Цепи постоянного тока Электрическая схема и ее элементы

Электрической цепью называется совокупность устройств, предназначенных для получения, передачи, распределения и взаимного преобразования электрической (электромагнитной) и других видов энергии, в которой процессы, протекающие в устройствах, могут быть описаны при помощи понятий об электродвижущей силе (ЭДС), токе и напряжении.

Основными элементами электрических цепей являются источники и приемники электрической энергии.

Кроме источников и приемников электрической энергии электрическая цепь содержит соединительные провода, защитную и коммутационную аппаратуру, измерительные приборы. В дальнейшем, при анализе электрических цепей, будем считать, что все эти элементы не влияют на токораспределение в цепи, а только выполняют функции коммутации, защиты или измерения.

Любая реальная электрическая цепь, состоящая из источников и потребителей электрической энергии, может быть представлена расчетной электрической схемой замещения.

Схемой электрической цепи называют графическое изображение электрической цепи, показывающее последовательность соединения ее участков и их характер.

При расчете сложной электрической цепи пользуются такими понятиями как ветвь, узел и контур.

Ветвьюэлектрической цепи и ее схемы называют участок цепи, который включен между двумя соседними узлами и по которому протекает один и тот же ток.

Узломцепи и ее схемы называется место соединения трех и более ветвей.

Любой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям, называется контуром. Элементарным или независимым контуром называется контур, отличающийся от любого другого контура хотя бы одним элементом.

Основные элементы электрической цепи

Основными элементами электрических цепей являются источники и приемники электрической энергии.

В источниках электрической энергии происходит преобразование различных видов энергии (механической, тепловой, химической и т.д.) в электрическую энергию.

Источники ЭДС, внутреннее сопротивление которых равно нулю, называют идеальными (рис. 1.1, а). Напряжение на зажимах такого источникаU_Eвсегда равно по величине ЭДС и не зависит от тока ветви.

Реальные источники ЭДС, обладают внутренним сопротивлением, отличным от нуля, на схеме замещения (рис. 1.1, б) их показывают в виде последовательного соединения идеального источника ЭДС и его внутреннего сопротивления. Напряжение реального источника ЭДС отличается от значения самой ЭДС на величину напряжения на ее внутреннем сопротивлении и определяется по формуле

Положительное направление напряжения U_E на зажимах источника ЭДС показано на рис. 1.1.

В режиме холостого хода, когда ток в источнике отсутствует и напряжение на его внутреннем сопротивлении равно нулю, напряжение источника U_Eравно по величине ЭДС.

На рис. 1.2 приведены вольт-амперные характеристики (ВАХ) идеальных и реальных источников ЭДС. На характеристиках можно видеть, что напряжение идеального источника ЭДС, внутреннее сопротивление которого равно нулю, не зависит от изменения нагрузки. Напряжение на зажимах реального источника ЭДС с увеличением тока в цепи уменьшается. И чем больше внутреннее сопротивление источника, тем больше это изменение.

Вприемниках происходит преобразование электрической энергии в другие виды энергии.

Все приемники электрической энергии характеризуются такой величиной, как электрическое сопротивление R. В том случае, если величина сопротивления не зависит от тока и напряжения (R=const), приемники называют линейными, и их вольт-амперная характеристика (ВАХ) линейна (рис. 1.3, а). Если же величина сопротивления зависит от тока или напряженияR=f(U,I), то такие приемники имеют нелинейную ВАХ (рис. 1.3, б) и называются нелинейными.