Какие бывают типы электрических цепей. Как классифицируются электрические цепи по различным признакам. Какие виды схем используются в электротехнике для изображения цепей. Каковы основные элементы и законы электрических цепей.
Основные понятия и определения электрических цепей
Электрическая цепь представляет собой совокупность устройств и элементов, предназначенных для протекания электрического тока. Основными компонентами электрической цепи являются:
- Источники электрической энергии (генераторы, аккумуляторы)
- Потребители электрической энергии (лампы, двигатели)
- Коммутационные устройства (выключатели, переключатели)
- Проводники, соединяющие элементы цепи
Для описания процессов в электрических цепях используются такие понятия как ток, напряжение, сопротивление, мощность. Основными законами, действующими в электрических цепях, являются закон Ома и законы Кирхгофа.
Классификация электрических цепей по различным признакам
Электрические цепи можно классифицировать по следующим основным признакам:
По характеру тока
- Цепи постоянного тока
- Цепи переменного тока
По сложности
- Простые (неразветвленные)
- Сложные (разветвленные)
По наличию источников
- Активные (содержат источники энергии)
- Пассивные (не содержат источников энергии)
По характеру элементов
- Линейные (содержат только линейные элементы)
- Нелинейные (содержат хотя бы один нелинейный элемент)
Такая классификация позволяет систематизировать различные типы электрических цепей и выбирать соответствующие методы их анализа и расчета.
Основные виды схем, используемых в электротехнике
Для графического изображения электрических цепей в электротехнике используются различные виды схем:
Принципиальные схемы
Принципиальные схемы показывают полный состав элементов цепи и связей между ними. Элементы изображаются условными графическими обозначениями. Эти схемы наиболее полно отражают принцип работы устройства.
Функциональные схемы
Функциональные схемы отображают основные функциональные части устройства и связи между ними. Они позволяют понять принцип действия устройства на функциональном уровне.
Структурные схемы
Структурные схемы определяют основные функциональные части устройства, их назначение и взаимосвязи. Они дают общее представление о составе и структуре устройства.
Монтажные схемы
Монтажные схемы показывают соединения составных частей устройства и определяют провода, жгуты, кабели, которыми осуществляются эти соединения. Используются при монтаже и наладке оборудования.
Правильный выбор типа схемы позволяет наглядно представить устройство электрической цепи в соответствии с решаемой задачей.
Последовательное и параллельное соединение элементов
Одними из базовых типов соединения элементов в электрических цепях являются последовательное и параллельное соединения.
Последовательное соединение
При последовательном соединении элементы цепи соединяются друг за другом, образуя единственный путь для тока. Основные свойства последовательного соединения:
- Через все элементы протекает один и тот же ток
- Общее напряжение равно сумме напряжений на отдельных элементах
- Общее сопротивление равно сумме сопротивлений элементов
Параллельное соединение
При параллельном соединении все элементы подключаются к одним и тем же двум узлам цепи. Основные свойства параллельного соединения:
- На всех элементах одинаковое напряжение
- Общий ток равен сумме токов через отдельные элементы
- Обратная величина общего сопротивления равна сумме обратных величин сопротивлений элементов
Понимание особенностей последовательного и параллельного соединений позволяет правильно анализировать и рассчитывать электрические цепи.
Линейные и нелинейные электрические цепи
Важной классификацией электрических цепей является их разделение на линейные и нелинейные.
Линейные цепи
Линейные цепи состоят только из линейных элементов, параметры которых не зависят от тока и напряжения. К линейным элементам относятся:
- Резисторы
- Конденсаторы
- Катушки индуктивности (без сердечника)
- Идеальные источники тока и напряжения
Для линейных цепей справедлив принцип суперпозиции, что упрощает их анализ и расчет.
Нелинейные цепи
Нелинейные цепи содержат хотя бы один нелинейный элемент, параметры которого зависят от тока или напряжения. Примерами нелинейных элементов являются:
- Диоды
- Транзисторы
- Катушки с ферромагнитным сердечником
- Лампы накаливания
Анализ нелинейных цепей более сложен и требует специальных методов расчета.
Методы расчета электрических цепей
Для анализа и расчета электрических цепей применяются различные методы, выбор которых зависит от типа и сложности цепи:
Метод непосредственного применения законов Кирхгофа
Этот метод основан на составлении и решении системы уравнений по законам Кирхгофа. Он универсален, но трудоемок для сложных цепей.
Метод контурных токов
Метод контурных токов позволяет уменьшить число уравнений за счет введения фиктивных контурных токов. Эффективен для цепей с большим числом узлов.
Метод узловых потенциалов
Этот метод основан на вычислении потенциалов узлов цепи. Он особенно эффективен для цепей с большим числом ветвей.
Метод наложения
Метод наложения применим только для линейных цепей. Он позволяет рассчитать токи в ветвях путем суммирования токов от действия каждого источника в отдельности.
Метод эквивалентного генератора
Этот метод используется для расчета тока в одной ветви сложной цепи. Он основан на замене всей цепи, кроме исследуемой ветви, эквивалентным генератором.
Правильный выбор метода расчета позволяет эффективно анализировать электрические цепи различной сложности.
Переходные процессы в электрических цепях
Переходные процессы возникают в электрических цепях при резких изменениях режима работы (включение, выключение, короткое замыкание). Их изучение важно для понимания динамического поведения цепей.
Основные понятия теории переходных процессов
- Принужденная составляющая — установившийся режим после окончания переходного процесса
- Свободная составляющая — составляющая, затухающая со временем
- Постоянная времени — характеризует скорость затухания свободной составляющей
Методы расчета переходных процессов
Для расчета переходных процессов применяются следующие основные методы:
- Классический метод (решение дифференциальных уравнений)
- Операторный метод (с использованием преобразования Лапласа)
- Метод переменных состояния
Понимание переходных процессов необходимо для правильного проектирования и эксплуатации электрических цепей и систем.
Научно-образовательный портал ТУСУР | Теоретические основы электротехники. Часть 1. Установившиеся режимы в линейных электрических цепях: Учебное пособие / Шандарова Е. Б., Шутенков А. В., Дмитриев В. М., Хатников В. И., Ганджа Т. В. — 2015. 187 с.
Введение …. 6
Тема 1. Основные понятия и законы электрических цепей .. 8
1.1. Определение электрической цепи . 8
1.2. Топологические характеристики цепи … 8
1.3. Фундаментальные переменные цепи …. 13
1.4. Схемы электрической цепи …. 16
1.5. Элементы электрических цепей .. 17
1.6. Классификация сигналов … 23
1.7. Понятие о компонентных и топологических уравнениях. Закон Ома. Законы Кирхгофа …. 27
1.8. Модели электрической цепи. Анализ и синтез электрических цепей . 28
1.9. Классификация электрических цепей … 30
Тема 2. Анализ простейших линейных цепей при гармоническом воздействии . 31
2.1. Понятие гармонической функции …. 31
2.2. Метод комплексных амплитуд.
Комплексные числа и основные операции над ними … 33
2.3. Комплексные изображения гармонических функций . 34
2.4. Анализ RLC-цепей при гармоническом воздействии 37
2.5. Активная, реактивная, полная и комплексная мощности . 41
2.6. Баланс мощностей …. 43
2.7. Преобразования электрических цепей . 44
2.8. Расчет электрических цепей с взаимной индуктивностью … 49
2.9. Линейный трансформатор . 53
Тема 3. Частотные характеристики электрической цепи. Резонанс в электрических цепях …. 55
3.1. Комплексные частотные характеристики . 55
3.2. Понятие о резонансе в электрических цепях . 56
3.3. Последовательный колебательный контур.Резонанс напряжений …. 57
3.4. Параллельный колебательный контур.
Резонанс токов 60
3.5. Резонанс в индуктивно связанных
колебательных контурах …. 62
Тема 4. Анализ разветвленных электрических цепей … 64
4.1. Общее представление о методах формирования уравнений модели цепи .
64
4.2. Методы, основанные на прямом применении законов Кирхгофа 64
4.3. Метод контурных токов 66
4.4. Метод узловых напряжений … 70
4.5. Метод компонентных цепей … 74
Тема 5. Принципы и теоремы теории цепей …. 76
5.1. Принцип наложения и метод наложения .. 76
5.2. Принцип взаимности 77
5.3. Принцип компенсации .. 77
5.4. Теорема и метод эквивалентного генератора 78
Тема 6. Четырехполюсники … 81
6.1. Классификация четырехполюсников …. 81
6.2. Основные уравнения и первичные параметры четырехполюсников . 82
6.3. Схемы замещения четырехполюсников …. 85
6.4. Характеристические параметры четырехполюсников . 86
6.5. Электрические фильтры 90
6.6. Фильтры высоких порядков …. 97
Тема 7. Расчет электрических цепей при периодических несинусоидальных воздействиях . 105
7.1. Метод расчета мгновенных установившихся значений переменных при действии несинусоидальных ЭДС….105
7.
2. Действующие периодические несинусоидальные токи и напряжения .. 109
7.3. Активная мощность при периодических несинусоидальных токах и напряжениях 109
7.4. Зависимость формы кривой тока от характера цепи при периодическом несинусоидальном напряжении … 110
Тема 8. Трехфазные цепи….113
8.1. Понятие о многофазных цепях и системах .. 113
8.2. Симметричный режим трехфазной цепи . 115
8.3. Несимметричный режим трехфазной цепи .. 120
8.4. Измерение мощности в трехфазных цепях .. 122
8.5. Аварийные режимы в трехфазных цепях 125
8.6. Вращающееся магнитное поле .. 126
8.7. Разложение несимметричной трехфазной системы напряжений и токов на симметричные составляющие …. 129
Тема 9. Установившиеся режимы в электрических цепях с распределенными параметрами …. 131
9.1. Определение цепей с распределенными параметрами. Упрощенная теория линий …. 131
9.2. Дифференциальные уравнения однородной линии и их решение для синусоидального режима 131
9.
3. Бегущие волны в линии … 134
9.4. Определение напряжения и тока в любой точке линии по заданным напряжению и току в начале или в конце линии .. 136
9.5. Условия неискаженной передачи сигнала в линии . 138
9.6. Режим согласованной нагрузки . 139
9.7. Входное сопротивление линии .. 140
9.8. Линия без потерь. Стоячие волны .. 140
Приложение 1. Вопросы для самоконтроля … 144
Приложение 2. Контрольные задания … 154
Приложение 3. Ответы на вопросы для самоконтроля 176
Приложение 4. Ответы на контрольные задания … 182
Список литературы 186
Электрическая цепь | это… Что такое Электрическая цепь?
У этого термина существуют и другие значения, см. Цепь (значения).
Рисунок 1 — Условное обозначение электрической цепи
Электри́ческая цепь — совокупность устройств, элементов, предназначенных для протекания электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий сила тока и напряжение.
Изображение электрической цепи с помощью условных знаков называют электрической схемой (рисунок 1).
Содержание
|
Классификация электрических цепей
Неразветвленные и разветвленные электрические цепи
Рисунок 2 — Разветвленная цепь
Электрические цепи подразделяют на неразветвленные и разветвленные. На рисунке 1 представлена схема простейшей неразветвленной цепи. Во всех элементах ее течет один и тот же ток. Простейшая разветвленная цепь изображена на рисунке 2. В ней имеются три ветви и два узла. В каждой ветви течет свой ток. Ветвь можно определить как участок цепи, образованный последовательно соединенными элементами (через которые течет одинаковый ток) и заключенный между двумя узлами.
В свою очередь узел есть точка цепи, в которой сходятся не менее трех ветвей. Если в месте пересечения двух линий на электрической схеме поставлена точка (рисунок 2), то в этом месте есть электрическое соединение двух линий, в противном случае его нет. Узел, в котором сходятся две ветви, одна из которых является продолжением другой, называют устранимым или вырожденным узлом
Линейные и нелинейные электрические цепи
Линейной электрической цепью называют такую цепь, все компоненты которой линейны. К линейным компонентам относятся зависимые и независимые идеализированные источники токов и напряжений, резисторы (подчиняющиеся закону Ома), и любые другие компоненты, описываемые линейными дифференциальными уравнениями, наиболее известны электрические конденсаторы и индуктивности. Если цепь содержит отличные от перечисленных компоненты, то она называется нелинейной.
Изображение электрической цепи с помощью условных обозначений называют электрической схемой. Функция зависимости тока, протекающего по двухполюсному компоненту от напряжения на этом компоненте называют вольт-амперной характеристикой (ВАХ).
Часто ВАХ изображают графически в декартовых координатах. При этом по оси абсцисс на графике обычно откладывают напряжение, а по оси ординат — ток.
В частности, омические резисторы, ВАХ которых описывается линейной функцией и на графике ВАХ являются прямыми линиями, называют линейными.
Примерами линейных (как правило, в очень хорошем приближении) цепей являются цепи, содержащие только резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности без ферромагнитных сердечников.
Некоторые нелинейные цепи можно приближенно описывать как линейные, если изменение приращений токов или напряжений на компоненте мало, при этом нелинейная ВАХ такого компонента заменяется линейной (касательной к ВАХ в рабочей точке). Этот подход называют «линеаризацией». При этом к цепи может быть прменён мощный математический аппарат анализа линейных цепей. Примерами таких нелинейных цепей, анализируемых как линейные относятся практически любые электронные устройства, работающие в линейном режиме и содержащие нелинейные активные и пассивные компоненты (усилители, генераторы и др.
).
Законы, действующие в электрических цепях
- Закон Ома
- Теорема Тевенина
- Правило токов Кирхгофа
- Правило напряжений Кирхгофа
См. также
- Последовательное и параллельное соединение
- Короткое замыкание
- Электрическая сеть
- Элементы электрических цепей
Литература
- Электротехника: Учеб. для вузов/А. С. Касаткин, М. В. Немцов.— 7-е изд., стер.— М.: Высш. шк., 2003.— 542 с.: ил. ISBN 5-06-003595-6
- Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. — М.: Гардарики, 2002. — 638 с. — ISBN 5-8297-0026-3
Ссылки
- Нелинейные электрические цепи
типов электрических цепей | Определение электрической цепи, примеры, символы
Существует 5 основных типов электрических цепей – замкнутая цепь, разомкнутая цепь, короткое замыкание, последовательная цепь и параллельная цепь. Узнайте в деталях.
Существует 5 основных типов электрических цепей: замкнутая цепь, разомкнутая цепь, короткое замыкание, последовательное замыкание и параллельное замыкание.
Давайте узнаем и разберемся в деталях с определением, примерами и символами.
Содержание:
Что такое электрическая цепь?
Электрическая цепь — это проводящий путь для протекания тока или электричества, называемый электрической цепью или электрической цепью. Токопроводящий провод используется для установления связи между источником напряжения и нагрузкой. Между источником и нагрузкой также используется переключатель ВКЛ/ВЫКЛ и предохранитель.
Типы электрических цепей
Типы электрических цепей
Существует следующие 5 основных типов электрических цепей:
1. Замкнутая цепь
Когда нагрузка работает сама по себе в цепи, это называется замкнутой цепью или замкнутой цепью. В этой ситуации значение тока зависит от нагрузки.
Пример замкнутой цепи или замкнутой цепи
2. Разомкнутая цепь
Когда в цепи имеется неисправный электрический провод или электронный компонент или переключатель находится в положении ВЫКЛ, это называется разомкнутой цепью.
На приведенной ниже диаграмме вы можете видеть, что лампочка не светится, потому что либо выключатель выключен, либо неисправность электрического провода.
Пример разомкнутой цепи
3. Короткое замыкание
Когда обе точки ( + и – ) источника напряжения в цепи по какой-либо причине соединяются друг с другом, это называется коротким замыканием. В этой ситуации начинает течь максимальный ток. Короткое замыкание обычно происходит, когда проводящие электрические провода замыкаются даже из-за короткого замыкания в нагрузке.
Пример короткого замыкания
4. Последовательная цепь
Когда 2 или более нагрузок ( Лампа, компактная люминесцентная лампа, светодиод, вентилятор и т. д. ) соединены друг с другом последовательно, тогда это называется последовательной цепью. В последовательной цепи, если одна нагрузка или лампочка получает предохранитель, то остальные лампочки не получат питания и не будут светиться.
Посмотрите на пример ниже .
Пример последовательной цепи
5. Параллельная цепь
При 2 или более нагрузках ( Лампа накаливания, компактная люминесцентная лампа, светодиод, вентилятор и т. д. ) соединены друг с другом параллельно, тогда это называется параллельным контуром. В этом типе схемы допустимое напряжение всех нагрузок должно быть равно входному напряжению. Мощность «нагрузки» может быть разной. В параллельной цепи, если одна нагрузка или лампочка получает предохранитель, то остальные лампочки по-прежнему будут получать питание и будут светиться. Посмотрите на пример ниже .
Пример параллельной цепи
Различные типы электрических цепей
Related Posts:
- Как работает электронная/электрическая схема
- Как уменьшить счет за электроэнергию
- Определение базовой электроники
- Как преобразовать переменный ток в постоянный с помощью диода
- Электронные компоненты, детали и их функции
- Типы печатных плат | Различные типы печатных плат (PCB)
- Как паять – Руководство по ручной пайке
- Технология поверхностного монтажа SMT
- Структура атома
- Электрический ток
- Разница потенциалов
Типы цепей | Узнайте о различных типах электрических цепей
Электрическая цепь — это просто взаимосвязь элементов цепи, таких как резисторы, конденсаторы, источник напряжения или тока и т.
д. В зависимости от типа элементов цепи и способа их соединения у нас могут быть разные типы цепей. В этом руководстве мы рассмотрим основные типы электрических цепей.
Краткое описание
Что такое электрическая цепь?
Предположим, у вас есть маленькая электрическая лампочка и батарейка. Чтобы заставить лампочку светиться, все, что вам нужно сделать, это соединить два контакта лампочки с положительной и отрицательной клеммами батареи. Вот и все. Вы составили простую электрическую цепь. Электрическая цепь представляет собой соединение различных типов элементов цепи, таких как источник энергии, резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, транзисторы и т. д.
Энергия от источника (в предыдущем примере это батарея) проходит через элементы цепи ( лампочка в данном случае) в виде электрического тока и на клеммах элементов появляется напряжение.
Типы цепей
Представьте, что у нас есть две лампочки, и мы хотим подключить их к аккумулятору.
Как мы их соединим? Что произойдет, если мы соединим их спина к спине? Или мы можем подключить их к клеммам аккумулятора одновременно?
Суть приведенного выше обсуждения заключается в том, что в зависимости от того, как вы соединяете элементы схемы, у вас могут быть разные типы цепей, и, соответственно, параметры цепи, такие как напряжение и ток отдельного элемента, будут различаться.
Например, если мы соединим две лампы встречно-параллельно и подключим их к батарее, это называется последовательной цепью. Но если мы одновременно подключим обе лампочки к батарее, это называется параллельной цепью.
Существуют ли только эти два типа цепей? Нет, это два основных типа электрических цепей, и их гораздо больше. Ниже приведен список различных типов цепей, которые мы часто встречаем в электрических цепях.
- Обрыв цепи
- Замкнутая цепь Цепь серии
- Параллельная цепь Серия
- – Параллельная комбинированная схема
- Цепь Звезда-Дельта
- Линейная схема
- Нелинейная схема
- Активная цепь
- Пассивная цепь
- Односторонний контур
- Двусторонний контур
- Цепь переменного тока
- Цепь постоянного тока
Давайте теперь кратко разберемся в этих различных типах цепей.
Разомкнутая цепь
Если в электрической цепи есть разрыв на пути прохождения тока, то это называется разомкнутой цепью. Разомкнутый выключатель или перегоревший предохранитель прерывают подачу тока и, как следствие, делают цепь разомкнутой.
Замкнутая цепь
Чтобы в электрической цепи протекал ток, она должна быть замкнутой. Замкнутая цепь замыкает электрическую цепь и обеспечивает путь для протекания тока. Если мы переключим предыдущий переключатель, он замкнет цепь и сделает ее замкнутой.
Последовательная цепь
Если мы соединим все элементы в цепи встречно-параллельно, то эта цепь называется последовательной цепью. В последовательной цепи есть только один путь для протекания тока, и в результате один и тот же ток протекает через все элементы цепи.
Параллельная цепь
Параллельная цепь полностью отличается от последовательной. В то время как между элементами цепи в последовательной цепи есть только одна общая точка, в параллельной цепи есть две общие точки.
В параллельной цепи две клеммы обоих элементов схемы соединены вместе. В результате ток в параллельной цепи может протекать более чем по одному пути.
— Параллельная комбинированная цепь
Серия А — Параллельная комбинированная цепь, как следует из названия, состоит из комбинации последовательной и параллельной цепей.
Цепь звезда-треугольник
Помимо последовательных и параллельных цепей, есть еще два типа цепей, которые не попадают ни в одну из этих категорий. Это схемы «звезда» и «треугольник». Если элементы соединены по схеме «звезда» (Y или звезда), то это называется звездной схемой. С другой стороны, если элементы соединены по схеме «треугольник» (треугольник), то это называется дельта-цепью.
Схема «звезда» и «треугольник» очень важна для трансформаторов, и у нас также есть формулы для преобразования схемы «звезда» в «треугольник».
Линейная цепь
Линейный элемент — это электронный компонент, демонстрирующий линейную зависимость между напряжением и током, т.
е. его свойства, такие как сопротивление, емкость, индуктивность и т. д., всегда постоянны. Некоторые линейные элементы: резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности и т. д. Если цепь состоит только из этих линейных элементов, то цепь называется линейной цепью.
Все схемы на основе операционных усилителей, такие как усилители, интеграторы, дифференциаторы, фильтры и т. д., являются примерами линейных схем.
Нелинейная цепь
Нелинейный элемент представляет собой электронный компонент, который демонстрирует нелинейную зависимость между напряжением и током, т. е. его сопротивление, индуктивность или емкость непостоянны. Диоды и транзисторы являются двумя основными нелинейными элементами. Другие примеры включают катушки индуктивности и трансформаторы с железным сердечником.
Если цепь состоит хотя бы из одного нелинейного элемента, то она называется нелинейной цепью.
Активная цепь
Активная цепь — это электрическая цепь, которая имеет внутренний источник энергии или возвращает энергию к источнику.
За исключением диодных схем, все полупроводниковые схемы являются активными цепями.
Пассивная цепь
Пассивная цепь — это электрическая цепь, которая получает энергию только от внешнего источника, но не возвращает ее источнику. Все цепи «RLC» являются пассивными цепями.
Односторонняя цепь
Односторонняя цепь представляет собой электрическую цепь, характеристики или свойства которой изменяются в зависимости от направления тока или операции. Диод в качестве выпрямителя является классическим примером односторонней схемы, в которой он выпрямляет только положительный цикл сигнала переменного тока, но не отрицательный цикл.
Двусторонняя цепь
В двусторонней цепи характеристики или свойства цепи одинаковы независимо от направления работы или протекания тока. Резистивная цепь — это простой пример двусторонней цепи. В сложных схемах линия передачи представляет собой двустороннюю цепь.
Цепь переменного тока
Если основным источником питания в цепи является переменный ток, то она называется цепью переменного тока.
