Схемы их замещения

 

Электрической цепью называется совокупность устройств, предназначенных для передачи, распределения и взаимного преобразования электрической (электромагнитной) и других видов энергии, если процессы, протекающие в устройствах, могут быть описаны при помощи понятий об электродвижущей силе (ЭДС), токе и напряжении.

Основными элементами электрических цепей являются источники и приемники электрической энергии.

В источниках электрической энергии происходит преобразование различных видов энергии (механической, тепловой, химической и т.д.) в электрическую энергию. В приемниках происходит преобразование электрической энергии в другие виды энергии. Кроме источников и приемников электрической энергии электрическая цепь содержит соединительные провода, защитную и коммутационную аппаратуру, измерительные приборы. В дальнейшем, при анализе электрических цепей, будем считать, что все эти элементы не влияют на токораспределение в цепи, а только выполняют функции коммутации, защиты или измерения.

Для облегчения изучения процессов в электрической цепи ее заменяют расчетной схемой замещения, то есть идеализированной цепью, которая и является расчетной моделью реальной цепи.

Источники энергии принято рассматривать как источники ЭДС или как источники тока.

К источникам ЭДС относят источники электрической энергии, в которых ЭДС Е не зависит или практически не зависит от тока, идущего от источника в приемник, и внутреннее сопротивление rвн которых мало. Идеальным источником ЭДС называется источник, внутреннее сопротивление которого равно нулю, и напряжение на зажимах источника UE всегда равно ЭДС (рис. 1.1, а). Реальные источники ЭДС, обладающие внутренним сопротивлением, отличным от нуля, на схеме замещения (рис. 1.1, б) показываются в виде последовательного соединения идеального источника ЭДС и внутреннего сопротивления. Напряжение реального источника ЭДС опре

 
 

деляется:

 
 

К источникам тока обычно относят источники электрической энергии, в которых ток не зависит или практически не зависит от напряжения, которое создается источником на зажимах приемника.

Идеальным источником тока J называется источник, внутреннее сопротивление которого равно бесконечности, то есть внутренняя проводимость gвн равна нулю (рис. 1.2, а). Ток ветви, содержащей такой идеальный источник, всегда равен току источника J. Реальный источник тока, внутренняя проводимость которого отлична от нуля на схеме замещения показывается в виде параллельного соединения идеального источника тока и ветви с проводимостью gвн (рис. 1.2, б). Ток ветви, содержащей реальный источник тока:

На рис. 1.1 и 1.2 показаны положительные направления напряжений UE и UJ на зажимах источников электрической энергии.

 
 

Все приемники электрической энергии характеризуются такой величиной, как электрическое сопротивление R. В том случае, если величина сопротивления не зависит от тока и напряжения (R=const), то такие приемники называют линейными, так как их вольтамперная характеристика (ВАХ) линейна (рис. 1.3, а). Если же величина сопротивления зависит от тока или напряжения R=f(U,I), то такие приемники имеют нелинейную ВАХ (рис. 1.3, б) и называются нелинейными.

Схемой электрической цепи называют графическое изображение электрической цепи, показывающее последовательность соединения ее участков и отображающее свойства рассматриваемой электрической цепи.

При расчете сложной электрической цепи пользуются такими понятиями как ветвь, узел и контур.

Ветвью электрической цепи и ее схемы называют участок цепи, который включен между двумя соседними узлами и по которому протекает один и тот же ток.

Узлом цепи и ее схемы называется место соединения трех и более ветвей.

Любой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям, называется контуром. Элементарным или независимым контуром называется контур, отличающийся от любого другого контура хотя бы одним элементом.