Электрические цепи и их элементы

Схемы электрические в зависимости от основного назначения подразделяют на следующие типы:

Схема электрическая объединенная (Э0)

На данном виде схем изображают различные типы, которые объединяются между собой на одном чертеже.

Пример схемы электрической объединенной:

Схема электрическая подключения (Э5)

На схеме подключения должны быть изображены изделие, его входные и выходные элементы (соединители, зажимы и т.д.) и подводимые к ним концы проводов и кабелей (многожильных проводов, электрических шнуров) внешнего монтажа, около которых помещают данные о подключении изделия (характеристики внешних цепей и (или) адреса). Размещение изображений входных и выходных элементов внутри графического обозначения изделия должно примерно соответствовать их действительному размещению в изделии. На схеме следует указывать позиционные обозначения входных и выходных элементов, присвоенные им на принципиальной схеме изделия.

Пример схемы электрической подключений:

Схема электрическая соединений (монтажная) (Э4)

На схеме соединений следует изображать все устройства и элементы, входящие в состав изделия, их входные и выходные элементы (соединители, платы, зажимы и т.д.), а также соединения между этими устройствами и элементами. Расположение графических обозначений устройств и элементов на схеме должно примерно соответствовать действительному размещению элементов и устройств в изделии. Расположение изображений входных и выходных элементов или выводов внутри графических обозначений и устройств или элементов должно примерно соответствовать их действительному размещению в устройстве или элементе.

Пример схемы электрической соединений:

Схема электрическая принципиальная (полная) (Э3)

На принципиальной схеме изображают все электрические элементы или устройства, необходимые для осуществления и контроля в изделии установленных электрических процессов, все электрические взаимосвязи между ними, а также электрические элементы (соединители, зажимы и т.д.), которыми заканчиваются входные и выходные цепи. На схеме допускается изображать соединительные и монтажные элементы, устанавливаемые в изделии по конструктивным соображениям. Схемы выполняют для изделий, находящихся в отключенном положении.

Пример схемы электрической принципиальной:

Схема электрическая функциональная (Э2)

На функциональной схеме изображают функциональные части изделия (элементы, устройства и функциональные группы), участвующие в процессе, иллюстрируемом схемой, и связи между этими частями. Графическое построение схемы должно давать наиболее наглядное представление о последовательности процессов, иллюстрируемых схемой.

Пример схемы электрической функциональной:

Схема электрическая структурная (Э1)

На структурной схеме изображают все основные функциональные части изделия (элементы, устройства и функциональные группы) и основные взаимосвязи между ними. Графическое построение схемы должно обеспечивать наилучшее представление о последовательности взаимодействия функциональных частей в изделии. На линиях взаимосвязей рекомендуется стрелками обозначать направление хода процессов, происходящих в изделии.

Пример схемы электрической структурной:

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.

Электрическая цепь – совокупность устройств (элементов), предназначенных для направленного движения электрических зарядов (электрического тока) и связанных с ним электромагнитных процессов.

Электрическая цепь служит для генерирования, передачи и преобразования электрической (электромагнитной) энергии и сигналов.

Основные элементы электрической цепи – источники, приемники и линии передачи.

Источник электрической энергии и сигналов – устройство, преобразующее различные виды энергии неэлектромагнитной природы в электромагнитную (гальванический элемент, аккумулятор, электромеханический генератор).

Приемник электрической энергии и электрических сигналов – устройство, преобразующее электрическую энергию в другие виды энергии (электротермические устройства, электрические лампы, резисторы, электрические двигатели).

Линия передачи электрической энергии и электрических сигналов – проводники (материалы, среды, имеющие свободные заряды) и электромагнитные поля, с помощью которых осуществляется передача электрической энергии и сигналов от источников к приемникам.

Кроме того, элементами электрической цепи могут быть преобразовательные, коммутационные и измерительные устройства (приборы).

Преобразователь электрической энергии – устройство, преобразующее параметры (напряжение, ток, их форму, величину, частоту) электромагнитной энергии (трансформаторы, выпрямители, инверторы, преобразователь частоты).

Коммутационные устройства предназначены для изменения режима работы электрической цепи: отключение и включение источников, приемников, изменения параметров участков цепи. Это контакторы, переключатели, выключатели, разъединители.

Измерительные устройства – приборы для измерения различных параметров электромагнитных процессов, протекающих в электрической цепи (амперметры, вольтметры, ваттметры и т.д.).

Схема электрической цепи – графическое изображение электрической цепи, содержащее условные изображения ее элементов и показывающее соединение этих элементов.

ЕСКД «Обозначения условные графические в схемах». ГОСТ 2.721-74 – 2.758-81.

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.

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.

Источники

• https://formulki.ru/electromagnetism/sostavnye-chasti-elektricheskoj-tsepi
• https://panelektro.ru/ampery/kak-chitat-elektricheskie-shemy.html
• http://www.sxemotehnika.ru/elektricheskaya-tsep-i-ee-elementi.html
• https://tokzamer.ru/bez-rubriki/shemy-soedineniya-elektricheskoj-cepi
• https://habr.com/ru/post/451158/
• https://StrojDvor.ru/elektrosnabzhenie/ponyatie-elektricheskoj-cepi-i-ee-sostavnye-chasti/

Независимые источники

Как следует из названия, независимые источники производят фиксированные значения напряжения или тока, и они не зависят от каких-либо других параметров. Независимые источники могут быть далее разделены на следующие две категории —

• Независимые источники напряжения
• Независимые источники тока

Независимые источники напряжения

Независимый источник напряжения создает постоянное напряжение на своих двух клеммах. Это напряжение не зависит от величины тока, который протекает через две клеммы источника напряжения.

Независимый источник идеального напряжения

и его характеристики ВИ показаны на следующем рисунке.

Характеристики VI

независимого идеального источника напряжения представляют собой постоянную линию, которая всегда равна напряжению источника (VS) независимо от значения тока (I). Итак, внутреннее сопротивление независимого идеального источника напряжения равно нулю.

Следовательно, независимые идеальные источники напряжения практически не существуют

, потому что будет некоторое внутреннее сопротивление.

Независимый источник практического напряжения

и его характеристики ВИ показаны на следующем рисунке.

Имеются отклонения характеристик ВП независимого источника практического напряжения от характеристик ВИ независимого источника идеального напряжения. Это связано с падением напряжения на внутреннем сопротивлении (R S ) независимого практического источника напряжения.

Независимые источники тока

Независимый источник тока производит постоянный ток. Этот ток не зависит от напряжения на двух клеммах. Независимый идеальный источник тока

и его характеристики ВИ показаны на следующем рисунке.

Характеристики ВИ

независимого идеального источника тока — это постоянная линия, которая всегда равна току источника (I S ) независимо от значения напряжения (V). Таким образом, внутреннее сопротивление независимого идеального источника тока равно бесконечным Ом.

Следовательно, независимых идеальных источников тока практически не существует

, потому что будет некоторое внутреннее сопротивление.

Независимый практический источник тока

и его характеристики ВИ показаны на следующем рисунке.

Существует отклонение характеристик VI независимого практического источника тока от характеристик VI независимого идеального источника тока. Это происходит из-за количества тока, протекающего через внутреннее шунтирующее сопротивление (R S ) независимого практического источника тока.

Пример реальной цепи

Самую простую электрическую цепь можно сделать самостоятельно. Её часто собирают на уроке физики. При этом не стоит опасаться поражения током, так как в ней будет использоваться низковольтный источник напряжения. Но всё же перед тем как приступить к сборке, следует знать о коротком замыкании. Под ним понимают состояние, при котором происходит закорачивание выхода.

Другими словами, вся энергия источника тока оказывается приложенной к нему же. В результате разность потенциалов снижается до нуля, а в цепи возникает максимальная сила тока. Непреднамеренное короткое замыкание может привести к выходу из строя генератор и радиодетали. Именно для защиты от этого пагубного воздействия в цепи ставят предохранитель.

Схема для самостоятельного повторения будет представлять собой узел управления освещением. Для её сборки необходимо подготовить:

Источник питания на 12 вольт. Это может быть аккумулятор, регулируемый лабораторный блок, батарейки. Главное, чтобы источник смог выдавать нужное напряжение. Например, нужную величину можно получить соединив последовательно несколько батареек со стандартным номиналом 1,5 В (1,5 * 4 = 12 В).
Лампочка

Подойдёт накаливания
Здесь важно обратить внимание на её характеристики. Она должна быть рассчитанной на нужное напряжение.
Ключ
Это обыкновенный выключатель, имеющий два устойчивых состояния — разомкнутое и замкнутое.
Провода

В сборке можно использовать любые медные проводники сечением от 0,25 мм 2 .

• Механизм коагуляции гидрофобных коллоидов кратко

    

• Фавориты в эпоху дворцовых переворотов кратко

    

• Кратко варить яйца всмятку

    

• Здоровье и долголетие человека содержание проблемы кратко

    

• Одиночка и толпа набоков кратко

Классификация электрических цепей

По назначению электрические цепи бывают:

• Силовые электрические цепи;
• Электрические цепи управления;
• Электрические цепи измерения;

Силовые цепи предназначены для передачи и распределения электрической энергии. Именно силовые цепи ведут ток к потребителю.

Также цепи разделяют по силе тока в них. Например, если ток в цепи превышает 5 ампер, то цепь силовая. Когда вы щелкаете чайник, включенный в розетку, Вы замыкаете силовую электрическую цепь.

Электрические цепи управления не являются силовыми и предназначены для приведения в действие или изменения параметров работы электрических устройств и оборудования. Пример цепи управления – аппаратура контроля, управления и сигнализации.

Электрические цепи измерения предназначены для фиксации изменений параметров работы электрического оборудования.

Внутренние и внешние части электрической цепи

Составными простейшей электрической цепи являются: источник, один или несколько приемников электроэнергии с последовательным соединением и соединительные провода.

Источник питания контролирует образование внутренней части цепи, а потребитель, в то же время, формирует ее внешнюю часть (в совокупности с измерительными приборами, коммутирующими аппаратами и соединительными проводами).

Замечание 2

Внешний участок (иными словами, внешняя цепь) будет состоять из одного или нескольких приемников электроэнергии, а также из соединительных проводов и разных вспомогательных устройств, включенных в такую цепь. Наряду с тем, внутренний участок (называется также внутренняя цепь) — это и есть сам источник.

При составлении расчетных схем элементы электроцепи, обладающие некоторым сопротивлением, (электролампы, например, или электронагревательные приборы) изображаются схематически в формате сосредоточенных в определенном месте схемы резисторов с сопротивлением. То же касается и элементов с индуктивностью (обмотки генераторов, трансформаторов и электродвигателей) и емкостью (трансформаторы).

На расчетных схемах их изображение будет сосредоточено в соответствующих местах конденсаторов и катушек индуктивности. Источниками электроэнергии в схеме электрической цепи зачастую выступают идеализированные источники с внутренним сопротивлением $Ro=0$. С целью учета внутреннего сопротивления реального источника, в схему вводится изображение резистора с сопротивлением $Ro$ или ставится обозначение $Ro$ рядом с условным обозначением источника.

Вспомогательным элементам электроцепей в виде включающих и выключающих аппаратов, защитных устройств, некоторых электроизмерительных приборов часто свойственно малое сопротивление, при этом они практически не оказывают воздействия на значения напряжений и токов

По этой причине они во внимание не принимаются и не указываются на схемах

В момент образования замкнутого контура во внутренней и внешней части цепи, в ней фиксируют возникновение электрического тока. Силу тока, таким образом, определяет количество электричества (заряда), проходящего за единицу времени через поперечное сечение проводника:

• $I=\frac{q}{t}$ (для постоянного тока);
• $i=\frac{dq}{dt}$ (для переменного тока).

Прохождение в цепи электрического тока взаимосвязано с процессами преобразования энергии в каждом ее элементе, которые происходят в непрерывном режиме. В рамках процесса преобразования иных видов энергии в электрическую мы наблюдаем возбуждение в источнике питания электродвижущей силы (ЭДС).

Внешняя цепь, равно как и сам источник энергии, имеют определенное сопротивление для прохождения электрического тока. Физическую природу сопротивления Ома $R$ представляет – тепловое движение атомов и молекул тела (свойство сверхпроводимости). Величина сопротивления будет зависимой от материала, а также размеров и формы проводника:

$R=P\frac{I}{S}$

Обратная сопротивлению величина называется проводимостью:

$P=\frac{1}{R}$

Напряжение, электродвижущая сила, ток и сопротивление связывает в простейшей цепи закон Ома, который выражается формулой:

$I=\frac{U}{R}$

Расчет электрических цепей

Рассчитать цепь – значит найти все токи в ней. Существуют разные методы расчета электрических цепей: законы Кирхгофа, метод контурных токов, метод узловых потенциалов и другие. Рассмотрим применение метода контурных токов на примере конкретной цепи.

Сначала выделим контуры и обозначим ток в них. Направление тока можно выбирать произвольно. В нашем случае – по часовой стрелке. Затем для каждого контура составим уравнения по 2 закону Кирхгофа. Уравнения составляются так: Ток контура умножается на сопротивление контура, к полученному выражению добавляются произведения тока других контуров и общих сопротивлений этих контуров. Для нашей схемы:

Полученная система решается с подставкой исходных данных задачи. Токи в ветвях исходной цепи находим как алгебраическую сумму контурных токов

Какую бы цепь Вам ни понадобилось рассчитать, наши специалисты всегда помогут справится с заданиями. Мы найдем все токи по правилу Кирхгофа и решим любой пример на переходные процессы в электрических цепях. Получайте удовольствие от учебы вместе с нами!

• Методы изучения общения реферат

    

• Виртуальная реальность в обучении реферат

    

• Взаимодействие органов прокуратуры с другими правоохранительными органами реферат

    

• Формы проявления власти реферат

    

• Переселение абазин на северный кавказ реферат

Схемы электрических цепей

Элементы электрических цепей соединяются в схемы разными способами. Для каждой из схем существуют определенные закономерности, которые сформулированы и установлены учеными Омом и Кирхгофом.

Соединение потребителей в электрических цепях может быть трех видов:

1. Последовательное соединение. В таком случае с увеличением количества потребителей происходит увеличение общего сопротивления электрической цепи. Из этого следует, что значение общего сопротивления состоит из суммы сопротивлений подключенной нагрузки. Поскольку во всех участках электрической цепи протекает одинаковый ток, то на каждый отдельный элемент распределяется только часть общего напряжения. Если какое-то устройство или прибор останавливает свою работу, то происходит разрыв электрической цепи. Иными словами, если из строя выйдет хотя бы одна лампочка, остальные тоже не будут работать (например, елочная гирлянда). Но в последовательную цепь можно включить огромное количество элементов, каждый из которых рассчитан на меньшее напряжение.
2. Параллельное соединение. При такой схеме к двум точкам электрической цепи подключается несколько потребителей. На каждом участке напряжение будет приравниваться тому напряжению, которое приложено к каждой узловой точке. Данная схема позволяет увидеть возможность протекания электрического тока различными путями. Ток, который протекает у места разветвления, дальше проходит по двум нагрузкам, что имеют определенное сопротивление. В результате этого он приравнивается сумме токов, которые расходятся от данной точки. Происходит снижение сопротивления с увеличением ее общей проходимости. Благодаря соединению обеспечивается независимая работа потребителей. Если из строя выйдет один из них, то остальные потребители будут работать слаженно, поскольку цепь не разрывается.
3. Комбинированное соединение. Большинство приборов на практике включаются в электрическую цепь сразу двумя способами (параллельно и последовательно). Поэтому подобные соединения носят название комбинированные. Например, вся защитная аппаратура соединяется последовательно, тем самым, обеспечивая разрыв цепи. Лампочки и розетки, всегда включаются параллельно, исключая взаимодействие между собой. Частое использование комбинированного соединения вызвано различным энергопотреблением. Их сопротивления при постоянном напряжении будут отличаться между собой. Комбинированное соединение позволяет распределить нагрузку на линиях и предотвратить перегрузку.

Электрическая цепь, которая изображена графически при помощи знаков и символов, носит название «электрическая схема».

Она представлена в виде идеализированной цепи, которая является расчетной моделью реальной электрической цепи. Иногда она называется эквивалентной схемой замещения. По возможности данная схема должна отражать реальные процессы, что происходят в действительности. Каждый реальный элемент цепи при расчетах заменяется элементами схемы.

В цепях постоянного электрического тока используются два элемента: резистивный элемент с сопротивлением $R$ и источник энергии с внутренним сопротивлением $r_0$. Под внутренним сопротивлением генератора понимается сопротивление всех его внутренних элементов электрическому току.

Сопротивление приемника $R$ может охарактеризовать потребление электрической энергии, иными словами, превращение электроэнергии в другие виды энергии с выделением мощности:

$P = l^2 R$

Для того чтобы провести анализ электрической цепи важно выделить несколько понятий: ветвь, узел, контур. Ветвь – это участок цепи, который образуется элементами, что соединены последовательно, и характеризуется собственными значениями электрического тока в определенный момент

Ветвь – это участок цепи, который образуется элементами, что соединены последовательно, и характеризуется собственными значениями электрического тока в определенный момент.

Узлом является точка соединения нескольких ветвей. Если в месте пересечения на электрической схеме отображается точка, то на этом месте существует электрическое соединение двух линий. В противном случае узла нет.

Контур – это замкнутая часть электрической цепи, которая состоит из нескольких узлов и ветвей.

Заземление любой точки схемы говорит о том, что потенциал данной точки приравнивается нулю.