Электрическая цепь и ее основные элементы

Е                                        R                   R0

Простейшая электрическая цепь содержит источник электроэнергии (на схеме изобра­жен химический источник), потребитель, соединенные проводниковыми материала­ми.

 

SA               A     Е V R0

Электрическая цепь может содержать – пусковую аппаратуру (выключатель, пере­ключатель, пусковое реле); – защитную аппаратуру (плавкий предохрани­тель, автоматический выключатель, пусковое реле); – регулировочную аппаратуру (реостат, потен­циометр); – измерительную аппаратуру (амперметр, вольтметр)

 

Амперметр – прибор, который предназначен для измерения тока. Включается в цепь последовательно.

Вольтметр – прибор предназначен для измерения напряжения. Подключается параллельно участкам цепи, где надо измерить напряжение.

ЭДС источника измеряют вольтметром, подключенным к его зажимам при разомкнутой внешней цепи.

 

Режимы работы электрической цепи

 

                                        Для анализа режимов работы R изменяем от 0 до

 

       E

V

                                                 R U

U ₀      R ₀

 

Холостым ходом называется режим работы электрической цепи, при котором сопротивление внешнего участка цепи стремится к бесконечности.

Эквивалентная схема

A

                                                                       Показания приборов

       E                                                         Амперметра:  I _XX = 0

                                                                        Вольтметра:   V _XX = E

V

                                          ○      

                                              R

                R ₀                             ○

 

Коротким замыканием называется режим работы электрической цепи, при котором сопротивление внешнего участка цепи стремится к нулю.

 

Эквивалентная схема

 

A

                                                                       Показания приборов

  E                                                                      Амперметра: I _КЗ =

                                                                          Вольтметра: V _КЗ = 0

V

                                                 

                                                  

                  R ₀                                 

 

Короткое замыкание – аварийный режим, если произошло короткое замыкание, защитная аппаратура должна разомкнуть цепь.

 

Рабочие режимы, – при которых параметры цепи не превышают номинальные значения.

 

Номинальный ток и номинальные напряжения – это параметры, на которые рассчитаны элементы цепи.

 

Режим согласования нагрузки – это режим, при котором R = R ₀.

Графики зависимостей напряжений на внешнем и внутреннем участке цепи от тока.

1. I = 0 U 0 = I · R 0 = 0 U = E – U 0   2. I = I КЗ U 0 = U = E – U 0 = 0

U U 0   Е                             U 0 = f 2(I)                                    U = f 1(I)                                                          I                           I КЗ

Графики зависимостей полной мощности полезной и КПД от сопротивления нагрузки

 

Режим работы	Р1	Р2
КЗ R = 0	Р 1 = Е · I КЗ = E ·	Р 2 = U КЗ· I КЗ = 0
Режим согласования R = R 0	Р 1 = Е · I =	Р 2 = I ^2 R = =
XX R →	Р 1 = Е · I XX = 0	Р 2 = U XX· I XX = 0

 

 

₁            P ₁

           P ₂

                                                                                                = f ₃(R)

      

          

0,5

 

                                                                                               Р ₁ = f ₁ (R)

                                  Р ₂ = f ₂ (R)

                                                                                                      R

                           R ₀                                    

 

 

ЗАКОНЫ КИРХГОФА

Сложной является электрическая цепь, содержащая 2 или больше 2 источников электроэнергии; 2 или больше 2 узлов.

 

Е1                                        E2           Е3

                       R2                       R₀₂          R₀₃

R₀₁

     

R1                                         R4           R5

 

                             R3

 

Узел – точка электрического соединения 3-х и более ветвей.

Ветвь – участок электрической цепи, содержащей один элемент или несколько элементов, соединенных последовательно.

Контур – замкнутый путь, проходящий по ветвям схемы.

В представленной на рисунке схеме   – 5 ветвей

                                                                 – 3 узла.

можно выделить 6 независимых контуров.

Расчет сложной цепи можно выполнить с помощью методов, основанных на законах Кирхгофа.

I закон Кирхгофа можно применить для любого узла схемы.

II закон Кирхгофа можно применить для любого замкнутого контура.

I закон Кирхгофа

 

I 1          I 5   I 4         А        I 2         I 3

Сумма токов, входящих в узел, равна сумме токов, выходящих из узла, или алгебраичес­кая сумма токов, проходящих через узел, всегда равна нулю. I 1 + I 3 + I 4 = I 2 + I 5 или I 1 – I 2 + I 3 + I 4 – I 5 = 0 Знак + присваивается токам, направленным к узлу.

 

II закон Кирхгофа

 

R 1                       E 1               I 1                                                           E 2         I 4                                                           I 2         R 4                                        R 2                                                                                                                                 E 3                E 4 R 3   I 3

В любом замкнутом контуре алгебраи­ческая сумма ЭДС равна алгебраической сумме напряжений на всех элементах.   Для того чтобы составить уравнение по II закону Кирхгофа надо выбрать произ­вольно направление обхода контура

 

 

Е ₁ + Е ₂ – Е ₃ + Е ₄ = I ₁ · R ₁ – I ₂ · R ₂ + I ₃ · R ₃ – I ₄ · R ₅

 

В уравнении ЭДС входит со знаком «+», если ее направление совпадает с направлением обхода контура, если направление ЭДС противоположно направлению обхода контура – то ей присваивают знак «–».

Напряжению на элементе присваивают знак «+», если ток, проходящий через этот элемент, совпадает по направлению с направлением обхода контура, в противном случае напряжению присваивают знак «–».