Классификация электрических цепей

Классификация электрических цепей

Классификация электрических цепей

Основной характеристикой электрических цепей является вольт-амперная характеристика (ВАХ) - зависимость напряжения от тока. По виду ВАХ различают линейные и нелинейные цепи.

Элементы электрической цепи характеризуются электрическим сопротивлением, которое у одних приемников зависит от приложенного напряжения, причем ток пропорционален напряжению и Классификация электрических цепей, а у других не зависит. В первом случае эти элементы называются линейными, они имеют линейную ВАХ (рис. 3, а).

Зависимость тока от напряжения в таком элементе определяется законом Ома: Классификация электрических цепей, где R - сопротивление линейного элемента.

По этой ссылке вы найдёте полный курс лекций по теоретическим основам электротехники (ТОЭ):

Основы электротехники: формулы и лекции и примеры заданий с решением

Во втором случае эти элементы называются нелинейными, они имеют нелинейную ВАХ (рис. 3, б). Это - выпрямительные диоды, стабилитроны, терморезисторы и др.

Классификация электрических цепей
Электрические цепи также различают по способу соединения элементов: неразветвлённые (рис. 4, а) и разветвлённые (рис. 4, б).

Классификация электрических цепей
По числу источников электрической энергии цепи бывают с одним источником ЭДС и с несколькими (рис. 5).

Обозначение источника электрической энергии может отсутствовать на схеме. В этом случае указывается напряжение, подводимое к электрической цепи от источника, а последний лишь подразумевается, положительное направление напряжения выбирается произвольно и указывается стрелкой (рис. 6).

Классификация электрических цепей

Параметры элементов электрических цепей постоянного тока. Схемы замещения

Каждый элемент электрической цепи обладает определенными свойствами. Чтобы охарактеризовать эти свойства, вводят понятие параметров цепи. В стационарной цепи постоянного тока элемент характеризуется только одним параметром сопротивления. Параметр сопротивления R характеризует свойства элемента, который поглощает энергию из электрической цепи и преобразует ее в другой тип энергии (тепло). Известно, что мощность (Р) преобразования электрической энергии постоянного тока пропорциональна квадрату тока Классификация электрических цепей, поэтому этот параметр можно определить отношением Классификация электрических цепей

Возможно вам будут полезны данные страницы:

Переходные процессы в нелинейных цепях. Аналитические методы расчета

Основные термины и определения электротехники

Электрическая цепь

Линейные электрические цепи постоянного тока

Кроме специально изготовленных устройств с одним параметром встречаются устройства, работу которых приближенно описывают также одним параметром. Например, лампы накаливания, печи нагрева характеризуют только одним параметром сопротивления R .

Элементы электрической цепи делятся на активные и пассивные. Все источники электрической энергии являются активными элементами, они характеризуются определенным значением ЭДС и внутренним сопротивлением. Приемники электрической энергии могут быть как пассивными (чаще всего), так и активными.

Вольт-амперная характеристика (рис. 7, а) активного приемника (рис. 7, б) может быть математически описана уравнением

Классификация электрических цепей
где Классификация электрических цепей - внутреннее сопротивление источника ЭДС.

Классификация электрических цепей
Схемы замещения отображают свойства электрической цепи при определенных условиях; элементы схемы замещения соответствуют элементам реальной электрической цепи. Одной и той же электрической цепи может соответствовать несколько различных схем замещения в зависимости от того, для каких целей предназначены эти схемы.

Для однозначности описания процессов, происходящих в каком-либо элементе цепи, необходимо знать не только значения его тока и напряжения, но также их направления в каждом элементе. Стрелки, поставленные на схемах замещения, указывают положительные направления ЭДС, напряжений и токов.

Элементы электрической цепи.

Пассивные элементы. Сопротивлением называется идеализированный элемент цепи, характеризующий преобразование электромагнитной энергии в любой другой вид энергии (тепловую - нагрев, механическую, излучение электромагнитной энергии и др.), т. е. обладающий только свойством необратимого рассеяния энергии. Условное обозначение сопротивления показано на рис. 1.2.

Классификация электрических цепей
Математическая модель, описывающая свойства сопротивления, определяется законом Ома

Классификация электрических цепей или Классификация электрических цепей

Здесь R и G - параметры участка цепи называются соответственно сопротивлением и проводимостью, Классификация электрических цепей. Сопротивление измеряется в омах (Ом), а проводимость - в сименсах (Сим).

Мгновенная мощность, поступающая в сопротивление, равна Классификация электрических цепей

Электрическая энергия, поступившая в сопротивление и превращенная в тепло за промежуток времени от Классификация электрических цепей до Классификация электрических цепей, равна:

Классификация электрических цепей
Уравнение, выражающее закон Ома, определяет зависимость напряжения от тока и называется вольт-амперной характеристикой (ВАХ) сопротивления. Если R постоянно, то ВАХ линейная (рис. 1.3, а). Если же R зависит от протекающего через него тока или приложенного к нему напряжения, то ВАХ становится нелинейной (рис. 1.3. б) и соответствует нелинейному сопротивлению.

Реальный элемент, приближающийся по своим свойствам к сопротивлению, называется резистором.

Индуктивностью называется идеализированный элемент электрической цепи, характеризующий запасаемую в цепи энергию магнитного поля. Условное обозначение индуктивности показано на рис. 1.4.

Классификация электрических цепей
Если рассмотреть участок цепи (рис. 1.5. а), представляющий собой виток, охватывающий площадь S, через который проходит ток /, то виток пронизывает магнитный поток

Классификация электрических цепей

где Классификация электрических цепей - поток вектора магнитной индукции В через площадь S. Магнитный поток измеряется в веберах (Вб), а магнитная индукция - в теслах (Тл).

Индуктивностью витка называется отношение магнитного потока к току:

Классификация электрических цепей

т. e. индуктивность представляет собой магнитный поток, отнесенный к единице связанного с ним тока. В системе СИ индуктивность измеряется в генри (Гн).

Если катушка содержит п одинаковых витков (рис. 1.5, б), то полный магнитный поток (потокосцепление)

Классификация электрических цепей

где Классификация электрических цепей - поток, пронизывающий каждый из витков.

Классификация электрических цепей

Индуктивность катушки в этом случае Классификация электрических цепей.

В общем случае зависимость потокосцепления от тока нелинейная (рис. 1.6.6/), следовательно, индуктивность также является нелинейной.

Связь между током и напряжением на индуктивности определяется на основании закона электромагнитной индукции, согласно которому изменение потокосцепления вызывает ЭДС самоиндукции Классификация электрических цепей , численно равную и противоположную по знаку скорости изменения полного магнитного потока.

Если индуктивность не зависит от тока, то величина Классификация электрических цепей называется напряжением (или падением напряжения) на индуктивности.

Из последнего выражения следует, что ток в индуктивности

Классификация электрических цепей
т. е. определяется площадью, ограниченной кривой напряжения Классификация электрических цепей (рис. 1.7). Мгновенная мощность имеет смысл скорости изменения запасенной в магнитном поле энергии: Классификация электрических цепей

Энергия, запасенная в магнитном поле индуктивности в произвольный момент времени Классификация электрических цепей, определяется по формуле

Классификация электрических цепей

Здесь учтено, что при Классификация электрических цепей ток в индуктивности был равен нулю.

Классификация электрических цепей
Если часть магнитного потока, связанного с катушкой Классификация электрических цепей, связана одновременно и с катушкой Классификация электрических цепей, то эти катушки обладают параметром М, называемым взаимной индуктивностью. Взаимная индуктивность определяется как отношение потокосцепления взаимной индукции одной катушки к току в другой катушке Классификация электрических цепей

В первой и второй катушках наводятся ЭДС взаимной индукции, равные

Классификация электрических цепей
Последние выражения справедливы при условии, что М не зависит от токов, протекающих в обеих катушках.

Взаимная индуктивность измеряется также в генри (Гн).

Емкостью называется идеализированный элемент электрической цепи, характеризующий запасаемую в цепи энергию электрического поля. Условное обозначение емкости показано на рис. 1.8.

Классификация электрических цепей
При подведении к двум электродам (рис. 1.9. а) напряжения на них накапливаются равные по величине и противоположные по знаку заряды Классификация электрических цепей, и в окружающем пространстве создается электрическое поле.

Что такое теоретические основы электротехники (ТОЭ) вы узнаете по этой ссылке:

Согласно теореме Гаусса - Остроградского поток Классификация электрических цепей вектора электрического смещения D

Классификация электрических цепей
Емкостью между электродами называется отношение потока Классификация электрических цепей вектора электрического смещения к разности потенциалов Классификация электрических цепей на зажимах.

Классификация электрических цепей
В системе СИ заряд измеряется в кулонах, напряжение в вольтах, емкость в фарадах.

Для увеличения емкости необходимо включить параллельно ряд проводящих «обкладок», т. е. применить конденсатор (рис. 1.9. б).

При изменении напряжения на конденсаторе в присоединенной к нему цепи создается ток проводимости, величина которого определяется скоростью изменения заряда на электродах

Классификация электрических цепей
Между электродами конденсатора лежит диэлектрик, в котором не может быть тока проводимости. Но поток Классификация электрических цепей вектора электрического смещения также изменяется. Величина Классификация электрических цепей называется током смещения.

Таким образом, ток проводимости во внешней цепи замыкается током смещения через диэлектрик конденсатора Классификация электрических цепей

Из выражения для тока следует, что ток положителен при возрастании заряда и соответственно напряжения на обкладках конденсатора.

Напряжение на емкости Классификация электрических цепей

При Классификация электрических цепей напряжение на емкости Классификация электрических цепей

Следовательно, Классификация электрических цепей

Мгновенная мощность Классификация электрических цепей имеет смысл скорости изменения запасенной в электрическом поле энергии: Классификация электрических цепей

Энергия, запасаемая в электрическом поле емкости в произвольный момент времени Классификация электрических цепей,

Классификация электрических цепей
Полученная формула справедлива в случае, что при Классификация электрических цепей напряжение на емкости Классификация электрических цепей