Обозначения электрической цепи. Элементы электрической цепи: основные компоненты и их обозначения на схемах — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Из каких основных элементов состоит электрическая цепь. Какие бывают источники питания в электрических цепях. Как обозначаются основные элементы на электрических схемах. Какие виды соединений элементов используются в электрических цепях.

Содержание

Основные элементы электрической цепи

Электрическая цепь представляет собой совокупность устройств и объектов, образующих путь для электрического тока. Любая электрическая цепь включает в себя следующие основные элементы:

Источник питания — устройство, вырабатывающее электрическую энергию
Потребители электроэнергии — устройства, преобразующие электрическую энергию в другие виды энергии
Проводники — элементы для передачи электрического тока
Коммутационные устройства — выключатели, переключатели и т.п.
Элементы защиты — предохранители, автоматические выключатели

Рассмотрим подробнее основные элементы электрических цепей и их функции.

Источники питания в электрических цепях

Источники питания являются ключевым элементом любой электрической цепи. Они вырабатывают электрическую энергию путем преобразования других видов энергии. Основные виды источников питания:

Гальванические элементы и аккумуляторы — химические источники тока
Электромеханические генераторы — преобразуют механическую энергию в электрическую
Солнечные батареи — преобразуют энергию света в электричество
Термоэлектрические генераторы — вырабатывают ток за счет разности температур
Топливные элементы — генерируют электричество из химической энергии топлива

Выбор источника питания зависит от назначения электрической цепи, требуемой мощности и условий эксплуатации.

Условные обозначения элементов на электрических схемах

Для удобства анализа и расчетов электрических цепей все элементы отображаются на схемах в виде условных графических обозначений. Рассмотрим основные обозначения:

Источник постоянного тока — длинная и короткая параллельные линии
Источник переменного тока — окружность с волнистой линией внутри
Резистор — прямоугольник или зигзагообразная линия
Конденсатор — две параллельные линии
Катушка индуктивности — несколько полуокружностей
Лампа накаливания — окружность с крестиком внутри
Выключатель — две неподвижные линии с подвижным контактом

Знание условных обозначений позволяет легко читать и анализировать электрические схемы.

Виды соединений элементов в электрических цепях

В электрических цепях используются различные способы соединения элементов между собой. Основные виды соединений:

Последовательное соединение

При последовательном соединении элементы включаются друг за другом, образуя одну цепь. Через все элементы протекает одинаковый ток. Особенности последовательного соединения:

Общее сопротивление цепи равно сумме сопротивлений отдельных элементов
Напряжение на участке цепи распределяется пропорционально сопротивлениям элементов
При выходе из строя одного элемента разрывается вся цепь

Параллельное соединение

При параллельном соединении элементы подключаются к одним и тем же точкам цепи. Напряжение на всех элементах одинаковое. Характерные особенности:

Общее сопротивление цепи меньше сопротивления любого из параллельно соединенных элементов
Ток в неразветвленной части цепи равен сумме токов в параллельных ветвях
Выход из строя одного элемента не нарушает работу остальных

Смешанное соединение

Смешанное соединение сочетает в себе последовательное и параллельное соединение элементов. Оно позволяет создавать сложные электрические цепи с нужными характеристиками.

Режимы работы электрической цепи

В зависимости от параметров и условий эксплуатации, электрическая цепь может работать в различных режимах:

Номинальный режим

В этом режиме параметры цепи (токи, напряжения, мощности) соответствуют расчетным значениям. Это оптимальный режим для долговременной работы.

Режим холостого хода

Возникает при отключении нагрузки от источника питания. Ток в цепи отсутствует, напряжение на выходе источника максимально.

Режим короткого замыкания

Наблюдается при соединении полюсов источника проводником с очень малым сопротивлением. Ток достигает максимальных значений, что может привести к повреждению элементов.

Согласованный режим

В этом режиме сопротивление нагрузки равно внутреннему сопротивлению источника. Обеспечивает максимальную передачу мощности в нагрузку.

Законы электрических цепей

Расчет и анализ электрических цепей основан на фундаментальных законах электротехники:

Закон Ома

Устанавливает связь между током, напряжением и сопротивлением участка цепи: I = U / R, где I — ток, U — напряжение, R — сопротивление.

Первый закон Кирхгофа

Гласит, что алгебраическая сумма токов в узле электрической цепи равна нулю. Это следствие закона сохранения заряда.

Второй закон Кирхгофа

Утверждает, что в любом замкнутом контуре алгебраическая сумма напряжений на всех участках равна нулю.

Применение этих законов позволяет рассчитывать сложные электрические цепи и анализировать их работу.

Электрические цепи и их элементы | Справочник

Электрическая цепь представляет собой совокупность устройств и объектов, образующих путь для электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий об электродвижущей силе, токе и напряжении. В электрической цепи постоянного тока могут действовать как постоянные токи, так и токи, направление которых остается постоянным, а значение изменяется произвольно во времени или по какому-либо закону.

Электрическая цепь состоит из отдельных устройств или элементов, которые по их назначению можно разделить на 3 группы. Первую группу составляют элементы, предназначенные для выработки электроэнергии (источники питания). Вторая группа — элементы, преобразующие электроэнергию в другие виды энергии (механическую, тепловую, световую, химическую и т. д.). Эти элементы называются приемниками электрической энергии (электроприемниками). В третью группу входят элементы, предназначенные для передачи электроэнергии от источника питания к электроприемнику (провода, устройства, обеспечивающие уровень и качество напряжения, и др. ).

Источники питания цепи постоянного тока — это гальванические элементы, электрические аккумуляторы, электромеханические генераторы, термоэлектрические генераторы, фотоэлементы и др. Все источники питания имеют внутреннее сопротивление, значение которого невелико по сравнению с сопротивлением других элементов электрической цепи.

Электроприемниками постоянного тока являются электродвигатели, преобразующие электрическую энергию в механическую, нагревательные и осветительные приборы и др. Все электроприемники характеризуются электрическими параметрами, среди которых можно назвать самые основные — напряжение и мощность. Для нормальной работы электроприемника на его зажимах (клеммах) необходимо поддерживать номинальное напряжение. Для приемников постоянного тока оно составляет 27, 110, 220, 440 В, а также 6, 12, 24, 36 В.

Графическое изображение электрической цепи, содержащее условные обозначения ее элементов и показывающее соединения этих элементов, называется схемой электрической цепи. В таблице показаны условные обозначения, применяемые при изображении электрических схем.

Условные обозначения в электросхемах

или	Элемент гальванический или аккумуляторный
	Батарея элементов
	Генератор электромеханический постоянного тока
	Выключатель, контакт замыкающий
	Выключатель автоматический
	Контакты контактора и электрического реле: замыкающие
	размыкающие
	переключающие
	Контакты замыкающие с выдержкой времени: при замыкании
	при размыкании
	при замыкании и размыкании
	Предохранитель плавкий
	Обмотка контактора, магнитного пускателя и реле
	Лампа накаливания осветительная
	Лампа газоразрядная осветительная
	Амперметр и вольтметр
	Резистор постоянный
	Резистор переменный
	Конденсатор постоянной емкости
	Катушка индуктивности
	Диод полупроводниковый

Участок электроцепи, вдоль которого протекает один и тот же ток, называется ветвью. Место соединения ветвей электроцепи называется узлом. На электросхемах узел обозначается точкой. Любой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям, называется контуром электрической цепи. Простейшая электрическая цепь имеет одноконтурную схему, сложные электрические цепи — несколько контуров.

Элементами электрической цепи являются различные электротехнические устройства, которые могут работать в различных режимах. Режимы работы как отдельных элементов, так и всей электрической цепи характеризуются значениями тока и напряжения. Поскольку ток и напряжение в общем случае могут принимать любые значения, то режимов может быть бесчисленное множество.

Режим холостого хода — это режим, при котором тока в цепи нет. Такая ситуация может возникнуть при разрыве цепи. Номинальный режим бывает, когда источник питания или любой другой элемент цепи работает при значениях тока, напряжения и мощности, указанных в паспорте данного электротехнического устройства. Эти значения соответствуют самым оптимальным условиям работы устройства с точки зрения экономичности, надежности, долговечности и пр.

Режим короткого замыкания — это режим, когда сопротивление приемника равно нулю, что соответствует соединению положительного и отрицательного зажимов источника питания с нулевым сопротивлением. Ток короткого замыкания может достигать больших значений, во много раз превышая номинальный ток. Поэтому режим короткого замыкания для большинства электроустановок является аварийным.

Согласованный режим источника питания и внешней цепи возникает в том случае, когда сопротивление внешней цепи равно внутреннему сопротивлению. В этом случае ток в цепи в 2 раза меньше тока короткого замыкания.

Самыми распространенными и простыми типами соединений в электрической цепи являются последовательное и параллельное соединение.

Электрическая цепь и ее составные части – примеры по физике

4.6

Средняя оценка: 4.6

Всего получено оценок: 392.

4.6

Средняя оценка: 4.6

Всего получено оценок: 392.

Электрической цепью называют набор устройств, предназначенных для прохождения по ним электрического тока. Назначение электроцепи — транспортировка электроэнергии потребителю для ее последующего преобразования в другие виды энергии: механическую, тепловую, световую или электрохимическую. Из каких элементов состоят электрические цепи и как обозначаются на графических схемах – об этом рассказывается в данной статье.

Составные части

Любая электрическая цепь имеет следующие базовые элементы: источник тока, потребители тока, соединительные провода. Потребители тока могут состоять из более мелких элементов второго уровня, каждый из которых имеет свое наименование, функцию и параметры.

Для удобства электрические цепи изображают в виде графических схем, в которых используются общепринятые условные символы различных элементов. Обозначения элементов электрических цепей имеют интернациональный характер, классифицированы и систематизированы.

Рис. 1. Обозначения базовых элементов электрических схем:.

Разновидности цепей

Различают цепи для постоянного и переменного токов. Постоянный ток не меняет своего направления. Пример сети постоянного тока — электрические цепи автомобилей. Переменный ток меняет свое направление с определенной частотой. График зависимости переменного тока от времени в нашей сети имеет синусоидальный вид. Полярность изменяется 50 раз в секунду, что соответствует частоте 50 Гц. Под внутренней частью цепи подразумевают источники электропитания. Под внешней — провода, переключатели, бытовые и измерительные приборы.

Элементы цепи

Все электрические цепи служат для производства, передачи и потребления электрической энергии. Элементы цепей подразделяются на пассивные и активные. К пассивным относятся потребляющие и передающие электроэнергию: лампочки, нагревательные элементы, электродвигатели и т.п. К активным —- источники, генерирующие электроэнергию: аккумуляторы, генераторы, солнечные батареи, термодатчики. Кроме этого элементы делятся на двухполюсные (два вывода) и многополюсные ( три и более выводов).

Пример двухполюсника — резистор.

Пример трехполюсника — транзистор.

Примеры составных частей электрической цепи:

Источник. Обычно это аккумулятор, гальванический элемент или генератор. Реже, но бывают солнечные батареи или ветрогенераторы;
Проводник. Необходимый элемент для транспортировки электроэнергии от источника к потребителю;
Потребитель. Осветительные и нагревательные приборы, двигатели, бытовая техника, компьютеры;
Переключающие (коммутирующие) устройства. В простейшем варианте — выключатель.

Электрический ток течет только по замкнутой цепи. Если цепь разомкнуть, то движение электронов прекратится.

Потребители электроэнергии

Перечислим основных потребителей:

Резисторы — потребители, которые могут иметь как постоянное, так и переменное сопротивление;
Конденсаторы — потребители, имеющие емкостные свойства;
Индуктивности — потребители, создающие магнитное поле;
Электродвигатель — потребитель, преобразующий электрическую энергию в механическую.

Рис. 2. Резисторы, конденсаторы, индуктивности, электродвигатель:.

Контур, узел, ветвь

Для описания и анализа схем используются следующие термины:

Ветвь — участок с одним или несколькими компонентами соединенными последовательно;
Узел — место соединения двух и более ветвей;
Контур — совокупность ветвей, образующих для тока замкнутый контур. Один из узлов в контуре должен быть и началом и концом пути. Остальные узлы должны встречаться не более одного раза.

Очень полезным элементом электрической цепи является предохранитель. Он предотвращает перегорание элементов цепи в случае перегрева. Предохранитель содержит легкоплавкий проводник, который перегорает в случае превышения допустимых параметров. Поменять предохранитель легче, чем найти сгоревший элемент среди сотен подобных элементов.

Рис. 3. Примеры участков схем: ветвь, узел, контур:.

Что мы узнали?

Итак, мы узнали что такое электрическая цепь и ее составные части. Все электрические цепи состоят из источников, проводников, потребителей и переключающих устройств.

Тест по теме

Доска почёта

Чтобы попасть сюда — пройдите тест.

Максим Вдовенко
4/5
Ирина Чулкова
5/5
Fluffox Furry
5/5

Оценка доклада

4.6

Средняя оценка: 4.6

Всего получено оценок: 392.

А какая ваша оценка?

Элементы электрической цепи

Что собой представляют электрические цепи? Из каких элементов они составляются? Как они обозначаются?

Содержание

Схемы электрических цепей

Элементы электрических цепей могут соединяться в схемах различными способами. Для каждого из них существуют определенные закономерности, установленные и сформулированные учеными Омом и Кирхгофом. Соединение потребителей в электрических цепях может быть последовательным, параллельным и комбинированным.

Последовательное соединение. В этом случае с увеличением количества потребителей, происходит рост общего сопротивления цепи. Отсюда следует, что значение общего сопротивления будет состоять из суммы сопротивлений каждой подключенной нагрузки. Поскольку на всех участках цепи проходит одинаковый ток, в связи с этим на каждый элемент распределяется только часть общего напряжения. Если какой-либо прибор или устройство перестает работать, наступает разрыв цепи. То есть, при выходе из строя хотя бы одной лампочки, остальные тоже не будут работать, как это случается, например, в елочных гирляндах. Однако в последовательную цепь можно включить большое количество элементов, каждый из которых рассчитан на значительно меньшее сетевое напряжение.

Параллельное соединение. В этом случае к двум точкам электрической цепи подключается сразу несколько потребителей. Напряжение на каждом участке будет равно напряжению, приложенному к каждой узловой точке.

На представленной схеме хорошо просматривается возможность протекания тока различными путями. Ток, притекающий к месту разветвления, далее проходит к двум нагрузкам, имеющим определенное сопротивление. В результате, он оказывается равным сумме токов, расходящихся от данной точки. Происходит снижение общего сопротивления цепи с увеличением ее общей проводимости, состоящей из проводимостей обеих ветвей. Соединение обеспечивает независимую работу потребителей. То есть, при выходе из строя одного из них, остальные будут нормально работать, поскольку цепь остается не разорванной.

Комбинированное соединение. На практике большинство приборов могут включаться в цепь сразу обоими способами – последовательно и параллельно. Поэтому такие соединения получили название комбинированных. Например, выключатели и вся автоматическая защитная аппаратура соединяется последовательно, обеспечивая тем самым разрыв цепи. Розетки или лампочки, наоборот, всегда включаются параллельно, чтобы исключить их взаимодействие между собой.

Применение такого подключения вызвано еще и различным энергопотреблением бытовых электроприборов. При постоянном напряжении их сопротивления также будут различаться между собой. Таким образом, за счет комбинированного подключения удается равномерно распределить нагрузку на линиях и не допустить перегрузок на отдельных участках цепи.

Что называется электрической цепью

ЭЦ – это комплекс элементов, при помощи которых создаётся, передаётся и потребляется электрическая энергия. Данные элементы, или участки, содержат источники электрической энергии, а также промежуточные устройства и проводники между ними, обеспечивающие неразрывность соединений.

Как по другому называется электрическая цепь

Источниками электрической энергии являются устройства, вырабатывающие ток путём физических, химических или световых преобразований.

Важно! Приемниками электроэнергии являются устройства, работа которых напрямую зависит от активности источника.

Промежуточные элементы с функциональными устройствами служат для передачи электрической энергии от источников к приемникам. В зависимости от назначения, они непосредственно передают энергию с конкретными параметрами источника.

Что нужно для работы электротехнического устройства?

Для его функционирования должна быть создана электрическая цепь. Её задача – передавать энергию устройству и обеспечивать требуемый режим работы. Что же называют электрической цепью?

Так обозначают совокупность объектов и устройств, которые образуют путь передвижения тока. При этом электромагнетические процессы могут быть описаны с помощью знаний об электрическом токе, а также тех, что предлагает

электродвижущая сила

и напряжение. Стоит отметить, что, говоря о таком понятии, как элемент электрической цепи, сопротивление в данном случае будет играть довольно значительную роль.

В каких режимах работает электрическая цепь?

Когда к источнику питания подключено разное количество потребителей, то соответственно меняются величины токов, мощностей и напряжения.

А от этого зависит режим работы цепи, а также элементов, что в неё входят. Схему используемой на практике конструкции можно представить, как активный и пассивный двухполюсник. Так называют цепи, которые соединяются с внешней частью (по отношению к ней) с помощью двух выводов, которые, как можно догадаться, имеют разные полюса. Особенность активного и пассивного двухполюсника состоит в следующем: в первом имеется

источник электрической энергии,

а во втором он отсутствует. На практике широко используются схемы замещения во время работы активных и пассивных элементов. То, какой будет режим работы определяется параметрами последних (изменения благодаря их корректировке). А сейчас давайте рассмотрим, какими же они бывают.

Условные обозначения элементов электрической цепи

Для удобства анализа и расчетов электрических цепей, все их составляющие отображаются в виде специальных схем. Данные схемы состоят из условных обозначений используемых элементов и способов их соединения. Условные обозначения в странах СНГ могут отличаться от символики, принятой в других государствах, соответственно, будут различаться и сами схемы, поскольку использовались различные системы графических маркировок.

Все элементы на схемах условно разделяются на три группы:

К первой относятся источники питания, преобразующие другие виды энергии в электрическую. В этом случае они считаются первичными. Ко вторичным источникам относятся, например, выпрямительные устройства, у которых электроэнергия имеется на входе и на выходе.
Вторая группа представлена потребителями энергии, преобразующими электрический ток в тепло, освещение, движение и т.д.
В третью группу входят управляющие элементы, без которых невозможна работа любой цепи. Сюда входят соединительные провода, коммутационная аппаратура, измерительные приборы и другие устройства аналогичного назначения.

Все эти составляющие охвачены единым электромагнитным процессом, поэтому они включаются в общую схему с использованием специальных условных знаков. Следует учитывать, что вспомогательные элементы могут не указываться на схемах. Не указываются и соединительные провода, если их сопротивление значительно ниже, чем у составных элементов. Источники питания обозначаются в виде электродвижущей силы. При необходимости проставляются пояснительные надписи.

Из каких элементов состоит электрическая цепь

Новички нередко задаются вопросом, из каких важных элементов состоит электрическая цепь. Такими составляющими являются:

Источник тока,
Нагрузка,
Проводник.

В состав могут в том числе входить такие элементы, как устройства коммутации, а также приборы защиты.

Условные обозначения электроустройств

Для возникновения тока, необходимо соединить две точки, одна из которых имеет избыток электронов по сравнению с другой. Другими словами, необходимо создать разность потенциалов между этими двумя точками. Как раз для получения разности потенциалов в цепи применяется источник тока.

Важно! Нагрузкой считается любой потребитель электрической энергии. Этот фактор оказывает сопротивление электрическому току и от величины сопротивления нагрузки зависит величина тока. Ток от источника энергии к нагрузке течёт по проводникам. В качестве кабеля можно использовать материалы с наименьшим сопротивлением (медь, серебро, золото).

Режим холостого хода

Он подразумевает отключение нагрузки от источника питания с помощью специального ключа. Ток в данном случае становится равным нулю. Напряжение же выравнивается в местах зажимов на уровень ЭДС. Элементы схемы электрической цепи в данном случае не используются.

Номинальный режим

Он необходим для обеспечения технических параметров как всей цепи, так и отдельных элементов. В данном режиме показатели близятся к тем величинам, что указаны на самой детали, в справочной литературе или технической документации. Следует учитывать, что каждое устройство имеет свои параметры. Но три основных показателя можно найти почти всегда – это номинальный ток, мощность и напряжение, их имеют все электрические цепи. Элементы электрических цепей также все без исключения обладают ими.

Трехфазные электрические цепи

Любая трехфазная система состоит из трех отдельных электрических цепей, в каждой из которых действует синусоидальная электродвижущая сила с одинаковой частотой, создаваемая одним и тем же источником энергии. Необходимая энергия обычно создается трехфазным генератором. Между цепями образуется сдвиг на 120 градусов.

Основным преимуществом трехфазной цепи считается ее уравновешенность. Она заключается в суммарной мгновенной мощности, принимающей постоянную величину на все время действия ЭДС. В самом трехфазном генераторе существует три самостоятельные обмотки, сдвинутые относительно друг друга на 120 градусов, так же как и начальные фазы электродвижущей силы.

Если для соединения каждой фазы использовать отдельный провод, то в конечном итоге это привело бы к созданию несвязной системы из шести проводников. Прежде всего, это невыгодно с точки зрения экономии, поскольку получается значительный перерасход материалов. Поэтому были разработаны наиболее оптимальные связанные системы соединения трехфазных электрических цепей.

Одним из таких способов является соединение звездой, когда все три фазы обмоток соединяются в общей нулевой точке. Таким образом, получается трех- или четырехпроводная система. В последнем варианте предполагается использование нулевого провода. Он может не применяться при наличии симметричной системы, с одинаковыми токами фаз. Однако в случае несимметричной нагрузки с разницей фазных токов, в нулевом проводе создается ток, равный сумме векторов этих фазных токов. При выходе из строя одной из фаз, нулевой провод может заменить ее и предотвратить аварийную ситуацию в трехфазной цепи. Однако в этом качестве его можно использовать лишь кратковременно, поскольку данный провод рассчитан на более низкие нагрузки, по сравнению с фазами.

Другой способ – соединение треугольником, когда конец одной обмотки соединяется с началом другой, образуя, таким образом, замкнутый контур. Каждая фаза находится под линейным напряжением, равным фазному напряжению. Однако фазный ток будет отличаться от линейного в меньшую сторону в 1,72 раза.

Схема электрической цепи

Электрическая цепь, её графическое изображение, условные обозначения составляющих её элементов, а также символы представляют собой классическую схему расчетной модели. Подобный тип по-другому принимают, как эквивалентную схему замещения. По возможности, изображённая электротехника на схеме электрических цепей показывает весь процесс. Каждый реальный элемент цепи при проведении расчета заменяется элементами схемы.

Схема ЭЦ

В заключении следует отметить, что каждый элемент цепи, в зависимости от характера подключения и электротехнических свойств, может быть идентифицирован как источник энергии, либо как потребитель. Каждому участку на схеме ЭЦ соответствует проводник, либо конкретный прибор (трансформатор, выпрямитель, инвертор и другое электрооборудование). Только после правильного прочтения электрической схемы специалист может обеспечить её работоспособность.

Основные элементы во время проведения расчетов для электрических цепей

Они используются в сложных конструкциях, чтобы проверить, что и как будет работать:

Ветвь. Так называют участок цепи, на котором одна и та же величина тока. Ветвь может комплектоваться из одного/нескольких элементов, которые последовательно соединены.
Узел. Место, где соединяется как минимум три ветви. Если они соединены с одной парой узлов, то их называют параллельными.
Контур. Подобным образом именуют любой замкнутый путь, который проходит по нескольким ветвям.

Вот такие деления имеют электрические цепи. Элементы электрических цепей во всех случаях, кроме ветви, обязательно присутствуют в множестве.

Условные положительные направления

Их необходимо задавать, чтобы правильно формулировать уравнения, которые описывают происходящие процессы. Важность направления есть для токов, ЭДС источников питания, а также напряжений.

Особенности нанесения разметок на схемы:

Для ЭДС источников они указываются произвольно. Но при этом необходимо учитывать, что полюс, к которому направлена стрелка, обладает более высоким потенциалом, по сравнению со вторым.
Для токов, которые работают с источниками ЭДС – должны совпадать с ними. Во всех других случаях направление является произвольным.
Для напряжений – совпадает с током.

Виды электрических цепей

Как их различают? Если параметры элемента не зависят от тока, что протекает в нём, то его называют линейным. В качестве примера можно привести электропечь. Нелинейные элементы электрической цепи обладают сопротивлением, которое растёт при повышении напряжения, что подводится к лампе.

Законы, которые понадобятся при работе с цепями постоянного тока

Анализ и расчет будут гораздо эффективнее, если одновременно использовать закон Ома, а также первый и второй законы Кирхгофа.

С их помощью можно установить взаимосвязь между теми значениями, которые имеют токи, напряжения, ЭДП по всей электрической цепи или на отдельных её участках. И это всё на основе параметров элементов, которые в них входят.

Электрическая цепь и ее составные части 8 класс онлайн-подготовка на Ростелеком Лицей

Тема 12: Электромагнитные явления. Повторение

Видео
Тренажер
Теория

Заметили ошибку?

Условия существования электрического тока. Электрическая цепь

Вспомним, что на прошлом уроке мы оговаривали три условия наличия электрического тока:

наличие зарядов;
наличие источника тока (гальванического элемента и др.). Источник тока создает электрическое поле внутри проводника, что является причиной движения зарядов;
наличие электрической цепи. О последнем понятии мы будет говорить сегодня.

Электрическая цепь должна содержать источник тока (рис. 1–3), т. е. элемент, который создает в цепи электрическое поле и обеспечивает движение заряженных частиц, и потребитель тока, т. е. например, любой бытовой прибор (рис. 4): лампочку, фонарик, компьютер, телевизор, стиральную машину, холодильник и т. п. Источник тока и потребители всегда соединяются проводами (проводниками), т. е. такими элементами, которые способны проводить электрический ток и обладают большим количеством свободных заряженных частиц.


Рис. 1. Гальванический элемент (Источник)	Рис. 2. Аккумулятор (Источник)	Рис. 3. Электростанция (Источник)

Рис. 4. Потребители тока (Источник) (Источник) (Источник) (Источник) (Источник) (Источник)

Таким образом, электрическая цепь имеет следующие основные составные элементы: источник тока, потребители тока, соединительные провода.

Конечно же, потребители тока сами по себе состоят из более мелких элементов, каждый из которых имеет свое название, функцию и особенности. Электрические цепи бывают сложными и простыми, мы начнем их изучение с простейших вариантов, например, с устройства карманного фонарика. В его составные части входят: источник питания, лампочка, соединительные провода и выключатель. В конце урока мы соберем электрическую цепь, аналогичную цепи внутри фонарика и обсудим ее принцип работы.

Для удобства электрические цепи принято изображать в виде схем, в которых приняты определенные обозначения различных элементов. Условные обозначения элементов электрических цепей известны и классифицированы определенным образом, их достаточно много, но мы познакомимся с основными из них.

Определение. Электрическая цепь, изображенная на рисунке, называется электрической схемой.

Условные обозначения элементов электрических цепей

Гальванический элемент (источник тока)

Как видно из рисунка, длинной полоской обозначают положительный полюс источника, а короткой – отрицательный

Гальваническая батарея (аккумулятор)

Таким образом обозначается соединение нескольких гальванических элементов

Соединяющиеся провода

Место соединения проводов обозначается жирной точкой, которую еще зачастую именуют узлом

Несоединяющиеся провода

Провода, которые не соединяются, в точке пересечения никак особо не выделяются

Лампа накаливания (лампочка)

Зажимы для подключения электроприборов

К подобному элементу на схеме можно подключать какой-либо электроприбор

Ключ (выключатель)

Элемент цепи для ее замыкания и размыкания

Электрический звонок

Для запоминания этого обозначения можно заметить, что оно похоже на грибочек

Резистор

Этот элемент цепи имеет большое сопротивление

Нагревательный элемент

Плавкий предохранитель

Прибор, который обеспечивает безопасность работы электрической цепи

Указанные в таблице элементы являются составными частями простейших электрических цепей.

Устройство электрической цепи карманного фонарика

Рассмотрим простейшую электрическую цепь на примере устройства карманного фонарика. В нее входят источник питания, лампочка накаливания, соединительные провода и выключатель (ключ).

Собирать цепь удобно в следующей последовательности: сначала подключим лампочку к одному из полюсов источника тока (батарейки), затем второй контакт на лампочке подключаем к разомкнутому предварительно ключу (выключателю) и, чтобы замкнуть цепь, второй контакт ключа соединяем со свободным полюсом источника тока.

После сбора цепи видно, что лампочка не горит, т. к. она все еще разомкнута с помощью ключа, и электрический ток не идет (не выполнено условие замкнутости электрической цепи). Теперь замыкаем ключ, и лампочка загорается (рис. 5), т. к. цепь становится замкнутой и все условия существования электрического тока выполнены.

Рис. 5.

Изобразим схему собранной нами электрической цепи с использованием приведенных в таблице условных обозначений (рис. 6).

Рис. 6.

Конечно же, бессмысленно рассматривать с практической точки зрения те электрические цепи, в которых не выполняется работа электрического тока. О действии электрического тока и о выполнении им работы мы поговорим позже.

На следующем уроке нашей темой будет «Электрический ток в металлах».

Список литературы

Генденштейн Л. Э, Кайдалов А. Б., Кожевников В. Б. Физика 8 / Под ред. Орлова В. А., Ройзена И. И. – М.: Мнемозина.
Перышкин А. В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
Фадеева А. А., Засов А. В., Киселев Д. Ф. Физика 8. – М.: Просвещение.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

Академик (Источник)
Интернет-портал Mukhin.ru (Источник)
YouTube (Источник)

Домашнее задание

Стр. 78: вопросы № 1–4, стр. 79: упражнение № 13. Перышкин А. В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
В вашем распоряжении есть гальванический элемент, лампочка, два ключа и соединительные провода. Нарисуйте принципиальную схему электрической цепи, в которой лампочка загорается только тогда, когда включены оба ключа.
Железный гвоздь и отрезок медного провода воткнули в лимон. Потечет ли ток через провод, которым соединяют гвоздь и медный провод?
С потолка в месте крепления люстры свисают три провода, по которым после подключения люстры идет ток. Если люстру подключить правильно, два выключателя работают таким образом, что один из них включает и выключает одну лампу, а другой – остальные три. Нарисуйте схему соединения ламп в люстре, выключателей и источника тока.

Заметили ошибку?

Расскажите нам об ошибке, и мы ее исправим.

Видеоурок: Электрическая цепь и ее составные части по предмету Физика за 8 класс.

Элементы электрической цепи

Каждая электрическая цепь включает в себя различные устройства и объекты, создающие пути для прохождения электрического тока. Для описания электромагнитных процессов, происходящих в каждом из них, применяются такие понятия, как электродвижущая сила, ток и напряжение.

Условно все элементы электрической цепи разделяются на три составные части:

Первая представлена источниками питания, вырабатывающими электроэнергию.
Вторая – элементами, преобразующими электричество в другие виды энергии. Они больше известны, как приемники.
Третья часть состоит из передающих устройств – проводов и других установок, обеспечивающих уровень и качество напряжения.

Содержание

Схемы электрических цепей

Активные и пассивные элементы электрической цепи

Элементы, входящие в состав электрических цепей, могут быть активными и пассивными. Основным признаком активных составляющих, считается их способность отдавать электроэнергию. Типичными представителями являются генераторы и другие источники электроэнергии, усилители электрических сигналов и другие. Пассивными элементами считаются различные виды потребителей и накопителей электрической энергии. К ним относятся конденсаторы, резисторы, катушки индуктивности и другие двухполюсные устройства. Существует многополюсная аппаратура, функционирующая на базе двухполюсных элементов.

Все активные элементы электрической цепи могут быть независимыми и зависимыми. В первую категорию входят источники напряжения и тока. В свою очередь, источник напряжения считается идеализированным элементом цепи, у которого напряжение на зажимах не зависит от протекающего через него электрического тока, а внутреннее сопротивление имеет нулевое значение. Источник тока также является безупречным элементом, у которого ток не зависит от напряжения на зажимах, а значение внутреннего сопротивления стремится к бесконечности.

Зависимые источники напряжения и тока именуются таковыми, когда эти величины зависят от параметров напряжения и тока на другом участке цепи. Типичными представителями являются электролампы, транзисторы, усилители, функционирующие в линейном режиме. Основные пассивные элементы электрической цепи представлены резисторами, индуктивными катушками и конденсаторами, с помощью которых регулируются параметры тока и напряжения на отдельных участках.

Резистивное сопротивление относится к идеализированным элементам цепи. Его основным свойством является необратимое рассеивание энергии. Зависимость напряжения и тока резистивного сопротивления выражается формулами: u = iR, i = Gu, в которых R является сопротивлением, измеряемым в Омах, а G – проводимостью, измеряемой в сименсах. Соотношение этих величин между собой выражено формулой R = 1/G.

Идеализированные индуктивные элементы цепи способны накапливать энергию магнитного поля. Основным параметром считается линейная индуктивность, находящаяся в линейной зависимости между магнитным потоком и током, графически представляющая собой вебер-амперную черту. Индуктивность является также и коэффициентом пропорциональности, измеряемом в Генри.

Ёмкостные элементы – конденсаторы обладают свойством накапливать энергию электрического поля. Показатель линейной емкости представляет собой линейную зависимость между зарядом и напряжением, выраженной формулой q = Cu.

Условные обозначения элементов электрической цепи

Все элементы на схемах условно разделяются на три группы:

К первой относятся источники питания, преобразующие другие виды энергии в электрическую. В этом случае они считаются первичными. Ко вторичным источникам относятся, например, выпрямительные устройства, у которых электроэнергия имеется на входе и на выходе.
Вторая группа представлена потребителями энергии, преобразующими электрический ток в тепло, освещение, движение и т.д.
В третью группу входят управляющие элементы, без которых невозможна работа любой цепи. Сюда входят соединительные провода, коммутационная аппаратура, измерительные приборы и другие устройства аналогичного назначения.

Трехфазные электрические цепи

2 Схемы электрических цепей их элементы и изображение

Параметры и элементы электрической цепи

Параметрами электрической цепи называется величина, связывающая ток и напряжение на конкретном участке цепи (r – сопротивлением, L – индуктивностью, C – ёмкостью).

Элементами электрической цепи называют отдельные устройства входящие в электрическую цепь и выполняющие в ней определённую функцию. Пример отдельных элементов и простой схемы электрической цепи:

Рис.2

Схемы электрических цепей

При конструировании, монтаже и работе электрических установок (электрооборудования) нельзя обойтись без электрических схем. Электрические схемы по своему назначению различаются на несколько типов: структурные, функциональные, принципиальные, монтажные, однолинейные, и др.

Принципиальная схема даёт полное представление о работе электроустановки, полный состав элементов и связи между ними.

Схема электрической цепи – это графическое представление изображения электрической цепи, которая содержит условные обозначения элементов и соединение этих элементов. Условные обозначение в электрических схемах установлены стандартами системы ЕСКД. Различают последовательное и параллельное соединение элементов в схемах и электрических цепях. Сложные электрические схемы образуются в результате включения групп элементов соединенных между собой последовательно или параллельно (см. на рис.).

Рис.3

Этот метод наиболее универсален и применяется для расчета любых цепей. при расчете этим методом первоначально определяются токи в ветвях, а затем напряжения на всех элементах. токи находятся из уравнений, полученных с помощью законов кирхгофа. так как в каждой ветви цепи протекает свой ток, то число исходных уравнений должно равняться числу ветвей цепи. число ветвей принято обозначать через n. часть этих уравнений записываются по первому закону кирхгофа, а часть – по второму закону кирхгофа. все полученные уравнения должны быть независимыми. это значит, чтобы не было таких уравнений, которые могут быть получены путем перестановок членов в уже имеющемся уравнении или путем арифметических действий между исходными уравнениями. при составлении уравнений используются понятия независимых и зависимых узлов и контуров. рассмотрим эти понятия.

независимым узлом называется узел, в который входит хотя бы одна ветвь, не входящая в другие узлы. если число узлов обозначим через к, то число независимых узлов равно (к–1). на схеме (рис. 1.16) из двух узлов только один независим.

независимым контуром называется контур, который отличается от других контуров хотя бы одной ветвью, не входящей в другие контура. в противном случае такой контур называется зависимым.

если число ветвей цепи равно n, то число независимых контуров равно [n – (к–1)].

в схеме (рис. 1.16) всего три контура, но только два независимых контура, а третий – зависим. выделять независимые контура можно произвольно, т. е. в качестве независимых контуров можно выбрать при первом расчете одни, а при втором расчете (повторном) – другие, которые раньше были зависимыми. результаты расчета будут одинаковыми.

если по первому закону кирхгофа составить уравнения для (к–1) независимых узлов, а по второму закону кирхгофа составить уравнения для [n – (к–1)] независимых контуров, то общее число уравнений будет равно:

(K–1) + [n – (K–1)] = n.

Это означает, что для расчёта имеется необходимое число уравнений.

Последовательность расчёта:

1. Расставляем условно – положительные направления токов и напряжений.

2. Определяем число неизвестных токов, которое равно числу ветвей (n).

3. Выбираем независимые узлы и независимые контура.

4. С помощью первого закона Кирхгофа составляем (К–1) уравнений для независимых узлов.

5. С помощью второго закона Кирхгофа составляем [n – (К–1)] уравнений для независимых контуров. При этом напряжения на элементах выражаются через токи, протекающие через них.

6. Решаем составленную систему уравнений и определяем токи в ветвях. При получении отрицательных значений для некоторых токов, необходимо их направления в схеме изменить на противоположные, которые и являются истинными.

7. Определяем падения напряжений на всех элементах схемы.

Рассмотрим последовательность расчета на примере схемы, приведенной на рис. 1.16. Учитывая направление источника E, расставляем условно–положительные направления токов и напряжений. В схеме три ветви, поэтому нам необходимо составить три уравнения. В схеме два узла, следовательно, из них только один независимый. В качестве независимого узла выберем узел 1. Для него запишем уравнение по первому закону Кирхгофа:

I₁ = I₂ + I₃.

Д алее необходимо составить два уравнения по второму закону Кирхгофа. В схеме всего три контура, но независимых только два. В качестве независимых контуров выберем контур из элементов E–R₁–R₂ и контур из элементов R₂– R₃. Обходя эти два контура по направлению движения часовой стрелки, записываем следующие два уравнения:

E = I₁,R₁+ I₂R₂ ,

0 = – I₂R₂ + I₃R₃ .

Решаем полученные три уравнения и определяем токи в ветвях. Затем через найденные токи по закону Ома определяем падения напряжений на всех элементах цепи.

Справочные обозначения IEC

По Стивен Макфадьен по 26 августа 2009 г.

МЭК публикует серию документов и правил, регулирующих подготовку документов, чертежей и привязку оборудования. В зависимости от страны и отрасли люди либо знакомы с системой IEC, либо нет. Для тех, кто не знаком, это может сначала немного сбить с толку.

Часто, когда производство документов IEC сравнивают с другими методами, ошибочно предполагают, что разница заключается просто в символах. Это не тот случай. Система документов и ссылок IEC представляет собой всеобъемлющий подход, охватывающий символы, методы рисования и компоновки, ссылки на оборудование, идентификацию клемм и сигналов, классификацию документов и организацию компьютерных данных. Это также выходит за рамки простой документации и распространяется на физические устройства и реализацию.

Я представил системы IEC трем компаниям. В каждом случае мои первоначальные попытки встречали критику, возражения и убеждение, что это чрезмерно усложняет жизнь. Однако во всех этих случаях и после пары проектов все в команде высоко оценивали метод IEC и не хотели возвращаться к своей старой системе. В каждом случае внедрение методов на основе IEC приводит к упрощению документов (чертежей), улучшению технического содержания документов, большей согласованности между документами и сокращению времени, необходимого для создания документов.

Одной из областей системы IEC, которая иногда вызывает недоумение при первом знакомстве с ней, является формулировка ссылочных обозначений. В этой заметке дается краткий обзор и введение в систему условных обозначений.

Аспекты

При определении обозначений используются префиксы аспектов:

Префикс	Аспект
24 =	340037 Функция — Что производит продукт
—	Продукт — (Как построен объект
+	Место — где находится объект

. одноуровневые обозначения,
, которые должны состоять из следующего:

буквенный код;
буквенный код, за которым следует число
число

Система IEC позволяет отображать элементы и изделия либо с точки зрения функциональности, продукта или местоположения, либо с некоторой комбинацией двух или более аспектов. . Все еще звучит немного запутанно? Надеюсь, и пример облегчит понимание.

Пример применения

IEC довольно открыт в отношении того, как вы применяете ссылочные обозначения для проектов и организаций. Каждый проект или организация, как правило, уникальны, поэтому в этом есть определенный смысл. Для некоторых недавних проектов мы использовали следующее применение системы условных обозначений, которая работала достаточно хорошо. Подход заключается в обеспечении того, чтобы полное условное обозначение (номер тега) для каждой единицы оборудования имело функциональную часть и часть продукта. Аспект местоположения считается необязательным и только в случае необходимости. Некоторые примеры:

Функциональный аспект [=]

Для функционального аспекта мы используем вариант принципов, изложенных в IEC 61346-2. Например, мы используем =N для питания 400 В, если есть два независимых ввода, мы можем использовать =N1 и =N2 и т. д. 30 кВ … <45 кВ Дж Установки для 20 кВ … <30 кВ K Установки для 10 кВ … <20 KV L Установки для 6 KV … <10 KV. M Установки на 1 кВ … < 6 кВ N Установки < 1 кВ P Equipotential bonding Earthing protection
Lightning protection V Storage of material goods Fuel Oil X Auxiliary purpose outside main process

Alarm system , Система часов
Осветительная установка
Распределение электроэнергии
Система пожарной защиты
Система безопасности

Y Коммуникационные и информационные задачи Компьютерные сети
Телефонная система
СИСТЕМА ВИДЕО ГОРОД
ПРОДУКЦИЯ

9008.

Продукт. в соответствии с IEC 81346-2, кодовые буквы – более подробное пояснение см. далее в примечании. Типичные кодовые буквы включают Q для автоматических выключателей, T для трансформаторов, A для сборок (распределительных щитов) и т. Д. Более подробно они указаны в IEC 60617 для каждого типа устройства.

Как правило, мы нумеруем каждый продукт в соответствии с проектом (например, -Q1, -Q2, -Q3 и т. д.). Для распределительных щитов (сборок) мы рассматриваем несколько иначе, как показано в таблице ниже. Это делает ссылочное обозначение более осмысленным, не усложняя при этом реализацию.

Код	Описание
-A0xx	Главные распределительные щиты
-A1xxx	Sub Main (MCCB) Distribution Boards
-A2xxx	Motor Control Centres
A3xxx	Local Motor Control Panel
-A4xxx	not used
-A5xxx	not б/у
-A6xxx	Распределительные щиты (MCB)

«xxx» представляет собой необязательный номер.

Изначально мы пытались исправить ‘xxx’ в разных проектах, чтобы иметь какое-то полезное значение. Это не сработало, поэтому в основном мы логически распределяем номера в зависимости от проекта и расположения систем.

Location Aspect [+]

Мы оставляем аспект функции свободно определяемым. Как правило, мы обнаруживаем, что нам не нужно использовать местоположение, поскольку это очевидно из контекста документа или рисунков. Если нам действительно нужно использовать, мы должны определить логический набор местоположений для проекта. Обычно это могут быть +L23 (уровень 23), +Z01 (зона 1) и т. д.

Иерархия

Пример условного обозначения

Структура IEC носит иерархический характер. Например, если распределительный щит =N-A1 содержит автоматический выключатель -Q1, тогда полное обозначение автоматического выключателя будет =N1-A1-Q1 (или проще =N-A1Q1). Если тот же автоматический выключатель содержит реле -K12, полная ссылка будет =N-A1Q1K12. Это дополнительно показано на изображении. Эта особенность системы упрощает уникальную нумерацию всего и обеспечивает большую унификацию чертежей.

Примеры проектов

Еще несколько примеров обозначений из нашего текущего проекта:

=J03-Q0, =J03-T1
=N1-A01, =N1-Q1, =N1-A614
1 = N1-A104W614
=N1-G1

МЭК 81346-2 Классификация объектов

МЭК 81346-2 «Промышленные системы, установки и оборудование и промышленные продукты. Принципы структурирования и условные обозначения. Часть 2. Классификация объектов и коды» для занятий»

IEC 81346-2, опубликованный совместно IEC и ISO, определяет классы и подклассы объектов на основе представления объектов, связанного с назначением или задачей, вместе с соответствующими им буквенными кодами, которые должны использоваться в ссылочных обозначениях. Классификация применима для объектов во всех технических областях, т.е. электротехническое, машиностроительное и гражданское строительство, а также все отрасли промышленности, в т. ч. энергетика, химическая промышленность, строительные технологии, судостроение и морские технологии, и могут использоваться всеми техническими дисциплинами в любом процессе проектирования.

Буквенные коды

Буквенные коды позволяют классифицировать объекты. Новые буквенные коды, общие для всех технических разделов, применяются из таблицы 1 стандарта IEC 81346-2.

B — Преобразование входной переменной в сигнал для дальнейшей обработки

C — Хранение энергии, информации или материала

E — Обеспечение лучистой или тепловой энергией

F — Непосредственная защита от опасных или нежелательных условий

G — Инициирование потока энергии или материала

H — Производство нового вида материала или продукта

K — Обработка сигналов или информации

M — обеспечение механической энергией для целей движения

P — представление информации

Q — управляемое переключение или изменение потока энергии, сигналов или материала

R — Ограничение или стабилизация движения или потока энергии, информации или материала

S — Преобразование ручного действия в сигнал для дальнейшей обработки

T — Преобразование энергии с сохранением вида энергии определенное положение

V — Обработка (обработка) материалов или изделий

W — Направление или транспортировка из одного места в другое

X — Соединение предметов

Резюме

Выше приведено очень краткое введение в систему условных обозначений МЭК. Это непростая тема для краткого освещения, и ее лучше понять, поработав с системой и увидев живые примеры. Применительно к проектам это попадает в контекст, и все начинает обретать смысл.

Связанные стандарты МЭК

Обозначение
- МЭК 81346: Принципы построения и условные обозначения
- МЭК 61175: Обозначение сигналов
- IEC 61666: Identification o terminals within a system
Symbols
- IEC 60617: Graphical symbols for diagrams — maintained as a database
- ISO 81714: Design of graphical symbols
- ISO 14617: Graphical symbols for diagrams
Правила документации
- МЭК 61355: Классификация и обозначение документов
- МЭК 62023: Структурирование технической информации и документации
- МЭК 82045: Управление документами
Подготовка документов
- МЭК 60848: Подготовка последовательных функциональных схем
- МЭК 61082: Доля документов, используемых в электротехнике — основные списки документов для чертежей
- МЭК 60060
- МЭК 62079: Подготовка инструкций
Организация данных
- МЭК 82045: Метаданные
- IEC 61360 Типы элементов данных
- ISO 10303: Пошаговая модель данных

Справочные обозначения IEC

По Стивен Макфадьен по 26 августа 2009 г.

Часто, когда производство документов IEC сравнивают с другими методами, ошибочно полагают, что разница заключается просто в символах. Это не тот случай. Система документов и ссылок IEC представляет собой всеобъемлющий подход, охватывающий символы, методы рисования и компоновки, ссылки на оборудование, идентификацию клемм и сигналов, классификацию документов и организацию компьютерных данных. Это также выходит за рамки простой документации и распространяется на физические устройства и реализацию.