Електричний ланцюг та його елементи

Електричний ланцюг – сукупність пристроїв, призначених для проходження електричного струму. Ланцюг утворюється джерелами енергії (генераторами), споживачами енергії (навантаженнями), системами передачі енергії (проводами).

Електричне коло – сукупність пристроїв і об’єктів, що утворюють шлях для електричного струму, електромагнітні процеси в яких можуть бути описані за допомогою поняття про електрорушійної силі, струмі і напрузі.

Найпростіша електрична установка складається з джерела (гальванічного елемента, акумулятора, генератора і т. П.), Споживачів або приймачів електричної енергії (ламп розжарювання, електронагрівальних приладів, електродвигунів і т. П.) І сполучних проводів, що з’єднують затискачі джерела напруги з зажимами споживача . Тобто електричне коло – сукупність з’єднаних між собою джерел електричної енергії, приймачів і з’єднують їх проводів (лінія передачі).
Схема електричного кола
Рис.1. Схема електричного кола
Електричне коло ділиться на внутрішню і зовнішню частини. До внутрішньої частини електричного кола відноситься саме джерело електричної енергії. У зовнішню частину ланцюга входять з’єднувальні дроти, споживачі, рубильники, вимикачі, електровимірювальні прилади, т. Е. Все те, що приєднано до затискачів джерела електричної енергії.

Електричний струм може протікати тільки по замкнутому електричному ланцюзі. Розрив ланцюга в будь-якому місці викликає припинення електричного струму.

Під електричними ланцюгами постійного струму в електротехніці увазі ланцюга, в яких струм не змінює свого напрямку, т. Е. Полярність джерел ЕРС в яких постійна.

Під електричними ланцюгами змінного струму мають на увазі ланцюга, в яких протікає струм, який змінюється в часі (дивіться, змінний струм).

Джерела живлення ланцюга – це гальванічні елементи, електричні акумулятори, електромеханічні генератори, термоелектричні генератори, фотоелементи та ін. В сучасній техніці в якості джерел енергії застосовують головним чином електричні генератори. Всі джерела живлення мають внутрішній опір значення якого невелике в порівнянні з опором інших елементів електричного кола.

Електроприймачами постійного струму є електродвигуни, що перетворюють електричну енергію в механічну, нагрівальні та освітлювальні прилади, електролізні установки та ін.

В якості допоміжного обладнання в електричний ланцюг входять апарати для включення і відключення (наприклад, рубильники), прилади для вимірювання електричних величин (наприклад, амперметри і вольтметри), апарати захисту (наприклад, плавкі запобіжники).
Електричне коло і її елементи
Всі електроприймачі характеризуються електричними параметрами, серед яких основні – напруга і потужність. Для нормальної роботи електроприймача на його затискачах необхідно підтримувати номінальну напругу.

Елементи електричного кола поділяються на активні і пасивні. До активних елементів електричного кола відносяться ті, в яких індукується ЕРС (джерела ЕРС, електродвигуни, акумулятори в процесі зарядки і т. П.). До пасивних елементів відносяться електроприймачі і з’єднувальні дроти.
електричний ланцюг
схема електричного кола
За топологічних особливостей електричні ланцюги поділяють:

на прості (одноконтурні), двовузлового і складні (багатоконтурні, багатовузловий, планарні (площинні) і об’ємні);

двополюсні, що мають два зовнішніх виведення (двухполюсники і багатополюсні, що містять більше двох зовнішніх висновків (чотириполюсники, багатополюсника).

Джерела і приймачі (споживачі) енергії з точки зору теорії ланцюгів є двухполюсника, так як для їх роботи необхідно і достатньо двох полюсів, через які вони передають або приймають енергію. Той чи інший двухполюсник називають активним, якщо він містить джерело, або пасивним – якщо він не містить джерело (відповідно, ліва і права частини схеми).

Пристрої, що передають енергію від джерел до приймачів, є чотириполюсниками, так як вони повинні володіти, щонайменше, чотирма затискачами для передачі енергії від генератора до навантаження. Найпростішим пристроєм передачі енергії є дроти.
Активний і пасивний двухполюсники в електричному ланцюзі
Активний і пасивний двухполюсники в електричному ланцюзі
Узагальнена еквівалентна схема електричного кола
Узагальнена еквівалентна схема електричного кола

Елементи електричного кола, що володіють електричним опором і звані резисторами, характеризуються так званої вольт-амперної характеристикою – залежністю напруги на затискачах елемента від струму в ньому або залежністю струму в елементі від напруги на його затискачах.

Якщо опір елемента постійно при будь-якому значенні струму в ньому і будь-якому значенні прикладеного до нього напруги, то вольт-амперна характеристика пряма лінія і такий елемент називається лінійним елементом.

У загальному випадку опір залежить як від струму, так і від напруги. Одна з причин цього полягає в зміні опору провідника при протіканні по ньому струму через його нагрівання. При підвищенні температури опір провідника збільшується. Але так як у багатьох випадках ця залежність незначна, елемент вважають лінійним.

Електричне коло, електричний опір ділянок якої не залежить від значень і напрямів струмів і напруг в ланцюзі, називається лінійної електричної ланцюгом. Така ланцюг складається тільки з лінійних елементів, а її стан описується лінійними алгебраїчними рівняннями.

Якщо опір елемента ланцюга істотно залежить від струму або напруги, то вольт-амперна характеристика носить нелінійний характер, а такий елемент називається нелінійним елементом.

Електричне коло, електричний опір хоча б однієї з ділянок якої залежить від значень або від напрямків струмів і напруг в цій ділянці ланцюга, називається нелінійної електричним колом. Така ланцюг містить хоча б один нелінійний елемент.

При описі властивостей електричних ланцюгів встановлюється зв’язок між величинами електрорушійної сили (ЕРС), напруг і струмів в ланцюзі з величинами опорів, індуктивностей, ємностей і способом побудови ланцюга.

При аналізі електричних схем користуються такими топологічними параметрами схем:

гілка – ділянку електричного кола, уздовж якого протікає один і той же електричний струм;
вузол – місце з’єднання гілок електричного кола. Зазвичай місце, де поєднані дві гілки, називають не вузлом, а з’єднанням (або переборним вузлом), а вузол з’єднує не менше трьох гілок;
контур – послідовність гілок електричного кола, що утворює замкнутий шлях, в якій один з вузлів одночасно є початком і кінцем шляху, а решта зустрічаються тільки один раз.

...
ПОДІЛИТИСЯ: