1.2. Элементы электрической цепи постоянного тока

Электрическая цепь, или, короче, цепь, постоянного тока в общем случае содержит источники электрической энергии, приемники элект­рической энергии, измерительные приборы, коммутационную аппарату­ру, соединительные линии и провода.

В источниках электрической энергии осуществляется преобразова­ние в электрическую энергию каких-либо других форм энергии, на­пример энергии химических процессов в гальванических элементах и аккумуляторах, тепловой энергии в термопреобразователях на основе термопар.

В приемниках электрической энергии электрическая энергия пре­образуется, например, в механическую (двигатели постоянного тока), тепловую (электрические печи), химическую (электролизные ванны). Коммутационная аппаратура, линии и измерительные приборы слу­жат для передачи электрической энергии от источников, распределения ее между приемниками и контроля режима работы всех электротехни­ческих устройств.

Графическое изображение электрической цепи называется схемой. Различают несколько способов изображения цепи. На рис. 1.1 в качестве примера приведено эскизное изображение электротехнических устройств и способа их соединения в простейшей цепи постоянного тока. При за­мыкании рубильника 1 к лампе накаливания 2 – приемнику электриче­ской энергии - подключается источник электрической энергии посто­янного тока - аккумуляторная батарея 3. Для контроля режима при­емника энергии включены амперметр 4 и вольтметр 5. Но натурное изображение электротехнических устройств и их соединений приводит к громоздким и трудоемким чертежам. Изображение цепи можно упростить, если каждое электротехническое устройство заменить (по правилам ГОСТ) его условным обозначением (рис. 1.2). Такие графи­ческие изображения цепей называются принципиальными схемами. Принципиальная схема показывает назначение электротехнических устройств и их взаимодействие, но неудобна при расчетах режима ра­боты цепи. Для того чтобы выполнить расчет, необходимо каждое из электротехнических устройств представить его схемой замещения.

Рис. 1.1

Рис. 1.2 Рис. 1.3

Схема замещения электрической цепи состоит из совокупности различных идеализированных элементов, выбранных так, чтобы можно было с заданным или необходимым приближением описать процессы в цепи.

Конфигурация схемы замещения цепи определяется следующими геометрическими (топологическими) понятиями: ветвь, узел, кон­тур. Ветвь схемы состоит из одного или нескольких последовательно соединенных элементов, каждый из которых имеет два вывода (нача­ло и конец), причем к концу каждого предыдущего элемента присоеди­няется начало следующего. В узле схемы соединяются три или большее число ветвей. Контур - замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям так, что ни одна ветвь и ни один узел не встречается больше одного раза.

Схема замещения (рис. 1.3) цепи, показанной на рис. 1.1, содержит три ветви, причем две состоят из одного элемента каждая, а третья -из трех элементов. На рисунке указаны параметры элементов: -сопротивление цепи лампы, - сопротивление цепи вольтметра, - сопротивление цепи амперметра, Е - ЭДС аккумулятора и -его внутреннее сопротивление. Три ветви соединены в двух узлах а и b.

Если значения параметров всех элементов схемы замещения цепи известны, то, пользуясь законами электротехники, можно рассчитать режим работы всех ее элементов, т. е. определить электрическое со­стояние всех электротехнических устройств.

В дальнейшем вместо термина схема замещения электрической цепи будем пользоваться сокращенными; схема цепи и, еще короче, схема.