Схема электрической цепи – Электрическая цепь и ее элементы. Принципиальная схема электрической цепи. Схема замещения электрической цепи

Содержание

Схемы электрических цепей и ЭДС

Схемы электрической цепи, понятие параметров и элементов электрических цепей:

Для начала вспомним определения:

Параметрами электрической цепи называется величина, связывающая ток и напряжение на конкретном участке цепи (r – сопротивлением, рис. 1 а; L – индуктивностью, рис. 1 б; C  – ёмкостью, рис. 1 в. ).

Элементами электрической цепи называют отдельные устройства входящие в электрическую цепь и выполняющие в ней определённую функцию. Пример отдельных элементов и простой схемы электрической цепи:

Рис.1

                                             Схемы электрических цепей:

        При конструировании, монтаже и работе электрических установок (электрооборудования) нельзя обойтись без электрических схем. Электрические схемы по своему назначению различаются на несколько типов: структурные, функциональные, принципиальные, монтажные, однолинейные, и др.

        Принципиальная схема даёт полное представление о работе электроустановки, полный состав элементов и связи между ними.

         Схема электрической цепи – это графическое представление изображения электрической цепи, которая содержит условные обозначения элементов и соединение этих элементов. Условные обозначение в электрических схемах установлены стандартами системы ЕСКД. Различают последовательное и параллельное соединение элементов в схемах и электрических цепях. Сложные электрические схемы образуются в результате включения групп элементов соединенных между собой последовательно или параллельно (см. на рис. 2).

 Рис.2

                                Электродвижущая сила (ЭДС):

       Физические процессы получения электрической энергии различаются в зависимости от вида преобразуемой энергии, где главное различие состоит в природе сил, которые разделяют положительный и отрицательный заряды в веществе. На электрически заряженные частицы кроме сил электрического поля при определенных условиях действуют сторонние силы, обусловленные неэлектромагнитными процессами (тепловые процессы, химические реакции и т.д.)

             В результате действия сторонних сил в источнике электрической энергии происходит разделение электрических зарядов и образуется электродвижущая сила (ЭДС).

                Величина, характеризующая способность стороннего поля и индуцированного электрического поля вызывает электрический ток, называется электродвижущей силой.

     Для примера рассмотрим преобразование тепловой энергии в электрическую:

            В замкнутой цепи из двух разных металлов при одинаковой температуре (контактов 1 и 2) электрический ток не возникает, так как контактные разности потенциалов в обоих контактах  одинаковы, но направлены в противоположные стороны по цепи (см. рис. 3):

        Рис.3

 

energetik.com.ru

Схема электрической цепи

Электрической цепью называют различные устройства и элементы, соединенные между собой и обеспечивающие протекание электрического тока. Электромагнитные процессы, происходящие внутри этих устройств, напрямую связаны с такими понятиями, как сила тока и напряжение. Схема электрической цепи есть не что иное, как изображение этой цепи при помощи специальных обозначений и условных знаков.

Виды электрических цепей

Разделяются на два основных вида: разветвленные и не разветвленные. Основное отличие не разветвленной заключается в том, что во всех ее элементах протекает ток одного и того же значения. Содержит в своем составе минимальное количество узлов. Разветвленные, наоборот, имеют большое количество различных ветвей и узлов. Их количество и перечень зависят, в первую очередь, от предназначения самой цепи.

По каждой отдельной ветви протекает электрический ток со своим собственным значением. В разветвленной каждая ветвь определяется, как отдельный участок, состоящий из различных элементов, соединенных между собой последовательно. Все ветви располагаются между узлами.

Узлом называется такая точка, где происходит схождение как минимум трех ветвей. Когда необходимо отобразить на схеме соединение двух линий, место пересечения этих линий обозначается точкой. На обычном пересечении линий, без соединения, точка не ставится. При схождении двух ветвей, когда одна из них дополняет другую, такое пересечение называют вырожденным или устранимым узлом.

Основные схемы электрических цепей

Схема электрической цепи предполагает еще одно разделение цепей. Они могут быть линейными и нелинейными. Линейная имеет в своем составе только линейные компоненты, то есть те, которые могут быть описаны с помощью линейных дифференциальных уравнений. Это различные независимые и зависимые источники тока и напряжения, катушки индуктивности без ферромагнитов, электрические конденсаторы, резисторы, работающие по закону Ома и другие, подходящие по параметрам, элементы. Цепь, содержащая компоненты, коренным образом отличающиеся от линейных, определяется, как нелинейная.

Отдельные виды нелинейных цепей иногда могут попасть под описание линейных, в тех случаях, когда изменения тока или напряжения в компонентах незначительно. К таким можно отнести устройства и элементы, поддерживающие линейный режим, но содержащие в своем составе нелинейные составляющие – пассивные и активные, такие как генераторы, усилители и прочие.

electric-220.ru

Электрическая цепь. Схема простой электрической цепи постоянного тока.

 

 

 

Тема: принципиальная схема простой электрической цепи постоянного тока.

 

 

 

На картинке нарисована простейшая электрическая цепь постоянного тока. Она состоит из таких элементов как источник питания в виде батарейки, выключатель питания, переменное сопротивление и лампочка (представляющая собой электрическую нагрузку). Неотъемлемыми частями любой электрической схемы являются сам источник питания (постоянного тока или же переменного, без которого любая электросхема всего лишь груда металла), непосредственно нагрузка (ради которой всё и замышлялось, это электродвигатели, лампочки, нагревательные элементы и т.д.), ну и коммутирующие устройства в виде различных выключателей и переключателей (надо же схемой управлять, хотя бы на уровне включить и выключить).

 

В нашем случае электрическая схема цепи именно постоянного тока. В чём её специфика и отличия от электроцепи переменного тока? Из самого названия должно быть ясно, что в постоянном токе есть какое-то постоянство! Оно заключается в том, что носители электрического тока (электроны, электрические отрицательно заряженные частицы) движуться строго в одном направлении от минуса к плюсу. Да, стоит ещё внести уточнение. В реальности электричество движется от минуса к плюсу (в твёрдых телах, движение электронов), и от плюса к минусу (в жидких и газообразных веществах, движение ионов).

 

Электрическая цепь постоянного тока питается от источника с постоянным током, у которого есть положительный вывод (он же плюс) и отрицательный вывод (он же минус). Внутри источника постоянного тока не может, при нормальных условиях, меняться полюса, исключено самим принципом его работы и устройством. В электротехнике и особенно в электронике существует множество функциональных элементов работающие именно на постоянном токе. При подаче на них переменного тока (если не предусмотрено самой схемой) элементы либо просто не работают, либо просто выходят из строя. Это происходит потому, что переменный ток периодически меняет свою полярность с плюса на минус и обратно (в обычной городской сети это происходит 50 раз за секунду).

 

 

Как уже было подмечено вначале, самая простая электрическая цепь (будь то переменная или постоянная) состоит из источника питания, нагрузки и устройства коммутации (переключатели). В такой схеме электрической цепи энергия вырабатывается источником, и подаётся на нагрузку, выполняющую конкретную полезную работу. Естественно, без выключателей проблематично будет управлять работой электросхемы. Любая электрическая схема подразумевает функцию включения и выключения. Нарисованный на схеме (наш рисунок схемы простой электрической цепи постоянного тока) дополнительное переменное сопротивление показывает, что имеется некий элемент, способный изменять свое электрическое сопротивление, тем самым влияя на величину тока в электрической цепи.

 

На рисунке схемы электрической цепи постоянного тока можно заметить, что движение тока направлено от плюса к минусу (обозначено стрелками), а выше было сказано, что в реальности ток движется от минуса к плюсу (в твёрдых телах). Что это за несоответствие? Просто было наукой принято, что в схема должно обозначаться именно такое движение электрического тока. Но это особо не на что не влияет. Просто зная условные обозначения на электрических схемах и физический принцип действия электрического тока мы работаем со схемой, сочиняя её, либо используя при ремонте или сборке. В электронике на схемах можно заметить стрелки, находящиеся на самих функциональных элементах. Они показывают направление движения тока, как было принято в условном обозначении.

 

В более сложных электрических цепях в схемах добавляются дополнительные устройства и элементы, которые расширяют общий функционал. Каждая деталь, элемент при подаче на него напряжения или прохождении электрического тока имеет свою специфическую особенность. Хотя в целом, что можно сделать с электроэнергией источника питания? Изменить всего лишь исходные характеристики, а именно, увеличить или понизить напряжение, ток, частоту (если это переменный или импульсный ток). Включить или выключить схему электрической цепи.

P.S. Любую электрическую схему цепи можно представить как основные функциональные части, а именно, часть источника питания, часть управления и коммутации, часть непосредственной нагрузки (ради которой всё и организовывалось). Просто мысленно разбиваем схему на эти части и составляем основные функциональные блоки, модули, элементы. Далее уже всё начинает становиться на свои места. Даже достаточно сложная схема (с первого взгляда) после этого начинает становиться простой и понятной с точки зрения своей работы.

 

electrohobby.ru

Схемы электрических цепей | Энциклопедия строительства и ремонта

В любой электрической цепи основными характеристиками являются сила тока, напряжение и сопротивление. Сила тока, или просто ток, измеряется в амперах и обозначается буквой I. Напряжение, образовавшееся в источнике питания, измеряется в вольтах и обозначается буквой U. Сопротивление же измеряется в омах и обозначается символом R. По закону Ома эти показатели — ток I, напряжение U и сопротивление R — связаны соотношением: I = U/R.

Характеристики электрического тока измеряют при помощи различных приборов. Так, для измерения силы тока используются амперметры, напряжения — вольтметры, электрического сопротивления — омметры, мощности — ваттметры. Количество потребляемой электрической энергии измеряется специальным счетчиком.

Значения тока I, напряжения U, сопротивления R и мощности P являются исходными данными для расчета электрических цепей, подбора проводки, выбора электроустановочных изделий и устройств защиты.

Закономерности, следующие из различных способов соединения элементов в электрической цепи, были сформулированы Омом и Кихгофом, они часто используются для расчета этих цепей. Так, все потребители в цепи могут быть соединены друг с другом последовательно, параллельно и комбинированно.

Последовательное соединение

Если потребители соединены последовательно, то увеличение их числа повышает общее сопротивление цепи. Следовательно, общее сопротивление в такой цепи будет равно сумме сопротивлений каждого потребителя. Однако по любому участку цепи проходит один и тот же ток, значит, на каждый из них приходится лишь часть общего напряжения.

Важно знать, что при последовательном соединении отказ одного прибора приводит к разрыву цепи. Если, например, несколько лампочек соединить последовательно, то при выходе из строя одной из них цепь разорвется и все оставшиеся лампочки не будут работать. Обычно так случается в елочных гирляндах, где лампочки чаще всего соединены последовательно. Зато в последовательную цепь можно включить много лампочек, каждая из которых рассчитана на гораздо меньшее напряжение в сети.

Параллельное соединение

Если же несколько потребителей в электрической цепи присоединены к двум узлам А и Б, такое соединение называют параллельным. При этом соединении напряжение на каждом участке равно напряжению U, которое приложено к узловым точкам цепи. Из рисунка хорошо видно, что при таком соединении проводников для прохождения тока имеется несколько путей. Ток, притекая к точке разветвления А, далее направляется к двум сопротивлениям и равен сумме токов, отходящих от этой точки. Таким образом, при параллельном соединении общее сопротивление цепи уменьшается, но увеличивается ее общая проводимость, которая равна сумме проводимостей двух ветвей. При данном соединении потребители могут работать независимо друг от друга, и если один из них выходит из строя, то это никак не сказывается на работе другого. Например, если одна лампочка перегорит, то другая будет работать, т. к. цепь не разрывается.

Комбинированное соединение

На практике мы имеем дело с приборами, включенными в цепь как параллельно, так и последовательно. Эти электрические цепи называются комбинированными или смешанными. Например, лампочки или розетки включаются в цепь всегда параллельно, чтобы не влиять друг на друга. А выключатели или приборы защиты всегда подсоединяются последовательно, т. к. они служат именно для разрыва цепи. Бытовые электрические приборы, которые включаются в нашу домашнюю сеть, потребляют токи от десятых ампера до нескольких ампер. При постоянном напряжении сила тока обратно пропорциональна величине сопротивления цепи. А сопротивления отдельных потребителей сильно отличаются друг от друга. Например, сопротивление электрических нагревательных приборов, микроволновок, холодильников, стиральных машин составляет всего несколько десятков ом, а осветительных ламп накаливания в бытовых целях — несколько сотен ом.

Когда по цепи течет ток, за некоторое время по ней пройдет некоторое количество электричества и выполнится определенная работа. Эта работа, произведенная за единицу времени, называется мощностью. Она измеряется в ваттах и обозначается буквой P. Кроме ватта, применяются и более крупные единицы мощности — киловатты и мегаватты. Электрическая мощность измеряется специальным прибором — ваттметром. А определить мощность можно, умножив ток на напряжение. Соотношение между током, напряжением и мощностью можно представить в виде формулы: P=IU.

Так, например, мощность, потребляемая в цепи с током в 3 А и напряжением в 120 В, будет равна: 3 х 120 = 360 Вт.

А если мощность умножить на время, то получим работу, т. е. количество затраченной энергии. Например, энергия, расходуемая электрическим миксером мощностью 600 Вт в течение 2 ч, будет равна:

А = P х t = 600 х 2 = 1 200 Вт/ч = 1,2 кВт/ч.