Основные определения электрической цепи

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

ВВЕДЕНИЕ

Автомобиль - удивительный и своеобразный объект для применения современной электротехники. Использование в автомобиле современных электронных систем взамен традиционных механических, гидравлических и пневматических, позволяет существенно улучшить их основные характеристики.

Средства электроники обладают высокой чувствительностью и точностью, возможностью реализации сложных алгоритмов управления.

Распространению электроники в автомобильной технике способствует прогресс в области микроэлектроники, так как автомобиль предъявляет очень жесткие требования к надежности, перегрузкам, клиническим условиям.

В настоящее время стоимость электронного оборудования современного автомобиля превышает 25% стоимости автомобиля и его доля растет.

Правильная эксплуатация, диагностика и ремонт всего этого оборудования невозможен без знания основ электротехники и электроники.

Электрической цепью называется система элементов, образующих пути для прохождения электрических токов. Все электротехнические устройства по назначению и принципу действия, можно разделить на:

1. источники электрической энергии, в которых происходит преобразование неэлектрической энергии в электрическую;

2. приемники электрической энергии, т.е. электротехнические элементы, в которых электрическая энергия либо накапливается (конденсаторы, катушки индуктивности), либо превращается в другой вид энергии (тепловую - в резисторах, механическую - реле и т.д.);

3. проводники и коммутационные изделия.

Электрические цепи классифицируются и по зависимости параметров элементов цепи от времени или воздействия.

Электрическая цепь называется линейной, если параметры всех элементов цепи не зависят от величин токов и напряжений в цепи и остаются постоянными во времени.

В общем случае такая цепь может быть описана линейным дифференциальным уравнением, связывающим воздействие U_вх(t) на цепь с откликом U_вых(t) этой цепи на него:

где а_i - коэффициенты линейного дифференциального уравнения, определяемые параметрами элементов цепи.

Электрическая цепь называется нелинейной, если хотя бы один параметр этой цепи зависит от приложенного к нему напряжения или протекающего тока.

Электрическая цепь называется параметрической, если хотя бы один параметр этой цепи зависит от времени t.

Электрические цепи, в которых напряжение и токи не меняются во времени, называются цепями постоянного тока.

В электрических цепях переменного тока напряжение и токи являются функциями времени (например, гармоническими).

Электрические цепи называются энергетическими, если основной их функцией является передача, распределение или преобразование энергии.

Электрические цепи называются информационными, если основной их функцией является передача или преобразование сигналов (информации).

Графическое изображение электрической цепи, содержащее условные обозначения ее элементов и показывающее их соединение называется схемой электрической принципиальной (рисунок 1.1).

Рис. 1.1 Принципиальная схема электрической цепи

Эта схема показывает назначение элементов цепи, их соединение между собой и работу цепи. Но по этой схеме невозможно точно рассчитать режим работы цепи. Действительно, на режим работы оказывают влияние реальные параметры элементов цепи, такие как сопротивление приборов и проводников, а на высоких частотах - паразитные емкости и индуктивности.

Поэтому, при расчетах, пользуются схемой замещения электрической цепи, состоящей из идеализированных элементов, процессы в которых описываются математическими моделями, эквивалентными процессам в реальных элементах. При этом схему, изображенную на рисунке 1.1, можно представить схемой замещения, изображенной на рисунке 1.2.

Рис. 1.2 Схема замещения электрической цепи

Где: Е_г - ЭДС генератора Е_пит;

r_i, r_{к л}, R_пр, r_a, r_л и r_v - сопротивление генератора, ключа, соединительных проводов, амперметра лампы и вольтметра, соответственно.

Идеализированными элементами электрической цепи являются:

1. Резистор - элемент, учитывающий необратимое преобразование электрической энергии в другие виды, например в тепловую.

2. Индуктивность - элемент, учитывающий запас энергии в магнитном поле.

3. Емкость - элемент, учитывающий запас энергии в электрическом поле.

4. Идеальный генератор ЭДС - генератор, обеспечивающий напряжение на своих зажимах, не зависящее от нагрузки и обладающий нулевым внутренним сопротивлением.

5. Идеальный генератор тока - генератор, обеспечивающий ток в нагрузке не зависящий от величины этой нагрузки и обладающий бесконечным внутренним сопротивлением.

При анализе электрических цепей используют понятия электрического тока и напряжения.

Под электрическим током понимается направленное движение носителей зарядов. В металлах - это электроны. Сила тока определяется количеством электричества Q, протекающим через поперечное сечение проводника в единицу времени. Для постоянного тока:

Сила тока измеряется в амперах [А] миллиамперах [мА] и микроамперах [мкА].

Направлением тока принято считать направление движения положительных зарядов. На схемах это направление обозначается стрелкой.

Напряжением называется разность потенциалов двух точек цепи:

Напряжение измеряется в вольтах [В], милливольтах [мВ],

микровольтах [мкВ] или киловольтах [кВ].

Для однозначного определения знака напряжения его обозначают

стрелкой, направленной от более положительного потенциала к меньшему

потенциалу.

Наряду с этими величинами используют понятие мощности Р

электрического тока, равной отношению работы ∆А (энергии ∆W) к промежутку времени ∆t, в течение которого эта работа совершается:

Для постоянного электрического тока справедливо:

Единица измерения мощности — ватт [Вт], милливатт [мВт] и т. д

Дата добавления: 2014-01-03