Тема 1 линейные электрические цепи постоянного тока лекция 1. Элементы электрических цепей

1. Общие понятия и определения электрических цепей

Электротехническое устройство и происходящие в нем физические процессы в теории электротехники заменяют расчетным эквивалентом – электрической цепью. Электрическая цепь - это совокупность соединенных друг с другом проводниками источников электрической энергии и нагрузок, по которым может протекать электрический ток. Электромагнитные процессы в электрической цепи можно описать с помощью следующих понятий: ток, напряжение, Э.Д.С., сопротивление, проводимость, индуктивность, емкость.

Электрический ток может быть постоянным и переменным. Постоянным называют ток, неизменный во времени. Он представляет направленное упорядоченное движение носителей электрического заряда. Как известно из курса физики, носителями зарядов в металлах являются электроны, в полупроводниках электроны и дырки (ионы), в жидкостях – ионы.

Упорядоченное движение носителей зарядов в проводниках вызывается электрическим полем. Поле создается источниками электрической энергии. Источник преобразует химическую, механическую, кинетическую, световую или другую энергию в электрическую энергию. Он характеризуется Э.Д.С. и внутренним сопротивлением. Э.Д.С. источника может быть постоянной или переменной во времени. Переменная Э.Д.С. может изменяться во времени по любому физически реализуемому закону. Ток, протекающий по цепи под воздействием переменной Э.Д.С., также переменный.

Для обозначения основных физических величин в теории электротехники используют определенные символы. Приведем их краткий перечень:

– постоянный ток принято обозначать символом I,

– переменный ток – i(t),

– постоянную Э.Д.С. – Е,

– переменную Э.Д.С. – е(t),

– напряжение постоянного тока – U,

– напряжение переменного тока – u(t),

– сопротивление – R,

– проводимость – G,

– индуктивность – L,

– емкость – С.

В международной системе единиц (СИ) ток измеряют в «Амперах» (А), Э.Д.С. и напряжение – в «Вольтах» (В). К единицам измерения параметров электрических цепей относятся:

– Ом (Ом) – единица сопротивления;

– Сименс (См) – единица проводимости;

– Генри (Гн) – единица индуктивности;

– Фарада (Ф) – единица емкости.

При анализе электрических цепей, как правило, оценивают значение токов, напряжений и мощностей. В этом случае нет необходимости учитывать конкретное устройство различных нагрузок. Важно знать лишь их сопротивление – R, индуктивность – L или емкость – С. Такие элементы цепи называют приемниками электрической энергии.

Для включения и отключения элементов электрических цепей применяют коммутационную аппаратуру – рубильники, выключатели, тумблеры. Примеры графического изображения однополюсного выключателя, трехфазного рубильника и переключателя, приведены на рис. 1.1. Кроме этих элементов в электрическую цепь могут включаться электрические приборы для измерения тока, напряжения, мощности и других параметров.

Изображение электрической цепи с помощью условных графических обозначений называют электрической схемой (рис. 1.2).

Зависимость тока, протекающего по приемнику электрической энергии, от напряжения на этом приемнике принято называть вольтамперной характеристикой (ВАХ) (рис. 1.3). Приемники электрической энергии, вольтамперные характеристики которых являются прямыми линиями (линия а на рис. 1.3), называются линейными.

Электрические цепи, в состав которых включены только линейные элементы, называются линейными электрическими цепями.

Электрические цепи, в состав которых входит хотя бы один нелинейный элемент (график б на рис. 1.3), называются нелинейными

электрическими цепями.

Дополнительно, электрические цепи разделяют на неразветвленные и разветвленные. На рис. 1.2 представлена схема простейшей неразветвленной цепи. Схема простейшей разветвленной цепи приведена на рис. 1.6.