Электрические цепи постоянного тока

 

 Основные понятия.

 Основными параметрами, характеризующими электрическую энергию, являются ток и напряжение, которые могут изменяться во времени по периодическому закону, либо быть постоянными. Соответственно все устройства и системы, связанные с использованием электроэнергии, разделяют на устройства (системы) постоянного тока и устройства (системы) переменного тока. Первым генератором электрического тока был электрохимический генератор постоянного тока - "вольтов столб" /1799 г./. С этого времени до 70-х годов XIX века электротехника развязалась как техника постоянного тока. Однако, с развитием в конце XIX века техники переменного тока, источники постоянного тока отошли на второй план. Производство, передача, распределение и использование электрической энергии стало осуществляться в основном посредством устройств переменно тока. Несмотря на это, электрические устройства постоянного тока используются довольно широко. Это источники питания технологических установок, которые не могут работать на переменном токе (электролиз, гальванические установки). Устройства постоянного тока широко используются в электрооборудования космических объектов, транспорта, в системах автоматики, для питания теле- и радиоаппаратуры. В настоящее время ученым приходится вновь возвращаться к идее передачи электроэнергии постоянным током. Оказывается ЛЭП постоянного тока при передаче электроэнергии на сверхдальние расстояния более экономичны, чем ЛЭП переменного тока, так как обладают меньшими потерями мощности, сооружения их проще и дешевле, несмотря на необходимость установки двух преобразовательных подстанций (в начале и в конце линии). Кроме того, применение ЛЭП постоянного тока упрощает связь энергосистем и допускает их работу в несинхронном режиме. Таким образом, техника постоянного электрического тока и в настоящее время является важной и развивающейся частью электроэнергетики. В этом разделе рассматриваются основные свойства и методы анализа цепей постоянного тока. Электрическая цепь и её элементы Электрическая цепь - это совокупность электротехнических устройств, предназначенных для генерирования, передачи и преобразования электрической энергии, соединенные между собой электрическими проводами. Например, аккумуляторная батарея, лампа и выключатель, соединенные между собой проводами, образуют электрическую цепь. Отдельные электротехнические устройства, образующие электрическую цепь, называются элементами электрической цепи и делятся на 3 группы: 5

1. Генерирующие устройства (источники электрической энергии) – это элементы электрической цепи, преобразующие различные виды энергии (тепловую, химическую, световую, механическую) в электрическую энергию.

2. Приемные устройства (приемники электрической энергии) – это элементы электрической цепи, преобразующие электрическую энергию в другие виды энергии.

 3. Вспомогательные устройства – это элементы электрической цепи, которые предназначены для управления, регулирования режимов работы, защиты, контроля и измерения параметров в электрической цепи и не связаны непосредственно с основным преобразованием энергии.

 Все электротехнические устройства, являющиеся элементами электрических цепей имеют условные графические обозначения, установленные ГОСТом. Эти условные графические обозначения позволяют графически изображать электрическую цепь. Такое графическое изображение электрической цепи, содержащее условные изображения её элементов и показывающее их соединение, называется принципиальной схемой или схемой электрической цепи.

В качестве примера рассмотрим простейшую электрическую цепь, состоящую из источника питания - генератора постоянного тока, приемного устройства - осветительной лампы и выключателя. Схема этой электрической цепи показана на рис. 1.1. Здесь G – условное графическое обозначение генератора постоянного тока, EL – условное графическое обозначение лампы, Q - выключатель. Рис. 1.1. Схема простой электрической цепи. А, Б - выходные зажимы источника; а, б - входные зажимы приемника. На рис.1.1 показана простая электрическая цепь, содержащая один источник и один приемник электроэнергии. Такая цепь называется простой электрической цепью.

Электрическая цепь может содержать несколько источников и приемников электрической энергии, соединенных между собой определенным образом. Такая цепь называется сложной электрической цепью. Например, на рис.1.2 показана схема сложной электрической цепи, которая содержит 3 источника и 5 приемников электроэнергии. 6 Рис.1.2 Схема сложной электрической цепи Топологические понятия в электрической цепи. При анализе электрических цепей используют топологические понятия: ветвь, узел, контур.

Ветвь электрической цепи – это неразветвленный участок электрической цепи, во всех элементах которого замыкается один и тот же электрический ток. Например, в схеме на рис.1.2 первая ветвь содержит генератор G1 и нагреватель EK, в которых замыкается ток первой ветви I1, вторая ветвь с током I2 содержит только лампу EL2 и т.д. Узел электрической цепи – точка электрической цепи, в которой соединены несколько ветвей. Например, в схеме на рис.1.2 в узле "а" соединены ветви 1,2,3,4, в узле "b" – ветви 1,2,5 и т.д. Контур электрической цепи – замкнутая часть электрической цепи, образованная несколькими ветвями. Например, в схеме на рис.1.2 контур "А" образован ветвями 2,3,5 и т.д.

 Таким образом, в сложной электрической цепи может быть несколько ветвей, несколько узлов и несколько контуров. Условно–положительные направления Для расчета и анализа электрических цепей токи ветвей, напряжения на участках цепи, ЭДС источников принято обозначать в схеме их условно– положительными направлениями (рис.1.1). При этом положительное направление ЭДС принимается от низкого электрического потенциала к высокому и обозначается стрелкой между двумя электрическими зажимами данного устройства. Положительное направление напряжения принимается от высокого потенциала к низкому и обозначается стрелкой между соответствующими точка- 7 ми на схеме. Положительное направление тока ветви всегда совпадает с положительным направлением напряжения на этой ветви и обозначается стрелкой рядом с этой ветвью.