Основные параметры электрической цепи. Основные параметры и законы электрических цепей: полное руководство

Что такое электрическая цепь и из каких элементов она состоит. Как определяются основные параметры электрической цепи — ток, напряжение, сопротивление. Какие фундаментальные законы лежат в основе анализа электрических цепей. Как правильно измерять параметры цепей.

Что такое электрическая цепь и ее основные элементы

Электрическая цепь — это совокупность устройств и элементов, предназначенных для протекания электрического тока. Основными элементами электрической цепи являются:

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

Источники вырабатывают электрическую энергию, которая по проводникам передается к потребителям. Коммутационные устройства позволяют управлять цепью, а измерительные приборы — контролировать ее параметры.

Основные параметры электрической цепи

Электрический ток

Электрический ток — это направленное движение заряженных частиц. Единица измерения тока — ампер (А). Ток измеряется амперметром, включенным последовательно в цепь.

Формула для расчета тока:

I = Q / t

где I — сила тока, Q — электрический заряд, t — время.

Электрическое напряжение

Напряжение — это разность потенциалов между двумя точками электрической цепи. Единица измерения — вольт (В). Напряжение измеряется вольтметром, включенным параллельно участку цепи.

Формула для расчета напряжения:

U = A / q

где U — напряжение, A — работа по перемещению заряда, q — величина заряда.

Электрическое сопротивление

Сопротивление — это способность проводника препятствовать прохождению электрического тока. Единица измерения — ом (Ом). Сопротивление измеряется омметром.

Формула для расчета сопротивления проводника:

R = ρL / S

где R — сопротивление, ρ — удельное сопротивление материала, L — длина проводника, S — площадь поперечного сечения.

Основные законы электрических цепей

Закон Ома

Закон Ома устанавливает связь между током, напряжением и сопротивлением участка цепи:

I = U / R

где I — ток, U — напряжение, R — сопротивление.

Этот закон позволяет рассчитать любую из трех величин, зная две другие. Он лежит в основе расчета простых электрических цепей.

Законы Кирхгофа

Первый закон Кирхгофа (закон токов): алгебраическая сумма токов в узле электрической цепи равна нулю. Этот закон отражает сохранение электрического заряда.

Второй закон Кирхгофа (закон напряжений): алгебраическая сумма напряжений вдоль любого замкнутого контура цепи равна нулю. Он отражает закон сохранения энергии.

Законы Кирхгофа позволяют анализировать сложные разветвленные электрические цепи.

Методы расчета электрических цепей

Метод непосредственного применения законов Кирхгофа

Этот метод заключается в составлении системы уравнений на основе законов Кирхгофа для узлов и контуров цепи. Число уравнений должно быть равно числу неизвестных токов. Решение системы дает значения всех токов в ветвях.

Метод контурных токов

В этом методе вводятся контурные токи — воображаемые токи, протекающие по замкнутым контурам цепи. Составляются уравнения для контуров на основе второго закона Кирхгофа. Решение системы дает контурные токи, через которые можно выразить реальные токи в ветвях.

Метод узловых потенциалов

Здесь в качестве неизвестных выбираются потенциалы узлов цепи. Уравнения составляются на основе первого закона Кирхгофа. Решение системы дает узловые потенциалы, через которые затем находятся токи ветвей.

Измерение параметров электрических цепей

Измерение тока

Для измерения тока используется амперметр, который включается последовательно в разрыв цепи. Важно выбирать прибор с подходящим диапазоном измерений. При измерении постоянного тока нужно соблюдать полярность подключения.

Измерение напряжения

Напряжение измеряется вольтметром, который подключается параллельно участку цепи. Вольтметр должен иметь большое внутреннее сопротивление, чтобы не влиять на работу цепи. При измерении переменного напряжения важно учитывать частоту.

Измерение сопротивления

Сопротивление измеряется омметром. Перед измерением участок цепи нужно отключить от источников питания. Для точных измерений малых сопротивлений используется метод амперметра-вольтметра.

Применение знаний об электрических цепях

Понимание основных параметров и законов электрических цепей необходимо для:

• Проектирования электрических схем различных устройств
• Расчета и выбора элементов электрических цепей
• Анализа работы и поиска неисправностей в электрооборудовании
• Обеспечения электробезопасности при работе с электроустановками
• Оптимизации энергопотребления электрических систем

Эти знания лежат в основе всей современной электротехники и электроники.

Заключение

Электрические цепи — фундаментальное понятие в электротехнике. Понимание их основных параметров, законов и методов расчета позволяет анализировать работу электрических устройств любой сложности. Важно также уметь правильно измерять характеристики цепей на практике. Эти знания необходимы всем специалистам, работающим в области электротехники и электроники.

Основные законы. Элементы и параметры электрических цепей Электрическая цепь

Лекция 1.

Электрической цепью называется совокупность элементов и устройств, предназначенных для создания, передачи и потребления электрической энергии. Электрическая цепь содержит источники и потребители электрической энергии, а также промежуточные элементы и устройства.

Источниками электрической энергии являются устройства, преобразующие различного вида энергию в электрическую (химические, механические, термические, световые и пр.).

Приемниками электрической энергии являются устройства, преобразующие электрическую энергию в другой вид энергии.

Промежуточные элементы и устройства служат для передачи электрической энергии от источников к приемникам. В зависимости от назначения они либо непосредственно передают электрическую энергию с параметрами источника (провода, коммутационная аппаратура), либо преобразуют ее в энергию с другими параметрами (трансформаторы, выпрямители, инверторы и пр. ). В зависимости от рассматриваемых процессов в той или иной части электрической цепи промежуточные элементы и устройства можно рассматривать частью как источников, так и потребителей электрической энергии (трансформаторы, выпрямители, инверторы и т.д.).

 

Электрический ток вызывается изменением (переносом) заряда и равен скорости изменения этого заряда:

 

, (1.1)

где: q – электрический заряд.

Электрическому току задается направление.В общем случае токпредставляетсобой движение носителей зарядов обоих знаков в разные стороны, но принято положительным считать ток, обусловленный перемещением положительных зарядов.

Единицей измерения тока в системе СИ принят ампер (А) – величина не изменяющегося тока, который, проходя по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади сечения, расположенным на расстоянии 1м один от другого в вакууме, вызывает между этими проводниками силу, равную 210^-7 Ньютонов на каждый метр длины.

Соответственно заряд q, согласно (1.1), измеряется в A*c. Такая единица заряда называется кулоном (Кл). [Кл] = [Ас].

Электрический ток может быть неизменным во времени или изменяющимся. Первый принято называть постоянным током, а цепи, в которых протекают только постоянные токи – цепями постоянного тока.

Постоянные токи обозначаются заглавными буквами латинского алфавита (I), мгновенные значения – строчными (i).

Одной из основных задач электротехники является определение реальных токов в электрической цепи, которые, как правило, заранее неизвестны. Чтобы решить эту задачу, выбирают положительные направления токов. Положительное направление тока выбирается произвольно и указывается стрелкой. Если в результате расчета ток получен отрицательным, значит он направлен в противоположную сторону.

Изобразим некоторый элемент электрической цепи (рис. 1.1), через который протекает ток I. Концы участка обозначим цифрами 1 и 2. Условимся, что положительное направление тока от точки 1 к точке 2.

Разность электрических потенциалов между точками 1 и 2 носит название напряжения на данном участке, которое определяется работой, затрачиваемой на перенос положительного единичного заряда из точки 1 в точку 2.

Мгновенные значения напряжения принято обозначать буквой u, постоянное напряжения – U. Единицей напряжения является вольт (В).

Согласно определению размерность вольта (Ньютонометр /Амперсекунда):

Положительное направление напряжения совпадает с положительным направлением тока. На рис. 1.1.

(_и _соответственно потенциалы точек 1 и 2). Напряжение, отсчитываемое в обратном направлении, имеет противоположный знак.

Измерение параметров электрических цепей | Справочник заводского электрика

Подробности

Категория: Разное-архив

• персонал
• низковольтное
• промышленность

Содержание материала

• Справочник заводского электрика
• Некоторые сведения из электротехники
• Общие сведения о приборах
• Измерение тока и напряжения
• Измерение мощности, энергии и коэффициента мощности
• Измерение параметров электрических цепей
• Проводниковые материалы
• Магнитные материалы
• Электроизоляционные материалы
• Припои, флюсы, клеи
• Виды электропроводок
• Провода
• Кабели
• Шины и шинопроводы
• Выбор проводов и кабелей
• Выбор защиты в сетях напряжением до 1000 В
• Трансформаторы и автотрансформаторы
• Электродвигатели переменного тока
• Электрические машины постоянного тока
• Преобразователи и выпрямители переменного тока
• Ремонт основного электрооборудования
• Ремонт электрических машин
• Сборка электрических машин и их испытание
• Электрическая аппаратура
• Аппаратура ручного управления
• Аппаратура автоматического управления
• Ремонт электрических аппаратов
• Ремонт электрических автоматов
• Ремонт высоковольтных выключателей, разъединителей
• Ремонт ТТ, ТН, аппаратов управления
• Переносные контрольно-измерительные приборы
• Прозвонка и маркировка проводов и обмоток электроустановок
• Контроль изоляции
• Измерение сопротивлений заземляющих устройств и зануления
• Контроль исправности электроинструмента
• Техника безопасности
• Основные мероприятия, обеспечивающие безопасность работ
• Защитные заземления, зануления и отключения
• Защитные средства
• Оказание первой помощи при поражении электрическим током

Страница 6 из 40

К параметрам электрических цепей относят активное сопротивление, индуктивное сопротивление или индуктивность L, емкостное сопротивление хс или емкость С, а также коэффициент взаимной индуктивной связи М.
Непосредственным измерением неизвестное сопротивление Rx можно определить с помощью омметра, где измеряемое сопротивление соединяется последовательно с прибором (рис. 21, а) или параллельно ему (рис. 21, б). Сопротивление Rд служит для ограничения тока в цепи прибора.
В цепях переменного тока для измерения индуктивности и емкости применяют логометрические измерительные механизмы. Неизвестное индуктивное сопротивление х измеряют по схеме на рис. 21, в; один элемент логометра включают последовательное известным индуктивным сопротивлением xL, а другой —последовательно с измеряемым х. Аналогичным образом собирается схема для измерения емкости. Для измерения индуктивности и емкости используется прибор МД-16. По шкале этого прибора индуктивность отсчитывают в генри, емкость — в фарадах.

Рис. 21. Схемы измерения активного сопротивления (а,               б), индуктивности или емкости (в)

Параметры электрических цепей определяют также с помощью потенциометров, мостов постоянного и переменного токов и специальных приборов. На практике часто применяют косвенные методы измерения.

Самый простой из них—метод вольтметра—амперметра, применяемый для измерения сопротивления на постоянном токе. При измерении больших сопротивлений применяют схему, показанную на рис. 13,а; при измерении относительно малых (1 Ом и меньше) — схему — на рис. 13,б. Искомое сопротивление с достаточной для практики точностью вычисляется по формуле Rx = U/l.
В цепях переменного тока при измерении методом вольтметра—амперметра точность снижается, так как на погрешность измерений влияют сопротивление rх и его составляющие тх и хх. Для повышения точности используют метод трех приборов: амперметра, вольтметра и ваттметра. При измерении малых сопротивлений применяют схему, показанную на рис. 21, а; при измерениибольших— на рис. 21, б. Если в последней схеме пренебречь сопротивлением амперметра и токовой цепи ваттметра, то активное и полное сопротивления определяются по показаниям приборов:
Зная rх и zх, вычисляют реактивное сопротивлениеЭтот метод используют при определении параметров цепи в рабочих условиях, когда другие методы не приемлемы.

• Назад
• Вперёд

• Назад
• Вперёд

• Вы здесь:  
• Главная
• Архив
• Разное архив
• Техника высоких напряжений

Еще по теме:

• Электромонтер строительной площадки
• Устройство и монтаж электрических сетей
• Цеховые электросети до 1000В
• Обслуживание цеховых электрических сетей напряжением до 1000 В
• Задачи и ответственность электротехнического персонала промышленных предприятий

Основные законы и теоремы анализа электрических цепей | Блог Advanced PCB Design

Ключевые выводы

• Анализ электрической цепи — это процесс, с помощью которого рассчитываются электрические параметры цепи.

• Узловой анализ — это метод, используемый при анализе цепей для определения напряжений в узлах цепи.

• Анализ сетки подчиняется закону напряжения Кирхгофа и подходит для планарных цепей или сетей.

 

Многие практические схемы состоят из элементов без памяти, таких как резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности

Многие практические схемы состоят из элементов без памяти, таких как резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности. Элементы этих электрических цепей связаны друг с другом и потребляют энергию от источников напряжения или тока. Эти взаимосвязанные элементы образуют электрические цепи и могут быть решены с использованием концепций последовательных и параллельных цепей для получения интересующих величин, таких как напряжение, ток, мощность и т. д. К сожалению, такие методы требуют много времени в больших сетях. Чтобы упростить анализ сети электрических цепей, можно использовать несколько методов.

Анализ сети электрических цепей

Электрические цепи могут быть цепями постоянного тока, цепями переменного тока или их комбинацией. В практических приложениях мы используем цепи как переменного, так и постоянного тока с катушками индуктивности, конденсаторами и резисторами. В зависимости от приложения количество пассивных компонентов (резисторов, катушек индуктивности и конденсаторов) в цепи варьируется.

Анализ сети электрической цепи можно определить как процесс, с помощью которого рассчитываются электрические параметры цепи, такие как напряжение, ток, эквивалентное сопротивление, общие потери мощности и т. д. Используя известные элементы или параметры, неизвестные параметры или величины в цепи определяются посредством анализа.

Все цепи можно анализировать как последовательные или параллельные цепи. Однако при этом время, необходимое для решения схемы, увеличивается с увеличением сложности схемы. Очень важно использовать методы, облегчающие анализ схемы.

Давайте рассмотрим основные законы, используемые при решении задач с электрическими цепями, прежде чем мы обсудим различные методы анализа цепей.

Закон Ома

Джордж Ом сформулировал связь между электродвижущей силой и током, протекающим в цепи, названный законом Ома. Применяя закон Ома к цепям, можно определить электрическое сопротивление, оказываемое цепью потоку тока.

Электрическое сопротивление является важным физическим свойством, связанным с цепями. На основании расчета электрического сопротивления цепи части цепи можно классифицировать как проводники, изоляторы или резисторы.

Используя уравнение закона Ома V=IR, можно рассчитать ток, протекающий по цепи. Закон Ома применяется в цепях, где известны эквивалентное сопротивление и приложенное напряжение. На основе расчетного значения тока можно выбрать размер проводника и номинальный ток компонента. Потери мощности в цепи, иначе называемые джоулевыми потерями на нагрев, можно оценить с помощью расчетного тока.

Законы Кирхгофа

Законы Кирхгофа — это два основных закона, необходимых для выполнения анализа сети электрических цепей. Два закона — это закон тока Кирхгофа и закон напряжения Кирхгофа.

Закон тока Кирхгофа (KCL)

Согласно закону тока Кирхгофа алгебраическая сумма токов, встречающихся в узле электрической цепи, равна нулю. Закон можно сформулировать иначе: сумма входящих токов в переходе электрической цепи равна сумме выходящих токов. KCL также называют соединением Кирхгофа или узловым правилом. KCL основан на законе сохранения заряда.

Закон Кирхгофа о напряжении (KVL)

Согласно закону Кирхгофа о напряжении в замкнутой сетке алгебраическая сумма разностей потенциалов или напряжений равна нулю. В резистивном электрическом токе КВЛ можно определить как алгебраическую сумму падений напряжения, приходящихся на резисторы и источники напряжения равными нулю. С помощью КВЛ можно рассчитать ток, протекающий через любой замкнутый контур, при условии, что известны номинал компонента и источники напряжения.

Узловой анализ и анализ сетки

Узловой анализ — это метод, используемый при анализе цепей для определения напряжений в узлах цепи. Узлы — это место встречи двух или более компонентов. Напряжение в узлах может быть рассчитано с точки зрения токов ветвей с использованием узлового анализа. KCL управляет узловым анализом.

Анализ сетки — это метод, используемый при анализе цепей для определения тока, протекающего в замкнутых контурах, присутствующих в цепи. Когда вам нужно решить схему без калькулятора, лучше всего использовать анализ сетки. Он формирует одновременные уравнения с неизвестными переменными, и решение дает текущие значения в каждой сетке. Анализ сетки подчиняется закону напряжения Кирхгофа и подходит только для планарных цепей или сетей.

Теоремы, используемые для анализа сети электрической цепи

. Существуют различные теоремы, используемые для упрощения анализа схемы:

1. Теорема суперпозиции

Thevenin’s Theorem

2. 918 18 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8. 8 8 8 8 8 8 8 8 8. основные величины, такие как напряжение, ток, сопротивление, мощность, индуктор, конденсаторы, основные законы и теоремы, упрощают процесс анализа сети электрической цепи.

   Анализ параметров схемы имеет решающее значение при проектировании схем. Набор инструментов Cadence поможет вам разработать схемы для любого приложения. Ведущие поставщики электроники полагаются на продукты Cadence для оптимизации потребностей в мощности, пространстве и энергии для широкого спектра рыночных приложений. Если вы хотите узнать больше о наших инновационных решениях, поговорите с нашей командой экспертов или подпишитесь на наш канал YouTube.

   Запросить оценку

   Решения Cadence PCB — это комплексный инструмент для проектирования от начала до конца, позволяющий быстро и эффективно создавать продукты. Cadence позволяет пользователям точно сократить циклы проектирования и передать их в производство с помощью современного отраслевого стандарта IPC-2581.

   Подпишитесь на LinkedIn Посетите вебсайт Больше контента от Cadence PCB Solutions

   УЗНАТЬ БОЛЬШЕ

   Схемы и узлы с сосредоточенными параметрами

   Компания NI

   • Внутренние инструменты

   Содержание

   • Схемы и узлы с сосредоточенными параметрами
     • Введение
     • Узлы цепи
       • Определения:
     • Физические узлы цепи
       • Важные моменты
     • Проверьте свои знания
       • Ответы

   Введение

   Будем считать, что наши электрические цепи состоят из двух или более элементов цепи, соединенных между собой идеальными проводниками. Элементами схемы могут быть резисторы, транзисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, интегральные схемы или любые другие устройства, влияющие на напряжение или ток. Наши «идеальные» проводники могут быть проводами, которые позволяют току течь от одного элемента к другому. Это представление электрических цепей содержит базовое предположение: только элементы цепи влияют на накопление или передачу энергии в цепи 9.0140 1) . Поскольку энергия сосредоточена в дискретных точках схемы (в компонентах), схема, представленная таким образом, называется схемой с сосредоточенными параметрами ²⁾ .

   На рис. 1 показан пример схемы с сосредоточенными параметрами. Элементы цепи A, B, C и D влияют на энергию в цепи; соединительные линии между ними являются идеальными проводниками — они могут передавать любое количество тока, не сохраняя и не рассеивая энергию.

   Узлы цепи

   Элементы схемы в схемах с сосредоточенными параметрами соединяются в узлах. Идентификация узлов схемы будет чрезвычайно важна для нас, когда мы создаем и анализируем схемы. Каждый узел имеет единственное уникальное напряжение, поэтому внутри узла не может быть падений напряжения (и, следовательно, элементов схемы). Идеальные проводники не вызывают падения напряжения, поэтому узел может содержать идеальные проводники. Пример схемы показан на рис. 2(а). Распространенной ошибкой было бы определение семи узлов в цепи, как указано точками a, b, c, d, e, f и g. Однако узлы b и c соединены только идеальным проводником, поэтому между этими двумя точками нет разницы в напряжении; они являются частью одного и того же узла. Точно так же идеальный проводник соединяет точки f и g. Следовательно, в схеме всего пять узлов, как показано на рис. 2(б).

   ---

   Определения:

   • Узел — это электрическая «точка», в которой соединены два или более элементов цепи. Поскольку идеальные проводники не обязательно считаются элементами схемы, узлы могут содержать идеальные проводники.

   • Узлы цепи также могут быть идентифицированы по тому факту, что они являются частями цепи, которые находятся под одним и тем же напряжением. Поскольку на идеальном проводнике нет падения напряжения, любые точки цепи, соединенные идеальными проводниками, будут иметь одинаковое напряжение и, таким образом, будут частью одного и того же узла.

   ---

   Физические узлы схемы

   Макеты без пайки

   Физически элементы схемы могут быть соединены между собой несколькими способами. Однако мы будем создавать наши схемы на макетных платах без пайки, поэтому у нас есть только несколько вариантов:

   • На макетной плате без пайки все отверстия в одном ряду соединены проводником. Таким образом, все пять этих отверстий автоматически образуют единый узел, как показано на рис. 3. Это позволяет нам соединять компоненты между собой, вставляя их выводы в отверстия в одном ряду.

   • Мы также можем выполнить соединения с помощью перемычек. Проволочные перемычки являются хорошими проводниками, поэтому будем считать, что точки, соединенные проволочными перемычками, становятся единым узлом. На рис. 4 показано, как этот подход можно использовать для создания узлов с более чем пятью отверстиями на макетной плате.

   Очевидно, что определение любого физического соединителя (например, провода) как «идеального» проводника будет неправильным; любой провод будет иметь некоторое ненулевое сопротивление и вызовет некоторую разницу в напряжении между его концами. Хитрость заключается в том, что сопротивление проводника должно быть незначительным по сравнению с сопротивлением других компонентов в цепи, чтобы его можно было считать «достаточно близким» к нулю, чтобы оно не имело значения. Например, проводом с сопротивлением 0,1 Ом, вероятно, можно пренебречь, если он соединяет два резистора по 10 кОм.

   ---

   Важные моменты

   • Цепи с сосредоточенными параметрами состоят из дискретных компонентов схемы, соединенных, как предполагается, идеальными проводниками. Основное предположение схем с сосредоточенными параметрами состоит в том, что идеальные проводники мгновенно передают ток без падения напряжения.

   • Модель цепи с сосредоточенными параметрами не подходит, если задействованные расстояния велики или напряжения и токи изменяются очень быстро. В этих случаях необходимо использовать модели с распределенными параметрами. Эти модели значительно сложнее математически, чем модели с сосредоточенными параметрами.

   • Узел — это электрическая «точка», в которой соединены два или более элемента цепи. Узлы могут быть разбросаны из одной геометрической точки с идеальными проводниками.

   • Узлы цепи также могут быть идентифицированы по тому факту, что они являются частями цепи, которые находятся под одним и тем же напряжением. Поскольку на идеальном проводнике нет падения напряжения, любые точки цепи, соединенные идеальными проводниками, будут иметь одинаковое напряжение и, таким образом, будут частью одного и того же узла.

   ---

   Проверьте свои знания

   1. Сколько узлов в приведенной ниже схеме?
   

   2. Сколько узлов в приведенной ниже схеме?
   

   3. Определите узлы в схеме ниже.
   

   4. Определите узлы в схеме ниже.
   

   ---

   Ответы

   1. Три, как показано.
   

   2. Пять, как показано.
   

   3. Пять узлов, как показано на рисунке ниже.
   

   4. Четыре узла, как показано на рисунке ниже. (Обратите внимание, что обе клеммы заземления соединены внутри Analog Discovery™. Это делает их одним узлом.)
   

   учиться, основы, схемы, сосредоточенный параметр, узлы

   ¹⁾

   Помните, что нашей целью при создании любой электрической цепи является передача энергии для выполнения какой-либо полезной задачи.