Элементы электрической цепи
Основными элементами электротехнических установок являются источники и приемники электрической энергии, а также преобразовательные устройства.
С помощью источников тот или иной вид энергии (энергия сжигаемого топлива, падающей воды, атомная и химическая энергия и т. д.) преобразуется в электрическую энергию. Приемники, наоборот, преобразуют электрическую энергию в другие ее виды (механическую, тепловую, химическую, энергию светового излучения и т. д.). С помощью преобразовательных установок электрическая энергия одного вида преобразуется в электрическую энергию другого вида (энергия переменного тока — в энергию постоянного тока, энергия переменного тока одной частоты — в энергию переменного тока других частот и т. д.).
Кроме основных элементов электротехнические установки содержат большое число вспомогательных элементов, выполняющих разнообразные функции. К ним относятся, например, выключатели и переключатели различного назначения, аппараты автоматизированного управления, электроизмерительные приборы, резисторы для регулирования напряжения и мощности приемников, защитные устройства.
Вспомогательные элементы, не являясь в прямом смысле приемниками, потребляют некоторое количество энергии, что ухудшает коэффициент полезного действия КПД установок.
Основные и вспомогательные элементы соединяются между собой с помощью проводов и образуют в совокупности электрическую цепь установки.
Различные элементы электрических цепей обозначаются в технической документации и литературе согласно ГОСТ с помощью условных обозначений.
Графическое изображение электрической цепи с помощью условных обозначений ее элементов называется электрической схемой цепи.
Совокупность соединенных между собой источников электрической энергии, приемников и соединяющих их проводов (линия передачи) называется электрической цепью (рисунок 1). Последняя делится на внутреннюю и внешнюю части. К внутренней части цепи относится сам источник электрической энергии. Во внешнюю часть цепи входят соединительные провода, потребители, рубильники, выключатели, электроизмерительные приборы, т. е. все то, что присоединено к зажимам источника электрической энергии.
Рисунок 1 - Электрическая цепь
Постоянный электрический ток может протекать только по замкнутой электрической цепи. Разрыв цепи в любом месте вызывает прекращение электрического тока.
Основные законы, правила, уравнения и режимы работы электрической цепи постоянного тока
Рассмотрим наиболее важные и часто встречающиеся в практике режимы работы источников ЭДС.
1. Режим холостого хода- электрическая цепь разомкнута, ток равен нулю, напряжение источника тока равно ЭДС источника.
2. В режиме короткого замыкания сопротивление равно нулю и напряжение на внешнем участке цепи равно нулю. Ток короткого замыкания может быть на много больше номинального тока, поэтому режим короткого замыкания является аварийным.
3. Номинальный режим- имеет место тогда когда напряжение сила тока и мощность в цепи соответствуют значениям этих величин указанным в паспорте машины, аппарата.
4. При согласованном режиме сопротивление нагрузки цепи равно внутреннему сопротивлению источника и сила тока равна половине тока короткого замыкания.
Закон Ома для участка цепи Сила тока прямопропорциональна напряжению и обратнопропорционально сопротивлению проводника.
Закон Ома для полной цепи Сила тока прямопропорциональна ЭДС и обратнопропорционально сопротивлению внешнего и внутреннего участка цепи.
1 Правило Кирхгофа Сумма токов входящих в узел электрической цепи равна сумме токов выходящих из него.
2 Правило КирхгофаВ любом замкнутом электрическом контуре алгебраическая сумма ЭДС равна алгеброической сумме падения напряжения на элементах контура
Закономерности параллельного соединения резисторов
Параллельным соединением проводников называется такое соединение, когда начала всех проводников соединены в одну точку, а концы проводников — в другую точку.
Закономерности параллельного соединения:
1) Ко всем ветвям приложено одно и то же напряжение.
2) Ток в неразветвленной части цепи равен сумме токов ветвей. Токи в ветвях распределяются обратно пропорционально сопротивлениям ветвей.
3) Общее сопротивление при параллельном соединении потребителей
Проводимость при параллельном соединении потребителей
Таким образом, при параллельном соединении увеличивается не сопротивление, а проводимость
При подсчете общего сопротивления разветвления оно получается всегда меньше, чем самое меньшее сопротивление, входящее в разветвление.
Если сопротивления, включенные параллельно, равны между собой, то общее сопротивление r цепи равно сопротивлению одной ветви деленному на число ветвей n
При параллельном соединении приемников отключение одного приемника не влияет на работу других приемников, так как напряжение постоянно и сопротивление проводников не меняется