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.

а) б)

Рис. 1.2 Схеми електричних ланцюгів:

а — проста; б — складна