Электрические цепи. Виды и составные части. Режимы работы

Различные элементы, соединенные проводниками электрического тока между собой, образуют электрические цепи. Перечень компонентов цепи может быть довольно большим. Существуют разные виды элементов цепи электрического тока: пассивные и активные, линейные и нелинейные и много других. Всю классификацию перечислить очень трудно.

Для работы цепи необходимо наличие соединительных проводников, потребителей, источника питания, выключателя. Контур цепи должен быть замкнут. Это является обязательным условием работы электрической цепи. Иначе ток в цепи протекать не будет. Не все контуры считаются электрическими цепями. Например, контуры зануления или заземления ими не признаются, так как в обычном режиме в них нет тока. Однако, по принципу действия они также являются электрическими цепями, так как в аварийных случаях в них протекает ток. Контур заземления и зануления замыкается с помощью грунта.

 

Внутренние и внешние электрические цепи

Для создания упорядоченного движения электронов, нужно наличие разности потенциалов между каким-либо участком цепи. Это обеспечивается при подключении напряжения в виде источника питания. Он называется внутренней электрической цепью. Остальные компоненты цепи образуют внешнюю цепь. Для задания движения зарядов в источнике питания против направления поля требуется приложить сторонние силы.

Такими силами могут выступать:

• Выход вторичной обмотки трансформатора.
• Батарея (гальванический источник).
• Обмотка генератора.

Напряжение в цепи может быть, как постоянным, так и переменным, в зависимости от свойств источника питания. По этому признаку в электротехнике электрические цепи разделяют на контуры цепей. Такое объяснение вида цепи упрощенное, так как закон изменения движения электронов намного сложнее.

Кроме упорядоченного движения, электроны задействованы в хаотичном тепловом движении. Чем выше температура материала, тем больше скорость хаотичного движения носителей заряда. Однако, такой вид движения не участвует в создании электрического тока.

От источника питания зависит и род тока, то есть свойства внешней цепи. Батарея элементов выдает постоянное напряжение, а разные обмотки генераторов или трансформаторов выдают переменное напряжение. Это зависит от внутренних процессов в источнике питания.

Внешние силы, создающие движение электронов, называются электродвижущими силами, которые характеризуются работой, выполненной источником для перемещения единицы заряда, измеряется в вольтах.

Практически в расчетах цепей применяют два класса источников питания:

1. Источники напряжения.
2. Источники тока.

В реальности такие идеальные источники не существуют, но практически их пытаются имитировать. В бытовой сети мы имеем напряжение 220 вольт с определенными нормированными отклонениями. Это является источником напряжения, так как норма дана именно на этот параметр. Значение тока не играет большой роли. На электростанции круглосуточно поддерживается постоянная величина напряжения, независимо от запросов.

Источник тока действует по-другому. Он поддерживает определенный закон движения электронов, а величина напряжения не имеет значения. В пример можно привести сварочный аппарат. Для нормального хода сварки необходимо поддерживать постоянное значение тока. Эту функцию выполняет инверторный электронный блок.

Сеть питания может быть, как переменной, так и постоянной. Это не играет большой роли. Важнее выдержать, например, параметр ЭДС.

Обозначения компонентов электрической цепи

Выключатель

Это устройство позволяет соединить потребитель с источником питания. При пользовании выключателем, на его контактах образуется искра. Она возникает из-за наличия емкостного сопротивления. Чтобы избежать искрения, в электрическую цепь добавляются дроссели, а в выключатель устанавливают контакты специального вида. Электрические цепи могут иметь и другие решения для предотвращения возникновения искры.

Проводники

Электрические провода чаще всего производят из алюминия или меди. Это объясняется низким удельным сопротивлением этих металлов, хотя стоимость их в последнее время повышается.

На проводах при работе выделяется тепло, которое зависит от двух параметров:

1. Электрического тока.
2. Сопротивления участка цепи.

Электрический ток определяется необходимостью потребителя, поэтому изменять можно только удельное сопротивление, которое должно быть как можно ниже. Все металлы при уменьшении температуры уменьшают сопротивление, в результате чего снижаются потери энергии. Если взять полупроводники, то среди них есть образцы с отрицательным и с положительным температурным коэффициентом сопротивления. Если сравнивать абсолютные значения сопротивления, то у металлов оно намного меньше.

Потребители

Все остальные компоненты электрической цепи, кроме перечисленных выше, считаются потребителями. Полезной нагрузкой является простая лампа накаливания, электродвигатель, нагревательное устройство. Параметры цепи слишком зависят от потребителей. Электрические цепи имеют обмотки трансформаторов, которые обладают большим индуктивным сопротивлением. Это отрицательно влияет на передачу электричества от источника.

Направление кроме тока может изменять и мощность. При этом энергия циркулирует в одну и в другую сторону. Такая мощность называется реактивной, и не выполняет полезной работы. Однако, она нагревает проводники и изменяет форму электрического сигнала. Поэтому в промышленных условиях целесообразно к электродвигателям параллельно подключать конденсаторы, которые будут компенсировать сопротивление с индуктивностью. В результате реактивная мощность замкнется внутри двигателя, и не выделит чрезмерного тепла в проводах.

Индуктивные потребители имеют важное свойство: они расходуют электроэнергию, которая превращается в магнитное поле и передается дальше.

В электронике существует множество разнообразных потребителей, которые можно разделить на классы:

• Активные потребители. Для своего функционирования им требуется наличие электрической энергии. От основной сети они практически не работают. К ним относятся транзисторы, микросхемы, тиристоры и много других видов, являющихся своеобразными электронными ключами. Электродвигатели имеют отличие в том, что работают непосредственно из сети питания.
• Пассивные потребители не нуждаются во внешнем источнике питания. Они пропускают через себя электрический ток особым образом. Например, полупроводники (тиристоры) начинают пропускать ток только при достижении определенной величины напряжения. Значит, они являются пассивными потребителями, и имеют нелинейные свойства пропускания тока. К таким же видам можно причислить диоды, пропускающие ток только в одну сторону. Другими словами, они имеют свойства вентиля. Также пассивными потребителями являются различные дроссели, конденсаторы, сопротивления. При наличии этих компонентов электрические цепи обретают необычные свойства. Например, контуры резонанса, состоящие из катушек и емкостей, применяют в виде фильтров для разной частоты волн.

Режимы электрической цепи

При подключении разного числа потребителей к источнику питания изменяется мощность, напряжение и ток, вследствие чего возникают различные режимы работы в цепи, и соответственно, компонентов, включенных в нее. Практически можно представить схему цепи в виде пассивного и активного двухполюсника. Это электрические цепи, соединенные с внешней частью двумя выводами с разной полярностью.

Особенностью активного двухполюсника является наличие источника электрического тока, у пассивного двухполюсника его нет. Популярными стали схемы замещения пассивных и активных элементов во время работы. Вид режима работы определяется свойствами элементов цепи.

Холостой ход

Это режим при отключенной нагрузке от питания при помощи ключа. В этом случае ток в цепи равен нулю. Напряжение достигает уровня ЭДС. Элементы цепи не работают.

Короткое замыкание

В этом случае выключатель на схеме замкнут, сопротивление равно нулю, соответственно, напряжение также равно нулю.

При применении двух рассмотренных режимов определяются свойства активного двухполюсника. При изменении тока в некоторых границах, зависящих от элемента цепи, нижняя граница всегда равна нулю. Этот элемент цепи начинает выдавать энергию в цепь. Также нужно знать, что если напряжение ниже нуля, это значит, что резисторами активного двухполюсника расходуется энергия источника, связанного по цепи, а также резерв самого прибора.

Номинальный режим

Такой режим необходим для создания технических свойств всей цепи и отдельных компонентов. В этом режиме свойства близки к величинам, указанным на компоненте, или в инструкции. Нужно учесть, что каждый прибор имеет свои параметры. Однако, три главных показателя есть у всех устройств – это напряжение, мощность и номинальный ток. Все компоненты электрических цепей также имеют эти показатели.

Согласованный режим

Этот режим применяется для создания наибольшей передачи активной мощности, передаваемой источником питания к потребителю. Когда производится работа в этом режиме, необходимо быть осторожным, во избежание выхода из строя части цепи.

Основные элементы цепи

Они применяются в сложных устройствах для проверки работоспособности:

• Ветвь. Это участок цепи с током одинаковой величины. Ветвь может иметь несколько последовательно соединенных элементов.
• Узел. Это место соединения нескольких ветвей.
• Контур. Это любой замкнутый участок цепи, имеющий несколько ветвей.

Похожие темы:

• Активное и реактивное сопротивление. Треугольник сопротивлений
• Последовательное и параллельное соединение. Применение и схемы
• Схемы по электрике. Виды и типы. Некоторые обозначения
• Закон Ома. Для цепей и тока. Формулы и применение
• Фильтры ВЧ. Виды и работа. Применение и особенности
• Фильтры СЧ. Виды и применение. Работа и особенности
• Фильтры НЧ. Виды и применение. Работа и особенности
• Закон Джоуля-Ленца. работа и применение. Особенности

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ | Энциклопедия Кругосвет

Содержание статьи

• ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
• Ток.
• Потенциал.
• ТЕОРИЯ ЦЕПЕЙ
• Законы Кирхгофа.
• Контурные токи.
• Принцип суперпозиции.
• Теорема Тевенена.
• Теорема Нортона.
• Преобразование Т-П.
• Переходные процессы.
• ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРИИ ЦЕПЕЙ
• Мост Уитстона.
• Интегрирующая и дифференцирующая цепи.
• Фильтры.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ, совокупности соединенных определенным образом элементов и устройств, образующих путь для прохождения электрического тока. Теория цепей – раздел теоретической электротехники, в котором рассматриваются математические методы вычисления электрических величин. Многие из этих электрических величин определяются параметрами компонентов, составляющих цепи, – сопротивлениями резисторов, емкостями конденсаторов, индуктивностями катушек индуктивности, токами и напряжениями источников электрической энергии. Электрические цепи подразделяются на цепи постоянного тока и цепи переменного тока.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Ток.

Сила электрического тока в проводе определяется как электрический заряд, проходящий через поперечное сечение провода за единицу времени. Заряд измеряется в кулонах; один кулон в секунду равен одному амперу.

Направлением тока далее будем считать направление, в котором двигались бы положительные заряды. На самом деле ток в большинстве случаев создается движением электронов, которые, будучи заряжены отрицательно, движутся в направлении, противоположном принятому за направление тока. Ток неизменяющейся силы обозначается через I, а мгновенное значение изменяющегося тока – через i.

Потенциал.

Если для перемещения заряда между двумя точками необходимо затратить энергию или если при перемещении заряда между двумя точками заряд приобретает энергию, то говорят, что в этих точках имеется разность потенциалов. Энергия необходима для перемещения заряда от более низкого потенциала к более высокому. На схемах рядом с точкой более высокого потенциала ставится знак +, а рядом с точкой более низкого – знак -.

Батарея или генератор электрического тока – это устройство, которое сообщает энергию зарядам. Источник тока перемещает положительные заряды от меньшего потенциала к большему за счет химической энергии. Неизменяющаяся разность потенциалов обозначается через V, а мгновенное значение изменяющейся разности потенциалов – через e.

Разность потенциалов на зажимах батареи или генератора называется электродвижущей силой (ЭДС) и обозначается через E_g, если она не изменяется, и через e_g, если она переменна. Разность потенциалов в двух точках a и b обозначается через V_ab. Разность потенциалов и ЭДС измеряются в вольтах.

ТЕОРИЯ ЦЕПЕЙ

Цепь может представлять собой любую комбинацию батарей и генераторов, а также резистивных и реактивных элементов. Батареи и генераторы в теории цепей рассматриваются либо как источники напряжения (ЭДС) с определенным внутренним сопротивлением, либо как источники тока с определенной внутренней проводимостью. Цепь, не содержащая источников тока и напряжения, называется пассивной, а цепь с источниками тока или напряжения – активной. Целью анализа цепи является определение полного сопротивления (импеданса) между любыми двумя точками цепи и нахождение математического выражения для тока через любой элемент цепи или для напряжения на любом элементе цепи при любых заданных ЭДС источников напряжения и любых токах источников тока. Всякий замкнутый путь тока в цепи называется контуром. Узлом цепи называется всякая ее точка, в которой соединяются три или большее число ветвей цепи.

На рис. 1 представлена цепь с двумя контурами. Стрелками I₁, I₂ и I₃ показано предполагаемое направление токов в импедансах этих контуров. От токов не требуется, чтобы они были в фазе; но в простейшем случае, когда импедансы – сопротивления, решение уравнений относительно любого тока I будет отрицательным, если принято неправильное направление тока. Поэтому предполагаемое направление токов может быть любым. Принятые положительные и отрицательные потенциалы, соответствующие ЭДС источников напряжения, указаны знаками + и -. Следует иметь в виду, что напряжение на импедансе понижается в направлении тока и повышается в противоположном направлении. Это тоже указано знаками + и -.

Законы Кирхгофа.

Зависимости между токами и напряжениями в электрической цепи устанавливаются на основании двух законов, сформулированных Г.Кирхгофом (1847): 1) алгебраическая сумма ЭДС источников напряжения и напряжений на элементах контура равна нулю и 2) алгебраическая сумма токов в каждом узле равна нулю.

В первом законе Кирхгофа находит выражение то очевидное обстоятельство, что при полном обходе контура мы возвращаемся в исходную точку с тем же самым потенциалом. Второй закон Кирхгофа есть констатация того, что в узловой точке ток не может ни исчезать, ни возникать. Ток к узлу считается положительным, а ток от узла – отрицательным.

Применив закон Кирхгофа для напряжений к двум контурам цепи, представленной на рис. 1 (и воспользовавшись законом Ома – выражением V_Z = IZ для напряжения на импедансе Z, создаваемого током I), мы получим для контура 1 уравнение

а для контура 2 – уравнение

Применив закон Кирхгофа для токов к любому из узлов, получаем

Если ЭДС (E_g)₁ и (E_g)₂, а также импедансы известны, то из уравнений (1)–(3) можно вычислить все три тока.

Контурные токи.

В случае цепей с большим числом контуров метод контурных токов позволяет не записывать уравнения для токов, следующие из второго закона Кирхгофа. Для этого в той же цепи, что и раньше, представленной на рис. 2, принимают один ток для каждого контура. Как и прежде, направление токов выбирается произвольно. Закон Кирхгофа для напряжений дает для контура 1

а для контура 2 –

В напряжение на импедансе Z₃, рассматриваемом как элемент одного контура, входит напряжение, обусловленное током другого контура: в уравнении (4) имеется слагаемое (–Z₃I₂), а в уравнении (5) – слагаемое (–Z₃I₁). Уравнения (4) и (5) можно было бы получить из уравнений (1)–(3), подставив в первые два ток I₂ из третьего, но метод контурных токов приводит к тому же результату всего за два шага.

Принцип суперпозиции.

Предположим, что в активной цепи в разных ее точках имеется несколько источников напряжения или тока. Согласно принципу суперпозиции, ток, создаваемый любым источником в любом элементе цепи, не зависит от других источников. Следовательно, полный ток в любом элементе равен сумме токов, создаваемых всеми источниками по отдельности. При вычислении тока, создаваемого каждым из источников напряжения или тока, другие источники напряжения заменяются их внутренними импедансами, а другие источники тока – их внутренними проводимостями.

Теорема Тевенена.

Эта теорема, называемая также теоремой об эквивалентном источнике, утверждает, что любую активную цепь с двумя полюсами (зажимами) в установившемся режиме можно заменить источником напряжения с некоторым внутренним импедансом. ЭДС эквивалентного источника напряжения равна напряжению на полюсах ненагруженного заменяемого двухполюсника, а внутренний импеданс источника равен импедансу этого двухполюсника при ЭДС источников напряжения в нем, равных нулю.

Рассмотрим, например, цепь, представленную на рис. 3. Эта активная цепь заменяется источником напряжения, ЭДС E_gў и внутренний импеданс Z_gў которого таковы:

ЭДС E_gў есть напряжение на разомкнутых полюсах a и b, равное напряжению на Z₁. Внутренний импеданс Z_gў равен импедансу между точками a и b исходного двухполюсника, т.е. импедансу последовательного соединения Z₂ с параллельно соединенными Z₁ и Z_g. Для любого элемента, присоединенного к полюсам a и b обоих двухполюсников, токи и напряжения будут одинаковы.

Теорема Нортона.

Эта теорема, аналогичная теореме Тевенена, утверждает, что любой активный двухполюсник можно заменить эквивалентным источником тока с некоторой внутренней проводимостью. Ток эквивалентного источника равен току короткого замыкания между полюсами a и b исходного двухполюсника. Внутренняя проводимость эквивалентного источника тока определяется тем же, что и в теореме Тевенена, импедансом между полюсами двухполюсника, присоединенным параллельно источнику. На рис. 4

а импеданс Z_gў дается выражением (7). Если полюса a и b исходного двухполюсника замкнуть накоротко, то источник напряжения с ЭДС E_g будет нагружен импедансом Z_g и параллельным соединением импедансов Z₁ и Z₂, откуда и следует выражение (8).

Преобразование Т-П.

Часто требуется заменить Т-образный четырехполюсник П-образным или наоборот. Чтобы два таких четырехполюсника (рис. 5) были эквивалентны, должны быть одинаковы токи и напряжения между их полюсами при прочих равных условиях за пределами полюсов. Параметры цепи для преобразования Т ® П таковы:

Формулы для преобразования ПТ имеют вид

Переходные процессы.

Переходным называется процесс изменения электрических величин в цепи при ее переходе из одного установившегося режима в другой. При анализе переходных процессов ток, напряжение или заряд в некоторой точке цепи обычно представляют в виде функции времени.

Рассмотрим цепь с источником напряжения (батареей с ЭДС E_g), представленную на рис. 6. После замыкания ключа сумма мгновенных значений напряжения на резисторе и конденсаторе должна быть равна E_g:

или, иначе,

Поскольку i = dq/dt, уравнение (10) можно переписать в виде дифференциального уравнения

решение которого таково:

Соответствующий ток равен:

где e – основание натуральных логарифмов.

На рис. 7 представлены графики изменения заряда конденсатора q и тока i во времени. В начальный момент (t = 0), когда ключ только замкнут, заряд конденсатора равен нулю, а ток равен E_g /R, как если бы конденсатора в цепи не было. Затем заряд конденсатора нарастает по экспоненте. Обусловленное зарядом напряжение на конденсаторе направлено навстречу ЭДС источника, и ток по экспоненте убывает до нуля. В момент замыкания ключа конденсатор эквивалентен короткому замыканию, а по истечении достаточно длительного времени (при t = Ґ) – разрыву цепи.

Постоянная времени RC-цепи определяется как время, за которое заряд достигает значения, на 1/e (36,8%) отличающегося от конечного значения. Она дается выражением

Аналогичные рассуждения можно провести для RL-цепи, представленной на рис. 8. Сумма мгновенных напряжений e_R и e_L должна быть равна E_g. Это условие записывается в виде дифференциального уравнения

решение которого таково:

На рис. 9 решение (11) представлено в графической форме. Сразу же после замыкания ключа (при t = 0) ток начинает быстро увеличиваться, наводя большое напряжение на катушке индуктивности. Наведенное напряжение противодействует изменению тока. По мере того как нарастание тока замедляется, наведенное напряжение уменьшается. При t = Ґ ток не меняется, и наведенное напряжение равно нулю. Таким образом, в конце концов ток принимает значение, которое он имел бы, если бы в цепи не было катушки индуктивности. (При t = 0 катушка индуктивности эквивалентна разрыву цепи, а по истечении достаточно длительного времени – короткому замыканию.)

Постоянная времени RL-цепи определяется как время, за которое ток достигает значения, на 1/e отличающегося от конечного значения. Она дается выражением

ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРИИ ЦЕПЕЙ

Мост Уитстона.

Мост Уитстона – это схема электрической цепи для точного измерения сопротивлений на постоянном токе. Соответствующая принципиальная схема представлена на рис. 10, где измеряемое сопротивление обозначено через R_x. Остальные сопротивления известны, и их можно изменять. Если известные сопротивления подобрать так, чтобы высокочувствительный амперметр A показывал отсутствие тока, это означало бы, что потенциал точек b и c одинаков. В таком случае, обозначив ток через резисторы R₁ и R₃ символом I₁, а ток через R₂ и R_x – символом I₂, можно записать

Поделив равенство (13) на (12) и решив полученное уравнение относительно R_x, находим

Схемой моста Уитстона можно пользоваться и для измерения полных сопротивлений (импедансов) на переменном токе. Для этого нужно вместо батареи взять источник напряжения переменного тока, а амперметр A заменить детектором переменного тока. Анализ схемы проводится аналогично, но в комплексных обозначениях.

Интегрирующая и дифференцирующая цепи.

Дифференцирующей будет при некоторых приближенно выполняющихся условиях цепь рис. 6, если в ней источником напряжения является генератор напряжения e(t), зависящего от времени. Тогда уравнение (10) будет иметь вид

При малых R и C слагаемым iR можно пренебречь по сравнению с q/C:

что дает

Это эквивалентно требованию, чтобы постоянная времени RC была мала по сравнению с периодом напряжения e(t). Если такое условие выполняется, то напряжение на резисторе дается выражением

т.е. величина e_R пропорциональна производной входного напряжения.

Если постоянная времени велика, а напряжение снимается с конденсатора, то эта цепь будет интегрирующей. В таком случае в уравнении (14) можно пренебречь величиной q/C по сравнению с iR, так что

или

.

Поскольку C = dq/dt, а q = 8 idt, напряжение на конденсаторе можно записать в виде

т.е. напряжение e_C пропорционально интегралу входного напряжения.

Фильтры.

Фильтры – это электрические цепи, пропускающие лишь определенные частоты и задерживающие все остальные. Идеальный фильтр верхних частот имеет полосу пропускания выше заданной «частоты среза» и полосу задерживания для более низких частот. Полосовой фильтр имеет полосу пропускания, расположенную между двумя заданными частотами среза. Общая схема включения фильтра показана на рис. 11.

В качестве примера на рис. 12,a представлен фильтр нижних частот, включенный между генератором и нагрузкой R. На низких частотах импеданс катушек индуктивности мал, а конденсатора – велик, и почти весь ток проходит через нагрузку R. На высоких частотах импеданс катушек индуктивности велик, из-за чего снижается ток, а импеданс конденсатора мал, так что он как бы замыкает накоротко цепь малого тока, проходящего через первую катушку индуктивности. Справа на рис. 12,a представлен график зависимости отношения E₂ /(E_g /2) от частоты, деленной на частоту среза. Как нетрудно видеть, в области высоких частот сигнал быстро затухает. Однако реальная частотная характеристика заметно отличается от характеристики (с резким частотным срезом) идеального фильтра нижних частот. На рис. 12,б и в представлены схемы полосового фильтра и фильтра верхних частот с соответствующими частотными характеристиками.

Что такое электрическая цепь? Типы цепей и сетей

Содержание

Что такое электрическая цепь?

Электрическая цепь представляет собой сеть с замкнутым контуром, которая обеспечивает обратный путь для протекания тока. Или замкнутый проводящий путь, по которому может течь ток, называется цепью. Электрическая цепь также известна как электрическая сеть или электрическая цепь .

Электрическая цепь представляет собой комбинацию различных активных и пассивных компонентов, таких как резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, диоды, транзисторы и т. д., которые образуют электрическую сеть. В замкнутой цепи электрический ток течет от источника (например, батареи) в проводящем материале (например, проводах и кабелях) к нагрузке (например, лампочке) и, следовательно, возвращается обратно к источнику.

Что такое электронные схемы?

Электронная цепь — это тип электрической цепи, состоящей из множества электронных компонентов, таких как диоды, транзисторы, резисторы, конденсаторы и т. д., где в цепи должен присутствовать хотя бы один активный компонент, что еще больше отличает ее от электрической цепи. Таким образом, он называется электронной схемой, а не электрической схемой.

Что такое электрическая сеть?

Совокупность различных электрических элементов и компонентов, соединенных любым способом (простой или сложной конфигурации), называется электрической сетью. Это тот же термин, который используется для электрической цепи, но чаще всего ассоциируется со сложными сетями, которые решаются с помощью сетевых теорем.

Сложные сети

Цепь, содержащая множество электрических элементов, таких как резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, источники тока и напряжения (как переменного, так и постоянного), где все компоненты и элементы цепи имеют сложную конфигурацию, называется сложной сетью. Такие сети не могут быть легко решены с помощью простого закона Ома или законов Кирхгофа. Если да, то количество уравнений будет заметно больше.

Самый простой способ решить и проанализировать сложную сеть — это использовать специальные методы, такие как сетевые теоремы, т. е. теорема Нортона, теорема Тевенина, теорема о суперпозиции, преобразование звезда-дельта, анализ цепей суперузлов и суперсеток и т. д.

Типы электрических цепей

Существует множество типов электрических цепей

, например:

• Разомкнутая цепь
• Замкнутая цепь
• Короткое замыкание
Цепь серии
• Параллельная цепь
• Последовательно-параллельная схема
• Цепь звезда-треугольник
• Цепь переменного тока
• Цепь постоянного тока
• Однофазная цепь
• Трехфазная цепь
• Резистивная цепь
• Индуктивная цепь
• Емкостная цепь
• Резистивная, индуктивная (цепь RL)
• Резистивная, емкостная (цепь RC)
• Емкостный, индуктивный (LC-цепи)
• Резистивная, индуктивная, емкостная (цепь RLC)
• Линейная цепь
• Нелинейная цепь
• Односторонние цепи
• Двусторонние цепи
• Активная цепь
• Пассивная цепь

Мы кратко обсудим один за другим следующим образом.

Разомкнутая цепь

Цепь, в которой нет обратного пути для протекания тока (т. е. незамкнутая), называется разомкнутой цепью. Другими словами, цепь, в которой напряжение стремится к ЭДС ( порождает источник) и ток вообще не течет, называется разомкнутой цепью.

Пример разомкнутой цепи: Цепь с разомкнутым выключателем или перегоревшим предохранителем, в которой лампочка подключена к аккумулятору. Таким образом, лампочка не будет светиться, поскольку цепь не замкнута, т. Е. Это разомкнутая цепь, и в ней нет тока.

Замкнутая цепь

Цепь, имеющая обратный путь для протекания тока (т. е. замкнутая цепь), называется замкнутой цепью.

Пример короткого замыкания: Цепь с замкнутым выключателем, в которой лампочка подключена к аккумулятору. Таким образом, лампочка светится, поскольку ток течет по нити накала лампочки из-за замкнутой цепи.

Короткое замыкание

Цепь, имеющая обратный путь для протекания тока, где значение сопротивления равно нулю. (т. е. завершенная или замкнутая цепь без подключенной нагрузки) называется коротким замыканием. Другими словами, схема, в которой напряжение стремится к нулю, а ток стремится к бесконечности называется коротким замыканием.

Пример короткого замыкания: Цепь с замыкающим выключателем без нагрузки, подключенной к напряжению питания. Другими словами, когда фазный или линейный провод касается нейтрального провода без нагрузки между ними. В этом случае перегорает предохранитель или срабатывает автоматический выключатель. При отсутствии надлежащей защиты короткое замыкание может повредить прибор или стать причиной очень серьезной травмы.

• Связанный пост: Токи короткого замыкания и симметричные составляющие

Серийная цепь

В этой цепи все электрические элементы (источники напряжения или тока, катушки индуктивности, конденсаторы, резисторы и т. д.) соединены последовательно, т. е. существует только один путь для прохождения электричества, например, это одноветвевые цепи.

Параллельная цепь

В этой цепи все электрические элементы (источники напряжения и тока, катушки индуктивности, конденсаторы, резисторы и т.д.) соединены параллельно, т.е. существует множество путей для прохождения электричества и минимальное количество ветвей в этой цепи два.

Последовательно-параллельная цепь

Если элементы цепи соединены последовательно в одних частях и параллельно в других, это будет последовательно-параллельная цепь. Другими словами, это сочетание последовательных, параллельных и последовательно-параллельных цепей.

Ниже приведены более производные схемы последовательных, параллельных и последовательно-параллельных цепей

• Чистая резистивная цепь
• Чистая индуктивная цепь
• Чисто емкостная схема
• Резистивная, индуктивная цепь, т. е. цепь RL
  
• Резистивная, емкостная цепь, например, RC-цепь
  
• Емкостные, индуктивные цепи, т. е. LC-цепи
  
• Резистивная, индуктивная, емкостная цепь, т. е. цепь RLC
  
• Серийные и параллельные цепи R, L и C
• Комбинация последовательно-параллельной цепи, т.е. сложная цепь

Все эти схемы показаны на рис. ниже.

Нажмите на картинку, чтобы увеличить

Различные типы электрических цепей

В данных цепях все указанные выше компоненты или элементы могут быть соединены последовательно, параллельно или в обеих комбинациях последовательно-параллельной конфигурации.

Related Posts:

• Знакомство с последовательными, параллельными и последовательно-параллельными соединениями
• Серия, параллельное и последовательно-параллельное соединение батарей
Серия
• , параллельное и последовательно-параллельное соединение солнечных панелей

Схема «звезда-треугольник»

Цепи такого типа подключаются по схеме «звезда» или «треугольник». В этих цепях электрические элементы соединены способом, который не определен с точки зрения последовательной, параллельной или последовательно-параллельной конфигурации. Цепи «звезда-треугольник» могут быть решены путем преобразования «звезда в треугольник» и «треугольник в звезду».

Прежде чем анализировать электрическую цепь и сеть, вы должны знать следующие полезные термины, связанные с электрическими цепями, которые определяют характер и характеристики цепи.

Цепь переменного тока

Цепь, содержащая источник питания переменного тока, называется цепью переменного тока. Источниками питания, например, являются генераторы переменного тока и синхронные генераторы.

Цепь постоянного тока

Цепь, содержащая источник питания постоянного тока, называется цепью постоянного тока. Источниками питания, например, являются батареи и генераторы постоянного тока.

• Связанный пост: Разница между переменным и постоянным током (ток и напряжение)

Однофазные цепи

Электропитание переменного тока, в котором все напряжения имеют одинаковую синусоидальную форму в определенный период времени, называется однофазным питанием переменного тока. В однофазных цепях переменного тока для замыкания цепи необходимы только два провода (известные как фаза или линия и нейтраль).

Многофазные цепи

Поли означает более одного. Как следует из названия, мощность переменного тока, в которой есть три синусоидальных напряжения, имеющих разность фаз 120 °. В трехфазных цепях переменного тока для замыкания цепи необходимы три фазы с тремя проводами или три фазы с четырьмя проводами.

• Связанная запись: Разница между однофазным и трехфазным питанием

Параметры цепи, константы и родственные термины

Различные компоненты или элементы, которые используются в электрических цепях, называются параметрами или константами цепи, т. е. сопротивление, емкость, индуктивность, частота и т. д. Эти параметры могут быть объединены или распределены.

Активная цепь

Цепь, которая содержит один или несколько источников ЭДС (электродвижущей силы), называется активной цепью

Пассивная цепь

Цепь, в которой нет ни одного источника ЭДС, называется пассивной цепью

• Связанный пост: Основное различие между активными и пассивными компонентами

Линейные и нелинейные цепи

Li ближняя Цепь

Линейная цепь — это электрическая цепь, в которой параметры цепи (сопротивление, индуктивность, емкость, форма волны, частота и т. д.) постоянны. Другими словами, цепь, параметры которой не изменяются по току и напряжению, называется линейной цепью.

Нелинейная цепь

Нелинейная цепь представляет собой электрическую цепь, параметры которой варьируются в зависимости от тока и напряжения. Другими словами, электрическая цепь, в которой параметры цепи (сопротивление, индуктивность, емкость, форма волны, частота и т. д.) непостоянны, называется нелинейной цепью.

• Связанный пост: Основная разница между линейной и нелинейной схемой

Односторонние и двусторонние цепи

Односторонние цепи

В односторонних цепях свойства цепи изменяются при изменении направления питающего напряжения или тока. Другими словами, односторонняя цепь позволяет току течь только в одном направлении. Диод или выпрямитель являются примером односторонней схемы, потому что они не выполняют выпрямление в обоих направлениях питания.

Двусторонние цепи

В двусторонних цепях свойство цепи не меняется при изменении направления питающего напряжения или тока. Другими словами, двусторонняя цепь позволяет току течь в обоих направлениях. Линия передачи является лучшим примером двусторонней цепи, потому что при подаче напряжения питания с любого направления (начальный или конечный конец) свойства цепи остаются постоянными.

• Связанный пост: Разница между односторонней и двусторонней схемами

Термины, относящиеся к электрическим цепям и сетям

Узел

Точка или соединение, где встречаются два или более элементов цепи (резистор, конденсатор, катушка индуктивности и т. д.), называется узлом участок цепи, расположенный между двумя узлами, называется ветвью. В ответвлении могут быть соединены один или несколько элементов, имеющих две клеммы.

Л уп

Замкнутый путь в цепи, где может встречаться более двух сеток, называется петлей, т. е. в петле может быть много сеток, но сетка не содержит ни одной петли.

Сетка

Замкнутая петля, которая не содержит внутри себя никакой другой петли или путь, который не содержит других путей, называется сеткой.

• Связанный пост: Как определить количество узлов, ветвей, петель и сеток в цепи?

Цепь с 6 узлами, 7 ветвями, 3 петлями и 2 сетками

Полезно знать:

Мы используем различные теоремы для решения сложных сетей. Как правило, сложные сети могут быть решены следующими двумя методами.

• Прямой метод
• Метод эквивалентной схемы

Мы подробно обсудим эти методы один за другим в нашем следующем посте.

Related Posts:

• Что такое электрический ток, его единицы, формула, типы и применение
• Что такое напряжение? его единица измерения, формула, типы и применение
• Что такое сопротивление? Удельное сопротивление (ρ) и удельное сопротивление Ω.
• Что такое электроэнергия? Виды электроэнергии и их единицы
• Что такое электрическая энергия? Его устройство, формула и применение
• Что такое электричество? Типы, источники и производство электроэнергии
• Что такое вольт (В)? Блок электротехники и физики
• Что такое Ампер (А)? Блок электротехники и физики

URL Скопировано

Автоматический выключатель | электрическое устройство

• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история

• В этот день в истории
• Викторины
• Подкасты
• Словарь
• Биографии
• Резюме
• Популярные вопросы
• Обзор недели
• Инфографика
• Демистификация
• Списки
• #WTFact
• Товарищи
• Галереи изображений
• Прожектор
• Форум
• Один хороший факт

• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история

• Britannica объясняет
  В этих видеороликах Britannica объясняет различные темы и отвечает на часто задаваемые вопросы.
• Britannica Classics
  Посмотрите эти ретро-видео из архивов Encyclopedia Britannica.
• #WTFact Видео
  В #WTFact Britannica делится некоторыми из самых странных фактов, которые мы можем найти.
• На этот раз в истории
  В этих видеороликах узнайте, что произошло в этом месяце (или любом другом месяце!) в истории.
• Demystified Videos
  В Demystified у Britannica есть все ответы на ваши животрепещущие вопросы.

• Студенческий портал
  Britannica — это главный ресурс для учащихся по ключевым школьным предметам, таким как история, государственное управление, литература и т. д.
• Портал COVID-19
  Хотя этот глобальный кризис в области здравоохранения продолжает развиваться, может быть полезно обратиться к прошлым пандемиям, чтобы лучше понять, как реагировать сегодня.
• 100 женщин
  Britannica празднует столетие Девятнадцатой поправки, выделяя суфражисток и политиков, творящих историю.