Электрические цепи и их компоненты; Школа для электриков: электротехника и электроника

Активный и пассивный двухполюсник в электрической цепи

Электрическая цепь и ее компоненты

Электрическая цепь должна иметь источник движения электрически заряженных частиц, который мы называем электрическим током. Другими словами, электрический ток должен иметь возбудитель. Возбудитель тока, называемый источником (генератором), является элементом электрической цепи.

Электричество может производить самые разные эффекты – оно заставляет светиться лампочки, приводит в действие нагревательные приборы и электродвигатели. Все эти устройства и аппараты принято называть токоприемниками. Поскольку через них протекает ток, т.е. они включены в электрическую цепь, приемники также являются частями цепи.

Для протекания тока необходимо наличие соединения между источником и приемником, которое осуществляется с помощью электрических проводов, являющихся третьим важным компонентом электрической цепи.

Электрическая цепь – это набор устройств, предназначенных для протекания электрического тока. Цепь состоит из источников энергии (генераторов), потребителей энергии (нагрузок) и систем передачи энергии (проводов).

Электрическая цепь – это совокупность устройств и объектов, образующих путь для электрического тока, в котором электромагнитные процессы могут быть описаны с помощью понятий электродвижущей силы, тока и напряжения.

Простейшая электрическая система состоит из источника (гальванический элемент, аккумулятор, генератор и т.д.), потребителей электроэнергии (лампы накаливания, электронагреватели, электродвигатели и т.д.), источника питания и соединительных проводов. Источник питания и соединительные провода, которые соединяют клеммы источника напряжения с клеммами потребителя. Другими словами, электрическая цепь – это совокупность взаимосвязанных источников электроэнергии, нагрузок и соединительных проводов (линия передачи).

Электрическая цепь делится на внутреннюю и внешнюю части. Внутренняя часть цепи содержит сам источник электричества. Внешняя часть цепи включает в себя соединительные провода, нагрузки, выключатели, автоматические выключатели, измерительные приборы, то есть все, что подключено к клеммам источника электроэнергии.

Электрический ток может протекать только в замкнутой цепи. Разрыв цепи в любой точке прерывает электрический ток.

В электротехнике цепи постоянного тока определяются как цепи, в которых ток не меняет направления, т.е. полярность источников ЭДС постоянна.

Цепи переменного тока относятся к цепям, в которых течет ток, изменяющийся во времени (см. переменный ток).

Источниками энергии в цепи являются гальванические элементы, электрические батареи, электромеханические генераторы, термоэлектрические генераторы, фотоэлектрические элементы и т.д. В современной технологии в качестве источников электроэнергии используются в основном электрогенераторы. Все источники питания имеют внутреннее сопротивление, которое мало по сравнению с сопротивлением других элементов в электрической цепи.

Потребителями электроэнергии постоянного тока являются электродвигатели, преобразующие электричество в механическую энергию, нагревательное и осветительное оборудование, электролизные установки и т.д.

Вспомогательные устройства в электрической цепи включают коммутационные устройства (например, выключатели), измерительные приборы (например, амперметры и вольтметры) и устройства защиты (например, предохранители).

Все электрические нагрузки характеризуются электрическими параметрами, основными из которых являются напряжение и мощность. Для нормальной работы устройства на его клеммах должно поддерживаться номинальное напряжение.

Компоненты электрической цепи делятся на активные и пассивные. Активными элементами электрической цепи являются те, в которых наводится ЭДС (источники ЭДС, электродвигатели, аккумуляторы при зарядке и т.д.) Пассивные элементы представлены приемниками и соединительными кабелями.

Электрические схемы используются для представления электрических цепей. На этих схемах источники, приемники, провода и все другие устройства и элементы электрических цепей обозначаются символами (графическими знаками).

В соответствии с ГОСТ 18311-80:

Вспомогательная цепь электротехнического изделия (устройства) – электрическая цепь с другим функциональным назначением, не являющаяся электрической цепью питания электротехнического изделия (устройства).

Электрическая цепь управления – вспомогательная цепь электротехнического изделия (устройства), функциональным назначением которой является приведение в действие электрических устройств и (или) отдельных электрических изделий или устройств или изменение значений их параметров.

Электрическая цепь сигнализации – это вспомогательная цепь электротехнического изделия (оборудования), функциональное назначение которой заключается в активации устройств сигнализации.

Электроизмерительная схема – это вспомогательная схема электротехнического изделия (оборудования), функциональное назначение которой заключается в измерении и/или регистрации значений параметров и/или получении измерительной информации электротехнического изделия (оборудования) или электрооборудования.

Электрические цепи классифицируются в соответствии с их топологическими характеристиками

простые (одноконтурные), двухузловые и сложные (многоконтурные, многоузловые, плоскостные (плоские) и объемные);

биполярные, с двумя внешними проводниками (биполя), и многополярные, с более чем двумя внешними проводниками (квадруполя, мультиполя).

Источники и приемники (потребители) энергии являются биполярными в смысле теории цепей, поскольку для их работы необходимы и достаточны два полюса, через которые они передают или принимают энергию. Двухполюсник называется активным, если он содержит источник, или пассивным, если он не содержит источника (левая и правая стороны схемы, соответственно).

Устройства, передающие энергию от источников к нагрузкам, являются четырехполюсными, поскольку для передачи энергии от генератора к нагрузке они должны иметь как минимум четыре клеммы. Простейшим устройством для передачи энергии являются провода.

Активный и пассивный двухполюсник в электрической цепи

Обобщенная эквивалентная схема

Элементы электрической цепи с электрическим сопротивлением, называемые резисторами, характеризуются так называемыми вольт-амперными характеристиками: зависимостью между напряжением на клеммах элемента и током в элементе, или зависимостью между током в элементе и напряжением на его клеммах.

Если сопротивление элемента постоянно для любого значения тока в элементе и любого значения напряжения, приложенного к элементу, вольт-амперная характеристика является прямой линией, и такой элемент называется линейным.

В общем случае сопротивление зависит как от тока, так и от напряжения. Одна из причин заключается в том, что сопротивление проводника изменяется при протекании через него тока из-за нагрева. При повышении температуры сопротивление проводника увеличивается. Однако, поскольку во многих случаях эта зависимость пренебрежимо мала, элемент считается линейным.

Электрическая цепь, электрическое сопротивление участков которой не зависит от величин и направлений токов и напряжений в цепи, называется линейной электрической цепью. Такая схема состоит только из линейных элементов, а ее состояние описывается линейными алгебраическими уравнениями.

Если сопротивление элемента цепи существенно зависит от тока или напряжения, вольт-амперная характеристика является нелинейной, и такой элемент называется нелинейным.

Электрическая цепь, в которой электрическое сопротивление по крайней мере одного участка цепи зависит от величины или направления токов и напряжений в этом участке цепи, называется нелинейной электрической цепью. Такая схема содержит по крайней мере один нелинейный элемент.

При описании свойств электрических цепей устанавливается связь между значениями электродвижущей силы (ЭДС), напряжения и тока в цепи и значениями сопротивления, индуктивности, емкости и способом построения цепи.

При анализе схемы используются следующие топологические параметры схемы:

• Ответвление – это часть электрической цепи, по которой течет один и тот же электрический ток;
• Узел – место соединения ветвей электрической цепи. Обычно место, где соединяются две ветви, называется не узлом, а перекрестком (или устранимым узлом), а узел соединяет как минимум три ветви;
• Цепь – это последовательность ветвей электрической цепи, образующая замкнутый путь, в котором один узел является одновременно началом и концом пути, а остальные встречаются только один раз.

Старый учебный фильм. Одна из семи частей старого учебного фильма “Электротехника в основах электроники”, выпущенного в 1973 году Текстильным аппаратным заводом:

Электрическая цепь – это совокупность устройств, через которые проходит электрический ток.

Электрические цепи

Электрическая цепь – это совокупность устройств, через которые проходит электрический ток.

Давайте рассмотрим очень простую электрическую цепь. Из чего она состоит? В нем есть генератор – источник тока, потребитель (например, лампочка или электродвигатель) и система передачи (провода). Чтобы схема была схемой, а не набором проводов и батареек, компоненты должны быть соединены проводниками. Ток может протекать только по замкнутой цепи. Дадим еще одно определение:

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

Очевидно, что источник, приемник и провода представляют собой простейшую форму элементарной цепи. В действительности в различных цепях существует множество других элементов и вспомогательных устройств: резисторы, конденсаторы, переключатели, амперметры, вольтметры, выключатели, контакторы, трансформаторы и т.д.

Электрическая цепь

Кстати, что такое трансформатор, вы узнаете в отдельной статье на нашем блоге.

Какова основная причина разделения всех электрических цепей? Такие же, как и нынешние! Существуют схемы неизменный текущие и есть… переменный ток. В цепи постоянного тока ток не меняет направления; полярность источника постоянна. С другой стороны, переменный ток периодически изменяется во времени, как по направлению, так и по величине.

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

Электрическая цепь – это комбинация различных электрических или электронных частей в одну. Для их соединения используются проводники, по которым проходит ток. Сами компоненты могут быть разными – линейными, нелинейными, пассивными или активными. В каждой электрической цепи есть источник питания, выключатель, проводники и потребители тока. Он также должен быть закрыт, иначе ток не сможет протекать через него. Цепи заземления и нейтрали не являются электрическими цепями.

Электрические цепи и их компоненты

Электрическая цепь – это совокупность устройств и объектов, образующих путь для электрического тока, а электромагнитные процессы в ней могут быть описаны понятиями электродвижущей силы, тока и напряжения. В электрической цепи постоянного тока могут действовать как постоянные токи, так и токи, направление которых остается постоянным, а величина произвольно изменяется во времени или по какому-либо закону. Электрическая цепь состоит из отдельных устройств или компонентов, которые можно разделить на 3 группы в зависимости от их назначения.

Если вы знаете напряжение на ветке, вы можете рассчитать ток на каждой ветке:

Элементы в цепи

Перед установкой устройства ознакомьтесь с прилагаемыми правилами. Принципиальная электрическая схема дает полное описание изделия с помощью буквенных и графических символов, внесенных в единый реестр проектной документации.

Дополнительные документы должны быть приложены к чертежу. Они могут быть перечислены в алфавитном порядке с нумерацией на самом чертеже или на отдельном листе. Классифицируется десять типов диаграмм; в электротехнике обычно используются три основные диаграммы.

• Функциональная диаграмма должна быть максимально подробной. Основные функции компонентов показаны в прямоугольной форме с алфавитными обозначениями.
• На электрической схеме подробно показана конструкция используемых компонентов, их соединения и контакты. Необходимые параметры могут быть показаны непосредственно на диаграмме или в отдельном документе. Если обозначена только часть установки, то это однолинейная схема, если обозначены все элементы, то это полная схема.
• В электрической схеме используются позиционные обозначения компонентов, их положение, монтаж и последовательность.

Вертикальные насечки на кабельной линии указывают на количество проводников. Если их больше трех, обозначьте их цифрами. Пунктирными линиями обозначены цепи управления, безопасности, эвакуации и аварийного освещения.

Автоматический выключатель на схеме выглядит как круг с линией, наклоненной вправо. Тип и количество тире используются для обозначения параметров устройства.

В дополнение к основным чертежам имеются также схемы-заместители.

В реальности неизвестно, подражать пытаются практики. В розетке ожидается напряжение 230 В (по старым правилам 220 В). А ГОСТ 13109 четко определяет пределы отклонения параметров от нормы. Дома мы используем источник напряжения. Параметр нормализован. Значение тока не имеет значения. Напряжение на подстанции, как правило, остается постоянным круглосуточно, независимо от текущего спроса потребителей.

Электрическая цепь включает (в общем случае): источник питания, автоматический выключатель, соединительные провода, нагрузки. Убедитесь, что вы создали замкнутый контур. В противном случае ток не сможет протекать через цепь. Не принято называть цепи заземлением или нейтралью. Однако, как правило, они считаются таковыми; иногда через них протекает ток. Замыкание цепи с помощью заземления, заземление нейтрали обеспечивается заземлением.

Источники питания. Внутренняя и внешняя электрическая цепь

Чтобы создать упорядоченный поток носителей заряда, образующих ток, попробуйте создать разность потенциалов на концах цепи. Это достигается путем подключения источника энергии, который в физике принято называть внутренней электрической цепью. В отличие от других элементов, образующих внешнюю цепь. В источнике тока заряды движутся в направлении, противоположном направлению поля. Достигается благодаря действию внешних сил:

1. Обмотка генератора переменного тока.
2. Гальванический источник питания (батарея).
3. Выход трансформатора.

Напряжение, возникающее на концах участка электрической цепи, может быть переменным, постоянным. Общепринятой практикой в технике является соответствующее разделение цепей. Электрическая цепь предназначена для протекания постоянного тока, переменного тока. При упрощенном понимании закон вариаций упорядоченного движения носителей заряда представляется сложным. Трудно понять, является ли цепь переменным или постоянным током.

Помимо упорядоченного движения, для носителей характерно хаотическое тепловое движение. Скорость (интенсивность) зависит от температуры, типа материала и ряда других факторов. Тип движения фактически не участвует в образовании электрического тока.

Вид тока определяется источником, характером внешней электрической цепи. Гальванический элемент дает постоянное напряжение, обмотки (трансформаторы, генераторы) дают переменное напряжение. Это связано с процессами, происходящими в сети.

Внешние силы, которые позволяют зарядам двигаться, называются электродвижущими силами. В числовом выражении ЭДС характеризуется работой, совершаемой генератором для перемещения одного заряда. Он измеряется в вольтах. На практике для проектирования схем удобно разделить источники питания на два класса:

1. Источники напряжения (ЭДС).
2. Текущие источники.

Неизвестные в реальности практики пытаются подражать. В розетке ожидается напряжение 230 В (по старым правилам 220 В). А ГОСТ 13109 четко определяет пределы отклонения параметров от стандарта. Дома мы используем источник напряжения. Параметр нормализован. Значение тока не имеет значения. Напряжение на подстанции, как правило, остается постоянным круглосуточно, независимо от текущего спроса потребителей.

В отличие от этого, источник тока поддерживает заданный закон упорядоченного движения носителей заряда. Напряжение не имеет значения. Прекрасным примером такого типа устройств является инверторный сварочный аппарат. Всем известно: диаметр электрода сильно зависит от толщины металла и других факторов. Для правильной работы сварочного процесса ток должен поддерживаться на высоком постоянном уровне. Это решается с помощью электронного блока на основе инвертора.

Ток и напряжение могут быть постоянными или переменными. Закон вариации параметров здесь не играет никакой роли. Не имеет значения, подключена ли электрическая цепь к источнику постоянного или переменного напряжения. Однако важно, чтобы величина параметра была правильной. Например, среднеквадратичное значение ЭДС.

Переключатель

Автоматический выключатель позволит подключить питание к проводам, потребителю. Все (за редким исключением) пользовались настенными выключателями. При замыкании и размыкании электрической цепи возникает искра. Это объясняется наличием сопротивления емкостного типа. Цепь дополнена дросселем для предотвращения искрения, а выключатель состоит из контакторов специального типа. Были изобретены и другие технические решения, например, катушка Тесла.

Провода

В технике проводники изготавливаются из меди или алюминия. Это связано с низким удельным сопротивлением металлов. Цена низкая. Тепло, выделяемое проводниками, определяется двумя параметрами:

• Сопротивление участка цепи.
• Электрический ток.

Конечно, второй параметр определяется потребностями потребителя. Поставщик, как правило, влияет на первого. Предполагается, что удельное сопротивление проводника должно быть как можно ниже. Ученые давно интересуются явлением сверхпроводимости. Металлы теряют сопротивление при снижении температуры. Потери уменьшаются. Среди полупроводников есть образцы с положительным и отрицательным температурным коэффициентом сопротивления. Абсолютное значение параметра металла на порядки ниже.

Проблема с алюминием и медью проста: когда электрический ток проходит через цепь, температура повышается. Сопротивление цепи увеличивается, что делает ситуацию еще хуже. Это порочный круг. Ученые считают, что эту проблему можно решить с помощью явления сверхпроводимости.

Металл при определенной низкой температуре быстро уменьшает сопротивление, скачкообразно увеличивая его до нуля (выше предела график плавно уменьшается на 1/273 1/рад). Проблема практического применения заключается в том, что провоцирующие значения для прыжка низкие. Для свинца, например, порог составляет 7,2 К. Крайне низкая отрицательная температура по шкале Цельсия.

Ученые видят решение этой проблемы в открытии материалов, которые демонстрируют сверхпроводимость при комнатных температурах. Тогда большие токи можно было передавать потребителям без потерь. В электрической цепи, образованной сверхпроводниками, заряды могут циркулировать неограниченно долго без внешней зарядки от источника.

Новое явление было открыто Хайке Камерлинг Оннесом в 1911 году, когда он исследовал образцы ртути, охлажденные до очень низких температур. При температуре четыре градуса Кельвина сопротивление проволоки упало до нуля, а затем снова упало, плавно двигаясь по прямой линии. Стало ясно: открыто новое состояние материи. Позже явление сверхпроводимости было продемонстрировано на образцах других металлов. Было показано, что эффект разрушается, если поместить тестируемый материал в сильное магнитное поле. Технеций может похвастаться самой высокой пороговой температурой среди металлов (11,3 К).

Сверхпроводимость при комнатной температуре

Искусственные материалы имеют гораздо более высокие показатели. С 1986 года ученые изучают различные виды керамики. Последним подтвержденным фактом является наличие композитных материалов на основе оксидов ртути с новой температурой перехода в состояние на пределе 140 К. Дальнейшая работа, по понятным причинам, засекречена.

Потребители

Под потребителем электрической цепи понимается нечто иное, чем перечисленные выше компоненты. Простая лампочка, спираль нагревательного прибора или электродвигатель являются полезной нагрузкой. Параметры схемы сильно зависят от потребителей. Например, обмотки трансформатора имеют высокое индуктивное сопротивление. Это отрицательно сказывается на передаче энергии от источника.

Не только течение меняет направление. Иногда это утверждение относится и к власти. Энергия начинает циркулировать туда и обратно к источнику питания, обратно к внешней цепи. Реактивная мощность не способна выполнять полезную работу, нагревает проводники цепи и искажает форму полезного сигнала. Для полного учета потребления рекомендуется подключать компенсационные конденсаторы параллельно двигателям. Индуктивное сопротивление компенсируется емкостным сопротивлением, реактивная мощность замыкается внутри потребительского сегмента, избегая выхода наружу и не выделяя излишнего тепла на сетевых кабелях.

Следует отметить важное свойство индуктивных потребителей: они потребляют энергию. Электрический ток преобразуется в магнитное поле и передается дальше. В двигателях колеблющийся вектор напряжения, создаваемый обмоткой, позволяет валу совершать полезную работу. Чтобы показать происходящие затраты энергии, цепи усиливаются источниками ЭДС (тока), направление действия которых противоположно направлению действия внутренней цепи.

Передача энергии через емкостную связь еще не изобретена. Однако, с некоторым приближением, радиоволна, излучаемая в эфир, считается таким случаем. Простейший вибратор Герца часто представляют в виде колебательного контура, в котором обкладки конденсатора разнесены друг от друга. Наклон позволит сформировать электромагнитную волну, передаваемую через эфир. Что касается передачи большой силы, то Никола Тесла строил соответствующие планы; все видели стилистическое изображение башни Ворденклиффа, напоминающее стручок с прямым стеблем. Сеть сооружений предназначалась для обеспечения электроэнергией промышленности, фабрик и заводов с помощью беспроводной связи.

В курсе электроники рассматривается в основном приемное оборудование. Между клеммами антенны передача волны через эфир схематично сигнализируется маломощным источником переменного напряжения. Перехваченная ЭДС усиливается каскадами, содержащими резонансные контуры. Электроника, как никакая другая область техники, охватывает невероятное разнообразие потребителей. Он упрощенно подразделяется на два класса:

1. Активным потребителям для нормального функционирования требуется электрическая энергия. Как правило, их нельзя питать непосредственно от сети. Микросхемы, дискретные активные компоненты: транзисторы, тиристоры. Другими словами, электронные переключатели. Электродвигатели принципиально отличаются тем, что они работают от сети.
2. Пассивные приемники не требуют внешнего источника питания. Однако они могут пропускать ток причудливым образом. Некоторые тиристоры открываются, когда напряжение достигает определенного значения. Поэтому они считаются пассивными устройствами и имеют нелинейные характеристики. К этому семейству относятся диоды, которые позволяют току течь в одном направлении (они обладают вентильными характеристиками).

Пассивные приемники – это всевозможные резисторы, конденсаторы, дроссели (индукторы). С помощью элементов электрическая цепь приобретает необычные свойства. Резонансные контуры из конденсаторов, индукторов используются в качестве фильтров для волн различных частот.

• alt=”Двухконфорочная электрическая плита” width=”120″ height=”120″ />Двухконфорочная электрическая плита
• alt=”Электрическая шнековая соковыжималка” width=”120″ height=”120″ />Электрическая шнековая соковыжималка
• alt=”Параллельное и последовательное кабельное соединение” width=”120″ height=”120″ />Параллельное и последовательное кабельное соединение
• alt=”Электрическая мясорубка с соковыжималкой” width=”120″ height=”120″ />Электрическая мясорубка с соковыжималкой

В реальности таких идеальных источников не существует, но на практике предпринимаются попытки их моделирования. В национальной электросети мы имеем напряжение 220 В с некоторыми нормированными отклонениями. Это источник напряжения, так как стандарт приведен для этого конкретного параметра. Текущая стоимость не играет большой роли. Электростанция поддерживает постоянное напряжение круглосуточно, независимо от спроса.

Для работы схемы требуется проводка, нагрузка, питание и автоматический выключатель. Контур должен быть замкнут. Это необходимое условие для работы схемы. В противном случае в цепи не будет протекать ток. Не все цепи считаются электрическими цепями. Например, контуры заземления не считаются электрическими цепями, поскольку они не проводят ток. Однако по принципу действия они также являются электрическими цепями, поскольку проводят ток в случае неисправности. Заземляющие и заземляемые контуры замыкаются накоротко заземлением.

Внутренние и внешние электрические цепи

Для того чтобы создать упорядоченный поток электронов, между любыми частями цепи должна существовать разность потенциалов. Это обеспечивается путем подключения напряжения в виде источника питания. Это известно как внутренняя электрическая цепь. Остальные элементы схемы образуют внешнюю цепь. Необходимо приложить внешние силы, чтобы установить движение зарядов в источнике тока противоположно направлению поля.

Этими силами могут быть:

• Вторичный выход трансформатора.
• Батарея (гальванический источник).
• Обмотка генератора переменного тока.

Напряжение в цепи может быть постоянным или переменным, в зависимости от характеристик источника питания. В электротехнике цепи делятся на схемы в соответствии с этим принципом. Это объяснение типа цепи является упрощенным, поскольку закон движения электронов гораздо сложнее.

Помимо упорядоченного движения, электроны участвуют в хаотическом тепловом движении. Чем выше температура материала, тем выше скорость хаотического движения носителей заряда. Однако этот тип движения не участвует в образовании электрического тока.

Вид тока, т.е. свойства внешней цепи, также зависит от источника питания. Элементная батарея вырабатывает постоянное напряжение, а различные обмотки генераторов или трансформаторов вырабатывают переменное напряжение. Это зависит от внутренних процессов, происходящих в источнике питания.

Внешние силы, вызывающие движение электронов, называются электродвижущими силами, которые характеризуются работой, совершаемой источником для перемещения единицы заряда, измеряемой в вольтах.

Практически два класса источников питания используются в расчетах схем:

1. Источники напряжения.
2. Текущие источники.

В реальности таких идеальных источников не существует, но на практике предпринимаются попытки их моделирования. В бытовой сети мы имеем напряжение 220 В с некоторыми нормированными отклонениями. Это источник напряжения, так как стандарт приведен для этого конкретного параметра. Текущая стоимость не играет большой роли. Электростанция поддерживает постоянное значение напряжения круглосуточно, независимо от спроса.

Источник питания работает по-другому. Он поддерживает определенный закон движения электронов, и величина напряжения не имеет значения. Примером может служить сварочный аппарат. При нормальном процессе сварки необходимо поддерживать постоянное значение тока. Эту функцию выполняет электронный блок преобразователя.

Источник питания может быть переменного или постоянного тока. Это не имеет большого значения. Важнее, например, поддерживать значение ЭДС.

Обозначения компонентов схемы

Автоматический выключатель

Это устройство, позволяющее подключить нагрузку к источнику питания. При использовании выключателя на его контактах возникает искра. Это связано с емкостным сопротивлением. Чтобы избежать искрения, в электрическую цепь добавляются дроссели, а на выключателе устанавливаются специальные типы контактов. В электрических цепях могут использоваться другие решения для предотвращения образования дуги.

Проводники

Электрические проводники обычно изготавливаются из алюминия или меди. Это объясняется низким удельным сопротивлением этих металлов, хотя их стоимость в последнее время возросла. Во время работы на проводниках выделяется тепло, которое зависит от двух параметров:

1. Электрический ток.
2. Сопротивление участка цепи.

Электрический ток определяется потребностями потребителя, поэтому изменить можно только удельное сопротивление, которое должно быть как можно меньше. Все металлы уменьшают свое сопротивление при снижении температуры, что приводит к меньшим потерям энергии. Если взять полупроводники, то среди них есть образцы с отрицательным и положительным температурным коэффициентом сопротивления. Если сравнивать абсолютные значения сопротивления, то металлы имеют гораздо меньший коэффициент сопротивления.

Потребители

Все остальные элементы в электрической цепи, кроме упомянутых выше, считаются потребителями. Простая лампочка, электродвигатель, нагревательный прибор – все это полезные нагрузки. Параметры схемы слишком зависят от потребителей. В электрических цепях имеются обмотки трансформатора, обладающие высоким индуктивным сопротивлением. Это негативно сказывается на передаче электроэнергии от источника.

Помимо тока, направление может изменять и мощность. В этом случае энергия циркулирует в обоих направлениях. Эта мощность называется реактивной и не выполняет никакой полезной работы. Однако при этом происходит нагрев проводников и изменение формы электрического сигнала. Поэтому в промышленных приложениях рекомендуется подключать конденсаторы параллельно двигателям, чтобы компенсировать сопротивление индуктивностью. Это позволит блокировать реактивную мощность внутри двигателя и не будет генерировать чрезмерное тепло в проводниках.

Индуктивные потребители обладают важным свойством: они принимают электрическую энергию, которая преобразуется в магнитное поле и передается дальше.

В электронике существует множество различных потребителей, которые можно разделить на классы:

• Активные потребители. Для их работы необходимо электричество. Они почти не работают от электрической сети. К ним относятся транзисторы, микросхемы, тиристоры и многие другие типы, которые являются разновидностью электронных ключей. Электродвигатели отличаются тем, что работают непосредственно от электросети.
• Пассивные потребители не требуют внешнего источника питания. Они пропускают через себя электрический ток особым образом. Например, полупроводники (тиристоры) начинают проводить ток только при достижении определенного напряжения. Это означает, что они являются пассивными приемниками и обладают нелинейными свойствами проводимости. Диоды, которые пропускают ток только в одном направлении, также могут быть отнесены к этой категории. Другими словами, они обладают свойствами клапана. Различные дроссели, конденсаторы и резисторы также являются пассивными приемниками. В присутствии этих элементов электрические цепи приобретают необычные свойства. Например, резонансные контуры, состоящие из индукторов и конденсаторов, используются в качестве фильтров для различных частот волн.

Режимы электрических цепей

При подключении к источнику питания различного количества нагрузок мощность, напряжение и ток изменяются таким образом, что в цепи и, соответственно, в компонентах, входящих в нее, создаются различные режимы работы. На практике схему можно представить в виде пассивного и активного биполяра. Это цепи, которые соединены с внешним компонентом двумя клеммами с разной полярностью.

Активный биполяр характеризуется наличием источника электрического тока, в то время как пассивный биполяр не имеет его. Стало популярным заменять пассивные и активные элементы во время работы. Тип режима работы определяется свойствами элементов схемы.

Режим ожидания

Это режим, в котором нагрузка отключается от источника питания с помощью ключа. В этом случае ток в цепи равен нулю. Напряжение достигает уровня ЭДС. Элементы схемы неактивны.

Короткое замыкание

В этом случае выключатель в цепи замкнут, сопротивление равно нулю и, следовательно, напряжение также равно нулю.

Используя два рассмотренных режима, определяются свойства активного биполяра. Когда ток изменяется в определенных пределах, зависящих от элемента цепи, нижний предел всегда равен нулю. Этот элемент цепи начинает отдавать энергию обратно в цепь. Также отметим, что если напряжение меньше нуля, это означает, что резисторы активного двухполюсника потребляют энергию источника, подключенного к цепи, а также резервы самого устройства.

Номинальный режим

Этот режим необходим для обеспечения технических свойств схемы в целом и отдельных компонентов. В этом режиме свойства близки к значениям, указанным на компоненте или в руководстве. Важно помнить, что каждое устройство имеет свои собственные параметры. Однако для всего оборудования доступны три основных значения – номиналы напряжения, мощности и тока. Все компоненты в электрических цепях также имеют эти номиналы.

Сбалансированная работа

Этот режим используется для создания максимально возможной передачи активной мощности от источника питания к нагрузке. При работе в этом режиме необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать выхода из строя частей схемы.

Читайте далее:

• 1 Понятие электромагнитного поля и его различные проявления. Материальность – Работа в школе.
• Урок 7 Свободные и вынужденные электромагнитные колебания. колебательный контур – физика – 11 класс – Русская электронная школа.
• Нелинейные электрические цепи, классификация нелинейных элементов – Основы электротехники.
• Значение слова ЭЛЕКТРОТЕХНИКАЦИЯ. Что такое ЭЛЕКТРОТЕХНИКА?.
• Шаговые двигатели: свойства и практические схемы управления. Часть 2.
• Урок 28 Электрическая емкость. Конденсатор – Физика – 10 класс – Российская электронная школа.
• Электричество. Сила электричества.