лек 1 ИСД2. Лекции Общие положения и определения. Элементы цепей и их характе ристики

• Название: Лекции Общие положения и определения. Элементы цепей и их характе ристики
• Дата: 26.01.2022
• Размер: 0.82 Mb.
• Имя файла: лек 1 ИСД2.docx
• Тип: Лекции; #342286

Лекция 1.1 Введение. Основные методы анализа линейных электрических цепей постоянного тока

План лекции

1. 
   Общие положения и определения. Элементы цепей и их характе- ристики.
   
2. 
   Режимы работы электрической цепи.
   
3. 
   Законы Кирхгофа.
   
4. 
   Баланс мощности в электрической цепи.
   
5. 
   Обзор методов анализа цепей постоянного тока.
   

1. 
   Общие положения и определения. Элементы цепей и их характеристики
   

Электрической цепью называется искусственно созданный путь для электрического тока. Пример электрической цепи дан на рисунке 1.

a ^I b

E, _R1

R₀

d c


а

б

Рисунок 1 - Электрическая цепь: а – принципиальная электрическаясхема;б– блок схема

Основное назначение электрической цепи - распределение и взаим- ное преобразование электрической и других видов энергии.

Электрическая цепь состоит из трех основных элементов:

• 
  источника электрической энергии;
  
• 
  приемника электрической энергии;
  
• 
  соединительных проводов.
  

Рассмотрим каждый из этих элементов цепи подробнее.

1. Источник электрической энергии

Источники электрической энергии разнообразны: гальванические элементы, аккумуляторы, генераторы, термоэлектрические и солнечные батареи и т.д., рисунок 2,а.

Они превращают химическую, механическую, тепловую, световую или энергию других видов в электрическую энергию.

На схемах источники энергии обозначаются так, как показано на ри- сунке 2,б.

Везде R_O

- внутреннее сопротивление источника энергии.

Гальванический

элемент

Электромашинный

генератор

^{Термогенератор} Солнечная батарея

а

б

Рисунок2-Условныеобозначенияисточников

В элементах и аккумуляторах, внутреннее сопротивление - это со- противление электролита и граничных слоев между электролитом и элек- тродами, в генераторах - это сопротивление меди обмоток.

Основное назначение источника энергии - создать и постоянно поддерживать в цепи разность потенциалов, разность электрических уровней; создать как бы электрический напор, под воздействием которого и образуется упорядоченное движение электрических зарядов, то есть ток.

Принято зажим высшего потенциала источника обозначать знаком

«+», а зажим низшего потенциала знаком «».

Разность электрических потенциалов количественно определя- ется величиной, которая называется - электродвижущей силой или коротко ЭДС и обозначается на схемах буквой «Е»

E ₁  ₂ , (1)

где ₁- высший потенциал или уровень источника;

₂ - низший потенциал источника.

Направление действия ЭДС обозначается стрелкой, направленной от низшего потенциала к высшему, то есть от «» к «+».

Работа источника хорошо оценивается с помощью, так называемой внешней характеристики.

Внешней характеристикой называется функциональная зависи- мость напряжения на клеммах источника от величины тока, проте- кающего через источник.

Примерный вид внешних характеристик источников электрической энергии показан на рисунках 3 и 4.

Рисунок 3 - Внешняя характеристикаисточниканапряжения

Рисунок 4 - Внешняяхарактеристикаисточникатока

Из характеристики видно, что с увеличением тока напряжение на клеммах источника несколько уменьшается за счет потери напряжения на

внутреннем сопротивлении

R_O. В целом, же с ростом тока, напряжение на

источнике остается более или менее постоянным.

Подобные характеристики имеют гальванические элементы, аккуму- ляторы, электромашинные генераторы постоянного тока, выпрямители.

На рисунке 4 приведена внешняя характеристика источника элек- трической энергии другого вида.

Здесь, ток вырабатываемый источником остается более или менее постоянным, при значительном изменении напряжения на клеммах источ- ника.

Отличительная особенность таких источников - очень большая вели- чина внутреннего сопротивления, значительно превышающая сопротивле- ние приемника электрической энергии. Данные источники строят по спе- циальным схемам и широко применяют в современной электронике.

2. Приемник электрической энергии

Приемники электрической энергии или нагрузки, или потребители - разнообразны. Это могут быть электрические лампы, нагревательные при- боры, электродвигатели и другие устройства.

В нагрузках электрическая энергия преобразуется в тепловую, свето- вую, механическую и другие виды энергии.

На схемах, нагрузка учитывается с помощью соответствующих со- противлений и условно обозначается так, как показано на рисунке 5.


R

Рисунок5-Условноеизображениенагрузки

В общем случае сопротивление нагрузки Rзависит от тока, проте- кающего по нему. Однако, эта зависимость при расчетах цепей использу- ется редко.

На практике, чаще используют зависимость напряжения нагрузки от тока нагрузки, которая называется вольтамперной характеристикой.

Вольтамперной характеристикой называется функциональная зависимость напряжения на зажимах нагрузки от тока, протекающего через нагрузку.

Вольтамперные характеристики могут быть самыми разнообразны- ми, например такими, как показано на рисунке 6.

Рисунок6-Вольтамперныехарактеристикинагрузки

Характеристика «а» называется линейной. Характеристики «b» и «c» называются нелинейными. Поэтому нагрузки бывают линейными и нели- нейными.

Линейным элементом или нагрузкой называют такой, сопротив- ление которого R , при любых значениях тока через него, остается по- стоянным, а вольтамперная характеристика представляет собой пря- мую линию.

Нелинейным элементом называют такой, сопротивление кото- рого Rнепостоянно и зависит от величины тока, проходящего через

него, а вольтамперная характеристика представляет собой кривую линию.

Только линейные элементы подчиняются закону Ома:

U RI;

R ^U;

I

I ^U.

R

(2)

Рисунок 7 - Георг Симон Ом. Немецкий физик. Установил основной законэлектрической цепи (закон Ома). Член Баварской АН (1845), член-корреспондент Берлинской АН, иностранный почетный член ЛондонскогоКоролевскогообщества (1842).

Соединительные провода

Соединительные провода или линия, обозначены на рисунке 1 -

a b

и d c. Они обеспечивают передачу электрической энергии, транспорти-

руют энергию от источника к нагрузке.

Их назначение передать электрическую энергию потребителю с ми- нимальными потерями.

Рассмотрев отдельные элементы, вернемся обратно к электрической цепи, как к сосредоточию всех элементов.