23,1K подписчиков

Основные определения, относящиеся к линейным электрическим цепям

604 прочитали

Основой изучения теоретических основ электротехники являются базовые понятия и определения, с помощью которых начинается изучение данной дисциплины.

Электрическая цепь – это набор элементов, соединенных между собой, через которые проходит электрический сигнал (электрический ток). К набору элементов относятся: источники и приемники (потребители) электрической энергии, соединительные провода и измерительные приборы, такие как амперметр, измеряющий действующее значение электрического тока, вольтметр, измеряющий действующее значение напряжения и ваттметр, измеряющий активную мощность.

Рисунок 1 - Простейшая схема электрической цепи, состоящая из источника напряжения, резистора и измерительных приборов: (А) - амперметр, (V) - вольтметр, (W) - ваттметр
Рисунок 1 - Простейшая схема электрической цепи, состоящая из источника напряжения, резистора и измерительных приборов: (А) - амперметр, (V) - вольтметр, (W) - ваттметр

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

Рисунок 2 - Потребители электрической энергии
Рисунок 2 - Потребители электрической энергии

Источники электрической энергии – это элементы цепи, в которых тепловая, механическая или химическая энергии преобразуются в электрическую.

Рисунок 3 - Источники электрической энергии
Рисунок 3 - Источники электрической энергии

Цепь постоянного тока – это электрическая цепь, в которой токи и напряжения в любой момент времени остаются неизменными по величине и направлению, и при неизменных токах и напряжениях происходит получение и преобразование электрической энергии.

Линейная электрическая цепь – это электрическая цепь, которая состоит только из линейных элементов. Если в цепи имеется нелинейный элемент, то цепь будет нелинейной.

Рисунок 4 - линейная и нелинейная электрические цепи
Рисунок 4 - линейная и нелинейная электрические цепи

Линейный элемент – это элемент, сопротивление которого не зависит от приложенного к его зажимам напряжения и протекающего через него тока.

Понятия, относящиеся к любой электрической цепи: ток I [A – Ампер], напряжение U [B – Вольт], потенциал φ [В – Вольт], сопротивление R [Ом], ЭДС E [В – Вольт], проводимость G [См – Сименс], емкость C [Ф – Фарад], индуктивность L [Гн – Генри].

Основная цель расчета электрических цепей – это определение токов в ветвях. Зная токи ветвей можно определить напряжения на участках цепи, мощности, генерируемые и потребляемые элементами, выполнить построение диаграмм и т. д.

В большинстве случаев для удобства расчета электрическую цепь заменяют эквивалентной схемой замещения (электрическая схема).

Электрическая схема – это графическое изображение электрической цепи, которая состоит из ветвей, узлов и контуров.

Ветвь – это участок цепи, образованный одним или несколькими последовательно включенными элементами цепи. Через все эти элементы ветви протекает один и тот же ток. То есть ветвь – это участок цепи с одним или несколькими элементами, расположенными между двумя узлами.

Рисунок 5 - участок цепи между двумя узлами, содержащий один и более элементов (ветвь)
Рисунок 5 - участок цепи между двумя узлами, содержащий один и более элементов (ветвь)

Узел – это точка соединения трех и более ветвей (рисунок 6 – а, б).

В узле 1 электрических цепей, изображенных на рисунке 6 сходятся четыре ветви, как на рисунке 6 а, так и на рисунке 6 б. Обе схемы по своему электрическому смыслу идентичны.

На рисунке 6 б между точками 1-2, 2-3 и 3-4 нет элементов, следовательно, данные участки цепи не являются ветвями. На этом рисунке только один узел, а остальные три точки называются фиктивными узлами.

Узел будет независимым, если содержит в себе хотя бы одну ветвь, которая ранее не входила в другие узлы. Независимых узлов в схеме всегда на единицу меньше общего количества узлов. Например, если общее количество узлов n, то количество независимых узлов будет n-1.

Рисунок 6 - Участки схемы цепей из нескольких ветвей, соединенных в одном узле
Рисунок 6 - Участки схемы цепей из нескольких ветвей, соединенных в одном узле

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

Наиболее важным понятием для расчета электрических цепей являются независимые контура.

Независимый контур – это контур, включающий в себя хотя бы одну ветвь, ранее не входившую в другие контура. Количество независимых контуров определяется по формуле: К = m- (n– 1), где m– количество ветвей, n– количество узлов.

В качестве примера рассмотрим схему цепи, изображенную на рисунке 7. Данная схема состоит из 4 ветвей, 6 контуров, 3 независимых контуров и 2 узлов. Участок провода, в котором отсутствуют элементы, не является ветвью. Так как между точками 2 и 2` отсутствует какой-либо элемент, то этот участок провода не является ветвью и узел 2` является фиктивным узлом.

Рисунок 7 - Схема электрической цепи, состоящая из ветвей, узлов и контуров
Рисунок 7 - Схема электрической цепи, состоящая из ветвей, узлов и контуров

В данной схеме цепи количество независимых узлов: n – 1 = 2 – 1 = 1, количество независимых контуров: m – (n – 1) = 4 – (2 – 1) = 3.

Таким образом, мы ознакомились с основными понятиями и определениями линейных электрических цепей.

Следующая тема, которую мы рассмотрим - ток, напряжение, мощность.

Если понравилась статья, подписывайтесь на канал и не пропускайте новые публикации.

Читайте также:

1. Как электроэнергия передается от электростанций до наших домов;
2. Что такое электрический ток - простыми словами;