Схеми електричних ланцюгів

Джерела напруги й струму

При розрахунках електричних ланцюгів реальні джерела електричної енергії звичайно заміняють ідеалізованими – джерелом напруги або джерелом струму. Джерелом напруги вважається таке джерело, у якого напруга на вихідних затисках практично не залежить від сили струму, тому що його внутрішній опір R₀ є незмірно менший у порівнянні з опором Rспоживача. Джерелом, струму вважається таке джерело, струм якого не залежить від напруги на його затисках, тому що його внутрішня провідність G₀ незмірно менша за провідність G споживача. На рис. 1.1 показані схеми їхнього заміщення. Таким чином, джерела напруги працюють у режимі, близькому до режиму холостого ходу, при яких U_хх=Е. До таких джерел відносять електричні генератори й акумулятори. Джерела струму звичайно працюють у режимі, близькому до режиму короткого замикання, при якому I=I_кз. Очевидно, якщо R_о<R, то опором джерела можна зневажити, а якщо R₀>R (G₀<G), то не враховувати опір споживача не можна. Якщо R₀ джерела і R споживача близькі за значеннями, то потрібно опори, які виносяться з джерела енергії (R₀ або G₀), поєднувати з R або G споживача.

а) б)

Рис. 1.1. Джерела напруги (а) і струму (б)

Джерело напруги позначається кружком із стрілкою усередині й буквою Е (рис. 1.1, а), а джерело струму — кружком з подвійною стрілкою усередині і буквою I (рис. 1.1, б). Напрямок електрорушійної сили (ЕРС) і струму усередині джерела приймається від нижчого потенціалу до вищого.

Джерела напруги та струму можуть бути лінійними й нелінійними.

Якщо зовнішні характеристики, тобто залежності U = f(I) у джерела напруги і I=f(U) у джерела струму, є прямі лінії, то джерела вважаються лінійними. У випадку коли зовнішні характеристики мають вигляд кривих, джерела нелінійні.

Схеми електричних ланцюгів

Електричні ланцюги бувають постійного й змінного струму. Їх, у свою чергу, розділяють на лінійні й нелінійні, нерозгалужені й розгалужені, прості й складні. Лінійними називають ланцюга, що містять лінійні елементи, а нелінійними – які мають один або більше нелінійних елементів. Нерозгалуженими називають ланцюги з послідовним з'єднанням елементів, а розгалуженими – із рівнобіжним (паралельним) або складним з'єднанням елементів. Простими називають ланцюги, у яких елементи з'єднані послідовно, паралельно або змішано. Складними – ланцюги, у яких з'єднання елементів відрізняється від послідовно-рівнобіжного з'єднання та мають декілька джерел живлення.

Для розрахунків електричні ланцюги зображують графічно у вигляді еквівалентних електричних схем заміщення, що показують з'єднання елементів і відображають властивості ланцюгів (рис. 1.2). У цих схемах споживачі зображуються у виді ідеалізованих елементів R, R₂, R₃…, R_n зосереджених на окремих ділянках ланцюга і еквівалентних дійсним, а джерела електричної енергії – у виді джерел напруги або джерел струму з внутрішнім опором R₀ . Кожну таку схему прийнято називати ідеалізованим ланцюгом або просто ланцюгом.

Електричні ланцюги і відповідно їхні схеми мають вітки (гілки), вузли й контури. Віткою називається частина ланцюга, утворена одним або декількома послідовно з'єднаними елементами, по яких протікає струм однакової сили. Вузлом називається місце з'єднання трьох і більшого числа віток. На схемах вузли зображаються точкою. Контуром називається будь-який замкнутий шлях, що проходить по декількох вітках. Розрізняють одноконтурні і багатоконтурні ланцюги й схеми. На рис. 1.2 показані вітки, вузли і контури.

При розрахунку електричних ланцюгів і аналізі процесів, що відбуваються в них, задаються умовними позитивними напрямками ЕРС і струмів в елементах ланцюга й напруги на їхніх затисках, позначаючи їх на схемах стрілками. Такі напрямки можна вибирати довільно. Якщо умовно обрані й дійсні напрямки ЕРС, струмів і напруги відповідно збігаються, то умовні напрямки зазначених величин обрані правильно.

Іноді умовні позитивні напрямки показують не стрілками, а подвійними індексами їхнього літерного позначення, наприклад, E₁₂, I_ав, U₁₂– ці індекси повинні відповідати позначенням точок на схемі ланцюга, причому позитивним вважається напрямок від точки ланцюга, що відповідає першому індексові, до точки ланцюга, що відповідає другому індексові.