ,…., R> R _n ).

Параллельная цепь

Все электрические элементы в этой цепи (источники напряжения или тока, катушки индуктивности, конденсаторы, резисторы и т. Д.) Соединены параллельно, т. Е. Существует множество каналов для передачи электричества вниз, и минимальное количество ответвлений — две. Параллельная цепь — это такая схема, в которой множество сопротивлений соединены друг с другом таким образом, что один вывод каждого сопротивления соединяется, образуя точку соединения, а оставшийся конец также соединяется, образуя еще одну точку.

Свойства параллельных цепей

Схожая разность потенциалов разделяется всеми сопротивлениями одновременно. Общий ток делится на количество параллельных трасс, равное количеству сопротивлений. Сумма всех индивидуальных токов всегда является совокупным током.

I = {I} _ {1} + {I} _ {2} + {I} _ {3} +… .. + {I} _ {n}

Величина, обратная параллельной цепи Эквивалентное сопротивление равно сумме обратных величин отдельных сопротивлений.Наименьшее из всех сопротивлений — это эквивалентное сопротивление (R 1, R 2, R n).

Эквивалентная проводимость является результатом математического сложения одиночных проводимостей. Эквивалентное сопротивление меньше наименьшего из всех параллельных сопротивлений.

Последовательно-параллельная цепь

Последовательно-параллельная схема — это такая, в которой одни элементы схемы соединены последовательно, а другие — параллельно. Другими словами, это схема, сочетающая в себе последовательные и параллельные цепи.

Схема звезда-треугольник

Это не параллельная, последовательная или последовательно-параллельная схема. Электрические элементы соединены в этой цепи таким образом, что конфигурация не определена с точки зрения последовательного, параллельного или последовательного параллельного. Преобразование звезда-треугольник или преобразование треугольник-звезда можно использовать для решения этих типов схем.

Звезда-треугольник (Ссылка: electronics-tutorials.ws )

Дополнительные производные схемы последовательной, параллельной и последовательно-параллельной схем перечислены ниже:

• Чистая резистивная схема
• Чистая индуктивная схема
• Чистая емкостная схема
• Резистивная индуктивная цепь i.е. Цепь RL
,
• , резистивная, емкостная цепь, т.е. RC-цепь,
,
• , емкостная, индуктивная цепь, т.е. LC-цепи,
,
• , резистивная, индуктивная, емкостная цепь. или последовательно-параллельные конфигурации в схемах выше. Посетите здесь, чтобы полностью увидеть все типы электрических цепей.

  Давайте рассмотрим еще несколько электрических цепей, с которыми вам следует ознакомиться, прежде чем приступить к изучению электрической цепи или сети.

  Линейные и нелинейные цепи
  Линейные цепи

  Линейная цепь — это электрическая цепь с постоянными параметрами цепи, такими как сопротивление, индуктивность, емкость, форма волны и частота. Другими словами, линейная цепь — это цепь, параметры которой не меняются в зависимости от тока и напряжения.

  Нелинейная схема

  Нелинейная схема — это такая схема, в которой параметры меняются в зависимости от тока и напряжения.Другими словами, нелинейная цепь — это цепь, в которой параметры цепи (сопротивление, индуктивность, емкость, форма волны, частота и т. Д.) Непостоянны.

  Односторонние и двусторонние цепи
  Односторонние цепи

  В односторонних цепях функция цепи изменяется при изменении направления напряжения или тока питания. Другими словами, односторонняя схема позволяет току проходить только в одном направлении. Поскольку он не выполняет выпрямление в обоих направлениях питания, диодный выпрямитель является лучшим примером односторонней схемы.

  Двусторонние цепи

  Свойство схемы в двусторонней форме не изменяется при изменении направления напряжения или тока питания. Другими словами, двусторонние цепи позволяют току течь в обоих направлениях. Лучшее описание двусторонней цепи — это линия передачи, потому что параметры цепи остаются постоянными независимо от того, в каком направлении поступает питание.

  Параметры цепи, константы и связанные термины

  Параметры или константы цепи относятся к различным компонентам или элементам, используемым в электрических цепях, таким как сопротивление, емкость, индуктивность, частота и т. Д.Эти переменные могут быть сгруппированы или рассредоточены. Эти параметры могут определять спецификацию каждой цепи, которая кратко изложена ниже:

  Активная цепь

  Активная цепь — это цепь, которая содержит один или несколько источников ЭДС (электродвижущей силы).

  Пассивная цепь

  Термин «пассивная цепь» относится к цепи, в которой отсутствуют источники ЭДС.

  Обрыв цепи

  Обрыв цепи — это цепь, в которой нет обратного канала для протекания тока (т.е.е. тот, что не доделан). Другими словами, разомкнутая цепь — это цепь, в которой напряжение стремится к нулю, а ток стремится к бесконечности.

  Обрыв цепи возникает, когда в цепи поврежден электрический провод или электронный компонент, или когда переключатель выключен. На приведенной ниже схеме лампочка не горит, потому что либо выключатель выключен, либо электрическая линия неисправна.

  Обрыв цепи (Ссылка: electronicsandyou.com )

  Схема с разомкнутым переключателем и лампочкой, прикрепленной к батарее, является примером обрыва цепи.В результате обрыва цепи лампочка не загорится.

  Короткое замыкание

  Короткое замыкание — это цепь, в которой есть обратный канал для прохождения тока (т.е. замкнутая цепь). Короткое замыкание — это цепь, в которой напряжение стремится к бесконечности, а ток стремится к нулю.

  Короткое замыкание происходит, когда обе точки (+ и -) источника напряжения в цепи становятся соединенными по какой-либо причине. В этом случае начинает течь максимальный ток.Короткие замыкания возникают при соединении проводящих электрических линий или даже из-за короткого замыкания в нагрузке.

  Короткое замыкание (Ссылка: electronicsandyou.com )

  Цепь с включенным выключателем и лампочкой, прикрепленной к батарее, является примером короткого замыкания. В результате замкнутой цепи загорается лампочка.

  Замкнутый контур

  Замкнутый контур — это термин, используемый, когда нагрузка в цепи функционирует сама по себе. Величина текущего расхода в этом случае определяется нагрузкой.

  Замкнутая цепь (Ссылка: electronicsandyou.com )
  Части электрических цепей и сетей и другие связанные термины
  Узел

  Узел относится к точке или соединению, в которой два или более элемента схемы (резистор, конденсатор , индуктор и т. д.) подключите.

  Ветвь

  Ветвь относится к сегменту или участку цепи, которая возникает между двумя соединениями. Одна или несколько частей могут быть объединены в ветвь, имеющую две конечные точки.

  Различные части электрической цепи (Ссылка: lectrictechnology.org )
  Петля

  Петля — это замкнутый канал в цепи, который может содержать более двух сеток, т. Е. Петля может содержать несколько сеток, но сетку может включать только одну петлю.

  Mesh

  Mesh — это замкнутый цикл, который не содержит никаких других циклов или путей, не содержащих других путей.

  Какие 3 основных типа электрических цепей? — MVOrganizing

  Какие 3 основных типа электрических цепей?

  Словарь урока

  • электрическая цепь.
  • эл.
  • параллельная цепь.
  Цепь серии
  • .

  Каковы 3 основных потока электроэнергии?

  В каждом атоме есть три типа частиц: нейтроны, протоны (которые несут положительный электромагнитный заряд) и электроны (которые несут отрицательный заряд).

  Какие детали требовались для каждой рабочей цепи?

  Все электрические цепи состоят как минимум из двух частей: источника напряжения и проводника.

  Каковы пять частей основной электрической цепи?

  Основными компонентами аналоговых схем являются провода, резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, диоды и транзисторы.

  Что нужно для полной схемы?

  Каждая электрическая цепь, независимо от того, где она находится или насколько она велика или мала, состоит из четырех основных частей: источника энергии (переменного или постоянного тока), проводника (провода), электрической нагрузки (устройства) и, по крайней мере, одного контроллера. (выключатель). Визуализируйте, что происходит, когда вы включаете свет в комнате.

  Как называется полная цепь?

  Полную цепь часто называют «замкнутой» цепью, когда у нас есть выключатель света, а лампочка использует энергию для производства света.Полная цепь переменного тока обычно имеет источник энергии, подключенный к металлическому проводнику, подключенному к одному концу вольфрамовой нити накаливания лампочки.

  Зачем нужна полная схема?

  Кровеносные сосуды несут кровь по телу. Провода в цепи несут электрический ток к различным частям электрической или электронной системы. Чтобы электроны выполняли свою работу по производству света, должна быть замкнутая цепь, чтобы они могли проходить через лампочку, а затем возвращаться обратно./ промежуток>

  В чем разница между полным и неполным контуром?

  «полный» контур — это тот контур, который вы наблюдаете целиком, как и должно быть. Основное различие между полной и неполной цепью заключается в том, что для неполной цепи не будет тока, протекающего через цепь, поскольку для этого требуется, чтобы цепь была полной (замкнутой петлей) для протекания тока.

  Что происходит в полной цепи?

  Все о схемах Если цепь замкнута, это замкнутая цепь, и электроны могут течь от одного конца источника питания (например, батареи) через провод к другому концу источника питания.Внутри стены выключатель замыкает цепь, и электричество течет к свету.

  Может ли схема работать без источника энергии?

  Цепи не создают, не разрушают, не расходуют и не теряют электроны. Они просто носят электроны по кругу. По этой причине в схемных электрических системах действительно не могут закончиться электроны. Энергия, передаваемая через цепь, не является результатом присутствия электронов в цепи. / Промежуток>

  Полная цепь — это замкнутая цепь?

  Замкнутая цепь — это замкнутая цепь с хорошей непрерывностью на всем протяжении.Устройство, предназначенное для размыкания или замыкания цепи в контролируемых условиях, называется переключателем. Термины «разомкнутый» и «замкнутый» относятся как к переключателям, так и ко всем цепям.

  Какой пример замкнутой цепи?

  Замкнутый контур — это система, в которой видео или другие носители передаются через подключенные кабели и провода, а не по воздуху. Когда у вас есть видеокамера, напрямую подключенная к телевизору на участке, который показывает изображения с видеокамеры, это пример телевизора с замкнутым контуром.

  Сколько Ом должен быть у хорошего провода?

  Как правило, хорошие соединения проводов имеют сопротивление менее 10 Ом (часто лишь доли Ом), а изолированные проводники имеют сопротивление 1 МОм или больше (обычно десятки МОм, в зависимости от влажности). / Диапазон>

  Как найти замыкание на массу?

  Проверка на замыкание на массу Установите поворотный переключатель DVOM в положение ома. Подключите один вывод измерителя к одному концу проверяемой цепи.Подключите другой вывод измерителя к надежному заземлению. Если цифровой мультиметр НЕ показывает бесконечное сопротивление (OL), значит в цепи короткое замыкание на массу.

  Какое сопротивление при коротком замыкании?

  В анализе цепей короткое замыкание определяется как соединение между двумя узлами, которое заставляет их находиться под одинаковым напряжением. В «идеальном» коротком замыкании это означает отсутствие сопротивления и, следовательно, падения напряжения на соединении. В реальных схемах результатом является соединение почти без сопротивления.

  Что считается низким сопротивлением?

  Измерение низкого сопротивления обычно составляет менее 1000 Ом. Нижний диапазон на многих омметрах с низким сопротивлением разрешает 0,1 мкОм. Этот уровень измерения требуется для выполнения ряда испытаний сопротивления в низком диапазоне.

  Что вызывает низкое сопротивление?

  Все проводники в некоторой степени выделяют тепло, поэтому перегрев является проблемой, часто связанной с сопротивлением. Чем меньше сопротивление, тем больше ток.Возможные причины: повреждение изоляторов из-за влаги или перегрева.

  Какое испытание проводится с помощью омметра низкого сопротивления?

  проверка целостности

  Как рассчитать низкое сопротивление?

  Существует метод тестирования, называемый четырехпроводным (с измерением Кельвина), который помогает измерить низкое значение сопротивления. Эти измерения могут быть выполнены с помощью цифрового мультиметра, микроомметра или отдельного источника тока и вольтметра. / Диапазон>

  Какой метод измерения низкого сопротивления наиболее популярен?

  Какой метод измерения низкого сопротивления наиболее популярен? Пояснение: Двойной мост Кельвина используется для измерения малых сопротивлений порядка 1 Ом или меньше.Метод амперметра вольтметра используется для измерения тока, протекающего через цепь, и напряжения в цепи.

  Какой способ измерения сопротивления наиболее точен?

  4-проводной метод измерения сопротивления обеспечивает наиболее точный способ измерения малых сопротивлений, поскольку он снижает сопротивление измерительных проводов и контактов. Это часто используется в автоматизированных тестовых приложениях, где между мультиметром и тестируемым устройством имеется резистивный и / или длинный кабель, многочисленные соединения или переключатели.

  Введение в основную теорию электричества: теория цепей

  Теория электрических цепей — один из важнейших аспектов электротехники.Понимание того, как компоненты работают по отдельности и в совокупности, является основой для проектирования, производства и устранения неисправностей всех видов электронных устройств и систем. В этой статье будут рассмотрены основные компоненты схемы, законы и параметры в электротехнике.

  Что такое электрическая цепь?

  Проще говоря, электрическая цепь — это путь, по которому электрический ток течет из одной точки в другую. На высоком уровне каждая схема состоит из трех основных компонентов:

  • Источник напряжения

  • Токопроводящий путь

  • Нагрузка

  Источник напряжения

  Источник напряжения вводит энергию в цепь через разность потенциалов между его положительной (+) и отрицательной (-) клеммами.Источники напряжения могут быть переменного или постоянного тока — основное различие заключается в том, как протекает ток. Источники переменного тока создают напряжения, которые изменяются синусоидально, то есть ток периодически меняет направление на противоположное. Примеры — энергия от сети или генераторы. С другой стороны, источники постоянного тока производят ток, который течет в одном направлении. Аккумуляторы являются источником постоянного напряжения.

  Токопроводящий путь

  Проводящий путь (также известный как проводник) обеспечивает среду для протекания тока через цепь. Эти компоненты имеют очень низкое сопротивление току, т.е.g., медные провода, свинцовый припой или металлические следы на печатной плате. Проводники также помогают связывать другие компоненты вместе для достижения единой функции.

  Нагрузка

  Нагрузка — это любое устройство, потребляющее мощность в цепи. Это может быть что угодно: от светодиода (LED) до мотора или сирены. Во время короткого замыкания нагрузкой является сам проводник, который выделяет тепло, рассеивая электроэнергию.

  Электронные компоненты на макетной плате.Изображение предоставлено Pixabay.

  Анализ электрических цепей: типы компонентов

  Электронный компонент — это элемент в электронной схеме, который влияет на прохождение тока или электромагнитных полей. Многие современные схемы состоят из пассивных, активных и электромеханических компонентов.

  • Пассивные компоненты — это элементы, которые потребляют электроэнергию без внесения полезной энергии в цепь. Общие примеры — резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности.

  • Активные компоненты управляют протеканием тока в электрических цепях. Эти элементы могут усиливать ток, вводить его в цепь или увеличивать мощность. Транзисторы, тиристоры и триодные электронные лампы являются активными компонентами.

  • Электромеханические компоненты — это компоненты, которые используют электрический ток или напряжение в цепи для выполнения механической функции, например, двигатели постоянного тока или реле. В случае электромеханических соленоидов напряжение используется для приведения в действие набора механических контактов путем изменения индуктивности в его катушке.

  Анализ электрической цепи: параметры цепи

  Ток и напряжение — важнейшие параметры электрических цепей. Точно так же сопротивление, индуктивность и емкость являются жизненно важными атрибутами электронных компонентов.

  Текущий

  Электрический ток — это поток электронов по цепи. Единицей измерения силы тока является ампер (А). Как мы обсуждали ранее, ток может быть переменным или постоянным.

  Мы можем найти значение тока, протекающего по цепи, используя закон Ома, который гласит, что ток между любыми двумя точками пропорционален разности потенциалов между ними.

  Уравнение: I = V / R (где I — ток, V — напряжение, а R — сопротивление).

  На практике мы можем получить значение тока в цепи с помощью цифрового мультиметра.

  Текущий закон Кирхгофа (KCL) для электрических цепей

  Согласно закону Кирхгофа, электрический ток всегда течет петлями по цепи, то есть начинается и заканчивается в одной и той же точке. Кроме того, значение тока на входе в цепь такое же, как и на выходе из цепи (1).Точно так же сумма всех токов, входящих и выходящих из цепи за время, равна нулю (2). Мы можем выразить эти утверждения математически, используя следующие уравнения:

  IIN = IOUT —————————- (1)

  IIN + (-IOUT) —————————- (2)

  Напряжение

  Напряжение (В), иногда называемое электродвижущей силой (E), представляет собой разность потенциалов между любыми двумя точками в электрической цепи. Единица измерения — вольт.Как и ток, напряжение может быть переменным или постоянным.

  Напряжение также может быть получено из закона Ома по формуле V = IR (где V — напряжение, I — ток, а R — сопротивление).

  Пассивные компоненты. Кредит изображения: Pixabay

  Закон Кирхгофа о напряжении (KVL) для электрических цепей

  Согласно закону напряжения Кирхгофа, сумма напряжений в замкнутых цепях всегда равна нулю, т.е.е., ΣV = 0 . Мы можем выразить это математически как:

  V1 + V2 + V3 + …… Vn = 0 —————————- (3)

  Сопротивление

  Сопротивление — это свойство компонента сопротивляться прохождению электрического тока через цепь. Единица измерения — Ом (греческий символ: Ω).

  Согласно закону Ома сопротивление проводника — это отношение протекающего по нему напряжения (В) к протекающему по нему току (I).Математически R = V / I (где R — сопротивление, V — напряжение, а I — ток).

  Каждый компонент (кроме сверхпроводников) предлагает различные уровни сопротивления. Однако резисторы созданы специально для этой цели. Это двухконтактные пассивные компоненты с различным сопротивлением. Некоторые типы резисторов имеют цветовую маркировку, указывающую на предлагаемые сопротивления и допуски.

  Индуктивность

  Индуктивность — это тенденция к возникновению магнитного поля в проводнике при прохождении через него электрического тока.Сила этого индуцированного магнитного поля пропорциональна величине тока. Единица измерения индуктивности — Генри (H), названная в честь Джозефа Генри, американского ученого, который ее открыл.

  Катушки индуктивности, также известные как дроссели или катушки, представляют собой простые пассивные компоненты, которые могут накапливать энергию в магнитной форме, когда через них протекает электрический ток. Они состоят из проводника, намотанного в катушку, которая создает магнитное поле в противоположном направлении при приложении электрического тока.

  Мы можем рассчитать индуктивность в электрической цепи по формуле:

  L = V / (di / dt) (где L — индуктивность, V — разность потенциалов на катушке, а di / dt — скорость изменения тока в А / с).

  Емкость

  Емкость — это способность элемента схемы накапливать электрический заряд, когда между его выводами существует разность потенциалов. Единица измерения емкости — Фарад, названная в честь Майкла Фарадея, ученого, открывшего электромагнитную индукцию.

  Чтобы определить емкость компонента в электрической цепи, мы можем использовать формулу:

  C = Q / V (где C — емкость в кулонах, Q — заряд, а V — разность потенциалов).

  До сих пор мы пытались охватить некоторые из наиболее важных аспектов теории электрических цепей. Сегодня электронные системы становятся все более сложными, поскольку все больше элементов интегрируются в составные части подложек. Тем не менее, основные принципы, лежащие в их основе, остаются неизменными.

  Электрическая цепь — Energy Education

  Рисунок 1: Пример замкнутой цепи (щелкните, чтобы увеличить). ^[1]

  Электрическая цепь представляет собой соединение компонентов, которые могут проводить электрический ток. В простых электрических цепях есть проводники (обычно провода), компонент, который подает питание (например, аккумулятор или розетка), и компонент, который поглощает энергию, называемый нагрузкой. Лампочка может быть примером нагрузки, и всегда должен быть обратный путь, чтобы электроны могли вернуться к источнику питания от нагрузки.Каждая цепь предназначена для подачи питания на одну или несколько нагрузок. Например, в бумбоксе питание идет на динамики. Точно так же мощность в лампе идет на лампочку. Схема позволяет заряду уходить с одной стороны источника питания и возвращаться с другой стороны источника питания.

  Цепи могут быть включены последовательно, параллельно или в комбинации двух, называемой последовательно-параллельной цепью. ^[2] Чтобы узнать больше об этих различных схемах, посетите: последовательная и параллельная схемы.

  На рисунке 1 цепь замкнута (заряд может уходить из источника питания, проходить через лампочку и возвращаться к источнику питания), и лампочка действует как нагрузка. Обратите внимание, что показания вольтметра показывают 0 В, потому что падение напряжения на электрическом переключателе равно 0. ^[1]

  Обрыв цепи

  Рисунок 2: Пример разомкнутой цепи (щелкните, чтобы увеличить). ^[1]

  В разомкнутой цепи (как на рисунке 2) имеется физический разрыв в пути проводимости, где ток падает до 0, а сопротивление становится бесконечным (слишком большим для измерения омметром).Однако напряжение можно измерить, потому что вольтметр подключается через открытую клемму. ^[3] Обратите внимание, что разомкнутая цепь не является настоящей цепью, потому что заряд с одной стороны источника питания не может уйти и вернуться на другую сторону источника питания.

  На Рисунке 2 переключатель поднят, поэтому цепь размыкается, что означает, что ток не проходит полный путь и лампочка не работает. Вольтметр все еще может быть подключен и отображает показание 18 вольт из-за наличия двух последовательно соединенных 9-вольтных батарей. ^[1]

  Не имеет значения, где находится разрыв в электрической цепи, любое прерывание пути остановит электрический ток от перемещения по его пути. Это основа электрического переключателя, о котором говорилось выше.

  Короткое замыкание

  Рисунок 3. Пример короткого замыкания (щелкните, чтобы увеличить). ^[1] .

  Короткое замыкание (показано на рисунке 3) — это непреднамеренное соединение с низким сопротивлением между двумя или более точками в цепи. Поскольку ток увеличивается при падении сопротивления (заданного законом Ома), это приведет к протеканию большого количества тока через «короткое замыкание».«Этот более высокий ток, если он больше, чем может безопасно выдержать сечение провода, может вызвать ожог пути тока из-за высоких температур и может вызвать пожар. Это приводит к замыканию цепи на . ^[3] Защитные устройства, такие как предохранители и автоматические выключатели, используются в случае короткого замыкания для предотвращения опасности поражения электрическим током и связанных с ним повреждений.

  На рисунке 3 присутствует короткое замыкание. Хотя часть тока все еще проходит через лампочку, путь, идущий в обход лампочки, обеспечивает самое низкое сопротивление для цепи.Это более низкое сопротивление соответствует значительно большему току. Это большое количество тока превышает номинальный ток провода, тем самым разрушая переключатель и сжигая часть пути тока. ^[1]

  Phet Simulation

  Университет Колорадо любезно разрешил нам использовать следующую симуляцию Фета. Это моделирование исследует, как батареи работают в электрической цепи:

  Для дальнейшего чтения

  Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

  Список литературы

  1. ↑ ^{1.0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5} Университет Колорадо (2011). Комплект для конструирования цепей (только DC), виртуальная лаборатория [онлайн]. Доступно http://phet.colorado.edu/en/simulation/circuit-construction-kit-dc-virtual-lab
  2. ↑ R.T. Пэйнтер, «Основные электрические компоненты и счетчики», в Введение в электричество , 1-е изд. Нью-Джерси: Прентис-Холл, 2011, гл. 4, сек. 4.3, с. 155-160.
  3. ↑ ^{3,0 3,1} Р.Т. Пейнтер, «Основные электрические компоненты и счетчики», в Введение в электричество , 1-е изд. Нью-Джерси: Прентис-Холл, 2011, гл. 4, сек. 4.4, с. 160-162.

  Теория цепей — обзор

  Токовая проводимость — электропроводность и закон Ома

  Вспомните из простой теории цепей, что закон Ома записывается как V (или ΔV) = I · R, где I — ток, а R — сопротивление. . Мы также можем записать I (Амперы) = ΔV / R с единицами измерения (Вольт / Ом), тогда:

  JAcs = ΔV / xR / x = ER / x, ∴J = ER · Acs / x → Eρ (Ом · м),

  , где ρ ( Ом · м ) — удельное сопротивление, или мы можем написать, Дж = σ · E , где σ — проводимость (1 / Ом- м) и E имеет единицы измерения (Вольт / м).Итак, Дж имеет единицы (Вольт / Ом-м2) или Ампер / м ² , ток на единицу площади, через которую проходит ток; это называется плотностью тока. Обратите внимание, что мы рассматривали среду как «провод» в смысле схемы, и мы не включали эффекты магнитного поля.

  Когда у нас есть движущаяся среда (скорость, V →), закон Ома преобразуется (инвариантен), поэтому J ′ → = σE ′ →, где штрих относится к системе покоя среды, т. Е. Движущейся со скоростью , V →.В частности, для деформируемого проточного проводника из закона Фарадея (Jackson, 1962, стр. 170–173) можно показать, что электрическое поле в движущейся системе отсчета E ′ → выражается как E ′ → = E → + V → × B →.