- •1. Введение
- •2. Понятие об электрической цепи
- •3 Основные электрические величины: электрический ток, напряжение, эдс, мощность и энергия
- •3.1 Электрический ток
- •3.2 Напряжение
- •3.3 Электродвижущая сила
- •3.4 Мощность и энергия
- •4. Идеализированные пассивные элементы. Схемы замещения реальных элементов электрических цепей
- •4.1 Резистивный элемент
- •4.2 Индуктивный элемент
- •1. Для линейной индуктивности напряжение uL на ее зажимах пропорционально скорости изменения тока iL и определяется выражением (1.16).
- •2. Если ток через индуктивность не изменяется во времени, то напряжение на ее зажимах равно нулю, следовательно, сопротивление индуктивности постоянному току равно нулю.
- •4.3 Емкостной элемент
- •Ток линейной емкости пропорционален скорости изменения приложенного к ней напряжения и определяется выражением (1.22)
- •Если напряжение на зажимах емкости на изменяется во времени, то ток емкости равен нулю. Таким образом, сопротивление емкости постоянному току бесконечно велико.
- •2. Емкость в зависимости от режима работы может либо запасать энергию электрического поля, получаемую из внешней цепи, либо отдавать накопленную энергию во внешнюю цепь.
- •4.4 Схемы замещения реальных элементов электрических цепей
- •Чем выше требуемая точность расчетов, тем большее число факторов должно быть принято во внимание и тем более сложный вид будет иметь схема замещения каждого элемента.
- •С целью снижения трудоемкости расчетов стремятся использовать упрощенные схемы замещения, содержащие минимально допустимое число элементов.
- •Схемы замещения одного и того же элемента могут иметь различный вид в зависимости от рассматриваемого диапазона частот.
- •5. Идеализированные активные элементы.
- •5.1 Идеальный источник напряжения
- •5.2 Идеальный источник тока
- •5.3 Схемы замещения реальных источников
2. Понятие об электрической цепи
Термины и определения основных понятий в области электротехники установлены ГОСТ Р52002-2003 «Электротехника. Термины и определения основных понятий». – М.: Госстандарт России, 2003. Важнейшие из них приведены ниже.
Электрическая цепь – это совокупность устройств и объектов, образующих путь для электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий об электродвижущей силе, электрическом токе и электрическом напряжении.
Любая электрическая цепь состоит из следующих трех групп элементов, выполняющих определенную функцию:
- источники электрической энергии;
- приемники электрической энергии;
- вспомогательные элементы.
Источники электрической энергии (активные элементы) – это элементы электрической цепи, в которых происходит преобразование химической, тепловой, механической и других видов энергии в электрическую.
Источниками электрической энергии являются, например, гальванические элементы, аккумуляторы, солнечные батареи, генераторы электрических станций и др.
Приемники электрической энергии (пассивные элементы) – это элементы электрической цепи, в которых происходит преобразование электрической энергии в другие виды энергии, а также ее запасание. Приемниками электрической энергии являются электрические двигатели, лампы накаливания, нагревательные элементы, громкоговорители, резисторы, конденсаторы, индуктивные катушки и др.
Вспомогательные элементы – это элементы электрической цепи, предназначенные для защиты, измерения, соединения источников и приемников электроэнергии и других вспомогательных функций. Вспомогательными элементами являются выключатели, предохранители, измерительные приборы, соединительные провода, разъемы и др.
Для подключения к остальной части цепи каждый элемент цепи имеет внешние выводы, называемые также зажимами или полюсами.
В зависимости от числа внешних выводов различают двухполюсные (резистор, конденсатор, катушка индуктивности) и многополюсные (транзистор, трансформатор, электронная лампа и др.) элементы.
В теории цепей предполагается, что каждый элемент цепи полностью характеризуется зависимостью между током и напряжениями на его зажимах, при этом процессы, имеющие место внутри элементов, не рассматриваются.
В основе теории электрических цепей лежит принцип моделирования. В соответствии с этим принципом реальные элементы цепи заменяются их упрощенными моделями, построенными из идеализированных элементов.
Используют пять основных типов идеализированных двухполюсных элементов:
- идеальный резистор;
- идеальный конденсатор;
- идеальная индуктивная катушка;
- идеальный источник напряжения;
- идеальный источник тока.
В простейшем случае модель реального элемента может состоять из одного идеализированного элемента, в более сложных случаях она представляет собой соединение нескольких идеализированных элементов. Например, моделью реальной индуктивной катушки может быть последовательное соединение идеальной индуктивности и идеального резистора, учитывающего сопротивление проводов катушки.
Кроме двухполюсных использую также многополюсные идеализированные элементы – управляемые источники тока и напряжения, идеальные трансформаторы и др.
Моделирующей или идеализированной цепью (расчетной схемой замещения) называется электрическая цепь, которую получают из исходной реальной цепи при замене каждого реального элемента его упрощенной моделью, составленной из идеализированных элементов.
Систему уравнений, описывающую моделирующую цепь называют математической моделью цепи. В теории цепей исследую процессы, имеющие место именно в моделирующих цепях, свойства которых близки к свойствам реальных физических цепей.