1.1. Основные определения, относящиеся к линейным электрическим цепям

Теория  /  1.1. Основные определения, относящиеся к линейным электрическим цепям  

Электрической цепью называется совокупность устройств и элементов, соединенных между собой и  обеспечивающих прохождение электрического тока. То есть это совокупность источников и приемников энергии, соединительных проводов и измерительных приборов.

Источники электрической энергии – это устройства,  в  которых  происходит  преобразование  различных  видов энергии (тепловой, химической, механической) в электрическую.

Приемники  электрической  энергии (потребители, нагрузка) – это устройства, в которых электрическая энергия преобразуется в другие виды энергии.

Электрические цепи, в которых получение и преобразование электрической  энергии происходят при неизменных во времени токах и напряжениях, называются цепями постоянного тока. Электрические цепи, в которых ток и напряжение изменяются с течением времени по величине и направлению называются цепями переменного тока.

Электрические цепи подразделяются на линейные и нелинейные. 

Линейной электрической цепью называется цепь, состоящая только из линейных элементов. Если в цепи имеется хотя бы один нелинейный элемент, то цепь будет нелинейной.

Линейные элементы – это элементы электрической цепи, сопротивление которых не зависит от проходящего по ним тока или напряжения на их зажимах.  Вольт-амперная  характеристика (зависимость тока от напряжения) для линейных элементов представляет собой прямую линию; для нелинейных – кривую.

Любую электрическую цепь и происходящие в ней процессы можно описать с помощью понятий:

ток I [A], Ампер;

напряжение U [B], Вольт;

электродвижущая сила (ЭДС) Е [B], Вольт;

сопротивление R или r [Ом], Ом;

проводимость G или g  [См], Сименс;

индуктивность L [Гн], Генри;

емкость С [Ф], Фарада.

Основной целью изучения электрических цепей является анализ режимов работы этих цепей. На основе такого анализа можно определить, при каких условиях и с какой эффективностью будет работать  радиотехническое оборудование. В большинстве случаев эта цель достигается определением токов на всех участках электрической цепи. Зная токи, можно найти напряжения и мощности отдельных элементов.

Для удобства расчетов электрическую цепь заменяют схемой замещения.

Схема замещения или электрическая схема – это графическое изображение электрической цепи с помощью условных знаков. Топологию электрической цепи определяют геометрические элементы схемы, которыми являются ветви, узлы и контуры.

Ветвь образуется одним или несколькими последовательно соединенными элементами цепи (рис. 1.1). По всем элементам ветви протекает один и тот же ток.

Узел – место соединения трех и более ветвей.  На электрических схемах узел обозначают точкой,  как показано на рис. 1.2, а,б

По своему электрическому смыслу схемы а) и б) идентичны и содержат один узел. Участки цепи между точками 1 и 2, 2 и 3, 3 и 4 не содержат элементов, следовательно, не являются ветвями. Представив схему б) в виде а), получим один узел, поэтому точки 2, 3, 4 называют фиктивными или устранимыми узлами.

Узел является независимым, если к нему подходит хотя бы одна ветвь, не входящая в другие узлы. Число независимых узлов всегда на единицу меньше, чем общее число узлов в схеме. Если общее число узлов

 п, то число независимых узлов N = n – 1. 

Исходя из понятия узла, ветвь можно охарактеризовать как участок цепи между двумя соседними узлами.

Контур – это любой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям.

Для расчета электрических  цепей используются независимые контуры. Независимый контур должен включать в себя хотя бы одну ветвь, не входящую в другие контуры.

Число независимых контуров рассчитывается по формуле

К = т – (п – 1) = т – N.

Здесь т – число ветвей.

Для примера рассмотрим контур, приведенный на рис. 1.3.

Данная схема содержит 4 ветви, 6 контуров и 2 узла. Линии схемы, в которых отсутствуют элементы цепи, не являются ветвями. Так как линия 2–2` не является ветвью, то узел 2` является «фиктивным», или устранимым узлом.

Так как данная схема содержит четыре ветви и два узла, следовательно,

независимых узлов: N = n –1 = 2  – 1 = 1;

независимых контуров: К = т – (п –1) = 4 – (2 – 1) = 3.

1.Линейные электрические цепи постоянного тока: определения, топология, элементы.

Электрической цепью называют совокупность устройств и объектов, образующих путь для электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий об ЭДС, токе и напряжении.  Элемент электрической цепи, параметры которого (сопротивление и др.

) не зависят от тока в нем, называют линейным, в противном случае — нелинейным.  Линейная электрическая цепь — цепь, все элементы которой являются линейными.  Нелинейная электрическая цепь — цепь, содержащая хотя бы один нелинейный элемент.  Электрическая схема — графическое изображение электрической цепи, содержащее условные обозначения ее элементов и способы их соединения. Электрическая схема простейшей электрической цепи с источником ЭДС, обладающим внутренним сопротивлением R ₀, и приемником электрической энергии с сопротивлением R_н, представлена на рис. 1.1.    Рис. 1.1.  Ветвь электрической цепи (схемы) — участок цепи с одним и тем же током. Ветвь может состоять из одного или нескольких последовательно соединенных элементов. Количество ветвей в электрической схеме принято обозначать буквой «p».  Узел — место соединения трех и более ветвей. Ветви, присоединенные к одной паре узлов, называют параллельными. Число узлов принято обозначать буквой «q».  Контур — любой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям.  Независимый контур — контур, в состав которого входит хотя бы одна ветвь, не принадлежащая другим контурам. Число независимых контуров в электрической схеме n = p — (q — 1). 

При анализе работы электрических цепей применяются три формулировки этого закона.

Закон Ома для участка цепи :

,

Закон Ома для полной цепи:

Первый закон Кирхгофа: сумма токов в узле равна нулю    где т

 — число ветвей, подключенных к узлу. 

Второй закон Кирхгофа: алгебраическая сумма ЭДС, действующих в любом контуре разветвленной электрической цепи, равна алгебраической сумме падений напряжений на всех сопротивлениях контура

Мощность P характеризует интенсивность преобразования энергии из одного вида в другую за единицу времени. Для цепей постоянного тока мощность источника

, а мощность приёмника

Баланс мощностей является следствием закона сохранения энергии и может служить критерием правильности расчета электрической цепи.

3. Методы расчета сложных электрических цепей 1)Метод эквивалентного генератора (МЭГ) Метод позволяет в ряде случаев относительно просто определить ток в какой-либо одной ветви сложной электрической цепи и исследовать поведение этой ветви при изменении ее сопротивления. Сущность метода заключается в том, что по отношению к исследуемой ветви сложная цепь заменяется эквивалентным источником 2) Метод уравнений Кирхгофа Этот метод является наиболее общим методом решения задачи анализа электрической цепи. Он основан на решении системы уравнений, составленных по первому и второму законам Кирхгофа относительно реальных токов в ветвях рассматриваемой цепи.  3) 2. Метод контурных токов Метод контурных токов сводится к составлению уравнений только по второму закону Кирхгофа. При этом предполагаем, что в каждом выбранном контуре протекает независимые друг от друга расчетные токи, называемые контурными. Ток каждой ветви определяется как алгебраическая сумма контурных токов, замыкающихся через эту ветвь, с учетом принятых направлений контурных токов и знаков их величин. 4) Метод узловых напряжений (потенциалов)Сущность метода заключается в том, что в качестве неизвестных принимаются узловые напряжения (потенциалы) независимых узлов цепи относительно одного узла, выбранного в качестве опорного или базисного. Потенциал базисного узла принимается равным нулю, и расчет сводится к определению (q-1) узловых напряжений, существующих между остальными узлами и базисным. 5)Принцип и метод наложения Принцип наложения (суперпозиции) является выражением одного из основных свойств линейных систем любой физической природы и применительно к линейным электрическим цепям формулируется следующим образом: ток в какой-либо ветви сложной электрической цепи равен алгебраической сумме частичных токов, вызванных каждым действующим в цепи источником электрической энергии в отдельности. Использование принципа наложения позволяет во многих схемах упростить задачу расчета сложной цепи, так как она заменяется несколькими относительно простыми цепями, в каждой из которых действует один источник энергии. 4) Линейные электрические цепи синусоидального тока Синусоидальным током называют ток, изменяющийся во времени по синусоидальному закону Синусоидальные токи и напряжения можно изобразить графически, записать при помощи уравнений с тригонометрическими функциями, представить в виде векторов на декартовой плоскости или комплексными числами.

5) Формы представления синусоидальных токов, ЭДС , напряжения.

А)Векторное изображение

Совокупность векторов, изображающих синусоидально изменяющиеся ЭДС, напряжения и токи, называют векторными диаграммами

Б)комплексными числами

Каждому вектору на комплексной плоскости соответствует определенное комплексное число, которое может быть записано в

показательной    

тригонометрической   алгебраической       — формах.

В) на плоскости декартовых координат

При совместном рассмотрении двух синусоидальных величин одной частоты разность их фазовых углов, равную разности начальных фаз, называют углом сдвига фаз.

Схемы подключения электрического линейного привода

12 В – Progressive Automations

Электрические линейные приводы обычно используются в промышленности для обеспечения автоматизированного или управляемого линейного движения в приложении. Подавляющее большинство электрических линейных приводов работают с коллекторным двигателем постоянного тока на 12 В постоянного тока, и ими можно управлять разными способами в зависимости от того, как устройство подключено. Пользователи-новички часто хотят знать, как подключить линейный привод к кулисным переключателям и блокам управления, поскольку они являются широко используемыми системами управления. В этой статье мы рассмотрим схемы подключения и их физические примеры, чтобы лучше понять, что необходимо для подключения линейных приводов на 12 В.

Просмотрите все наши электрические линейные приводы, от микро до промышленных!

 

 

Подключение 12-вольтового привода к кулисному переключателю

 

 

Самый простой способ подключения 12-вольтового линейного привода к кулисному переключателю. Наш комплект проводки включает в себя несколько компонентов, которые могут упростить процесс проводки! Этот комплект состоит из двух проводов (красного и черного цвета), соединенных перемычками для более удобного подключения. Другими элементами, включенными в комплект проводки, являются их разъемы Molex, концевые выключатели, диоды и держатели предохранителей, содержащие предохранители.

Установочный комплект можно использовать для ограничения размера хода привода, а также для увеличения длины проводов, подсоединенных к приводу. Эти два провода важны, потому что они используются для обеспечения пути электричества к двигателю постоянного тока линейного привода. Можно выбрать два основных типа кулисных переключателей: с мгновенным и без мгновенного действия.

Выберите правильную систему управления для вашего привода из нашего большого ассортимента!

Кулисные переключатели мгновенного действия

Кулисные переключатели мгновенного действия помогают выдвигать и втягивать привод. Нажатие и удержание переключателя в верхнем положении выдвинет привод. При нажатии и удержании переключателя в НИЖНЕМ положении привод втягивается. Чтобы остановить движение привода, оператор должен снять давление, которое давит на переключатель, чтобы он мог вернуться в выключенное состояние.

Кулисные переключатели без мгновенного действия

Переключатель без мгновенного действия имеет три различных положения. ВВЕРХ для выдвижения, ВНИЗ для втягивания и НЕЙТРАЛЬ для отключения питания. Поскольку кулисные переключатели без мгновенного действия не имеют внутренней пружины, нажатие переключателя в нужное положение оставит его в этом состоянии до тех пор, пока оператор не нажмет его в другое другое положение.

Самой простой системой управления линейным приводом на 12 В постоянного тока, которую может реализовать пользователь, должен быть кулисный переключатель DPDT (двухполюсный на два направления). Он может выводить постоянный ток в обоих направлениях от источника питания, поэтому он может управлять линейным приводом для выдвижения и втягивания.

Хотите внедрить автоматизацию в свой дом? Взгляните на наши продукты для домашней автоматизации!

Схема подключения кулисного переключателя к приводу

 

Приведенную выше схему подключения линейного привода можно получить, выполнив несколько шагов:

• Верхняя левая и нижняя правая клеммы должны быть подключены к земле. источника питания.
• Верхняя правая и нижняя левая клеммы должны быть подключены к клемме +12В источника питания.

• Средняя правая и средняя левая клеммы должны быть подключены к 2 входам привода.

Этот тип проводки выключателя привода позволяет оператору изменять направление электрического тока, поступающего в привод, для изменения направления движения. В качестве физического примера схемы подключения исполнительного механизма с кулисным переключателем это видео является отличным примером.

Физическая проводка кулисного переключателя к приводу

 

Подключение к блоку управления

 

В зависимости от области применения многие пользователи предпочитают управлять своим линейным приводом с помощью блока управления, который активируется с помощью беспроводных пультов дистанционного управления. В Progressive Automations мы предлагаем большое разнообразие вариантов блоков управления. В основном они подключаются по принципу «подключи и работай», поэтому дополнительная проводка не требуется.

Схема подключения блока управления к приводу

 

Эту схему подключения можно разделить на два простых шага.

1. Подключите выход блока управления к входу линейного привода.
2. Соедините вход блока управления с выходом блока питания.

В качестве физического примера электрической цепи привода с нашим блоком управления, вот видео для справки (проводка начинается с 1:05)!

 

Подключение к пользовательской системе управления

Также можно управлять нашими линейными приводами с помощью вашей собственной пользовательской системы управления. В зависимости от приложений и требований к системе управления схема подключения системы управления может сильно различаться. Однако соединительные клеммы для самого линейного привода должны оставаться одинаковыми. Клеммы, которые необходимо найти, — это выходная клемма +12 В постоянного тока и выходная клемма -12 В постоянного тока. Обычно они должны быть помечены знаками +V и -V. Независимо от того, насколько сложна пользовательская система управления, окончательный выходной сигнал требует тока 12 В постоянного тока для управления линейными приводами. Поищите этикетки на блоке управления или найдите их в руководствах пользователя.

Резюме

Существует множество способов подключения линейного привода на 12 В постоянного тока, но лучший способ зависит от вашего применения и предпочтений. Подключение кулисных переключателей DPDT к приводам отлично работает, если достаточно проводной системы управления, однако у нас также есть блоки управления с беспроводными пультами дистанционного управления для управления приводами на расстоянии. Если у вас есть дополнительные вопросы о подключении линейного привода на 12 В постоянного тока, обращайтесь к нам! Мы являемся экспертами в том, что мы делаем, и будем рады помочь с любыми техническими вопросами, которые у вас есть.

  [email protected]

 1-800-676-6123

Генератор электрических схем линейных приводов

Firgelli Automation с гордостью представляет наш генератор электрических схем линейных приводов. Этот генератор был разработан, чтобы показать вам, как подключить ваш линейный привод (приводы) к нашим продуктам системы управления, чтобы удовлетворить конкретные потребности вашего проекта. Наряду с нашим калькулятором линейного привода, наши онлайн-инструменты упростят разработку вашего следующего проекта. В этом блоге вы узнаете, как использовать этот генератор схем подключения, чтобы вы могли на полной скорости заняться своим следующим проектом. Если вы хотите узнать, как использовать наш калькулятор линейного привода, вы можете ознакомиться с нашим руководством здесь, чтобы узнать, как это сделать.

Входы генератора

Требования

 

С левой стороны генератора вы увидите, где вы можете выбрать конкретные входы генератора. Первая строка входных данных — это требования вашего проекта. Первым требованием является количество приводов, которые вы планируете использовать, это может быть 1 или 2. Если вы выберете 1, два других входа в этой строке исчезнут, так как они не имеют отношения к вашему приложению, и вы можете перейти к следующему. группа входов. Если вы выберете 2, вы можете выбрать, нужно ли вам, чтобы ваши линейные приводы двигались отдельно. Если вы это сделаете, последнее требование исчезнет, ​​поскольку оно несовместимо с вашим дизайном, и вы сможете перейти к следующей группе входных данных. Но если вы этого не сделаете, вы можете выбрать, нужно ли вам синхронное управление вашим линейным приводом. Вы можете выбрать «да» или «нет», а затем перейти к следующей группе входных данных.

Опции управления

 

После ввода требований вашего проекта вы можете выбрать устройство для управления линейным приводом. Вы увидите три варианта на выбор; Кулисный переключатель, 2-канальный пульт дистанционного управления и 4-канальный пульт дистанционного управления. На основе выбранных вами входных данных; генератор отключит некоторые параметры управления, поскольку они не смогут удовлетворить ваши требования. В этом разделе вы просто выбираете нужный вариант и можете переходить к следующему разделу.

Дополнительные функции

 

Наконец, после того, как вы выберете вариант управления, который соответствует вашим требованиям, вы можете добавить в свою конструкцию дополнительные функции для еще большего контроля и защиты. У вас будет три варианта на выбор; Защита от перегрузки по току, внешние концевые выключатели и контроль скорости. Вы можете выбрать все или ни одну из этих функций. Опять же, основываясь на других выбранных вами входных данных, генератор уберет некоторые дополнительные функции, поскольку они несовместимы с остальной частью вашего дизайна.

Схема подключения

После того, как вы выбрали все входные данные для описания вашего проекта, вы можете нажать кнопку ПОЛУЧИТЬ СХЕМУ и создать схему подключения для вашего проекта. Диаграмма появится с правой стороны генератора и покажет вам, как каждый элемент вашего дизайна будет соединяться друг с другом. Если вы не понимаете, что означают различные символы на диаграмме, вы можете получить доступ к легенде, щелкнув слово легенда, которое находится слева под кнопкой ПОЛУЧИТЬ ДИАГРАММУ. Легенда описывает, что означает каждый из символов на электрической схеме. Вы также можете загрузить копию этой диаграммы, нажав кнопку загрузки, которая находится слева под кнопкой легенды.

Рекомендуемые продукты

После того, как вы создадите схему подключения, генератор также отобразит все продукты, используемые в схеме подключения, в соответствии с вашими проектными данными. Вам все еще может потребоваться выбрать параметры для определенных продуктов, например, выбрать мгновенные или поддерживающие кулисные переключатели. Также будет рекомендованный тип линейного привода, который будет работать в вашей конструкции. Вам нужно будет выбрать силу и длину хода для этого линейного привода.