Схема электрической цепи: Схемы электрических цепей и ЭДС

Схемы электрических цепей и ЭДС

Схемы электрической цепи, понятие параметров и элементов электрических цепей:

Для начала вспомним определения:

Параметрами электрической цепи называется величина, связывающая ток и напряжение на конкретном участке цепи (r – сопротивлением, рис. 1 а; L – индуктивностью, рис. 1 б; C  – ёмкостью, рис. 1 в. ).

Элементами электрической цепи называют отдельные устройства входящие в электрическую цепь и выполняющие в ней определённую функцию. Пример отдельных элементов и простой схемы электрической цепи:

Рис.1

                                             Схемы электрических цепей:

        При конструировании, монтаже и работе электрических установок (электрооборудования) нельзя обойтись без электрических схем. Электрические схемы по своему назначению различаются на несколько типов: структурные, функциональные, принципиальные, монтажные, однолинейные, и др.

        Принципиальная схема даёт полное представление о работе электроустановки, полный состав элементов и связи между ними.

         Схема электрической цепи – это графическое представление изображения электрической цепи, которая содержит условные обозначения элементов и соединение этих элементов. Условные обозначение в электрических схемах установлены стандартами системы ЕСКД. Различают последовательное и параллельное соединение элементов в схемах и электрических цепях. Сложные электрические схемы образуются в результате включения групп элементов соединенных между собой последовательно или параллельно (см. на рис. 2).

 Рис.2

                                Электродвижущая сила (ЭДС):

       Физические процессы получения электрической энергии различаются в зависимости от вида преобразуемой энергии, где главное различие состоит в природе сил, которые разделяют положительный и отрицательный заряды в веществе. На электрически заряженные частицы кроме сил электрического поля при определенных условиях действуют сторонние силы, обусловленные неэлектромагнитными процессами (тепловые процессы, химические реакции и т.д.)

             В результате действия сторонних сил в источнике электрической энергии происходит разделение электрических зарядов и образуется электродвижущая сила (ЭДС).

                Величина, характеризующая способность стороннего поля и индуцированного электрического поля вызывает электрический ток, называется электродвижущей силой.

     Для примера рассмотрим преобразование тепловой энергии в электрическую:

            В замкнутой цепи из двух разных металлов при одинаковой температуре (контактов 1 и 2) электрический ток не возникает, так как контактные разности потенциалов в обоих контактах  одинаковы, но направлены в противоположные стороны по цепи (см. рис. 3):

        Рис.3

 

определение, элементы, схемы.

Топология и методы расчета

Эта статья для тех, кто только начинает изучать теорию электрических цепей. Как всегда не будем лезть в дебри формул, но попытаемся объяснить основные понятия и суть вещей, важные для понимания. Итак, добро пожаловать в мир электрических цепей!

Хотите больше полезной информации и свежих новостей каждый день? Присоединяйтесь к нам в телеграм.

Электрические цепи

Электрическая цепь – это совокупность устройств, по которым течет электрический ток.

Рассмотрим самую простую электрическую цепь.  Из чего она состоит? В ней есть генератор – источник тока, приемник (например, лампочка или электродвигатель), а также система передачи (провода). Чтобы цепь стала именно цепью, а не набором проводов и батареек, ее элементы должны быть соединены между собой проводниками. Ток может течь только по замкнутой цепи. Дадим еще одно определение:

Электрическая цепь – это соединенные между собой источник тока, линии передачи и приемник.

Конечно, источник, приемник и провода – самый простой вариант для элементарной электрической цепи. В реальности в разные цепи входит еще множество элементов и вспомогательного оборудования: резисторы, конденсаторы, рубильники, амперметры, вольтметры, выключатели, контактные соединения, трансформаторы и прочее.

Электрическая цепь

Кстати, о том, что такое трансформатор, читайте в отдельном материале нашего блога.

По какому фундаментальному признаку можно разделить все цепи электрического тока? По тому же, что и ток! Есть цепи постоянного тока, а есть – переменного. В цепи постоянного тока он не меняет своего направления, полярность источника постоянна. Переменный же ток периодически изменяется во времени как по направлению, так и по величине.

Сейчас переменный ток используется повсеместно. О том, что для этого сделал Никола Тесла, читайте в нашей статье.

Элементы электрических цепей

Все элементы электрических цепей можно разделить на активные и пассивные. Активные элементы цепи – это те элементы, которые индуцируют ЭДС. К ним относятся источники тока, аккумуляторы, электродвигатели. Пассивные элементы – соединительные провода и электроприемники.

Приемники и источники тока, с точки зрения топологии цепей, являются двухполюсными элементами (двухполюсниками). Для их работы необходимо два полюса, через которые они передают или принимают электрическую энергию. Устройства, по которым ток идет от источника к приемнику, являются четырехполюсниками. Чтобы передать энергию от одного двухполюсника к другому им необходимо минимум 4 контакта, соответственно для приема и передачи.

Резисторы – элементы электрической цепи, которые обладают сопротивлением. Вообще, все элементы реальных цепей, вплоть до самого маленького соединительного провода, имеют сопротивление. Однако в большинстве случаев этим можно пренебречь и при расчете считать элементы электрической цепи идеальными.

Существуют условные обозначения для изображения элементов цепи на схемах.

 

Кстати, подробнее про силу тока, напряжение, сопротивление и закон Ома для элементов электрической цепи читайте в отдельной статье.

Вольт-амперная характеристика – фундаментальная характеристика элементов цепи. Это зависимость напряжения на зажимах элемента от тока, который проходит через него. Если вольт-амперная характеристика представляет собой прямую линию, то говорят, что элемент линейный. Цепь, состоящая из линейных элементов – линейная электрическая цепь. Нелинейная электрическая цепь – такая цепь, сопротивление участков которой зависит от значений и направления токов.

Какие есть способы соединения элементов электрической цепи? Какой бы сложной ни была схема, элементы в ней соединены либо последовательно, либо параллельно.

 

При решении задач и анализе схем используют следующие понятия:

• Ветвь – такой участок цепи, вдоль которого течет один и тот же ток;
• Узел – соединение ветвей цепи;
• Контур – последовательность ветвей, которая образует замкнутый путь. При этом один из узлов является как началом, так и концом пути, а другие узлы встречаются в контуре только один раз.

Чтобы понять, что есть что, взглянем на рисунок:

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

 

Классификация электрических цепей

По назначению электрические цепи бывают:

• Силовые электрические цепи;
• Электрические цепи управления;
• Электрические цепи измерения;

Силовые цепи предназначены для передачи и распределения электрической энергии. Именно силовые цепи ведут ток к потребителю.

Также цепи разделяют по силе тока в них. Например, если ток в цепи превышает 5 ампер, то цепь силовая. Когда вы щелкаете чайник, включенный в розетку, Вы замыкаете силовую электрическую цепь.

Электрические цепи управления не являются силовыми и предназначены для приведения в действие или изменения параметров работы электрических устройств и оборудования. Пример цепи управления – аппаратура контроля, управления и сигнализации.

Электрические цепи измерения предназначены для фиксации изменений параметров работы электрического оборудования.

Расчет электрических цепей

Рассчитать цепь – значит найти все токи в ней. Существуют разные методы расчета электрических цепей: законы Кирхгофа, метод контурных токов, метод узловых потенциалов и другие. Рассмотрим применение метода контурных токов на примере конкретной цепи.

 

Сначала выделим контуры и обозначим ток в них. Направление тока можно выбирать произвольно. В нашем случае – по часовой стрелке. Затем для каждого контура составим уравнения по 2 закону Кирхгофа. Уравнения составляются так: Ток контура умножается на сопротивление контура, к полученному выражению добавляются произведения тока других контуров и общих сопротивлений этих контуров. Для нашей схемы:

Полученная система решается с подставкой исходных данных задачи. Токи в ветвях исходной цепи находим как алгебраическую сумму контурных токов

Какую бы цепь Вам ни понадобилось рассчитать, наши специалисты всегда помогут справится с заданиями. Мы найдем все токи по правилу Кирхгофа и решим любой пример на переходные процессы в электрических цепях. Получайте удовольствие от учебы вместе с нами!

Онлайн-симулятор схем и редактор схем

• Проектируйте с помощью нашего простого в использовании редактора схем.
• Моделирование аналоговых и цифровых схем за считанные секунды.
• Профессиональные схемы в формате PDF, электрические схемы и графики.
• Установка не требуется! Запустите его мгновенно одним щелчком мыши.

Запустить CircuitLab

или посмотрите короткое демонстрационное видео →

Учебник по интерактивной электронике Новый!

Освойте анализ и проектирование электронных систем с помощью бесплатного интерактивного онлайн-учебника CircuitLab по электронике.

Открыть: Ultimate Electronics: практическое проектирование и анализ схем

Вопросы и ответы по электронике

от сообщества CircuitLab

Ответы

2

Комментарии

RELAY H BRIDGE

2 дня, 12 часов назад

1

Ответ

1

Совет. часов назад

2

ответы

комментарии

Настройка схемы генератор-двигатель.

6 дней, 4 часа назад

ответы

1

комментарий

Компонент блока щелочных батарей

22 февраля 2023 г.

2

ответы

комментарии

Лицензия сайта для университета?

17 июля 2020 г.

• 555 Таймер в качестве генератора / ШИМ-генератора
• 7805 & Настенная бородавка испытывает падение напряжения
• Аудиоусилитель BJT
• BJT Cascoded Active-load Diff. Усилитель с CMFB
• Токовое зеркало BJT
• Цифровой 4-битный счетчик и ЦАП
• Однополупериодный диодный выпрямитель
• Диодный двухполупериодный (мостовой) выпрямитель
• Время выключения диода
• Переходная характеристика преобразования Лапласа и график Боде
• Светодиод с подмагничивающим резистором
• Электретный микрофонный усилитель на JFET
• Механический пружинный датчик Лапласа, модель
• MOSFET и резистор NAND/NOR вентиль
• MOSFET (CMOS) вентиль NAND/NOR
• MOSFET коммутация индуктивной нагрузки
• Инвертирующий/неинвертирующий усилитель на операционных усилителях
• RC и RL переходная характеристика / частотная характеристика
• Резонанс RLC
• Резисторы последовательно и параллельно
• Эталонное напряжение стабилитрона
• больше примеров в книге «Ultimate Electronics». ..

Схемы здравого смысла позволяет вам назвать узел «+5V» и знать, что симулятор сделает все правильно автоматически, сохраняя ваши схемы компактными и элегантными.

Блок быстрого доступа позволяет быстро рисовать базовые примитивы схемы, предоставляя доступ к широкому ассортименту нелинейных элементов, элементов обратной связи, цифровых/смешанных компонентов и пользовательских инструментов рисования.

Простые в использовании электроинструменты

Режим Easy-Wire позволяет соединять элементы с меньшим количеством щелчков и без проблем.

 

Копирование/вставка через несколько окон позволяет легко исследовать и повторно микшировать части общедоступных цепей из сообщества CircuitLab.

Моделирование схемы в смешанном режиме

позволяет параллельно моделировать аналоговые и цифровые компоненты.

 

Модели компонентов, подобные SPICE , дают точные результаты для нелинейных эффектов схемы.

Удобные форматы позволяет вводить и отображать значения так же, как на бумажной схеме.

Вычисление выражений с учетом единиц измерения позволяет отображать произвольные представляющие интерес сигналы, такие как дифференциальные сигналы или мощность рассеяния.

Моделирование и построение графиков в браузере позволяет вам проектировать и анализировать быстрее, проверяя работоспособность вашей схемы еще до того, как вы возьметесь за паяльник.

Уникальные URL-адреса каналов позволяет легко делиться своей работой или обращаться за помощью в Интернете.

Расширенные возможности моделирования включают моделирование в частотной области (слабый сигнал), изменение параметров цепи в диапазоне, произвольные блоки передаточной функции Лапласа и многое другое.

---

«Попробуйте — это отличная идея».

«Удивительно удобный и простой для понимания даже начинающим любителям».

«Симулятор схемы на основе браузера может похвастаться множеством функций».

---

Технология «Умные провода»:
Создайте свою схему быстрее, чем когда-либо прежде, с помощью нашей уникальной интеллектуальной технологии Smart Wires для соединения клемм и перестановки компонентов.

Собственный механизм моделирования:
Ядро численного решателя повышенной точности, а также усовершенствованный механизм моделирования смешанного режима, управляемый событиями, упрощают быстрое выполнение моделирования.

Схемы презентационного качества:
Печатайте четкие, красивые векторные PDF-файлы ваших схем, а также экспортируйте их в PNG, EPS или SVG для включения схем в проектные документы или результаты.

Мощный графический процессор:
Удобная работа с несколькими сигналами благодаря настраиваемым окнам построения графиков, вертикальным и горизонтальным маркерам и расчетам сигналов. Экспорт изображений чертежей для включения в проектную документацию.

Быстрое создание символа:
Нарисуйте общие прямоугольные символы для электрических схем IC или системного уровня всего несколькими щелчками мыши.

Поведенческие источники и выражения:
Экспериментируйте и быстро выполняйте итерации с программируемыми алгебраическими источниками и выражениями. См. документацию

“ CircuitLab — лучший редактор, который я когда-либо использовал. Дизайн без ошибок, отличная симуляция. Отличная работа. Нет больше использования LTSpice. ”

— @yigitdemirag

“ В цикле разработки нашего продукта мы использовали CircuitLab в большем количестве случаев, чем вы могли бы ожидать: оптимизация нашего аналогового интерфейса, анализ цепей согласования ВЧ, повышение надежности наших источников питания, а также проектирование и документирование тестовых и производственных приспособлений. ”

— Команда разработчиков аппаратного обеспечения Pantelligent

Запустить CircuitLab

Принципиальная схема — все, что вам нужно знать

Что такое принципиальная схема?

Принципиальная схема представляет собой типичное графическое изображение электрической цепи. Он показывает, как электрические компоненты связаны между собой. Инженеры и электрики используют его для символического объяснения частей и путей электрического хода. Принципиальная схема играет жизненно важную роль в проектировании, строительстве и обслуживании электрических и электронных машин.

Элементарная схема, электрическая схема и электронная схема — термины, используемые для обозначения принципиальной схемы. Принципиальные схемы также наглядны, поскольку в них используются привлекательные изображения. На схематической диаграмме используются стандартные отраслевые символы. В этой статье мы подробно рассмотрим принципиальную схему.

Источник изображения : Smartdraw.com

 

Принципиальные схемы играют важную роль в области электротехники. Вот почему так важно иметь принципиальную схему , особенно в авиационной и атомной промышленности:

• Личная безопасность — они уменьшают вред / несчастные случаи для персонала, работающего на них, в результате поражения электрическим током и взрывов.
• Безопасность оборудования – Надлежащие принципиальные схемы помогают электрику лучше понять конструкцию, разумно рассмотреть модификации и адекватно объяснить свой план работы.
• Рентабельность . Хотя создание принципиальной схемы может занять некоторое время, окончательный бюджетный план составляется позже, что позволяет избежать денежных потерь в отрасли, возникающих при отсутствии предварительной картины процесса.
• Улучшенный вывод — Это план схемотехники; следовательно, легко внести исправления заранее, они обеспечивают графическое отображение реального расположения всех объектов в цепи и того, как физически соединены электрические провода. Они действуют как руководство для электротехников при реализации схемы.
• Расширенное обучение — они учат новичков и подрядчиков тому, как обстоят дела в конкретной отрасли. Они являются хорошим ориентиром и упрощают обучение, а также облегчают продолжение проекта любым пользователем.

 

Принципиальная схема Vs. Схематическая диаграмма

Принципиальные схемы , также называемые графическими диаграммами, не совпадают со схематическими диаграммами.

 

Типы цепей

1. Замкнутая и разомкнутая цепь

Замкнутая цепь имеет полный путь, а разомкнутая цепь имеет неполный путь, т. е. незамкнутая. Другими словами, когда вы выключаете свет в своей комнате, цепь размыкается; следовательно, лампочка не дает света. Но когда вы включаете их, происходит полное замыкание цепи, поэтому лампочка загорается.

Источник изображения : completeelectrical.biz

2. Последовательная и параллельная цепь

В последовательной цепи соединение компонентов создает одинаковый ток, протекающий через все части цепи. Ток идет только по одному пути, поэтому в случае с лампочками, когда одна отсутствует или повреждена, ток не будет течь через остальные, и ни одна из них не включится.

В параллельной цепи электрические объекты расположены таким образом, что ток должен прерваться перед следующим подключением. Текущие погружения, таким образом, компоненты заряжаются независимо друг от друга. Этот тип подключения используется в домах, чтобы при перегорании одной лампочки. На общее освещение квартиры не влияет.

Источник изображения : completeelectrical.biz

3. Короткое замыкание

Короткое замыкание позволяет току проходить по непредназначенному пути. Ток должен испытывать минимальное сопротивление; следовательно, компонент, который обходит короткое замыкание, может быть поврежден. Огромный поток тока при коротком замыкании вызывает перегрев проводов и может привести к пожару. Таким образом, необходимо установить автоматические выключатели и блоки предохранителей для отключения цепей.

Источник изображения : completeelectrical.biz

 

Основные части цепи

Цепь, независимо от ее размера и местоположения, состоит из четырех основных частей. К ним относятся источник энергии, широко известный как переменный или постоянный ток, проводник, представляющий собой провод, электрическая нагрузка, представляющая собой устройство, и контроллер (переключатель). Рассмотрим их подробно:

1. Источник энергии

Он обеспечивает напряжение и ток для питания гаджета, подключенного к цепи. К источникам напряжения относятся батареи любого типа, например, используемые в автомобилях, ноутбуках, солнечных панелях и т. д. Они обеспечивают постоянный уровень напряжения в цепи.

Источник тока идеально подходит для обеспечения постоянного тока энергии, несмотря на допустимое напряжение. Ток, измеряемый в амперах, включается в систему для защиты устройства, обеспечивающего электрическую нагрузку в цепи. Например, светодиоду требуется постоянный уровень тока, чтобы предотвратить его взрыв или повреждение.

2. Проводник

Проводник обеспечивает путь цепи, по которому течет энергия. Он отвечает за присоединение ко всем другим объектам канала. Точно так же, как жидкости текут по трубам, количество энергии, необходимой в цепи, определяет размер провода, из которого состоит проводник цепи.

3. Переключатель

Как и любой другой переключатель, этот также замыкает (продолжает) или открывает (размыкает) поток электричества в цепи. Существуют различные переключатели, такие как настенные выключатели, переключатели на ключах от машины, кнопки и другие биометрические инструменты.

4. Нагрузка

Означает количество энергии, которое требуется устройству для выполнения задачи, будь то освещение, нагрев или запуск процесса. Количество потребляемой мощности измеряется в ваттах и ​​рассчитывается путем умножения силы тока в амперах и вольт в конкретной цепи. В настоящее время практически в каждом доме есть энергоемкий предмет, будь то телевизоры, моторы и т.д. , все это нагрузочные устройства.

 

Символы принципиальных схем

Символы, используемые для создания принципиальных схем , стандартизированы на международном уровне. Каждый символ представляет собой особенность физического моделирования устройства. Следовательно, крайне важно правильно понять, что означает каждый символ. Далее приведен список наиболее часто используемых символов схемы :

• Ячейка – это источник энергии. Его логотип представляет собой две линии, одна длинная, а другая короткая, параллельные друг другу.
• Батарея – это более чем одна ячейка с более значимым выводом, обычно слева, который является + (положительным). Он выглядит как серия длинных и коротких параллельных линий.
• Провод – средство для передачи тока из одной точки в другую и соединяет компоненты цепи.
• Резистор – регулирует поток тока и обычно представляет собой зигзагообразную линию.
• Выключатель – отвечает за полное прохождение тока. Это разрыв прямой линии или восходящей диагональной линии на принципиальной схеме.
• Амперметр – предназначен для измерения тока, обозначенного буквой А в кружке.
• Вольтметр – предназначен для измерения напряжения и представляет собой букву V в кружке на принципиальной схеме.
• Двигатель – преобразователь для преобразования электрической энергии в кинетическую. Его символ — М в кружке.
.
• Лампа – компонент, преобразующий электрическую энергию в свет.

 

Примеры принципиальных схем

Далее мы рассмотрим примеры принципиальных схем, чтобы лучше понять их.

1. Счетчик электроэнергии

Он также известен как электросчетчик. Общая мощность, использованная за определенный период, является энергией и измеряется электросчетчиком. Кроме того, электросчетчики также используются в линиях электроснабжения домов для измерения количества энергии, используемой как в цепях постоянного, так и переменного тока. Счетчики энергии обычно калибруются в киловатт-часах, где один киловатт-час равен количеству электроэнергии, необходимому для обеспечения 1000 ватт мощности в течение одного часа.

В электросчетчике есть алюминиевый диск, который вращается без остановки во время потребления энергии. Существуют также катушки давления и тока, так что, когда напряжение подается на катушку давления, ток протекает через нее и создает поток, который передает крутящий момент на диск. Этот крутящий момент воздействует на привод, заставляя алюминиевый диск вращаться. Вращение пропорционально количеству используемой энергии. Затем это записывается на счетчике энергии.

 

2. Цепь мультиметра

Это черный ящик, состоящий из электрических цепей, которые позволяют перезапустить практически любую электрическую проводку или устройство. Он также известен как вольтомметр или ВОМ и состоит из множества цифр, циферблатов и переключателей, которые могут сбивать с толку.

Можно быстро проверить работоспособность батарей, используемых в различных устройствах. Вольтметр состоит из гальванометра, последовательно соединенного с резистором. Вы можете измерить протекающий ток, т. е. напряжение в цепи, соединив концы ВОМ поперек канала. Это отличный инструмент для измерения электричества в вашей коллекции инструментов.

 

Как создать принципиальную схему с помощью Edraw

Наконец, изучив теоретическую часть принципиальной схемы, мы можем создать ее с помощью онлайн-инструмента EdrawMax. Вы можете легко получить к нему доступ по адресу https://www.edrawmax.com/online/.

Прежде чем перейти к захватывающей части, вам сначала необходимо:

Внимательно изучить шаблон схем и логики, представленный в Edraw. Инструмент предоставляет встроенные символы электрических схем, электронные схемы, логические схемы и аналогичные технические схемы. Все, что вам нужно сделать, это дважды щелкнуть шаблон из категории Engineering в главном окне и перейти на страницу чертежа.

 

Теперь выполните следующие простые шаги, чтобы нарисовать принципиальную схему:

Шаг 1:  В меню «Файл» нажмите «Создать», затем «Инжиниринг» и дважды щелкните «Шаблон цепей и логики».