Obwód elektryczny – zestaw urządzeń  (przedmiotów) przeznaczone do kierunkowego przemieszczania ładunków elektrycznych (prąd elektryczny) i powiązane procesy elektromagnetyczne.

Obwód elektryczny  służy do generowania, przesyłania i przetwarzania energii elektrycznej (elektromagnetycznej) i sygnałów.

Głównymi elementami obwodu elektrycznego są źródła, odbiorniki i linie przesyłowe.

Źródło energia elektryczna  i sygnały – urządzenie, które przekształca różne rodzaje energii o charakterze nie elektromagnetycznym w elektromagnetyczne  (ogniwo galwaniczne, akumulator, generator elektromechaniczny).

Odbiornik energii elektrycznej i sygnałów elektrycznych – urządzenie przetwarzające energię elektryczną na inne rodzaje energii  (urządzenia elektrotermiczne, lampy elektryczne, rezystory, silniki elektryczne).

Linia przesyłowa energii elektrycznej i sygnałów elektrycznych  - przewodniki (materiały, media z bezpłatnymi ładunkami) i pola elektromagnetyczne, za pomocą których odbywa się przesyłanie energii elektrycznej i sygnałów ze źródeł do odbiorników.

Ponadto elementami obwodu elektrycznego mogą być urządzenia przetwarzające, przełączające i pomiarowe (urządzenia).

Konwerter energii elektrycznej – urządzenie do konwersji parametrów  (napięcie, prąd, ich kształt, wielkość, częstotliwość) energia elektromagnetyczna  (transformatory, prostowniki, falowniki, przetwornica częstotliwości).

Przełączanie urządzeń   przeznaczony do zmiany trybu pracy obwodu elektrycznego: wyłączanie i włączanie źródeł, odbiorników, zmiana parametrów odcinków obwodu. Są to styczniki, przełączniki, przełączniki, odłączniki.

Narzędzia miernicze – przyrządy do pomiaru różnych parametrów procesów elektromagnetycznych zachodzących w obwodzie elektrycznym  (amperomierze, woltomierze, watomierze itp.).

Schemat obwodu – obraz graficzny obwodu elektrycznego zawierający konwencjonalne obrazy jego elementów i pokazujący połączenie tych elementów.

ESKD „Konwencjonalne oznaczenia graficzne w schematach”. GOST 2.721-74 - 2.758-81.

Odbiorniki, źródła:

–Element jest galwaniczny;

- lampa żarowa;

-generator prąd stały  typ elektromechaniczny;

rezystor;

-potencjometr;

-opornica;

-induktor;

-kondensator.

Przełączanie urządzeń:

–Zwykle otwarty kontakt;

–Zwykle zamknięty kontakt;

–Przełącz kontakt.

Przyrządy wskazujące  (A, V, W):

Konwertowanie urządzeń:

– Transformator powietrzny;

–– mostek diodowy (prostownik półfalowy);

–Inwerter.

Schemat obwodu – schemat obwodu elektrycznego przedstawiający połączenie rzeczywistych elementów tego obwodu.

Przykład. Najprostszym obwodem elektrycznym jest ogniwo galwaniczne połączone z żarówką za pomocą przełącznika za pomocą przewodów łączących. Aby zmierzyć napięcie i prąd, w obwodzie znajdują się woltomierz i amperomierz.

Funkcjonalny  (strukturalny, schemat blokowy) - schemat obwodu elektrycznego przedstawiający połączenie poszczególnych bloków złożonego obwodu elektrycznego, które pełnią określone funkcje  (wzmocnienie, rektyfikacja, odwracanie itp.)

Dwubiegunowy– część obwodu elektrycznego rozpatrywana w odniesieniu do dowolnych dwóch zacisków.

Quadripole – część obwodu elektrycznego mająca dwa zaciski wejściowe i dwa wyjściowe.

Obwód aktywny – część obwodu elektrycznego, w której źródła energii elektrycznej.

Obwód pasywny – część obwodu elektrycznego, w której nie ma źródła energii elektrycznej.

Obwód zastępczy obwodu

Ani schemat funkcjonalny, ani schemat obwodów elektrycznych nie odzwierciedlają ilościowej strony procesów elektromagnetycznych zachodzących w elementach obwodu i determinujących tryb działania tego obwodu, niezależnie od konstrukcji i natury fizycznej tych elementów.

Równoważny obwód(obliczony odpowiednik modelu matematycznego) obwód elektryczny–schemat obwodu elektrycznego przedstawiający połączenie abstrakcyjnych, idealnych elementów, z wystarczającym przybliżeniem przedstawiającym procesy elektromagnetyczne w obwodzie elektrycznym.

W teorii obwodów elektrycznych rzeczywiste elementy tworzące obwód elektryczny są zastępowane abstrakcyjnymi idealnymi elementami o określonych właściwościach.

Co to za elementy? A jakie procesy elektromagnetyczne odbijają?

• Wydrukować
• E-mail

Obwód elektryczny. Obwód elektryczny

Obecne źródło  i konsument  elektryczność połączona przewodnikiFormularz obwód elektryczny. Gdy obwód jest zamknięty, przepływa przez niego prąd. Jeśli usuniesz lub zerwiesz jeden przewodnik gdziekolwiek, prąd nie przepłynie przez obwód. Konsument energii elektrycznej w tym przypadku nie będzie działać. Aby zamknąć i otworzyć obwód bez usuwania lub przerywania przewodów, możesz użyć przełącznika.

Najprostszy obwód elektryczny  składa się z czterech elementów (rys. po prawej): źródło prądu, wyłącznik, odbiornik energii elektrycznej, przewodniki.

Łatwo je narysować i pokazać, jak są ze sobą połączone. Ale zwykle łańcuchy są znacznie bardziej skomplikowane. Na przykład w warsztacie szkoleniowym znajdują się obwody elektryczne, które obejmują kilka lamp, silniki elektryczne maszyn, piece elektryczne i inny sprzęt elektryczny. Trudno jest rysować takie łańcuchy. Dlatego w elektrotechnice zwykle przedstawia się obwody konwencje . Niektóre z nich pokazano w poniższej tabeli.

Korzystanie z nich konwencje   obwód elektryczny (patrz rysunek powyżej) można przedstawić w sposób pokazany na rysunku po lewej stronie. Taki obraz obwodu elektrycznego za pomocą konwencjonalnych znaków nazywa się obwód elektryczny.

Obwód elektryczny  - zestaw urządzeń i przedmiotów tworzących ścieżkę dla prądu elektrycznego, w których procesy elektryczne można opisać za pomocą praw siła elektromotoryczna, prąd i napięcie.

Prosty instalacja elektryczna  składa się ze źródła (ogniwo galwaniczne, akumulator, generator itp.), odbiorników lub odbiorników energii elektrycznej (żarówki, elektryczne urządzenia grzewcze, silniki elektryczne itp.) i przewodów łączących końcówki źródła napięcia z zaciskami odbiornika. Te. obwód elektryczny - zestaw połączonych ze sobą źródeł energii elektrycznej, odbiorników i przewodów łączących je (linia przesyłowa).

Ryc.1. Schemat obwodu

Obwód elektryczny jest podzielony na części wewnętrzne i zewnętrzne. Źródło energii elektrycznej należy do wewnętrznej części obwodu elektrycznego. Zewnętrzna część obwodu obejmuje przewody łączące, odbiorniki, wyłączniki, przełączniki, liczniki elektryczne, czyli wszystko, co jest podłączone do zacisków źródła energii elektrycznej.

Prąd elektryczny może przepływać tylko przez zamknięty obwód elektryczny. Otwarty obwód w dowolnym miejscu powoduje zanik prądu elektrycznego.

Pod obwody elektryczne prądu stałego  w elektrotechnice zakłada się, że obwody, w których prąd nie zmienia własnego kierunku, tj. biegunowość źródeł emf, w których jest stały.

Pod obwody elektryczne prąd przemienny   oznaczają obwody, w których płynie prąd, które zmieniają się w czasie (patrz prąd przemienny).

Zasilacze obwodu są ogniwa galwaniczne, baterie elektroniczne, generatory elektromechaniczne, termo generatory elektryczne, fotokomórki itp. W nowoczesnej technologii jako źródła energii wykorzystywane są głównie generatory elektryczne. Wszystkie zasilacze mają opór wewnętrzny  których wartość jest niewielka w porównaniu z rezystancją innych części obwodu elektrycznego.

Odbiorniki prądu stałego są silnikami elektrycznymi, które przekształcają energię elektryczną w energię mechaniczną, urządzenia grzewcze i oświetleniowe, elektrolizery itp.

Jako wyposażenie pomocnicze obwód elektryczny obejmuje urządzenia do włączania i wyłączania (na przykład wyłączniki automatyczne), urządzenia do pomiaru wielkości elektrycznych (na przykład amperomierze i woltomierze) oraz urządzenia zabezpieczające (na przykład bezpieczniki).

Wszystkich odbiorców energii charakteryzują parametry elektryczne, wśród których głównymi są napięcie i moc. Do normalnej pracy odbiornika mocy konieczne jest utrzymanie napięcia znamionowego na jego zaciskach.

Elementy obwodu elektrycznego są podzielone na aktywny  i bierny. Aktywne elementy obwodu elektrycznego obejmują te, w których indukowane jest pole elektromagnetyczne (źródła pola elektromagnetycznego, silniki elektryczne, akumulatory podczas ładowania itp.). Elementy pasywne obejmują odbiorniki energii i przewody łączące.

Elementy obwodu elektrycznego posiadające rezystancję elektroniczną i nazywane rezystorami charakteryzują się tzw. Charakterystyką prądowo-napięciową - zależnością napięcia na zaciskach elementu od prądu w nim lub zależnością prądu w elemencie od napięcia na jego zaciskach.

Jeśli rezystancja elementu jest stała przy dowolnej wartości prądu w nim i dowolnej wartości przyłożonego do niego napięcia, wówczas jego charakterystyka prądowo-napięciowa jest linią płaską, a taki element nazywa się elementem liniowym.

Ogólnie rezystancja zależy zarówno od prądu, jak i napięcia. Jedną z przyczyn tego jest zmiana rezystancji przewodnika, gdy przepływa przez niego prąd z powodu jego nagrzewania. Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta rezystancja przewodnika. Ponieważ jednak w prawie wszystkich przypadkach ta zależność jest nieznaczna, element uważa się za liniowy.

Obwód elektryczny, którego rezystancja elektroniczna nie zależy od wartości i kierunków prądów i napięć w obwodzie, nazywany jest liniowym obwodem elektronicznym. Taki łańcuch składa się tylko z części liniowych, a jego stan jest opisany liniowymi równaniami algebraicznymi.

Jeśli rezystancja elementu obwodu jest znacznie zależna od prądu lub napięcia, wówczas charakterystyka prądowo-napięciowa jest nieliniowa, a taki element nazywany jest elementem nieliniowym.

Obwód elektryczny, którego opór elektroniczny co najmniej jednej z sekcji zależy od wartości lub kierunków prądów i napięć w tej części obwodu, nazywany jest nieliniowym obwodem elektrycznym. Taki obwód zawiera co najmniej jeden element nieliniowy.

Obwód elektrycznyjest to zestaw urządzeń zaprojektowanych do generowania, przesyłania, przekształcania i wykorzystywania energii elektrycznej, procesów, w których można opisać za pomocą pojęć dotyczących prądu elektrycznego, napięcia i pola elektromagnetycznego

Obwody elektryczne (2.2) obejmują również urządzenia przełączające i ochronne. Obwody elektryczne mogą obejmować przyrządy elektryczne do pomiaru prądu, napięcia i mocy.

Opisując obwody elektryczne, stosuje się następujące pojęcia: gałąź obwodu elektrycznego, węzeł obwodu elektrycznego, obwód, dwubiegunowy, czteroterminalowy.

Obwód gałęzi- jest to sekcja, której elementy są połączone szeregowo. Prąd we wszystkich elementach jest taki sam.

Montaż obwodujest punktem połączenia trzech i więcej odgałęzień obwodu elektrycznego (2.3).

Obwód- jest to dowolna ścieżka wzdłuż rozgałęzień obwodu elektrycznego, rozpoczynająca się i kończąca w tym samym punkcie.

Dwubiegunowy- Jest to część obwodu elektrycznego z dwoma dedykowanymi przewodami.

Quadripole- część obwodu elektrycznego z dwiema parami zacisków.

Tryby działania obwodów elektrycznych

Obwód elektryczny, w zależności od wartości rezystancji obciążenia R, może działać w różnych charakterystycznych trybach:

nominalny;

uzgodnione;

ruch jałowy;

zwarcie.

Tryb oceny- Jest to tryb projektowania, w którym elementy obwodu (źródła, odbiorniki, linie energetyczne) działają w warunkach odpowiadających danym projektowym i parametrom.

Izolacja źródła, linii elektroenergetycznej, odbiorników jest zaprojektowana dla określonego napięcia, zwanego nominalnym. Przekroczenie tego napięcia prowadzi do uszkodzenia izolacji, wzrostu prądów w obwodzie i innych konsekwencji awaryjnych.

Reżim termiczny źródeł energii lub odbiorników ma na celu uwolnienie w nich pewnej ilości ciepła, to znaczy pewnej mocy, a ta ostatnia zależy od kwadratu prądu Ri 2 , rI 2 .

Prąd obliczony przez reżim termiczny nazywa się znamionowym.

Nominalna wartość mocy źródła energii elektrycznej jest maksymalną mocą, którą źródło w normalnych warunkach pracy może zapewnić obwodowi zewnętrznemu bez ryzyka uszkodzenia izolacji i przekroczenia dopuszczalnej temperatury ogrzewania.

W przypadku odbiorników energii elektrycznej, takich jak silniki, jest to moc, którą można wytworzyć na wale w normalnych warunkach pracy. W przypadku innych odbiorników energii elektrycznej (ogrzewanie i oświetlenie) - jest to ich moc w trybie nominalnym. Nominalne wartości napięć, prądów i mocy podano w paszportach produktów.

Tryb zharmonizowany- jest to tryb, w którym obwód elektryczny (źródło i odbiornik) działa, gdy rezystancja obciążenia R jest równa rezystancji wewnętrznej źródła r. Ten tryb charakteryzuje się przeniesieniem maksymalnej możliwej mocy z tego źródła do odbiornika. Jednak w trybie skoordynowanym KPD. \u003d 0,5 jest niski, a dla obwodów o dużej mocy praca w trybie skoordynowanym jest ekonomicznie niekorzystna. Skoordynowany reżim stosuje się głównie w obwodach małej mocy, jeżeli KPD nie jest to znaczące, ale wymagane jest uzyskanie jak największej mocy w odbiorniku.

Tryb pracy na biegu jałowym i zwarcie.Tryby te są ostatecznymi trybami działania obwodu elektrycznego.

W trybie bezczynności obwód zewnętrzny jest otwarty, a prąd wynosi zero. Ponieważ prąd wynosi zero, spadek napięcia na wewnętrznej rezystancji źródła jest również równy zero (rI \u003d 0), a napięcie na zaciskach źródła jest równe EMF ( \u003d U). Z tych zależności wynika metoda pomiaru pola elektromagnetycznego źródła (2.7): przy otwartym obwodzie zewnętrznym z woltomierzem, którego rezystancję można uznać za nieskończenie dużą, mierzone jest napięcie na jego zaciskach.

W trybie zwarcia przewody źródłowe są ze sobą połączone, na przykład rezystancja obciążenia jest zamknięta przewodnikiem o zerowej rezystancji. Napięcie na odbiorniku wynosi zero.

Rezystancja całego obwodu jest równa wewnętrznej rezystancji źródła, a prąd zwarciowy w obwodzie wynosi:

ja krótki =    / r.

Osiąga maksymalną możliwą wartość dla danego źródła i może powodować przegrzanie źródła, a nawet jego uszkodzenie. Aby chronić źródła energii elektrycznej i obwody zasilające przed prądami zwarciowymi, bezpieczniki są instalowane w obwodach małej mocy, wyłączniki są otwierane w obwodach o większej mocy, a specjalne obwody wysokiego napięcia są stosowane w obwodach wysokiego napięcia.

Klasyfikacja obwodów elektrycznych i ich elementóww

Obwód elektrycznyokreślany jako zestaw urządzeń i przedmiotów przeznaczonych do dystrybucji, wzajemnej konwersji i przesyłania energii elektrycznej i innych rodzajów energii i (lub) informacji. Obwód spełnia swoje zadanie, gdy występuje w nim prąd elektryczny. Procesy elektromagnetyczne w obwodzie i jego parametry można opisać za pomocą integralnych pojęć znanych z kursu fizyki: prąd, napięcie (różnica potencjałów), ładunek, strumień magnetyczny, siła elektromotoryczna, rezystancja, indukcyjność, wzajemna indukcyjność i pojemność.

Należy zauważyć, że w teorii pola podano definicję całkowych pojęć (takich jak prąd i napięcie) charakteryzujących obwód elektryczny. Obliczanie parametrów obwodu (rezystancji, indukcyjności, pojemności) w ogólnym przypadku jest również możliwe tylko za pomocą pojęć stosowanych w teorii pola.

Obwód elektryczny składa się z poszczególnych części (obiektów), które pełnią określone funkcje i są nazywane elementami obwodu.

Głównymi elementami obwodu są źródła i odbiorniki energii elektrycznej ( sygnały).

Źródła energii (sygnały ) , takie jak generatory elektromechaniczne lub elektroniczne, baterie, ogniwa galwaniczne, czujniki temperatury itp., są zaprojektowane do przekształcania różnych rodzajów energii w energię elektryczną.

Odbiorniki energii (sygnały ) są wykorzystywane do przekształcania energii elektrycznej w inne rodzaje energii. Należą do nich silniki elektryczne, grzejniki, lampy elektryczne, lampy katodowe, głośniki dynamiczne itp.

Oprócz głównych elementów obwód zawiera różne elementy pomocnicze, które łączą źródła z odbiornikami (przewody łączące, linie przesyłowe), tłumią lub wzmacniają niektóre elementy sygnału (filtry, wzmacniacze), zmieniają poziomy napięcia i prądu w innych częściach obwodu (transformatory), poprawiają lub zmienić charakterystykę i parametry odcinków obwodu i jego elementów (urządzenia naprawcze, połączenia fazowe) itp.

W zależności od celu rozróżniają obwody do przesyłania i konwersji energii elektrycznej (obwody stosowane w elektroenergetyce) od obwodów do przesyłania i konwersji informacji (obwody w technologii komunikacyjnej, obwody radiowe, obwody automatyki i urządzeń telemechanicznych itp.).

Łańcuchy można klasyfikować według rodzaju elementów, z których się składają, na przykład: obwody rezystancyjne - obwody składające się z rezystorów i źródeł energii, elektroniczne obwody - obwody zawierające lampy elektroniczne i tranzystory itp.

Każdemu elementowi łańcucha można przypisać określoną liczbę zaciski (bieguny, wnioski),przez które łączy się z innymi elementami.

Rozróżnij dwubiegunowy i wielobiegunowyelementy obwodu (trzybiegunowe, czterobiegunowe itp.). Elementy dwubiegunowe mają dwa zaciski; Należą do nich źródła energii (z wyjątkiem źródeł wielofazowych i kontrolowanych), rezystory, kondensatory, cewki indukcyjne.

Najczęstszymi elementami trójbiegunowymi są lampy elektroniczne (triody próżniowe) i tranzystory (triody półprzewodnikowe). 4

Przykładami elementów czterobiegunowych są transformatory (podwójnie uzwojone), cewki indukcyjne z magnesowaniem (dławiki z magnesowaniem), zintegrowane wzmacniacze operacyjne.

Wykorzystywane są również elementy obwodów z więcej niż czterema zaciskami (na przykład transformatory z wieloma uzwojeniami, różne mikromoduły - półprzewodnikowe elementy obwodów elektronicznych, lampy wieloelektrodowe).

Rozróżniać elementy obwodów aktywnych i pasywnych. Aktywne elementy obejmują źródła energii. Często elementy aktywne nazywane są również lampami elektronicznymi, tranzystorami, wzmacniaczami operacyjnymi, które są w stanie wzmacniać sygnały elektryczne. Elementy pasywne obejmują elementy, w których energia jest rozpraszana i (lub) akumulowana (rezystory, cewki indukcyjne, kondensatory, transformatory).

Jeśli element łańcucha charakteryzuje się liniowymi równaniami algebraicznymi lub różniczkowymi (z wyżej wspomnianą idealizacją), nazywa się to   liniowy. Współczynniki łączące napięcia i prądy oraz ich pochodne są parametrami elementu. Opcje elementu zamówieniamoże być stały (element stacjonarny) lub może się różnić w zależności od czasu zgodnie z pewnym prawem (niestacjonarny, parametryczny element).

Jeśli element obwodu jest opisany nieliniowymi równaniami algebraicznymi lub różniczkowymi, wówczas nazywany jest nieliniowym. Elementy nieliniowe mogą być również parametryczne.

W wielu przypadkach parametry elementu są uważane za skupione (element z skupione parametry); podczas gdy napięcia i prądy na zaciskach elementu nie są funkcjami współrzędnych przestrzennych, które określają wymiary geometryczne elementu. Parametry elementu mogą być również dystrybuowane (element z parametrami rozproszonymi); element taki charakteryzuje się równaniami, w których napięcia i prądy zależą od współrzędnych przestrzennych. Jako przykłady elementów z parametry rozproszonemożna nazwać liniami przesyłowymi energii i informacji, wielowarstwowymi mikrostrukturami oporowo-pojemnościowymi.

Elementy obwodu elektrycznego mogą, ale nie muszą, spełniać zasady wzajemności. Uproszczona zasada wzajemności jest następująca: reakcja obwodu w sekcji 1 z zakłócenia w sekcji 2 jest równa reakcji w sekcji 2 z tego samego zaburzenia w sekcji 1. Matematyczne sformułowanie tej zasady i jej ilustracja podano poniżej. Zgodnie z tym rozróżnia się elementy wzajemne i niejednoznaczne. Przykładami elementów wzajemnych są rezystory, cewki indukcyjne, kondensatory, transformatory; elementy niejednoznaczne obejmują lampy elektroniczne, tranzystory itp.

Jeśli obwód zawiera jeden lub więcej elementów parametrycznych, nazywa się to parametrycznym (niestacjonarnym).

Podobnie, jeśli obwód zawiera jeden lub więcej elementów nieliniowych, wówczas nazywany jest nieliniowym. W przypadku obwodu nieliniowego zasada superpozycji nie ma zastosowania w ogólnym przypadku.

Możesz także porozmawiać aktywne i pasywnewięzy. Obwód jest uważany za aktywny, jeśli w stosunku do niektórych cęgów jest źródłem energii. Taki łańcuch zawiera aktywne elementy. W przeciwnym razie obwód nazywa się pasywnym.