Режимы работы электрических цепей
Электрические цепи постоянного тока
Электрическим током называется направленное движение электрически заряженных частиц. В металлах ток обуславливается движением электронов, в жидкостях - движением ионов.
Ток, остающийся неизменным с течением времени по величине и направлению, называется постоянным.
Электрической цепью называется совокупность соединенных между собой источников и приемников электрической энергии. К электрической цепи также относятся коммутационная аппаратура, измерительные приборы и соединительные провода, которые служат для передачи электрической энергии от источников к потребителям.
В источниках электрической энергии происходит преобразование неэлектрических видов энергии в электрические.
В приемниках электрической энергии происходит преобразование электрической энергии в другие виды энергии: тепловую, световую, механическую и другие виды энергии.
Графическое изображение электрической цепи называется электрической схемой. Электрическая схема, изображенная с помощью условных обозначений, называется принципиальной электрической схемой.
Электрические цепи характеризуются понятиями: ветвь, узел, контур.
Ветвь - участок электрической цепи, по которому протекает один и тот же ток.
Узел - точка электрической цепи, в которой соединяются три или более ветвей.
Контур - замкнутая электрическая цепь, при прохождении которой ветвь и узел встречаются только один раз. Существуют независимые и зависимые контуры. В независимом контуре есть хотя бы одна ветвь, не вошедшая в другие контуры.
В источниках питания при преобразовании неэлектрических видов энергии в электрические виды возбуждается электродвижущая сила (ЭДС) E, которая в замкнутой цепи вызывает электрический ток.
На рисунке 1.1а, б показаны условные обозначения ЭДС в схемах.
а) б)
Рисунок 1.1
При преобразовании энергии в источниках питания происходят потери, которые оцениваются внутренним сопротивлением r.
Силой токаназывается скалярная величина, равная количеству электричества, которое переносится через площадь поперечного сечения проводника за единицу времени:
,
где 
- количество электричества; t - время.
Сила тока измеряется в амперах (А). Направлением электрического тока принято считать направление движение положительных зарядов. В схемах направление тока указывается стрелкой (рисунок 1.2).
Рисунок 1.2
Потенциалом jполя в данной точке называется величина, численно равная работе А по перемещению единичного положительного заряда q из бесконечности в эту точку:
Напряжением U на участке цепи (рисунок 1.2) называется величина, численно равная полной работе A12, которая совершается при перемещении вдоль участка цепи единичного положительного заряда:
Напряжение на концах участка цепи равно разности потенциалов
в точках "1" и "2":
Напряжение измеряется в вольтах (В).
Электрическим сопротивлением R(сопротивлением) цепи называется величина, препятствующая прохождению электрического тока.
Резистором называется электротехническое устройство, обладающее электрическим сопротивлением.
Величина, обратная электрическому сопротивлению, называется электрической проводимостью G (проводимостью):
Проводимость измеряется в сименсах (См).
Сопротивления могут быть соединены последовательно или параллельно.
При последовательном соединениипо всем приемникам (R1,R2,R3) протекает один и тот же ток(рисунок 1.3).
Рисунок 1.3
Очевидно, напряжение на зажимах цепи U равно сумме напряжений на сопротивлениях:
U = UR1 + UR2 + UR3
Разделив почленно на ток данное выражение для U , получим:
или RЭКВ = R1 + R2 + R3
Сопротивление RЭКВ называется эквивалентным сопротивлением цепи. Эквивалентное сопротивление цепи – это такое сопротивление, заменяя которым все сопротивления цепи при том же напряжении, получим ту же силу тока в цепи.
Таким образом, общее сопротивление цепи, состоящей из последовательно соединенных сопротивлений, равно сумме всех сопротивлений этой цепи:
При параллельном соединении один зажим каждого сопротивления присоединяется к одному узлу, а другой зажим каждого сопротивления - к другому узлу (рисунок 1.4).
Рисунок 1.4
При параллельном соединениико всем элементам приложено одно и тоже напряжение:
Uаб = UR1 = UR2 = UR3 = U
Согласно первому закону Кирхгофа:
I = I1 + I2 + I3
или 
тогда 
или GЭКВ = G1 + G2 + G3,
где Rэкв - эквивалентное сопротивление; GЭКВ - эквивалентная проводимость.
Таким образом, при параллельном соединении сопротивлений общая проводимость цепи равна сумме проводимостей отдельных ветвей:
или 
Электрическая мощность P равна отношению работы по перемещению положительного заряда к интервалу времени ее совершения:
Электрическая мощность измеряется в ваттах (Вт). Электрическая мощность количественно равна произведению напряжения на ток:
В любой электрической цепи должен соблюдаться энергетический баланс:
При балансе мощностей алгебраическая сумма мощностей всех источников электрической энергии равна арифметической сумме мощностей всех приемников электрической энергии. Если через источник ЭДС течет ток, направление которого совпадает с направлением ЭДС, то источник ЭДС отдает энергию и его мощность 
входит в уравнение баланса мощностей со знаком "плюс". Если же направление тока и ЭДС не совпадают, то входит в уравнение баланса мощностей со знаком "минус".
Режимы работы электрических цепей
Электрические цепи могут работать в четырех режимах.
Номинальный режим- в источниках и приемниках электрической цепи токи и напряжения, мощности соответствуют тем значениям, на которые они рассчитаны заводом - изготовителем.
Эти величины Iн, Uн, Pн указываются в паспорте или на щитке устройства. При расчете электрических схем эти данные берутся за основу. Iн - определяет условия предельно допустимого нагрева приемников электрической цепи. Uн - определяет изоляцию токоведущих частей.
Режим холостого хода (х.х.) - режим, при котором ток отдельных участков равен нулю.
Для практического осуществления х.х. достаточно отключить один из проводов, при помощи которых элемент присоединен к цепи. В режиме х.х. Iхх = 0; Uхх = max; Rхх = ¥.
Режим короткого замыкания (к.з.) характеризуется тем, что напряжение на короткозамкнутом участке стремится к нулю, а ток возрастает до максимума. При коротком замыкании Uкз = 0, Iкз = max, R = 0.
Установившийся режим характеризуется постоянными значениями потенциалов, напряжений, токов.
При заземлении любой одной точки схемы токораспределение в ней не меняется. Потенциал заземленной точки принимают равным нулю.
Дата добавления: 2016-02-09; просмотров: 2976;