2.2 Основные понятия теории электрических цепей. Схемы замещения электрических цепей.

Электрической цепью называется совокупность устройств, предназначенных для прохождения электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий напряжения и тока. В общем случае электрическая цепь состоит из источников, приемников электрической энергии и промежуточных звеньев (проводов, аппаратов), связывающих источники с приемниками.

Элементы электрических цепей чрезвычайно разнообразны и отличаются своими характеристиками, принципом действия, конструктивным исполнением и т.д. Примером элементов электрических цепей служат резисторы, конденсаторы, трансформаторы, аккумуляторы, электронагревательные приборы и многие другие.

Элементы электрических цепей подразделяются на активные и пассивные. К активным элементам относят источники энергии и сигналов, к пассивным - элементы, рассеивающие и накапливающие энергию.

Расчет и анализ электрических цепей осуществляют по их схемам замещения, в которых реальные элементы с целью упрощения представляются с помощью небольшого количества идеальных элементов и их соединений.

Активные элементы представляются в схеме идеальными источниками напряжения и тока. Их условные обозначения показаны на рис.2.3. Идеальный источник напряжения характеризуется задающим напряжением e(t), величина и форма которого не зависит от тока, отдаваемого источником в цепь. Идеальный источник тока характеризуется задающим током j(l), величина и форма которого не зависит от напряжения на его зажимах.

Идеальными пассивными двухполюсными элементами являются сопротивление R, емкость С и индуктивность L, условные обозначения которых приведены на рис 2.4.

Емкость и индуктивность носят название реактивных элементов. Если сопротивления, индуктивности и емкости постоянны, то напряжения на идеальных пассивных элементах связаны с протекающими по ним токами линейными алгебраическими и интегро-дифференциальными зависимостями:

(2.1)

Обратные соотношения для токов имеют вид:

(2.2)

Коэффициенты уравнений (2.1) и (2.2) полностью характеризуют поведение соответствующих элементов и называются параметрами этих элементов, а сами элементы относят к разряду линейных. Электрическая цепь, пассивные элементы схемы, замещения которой линейны и характеризуются постоянными параметрами, называется линейной электрической цепью с постоянными параметрами.

На вид схемы замещения существенно влияет режим, в котором находится электрическая цепь. Например, катушка индуктивности при постоянном токе представляется на схеме идеальным элементом сопротивления, при переменном токе низкой частоты - последовательно соединенными идеальными элементами сопротивления и индуктивности, а на высоких частотах схема замещения катушки индуктивности дополняется параллельно присоединяемым идеальным элементом емкости. Для одной и той же электрической цепи схема замещения может принимать различный вид в зависимости от постановки задачи на ее исследование.

Следовательно, схему замещения электрической цепи можно определить как графическое изображение электрической цепи. отражающее характер и порядок соединения элементов цепи с учетом режима работы и цели исследования.

"Электрическими" элементами схемы служат рассмотренные выше идеальные активные и пассивные элементы. К "геометрическим" элементам цепи относятся ветви и узлы.

Ветвь образуется одним или несколькими последовательно соединенными элементами цепи. Под последовательным понимают такое соединение элементов, при котором по ним протекает один и тот же ток.

Узел - место соединения трех или большего числа ветвей. Ветви, присоединенные к одной паре узлов, называются параллельными.

Любой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям, называется контуром. Совокупность всех присоединенных к одному узлу ветвей носит название звезды.