2.4. Модель и схема эц

Под моделью ЭЦ понимают идеализированную электрическую цепь, составленную из идеальных элементов, отражающую основные процессы, происходящие в реальной ЭЦ. Каждый участок реальной ЭЦ или деталь моделируется минимоделью или так называемой схемой замеще­ния. Основные детали, узлы ЭЦ имеют собственные схемы замещения, которые отражают их свойства.

В общем случае под схемой понимают условное графическое изобра­жение ЭЦ.

Выделяют следующие разновидности схем:

• Принципиальная ЭС. В такой схеме каждый элемент (деталь) цепи обозначается стандарт­ным условным изображением без раскрытия внутренних свойств. На таких схемах не показано расположение элементов в пространстве, а только указано как соеди­нены элементы проводниками.

• Монтажные ЭС. Такие схемы используются для показа пространственного располо­жения. В них в ряде случаев эскизно изображается реальный вид детали.

• Расчетные эквивалентные ЭС. Такие схемы используются для расчета ЭЦ. Каждая де­таль цепи показывается схемой замещения, т.е. мини моделью.

Схемы замещения реальных деталей ЭЦ

1. Р еальный резистор

Первый уровень схемы замещения – резистивное сопротивление, отражает потери энергии внутри резистора

На втором уровне учитывают, что при протекании тока вокруг проводника создается магнитное поле, которое можно характеризовать некоторой малой индуктивностью L₁ . Также есть электрическое поле между выводами резистора, что отражают малой емкостью на третьем уровне моделирования

С₁.

R – сопротивление резистора основной параметр;

L₁ –индуктивность резистора – не основной (паразитный) параметр

C₁ – емкость резистора - не основной параметр. Здесь каждый элемент описывается соответствующим уравнением и получается много уравнений.

2) Катушка индуктивности - аналогично рассматривают и процессы здесь.

R₁ – сопротивление проводов катушки.

С₁ – эквивалентная емкость катушки

На последнем этапе каждый виток катушки представляют такой схемой замещения.

3 ) Конденсатор

R_пл. – сопротивление пластин;

R_Д – сопротивление диэлектрика между пластинами

L_пл – индуктивность пластин

Чем сложнее модель, тем точнее она отражает процессы в реальной детали, но соответственно тем сложнее математическое описание и труднее делать вычисления по такой модели. Выбор модели определяется соотношением между точностью и сложностью расчетов.

Схемы замещения реальных источников электрической энергии

Реальные источники электрической энергии по своим свойствам могут приближаться к идеальным, но для них также используют схемы замещения разных уровней. Они содержат идеальный источник напряжения или тока и пассивные элементы, отражающие внутренние свойства источника – внутреннее сопротивление. Если внутреннее сопротивление источника очень мало, то такой источник близок к идеальному источнику напряжения, если очень велико, то к идеальному источнику тока. Внутреннее сопротивление в модели с источником напряжения (ЭДС) включается последовательно, а с источником тока – параллельно (может указываться внутренняя проводимость источника) и отражает потери энергии внутри реального источника. При этом ЭДС идеального источника определяется напряжением на разомкнутых зажимах реального источника (U_XX), а ток идеального источника – током через закороченные зажимы реального источника (I_КЗ). Тогда R_ВН = U_XX / I_КЗ.

Простейшие схемы замещения источников. R_H – сопротивление нагрузки (потребителя). Напряжение на нагрузке в случае реального источника по схеме а определяется формулой и будет линейной функцией тока (с увеличением тока через нагрузку напряжение на нагрузке уменьшается). В схеме б .

Для внешних токов и напряжений эти схемы замещения эквивалентны, то есть внешние токи и напряжения будут одинаковыми. По внутренним потерям они различаются. Схема с источником напряжения не дает потерь при холостом ходе (отключенная нагрузка), а с источником тока – при коротком замыкании. Для более полного учета потерь энергии добавляют в схему замещения еще резистивные сопротивления (параллельно идеальному источнику в первой схеме и последовательно во второй).Также реальные источники могут обладать свойствами емкостными и индуктивными, что отражают в схемах замещения при уточнении модели источника.