Классификация электрических цепей: виды, элементы и основные законы

Какие бывают виды электрических цепей. Из каких элементов состоят электрические цепи. Какие основные законы действуют в электрических цепях. Как классифицируют электрические цепи по различным признакам.

Основные виды и элементы электрических цепей

Электрическая цепь представляет собой совокупность устройств, предназначенных для протекания электрического тока. Основными элементами электрической цепи являются:

• Источники электрической энергии (генераторы, аккумуляторы)
• Потребители электрической энергии (нагрузка)
• Проводники для передачи электроэнергии
• Коммутационные устройства (выключатели, рубильники)
• Измерительные приборы (амперметры, вольтметры)

Электрическая цепь делится на внутреннюю (источник энергии) и внешнюю (все остальные элементы) части. Для протекания тока цепь должна быть замкнутой.

Классификация электрических цепей по различным признакам

Электрические цепи классифицируют по нескольким основным признакам:

1. По роду тока:

• Цепи постоянного тока
• Цепи переменного тока (синусоидального и несинусоидального)

2. По числу фаз:

• Однофазные
• Трехфазные

3. По характеру элементов:

• Линейные (все элементы линейные)
• Нелинейные (содержат хотя бы один нелинейный элемент)

4. По распределению параметров:

• С сосредоточенными параметрами
• С распределенными параметрами (например, длинные линии электропередачи)

5. По способу соединения элементов:

• Неразветвленные (последовательное соединение)
• Разветвленные (параллельное и смешанное соединение)

Такая классификация позволяет систематизировать электрические цепи и применять соответствующие методы их расчета и анализа.

Основные законы электрических цепей

В электрических цепях действуют следующие фундаментальные законы:

Закон Ома

Устанавливает связь между током, напряжением и сопротивлением участка цепи:

I = U / R

где I — сила тока, U — напряжение, R — сопротивление.

Первый закон Кирхгофа

Алгебраическая сумма токов в узле электрической цепи равна нулю:

∑I = 0

Второй закон Кирхгофа

Алгебраическая сумма падений напряжений в замкнутом контуре равна алгебраической сумме ЭДС в этом контуре:

∑U = ∑E

Закон Джоуля-Ленца

Определяет количество теплоты, выделяемое проводником при протекании тока:

Q = I²Rt

где Q — количество теплоты, I — сила тока, R — сопротивление, t — время.

Знание этих законов позволяет анализировать работу электрических цепей и рассчитывать их параметры.

Топологические понятия в теории электрических цепей

При анализе электрических цепей используются следующие важные топологические понятия:

• Узел — место соединения трех и более ветвей цепи
• Ветвь — участок цепи между двумя соседними узлами
• Контур — замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям цепи

Эти понятия помогают описывать структуру электрических цепей и применять к ним законы Кирхгофа.

Режимы работы электрических цепей

Электрические цепи могут работать в различных режимах:

• Номинальный режим — рабочий режим, на который рассчитана цепь
• Режим холостого хода — режим при отсутствии нагрузки
• Режим короткого замыкания — режим при замыкании выходных зажимов
• Согласованный режим — режим максимальной передачи мощности в нагрузку

Анализ этих режимов важен для правильной эксплуатации и проектирования электрических цепей.

Особенности цепей постоянного и переменного тока

Цепи постоянного и переменного тока имеют ряд существенных различий:

Цепи постоянного тока:

• Ток и напряжение не меняются во времени
• Отсутствуют явления самоиндукции
• Конденсаторы препятствуют протеканию тока

Цепи переменного тока:

• Ток и напряжение периодически изменяются
• Проявляются индуктивные и емкостные эффекты
• Возможна передача энергии на большие расстояния

Эти особенности определяют области применения и методы расчета цепей постоянного и переменного тока.

Применение классификации электрических цепей

Классификация электрических цепей имеет важное практическое значение:

• Помогает выбрать оптимальный метод расчета и анализа цепи
• Позволяет определить наиболее подходящие компоненты для построения цепи
• Облегчает диагностику и поиск неисправностей в электрических системах
• Способствует более эффективному проектированию электротехнических устройств

Понимание различных типов электрических цепей позволяет инженерам-электрикам создавать более совершенные и эффективные электрические системы.

контур, схема, расчет, разветвленные и линейные цепи

Содержание статьи:

При обустройстве новой квартиры или дома, обновлении или ремонте жилья приходится сталкиваться с элементами, предназначенными для протекания электрического тока. Важно знать, что представляет собой электрическая цепь, из чего она состоит, зачем нужна схема, и какие расчеты необходимо выполнить.

Что такое электрические цепи

Электрической цепью называют совокупность устройств, необходимых для прохождения по ним электрического тока

Электрическая цепь – это комплекс различных элементов, соединенных между собой. Она предназначена для протекания электрического тока, где происходят переходные процессы. Движение электронов обеспечивается наличием разности потенциалов и может быть описано при помощи таких терминов, как напряжение и сила тока.

Внутренняя цепь обеспечивается подключением напряжения, как источника питания. Остальные элементы образуют внешнюю сеть. Для движения зарядов в источнике питания поля потребуется приложение сторонней силы. Это может быть обмотка генератора, трансформатора или гальванический источник.

Чтобы такая система правильно функционировала, ее контур должен быть замкнутый, иначе ток протекать не будет. Это обязательное условие для согласованной работы всех устройств. Не всякий контур может быть электрической цепью. Например, линии заземления или защиты не являются таковыми, поскольку в обычном режиме по ним не проходит ток. Назвать их электрическими можно по принципу действия. В аварийной ситуации по ним проходит ток, а контур замыкается, уходя в грунт.

В зависимости от источника питания напряжение в цепи может быть постоянным или переменным. Батарея элементов дает постоянное напряжение, а обмотки генераторов или трансформаторов – переменное.

Основные компоненты

Инвентор электрического тока

Все составные части в цепи участвуют в одном электромагнитном процессе. Условно их разделяют на три группы.

• Первичные источники электрической энергии и сигналов могут преобразовывать энергию неэлектромагнитной природы в электрическую. Например, гальванический элемент, аккумулятор, электромеханический генератор.
• Вторичный тип, как на входе, так и на выходе имеет электрическую энергию. Изменяются только ее параметры – напряжение и ток, их форма, величина и частота. Примером могут быть выпрямители, инверторы, трансформаторы.
• Потребители активной энергии преобразовывают электрический ток в освещение или тепло. Это электротермические устройства, лампы, резисторы, электродвигатели.
• К вспомогательным компонентам относят коммутационные устройства, измерительные приборы, соединительные элементы и провод.

Основой электрической сети является схема. Это графический рисунок, который содержит условные изображения и обозначения элементов и их соединение. Они выполняются согласно ГОСТу 2.721-74 – 2.758-81

Схема простейшей линии включает в себя гальванический элемент. С помощью проводов к нему через выключатель подсоединена лампа накаливания. Для измерения силы тока и напряжения в нее включен вольтметр и амперметр.

Классификация цепей

Электроцепи классифицируют по типу сложности: простые (неразветвленные) и сложные (разветвленные). Есть разделение на цепи постоянного тока и переменного, а также синусоидального и несинусоидального. Исходя из характера элементов, они бывают линейные и нелинейные. Линии переменного тока могут быть однофазными и трехфазными.

Разветвленные и неразветвленные

Во всех элементах неразветвленной цепи течет один и тот же ток. Простейшая разветвленная линия включает в себя три ветви и два узла. В каждой ветви течет свой ток. Ветвь определяют как участок цепи, который образован последовательно соединенными элементами, заключенными между двух узлов. Узел – это точка, в которой сходятся три ветви.

Если на схеме при пересечении двух прямых поставлена точка, в этом месте есть электрическое соединение двух линий. Если узел не обозначен – цепь неразветвленная.

Линейные и нелинейные

Электрическая цепь, в которой потребители не зависят от значения напряжения и направления токов, а все компоненты линейные, называется линейной. К элементам такой цепи относятся зависимые и независимые источники токов и напряжений. В линейной сопротивление элемента не зависит от тока, например, электропечь.

В нелинейной, пассивные элементы зависят от значений направления токов и напряжения, имеют хотя бы один нелинейный элемент. Например, сопротивление лампы накаливания зависит от скачков напряжения и силы тока.

Обозначения элементов на схеме

Прежде чем приступить к монтажу оборудования необходимо изучить нормативные сопровождающие документы. Схема позволяет донести до пользователя полную характеристику изделия с помощью буквенных и графических обозначений, занесенных в единый реестр конструкторской документации.

К чертежу прилагаются дополнительные документы. Их перечень может быть указан в алфавитном порядке с цифровой сортировкой на самом чертеже, либо отдельным листом. Классифицируют десять видов схем, в электротехнике обычно используют три основные схемы.

• Функциональная имеет минимальную детализацию. Основные функции узлов изображают прямоугольником с буквенными обозначениями.
• Принципиальная схема подробно отображает конструкцию использованных элементов, а также их связи и контакты. Необходимые параметры могут быть отображены непосредственно на схеме или в отдельном документе. Если указана только часть установки, это однолинейная схема, когда указаны все элементы – полная.
• В монтажной электрической схеме используют позиционные обозначения элементов, их месторасположение, способ монтажа и очередность.

Для чтения электросхем нужно знать условные графические обозначения. Провода, которые соединяют элементы, изображаются линиями. Сплошная линия – это общее обозначение проводки. Над ней могут быть указаны данные о способе прокладки, материале, напряжении, токе. Для однолинейной схемы группа проводников изображается пунктирной линией. В начале и в конце указывают маркировку провода и место его подключения.

Вертикальные засечки на линии проводки говорят о количестве проводников. Если их более трех, выполняют цифровое обозначение. Прерывистой линией обозначают управляющие цепи, сеть охранного, эвакуационного, аварийного освещения.

Выключатель на схеме выглядит как кружок с наклоненной вправо чертой. По виду и количеству черточек определяют параметры устройства.

Кроме основных чертежей есть схемы замещения.

Трехфазные электрические цепи

Трехфазная цепь в рабочем режиме

Среди электрических цепей распространены как однофазные, так и многофазные системы. Каждая часть многофазной цепи характеризуется одинаковым значением тока и называется фазой. Электротехника различает два понятия этого термина. Первое – непосредственная составляющая трехфазной системы. Второе – величина, изменяющаяся синусоидально.

Трехфазная цепь – это одна из многофазных систем переменного тока, где действуют синусоидальные ЭДС (электродвижущая сила) одинаковой частоты, которые сдвинуты во времени относительно друг друга на определенный фазовый угол. Она образована обмотками трехфазного генератора, тремя приемниками электроэнергии и соединительными проводами.

Такие цепи служат для обеспечения генерации электрической энергии, для ее передачи, распределения, и имеет следующие преимущества:

• экономичность выработки и транспортировки электроэнергии в сравнении с однофазной системой;
• простое генерирование магнитного поля, которое необходимо для работы трехфазного асинхронного электродвигателя;
• одна и та же генераторная установка выдает два эксплуатационных напряжения – линейное и фазное.

Трехфазная система выгодна при передаче электроэнергии на большие расстояния. К тому же материалоемкость значительно ниже, чем однофазных. Основные потребители – трансформаторы, асинхронные электродвигатели, преобразователи, индукционные печи, мощные нагревательные и силовые установки. Среди однофазных маломощных устройств можно отметить электроинструменты, лампы накаливания, бытовые приборы, блоки питания.

Трехфазная схема отличается значительной уравновешенностью системы. Способы соединения фаз получили структуру «звезда» и «треугольник». Обычно «звездой» соединяются фазы генерирующих электромашин, а фазы потребителей «звездой» и «треугольником».

Законы, действующие в электрических цепях

На схемах направление токов указывают стрелками. Для расчета нужно принять направления для напряжений, токов, ЭДС. При расчетах в электротехнике используют следующие основные законы:

1. Закон Ома для прямолинейного участка цепи, который определяет связь между электродвижущей силой, напряжением источника с протекающей в проводнике силой тока и сопротивлением самого проводника.
2. Чтобы найти все токи и напряжения, используют правила Кирхгофа, которые действуют между токами и напряжениями любого участка электрической цепи.
3. Закон Джоуля–Ленца дает количественную оценку теплового действия электрического тока.

В цепях постоянного тока направление действия электродвижущей силы указывают от отрицательного потенциала к положительному. За направление принимают движение положительных зарядов. При этом стрелка направлена от большего потенциала к меньшему. Напряжение всегда направлено в ту сторону, что и ток.

В синусоидальных цепях ЭДС, напряжение и ток обозначают, используя полупериод тока, при этом он не изменяет свое направление. Чтобы подчеркнуть разницу потенциалов, их обозначают знаками «+» и «–».

Как производится расчет электрических цепей

Путь вычисления делится на множество способов, которые используются на практике:

• метод, основанный на законе Ома и правилах Кирхгофа;
• способ определения контурных токов;
• прием эквивалентных преобразований;
• методика измерений сопротивлений защитных проводников;
• расчет узловых потенциалов;
• метод идентичного генератора, и другие.

Основа расчета простой электрической цепи по закону Ома – это определение силы тока в отдельном участке при известном сопротивлении проводников и заданном напряжении.

По условию задачи известны сопротивления подсоединенных к цепи резисторов R1, R2, R3, R4, R5, R6 (без учета сопротивления амперметра). Необходимо вычислить силу токов J1, J2…J6.

На схеме есть три последовательных участка. Причем второй и третий имеют разветвления. Сопротивления этих участков обозначим, как R1, R’, R”. Тогда общее сопротивление равно сумме сопротивлений:

R = R1 + R’ + R”, где

R’ – общее сопротивление параллельно подключенных резисторов R2, R3, R4.

R” – общее сопротивление резисторов R5 и R6.

Используя закон параллельного соединения, вычисляем сопротивления R’ и R”.

1/R’ = 1/R2 + 1/R3 + 1/R4

1/R” = 1/R5 + 1/R6

Определить силу тока в неразветвленной цепи, зная общее сопротивление при заданном напряжении, можно по следующей формуле:

I = U/R, тогда I = I1

Для вычисления силы тока в отдельно взятых ветвях, нужно определить напряжение на участках последовательных цепей по закону Ома:

U1 = IR1; U2 = IR’; U3 = IR”;

Зная напряжение конкретных участков, можно вычислить силу тока на отдельных ветвях:

I2 = U2/R2; I3 = U2/R3; I4 = U2/R4; I5 = U3/R5; I6 = U3/R6

Иногда необходимо узнать сопротивление участков по известным параметрам напряжения, силы токов, сопротивления других участков или сделать расчет напряжения по имеющимся данным сопротивления и силе тока.

Основная часть методик направлена на упрощение расчетов. Это достигается адаптацией систем уравнений, либо самой схемы. Расчет электрических цепей производится различными способами, в зависимости от класса их сложности.

Классификация электрических цепей — Студопедия

 

Электрические цепи классифицируют по следующим признакам:

1.     В зависимости от рода тока — цепи постоянного и переменного (синусоидального и несинусоидального) токов.

2. В зависимости от способа соединения элементов — неразветвленные и разветвленные цепи. Неразветвленной является цепь, через все элементы которой течет один и тот же ток (все элементы соединены последовательно), разветвленной — цепь с параллельным или смешанным соединением участков цепи.

3. В зависимости от количества источников — цепи с одним или несколькими источниками энергии.

4. В зависимости от количества и способа соединения источников — простые и сложные. К простым цепям относятся неразветвленные и разветвленные цепи с одним источником питания. Сложные цепи — разветвленные цепи с двумя и более источниками.

5. В зависимости от типа пассивных элементов — линейные и нелинейные цепи. К линейным цепям относятся цепи, в состав которых входят только линейные элементы. Линейные элементы — элементы, электрические параметры которых не зависят от значений или направлений токов и напряжений в цепи. В противоположном случае (при наличии хотя бы одного нелинейного элемента) цепь является нелинейной.

 

Контрольные вопросы и задания (к главе 1)

1. Дайте определение электрической цепи.

2. Назовите основные устройства электрической цепи.

3. Дайте определение элемента, участка, узла, ветви, контура электрической цепи.

4. Дайте определение последовательного, параллельного и смешанного соединений элементов электрической цепи или её ветвей между собой.

5. Классификация электрических цепей: а) по роду тока, б) по способу соединения элементов, в) по количеству источников питания, в) по степени сложности, г) по типу элементов (линейные, нелинейные).

6. Назовите параметры источника питания и пассивных элементов.

7. Дайте определение пассивных элементов (резистор, катушка индуктивности, конденсатор).

8. Дайте определение параметров, которые характеризуют свойства пассивных элементов.

9. Дайте определение идеального элемента. Приведите примеры электротехнических устройств, которые при определенных условиях могут считаться устройствами с одним параметром.

10.  Дайте определения электрических величин, которые характеризуют основные явления электрических цепей, укажите их единицы измерения.

11.  Дайте определение электрической схемы. Назовите основные виды схем, дайте определение схемы замещения.

12.  Изобразите условные обозначения источника питания и пассивных элементов на схемах замещения.

13.  Изобразите (в качестве примера) схему замещения электрической цепи, содержащей: а) 2 узла и 3 ветви; б) 4 узла и 6 ветвей; в) 6 узлов и 8 ветвей.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

 

Основа всей электротехники – постоянный ток. Усвоив основные понятия и законы постоянного тока, методы расчета электрических цепей, несложно понять все остальное в области электротехники. Под постоянным током понимают электрический ток, который не изменяется во времени ни по величине, ни по направлению.

Постоянный ток используется в процессе электролиза, на городском транспорте, в осветительных приборах, в устройствах автоматики, электроники и вычислительной техники.

Если ток постоянный, то отсутствует явление самоиндукции. Следовательно, при постоянном токе напряжение на идеальном индуктивном элементе равно нулю (U_L=0).

Если рассматривать конденсатор как идеальный емкостной элемент, то в цепи постоянного тока ветвь с конденсатором равносильна разомкнутой. Постоянный ток через  идеальный емкостной элемент не проходит. 

Таким образом, в цепи постоянного тока остаются только источники ЭДС и приемники-резисторы.

 

Классификация электрических цепей

1. По виду тока (рис. 1):

а) цепи постоянного тока – электрический ток не изменяется во времени;

б) цепи переменного тока:

а) постоянный ток	б) переменный синусоидальный ток
в) переменный несинусоидальный ток

Рис. 1

2. По характеру параметров элементов:

а) линейные цепи – цепи, у которых сопротивления не зависят от значений и направлений токов;

б) нелинейные.

3. В зависимости от наличия или отсутствия источника электроэнергии:

а) активные – содержащие источники электроэнергии;

б) пассивные.

Топологические понятия теории электрических цепей

Топологические понятия электрических цепей рассмотрим на примере схемы рис. 2.

Ветвь электрической цепи – участок, элементы которого соединены друг за другом, т.е. последовательно. Ток в элементах один и тот же (adc,aeb).

Узел электрической цепи – место соединения ветвей (a,b,c).

Контур – любой замкнутый путь вдоль ветвей электрической цепи (cbadc,dabcd).

Рис. 2

Электрические цепи постоянного тока Основные законы

Электрические цепи постоянного тока — цепи, в которых протекает электрический ток, не изменяющийся во времени ни по величине, ни по направлению. В электрических цепях действуют следующие основные законы: закон Ома и IиIIзаконы Кирхгофа

1. Закон Ома.

а) Закон Ома для участка цепи без источника. Сила тока на участке электрической цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка (рис. 3):

Рис. 3

б) Обобщенный закон Ома (для участка цепи с ЭДС) (рис. 4):

а)	б)
Рис. 4

Если направление тока в ветви совпадает с направлением ЭДС источника (рис. 4а), то

.

Если направление тока в ветви не совпадает с направлением ЭДС источника (рис. 4б), то .

2. Законы Кирхгофа (рис. 5).

а)Iзакон Кирхгофа: алгебраическая сумма токов в узле электрической цепи равна нулю, при этом токи, одинаково направленные относительно узла, записываются с одинаковым знаком.

Для узла а:.

б) IIзакон Кирхгофа: алгебраическая сумма падений напряжений любого контура равна алгебраической сумме ЭДС этого контура.

Правило знаков: падения напряжения записываются со знаком «+», если направления тока совпадает с направлением обхода контура; ЭДС записываются со знаком «+», если направления ЭДС и обхода контура совпадают.

Рассмотрим схему электрической цепи, приведенную на рис. 5. Направление обхода контура abcaвыберем по часовой стрелке. Тогда уравнениеIIзакона Кирхгофа будет иметь следующий вид:

.

3. Баланс мощности.

Мощность характеризует интенсивность преобразования энергии одного вида в другой за единицу времени.

Для цепи постоянного тока мощность источника: а приемника —, (=Вт). На основании закона сохранения энергии мощность, развиваемая источниками электроэнергии, должна быть равна сумме мощностей всех приемников и потерь в источниках из-за внутренних сопротивлений. При этом: если направление ЭДС и тока совпадают, тоEIв сумме записываются со знаком «+». Для схемы рис. 5 при выбранных направлениях токов:

.

Классификация электрических цепей ( введение в специальность 1 курс)

Классификация электрических цепей, ее основные и вспомогательные элементы

Электрическая цепь – совокупность устройств, предназначенных для прохождения электрического тока. Цепь образуется источниками энергии (генераторами), потребителями энергии (нагрузками), системами передачи энергии (проводами).

Для возникновения тока необходимо соединить две точки, одна из которых имеет избыток электронов в сравнении с другой. Другими словами необходимо создать разность потенциалов между этими двумя точками. Как раз для создания разности потенциалов в цепи применяется источник тока. Источником тока в электрической цепи могут быть такие устройства, как генераторы, батареи, химические элементы и т.д.

Нагрузкой в электрической цепи считается любой потребитель электрической энергии. Нагрузка оказывает сопротивление электрическому току и от величины сопротивления нагрузки зависит величина тока. Ток от источника тока к нагрузке течет по проводникам. В качестве проводников стараются использовать материалы с наименьшим сопротивлением (медь, серебро, золото).

Электрическая цепь делится на внутреннюю и внешнюю части. К внутренней части электрической цепи относится сам источник электрической энергии. Во внешнюю часть цепи входят соединительные провода, потребители, рубильники, выключатели, электроизмерительные приборы, т. е. все то, что присоединено к зажимам источника электрической энергии.

Рисунок 1 Простая электрическая цепь

Электрический ток может протекать только по замкнутой электрической цепи. Разрыв цепи в любом месте вызывает прекращение электрического тока.

Основные понятия:

узел – место соединения трех и более ветвей;

ветвь – участок цепи между двумя соседними узлами, в котором  все  элементы соединены последовательно;

контур – замкнутый участок электрической цепи, в котором каждый из элементов цепи встречается не более одного раза.

В качестве вспомогательного оборудования в электрическую цепь входят аппараты для включения и отключения (например, рубильники), приборы для измерения электрических величин (например, амперметры и вольтметры), аппараты защиты (например, плавкие предохранители).

Элементы электрической цепи делятся на активные и пассивные. К активным элементам электрической цепи относятся те, в которых индуцируется ЭДС (источники ЭДС, электродвигатели, аккумуляторы в процессе зарядки и т. п.). К пассивным элементам относятся электроприемники и соединительные провода.

Классификация

1. По роду тока: постоянного тока, переменного тока, синусоидальные, несинусоидальные.

2. По числу фаз: однофазные, трехфазные.

3. По характеру элементов: линейные (в них все элементы линейные), нелинейные (содержат хотя бы один нелинейный элемент).

4. На электрические цепи с сосредоточенными и с распределенными параметрами  (например ЛЭП).

5. По способу соединения потребителей: разветвленные, неразветвленные.

Рисунок 2 Условные обозначения электрических цепей

1.2. Классификация электрических цепей

1. По роду тока: постоянного тока, переменного тока, синусоидальные, несинусоидальные.

2. По числу фаз: однофазные, трехфазные.

3. По характеру элементов: линейные (в них все элементы линейные), нелинейные (содержат хотя бы один нелинейный элемент).

Линейные элементы отличаются от нелинейных вольт-амперными характеристиками (ВАХ). Примеры ВАХ приведены на рис. 1.5.

а б

Рис. 1.5. ВАХ линейного (а) и нелинейного

элемента (б)

4. На электрические цепи с сосредоточенными и с распределенными параметрами (например ЛЭП).

5. По способу соединения потребителей: разветвленные, неразветвленные.

Основные топологические понятия:

узел – место соединения трех и более ветвей;

ветвь – участок цепи между двумя соседними узлами, в котором все элементы соединены последовательно;

контур – замкнутый участок электрической цепи, в котором каждый из элементов цепи встречается не более одного раза.

1.3. Режимы работы электрических цепей

Режим холостого хода  – это такой режим, при котором ток в цепи либо вообще не протекает, либо он много меньше номинального.

Режим короткого замыкания – это такой режим, при котором клеммы источника замыкаются элементом с пренебрежимо малым сопротивлением.

Номинальный режим – это такой режим, на который рассчитано данное устройство.

Согласованный режим – это такой режим, при котором в нагрузке выделяется максимальная мощность. Условием согласованного режима является , КПД%.

1.4. Основные законы электротехники

Закон Ома:

1. Для полной цепи

,

где R – сопротивление потребителя; r_i – внутреннее сопротивление источника.

2. Для участка цепи

.

Законы Кирхгофа:

Первый закон: алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю:

.

Входящие в узел токи берутся со знаком плюс, выходящие – со знаком минус.

Второй закон: алгебраическая сумма ЭДС в контуре равна алгебраической сумме падений напряжения на элементах этого контура:

.

Если направления ЭДС и тока совпадают с выбранным направлением обхода контура, то они берутся со знаком плюс, в противном случае – со знаком минус.

Закон электромагнитной индукции:

.

Изменение магнитного потока вызывает появление ЭДС в токопроводящей среде.

Частные случаи:

,

где – число витков катушки;

• ЭДС в проводнике, движущемся в однородном магнитном поле,

,

где В – индукция; l – длина проводника; V – скорость проводника;  – угол между и. НаправлениеЕ определяется по правилу правой руки.

Закон Ампера: на проводник с током в магнитном поле действует сила F.

Для однородного магнитного поля имеем

.

Направление F определяем по правилу левой руки.

Правило Ленца: индуцированный ток всегда бывает такого направления, что своим действием старается уничтожить причину, его вызвавшую.

Закон Джоуля – Ленца: количество выделяемой в проводнике тепловой энергии прямо пропорционально квадрату тока, сопротивлению и времени:

.

1.4. Классификация электрических цепей

В зависимости от того, для какого тока предназначается электрическая цепь, ее соответственно называют: «Электрическая цепь постоянного тока», «Электрическая цепь изменяющегося тока», «Электрическая цепь синусоидального тока», «Электрическая цепь не синусоидального тока».

Аналогично именуют и элементы цепей  машины постоянного тока, машины переменного тока, источники электрической энергии (ИЭЭ) постоянного тока, ИЭЭ переменного тока.

Элементы цепей и составленные из них цепи подразделяют и по виду вольт-амперной характеристики (ВАХ). При этом имеется ввиду зависимость их напряжения от тока U=f(I)

Элементы цепей, ВАХ которых линейны (рис.3, а), называют линейными элементами, и, соответственно, электрические цепи называют линейными.

Электрическую цепь, содержащую хотя бы один элемент с нелинейной ВАХ (рис.3, б), называют нелинейной.

а б

Рис. 3

Электрические цепи постоянного и переменного тока различают также по способу соединения их элементов  на неразветвленные и разветвленные.

Наконец, электрические цепи делят по числу источников электрической энергии  с одним или с несколькими ИЭЭ.

Различают активные и пассивные цепи, участки и элементы цепей.

Активными называют электрические цепи, содержащие источ­ники электрической энергии, пассивными — электрические цепи, не содержащие источников электрической энергии.

Для работы электрической цепи необходимо наличие активных элементов, т. е. источников энергии.

Простейшими пассивными элементами схемы электрической цепи являются сопротивление, индуктивность и емкость. С определенной степенью приближения они замещают реальные элементы цепи  резистор, индуктивную катушку и конденсатор соответственно.

В реальной цепи электрическим сопротивлением обладает не только резистор или реостат как устройства, предназначенные для использования их электрических сопротивлений, но и любой проводник, катушка, конденсатор, обмотка любого электромагнит­ного элемента и т. д. Но общим свойством всех устройств, обладаю­щих электрическим сопротивлением, является необратимое преоб­разование электрической энергии в тепловую. Действительно, из курса физики известно, что при токе i в резисторе, обладающем сопротивлением r, за время dt в соответствии с законом Джоуля-Ленца выделяется энергия

dw = ri² dt,

или можно сказать, что в этом резисторе потребляется мощность

p = dw/dt = ri² = ui,

где u — напряжение на зажимах резистора.

Тепловая энергия, выделяемая в сопротивлении, полезно исполь­зуется или рассеивается в пространстве: Но поскольку преобра­зование электрической энергии в тепловую в пассивном элементе носит необратимый характер, то в схеме замещения во всех случаях, когда необходимо учесть необратимое преобразование энергии, включается сопротивление. В реальном устройстве, например в электромагните, электрическая энергия может быть преобразована в механическую (притяжение якоря), но в схеме замещения это устройство заменяется сопротивлением, в котором выделяется эквивалентное количество тепловой энергии. И при анализе схемы нам уже безразлично, что в действительности является потребителем энергии: электромагнит или электроплитка.

Величина, равная отношению постоянного напряжения на участке пассивной электрической цепи к постоянному току в нем при отсутствии на участке э. д. с., называется электриче­ским сопротивлением постоянному току. Оно отличается от сопротивления переменному току, определяемого делением активной мощности пассивной электрической цепи на квадрат действующего тока. Дело в том, что при переменном токе из-за поверхностного эффекта, сущность которого состоит в вытесне­нии переменного тока из центральных частей к периферии сечения проводника, сопротивление проводника возрастает и тем больше, чем больше частота переменного тока, диаметр проводника и электрическая и магнитная проводимости его материала. Иначе говоря, в общем случае проводник всегда оказывает большее сопротивле­ние переменному току, чем постоянному. В цепях переменного тока сопротивление называется активным. Цепи, характеризую­щиеся только электрическими сопротивлениями их элементов, называются резистивными.

Индуктивность L, измеряемая в генри (Г), характеризует свойство участка цепи или катушки накапливать энергию магнитного поля. В реальной цепи индуктивностью обладают не только индук­тивные катушки, как элементы цепи, предназначенные для использования их индуктивности, но и провода, и выводы конденсаторов, и реостаты. Однако в целях упрощения во многих случаях полагают, что вся энергия магнитного поля сосредоточивается только в катушках.

При возрастании тока в катушке запасается энергия магнитного поля, которая может быть определена как w_м = L i² / 2.

Емкость С, измеряемая в фарадах (Ф), характеризует способ­ность участка цепи или конденсатора накапливать энергию элек­трического поля. В реальной цепи электрическая емкость сущест­вует не только в конденсаторах, как элементах, предназначенных специально для использования их емкости, но и между проводни­ками, между витками катушек (межвитковая емкость), между про­водом и землей или каркасом электротехнического устройства. Однако в схемах замещения принято, что ем­костью обладают только конденсаторы.

Энергия электрического поля, запасаемая в конденсаторе при возрастании напряжения равна .

Таким образом, параметры электрической цепи характеризуют свойства элементов поглощать энергию из электрической цепи и преобразовывать в другие виды энергии (необратимые процессы), а также создавать свои собственные электрические или магнитные поля, в которых энергия способна накапливаться и при определенных условиях возвращаться в электрическую цепь. Элементы электрической цепи постоянного тока характеризуются только одним параметром  сопротивлением. Сопротивление определяет свойство элемента поглощать энергию из электрической цепи и преобразовывать ее в другие виды энергии.

Классификация электрических цепей. Виды соединения резисторов. Последовательное соединение резисторов

Электрические цепи классифицируют в зависимости от формы кривой тока и его частоты, характера параметров, сложности электрических схем замещения.

Классификация электрических цепей: однофазные и многофазные; линейные и нелинейные; с сосредоточенными и распределенными параметрами; с взаимоиндуктив-ностями и без взаимоиндуктивностей; простые и сложные и др.

Однофазная электрическая цепь— цепь, содержащая один или несколько источников электрической энергии переменного тока, имеющих одинаковые частоту и начальную фазу.

Много фазная электрическая цепь— совокупность двух или более электрических цепей, источники электрической энергии которых имеют одинаковую частоту, сдвинуты по фазе относительно друг друга и генерируются одним генератором.

Каждая из цепей многофазной системы называется фазой.

Линейные электрические цепи – электрические цепи, состоящие из линейных элементов (сопротивление электрическому току каждого из элементов не зависит от значения и направления тока и приложенного к ним напряжения).

Нелинейные электрические цепи – электрические цепи, состоящие из нелинейных элементов (сопротивление электрическому току каждого из элементов зависит от значения и направления тока и приложенного к ним напряжения).

Простые электрические цепи — электрические цепи с последовательно-параллельным соединением приемников энергии при питании их от одного источника электрической энергии, а также одноконтурные цепи.

Сложные электрические цепи – электрические цепи с несколькими контурами, состоящими из разных ветвей с произвольным размещением потребителей и источников энергии.

Контур – замкнутая электрическая цепь, образуемая одной или несколькими ветвями.

Ветвь — участок электрической цепи, состоящей только из последовательно включенных источников ЭДС и сопротивлений, вдоль которого проходит один и тот же ток.

Узел– точка, в которой сходится не менее трех ветвей.

Что такое электрическая цепь с символами и формулами

• • Классы
    • Класс 1–3
    • Класс 4–5
    • Класс 6–10
    • Класс 11–12
  • КОНКУРЕНТНЫЙ ЭКЗАМЕН
    • BNAT 000 000 NC Книги
      • Книги NCERT для класса 5
      • Книги NCERT для класса 6
      • Книги NCERT для класса 7
      • Книги NCERT для класса 8
      • Книги NCERT для класса 9
      • Книги NCERT для класса 10
      • Книги NCERT для класса 11
      • Книги NCERT для класса 12
    • NCERT Exemplar
      • NCERT Exemplar Class 8
      • NCERT Exemplar Class 9
      • NCERT Exemplar Class 10
      • NCERT Exemplar Class 11
      • 9000 9000
      • NCERT Exemplar Class
        • Решения RS Aggarwal, класс 12
        • Решения RS Aggarwal, класс 11
        • Решения RS Aggarwal, класс 10
        90 003 Решения RS Aggarwal класса 9
        • Решения RS Aggarwal класса 8
        • Решения RS Aggarwal класса 7
        • Решения RS Aggarwal класса 6
      • Решения RD Sharma
        • RD Sharma Class 6 Решения
        • Решения RD Sharma
        Решения RD Sharma класса 8
        • Решения RD Sharma класса 9
        • Решения RD Sharma класса 10
        • Решения RD Sharma класса 11
        • Решения RD Sharma класса 12
      • PHYSICS
        • Механика
        • Оптика
        • Термодинамика Электромагнетизм
      • ХИМИЯ
        • Органическая химия
        • Неорганическая химия
        • Периодическая таблица
      • MATHS
        • Теорема Пифагора
        0004
        • 000300030004
        • Простые числа
        • Взаимосвязи и функции
        • Последовательности и серии
        • Таблицы умножения
        • Детерминанты и матрицы
        • Прибыль и убыток
        • Полиномиальные уравнения
        • Деление фракций
      • 000
      • 000
      • 000
      • 000
      • 000
      • 000 Microology
      • 000
      • 000 Microology
      • 000 BIOG3000
        FORMULAS
        • Математические формулы
        • Алгебраические формулы
        • Тригонометрические формулы
        • Геометрические формулы
        • КАЛЬКУЛЯТОРЫ
          • Математические калькуляторы
          • 0003000 PBS4000
          • 000300030002 Примеры калькуляторов химии
          Класс 6
  .

  различных типов интегральных схем (ИС), их применения и ограничения

  Различные типы интегральных схем (ИС), их применения и ограничения

  Введение в ИС (интегральные схемы)

  Интегральная схема (ИС) — это, можно сказать, наиболее значимое технологическое развитие 21 века. Он навсегда изменил мир электроники. Он уменьшил размер электроники с размера холодильника до электроники размером с ладонь или даже меньше.

  В отличие от вакуумных ламп, используемых в ранней электронике, ИС рассеивают меньше тепла и потребляют меньше энергии по сравнению с электронными лампами. Его надежность не сравнить с лампами, он очень надежен. ИС изменили судьбу электроники.

  Снизила цены на электронику; он также изменил конструкцию электроники с использования дискретных (отдельных) электронных компонентов до гибридных твердотельных устройств, которые объединяют дискретные компоненты с ИС.Микросхемы настолько малы, что вы не можете увидеть связи между ними, если не с помощью микроскопа. Таким образом, ИС широко используются в нашей электронике и почти во всех устройствах управления.

  ИС состоит из соединенных между собой транзисторов, конденсаторов, резисторов, диодов и т. Д. Эти компоненты соединены между собой с помощью внешних соединительных клемм, содержащихся в небольшом корпусе.

  Классификация ИС (интегральных схем)

  Ниже приводится классификация различных типов ИС в зависимости от размера их микросхем.

  • SSI : Небольшая интеграция. 3-30 ворот на чип.
  • MSI : интеграция среднего масштаба. 30 — 300 ворот на чип.
  • LSI : крупномасштабная интеграция. 300 — 3000 гейтов на чип.
  • VLSI : очень крупномасштабная интеграция. Более 3000 гейтов на чип.

  Типы ИС (интегральные схемы)

  В зависимости от метода или технологий, используемых при их производстве, типы ИС можно разделить на три класса:

  1. Тонкие и толстопленочные ИС
  2. Монолитные ИС
  3. Гибридные или многокристальные ИС

  Ниже приводится простое объяснение различных типов ИС, упомянутых выше.

  Тонкие и толстые ИС:

  В тонких или толстопленочных ИС пассивные компоненты, такие как резисторы, конденсаторы, интегрированы, но диоды и транзисторы соединены как отдельные компоненты, образуя единую и законченную схему. Тонкие и толстые ИС, которые производятся серийно, представляют собой просто комбинацию интегрированных и дискретных (отдельных) компонентов.

  Толстые и тонкие ИС имеют схожие характеристики и внешний вид, за исключением метода нанесения пленки.Метод нанесения пленок отличал тонкие ИС от толстых.

  Тонкопленочные ИС изготавливаются путем нанесения пленок из проводящего материала на поверхность стекла или керамическую основу. Изменяя толщину пленок, нанесенных на материалы с различным удельным сопротивлением, можно изготавливать пассивные электронные компоненты, такие как резисторы и конденсаторы.

  В толстопленочных ИС технология шелкографии используется для создания желаемого рисунка схемы на керамической подложке.Толстопленочные ИС иногда называют печатными тонкопленочными.

  Экраны фактически сделаны из тонкой проволочной сетки из нержавеющей стали, а звенья (соединения) представляют собой пасты, обладающие проводящими, резистивными или диэлектрическими свойствами. Схемы обжигаются в печи при высокой температуре, чтобы после печати сплавить пленки с подложкой.

  Монолитные ИС

  В монолитных ИС дискретные компоненты, активный и пассивный, а также межсоединения между ними сформированы на кремниевом кристалле.Слово «монолитный» на самом деле происходит от двух греческих слов «моно», означающих один или один, и Lithos, что означает камень. Таким образом, монолитная схема представляет собой схему, встроенную в монокристалл.

  Монолитные ИС — наиболее распространенные типы ИС, которые используются сегодня. Стоимость его изготовления дешевая и надежная. Промышленно производимые ИС используются в качестве усилителей, регуляторов напряжения, в приемниках AM и в компьютерных схемах. Однако, несмотря на все эти преимущества и обширные области применения монолитных ИС, у него есть ограничения.Изоляция между компонентами монолитных ИС плохая. Он также имеет низкую номинальную мощность, изготовление изоляторов не так уж и возможно и многие другие факторы.

  DIP (Двухрядный корпус) IC

  С точки зрения электроники или микроэлектроники, двухрядный корпус (DIP или DIL) или двухрядный выводной корпус (DIPP) представляет собой корпус электронных компонентов с прямоугольный корпус и два параллельных ряда электрических соединительных штырей.

  Гибридные или многочиповые ИС

  Как следует из названия, «Мульти», несколько отдельных микросхем связаны между собой.Активные компоненты, которые содержатся в таких ИС, представляют собой диффузионные транзисторы или диоды. Пассивные компоненты — это рассеянные резисторы или конденсаторы на одном кристалле.

  Эти компоненты соединены металлизированными узорами. Гибридные ИС широко используются в приложениях для усиления мощности от 5 Вт до более 50 Вт. Его производительность лучше, чем у монолитных ИС.

  Цифровые интегральные схемы

  Эти типы ИС работают в базовой цифровой системе i.е. два заданных уровня: 0 и 1 (другими словами, низкий и высокий или ВКЛ и ВЫКЛ соответственно). Микропроцессор и микроконтроллер — это пример цифровых ИС, которые содержат миллионы триггеров и логических вентилей.

  Аналоговые интегральные схемы

  Аналоговые ИС работают путем обработки непрерывных сигналов, то есть аналоговых сигналов. OP-AMP (операционный усилитель), таймеры и датчики NE 555 являются примерами аналоговых ИС. Эти типы ИС используются для усиления, фильтрации, модуляции, демодуляции и т. Д.

  ИС смешанного сигнала

  Интегральная схема смешанного сигнала — это разновидность ИС, в которой цифровые и аналоговые ИС объединены в одном кристалле.

  Преимущества и применение ИС

  ИС имеют преимущества перед теми, которые сделаны путем соединения дискретных компонентов, некоторые из которых имеют небольшой размер. Это в тысячу раз меньше, чем у дискретных схем. Это все в одном (компоненты и соединения находятся на одном кремниевом кристалле). У него небольшой вес.

  Стоимость его изготовления также невысока. Это надежно, потому что нет паяных соединений. Микросхемы потребляют мало энергии и при необходимости могут быть легко заменены. Его можно эксплуатировать при очень высокой температуре. различные типы ИС широко применяются в наших электрических устройствах, таких как усилители большой мощности, регуляторы напряжения, ТВ-приемники, компьютеры и т. д.

  Ограничение для различных типов ИС

  Несмотря на преимущества, которые ИС предоставляют нам, они имеют ограничения некоторые из них:

  • Ограниченная номинальная мощность
  • Он работает при низком напряжении
  • Высокий уровень PNP невозможен
  • Он производит шум во время работы
  • Его компоненты, такие как резисторы и конденсаторы, зависят от напряжения
  • Это деликатный я.е не выдерживает грубого обращения и т. д.

  Вы также можете прочитать:

  .

  Классификация электрических подстанций на основе 5

  Подстанция является средством передачи энергии от генерирующего блока к потребителю. Он состоит из различных типов оборудования, таких как трансформатор, генератор, силовой кабель, который помогает при передаче энергии. Генерация, передача и распределение — основная работа подстанции.

  Подстанция, вырабатывающая энергию, известна как генерирующая подстанция. Точно так же передающая подстанция передает мощность, а распределительные подстанции распределяют мощность по нагрузке.Подкатегории электрических подстанций объясняются ниже.

  Классификация подстанций

  Подстанции можно классифицировать множеством способов, в том числе по характеру обязанностей, предоставляемому рабочему напряжению, важности и конструкции.

  Классификация подстанций по характеру обязанностей

  Классификация подстанции по характеру функций подробно поясняется ниже.

  Повышающие или первичные подстанции — Такие типы подстанций генерируют низкое напряжение, например 3.3, 6,6, 11 или 33 кВ. Это напряжение повышается с помощью повышающего трансформатора для передачи мощности на большие расстояния. Находится возле генерирующей подстанции

  .

  Подстанции первичной сети — Эта подстанция снизила значение повышенных первичных напряжений. Выход подстанции первичной сети действует как вход вторичной подстанции. Вторичная подстанция используется для понижения входного напряжения до более низкого для дальнейшей передачи.

  Понижающие или распределительные подстанции — Эта подстанция размещается рядом с центром нагрузки, где первичное распределение понижается для дополнительной передачи.Вторичный распределительный трансформатор питает потребителя по линии обслуживания

  .

  Классификация подстанций по оказанным услугам

  Трансформаторные подстанции — В подстанциях такого типа устанавливаются трансформаторы для преобразования мощности с одного уровня напряжения на другой по мере необходимости.

  Коммутационные подстанции — Подстанции, используемые для коммутации линии электропередачи без нарушения напряжения, известны как коммутационные подстанции.Подстанции этого типа размещаются между ЛЭП.

  Преобразовательные подстанции — В таких типах подстанций мощность переменного тока преобразуется в мощность постоянного тока или наоборот, или она может преобразовывать высокие частоты в более низкие частоты или наоборот.

  Классификация подстанций по рабочему напряжению

  Подстанции по рабочему напряжению можно отнести к

  Подстанции высокого напряжения (ВН) — Напряжения от 11 кВ до 66 кВ.

  Подстанции сверхвысокого напряжения — Напряжения от 132 кВ до 400 кВ.

  Сверхвысокое напряжение — Рабочее напряжение выше 400 кВ.

  Классификация подстанций по важности

  Сетевые подстанции — Эта подстанция используется для передачи основной мощности из одной точки в другую. Если на подстанции возникает какая-либо неисправность, это влияет на непрерывность всей подачи.

  Городские подстанции — Эти подстанции понижают напряжение до 33/11 кВ для большего распределения в городах.Если на этой подстанции происходит какая-либо неисправность, то блокируется электроснабжение всего города.

  Классификация подстанций по конструкции

  Подстанции закрытого типа — В подстанциях такого типа оборудование устанавливается внутри здания подстанции. Такие подстанции обычно рассчитаны на напряжение до 11 кВ, но могут быть повышены до 33 кВ или 66 кВ, когда окружающий воздух загрязнен пылью, дымом или газами и т. Д.

  Подстанции наружной установки — Эти подстанции делятся на две категории

  Подстанции на опорах — Такие подстанции возводятся для распределения электроэнергии в населенных пунктах.Однополюсные или H-полюсные и 4-полюсные конструкции с соответствующими платформами работают для трансформаторов мощностью до 25 кВА, 125 кВА и выше 125 кВА.

  Подстанции, монтируемые на фундаменте — Такие типы подстанций используются для монтажа трансформаторов мощностью 33000 вольт и выше.

  .

  История электрических цепей | HowStuffWorks

  Ранние исследования статического электричества насчитывают сотни лет. Статическое электричество — это передача электронов, возникающая в результате трения, например, когда вы натираете воздушный шар о свитер. При соприкосновении заряженных объектов может возникнуть искра или очень кратковременное прохождение тока, но непрерывного протекания тока нет. При отсутствии постоянного тока нет полезного применения электричества.

  Изобретение батареи, которая может производить непрерывный ток, сделало возможным создание первых электрических цепей. Алессандро Вольта изобрел первую батарею, гальваническую батарею, в 1800 году. В самых первых схемах использовались батарея и электроды, погруженные в емкость с водой. Ток через воду дает водород и кислород.

  Объявление

  Первое практическое применение электрических цепей было для электрического освещения.Вскоре после того, как Томас Эдисон изобрел свою лампу накаливания, он начал искать ее практическое применение, разработав целую систему производства и распределения электроэнергии. Первой такой системой в Соединенных Штатах была станция Перл-Стрит в центре Манхэттена. Он обеспечил электроэнергией несколько квадратных кварталов города, в первую очередь для освещения.

  Одна классификация цепей связана с природой протекающего тока. Самые ранние схемы питались от батарей, которые создавали устойчивый постоянный ток, который всегда протекал в одном и том же направлении.Это постоянного тока, или постоянного тока. Использование постоянного тока продолжалось во время появления первых электроэнергетических систем. Основная проблема с системой постоянного тока заключалась в том, что электростанции могли обслуживать площадь всего около квадратной мили из-за потери мощности в проводах.

  В 1883 году инженеры предложили использовать огромный гидроэнергетический потенциал Ниагарского водопада для обеспечения нужд Буффало, штат Нью-Йорк. Хотя эта энергия в конечном итоге выйдет за пределы Буффало в Нью-Йорк и даже дальше, изначально возникла проблема с расстоянием.Буффало находился всего в 16 милях от Ниагарского водопада, но идея была нереализуемой — пока Никола Тесла не сделал это возможным, как мы увидим на следующей странице.

  .