Znano je, da je električni tokokrog skupek različnih naprav. Zagotavljajo pretok električni tok, lahko večino procesov v njih označimo z različnimi količinami, kot so napetost, tok, upor.
Na podlagi zgoraj navedenega lahko rečemo, da je električni tokokrog skupek določenih predmetov in naprav, ki delujejo kot »pot« za pretok električnega toka. IN električni tokokrog Tečejo lahko različni tokovi, tako stalni kot izmenični. Električna vezja lahko pogosto najdemo v njih grafični prikaz- električni diagrami, označujejo vse elemente v tokokrogu.
Vrste električnih vezij
Glede na strukturo jih lahko razdelimo na dve glavni vrsti: razvejane in nerazvejane. Prvi vrsti je mogoče pogojno pripisati enostavne vrste verige. V takih električnih tokokrogih teče tok enake jakosti. Razvejane verige imajo dokaj preprost, linearen videz. Običajno vsebujejo majhno število elementov.
Vendar pa so lahko razvejane verige tudi enostavne; to ne pomeni, da so po strukturi zapletene. Razvejanost verige pomeni le prisotnost vozlišč in vej v njej.
Podružnica– to je del električnega tokokroga, zaprt med dvema vozliščema, katerih elementi so zaporedno povezani. Moč toka v vejah razvejanih vezij je lahko različna. Vozel– priključna točka v električnem tokokrogu najmanj treh vej.
Še ena značilna značilnost vezja drug od drugega je njihova linearnost ali nelinearnost. Če vezje vsebuje nelinearne elemente, se vezje zato imenuje nelinearno. Takšni elementi vključujejo elemente, ki imajo nelinearne tokovno-napetostne ali kulonske napetostne karakteristike. Če je v verigi vsaj en tak element, potem celotna veriga spada v kategorijo nelinearnih.
Linearna vezja ne vsebujejo takih elementov; ne vsebujejo samo elementov, kot so kondenzatorji, upori in induktorji. Linearna vezja lahko razumemo tudi kot vezja, ki vsebujejo elektronske naprave z določenimi razponi karakteristik, tj. te karakteristike so linearne. To so lahko različni ojačevalniki, druge naprave z aktivnimi elementi itd.
Glavne skupine elementov električnega vezja
Kot smo že omenili, električni tokokrog nujno vsebuje največ različne elemente, ki opravljajo svoje funkcije. Vse jih lahko razdelimo v 3 skupine:
Prva skupina elementov- To so viri energije. To vključuje vse naprave, ki služijo za napajanje električnega tokokroga. To so različne baterije, galvanski členi, termoelektrični in elektromehanski generatorji itd. Zagotavljajo napajanje električnega tokokroga;
Druga skupina elementov– obremenitev pravzaprav vključuje vse naprave, ki pretvarjajo električno energijo v katerokoli drugo vrsto energije: mehansko, toplotno, svetlobno itd. Naprave v tej skupini imenujemo tudi električni sprejemniki. Električni sprejemniki vključujejo razne naprave, mehanizmi, kot so električni motorji, svetlobna telesa, grelci in drugo. Njihovi glavni značilnosti sta napetost in moč. Da bi naprava delovala v normalnem načinu, je treba na njenih koncih in sponkah vedno vzdrževati zahtevano stabilno napetost.
Tretja skupina Elementi so sestavljeni iz preklopnih elementov, namenjenih oddajanju električna energija od virov energije (elementi prve skupine) do električnih sprejemnikov (elementi druge skupine). To vključuje žice, različne naprave, ki podpirajo napetost in tok, merilne naprave, zaščitne naprave itd.
Značilnosti povezovanja elementov električnega tokokroga
Seveda vsi elementi električnega tokokroga medsebojno delujejo, saj so nujno povezani. Obstajata dve vrsti povezav: zaporedno in vzporedno:
pri serijsko povezavo vsi elementi si strogo sledijo - "konec" enega elementa je povezan z "začetkom" drugega, ki je na enak način povezan z naslednjim elementom. V tem primeru je nemogoče dobiti razvejano verigo. Vzporedno vezje ima veje, zato je bolj zapleten in razširjen električni tokokrog.
OSNOVNI POJMI IN ZAKONITI TEORIJE ELEKTRIČNIH VEZIJ
Pravo električno vezje je skupek naprav, namenjenih prenosu, distribuciji in pretvarjanju energije. IN splošni primer električni krog vsebuje vire električne energije, sprejemnike električne energije, merilne instrumente, stikalno opremo, povezovalne vode in žice.
Električni krog predstavlja skupek na določen način povezanih virov, porabnikov (oziroma aktivnih oziroma pasivnih elementov) in pretvornikov električne energije.
Veriga se imenuje pasivno, če je sestavljen le iz pasivnih elementov, in aktivna, če vsebuje tudi aktivne elemente.
Vir električne energije imenujemo element električnega tokokroga, ki pretvarja neelektrično energijo v električno. Na primer: galvanski členi in baterije pretvarjajo kemično energijo, termoelementi - toplotno, elektromehanski generatorji - mehansko.
Porabnik električne energije imenujemo element električnega tokokroga, ki pretvarja električno energijo v neelektrično. Na primer: žarnice z žarilno nitko - v svetlobi in toploti, ogrevalne naprave- v toplotno, elektromotorno - v mehansko.
Pretvornik električne energije imenovana naprava, ki spreminja velikost in obliko električne energije. Na primer: transformatorji, inverterji pretvarjajo enosmerni tok v izmenični, usmerniki - AC na konstanto, naprave za pretvorbo frekvence.
Za izvedbo izračuna mora biti predstavljena vsaka električna naprava ekvivalentno vezje. Enakovredno vezje električnega vezja je sestavljeno iz niza idealiziranih elementov, ki prikazujejo posamezne lastnosti fizično obstoječih naprav. Tako je idealiziran upor (upor R) upošteva pretvorbo elektromagnetne energije v toploto, mehansko delo ali njeno sevanje. Idealiziran kondenzator (kapacitivnost Z) in induktor (induktivnost L) je značilna sposobnost kopičenja energije iz električnega oziroma magnetnega polja.
Viri, porabniki in priključne žice tvorijo električni tokokrog, v vsakem odseku katerega a električna napetost in puščanje električni tok. Na splošno so te napetosti in tokovi lahko konstantni in spremenljivi v času ter odvisni od lastnosti elementov vezja. Ta razdelek obravnava enosmerne tokove in napetosti.
Realna električna vezja preučujemo z uporabo modelov, ki so prikazani z uporabo simboli v obliki električni diagrami.
Napetost U na elementu električnega tokokroga je na diagramu (slika 1.1) označen z znakoma "+" in "–", ki sta smiselna le, če jih obravnavamo skupaj, ker znak "+" označuje točko z relativno večjim potencialom.
. (1.1)
merska enota U– voltov (B).
Trenutni I v elementu električnega tokokroga je na diagramu označen s puščico (slika 1.2) in označuje smer urejenega gibanja pozitivnega električni naboji, če je tok I izražen kot pozitivno število.
merska enota jaz– amperov(A)
Razmerje med tokom in napetostjo na elementu vezja se imenuje tokovno-napetostna karakteristika (volt-amperska karakteristika) element, ki je običajno predstavljen grafično. Na sl. 1.3 prikazuje tokovno-napetostne značilnosti porabnikov različne vrste. Premočrtne tokovno-napetostne karakteristike (1) in (3) ustrezajo linearnim elementom, krivuljne tokovno-napetostne karakteristike (2) pa nelinearnim elementom.
V tej vadnici preučujemo samo linearna vezja, za katera velja razmerje const = k ali pa je njegovo odstopanje od konstantne vrednosti majhno. V tem primeru, ko je tokovno-napetostna karakteristika prikazana s črto blizu ravne črte, se šteje, da potrošnik upošteva Ohmov zakon po kateri sta napetost in tok med seboj sorazmerna. Ta faktor sorazmernosti k klical električni upor element R, ki se meri v Omaha(Ohm).
Kot porabnik v teoriji električnih tokokrogov DC deluje kot upor, za katerega je značilen upor ( R), za katere velja Ohmov zakon:
ali , . (1,3)
Oznaka upora na električnih tokokrogih je prikazana na sl. 1.4.
Recipročna vrednost upora se imenuje prevodnost, ki se meri v Siemens(Cm).
Ohmov zakon je mogoče predstaviti v smislu prevodnosti:
. (1.4)
Pri pasivnih elementih tok teče od točk z relativno visokim potencialom do točk z relativno nižjim potencialom. Zato je na sl. 1.5 trenutna puščica je usmerjena od "+" do "–", kar ustreza Ohmovemu zakonu v obliki
. (1.5)
Za oznake, sprejete na sl. 1.6 je treba Ohmov zakon zapisati v naslednji obliki: .
Tako je v TOE potrošnik modeliran kot idealen potrošnik, katerega lastnosti so določene z vrednostjo enega parametra ( R oz G).
Viri energije so modelirani z uporabo vir EMF (E), ali vir napetosti in vir toka ( J). Tokovno-napetostne značilnosti virov energije so zunanje značilnosti, običajno padajoče narave, ker V večini primerov, ko se tok poveča, se napetost vira zmanjša.
Idealiziran vir napetosti- to je element vezja, katerega napetost ni odvisna od toka in je določena konstantna vrednost, ki ji ustreza na sl. 1.7 zvezna tokovno-napetostna karakteristika.
V resnici imamo opravka z realnimi viri napetosti, ki se razlikujejo od idealni viri dejstvo, da njihova napetost pada z naraščajočo porabo toka. Tokovno-napetostna karakteristika resničnega napetostnega vira je prikazana na sl. 1.7 s pikčasto črto, katere tangens kota naklona je enak notranjemu uporu napetostnega vira R 0 . Vsak pravi vir z odpornostjo na obremenitev R >> R 0 lahko idealiziramo na naslednji način (slika 1.8):
U 12 (resnično) = IR–E,
E resnično = E-IR (1.6)
Tako lastnosti vira EMF ali vira realne napetosti določata dva parametra - ustvarjeni EMF E in notranji upor R 0 .
Idealiziran vir toka- to je element vezja, katerega tok ni odvisen od napetosti in je dana konstantna vrednost; ustreza zvezni tokovno-napetostni karakteristiki na sl. 1.9.
V pravem tokovnem viru se z naraščanjem napetosti ustvarjeni tok zmanjšuje. Tokovno-napetostna karakteristika resničnega tokovnega vira je prikazana na sl. 1.9 s pikčasto črto, katere tangens kota naklona je enak notranji prevodnosti tokovnega vira G 0 . Vsak realni vir toka je mogoče reducirati na idealiziranega, kot sledi (slika 1.10):
, (1.7)
kje J, G 0 – stalni parametri.
Tako lastnosti vira pogonskega toka določata dva parametra: pogonski tok J in notranja prevodnost G 0 . Čim manj G 0, tem bližje so lastnosti dejanskega vira toka idealiziranemu.
Ker notranji upor pravi viri vedno lahko pripišemo porabnikom tokokroga, upoštevamo le idealizirane vire napetosti in toka.
Tudi žice, ki povezujejo porabnike in vire, so po svoji naravi porabniki energije. Vendar pa se pogosto verjame, da žice opravljajo samo povezovalne funkcije in služijo samo za prikaz, kako so posamezni elementi vezja med seboj povezani. Upornost žic, če je ni mogoče zanemariti, upoštevamo s priključitvijo dodatnih porabnikov na ustreznih mestih v tokokrogu.
Tako je v teoriji linearnih električnih vezij predmet študija model izračuna, sestavljen iz porabnikov in idealiziranih virov, katerih konfiguracijo in lastnosti elementov določajo pogoji problema.
Pri reševanju problemov velika vrednost dano struktura električnega tokokroga (topologija), ki ga določa narava povezav med elementi.
Električni tokokrog je skupek med seboj povezanih virov in sprejemnikov električne energije, skozi katere lahko teče električni tok.
Najenostavnejši električni tokokrog je sestavljen iz vira, enega ali več zaporedno povezanih sprejemnikov električne energije (obremenitve, porabniki) in povezovalnih žic (slika 1.2). riž. 1.2
Oblikuje se vir energije notranji del vezja in potrošnik - skupaj s priključnimi žicami, merilni instrumenti in stikalne naprave - zunanji del vezja.
Ko zunanji in notranji del vezja tvorita sklenjen tokokrog, se v tokokrogu pojavi električni tok.
Velikost ali jakost toka je določena s količino električne energije (naboja), ki prehaja skozi prečni prerez prevodnika na časovno enoto:
jaz=,A- za enosmerni tok; ί
=
,A- za izmenični tok.
Prehod električnega toka v vezju je povezan s procesi neprekinjene pretvorbe energije v vsakem od njegovih elementov.
V procesu pretvorbe drugih vrst energije v električno energijo se v viru energije vzbuja emf E,IN.
Zunanje vezje in sam vir energije imata odpornost proti prehodu električnega toka.
Fizikalna narava ohmskega upora R– toplotno gibanje atomov in molekul telesa (superprevodnost). Količina upora je odvisna od materiala, oblike in velikosti prevodnika:
R
=
,
Ohm.
(1.8)
Recipročna vrednost upora se imenuje prevodnost:
=,
Cm.
(1.9)
EMF E napetost U, trenutno jaz, odpornost R v najpreprostejši verigi jih povezuje Ohmov zakon:
jaz=
. (1.10)
Za vezje na sl. 1.2:
jaz=
. (1.11)
Iz (1.11) sledi enačba električnega stanja vezja (slika 1.2):
E= jaz R 0 +I R= I R 0 +U; (1.12)
E=U+I·R 0. (1.13)
Iz (1.13) sledi, da E>U glede na količino padca napetosti na notranjem uporu: jaz R 0. (1.14)
Na podlagi definicije napetosti lahko zapišemo, kako delo za premikanje naboja +1:
A=Uq= UIT; (1.15)
p=
=Ujaz, (1.16)
kje A– tekoče delo, J;R– trenutna moč, W.
Če se v odseku tokokroga električna energija pretvori samo v toploto, lahko formuli (1.15) in (1.16) zapišemo drugače (z zamenjavo U=jaz R):
A=jaz 2 Rt in p= jaz 2 R.
To je Joule-Lenzov zakon (za pretvorbo je sprejet koeficient 0,24 A od J V blato).
Za izračun tokokrogov je izbrana pogojno pozitivna smer E,U, jaz in je označen s puščico (slika 1.3).
Tok v najpreprostejšem vezju sovpada v smeri z EMF. V kompleksnem vezju smer toka v kateri koli veji ni vedno očitna pred izračunom, zato je izbrana poljubno. Puščica napetosti U je usmerjen od točk višjega potenciala do točk nižjega potenciala.
1.3. Načini delovanja enosmernega električnega tokokroga
Najbolj značilni so 4 načini: nazivni, število vrtljajev v prostem teku, kratek stik in usklajeno.
Za nazivni način virov in sprejemnikov v električnem tokokrogu je značilno, da njihove napetosti, tokovi in moči ustrezajo vrednostim, za katere so jih izdelali proizvajalci.
Način mirovanja. Tok virov in sprejemnikov je nič ( jaz=0).
Način kratkega stika. Napetost v območju je nič ( U kratek stik=0), je sprejemnik ranžiran z zelo nizkim uporom R→0.
Usklajeni način - ko deluje pasivni element zunanjega vezja največja moč s tem virom.
Pogoje dogovorjenega režima je enostavno doseči. Zapišimo enačbo električnega stanja najpreprostejšega vezja (slika 1.1):
E=U+R 0 jaz, Kje U=I·R. (1.17)
R– upor zunanjega tokokroga,
R 0 – odpornost vira.
Pomnožimo (1,17) s jaz:
EI = uporabniški vmesnik + R 0 jaz 2 ,
p 1 = p 2 + p 0 ,
R 1 – vir energije,
R 2 – moč, ki se prenaša v zunanje vezje,
R 0 – izguba moči notranjega vira.
R 2
=
Ujaz=
R.I. 2
=
R
- ima maksimum
ko vrednost: 
– največ tj.:
(R 0 +R) 2 –2R(R 0 +R)= 0, R 0 +R–2R= 0, R=R 0 .
Posledično zunanje vezje in vir delujeta v usklajenem načinu, ko R= R 0 .
Učinkovitost v usklajenem načinu je:
η
=
=
=
=0,5.
S vezji usklajenega načina se je treba ukvarjati, kadar nizka učinkovitost ni odločilnega pomena zaradi majhne moči vezja in ko vprašanje največje moči v obremenitvi prevlada nad ekonomskimi vidiki.
Vsak človek, razen če se seveda odreče koristim civilizacije, je obkrožen s številnimi električnimi napravami. Za primere vam ni treba iskati daleč: TV, telefon, najbolj navaden itd. Osnova vseh podobne naprave je električni krog. Številni literarni viri pa dajejo podobne definicije v zvezi z najpreprostejša sorta. Zakaj je tako, saj so sodobne elektronske naprave tako kompleksne, da je njihovo vzdrževanje zaupano računalniškim sistemom? Res, čudno, še posebej, če se spomnite centralne procesne enote osebni računalniki s svojimi milijoni tranzistorjev - vsebujejo tudi električni tokokrog. Razlog za zgornjo poenostavitev definicije je v tem, da vsak, še tako zapleten, električni diagram lahko predstavimo v obliki velike količine najenostavnejše komponente. Mimogrede, zato postane mogoče izvesti potrebne izračune z uporabo znanih formul.
Tako smo se odločili za preprosto in zapleteno. Zdaj pa razložimo, kaj je električni krog. Da bo bolj jasno, razmislimo najpreprostejši primer- električna svetilka. In ne tisti, ki uporablja krmilni čip (preklapljanje načinov, utripanje itd.), Ampak najpogostejši - z baterijo, žarnico in stikalom za vklop. Sestavljen je iz ohišja, v katerem je sam vir, prostora za baterije z dvema kontaktoma. Z vstavljanjem baterije v ohišje in pritiskom na stikalo lahko dosežete svetel, usmerjen sij svetilke. Ko smo opravili ta dejanja, smo oblikovali tako imenovano električno vezje (v strokovnem slengu smo sestavili vezje). elektrika (baterije) je hitela po poti: pozitivni pol kontakt - vodnik, preklopno stikalo - svetilka - negativni pol. To se imenuje "najpreprostejši električni tokokrog". V primeru svetilke so trije elementi: vir EMF, preklopno stikalo in svetilka. Omeniti velja, da je gibanje elektronov (toka) možno le vzdolž zaprta zanka, torej če je preklopno stikalo izklopljeno in je vezje prekinjeno, bo izginilo, čeprav bo napetost vira ostala. Mimogrede, vse procese je mogoče opisati in izračunati ne le s tokom, temveč tudi z napetostjo, močjo in EMF.
Univerzalno orodje za izračun je Ohmov zakon. V tem primeru je videti takole:
kjer je I tok, Amperi; E - EMF, volti; R - upor žarnice, Ohm; r je upornost vira EMF, Ohm. V uporabljenem primeru vpliv preklopnega stikala ni upoštevan, saj je zanemarljiv.
Torej lahko električni tokokrog in njegovi elementi vključujejo vir energije, upore, kondenzatorje, polprevodniške komponente itd. Poleg tega mora biti vse to povezano z vodniki, ki tvorijo neprekinjeno pot za prehod toka.
Enostavne verige delimo na nerazvejane in razvejane. V prvem primeru isti tok prehaja skozi vse sestavne elemente (pravilo za potrošnike). V drugem primeru se dodatno doda ena ali več vej, povezanih z najpreprostejšim obravnavanim vezjem prek vozlišč. V tem primeru se oblikuje mešana povezava elementov vezja, zato je vrednost toka, ki teče v vsaki veji, drugačna. Tukaj je veja odsek električnega tokokroga, v katerem isti tok teče skozi vse njegove elemente in katerih nasprotni konci so povezani na dveh vozliščih. V skladu s tem je vozlišče točka v električnem tokokrogu, v kateri se stekajo tri ali več vej. Vklopljeno diagrami vezja vozlišča so pogosto označena s pikami, kar poenostavi zaznavanje (branje).