Электрическая цепь и ее элементы. Назначение элементов цепи

РАЗДЕЛ I

Электрические цепи

Глава 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ И ЕЕ ЭЛЕМЕНТЫ. НАЗНАЧЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ЦЕПИ

Основные электротехнические устройства по своему назначению подразделяются на устройства генерирующие и использующие

электрическую энергию.

Чтобы привести в действие устройство, использующее электрическую энергию (приемное устройство), на его входных зажимах необходимо создать и поддерживать определенную разность элек­трических потенциалов — электрическое напряжение. Для этой цели приемное устройство подключают к гене­рирующему, образуя тем самым комплекс устройств — электричес­кую цепь.

Электрической цепью называют совокупность уст­ройств, предназначенных для генерирования, передачи, преобра­зования и использования электрической энергии, процессы, в которых могут быть описаны с помощью понятий об электрическом токе, электрическом напряжении и электродвижущей силе (э. д. с).

Отдельные устройства, входящие в электрическую цепь, назы­вают также элементами электрической цепи. Часть электрической цепи, содержащую выделенные в ней элементы, называют участком цепи.

Элементы цепи, предназначенные для генерирования электри­ческой энергии, называют источника ми питания, а элементы, использующие электрическую энергию,— приемники электрической энергии.

В источниках в электрическую энергию преобразуются иные виды энергии: механическая в машинных генераторах, химическая в гальванических элементах и аккумуляторах, тепловая в термоэле­ментах, лучистая в фотоэлементах и т.д.

В приемниках, наоборот, электрическая энергия преобра­зуется в иные виды энергии: механическую в электрических дви­гателях, химическую в аккумуляторах, тепловую в различных нагревательных приборах и печах, лучистую в осветительных приборах и т. д.

Передающие элементы цепи являются звеном, связывающим источ­ники и приемники. Кроме электрических проводов, в это звено могут входить приборы контроля и управления, а также преобразующие устройства (трансформаторы, выпрямители и др.), в которых электри­ческая энергия доводится до такого состояния, когда ее становится удобно передавать на расстояния и распределять между приемника­ми.

Преобразователи электрической энергии с первичной стороны, куда поступает преобразуемая энергия, можно рассматривать как приемники, а со вторичной стороны, от которой преобразованная энергия отводится — как источники.

 

Глава 2. НЕРАЗВЕТВЛЕННЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА.

ЦЕПИ С ОДНИМ ИСТОЧНИКОМ ПИТАНИЯ И ПАРАЛЛЕЛЬНЫМИ ПАССИВНЫМИ ПРИЕМНИКАМИ

УСЛОВИЯ ПЕРЕДАЧИ ИСТОЧНИКОМ МАКСИМАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ

ВО ВНЕШНЮЮ ЦЕПЬ

При сопротивлении резистора внешней цепи (см. рис. 2.1), равном r_н, напряжение и ток в нем связаны уравнением U = = r_нI_н, выражающим закон Ома для пассивного участка цепи. Учи­тывая это, уравнение (2.2) можно записать иначе:

E = rI + r_HI. (2.6)

Это уравнение выражает электрическое состояние простейшей замкнутой цепи. Из него можно получить выражение закона Ома для простейшей замкнутой цепи с по­следовательной схемой замещения источ­ника:

I =E/r+r_H (2.7)

При этом мощность внешней цепи

(2.8)

Ток внешней цепи с параллельной схемой замещения источни­ка можно найти из выражения

, (2.9)

откуда

Тогда мощность внешней цепи

Мощность нагрузки Р_н при холостом ходе (r_н = ) и при ко­ротком замыкании (r_н = 0) равна нулю. Она имеет максимальное

значение, когда отношение максимально. Взяв первую

производную этой дроби по r и приравняв ее нулю, получим

или

(r + r_H)²-2r(r + r_н) = 0,

 

откуда

r_H = r. (2.11)

Следовательно, мощность внешней цепи максимальна, когда сопротивление внешней цепи r _н равно внутреннему сопротивлению r источника, т. е. когда внешняя цепь и источник работают в со­гласованном режиме.

В согласованном режиме мощность потерь внутри источника равна половине мощности источника:

.

Исследуем изменение к.п.д. источника в зависимости от вели­чины сопротивления r_н. К.п.д. источника равен отношению мощ­ности внешней цепи Р_н к полной мощности Р, развиваемой источ­ником:

(2.12)

Из формулы (2.12) вид, что при холостом ходе, когда r_н = , к.п.д. , при котором замыканий, когда r_н =0, к.п.д. , в согласованном режиме r_н =r к.п.д. .

В рассмотренных выше соотношениях сопротивление r обозначало только внутреннее сопротивление источника. Однако полученные формулы останутся теми же, если под r подразумевать со­противление проводов линии, а под Е — напряжение U на ее входе. При этом на входе схемы можно предполагать включенным источ­ник э.д.с. с внутренним сопротивлением, равным нулю, и с по­стоянным значением э.д.с. Е=U. Все рассуждения относительно передачи энергии источника к приемнику с сопротивлением r _н, под­ключенному к концу линии, будут аналогичны случаю передачи энергии источником во внешнюю цепь.

 

Основные формулы

Формула	Параметр	Определение
	Сила тока в электрической цепи (закон Ома)	Сила тока в замкнутой цепи прямо пропорциональна э.д.с. источника электрической энергии, включенного в цепь, и обратно пропорциональна сопротивлению всей цепи
	Сила тока на участке цепи (закон Ома для участка цепи)	Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на зажимах участка цепи и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка цепи
	Сила тока, вытекающая из точки разветвления(первый закон Кирхгофа)	Сила тока, притекающая к узловой точке электрической цепи, равна сумме токов вытекающих из этой точки
	Алгебраическая сумма э.д.с. в замкнутом конту­ре (второй закон Кирхгофа)	В любом замкнутом контуре алгебраическая сумма э.д.с равна сум­ме падения напряжения на отдельных сопротив­лениях этого контура
	Работа тока и количество тепла, выделяемое током	Работа, совершаемая током, прямо пропорцио­нальна напряжению, то­ку и времени
	Мощность тока	Работа, совершаемая электрическим током в единицу времени
	Напряжение на зажимах прал­лельно соединен­ных резисторов	Напряжение на зажи­мах любых параллельно соединенных резисторов одинаково
	Общее напряже­ние на зажимах последовательно соединенных рези­сторов	Напряжение на зажи­мах цепи, состоящей нз последовательно соеди­ненных резисторов, рац­ио сумме напряжений на отдельных резисторах

Магнитные величины

Наименование величины	Формула для вычисления	Единица измерения в системе СИ	Единица измерения в системе CGSM	Соотношение между единицами СИ и CGSM
Напряженность магнитного поля			эрстэд (э)	80а/м=1э
Магнитная индукция			гаусс (гс)	1 вб/м^2=10000гс
Магнитный поток		вебер (вб)	максвелл (мкс)	1вб=100000000мкс
Абсолютная магнитная проницаемость			–	–
Относительная магнитная проницаемость		–	число	–
Магнитная постоянная для воздуха и вакуума				–
Намагничивающая сила		ампервиток (а)	(ав)	–
Сила, действующая на проводник с током, помещенный в магнитное поле		ньютон (н)	грамм (г)	1н ≈ 102г
Сила, действующая на один из параллельных проводников, по которым протекает ток		ньютон (н)	грамм (г)	1н ≈ 102г

 

Таблица 7

ТРАНСФОРМАТОРЫ

Трансформатор — электромагнитный аппарат сдвумя (или более) обмотками, предназначенный и большинстве случаев для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный идругого напряжения той же частоты. При расчете трансформаторов используются формулы, приведенные в табл. 12.

Таблица 12

РАЗДЕЛ I

Электрические цепи

Глава 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ И ЕЕ ЭЛЕМЕНТЫ. НАЗНАЧЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ЦЕПИ

Основные электротехнические устройства по своему назначению подразделяются на устройства генерирующие и использующие

электрическую энергию.

Чтобы привести в действие устройство, использующее электрическую энергию (приемное устройство), на его входных зажимах необходимо создать и поддерживать определенную разность элек­трических потенциалов — электрическое напряжение. Для этой цели приемное устройство подключают к гене­рирующему, образуя тем самым комплекс устройств — электричес­кую цепь.

Электрической цепью называют совокупность уст­ройств, предназначенных для генерирования, передачи, преобра­зования и использования электрической энергии, процессы, в которых могут быть описаны с помощью понятий об электрическом токе, электрическом напряжении и электродвижущей силе (э. д. с).

Отдельные устройства, входящие в электрическую цепь, назы­вают также элементами электрической цепи. Часть электрической цепи, содержащую выделенные в ней элементы, называют участком цепи.

Элементы цепи, предназначенные для генерирования электри­ческой энергии, называют источника ми питания, а элементы, использующие электрическую энергию,— приемники электрической энергии.

В источниках в электрическую энергию преобразуются иные виды энергии: механическая в машинных генераторах, химическая в гальванических элементах и аккумуляторах, тепловая в термоэле­ментах, лучистая в фотоэлементах и т.д.

В приемниках, наоборот, электрическая энергия преобра­зуется в иные виды энергии: механическую в электрических дви­гателях, химическую в аккумуляторах, тепловую в различных нагревательных приборах и печах, лучистую в осветительных приборах и т. д.

Передающие элементы цепи являются звеном, связывающим источ­ники и приемники. Кроме электрических проводов, в это звено могут входить приборы контроля и управления, а также преобразующие устройства (трансформаторы, выпрямители и др.), в которых электри­ческая энергия доводится до такого состояния, когда ее становится удобно передавать на расстояния и распределять между приемника­ми.

Преобразователи электрической энергии с первичной стороны, куда поступает преобразуемая энергия, можно рассматривать как приемники, а со вторичной стороны, от которой преобразованная энергия отводится — как источники.