Часть первая. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ ЦЕПИ

Глава 1.Линейные цепи постоянного тока

1.1. Общие свойства

Постоянный ток широко используется во многих отраслях техники. Его при­ме­няют в устройствах связи, приборах, электрооборудовании мобильных аг­ре­гатов и др.

Совокупность источников, приемников электрической энергии и соединяю­щих их проводов называютэлектрической цепью.

Источниками электрической энергии служат устройства, в которых происхо­дит преобразование различных видов энергии в электрическую. По виду преобра­зуемой энергии источники электрической энергии могут быть разделены на хими­ческие и физические. Химическими источниками электрической энергии принято называть устройства, вырабатывающие энергию за счет окислительно-восстанови­тельного процесса между химическими реагентами. К химическим источникам от­носятся первичные (гальванические элементы и батареи), вторич­ные (аккумуля­торы и аккумуляторные батареи) и резервные (при хранении элек­тролит никогда гальванически не связан с электродами), а также электрохимиче­ские генераторы (топливные элементы).

Физическими источниками электрической энергии называют устройства, пре­образующие энергию механическую, тепловую, электромагнитную, световую энергию, энергию радиационного излучения, ядерного распада в электрическую. К физическим источникам относятся электромашинные генераторы (турбо-, гидро- и дизель-генераторы), термоэлектрические генераторы, термоэмиссион­ные преобра­зователи, МГД-генераторы, а также генераторы, преобразующие энергию солнеч­ного излучения и атомного распада.

Приемники электрической энергии(электродвигатели, электрические печи, нагревательные приборы, лампы накаливания, резисторы и др.) преобра­зуют электрическую энергию в другие виды энергии.

В электрической цепи источники и приемники соединяют проводами, кото­рые обеспечивают передачу электрической энергии от источников к прием­никам.

Электрические цепи содержат:

а) коммутационную аппаратуру для включения и отключения электриче­ского оборудования и устройств (переключатели, выключатели и др.);

б) контрольно-измерительные приборы (амперметры, вольтметры и др.);

в) аппаратуру защиты (плавкие предохранители, автоматы и др.).

Рассмотрим простейшую электрическую цепь, состоящую из аккумулятора, фары автомобиля, выключателя, амперметра и соединительных проводов (рис. 1.1 а).Графическое изображение электрической цепи, в которой реальные элементы представлены их условными обозначениями (рис. 1.1 б), называется электриче­скойсхемой.

Рис. 1.1

Для упрощения изображения электрической цепи каждое электротехниче­ское устройство заменяют (по ГОСТ) его условным обозначением.

На рис. 1.2 приведены условные обозначения источников и приемников постоянного тока: гальванического элемента (аккумулятора) (рис. 1.2 а), генера­тора постоянного тока (рис. 1.2 б), термопары (рис. 1.2 в), резистора (рис. 1.2 г), лампы накаливания (рис. 1.2 д), электрической печи (рис. 1.2 е).

а) б) в) г) д) е)

Рис. 1.2

Условные обозначения некоторых измерительных приборов и коммутирую­щих устройств представлены на рис. 1.3: амперметра (рис. 1.3 а), вольтметра (рис. 1.3 б), выключателя (рис. 1.3 в), предохранителя (рис. 1.3 г).

Чтобы облегчить изучение процессов в электрической цепи, ее заменяют расчетной схемой, в которой все элементы или некоторые из них

Рис. 1.3

представлены так называемой схемой замещения.Схема замещениясостоит из совокупности различных идеализи­рованных элементов, выбранных так, чтобы можно было описать физические процессы в реальном устройстве. В схемах замещения источники электри­ческой энергии, резисторы, индуктив­ные катушки и конденсаторы считаются элементами с сосредоточенными па­раметрами.

Схемы замещения различных электротехнических устройств будут под­робно рассмотрены в следующих параграфах.

Электрические цепи бывают неразветвленные и разветвленные. Если во всех участках цепи ток один и тот же, она называется неразветвленной(рис. 1.4 а). Вразветвленнойцепи (рис. 1.4 б) в каждой ветви протекает свой ток.

Рис. 1.4

Геометрическая конфигурация схемы характеризуется такими понятиями, как ветвь, узел, контур. Ветвь – участок электрической цепи, вдоль которого про­текает один и тот же ток. Узел – место соединения ветвей электрической цепи (не менее трех). Контур – любой замкнутый путь, образованный ветвями и узлами. Цепь, представленная на рис. 1.4 б имеет три ветви и два узла.