Электрическая цепь и ее основные элементы

Электрическая цепь – это совокупность электрических устройств и соединяющих их проводников, образующих путь для электрического тока. Направление тока выбрано от «+» к «-».

 

 

Рисунок 4 – Пример электрической цепи

 

Электрическая цепь образуется из источников электрической энергии, в которых возбуждается ЭДС, потребителей и проводников соединяющие их зажимы. Также в электрическую цепь включают вспомогательное оборудование, устройства для включения и выключения (рубильники), приборы для измерения их величин (амперметры, вольтметры, ваттметры), защитные устройства (предохранители). В качестве источников электрической энергии применяют электрические генераторы, в которых механическая энергия преобразуется в электрическую, гальванические элементы (аккумуляторы), химическая – в электрическую.

 

Рисунок 5 – Изображение источников энергии на электрических схемах

 

Изображение электрических цепей и их элементов. В схемах реальных электрических устройств отдельные элементы имеют свои условные обозначения в соответ­ствии с государственными стандартами. Некоторые из этих обозна­чений приведены в таблице

 

 

Наименование элемента	Графическое обозначение
Выключатель однополюсный
Выключатель двухполюсный
Предохранитель плавный
Элемент гальванический или аккумулятор
Резистор нерегулируемый
Реостат
Нелинейный резистор
Конденсатор
Катушка индуктивности без сердечника
Катушка индуктивности с ферромагнитным сердечником (реактор)
Амперметр
Вольтметр
Ваттметр
Лампы накаливания

 

Электрическая цепь может быть разделена на два участка:

- внешний – один или несколько потребителей электрической энергии и вспомогательные устройства, соединенные проводами; - внутренний – сам источник электрической энергии. Во внешней цепи электрический ток направлен от «+» к «-», на внутреннем участке цепи обратное направление от «-» к «+».

 

 

Основные законы электрической цепи

Закон Ома. Устанавливает связь между ЭДС источника электрической энергии сопротивлением и током электрической цепи.

 

Ток в электрической цепи прямо пропорционален ЭДС (Е) источника и обратно пропорционален сумме сопротивления внешнего участка R и источника электроэнергии .

 

Полное сопротивление всей замкнутой цепи равно сумме сопротивления внешней цепи и внутреннего сопротивления .

 

 

Закон Ома для участка цепи. Ток на данном участке прямо пропорционален напряжению, приложенному к потребителю и обратно пропорционален сопротивлению этого потребителя.

Режимы работы генератора постоянного тока.

Режим холостого хода.

Рисунок 6 – Режим холостого хода

 

Электрическая цепь разомкнута, тока в цепи нет ; . Можно использовать такой режим для измерения ЭДС источник электрической энергии. Для того чтобы измерить ЭДС генератора необходимо контроллер поставить в нулевую позицию, при этом вольтметр покажет ЭДС.

Режим нагрузки.

Рисунок 7 – Режим нагрузки

 

Цепь замкнута, по ней проходит ток, зависящий от R потребителя. Чем больше ток нагрузки, тем меньшее напряжение покажет вольтметр на зажимах генератора. Для того чтобы увеличить КПД уменьшают сопротивление обмотки якоря . – закон Ома для режима нагрузки.

 

3. Режим короткого замыкания – аварийный режим.

 

Рисунок 8 – Режим холостого короткого замыкания

Режим КЗ возникает, когда зажимы источника замкнуты проводником малого сопротивления, т.е. R

при КЗ ; ;

, то ток очень большой.

Для защиты генератора используются плавкие предохранители, а человека защищают от пробоя напряжения, на корпус, заземляя его. При этом короткое замыкание между корпусом и «землёй» является полезным и выполняет защитную функцию (защитное заземление, охрана труда).

 

Первый закон Кирхгофа (для параллельной цепи). Кирхгоф в 1847 г. установил законы для электрических цепей, названные его именем.

Сумма токов, направленных к точке разветвления, равна сумме токов, направленных от нее. т.е. алгебраическая сумма токов в узловой точке равна нулю.

или или

 

Токи, направленные в узел считаются «+», а от узла «-».

Рассмотрим пример. Для узла А первый закон Кирхгофа будет выглядеть:

Второй закон Кирхгофа (для последовательной цепи). Устанавливает зависимость между ЭДС и падениями напряжения в замкнутой электрической цепи.

Во всякой замкнутой электрической цепи алгебраическая сумма ЭДС равна алгебраической сумме падений напряжений в отдельных сопротивлениях, входящих в эту цепь.

 

ЭДС и U считаются положительными, если направление ЭДС и I на участках цепи совпадает с выбранным направлением обхода цепи и отрицательным, если противоположно направлению. Направление обхода контура выбирают по часовой стрелке.