Основы теории цепей
Основы теории цепей
ОглавлениеПРЕДИСЛОВИЕ К ЧЕТВЕРТОМУ ИЗДАНИЮВВЕДЕНИЕ Раздел первый.  ЛИНЕЙНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ С СОСРЕДОТОЧЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ1-1. Элементы электрических цепей и электрических схем 1-2. Эквивалентные схемы для источников энергии 1-3. Закон Ома для участка цепи с э. д. с. 1-4. Распределение потенциала вдоль неразветвленной электрической цепи 1-5. Баланс мощностей для простейшей неразветвленной цепи 1-6. Применение законов Кирхгофа для расчета разветвленных цепей 1-7. Метод узловых потенциалов 1-8. Метод контурных токов 1-9. Уравнения состояния цепи в матричной форме 1-10. Преобразование линейных электрических схем Глава вторая. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ПРИ ПОСТОЯННЫХ ТОКАХ И НАПРЯЖЕНИЯХ 2-2. Свойство взаимности 2-3. Входные и взаимные проводимости и сопротивления ветвей; коэффициенты передачи напряжений и токов 2-4. Применение топологических методов для расчета цепей 2-5. Топологические формулы и правила для определения передачи электрической цепи 2-6. Теорема о компенсации 2-7.  Линейные соотношения между напряжениями и токами2-8. Теорема о взаимных приращениях токов и напряжений 2-9. Общие замечания о двухполюсниках 2-10. Теорема об активном двухполюснике и ее применение для расчета разветвленных цепей 2-11. Передача энергии от активного двухполюсника к пассивному Глава третья. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О ЦЕПЯХ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА 3-2. Понятие о генераторах переменного тока 3-3. Синусоидальный ток 3-4. Действующие ток, э. д. с. и напряжение 3-5. Изображение синусоидальных функций времени векторами и комплексными числами 3-6. Сложение синусоидальных функций времени 3-7. Электрическая цепь и ее схема 3-8. Ток и напряжения при последовательном соединении сопротивления, Индуктивности и емкости 3-10. Разность фаз напряжения и тока 3-11. Напряжение и токи при параллельном соединении сопротивления, индуктивности и емкости 3-12. Проводимости 3-13. Пассивный двухполюсник 3-14. Мощности 3-15.  Мощности в сопротивлении, индуктивности и емкости3-16. Баланс мощностей 3-17. Знаки мощностей и направление передачи энергии 3-18. Определение параметров пассивного двухполюсника при помощи амперметра, вольтметра и ваттметра 3-19. Условия передачи максимальной мощности от источника энергии к приемнику 3-20. Понятие о поверхностном эффекте и эффекте близости 3-21. Параметры и эквивалентные схемы конденсаторов 3-22. Параметры и эквивалентные схемы индуктивных катушек и резисторов Глава четвертая. РАСЧЕТ ЦЕПЕЙ ПРИ СИНУСОИДАЛЬНЫХ ТОКАХ 4-1. О применимости методов расчета цепей постоянного тока к расчетам цепей синусоидального тока 4-2. Последовательное соединение приемников 4-3. Параллельное соединение приемников 4-4. Смешанное соединение приемников 4-5. Сложные разветвленные цепи 4-6. Топографические диаграммы 4-7. Дуальность электрических цепей 4-8. Сигнальные графы и их применение для расчета цепей Глава пятая. РЕЗОНАНС В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ 5-2.  Частотные характеристики неразветвленной цепи5-3. Резонанс в цепи с двумя параллельными ветвями 5-4. Частотные характеристики параллельного контура 5-5. Понятие о резонансе в сложных цепях Глава шестая. ЦЕПИ С ВЗАИМНОЙ ИНДУКТИВНОСТЬЮ 6-2. Электродвижущая сила взаимной индукции 6-3. Последовательное соединение индуктивно связанных элементов цепи 6-4. Параллельное соединение индуктивно связанных элементов цепи 6-5. Расчеты разветвленных цепей при наличии взаимной индуктивности 6-7. Передача энергии между индуктивно связанными элементами цепи 6-8. Трансформатор без стального сердечника (воздушный трансформатор) Глава седьмая. КРУГОВЫЕ ДИАГРАММЫ 7-1. Комплексные уравнения прямой и окружности 7-2. Круговые диаграммы для неразветвленной цепи и для активного двухполюсника 7-3. Круговые диаграммы для любой разветвленной цепи Глава восьмая. МНОГОПОЛЮСНИКИ И ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКИ ПРИ СИНУСОИДАЛЬНЫХ ТОКАХ И НАПРЯЖЕНИЯХ 8-1.  Четырехполюсники и их основные уравнения8-2. Определение коэффициентов четырехполюсников 8-3. Режим четырехполюсника при нагрузке 8-4. Эквивалентные схемы четырехполюсников 8-5. Основные уравнения и эквивалентные схемы для активного четырехполюсника 8-6. Идеальный трансформатор как четырехполюсник 8-7. Эквивалентные схемы с идеальными трансформаторами для четырехполюсника 8-8. Эквивалентные схемы трансформатора со стальным магнитопроводом 8-9. Расчеты электрических цепей с трансформаторами 8-10. Графы пассивных четырехполюсников и их простейшие соединения Глава девятая. ЦЕПИ С ЭЛЕКТРОННЫМИ И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ ПРИБОРАМИ В ЛИНЕЙНОМ РЕЖИМЕ 9-2. Эквивалентные схемы лампового триода 9-3. Транзисторы (полупроводниковые триоды) 9-4. Эквивалентные схемы транзисторов 9-5. Простейшие электрические цепи с невзаимными элементами и их направленные графы Глава десятая. ТРЕХФАЗНЫЕ ЦЕПИ 10-2. Соединения звездой и многоугольником 10-3.  Симметричный режим трехфазной цепи10-4. Некоторые свойства трехфазных цепей с различными схемами соединений 10-5. Расчет симметричных режимов трехфазных цепей 10-6. Расчет несимметричных режимов трехфазных цепей со статической нагрузкой 10-7. Напряжения на фазах приемника в некоторых частных случаях 10-9. Измерение мощности в трехфазных цепях 10-10. Вращающееся магнитное поле 10-11. Принципы действия асинхронного и синхронного двигателей Глава одиннадцатая. МЕТОД СИММЕТРИЧНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ 11-2. Некоторые свойства трехфазных цепей в отношении симметричных составляющих токов и напряжений 11-3. Сопротивления симметричной трехфазной цепи для токов различных последовательностей 11-4. Определение токов в симметричной цепи 11-5. Симметричные составляющие напряжений и токов в несимметричной трехфазной цепи 11-6. Расчет цепи с несимметричной нагрузкой 11-7. Расчет цепи с несимметричным участком в линии Глава двенадцатая.  НЕСИНУСОИДАЛЬНЫЕ ТОКИ12-2. Разложение периодической несинусоидальной кривой в тригонометрический ряд 12-3. Максимальные, действующие и средние значения несинусоидальных периодических э. д. с., напряжений и токов 12-4. Коэффициенты, характеризующие форму несинусоидальных периодических кривых 12-5. Несинусоидальные кривые с периодической огибающей 12-6. Действующие значения э. д. с., напряжений и токов с периодическими огибающими 12-7. Расчет цепей с несинусоидальными периодическими э. д. с. и токами 12-8. Резонанс при несинусоидальных э. д. с. и токах 12-9. Мощность периодических несинусоидальных токов 12-10. Высшие гармоники в трехфазных цепях Глава тринадцатая. КЛАССИЧЕСКИЙ МЕТОД РАСЧЕТА ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ 13-2. Переходный, принужденный и свободный процессы 13-3. Короткое замыкание цепи r, L 13-4. Включение цепи r, L на постоянное напряжение 13-5. Включение цепи r, L на синусоидальное напряжение 13-6. Короткое замыкание цепи r, С 13-7.  13-8. Включение цепи r, С на синусоидальное напряжение 13-9. Переходные процессы в неразветвленной цепи r, С 13-10. Апериодический разряд конденсатора 13-11. Предельный случай апериодического разряда конденсатора 13-12. Периодический (колебательный) разряд конденсатора 13-13. Включение цепи r, С на постоянное напряжение 13-14. Общий случай расчета переходных процессов классическим методом 13-15. Включение пассивного двухполюсника на непрерывно изменяющееся напряжение (формула или интеграл Дюамеля) 13-16. Включение пассивного двухполюсника на напряжение любой формы 13-17. Временная и импульсная переходные характеристики 13-18. Запись теоремы свертки при помощи импульсной переходной характеристики 13-19. Переходные процессы при скачках токов в индуктивностях и напряжений на конденсаторах 13-20. Определение переходного процесса и установившегося режима при воздействии периодических импульсов напряжения или тока Глава четырнадцатая.  ОПЕРАТОРНЫЙ МЕТОД РАСЧЕТА ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ14-2. Законы Ома и Кирхгофа в операторной форме 14-3. Эквивалентные операторные схемы 14-4. Переходные процессы в цепях с взаимной индуктивностью 14-5. Сведение расчетов переходных процессов к нулевым начальным условиям 14-6. Определение свободных токов по их изображениям 14-7. Формулы включения 14-8. Расчет переходных процессов методом переменных состояния 14-9. Определение принужденного режима цепи при воздействии на нее периодического несинусоидального напряжения Глава пятнадцатая. ЧАСТОТНЫЙ МЕТОД РАСЧЕТА ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ 15-2. Законы Ома и Кирхгофа и эквивалентные схемы для частотных спектров 15-3. Приближенный метод определения оригинала по вещественной частотной характеристике (метод трапеций) 15-4. О переходе от преобразований Фурье к преобразованиям Лапласа Глава шестнадцатая. ЦЕПНЫЕ СХЕМЫ И ЧАСТОТНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ФИЛЬТРЫ 16-2.  Характеристическое сопротивление и постоянная передачи симметричного четырехполюсника16-3. Вносимая и рабочая постоянные передачи 16-4. Цепные схемы 16-5. Частотные электрические фильтры 16-6. Низкочастотные фильтры 16-8. Полосные фильтры 16-11. Г-образный фильтр как пример несимметричного фильтра 16-12. Безындукционные (или r, C) фильтры Глава семнадцатая. СИНТЕЗ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ 17-2. Передаточная функция четырехполюсника. Цепи минимальной фазы 17-3. Входные функции цепей. Положительные вещественные функции 17-4. Реактивные двухполюсники 17-5. Частотные характеристики реактивных двухполюсников 17-6. Синтез реактивных двухполюсников. Метод Фостера 17-7. Синтез реактивных двухполюсников. Метод Кауэра 17-8. Синтез двухполюсников с потерями. Метод Фостера 17-9. Синтез двухполюсников с потерями. Метод Кауэра 17-10. Понятие о синтезе четырехполюсников Раздел второй. ЛИНЕЙНЫЕ ЦЕПИ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ Глава восемнадцатая.  ГАРМОНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ЦЕПЯХ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ18-2. Уравнения однородной линии 18-3. Установившийся режим в однородной линии 18-4. Уравнения однородной линии с гиперболическими функциями 18-5. Характеристики однородной линии 18-6. Входное сопротивление линии 18-7. Коэффициент отражения волны 18-8. Согласованная нагрузка линии 18-9. Линия без искажений 18-10. Холостой ход, короткое замыкание и нагрузочный режим линии с потерями 18-11. Линии без потерь 18-12. Стоячие волны 18-13. Линия как четырехполюсник Глава девятнадцатая. ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЦЕПЯХ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ 19-2. Общее решение уравнений однородной линии 19-3. Возникновение волн с прямоугольным фронтом 19-4. Общие случаи нахождения волн, возникающих при переключениях 19-5. Отражение волны с прямоугольным фронтом от конца линии 19-6. Общий метод определения отраженных волн 19-7. Качественное рассмотрение переходных процессов в линиях, содержащих сосредоточенные емкости и индуктивности 19-8.  Многократные отражения волн с прямоугольным фронтом от активного сопротивления19-9. Блуждающие волны Раздел III. НЕЛИНЕЙНЫЕ ЦЕПИ Глава двадцатая. НЕЛИНЕЙНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПРИ ПОСТОЯННЫХ ТОКАХ И НАПРЯЖЕНИЯХ 20-2. Графический метод расчета неразветвленных цепей с нелинейными элементами 20-3. Графический метод расчета цепей с параллельным соединением нелинейных элементов 20-4. Графический метод расчета цепей со смешанным соединением нелинейных и линейных элементов 20-5. Применение эквивалентных схем с источниками э. д. с. для исследования режима нелинейных цепей 20-6. Вольт-амперные характеристики нелинейных активных двухполюсников 20-7. Примеры расчета разветвленных электрических цепей с нелинейными элементами 20-8. Применение теории активных двухполюсника, четырехполюсника и шестиполюсника для расчета цепей с линейными и нелинейными элементами 20-9. Расчет разветвленных нелинейных цепей итерационным методом (методом последовательных приближений) Глава двадцать первая.  МАГНИТНЫЕ ЦЕПИ ПРИ ПОСТОЯННЫХ ТОКАХ21-2. Расчет неразветвленных магнитных цепей 21-3. Расчет разветвленных магнитных цепей 21-4. Расчет магнитной цепи кольцевого постоянного магнита с воздушным зазором 21-5. Расчет неразветвленной неоднородной магнитной цепи с постоянным магнитом Глава двадцать вторая. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НЕЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА И МЕТОДОВ ИХ РАСЧЕТА 22-1. Нелинейные двухполюсники и четырехполюсники при переменных токах 22-2. Определение рабочих точек на характеристиках нелинейных двухполюсников и четырехполюсников 22-3. Явления в нелинейных цепях переменного тока 22-4. Методы расчета нелинейных цепей переменного тока Глава двадцать третья. НЕЛИНЕЙНЫЕ ЦЕПИ С ИСТОЧНИКАМИ Э. Д. С. И ТОКА ОДИНАКОВОЙ ЧАСТОТЫ 23-2. Форма кривой тока в цепи с вентилями 23-3. Простейшие выпрямители 23-4. Формы кривых тока и напряжения в цепях с нелинейными реактивными сопротивлениями 23-5. Утроители частоты 23-6. Формы кривых тока и напряжения в цепях с терморезисторами 23-7.  Замена реальных нелинейных элементов условно-нелинейными23-8. Учет реальных свойств стальных магнитопроводов 23-9. Расчет тока в катушке со стальным магнитопроводом 23-10. Понятие о расчете условно-нелинейных магнитных цепей 23-11. Явление феррорезонанса 23-12. Стабилизаторы напряжения Глава двадцать четвертая. НЕЛИНЕЙНЫЕ ЦЕПИ С ИСТОЧНИКАМИ Э. Д. С. И ТОКА РАЗЛИЧНЫХ ЧАСТОТ 24-1. Общая характеристика нелинейных цепей с источниками э. д. с. различных частот 24-2. Вентили в цепях с постоянными и переменными э. д. с. 24-3. Управляемые вентили в простейших выпрямителях и преобразователях постоянного тока в переменный 24-4. Катушки со стальными магнитопроводами в цепях с постоянными и переменными э. д. с. 24-5. Удвоитель частоты 24-6. Метод гармонического баланса 24-7. Влияние постоянной э. д. с. на переменную составляющую тока в цепях с нелинейными безынерционными сопротивлениядли 24-8. Принцип получения модулированных колебаний 24-9.  Влияние постоянной составляющей на переменную в цепях с нелинейными индуктивностями24-10. Магнитные усилители мощности Глава двадцать пятая. ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В НЕЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЯХ 25-2. Включение катушки со стальным магнитопроводом на постоянное напряжение 25-3. Включение катушки со стальным магнитопроводом на синусоидальное напряжение 25-4. Импульсное воздействие в цепях с неоднозначными нелинейностями 25-5. Понятие о простейших запоминающих устройствах 25-6. Изображение переходных процессов на фазовой плоскости 25-7. Колебательный разряд емкости через нелинейную индуктивность Глава двадцать шестая. АВТОКОЛЕБАНИЯ 26-1. Нелинейные резисторы со спадающим участком характеристики 26-2. Понятие об устойчивости режима в цепи с нелинейными резисторами 26-3. Релаксационные колебания в цепи с отрицательным сопротивлением 26-4. Близкие к синусоидальным колебания в цепи с отрицательным сопротивлением 26-5. Фазовые траектории процессов в цепи с отрицательным сопротивлением 26-6.  Фазовые траектории процессов в генераторе синусоидальных колебаний26-7. Определение амплитуды автоколебаний методом гармонического баланса Приложение 1. Разложение периодических функций в тригонометрический ряд Приложение 2. Таблица оригиналов и изображений (по Лапласу) Приложение 3. Таблица функций и их частных спектров Приложение 4. Таблица функций для трапеций СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ |
Простые электрические схемы • Energy-Systems
Простые электрические проекты для различных помещений
Существуют электропроекты различной сложности и объема. Простые электрические схемы обычно составляются для небольших домов и квартир, где присутствует не так много точек освещения и потребления электроэнергии. Для предприятий и производственных помещений чертежи электрики могут быть гораздо более сложными.
При создании электрической схемы, мастер должен учитывать различные особенности помещения, начиная с его размеров и выделенной электрической мощности, заканчивая количеством точек потребления и его назначением.
Пример проекта электроснабжения квартиры
Назад
1из14
Вперед
Как уже говорилось, простейшие электрические схемы обычно создаются для электрификации квартир. В современных условиях при электрификации квартир к этажному или внутреннему щитку подводят три кабеля – провода с фазой, нулем и проводником PE. Эти провода подводятся к прибору учета энергии, а затем идут к подключенным автоматам, устройствам защиты и к самим потребителям энергии.
PE-проводник в электропроводке выполняет функцию заземлителя. Он подводится ко всем точкам потребления, а на другом конце соединяется с системой заземления многоквартирного дома. Без этого провода невозможно реализовать действительно безопасную электрическую сеть, именно благодаря ему при возникновении механических повреждений на изоляции человек не будет подвергаться опасности контакта с высоким напряжением.
Готовая электрическая схема подается на согласование в контролирующие органы, где специалисты проверят ее на соответствие современным нормам и правилам устройства электроустановок.
Если никаких нарушений и недочетов не будет найдено, проект будет согласован и собственник может приступить к выполнению электромонтажных работ.
Если никаких нарушений и недочетов не будет найдено, проект будет согласован и собственник может приступить к выполнению электромонтажных работ.Самым простым вариантом прокладки кабеля будет метод, предполагающий размещение провода таким образом, чтобы один его конец был соединен с распределительной коробкой, а другой подходил к отдельным элементом внутреквартирной электрической сети – внутреннему щитку, выключателям, точкам освещения, розеткам и т.д. Данный способ реализации электрической сети хорош тем, что при возникновении неисправности на линии, ее будет достаточно просто обнаружить и устранить в кратчайшие сроки.
Вводные распределительные коробки принято размещать под потолком квартиры, что иногда не нравится собственникам жилья, и они стремятся всеми доступными средствами скрыть наличие данного важного элемента, в этих целях коробку закрывают обоями или элементами декора. Это в корне неверный подход, попытки спрятать коробку приведут лишь к тому, что в случае возникновении проблем с работой системы, электрику придется убирать все лишнее.
Еще одним важным элементом любой электрической сети, о котором часто забывают, является вопрос соединения проводов. Существует множество различных вариантов соединений, наиболее популярными из них являются: различные клеммники, пайка, скрутки, сварка, пружинные клеммы и другие.
Точки освещения на простых электрических схемах
Несмотря на то что сегодня на рынке появились современные и удобные регуляторы света, позволяющие точно и быстро управлять уровнем освещения в квартире, в большинстве случаев, в комнатах по-прежнему устанавливают стандартные и привычные каждому двухклавишные выключатели. С помощью таких устройств можно организовать три варианта освещения, от самого тусклого, до самого яркого, в зависимости от количества включенных ламп.
При подключении выключателей к сети, слабо разбирающиеся в электрике люди, могут допустить серьезную ошибку – соединить прибор не с проводов фазы, а с нулем. В этом случае система не даст никаких видимых сбоев, выключатель будет работать, а лампы будут гореть, однако, такая ошибка может привести к различным неприятностям.
Нулевой провод ни в коем случае нельзя разрывать, более того, даже при выключении переключателя, на лампочках будет оставаться достаточно высокое напряжение.
Стоит отметить то, как на рисунке выше осуществлен подвод фазного кабеля к патрону. Такой вариант считается наиболее удачным и безопасным, так как полностью исключает вероятность получения человеком травмы в процессе замены лампочки.
Для подключения линий розеток лучше всего использовать отдельный провод высокой мощности и надежности, который отличается способностью выдерживать даже длительное воздействие повышенной температуры и перепады электрических нагрузок.
Ниже вы можете воспользоваться онлайн-калькулятором для расчёта стоимости проектирования сетей электроснабжения:
Онлайн расчет стоимости проектирования
Основные электрические цепи — компоненты, типы — ElectronicsHub
Краткое описание
Что такое электрическая цепь?
Электрическая цепь представляет собой замкнутый путь для передачи электрического тока через среду электрических и магнитных полей.
Поток электронов через петлю составляет электрический ток. Электроны входят в цепь через «Источник», которым может быть батарея или генератор. Источник обеспечивает энергию электронам, создавая электрическое поле, которое обеспечивает электродвижущую силу.
Электроны покидают цепь через нагрузку к земле, таким образом завершая замкнутый путь. Нагрузкой или выходом может быть любой простой бытовой прибор, такой как телевизор, лампа, холодильник, или может быть сложная нагрузка, например, на гидроэлектростанции.
Простая электрическая цепь состоит из источника (например, батареи), проводов в качестве проводящей среды и нагрузки (например, лампочки). Батарея обеспечивает необходимую энергию для потока электронов к лампочке.
Основные элементы схемы
Как упоминалось выше во введении, цепь представляет собой взаимосвязь элементов. Эти элементы подразделяются на активные и пассивные в зависимости от их способности генерировать энергию.
Активные элементы цепи
Активные элементы — это элементы, которые могут генерировать энергию.
Примеры включают батареи, генераторы, операционные усилители и диоды. Обратите внимание, что в электрической цепи элементы источника являются наиболее важными активными элементами.
Источник энергии, будь то источник напряжения или тока, бывает двух типов – независимый и зависимый. Примером независимого источника является батарея, которая обеспечивает постоянное напряжение в цепи, независимо от тока, протекающего через клеммы.
Примером зависимого источника является транзистор, который обеспечивает ток в цепи в зависимости от приложенного к нему напряжения. Другим примером является операционный усилитель, который обеспечивает напряжение в зависимости от дифференциального входного напряжения, подаваемого на его клеммы.
Пассивные элементы схемы
Пассивные элементы можно определить как элементы, которые могут контролировать поток электронов через них. Они либо увеличивают, либо уменьшают напряжение. Вот несколько примеров пассивных элементов.
Резистор : Резистор препятствует протеканию через него тока.
Для линейной цепи применим закон Ома, который гласит, что напряжение на резисторе прямо пропорционально протекающему через него току, при этом пропорциональная постоянная представляет собой сопротивление.
Индуктор : Индуктор хранит энергию в форме электромагнитного поля. Напряжение на катушке индуктивности пропорционально скорости изменения тока, протекающего через нее.
Конденсатор : Конденсатор накапливает энергию в виде электростатического поля. Напряжение на конденсаторе пропорционально заряду.
Типы электрических цепей
Цепи постоянного тока
В цепях постоянного тока применяется возбуждение от постоянного источника. По типу соединения активных и пассивных компонентов с источником цепь можно разделить на последовательную и параллельную.
Цепи серии Когда несколько пассивных элементов соединены последовательно с источником энергии, такая цепь называется последовательной цепью. В последовательной цепи через каждый элемент протекает одинаковый ток, а напряжение делится.
В последовательной цепи, когда элементы соединены в линию, если среди них есть неисправный элемент, полная цепь действует как разомкнутая цепь.
- Для резистора, подключенного к цепям постоянного тока, напряжение на его выводах прямо пропорционально протекающему через него току, что обеспечивает линейную зависимость между напряжением и током. Для резисторов, соединенных последовательно, общее сопротивление равно сумме всех значений сопротивления.
- Для последовательно соединенных конденсаторов общая емкость равна сумме обратных величин всех значений емкости.
- Для катушек индуктивности, соединенных последовательно, общая индуктивность равна сумме всех значений индуктивности.
Параллельные цепи
В параллельной цепи одна клемма всех элементов подключается к одной клемме источника, а другая клемма всех элементов подключается к другой клемме источника.
В параллельных цепях напряжение в параллельных элементах остается неизменным, а ток изменяется.
Если среди параллельных элементов есть какой-либо неисправный элемент, это не влияет на цепь.
- Для резисторов, соединенных параллельно, общее сопротивление равно сумме обратных значений всех значений сопротивления.
- Для последовательно соединенных конденсаторов общая емкость равна сумме всех значений емкости.
- Для катушек индуктивности, соединенных последовательно, общая индуктивность равна сумме всех обратных величин индуктивностей.
Цепи переменного тока
Цепи переменного тока – это цепи, элементом возбуждения которых является источник переменного тока. В отличие от источника постоянного тока, который является постоянным, источник переменного тока имеет переменный ток и напряжение через равные промежутки времени. Как правило, для приложений с высокой мощностью используются цепи переменного тока.
Простая цепь переменного тока с использованием сопротивления
Для переменного тока, проходящего через резистор, соотношение тока и напряжения зависит от фазы и частоты источника питания.
Приложенное напряжение будет постоянно меняться со временем, и закон Ома можно использовать для расчета тока, проходящего через резистор в любой момент времени.
Другими словами, если в момент времени t секунд значение напряжения равно v вольт, ток будет:
i = v/R
, где значение R всегда постоянно.
Приведенное выше уравнение показывает, что полярность тока зависит от полярности напряжения. Кроме того, и ток, и напряжение достигают своего максимума и нуля одновременно. Таким образом, для резистора напряжение совпадает по фазе с приложенным током.
Рассмотрим приведенную ниже принципиальную схему
Когда переключатель замкнут, ток проходит через резистор и определяется уравнением ниже =RIm cos(ωt+Φ)
Для резистора значения напряжения и тока будут увеличиваться и уменьшаться одновременно. Следовательно, разность фаз между напряжением и током равна нулю.
Цепь переменного тока с использованием чистой индуктивности
Катушка из тонкой проволоки, намотанной на цилиндрический сердечник, известна как индуктор.
Сердцевина может быть воздушной (полой многослойной) или железной. При протекании переменного тока через катушку индуктивности магнитное поле также изменяется. Это изменение магнитного поля приводит к индуцированному напряжению на катушке индуктивности. Согласно закону Ленца, наведенное напряжение таково, что оно препятствует протеканию через него тока.
В течение первого полупериода напряжения источника индуктор накапливает энергию в виде магнитного поля, а в течение следующего полупериода высвобождает энергию.
ЭДС индукции задается следующим образом:
e=Ldi/dt
Здесь L — собственная индуктивность.
Теперь прикладываемое входное переменное напряжение определяется как v(t)=Vm Sinωt
Ток через индуктор: I(t)=Im Sinωt
Таким образом, напряжение на индукторе будет
e= L di/dt=wLI_m coswt=wLI_m sin(wt+90)
Таким образом, для катушки индуктивности напряжение опережает ток на 90 градусов.
Теперь сопротивление катушки индуктивности называется реактивным сопротивлением и определяется как
Таким образом, импеданс или сопротивление пропорциональны скорости изменения тока для катушки индуктивности.
Цепь переменного тока с конденсатором
При постоянном питании пластины конденсатора заряжаются до приложенного напряжения, временно сохраняют этот заряд, а затем начинают разряжаться. Как только конденсатор полностью заряжен, он блокирует поток тока, поскольку пластины насыщаются.
Когда на конденсатор подается напряжение питания переменного тока, скорость зарядки и разрядки зависит от частоты питания. Напряжение на конденсаторе отстает от тока, протекающего через него, на 90 градусов.
Ток через конденсатор определяется как
e = Ldi/dt
Емкостное сопротивление определяется как:
e = Ld/idt
Таким образом, импеданс или реактивное сопротивление по отношению к источнику переменного тока обратно пропорциональны частоте источника питания. .
Что такое короткое замыкание и обрыв цепи?
Короткое замыкание
Соединение с низким или пренебрежимо малым сопротивлением между двумя проводниками в электрической цепи называется коротким замыканием.
Короткое замыкание приведет к выделению большего количества тепла и, в конечном итоге, к возникновению искр, пламени или дыма.
Короткое замыкание может быть вызвано неплотными контактами, неисправной изоляцией, резким перегрызанием проводов вредителями, старыми приборами. Одним из лучших и часто используемых методов предотвращения повреждений, вызванных коротким замыканием, является использование предохранителя или автоматического выключателя.
Разомкнутая цепь
Разомкнутая цепь вызвана обрывом электрической цепи. Когда какой-либо элемент в цепи остается неподключенным, создается разомкнутая цепь. В то время как напряжение на разомкнутой цепи имеет некоторое конечное значение, ток равен нулю.
Защита цепи
Преднамеренная установка слабого звена в электрической цепи называется защитой цепи. Целью этой установки является предотвращение повреждений из-за короткого замыкания, превышения температуры и других повреждений.
Защитным устройством цепи может быть предохранитель, автоматический выключатель, тиристор или выключатель.
Компоненты, типы и связанные понятия
Роберт Хазен, доктор философии, Университет Джорджа Мейсона
Схема простой разомкнутой и замкнутой электрической цепи. (Изображение: BijanStock/Shutterstock)Электрические цепи — это важные концепции, которые имеют практическое применение в нашей повседневной жизни. Это очень простая концепция, которая включает в себя три различных компонента: источник электроэнергии, устройство и замкнутый контур из проводящего материала.
Источник электрической энергииПервым компонентом электрической цепи является источник электрической энергии, который позволяет электронам двигаться. Этим источником может быть батарея, солнечный элемент или гидроэлектростанция — место, где есть положительный и отрицательный полюса и откуда заряд может течь от одного к другому. Этот толчок электрического заряда называется напряжением, потенциал которого измеряется в вольтах.
Устройство в электрической цепи Второй компонент — это устройство.
Он реагирует на проходящий через него ток. Сегодня устройство — это то, что можно подключить к настенной розетке и использовать с электричеством. Петля обычно закрывается куском проводящего материала. Обычно это проволока, но есть и другие виды материалов, которые также могут замыкать петлю. Например, внутри телевизора есть различные металлические полоски, нанесенные на пластиковую поверхность, которая может быть проводящим материалом или даже, в некоторых случаях, корпусом устройства, которое становится частью замкнутой цепи.
Третий компонент — сопротивление; каждая цепь имеет некоторое сопротивление потоку электронов. Электроны сталкиваются с другими электронами и атомами, из которых состоит провод, и они, таким образом, преобразуют часть своей энергии в тепло. Просто невозможно передать энергию из одной формы в другую без потери части этой энергии в виде тепла.
Узнайте больше об электромагнетизме.
Фонарик как электрическая цепь Фонарик представляет собой простое устройство, включающее в себя все три компонента.
Две батарейки в фонарике являются источником.
Лампочка на конце фонаря — это устройство, через которое проходит ток. Ток течет по очень тонкой нити накала, которая нагревается до очень высокой температуры из-за электрического сопротивления. В результате нить накала ярко светится.
Цепь, наконец, завершается металлической полосой, которая проходит по боковому корпусу фонарика. На одном конце фонарика также есть катушка провода, а на другом конце есть точки контакта для батареи, а также другая полоса провода, которые вместе замыкают цепь.
Простая электрическая цепь имеет источник, устройство, сопротивление и переключатель. (Изображение: BlueRingMedia/Shutterstock) Выключатели, предохранители и автоматические выключателиФонари и большинство других электроприборов также снабжены выключателями. Переключатель — это просто устройство, которое помогает разорвать непрерывную петлю проводящего материала.
Когда переключатель разомкнут, ток отсутствует, но когда переключатель замкнут, ток есть.
В принципе, все схемы работают так. Даже в цепи, подключенной к стене вашей комнаты, есть непрерывная петля провода, которая простирается от вашего дома до электростанции.
Предохранитель или автоматический выключатель используется для предотвращения крупных пожаров из-за перегрузок. Предохранитель предназначен для сгорания, если ток становится слишком большим.
Узнайте больше о первом законе термодинамики.
Типы электрических цепей
В домах и других обычных устройствах есть два типа цепей; а именно последовательные цепи и параллельные цепи.
Серийные цепи — Серийные цепи состоят из нескольких устройств, каждое из которых соединено одно за другим в один большой контур. Хотя разные устройства имеют разное напряжение на них, один и тот же ток протекает через каждое устройство в последовательной цепи.
Если какое-либо из устройств в последовательной цепи выходит из строя, вся цепь выходит из строя. Например, если есть три лампочки, соединенные последовательно, всего в одной петле провода, подключенного к батарее.
Если одна лампочка выкручена, вся цепь выходит из строя.
Параллельные цепи — В параллельных цепях различные устройства расположены таким образом, что один источник подает напряжение на отдельные петли проводов. Напряжение в каждом устройстве по всей цепи одинаково, но, как правило, разные устройства будут видеть разные токи. В этом случае каждое устройство будет работать, даже если другие выйдут из строя.
Например, если две лампочки соединить параллельно и одну выкрутить, то будет работать другая. Современные гирлянды для елок делаются в параллельных цепях, так что даже если перегорит одна лампочка, не придется выбрасывать всю гирлянду.
Систематизация отношений между электрическими цепями – законы КирхгофаЭто стенограмма из серии видео Радость науки . Смотрите прямо сейчас на Wondrium.
Систематизированное поведение цепей имеет огромное значение в электротехнике и объясняется законами Кирхгофа.
Первый закон гласит: «Энергия, производимая источником, равна энергии, потребляемой в цепи, включая тепло, которое теряется в результате сопротивления».
Второй закон гласит: « Ток, втекающий в любое соединение, равен сумме токов, вытекающих из этого соединения». Это означает, что ток представляет собой электроны, протекающие по проводам, и количество электронов, втекающих в соединение, равно количеству электронов, вытекающих из этого соединения.
Узнайте больше об энтропии.
Являются ли различные формы электрической энергии принципиально одинаковыми? Майкл Фарадей был английским ученым, внесшим вклад в изучение электромагнетизма и электрохимии. (Изображение: Томас Филлипс/общественное достояние) Майкл Фарадей провел тщательные систематические исследования всех этих различных видов электричества. Он смог продемонстрировать, что все эти различные формы электричества вызывают одно и то же явление и возникают в результате движения электронов.
Фарадей пришел к выводу, что все формы энергии производят искры, могут течь по проводам и могут совершать работу. Его исследование также впервые показало, что животное электричество электрического угря, электричество, исходящее от батареи, и электричество молнии — все это одно и то же явление.
Электрический ток и мощностьПоток или движение электронов по электрической цепи называется электрическим током. Ток измеряется в амперах. Один ампер соответствует примерно 6 миллиардам электронов, проходящих через точку этой цепи каждую секунду.
Другим важным термином, связанным с электричеством, является мощность. Мощность определяется как работа, деленная на время. В электрической цепи мощность равна текущему напряжению, измеряемому в ваттах. Чем выше мощность, тем быстрее энергия потребляется этим объектом, будь то лампочка, усилитель или любое электрическое устройство.
Узнайте больше о магнетизме и статическом электричестве.
Общие вопросы о
Вклад Алессандро Вольта и изобретение батареиВ: Как светится лампочка в фонарике?
Когда ток течет по очень тонкой нити накала, она нагревается до очень высокой температуры из-за электрического сопротивления.
