Электрическая цепь

Электрическая цепь
Электрической цепью называется совокупность устройств предназначенных для прохождения электрического тока электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий напряжения и тока. В общем случае электрическая цепь состоит из источников и приемников электрической энергии и промежуточных звеньев (проводов, аппаратов), связывающих источники с приемниками.
Источниками электрической энергии являются гальванические элементы, аккумуляторы, термоэлементы, генераторы и другие устройства, в которых происходит процесс преобразования химической, молекулярно–кинетической, тепловой, механической или другого вида энергии в электрическую. К источникам можно отнести и приемные антенны в которых в отличии от перечисленных выше устройств, не происходит изменения вида энергии.
Приемниками электрической энергии, или ток называемой нагрузкой, служат электрические лампы, электронагревательные приборы, электрические двигатели и другие устройства, в которых электрическая энергия превращается в световую, тепловую, механическую и другие. К нагрузкам относятся и передающие антенны.
В теории электрических цепей различают активные и пассивные элементы.
Активными элементами считаются источники электрической энергии: источники напряжения и источники тока. К пассивным элементам электрических цепей относятся сопротивления, индуктивности и емкости соответственно различают активные пассивные цепи.
Режимы работы электрической цепи
Элементами электрической цепи является конкретные электротехнические устройства, которые могут работать в различных режимах. Режимы работы, как отдельных элементов, так и всей электрической цепи характеризуются значениями тока и напряжения. Поскольку ток и напряжение в общем случае могут принимать любые значения, то режимов может быть бесчисленное множество.
Рассмотрим наиболее характерные режимы работы электрической цепи с источником э.д.с. к которому подключен электроприемник с регулируемым сопротивлением R (рис.1.16). Пусть источник характеризуется постоянной э.д.с. Е и внутренним сопротивлением r Так в цепи изменяется при изменении сопротивления R электроприемника, который является линейным элементом. Для схемы (рис 1.16) по второму закону Кирхгофа можно записать
E = R I + I ( 1.5 )
где RI =U - напряжение на зажимах приемника, т.е напряжение на зажимах внешней цепи;
r₀I - падение напряжения внутри источника э.д.с.
Т ак как приемник присоединен непосредственно к зажимам источника э.д.с. то напряжение U является и напряжением на его зажимах.


Из уравнения (1.5) получаем U = E - I ( 1.6 )
Это уравнение, описывающее зависимость напряжения внешней характеристики источника э.д.с. (рис. 1.17). При условии, что зависимость U(I) является линейной. Характерные режимы удобнее всего рассматривать, пользуясь внешней характеристикой.
Режим холостого хода–это режим при котором ток в I=0, что имеет место при разрыве цепи, как следует из уравнения (1.6), при холостом ходе напряжение на зажимах источника э.д.с. U= E. На внешней характеристике точка холостого хода обозначена х.
Номинальный режим имеет место тогда, когда источник э.д.с. или любой элемент цепи работает при значениях тока, напряжения и мощности, указанных в паспорте данного электротехнического устройства. Номинальные значения тока I_ном, напряжение U_ном, и мощности R_ном, соответствует на выгоднейшим условиям работы устройства с точки зрения экономичности, надежности, долговечности и т.п. На внешней характеристике точка, соответствующая номинальному режиму, обозначена н.
Режим короткого замыкания- это режим, когда сопротивление приемника равно нулю, что соответствует соединению разно потенциальных зажимов источника э.д.с. проводником с нулевым сопротивлением.
Из уравнения (1) следует, что ток в цепи в любом из режимов:
(1.7)
При коротком замыкании цепи, когда R=0, ток достигает максимального значения , ограниченного внутренним сопротивлением источника э.д.с, а напряжение на зажимах источника э.д.с. U=RI=0. Значение тока I и напряжение U =0, соответствует точка к на внешней характеристике источника э.д.с. Ток короткого замыкания может достигать больших значений, во много раз превышая номинальный ток. Поэтому режим короткого замыкания для большинства электроустановок является аварийным режимом.
Согласованный режим источника э.д.с. и внешней цепи имеет место, когда сопротивление внешней цепи R = r₀ . В согласованном режиме ток в цепи
(1.8)
т.е. в два раза меньше тока короткого замыкания. Э.д.с. источника Е уравновешивается двумя равными по значению падениями напряжения, обусловленными сопротивлением внешней цепи и внутренним сопротивлением, т.е. U =0,5E. Точка, соответствующая согласованному режиму, на внешней характеристике обозначена с.