Элементы электрических цепей
Электромагнитные процессы протекающие в электротехнических устройствах как правило достаточно сложны, однако во многих случаях их основные характеристики можно описать с помощью таких интегральных понятий, как напряжение, ток, электродвижущая сила и т.д. При таком подходе совокупность электротехнических устройств состоящих из соответствующих образом соединенных источников и приемников электрической энергии рассматривают как электрическую цепь. Эл.цепь состоит из отдельных частей выполняющих определенные функции и называемых элементами цепи.
Основными элементами цепи являются источники и приемники электрической энергии. Электрические устройства, производящие энергию называются генераторами, а устройства потребляющие – приемниками. У каждого элемента цепи можно выявить некоторое число зажимов, полюсов, с помощью которых он соединяется с другими элементами, поэтому различаются 2х, 4х и многополюсные элементы.
Двухполюсники имеют 2 зажима и к ним относятся источники энергии, резисторы, катушки индуктивности и конденсаторы.
Резистивный элемент
Рези́стор — пассивный элемент электрической цепи, в идеале характеризуемый только сопротивлением электрическому току, то есть для идеального резистора в любой момент времени должен выполняться
закон Ома: мгновенное значение напряжения на резисторе пропорционально току проходящему через него.
В общем случае определение сопротивления связано с расчетом поля в проводящей среде, разделяющей два электрода.
Основной характеристикой резистивного элемента является зависимость U(I) или I(U), называемая вольт-амперной характеристикой.
Если зависимость U(I) представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат (см.рис. 1,б), то резистор называется линейным.
Индуктивный элемент
На ряду с резистором в эл. Цепи может включатся такой элемент, как катушка индуктивности или индуктивный элемент. Катушка – это пассивный элемент характеризующийся индуктивностью.
Для расчета индуктивности рассчитывают магнитное поле L=(трезубец)/i, где (трезубец) – потокосцепление, которое равно сумме произведений потока магнитной индукции пронизывающего витки, на число этих витков. (трезубец)=(эпсилон)*Ф(к-атое)*W(к-атое), где Ф – поток магнитной индукции.
Индуктивность измеряется в Генри и основной характеристикой индуктивности является ее вебер-амперной характеристикой.
Для линейных катушек индуктивности эта зависимость представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат. L – const для линейного индуктивного элемента.
Емкостной элемент
Конденсатор – это пассивный элемент характеризующийся емкостью. Для расчета емкости необходимо рассчитать электрическое поле в конденсаторе. При этом емкость определяется отношением заряда на обкладках конденсатора на напряжение между ними: C=q/U
Емкость конденсатора зависит от геометрии обкладок и свойств диэлектрика находящегося между ними.
Основной характеристикой емкостного элемента является Кулон-Вольтная характеристика, которая если на графике изображается прямой линией, то показывает что емкостной элемент является линейным. C –q= const,CU
Топологические понятия теории электрических цепей
Ветвью называется участок электрической цепи с одним и тем же током.
Узлом называют участок эл.цепи, где соединяются 3 и более ветви.
2 геометрических узла образуют один потенциальный узел, если между ними не включен не один элемент.
Контуром называется замкнутый путь тока.
Независимым контуром называется контур, в который входит хотя бы одна новая ветвь.
Режимы работы активных двухполюсников
Двухполюсником называют часть электрической цепи с двумя выделенными зажимами полюсами. Обозначается двухполюсник буквой П – пасивный двухполюсник, если не содержит активный элемент, и буквой А – активный двухполюсник, который содержит активный элемент.
Любую электрическую цепь с несколькими активными элементами всегда можно представить в виде активного двухполюсника соединенного с пасивным. При этом пасивный двухполюсник может быть представлен одним резистивным элементом, а активный двухполюсник 2мя элементами – источником ЭДС и резистивным элементом.
В зависимости от нагрузки различают следующие режимы работы: номинальный, режим холостого хода, короткого замыкания, согласованный режим.
При номинальном режиме электротехнические устройства работают в условиях, указанных в паспортных данных завода-изготовителя. В нормальных условиях величины тока, напряжения, мощности не превышают указанных значений.
Режим холостого хода возникает при обрыве цепи или отключении сопротивления нагрузки.
Режим короткого замыкания получается при сопротивлении нагрузки, равном нулю. Ток короткого замыкания в несколько раз превышает номинальный ток. Режим короткого замыкания является аварийным.
Согласованный режим - это режим передачи от источника к сопротивлению нагрузки наибольшей мощности. Согласованный режим наступает тогда, когда сопротивление нагрузки становится равным внутреннему сопротивлению источника. При этом в нагрузке выделяется максимальная мощность.
