1. Электрические цепи
1.1. Электрическая цепь и ее элементы
Электрической цепью называется совокупность источников электрической энергии и приемников, соединенных токопроводящими телами или средами.
Источник – это устройство, преобразующее неэлектрическую энергию в электрическую.
Электрическими параметрами источника являются ЭДС Е, В и внутреннее сопротивление Ri, Ом.
Эквивалентная схема источника напряжения – это схема, заменяющая реальный источник электрической энергии при анализе электрической цепи (рис. 1.1).
Используя закон Ома, имеем
;
;
;
,
где
–
падение напряжения на
.
Рис. 1.1. Электрическая цепь с источником
напряжения
Пусть
,
тогда величинойIRi
пренебрегаем
и
(условие идеального источника напряжения).
Приемник электрической энергии преобразует электрическую энергию в неэлектрическую. Электрическим параметром приемника является его сопротивление R.
Способы соединения приемников:
1
.
Последовательное соединение (рис. 1.2)
– соединение,
при котором по элементам протекает один
и тот же ток.
а б
Рис. 1.2. Пример схемы электрической цепи с последовательным
соединением элементов (а) и эквивалентная схема (б)
2. Параллельное соединение (рис. 1.3) – соединение, при котором все элементы находятся под одним и тем же напряжением.
а
;
– проводимость;
;
.
б
Рис. 1.3. Пример схемы электрической цепи с параллельным
соединением элементов (а) и эквивалентная схема (б)
3. Смешанное соединение (рис. 1.4) – соединение, содержащее участки с последовательным и параллельным соединениями.
а б
в г
Рис. 1.4. Пример схемы со смешанным соединением элементов (а)
и схемы, получающиеся при упрощении (б – г)
Последовательно упрощая схему, сводим её к одному Rэкв:
1.2. Классификация электрических цепей
По роду тока: постоянного тока, переменного тока, синусоидальные, несинусоидальные.
По числу фаз: однофазные, трехфазные.
По характеру элементов: линейные (в них все элементы линейные), нелинейные (содержат хотя бы один нелинейный элемент).
Линейные
элементы отличаются от нелинейных
вольт-амперными характеристиками
(ВАХ)
.
Примеры ВАХ приведены на рис. 1.5.
а б
Рис. 1.5. ВАХ линейного (а) и нелинейного
элемента (б)
На электрические цепи с сосредоточенными и с распределенными параметрами (например ЛЭП).
По способу соединения потребителей: разветвленные, неразветвленные.
Основные топологические понятия:
узел – место соединения трех и более ветвей;
ветвь – участок цепи между двумя соседними узлами, в котором все элементы соединены последовательно;
контур – замкнутый участок электрической цепи, в котором каждый из элементов цепи встречается не более одного раза.