Лекция 2 Электрические цепи постоянного тока

Источники питания, приемники электрической энергии, соединяющие их провода являются основными элементами электрической цепи.К элементам цепи относятся также аппараты управления (автоматы, контакторы, магнитные пускатели и др.), защиты (предохранители, тепловые реле и др.), преобразующие устройства (трансформаторы, выпрямители и др.) и электроизмерительные приборы.

Графическое изображение элементов электрической цепи с помощью условных обозначений (согласно действующему ГОСТу) называется электрической схемой. Ниже приведены некоторые условные обозначения элементов электрической цепи (рис.2.1.).

- источник ЭДС

- источник тока

- генератор постоянного тока

- двигатель постоянного тока

- лампа накаливания

- нагревательный элемент

- резистор

Рис.2.1. Условные обозначения элементов электрической цепи

В любой электрической схеме (рис.2.2) различают такие понятия, как точка, ветвь, узел, контур.

Точка– место соединения двух элементов электрической цепи.

Ветвь – участок электрической цепи с одним и тем же током.

Рис.2.2. Схема электрической цепи

1, 4, 6, 7 – узлы; 2, 3, 5, 8 – точки соединения элементов; 1–4, 4–6, 4–7, 6–7,

1–7, 1–6 – ветви; 1–4–7–1, 7–4–6–7; 1–7–6–1 - независимые контуры

Узел – место соединения трех или более ветвей.

Контур– несколько ветвей, образующих замкнутую цепь.

Независимый контур – это такой, в который входит хотя бы одна ветвь, не входящая в другие контуры.

Элементы электрической цепи постоянного тока характеризуются параметрами:

R – омическое сопротивление – параметр, характеризующий свойства элемента преобразовывать электрическую энергию в другие виды энергии (световую, тепловую, механическую и др.);

Е – электродвижущая сила (ЭДС) – параметр, указывающий на способность элемента создавать и поддерживать разность потенциалов на отдельных участках цепи, а также возбуждать и поддерживать электрический ток в замкнутой цепи.

Элементыэлектрической цепи делятся на активныеипассивные. К активным элементам относятся те, в которых индуцируется ЭДС (источники ЭДС, электродвигатели, аккумуляторы в процессе зарядки и т. п.). К пассивным элементам относятся электроприемники и соединительные провода.

Задачи, возникающие при расчетах электрических цепей, разнообразны. Чаще всего это определение токов, напряжений и мощностей элементов при заданных их параметрах.

При расчете электрических цепей необходимо знать не только значения ЭДС, токов и напряжений, но и их направления, так как последние определяют знаки слагаемых в расчетных выражениях.

Положительное направление тока I – направление движения положительных зарядов. Ток в цепи протекает в направлении убывания электрического потенциала.

Положительное направление напряжения Uмежду двумя точками электрической цепи - направление движения положительного заряда под действием сил электрического поля, т. е. от большего потенциала к меньшему.

Положительное направление ЭДС Е – направление перемещения положительных зарядов под действием сил стороннего поля, т.е. от меньшего потенциала к большему.

Направление тока в источнике питания совпадает с направлением ЭДС и противоположно направлению напряжения, а в приемнике энергии совпадает с напряжением.

Ток ветви измеряется амперметром, который включается последовательно, а напряжение на участке цепи – вольтметром, включаемым параллельно (рис.2.3).

Рис.2.3. Схема электрической цепи

с включенными амперметром и вольтметром

При измерениях токов и напряжений необходимо определить цену деления приборов.

Цена деления амперметра, С_А А/дел:

С_А = I_ном /n.

Цена деления вольтметра, С_V, В/дел:

С_V = U_ном/n.

где I_ном, U_ном - верхний предел диапазона измерений или арифметическая сумма двух верхних значений диапазона (если нулевая отметка находится внутри диапазона измерений); n – число делений всей шкалы прибора.