Электрическая цепь состоит из источника питания, потребителя энергии и соединительных проводов.

При соединении источника питания, нагрузки и проводников образуется электрическая цепь. Так какие же процессы происходят в электрической цепи?
Свободные электроны в металлическом проводнике или ионы в электролите, как указывалось, находятся в состоянии беспоря­дочного движения. Количество электричества (заряд), которое переносится при этом через любое поперечное сечение проводни­ка, в среднем равно нулю.

Однако если на свободные заряженные частицы действуют в определенном направлении силы (например, силы электрическо­го поля), то к скоростям их беспорядочного движения прибавляется слагающая скорости в направлении действующей силы. В этом случае через любое поперечное сечение проводника про­ходит определенный заряд, т. е. в проводнике возникает элек­трический ток.

Для того чтобы получить электрический ток, нужно создать электрическую цепь.

Электрическая цепь образуется из источников электрической энергии или, как их называют, источников питания, потребителей электрической энергии или приемников и проводников электрического тока.

В источниках питания возбуждается электродви­жущая сила (сокращенно э. д. с.), под действием которой заряды получают дополнительную слагающую скорости, т. е. до­полнительную кинетическую энергию.

Когда протекает ток в электрической цепи в источниках питания происходит преобразование различных видов энергии в электрическую, в по­требителях, наоборот, электрическая энергия преобразуется в другие виды энергии. Источники питания и потребители соединя­ются обычно медными проводами. Источники питания, потребите­ли и соединительные провода называют элементами цепи.

При движении заряженных частиц в электрической цепи кине­тическая энергия направленного движения частиц благодаря столкновению их с ионами и молекулами вещества частично пре­образуется в энергию беспорядочного движения частиц, т. е. вы­деляется и рассеивается в виде тепла в источниках питания, потребителях и соединительных проводах. В связи с этим явлением принято говорить, что источники питания , потребители и соединительные провода обладают сопротивлением.

В современной электротехнике в качестве источников питания применяют главным образом электрические генераторы, в которых механическая энергия преобразуется в электрическую, и первичные элементы и аккумуляторы, в которых происходит преобразование химической энергии в электрическую.

Потребители электрической энергии весьма разнообразны. К ним, например, относятся электродвигатели, в которых элект­рическая энергия преобразуется в механическую; электрические печи, лампы накаливания и различные нагревательные приборы, в которых электрическая энергия преобразуется в тепловую; электролитические ванны, в в которых происходит преобразование электрической энергии в химическую.

В качестве вспомогательного оборудования в электрическую цепь входят аппараты для включения и выключения (например, рубильники), приборы для измерения электрических величин (например, амперметры и вольтметры), аппараты защиты (на­пример, предохранители).

Источники питания, потребители элек­трической энергии и вспомогательная аппа­ратура на электрических схемах имеют ус­ловные обозначения. Элементы электрической цепи приведенные в таблице.

На рисунке показана простейшая схема электрической цепи.

Источник питания счи­тают внутренним участком элек­трической цепи, потребитель энергии (П) и соединительные провода составляют внешний участок элек­трической цепи. Сопротивление источника питания называют внутренним сопротивлением.

Можно так же посмотреть видео, где автор по своему рассказывает, что такое электрическая цепь.

§ 6. Электрическая цепь и ее элементы

Составные элементы электрической цепи. Электрическую цепь (рис. 12, а) образуют источники электрической энергии 1, ее прием­ники 3 (потребители) и соединительные провода. В электрическую цепь обычно включают также вспомогательное оборудование: аппараты 4, служащие для включения и выключения электри­ческих установок (рубильники, переключатели и др. ), электроизме­рительные приборы 2 (амперметры, вольтметры, ваттметры), за­щитные устройства (предохранители, автоматические выключатели).

В качестве источников электрической энергии применяют глав­ным образом, электрические генераторы и гальванические элементы или аккумуляторы. Источники электрической энергии часто назы­вают источниками питания.

В приемниках электрическая энергия преобразуется в другие виды энергии. К приемникам относятся электродвигатели, различ­ные электронагревательные приборы, лампы накаливания, электро­литические ванны и др.

Электрическая цепь может быть разделена на два участка: внешний и внутренний. Внешний участок, или, как говорят, внеш­няя цепь, состоит из одного или нескольких приемников электри-

Рис. 12. Простейшая электрическая цепь постоянного тока (а) и ее принципиальная схема (б)

ческой энергии, соединительных проводов и различных вспомога­тельных устройств, включенных в эту цепь. Внутренний участок, или внутренняя цепь,— это сам источник.

Изображение электрических цепей и их элементов. В схемах реальных электрических устройств (электровозов, тепловозов и др.) отдельные элементы имеют свои условные обозначения в соответ­ствии с государственными стандартами.

При составлении расчетных схем элементы электрической цепи, имеющие некоторое сопротивление, например электрические лампы, электронагревательные приборы (в том числе и соединительные провода, если их необходимо учитывать при расчете), изобра­жают в виде сосредоточенных в соответствующем месте схемы ре­зисторов с сопротивлением R (рис. 12, б). То же относится к эле­ментам, имеющим индуктивность (обмотки генераторов, электро­двигателей и трансформаторов) и емкость (конденсаторы). На расчетных схемах их изображают в виде сосредоточенных в соот­ветствующем месте катушек индуктивности и конденсаторов. Источ­ники электрической энергии в схеме электрической цепи часто могут быть представлены в виде идеализированных источников, у которых внутреннее сопротивление Ro = 0.

Для того чтобы учесть внутреннее сопротивление реального источника, в схему вводят изображение резистора с сопротивлением Ro или ставят букву Ro возле условного обозначения источника.

Вспомогательные элементы электрических цепей (аппараты для включения и выключения, защитные устройства, некоторые электро­измерительные приборы) в большинстве случаев имеют малые сопротивления и практически не оказывают влияние на значения токов и напряжений, поэтому при расчете электрических цепей их не принимают во внимание и не указывают на схемах.

Направления тока, напряжения и э. д. с. в электрической цепи. В схемах электрических цепей направления тока, напряжения и э. д. с. изображают стрелками. За положительное направление тока принято направление движения положительных зарядов, т. е. ток во внешней цепи изображают стрелкой I, направленной от положительного зажима источника электрической энергии к отрица­тельному его зажиму (см. рис. 12, б), во внутренней цепи ток направлен от отрицательного зажима к положительному.

Поло­жительное направление напряжения совпадает с положительным направлением тока. Стрелка U направлена от положительного зажима источника или приемника к отрицательному зажиму. Поло­жительное направление э. д. с. совпадает с положительным на­правлением тока внутри источника (стрелка Е направлена от отрицательного зажима источника к положительному).

В сложных электрических цепях бывает затруднительно пока­зать действительные направления тока и напряжения на отдельных участках цепи. В таких случаях принимают произвольно какие-либо их направления, которые считают условно положительными, и для этих направлений выполняют расчет электрической цепи. Если в ре­зультате расчета выясняется, что какие-то токи и напряжения имеют положительный знак, то это означает, что выбранные для них направления соответствуют действительности. Если же какие-то токи и напряжения получаются отрицательными, то в действи­тельности они имеют направление, противоположное выбранному.

Создание и моделирование простой схемы с использованием специализированных систем питания — MATLAB и Simulink

Введение

Симскейп™ Специализированные системы электропитания Electrical™ позволяют создавать и моделировать электрические схемы, содержащие линейные и нелинейные элементы.

В этом разделе вы

• Исследуете Simscape Библиотека электрических специализированных энергосистем.

• Узнайте, как построить простую схему из Simscape Библиотека электрических специализированных энергосистем.

• Соедините блоки Simulink ^® с вашей схемой.

Схема на рисунке представляет эквивалентную энергосистему, питающую 300-км линия передачи. Линия компенсируется шунтирующим индуктором на приемном конце. Автоматический выключатель позволяет включать и выключать питание линии. Чтобы упростить имеет значение, представлена ​​только одна из трех фаз. Параметры, указанные в цифры типичны для энергосистемы 735 кВ.

Схема для моделирования

Построение электрической цепи с помощью библиотеки Simscape Electrical Specialized Power Systems

Графический пользовательский интерфейс использует функциональность Simulink для соединения различных электрических компонентов. электрические компоненты сгруппированы в Simscape Библиотека электрических специализированных энергосистем.

1. Чтобы открыть Simscape Основная библиотека Electrical Specialized Power Systems в MATLAB

   ® командная строка, введите:

    sps_lib 

2. Откройте новую пустую модель, содержащую вашу первую схему и сохраните его как Circuit1 .

3. Добавьте блок AC Voltage Source из > > > библиотеки.

4. Установите параметры амплитуды, фазы и частоты блок AC Voltage Source в соответствии со значениями, показанными в Цепь для моделирования.

   Амплитуда, которая должна быть указана для синусоидального источника, является его пиковым значением (в данном случае 424,4e3*sqrt(2) вольта).

5. Измените название этого блока с AC Voltage Источник Vs.

6. Добавьте блок Parallel RLC Branch из библиотеки > > >, установите его параметры, как показано в Circuit, на Be Modeled и назовите его Z_экв.

7. Сопротивление Rs_eq цепи может быть получено из блока Parallel RLC Branch. Дублируйте блок Parallel RLC Branch, который уже находится в вашем окне Circuit1 . Выберите R для параметра Тип ответвления и установите параметр R в соответствии с Цепь для моделирования.

   После закрытия диалогового окна обратите внимание на то, что компоненты L и C исчез, так что значок теперь показывает один резистор.

8. Назовите этот блок Rs_eq.

9. Измените размеры различных компонентов и соединительных блоков, перетаскивание линий с выходов на входы соответствующих блоков.

10. Добавьте блок PI Section Line из > > > библиотека. Вы добавите автоматический выключатель позже в Моделирование переходных процессов.

    Модель линии с равномерно распределенными параметрами R, L и C обычно состоит из задержки, равной времени распространения волны вдоль линия. Эта модель не может быть смоделирована как линейная система, потому что задержка соответствует бесконечному числу состояний. Однако хорошее приближение линии с конечным числом состояний можно получить путем каскадирования несколько ПИ-цепей, каждая из которых представляет небольшой участок линии.

    Секция PI состоит из последовательной ветви R-L и двух шунтирующих ветвей C. Точность модели зависит от количества секций PI, используемых для модели. Копировать блок PI Section Line из библиотеку >

    > > в схему 1 окно, установите его параметры, как показано в Circuit to Be Modeled, и укажите один участок линии.

11. Шунтирующий реактор моделируется последовательно включенным резистором с индуктором. Вы можете использовать блок Series RLC Branch для смоделируйте шунтирующий реактор, но тогда вам пришлось бы рассчитывать и уточнять значения R и L вручную на основе добротности и реактивной мощности указанный в Схеме для моделирования.

    Поэтому может оказаться более удобным использовать блок загрузки Series RLC, который позволяет указать непосредственно активную и реактивную мощности, поглощаемые шунтирующий реактор.

    Добавить блок загрузки серии RLC из > > > библиотека. Назовите этот блок 110 Мвар. Установите его параметры как следует:

    Вн	424.4e3 V
    fn	60 Hz
    P	110e6/300 W (quality factor = 300 )
    QL	110E6 VARS
    Qc	0

    Поскольку реактивная емкостная мощность не указана, конденсатор исчезает на значок блока, когда диалоговое окно закрыто. Соедините новые блоки как показано.

12. Добавить блок измерения напряжения из > > > библиотеки. Назовите его У1. Подключите его положительный вход к узлу B1 и его отрицательный вход в новый блок Ground.

13. Для наблюдения за напряжением, измеренным U1, система индикации нужно.

    Добавьте блок Scope в свой контур1 окно. Если бы размах был подключенный непосредственно к выходу измерения напряжения, он будет отображать напряжение в вольтах. Однако инженеры-электрики в энергосистемах привыкли работать с нормированными величинами (на единицу системы). напряжение нормируется путем деления значения в вольтах на базовое напряжение соответствует пиковому значению номинального напряжения системы. В таком случае, коэффициент масштабирования K is

    K=1424,4×103×2

14. Добавьте блок усиления и установите его усиление как указано выше. Соедините его выход с блоком Scope и соедините вывод блока измерения напряжения в блок усиления. Дублировать это система измерения напряжения в узле B2, как показано ниже.

15. Добавьте блок powergui из > > библиотеки. Назначение этого блока обсуждается в разделе Использование блока Powergui для моделирования моделей специализированных энергосистем Simscape Electrical.

16. Запустить симуляцию.

17. Откройте блоки Scope и посмотрите напряжения в узлах B1 и B2.

18. Во время моделирования откройте блок Vs диалоговое окно и измените амплитуду. Наблюдайте за эффектом на двух осциллографах. Вы также можете изменить частоту и фазу. Вы можете увеличить масштаб осциллограммы в окнах осциллографа, нарисовав рамку вокруг области интерес левой кнопкой мыши.

Взаимодействие электрической цепи с другими блоками Simulink

Блок измерения напряжения действует как интерфейс между Simscape Блоки Electrical Specialized Power Systems и блоки Simulink. Для показанной выше системы вы реализовали такой интерфейс от электрической системы к системе Simulink. Блок измерения напряжения преобразует измеренные напряжения в сигналы Simulink.

Аналогичным образом, блок Current Measurement из библиотеки > > > можно использовать для преобразования любого измеренного тока в сигнал Simulink.

Блоки Simulink также могут взаимодействовать с электрической системой. Например, вы можете использовать блок Controlled Voltage Source, чтобы подать напряжение в электрическую цепь, как показано на следующем рисунке.

Измерение напряжения и тока

Когда вы измеряете ток с помощью блока измерения тока, положительное направление тока указано на значке блока (положительное течет от + клеммы к — клемме). Точно так же, когда вы измеряете напряжение с помощью Блок измерения напряжения, измеряемое напряжение представляет собой напряжение на клемме + по отношению к клемме – Терминал.

Основные принципы соединения конденсаторов и катушек индуктивности

Обратите особое внимание при соединении конденсаторных элементов вместе с напряжением источники или элементы индуктора последовательно с источниками тока. Когда вы начинаете симуляции, программа выводит сообщение об ошибке, если происходит одно из следующих двух событий. на вашей схеме присутствуют ошибки подключения:

1. Вы подключили источник напряжения параллельно с конденсатор или ряд последовательно соединенных конденсаторных элементов, как в двух примеры ниже.

   Чтобы решить эту проблему, вы можете добавить небольшое сопротивление последовательно между источник напряжения и конденсаторы.

2. Вы подключили источник тока последовательно с индуктор или ряд индукторов, соединенных параллельно, как в пример ниже.

   Чтобы решить эту проблему, вы можете добавить большое сопротивление параллельно с индуктор.

Использование блока Powergui для моделирования моделей специализированных энергосистем Simscape Electrical

Блок Powergui — это среда блок для Simscape Модели электрических специализированных энергосистем. Используется для хранения эквивалента Схема Simulink, которая представляет уравнения в пространстве состояний Simscape Блоки Специализированных электрических систем электроснабжения. Он также открывает инструменты для стационарного и анализ результатов моделирования, а также для расширенного проектирования параметров. Когда ты начнешь симуляции, вы получите сообщение об ошибке, если блок Powergui не будет найден в вашем модель.

См. powergui для получения дополнительной информации о как использовать блок powergui в вашем модели.

Как работает электрическая цепь?

Web Order разместил это 24 мая 2014 г.

Вы установили различные типы освещения вокруг своего предприятия и щелкаете выключателем, чтобы зажечь лампочку. Задумывались ли вы, что происходит, когда вы щелкаете выключателем и до того, как лампочка начинает излучать свет? Когда вы щелкаете выключателем лампочки, включается электрическая цепь, которая в конечном итоге зажигает лампочку. Вот что бывает!

 

Что такое электрическая цепь в осветительном устройстве?

Электрическая цепь состоит из источника электроэнергии, двух проводов, по которым может проходить электрический ток, и лампочки. Один конец обоих проводов присоединен к клемме ячейки, а их свободные концы подключены к лампочке. Электрическая цепь разрывается при выключении лампы. Чтобы зажечь лампочку, необходимо замкнуть электрическую цепь, то есть установить соединение между лампочкой и проводами, чтобы последние могли передавать электрический ток на лампочку. Для этого электрическая цепь должна быть замкнута.

 

Провода в электрической цепи сделаны из материала, называемого проводником, который помогает им передавать электричество. Эти провода имеют низкое сопротивление электрическому току. Медь и алюминий обычно используются в качестве материала проводов в люминесцентных лампах. Однако в лампе накаливания электрический ток проходит через тонкую полоску вольфрамовой проволоки, называемую нитью накала. Нить нагревается и излучает свет.

 

Различные типы электрических цепей и принцип их работы

Электрические цепи могут быть разных типов. Однако не все такие соединения желательны с точки зрения безопасности вашего рабочего места.

 

Короткое замыкание — это ситуация, когда случайно создается путь прохождения тока с низким сопротивлением, например, когда два провода входят в тесный контакт друг с другом, и электрический ток начинает течь по пути, отличному от пути цепи. . Это потенциально опасная ситуация, когда большой электрический ток начинает протекать через электрические компоненты, не предназначенные для этого. Может выделяться большое количество тепла, что может привести к пожару. Вот почему, как владелец бизнеса, заботящийся о безопасности, вы должны убедиться, что в электрической системе ваших коммерческих помещений установлены высококачественные предохранители и автоматические выключатели.

 

Эти компоненты автоматически размыкают электрическую цепь и прерывают подачу электрического тока, когда ток превышает средний. Это предотвращает нагревание электрическим током компонентов ваших осветительных приборов и их повреждение.

 

Как следует из названия, параллельная электрическая цепь состоит из нескольких электрических цепей, которые получают питание от одного и того же источника электроэнергии. Например, как и в системе электропроводки дома, вы можете создать параллельные цепи в своих коммерческих помещениях, где все источники света и другие электроприборы будут питаться от одного и того же источника электроэнергии.

 

Даже если один из осветительных приборов выходит из строя, все остальные светильники по-прежнему питаются, и в вашем офисе никогда не бывает темноты. С другой стороны, в случае короткого замыкания предохранитель и автоматические выключатели срабатывают и прерывают подачу электроэнергии. Напряжение снова возвращается к нулю, и потенциальная катастрофа предотвращается. На следующей схеме показаны две ситуации параллельной цепи: когда она работает как надо и когда произошло короткое замыкание.

 

В последовательной цепи все элементы соединены встык, и электрический ток с одинаковым напряжением протекает через эти элементы последовательно. Общее напряжение, протекающее через всю цепь, представляет собой сумму напряжений, проходящих через каждый компонент.

 

Однако существенным недостатком последовательной схемы является то, что если один осветительный прибор в цепи не работает (поврежден или не загорается по какой-либо причине), то все лампы в цепи не будут гореть, т.