Конечная электрическая цепь: что это такое, определение, назначение

Смешанное соединение

Электрические схемы, имеющие смешанное соединение, могут быть преобразованы в более простую электрическую схему путем замены параллельных ветвей одной ветвью и соответственно последовательно соединенных участков цепи — одним участком.

На рис. 4-5 показан пример электрической цепи со смешанным соединением. Эта схема легко приводится к одноконтурной. Первоначально вычисляется эквивалентная комплексная проводимость параллельных ветвей; затем находится величина, обратная проводимости, т. е. общее комплексное сопротивление параллельных ветвей; найденное комплексное сопротивление суммируется с комплексным сопротивлением последовательно включенного участка. Полученное суммарное

комплексное сопротивление эквивалентно сопротивлению исходной цепи со смешанным соединением.

Расчетные выражения для рассматриваемого случая будут следующие:

Суммарное комплексное сопротивление всей цепи равно:

а суммарный ток
Токи в ветвях относятся, как комплексные проводимости ветвей:

Таким юбразом, многоконтурная электрическая схема со смешанным соединением приводится к одноконтурной,
имеющей суммарное комплексное сопротивление Z или соответственно суммарную комплексную проводимость Y. Распределение токов и напряжений в смешанной цепи подчиняется правилам, указанным в предыдущем параграфе.

Описанный выше порядок преобразования схемы и нахождения распределения токов принципиально применим и для так называемой цепной схемы, показанной на рис. 4-6. Просуммировав комплексные сопротивления в последней ветви, найдем комплексную проводимость ветви, которую алгебраически сложим с и получим суммарную комплексную проводимость двух последних ветвей; вычислив обратную величину, т. е. комплексное сопротивление, прибавим к ней Продолжая

таким образом дальше, получим в итоге результирующее комплексное сопротивление цепи и соответственно суммарный ток который может быть путем последовательных вычислений распределен между всеми ветвями сложной цепи.

Однако такой способ расчета цепной схемы является достаточно трудоемким и утомительным. Более целесообразно в этом случае воспользоваться другим методом, который известен под названием метода подобия или единичного тока.

Задавшись током в последней ветви, равным единице находим напряжение на комплексном сопротивлении равное При этом ток  .

Следовательно,

Прибавив к напряжению на падение напряжения от тока в комплексном сопротивлении получим напряжение на Продолжая таким образом дальше, найдем в конечном итоге ток и напряжение Ввиду того что ток был произвольно выбран равным единице, полученное напряжение не будет равно заданному напряжению на выводах цепи. Для нахождения действительного распределения токов в схеме необходимо все вычисленные значения токов умножить на отношение
 

Основная задача анализа электрической цепи

Анализ электрических цепей осуществляется с помощью законов Кирхгофа. При этом можно преследовать различные цели. Например, определять напряжения во всех ветвях цепи по их известным параметрам. Можно также определять необходимые ЭДС всех источников энергии по известным токам и параметрам приемников и источников. Для придания нашему курсу логической стройности основной задачей анализа (расчета) будем считать определение токов во всех ветвях цепи по известным параметрам всех источников и известным параметрам всех приемников. Научившись решать эту задачу, мы сможем решать и другие задачи, связанные с анализом и расчетом электрических цепей.

Рельсовые цепи по принципу действия

Базово рельсовые цепи делятся на две категории: нормально замкнутые (1) и нормально разомкнутые (2). Как известно любая электрическая цепь должна включать источник электродвижущей силы и потребителей электрической энергии. В любых рельсовых цепях всегда присутствует источник питания и приемник, однако в зависимости от принципа действия рельсовой цепи их взаиморасположение может быть различным. В нормально-разомкнутых цепях источник питания и приемник расположены на одном ее конце, в то время как в нормально-замкнутых источник и приемник находятся на противоположных концах цепи.

Нормально-замкнутая рельсовая цепь

В нормально-замкнутых РЦ в тот момент, когда ни одна колесная пара подвижного состава не находится на контролируемом участке, катушка путевого реле находится под током и сигнализирует свободность участка и целостность цепи.

Такие цепи могут работать в четырех режимах:

Нормальный режим работы, когда состав отсутствует на участке:

Катушка реле, расположенная на противоположном конце цепи от источника питания, оказывается под напряжением, таким образом сердечник катушки втягивается, замыкая контакты реле и сигнализируя свободное состояние контролируемого участка. Путевое реле должно надежно удерживать якорь в притянутом состоянии (при непрерывном питании) или надежно срабатывать от каждого импульса (при импульсном питании).​

Неблагоприятными условиями в данном режиме работы являются: минимальное напряжение источника, минимальное сопротивление изоляции и максимальное сопротивление рельсов.​

Шунтовый режим:

В данном режиме одна колесная пара замыкает рельсовую цепь шунтируя ее за счет низкого сопротивления колесной пары. Весь ток начинает протекать через колесную пару, создавая своего рода короткое замыкание, а для исключения высоких токов которого используется дополнительное сопротивление (на схеме R0). Соответственно электрический ток в катушке сигнального реле прекращается, и реле переходит в состояние «Занятость участка».

Неблагоприятными условиями являются: максимальное напряжение источника, минимальное сопротивление рельсов, максимальное сопротивление изоляции.​

 Шунтовая чувствительность рельсовой цепи должна ​быть не менее 0,06 Ом.

В третьем, контрольном режиме работы, нарушается целостность рельсовой цепи, соответственно реле размыкается, при отсутствии падения напряжения на R0.

Неблагоприятными условиями являются: максимальное напряжение источника, минимальное сопротивление рельсов, критическое сопротивление изоляции.​

Четвертый режим работы АЛС

Данный режим соответствует наезду колесной пары поезда на входной конец рельсовой цепи.​

Ток в рельсах под приемными катушками локомотива должен быть не менее расчетного, необходимого для надежной работы устройств АЛС на локомотиве.​

Популярные статьи  Почему лампа постоянно горит и не реагирует на выключатель?

Минимальный расчетный ток д.б. не менее:​

  1. 1,2 А при автономной тяге;​
  2. 2 А при электротяге постоянного тока (частота сигн.тока=50 Гц);​
  3. 1,4 А при электротяге переменного тока (частота сигн.тока=25 Гц).​

​Неблагоприятные условия совпадают с ​нормальным режимом работы.​

Нормально-разомкнутая рельсовая цепь

В таких цепях при отсутствии колесной пары на контролируемом участке, путевое реле обесточено. Источник питания и реле находятся рядом друг с другом на одном конце цепи, при этом к одному полюсу питания подключается одна рельсовая плеть, а противоположная подключается к катушке реле, второй вывод которой подключается к другому полюсу питания.

В момент наезда на контрольный участок колесная пара замыкает электрическую цепь, и в катушке реле появляется ток. Есть данные о том, что такие цепи обладают большим быстродействием при определении занятости участка. Это происходит из-за того, что якорь реле быстрее притягивается к катушке, нежели под действием пружины, возвращается в исходное состояние. Но однозначным преимуществом нормально-разомкнутой рельсовой цепи является экономия кабелей, так как в качестве проводов используются непосредственно рельсы

Одновременно с этим такая цепь лишена важного качества — возможности контролировать свою целостность и исправность элементов, и это ограничивает ее использование только сортировочными горками

Виды цепей

Чтобы успешно пользоваться электросхемами, необходимо иметь представление, какую электрическую цепь называют замкнутой и разомкнутой.

Замкнутой называют непрерывную цепь, состоящую из электроприборов и проводников. Как только она прерывается – становится разомкнутой. В таком состоянии она неспособна проводить ток, хотя в ней может быть напряжение, так как в ней появляется диэлектрик. В подавляющем большинстве случаев в качестве такого диэлектрика выступает обычный атмосферный воздух. На этом принципе работают приборы, предназначенные для размыкания – выключатели, рубильники, предохранители, кнопки.

Конечная электрическая цепь: что это такое, определение, назначение

Неразветвленной называют электрическую цепь, состоящую из источника и последовательно соединенных компонентов. Важнейшим признаком здесь является то, что во всех участках ток имеет одинаковую величину. Разветвленной – имеющую в своем составе одно или несколько параллельно соединенных компонентов.

Конечная электрическая цепь: что это такое, определение, назначение

Каждая может иметь одновременно несколько классификаций и названий:

  • силовой – называют соединение приборов, необходимых для производства, передачи электроэнергии, ее преобразования или потребления;
  • вспомогательной – ту, которая имеет разные функциональные назначения, но которая не является силовой;
  • измерительной – называют необходимую для регистрации параметров сети и включенных в нее приборов;
  • управляющей – называют приводящую в действие приборы или изменяющую их параметры в зависимости от общего предназначения;
  • сигнализирующей называют приводящую в действия сигнальные устройства, показывающие на наличие тех или иных изменений.

Простейшей электрической цепью является источник, соединенный проводниками с электропотребителем, а простой называют любую одноконтурную. Сложными называются цепи, имеющие два и более контура. Они в свою очередь делятся на многоузловые, многоконтурные, объемные и плоскостные.

Конечная электрическая цепь: что это такое, определение, назначение

Буквенные обозначения

Помимо графических, есть также буквенные обозначения. Без их использования при чтении схем и чертежей может возникнуть масса нестыковок. Как и графическая, буквенно-цифровая маркировка регламентируется ГОСТом и нормативными документами. В списке ниже указано буквенно-цифровое обозначение основных элементов электросхем:

  • Выключатели, контроллеры и переключатели — В;
  • Электрические генераторы и двигатели — Г;
  • Диоды — Д;
  • Кнопки — Кн;
  • Лампы — Л;
  • Электрические двигатели различных типов — М;
  • Предохранители — Пр;
  • Выпрямители — Вп;
  • Магнитные пускатели и контакторы — К;
  • Конденсаторы — С;
  • Кнопки управления — Ку;
  • Электромагниты — Эм;
  • Катушки индуктивности — L;
  • Реле — Р;
  • Резисторы — R.

Обозначения кинематических чертежей

Что такое Рельсовая цепь?

Рельсовой цепью называется электрическая цепь, включающая источник питания и потребителей (в числе которых может быть путевое реле), в качестве токопроводящих элементов которой выступают рельсовые нити пути.

​На базе рельсовых цепей строятся многие системы железнодорожной автоматики и телемеханики: автоблокировка, АЛСН (автоматическая локомотивная сигнализация непрерывного действия), централизация стрелочных переводов и сигналов светофоров, системы диспетчерского контроля, переездная сигнализация и другие.

Таким образом можно выделить основное предназначение рельсовых цепей:

  • Контроль занятости участка пути;
  • Контроль целостности рельсовой линии;
  • Обеспечение передачи сигналов по рельсовым цепям на локомотив для работы АЛСН.

Выше представлена инфографика, с классификацией рельсовых цепей. Далее разберем подробно, что представляет из себя каждая из них.

Для разделения различных рельсовых цепей применяется так называемый изолирующий стык, или изостык, в котором по-сути установлена диэлектрическую прокладку между двумя рельсами.

Пример реальной цепи

Самую простую электрическую цепь можно сделать самостоятельно. Её часто собирают на уроке физики. При этом не стоит опасаться поражения током, так как в ней будет использоваться низковольтный источник напряжения. Но всё же перед тем как приступить к сборке, следует знать о коротком замыкании. Под ним понимают состояние, при котором происходит закорачивание выхода.

Другими словами, вся энергия источника тока оказывается приложенной к нему же. В результате разность потенциалов снижается до нуля, а в цепи возникает максимальная сила тока. Непреднамеренное короткое замыкание может привести к выходу из строя генератор и радиодетали. Именно для защиты от этого пагубного воздействия в цепи ставят предохранитель.

Схема для самостоятельного повторения будет представлять собой узел управления освещением. Для её сборки необходимо подготовить:

Источник питания на 12 вольт. Это может быть аккумулятор, регулируемый лабораторный блок, батарейки. Главное, чтобы источник смог выдавать нужное напряжение. Например, нужную величину можно получить соединив последовательно несколько батареек со стандартным номиналом 1,5 В (1,5 * 4 = 12 В).
Лампочка

Подойдёт накаливания
Здесь важно обратить внимание на её характеристики. Она должна быть рассчитанной на нужное напряжение.
Ключ
Это обыкновенный выключатель, имеющий два устойчивых состояния — разомкнутое и замкнутое.
Провода

В сборке можно использовать любые медные проводники сечением от 0,25 мм 2 .

Электрическая цепь включает (в общем случае): источник питания, рубильник (выключатель), соединительные провода, потребителей. Обязательно сформируйте замкнутый контур. В противном случае по цепи не сможет течь ток. Электрическими не принято называть контуры заземления, зануления. Однако по сути считаются таковыми, иногда здесь течет ток. Замыкание контура при заземлении, занулении обеспечивается посредством грунта.

Популярные статьи  Что такое изолированная или неэффективно заземленная система?

Источники питания. Внутренняя, внешняя электрическая цепь

Для образования упорядоченного движения носителей заряда, формирующего ток, потрудитесь создать разность потенциалов на концах участка. Достигается подключением источника питания, который в физике принято называть внутренней электрической цепью. В противовес прочим элементам, составляющим внешнюю. В источнике питания заряды движутся против направления поля. Достигается приложением сторонних сил:

  1. Обмотка генератора.
  2. Гальванический источник питания (батарейка).
  3. Выход трансформатора.

Напряжение, формируемое на концах участка электрической цепи, бывает переменным, постоянным. Сообразно в технике принято контуры делить соответствующим образом. Электрическая цепь предназначена для протекания постоянного, переменного тока. Упрощенное понимание, закон изменения упорядоченного движения носителей заряда воспринимается сложным. С трудом понимаем, переменный в цепи ток или постоянный.

Род тока определен источником, характером внешней электрической цепи. Гальванический элемент дает постоянное напряжение, обмотки (трансформаторы, генераторы) – переменное. Связано с протекающими в источнике питания процессами.

Сторонние силы, обеспечивающие движения зарядов, называют электродвижущими. Численно ЭДС характеризуется работой, совершаемой генератором для перемещения единичного заряда. Измеряется вольтами. На практике для расчета цепей удобно делить источники питания двумя классами:

  1. Источники напряжения (ЭДС).
  2. Источники тока.

В действительности неизвестны, имитацию пытаются создать практики. В розетке ожидаем увидеть 230 вольт (220 вольт по старым нормативам). Причем ГОСТ 13109 однозначно устанавливает пределы отклонения параметров от нормы. В быту пользуемся источником напряжения. Параметр нормируется. Величина тока не играет значения. Напряжение подстанции круглые сутки стремятся сделать постоянным вне зависимости от текущего запроса потребителей.

В противовес источник тока поддерживает заданный закон упорядоченного движения носителей заряда. Значение напряжения роли не играет. Ярким примером подобного рода устройств выступает сварочный аппарат на базе инвертора. Каждый знает: диаметр электрода прочно связан с толщиной металла, прочими факторами. Чтобы процесс сварки шел правильно, приходится с высокой степенью постоянства поддерживать ток. Задачу решает электронный блок на основе инвертора.

Ток, напряжение бывают постоянными, переменными. Закон изменения параметра роли не играет

Неважно, подключать ли электрическую цепь к источнику постоянного, переменного напряжения. Однако важно выдержать правильный размер параметра

К примеру, действующее значение ЭДС.

Нормативные документы

Учитывая большое количество электроэлементов, для их буквенно-цифровых (далее БО) и условно графических обозначений (УГО) был разработан ряд нормативных документов исключающих разночтение. Ниже представлена таблица, в которой представлены основные стандарты.

Таблица 1. Нормативы графического обозначения отдельных элементов в монтажных и принципиальных электрических схемах.

Номер ГОСТа Краткое описание
2.710 81 В данном документе собраны требования ГОСТа к БО различных типов электроэлементов, включая электроприборы.
2.747 68 Требования к размерам отображения элементов в графическом виде.
21.614 88 Принятые нормы  для планов электрооборудования и проводки.
2.755 87 Отображение на схемах коммутационных устройств и контактных соединений
2.756 76 Нормы для воспринимающих частей электромеханического оборудования.
2.709 89 Настоящий стандарт регулирует нормы, в соответствии с которыми на схемах обозначаются контактные соединения и провода.
21.404 85 Схематические обозначения для оборудования, используемого в системах автоматизации

Следует учитывать, что элементная база со временем меняется, соответственно вносятся изменения и в нормативные документы, правда это процесс более инертен. Приведем простой пример, УЗО и дифавтоматы широко эксплуатируются в России уже более десятка лет, но единого стандарта по нормам ГОСТ 2.755-87 для этих устройств до сих пор нет, в отличие от автоматических выключателей. Вполне возможно, в ближайшее время это вопрос будет урегулирован. Чтобы быть в курсе подобных нововведений, профессионалы отслеживают изменения в нормативных документах, любителям это делать не обязательно, достаточно знать расшифровку основных обозначений.

Классификация элементов

Все компоненты, представляющие схему цепи, можно разделить на активные, которые генерируют электродвижущую силу и пассивные, которые эту силу получают.

Электроцепи можно разделить по своему назначению:

  1. Силовые электроцепи выполняют функцию распределения и передачи электроэнергии, благодаря им ток попадает к приёмнику. При запуске стиральной машины или включении пылесоса происходит замыкание такой цепи.
  2. Электроцепи управления приводят в действие или меняют параметры функционирования электрооборудования. В качестве такого элемента схемы электрической цепи можно рассмотреть сигнализацию.
  3. Электроцепи измерения фиксируют изменения в процессе работы электрических приборов. В качестве примеров можно вспомнить амперметр или вольтметр.

К источнику тока может подсоединяться разное количество его приёмников. Наличие этих элементов определяет то, из чего состоит электроцепь и режимы, в котором она работает.

Номинальный режим

Его необходимость состоит в соблюдении технических параметров всей системы и отдельных её элементов. Все показатели в этом режиме соответствуют нормам технической документации и справочной литературы. Полный перечень параметров может отличаться в зависимости от того, из каких элементов состоит электрическая цепь. Но есть три показателя, которыми обладают все без исключения элементы:

  • напряжение;
  • мощность;
  • номинальный ток.

Конечная электрическая цепь: что это такое, определение, назначение

Короткое замыкание и холостой ход

В этой ситуации выключатель в схеме электроцепи замкнут, сопротивление и напряжение одновременно равны нулю.

Если этот показатель ниже нуля, соответственно резисторы потребляют энергию источников, с которыми они соединены, и собственные запасы.

Этот режим соблюдается при условии отключенной нагрузки от сетевого питания, при этом ток равняется нулю. Все элементы того, что называется электрической цепью, не задействуются.

Передача активной мощности

Использование согласованного режима обеспечивает передачу максимальной мощности. Если заранее не подготовиться к такому рабочему режиму, существует вероятность выхода схемы из строя.

Определение

 Электрической цепью называется совокупность электротехнических устройств, создающих замкнутый путь электрическому току. Она состоит из источников (генераторов) энергии, приемников энергии (нагрузки) и соединительных проводов. В цепи могут быть также различные преобразователи (играют роль как роль источников, так и приемников), защитная и коммутационная аппаратура.

Популярные статьи  Почему не отключается дифавтомат при соединении фазы и земли?

   В источниках неэлектрические виды энергии преобразуются (в соответствии с законом сохранения энергии) в энергию электромагнитного поля. Так, например, на гидроэлектростанциях энергия падающей воды (энергия гравитационного поля) преобразуется в энергию электромагнитного поля. В приемниках энергия электромагнитного поля преобразуется в тепловую и другие виды энергии. Кроме того, некоторая часть энергии запасается в электрических и магнитных полях цепи.

   Электромагнитные процессы в электрической цепи описываются с помощью понятий о токе, напряжении, электродвижущей силе (ЭДС), сопротивлении, индуктивности и емкости. Буквенные обозначения этих, а также других величин, используемых в этом учебном пособии представлены в табл.1.1. Там же дана их русская транскрипция и единицы измерений. Заметим здесь, что ЭДС, токи и напряжения, изменяющиеся во времени, обозначаются строчными латинскими буквами е, i, u, а ЭДС, токи и напряжения, неизменные во времени, обозначаются заглавными латинскими буквами E, I, U.

Условные обозначения источников электрической энергии и элементов цепей

Условное обозначение Элемент
Идеальный источник ЭДС
Е — электродвижущая сила, Е = const
Ro = 0 — внутреннее сопротивление
Идеальный источник тока I = const
Rвн- внутреннее сопротивление источника тока,
Rвн>>Rнаг
Активное сопротивление
R = const
Индуктивность L = const
Емкость С = const

К химическим источникам тока относят гальванические элементы и аккумуляторы. В них заряды переносятся в результате химических реакций. При этом в гальваническом элементе реагенты расходуются необратимо, а в аккумуляторе они могут восстанавливаться путем пропускания через аккумулятор электрического тока противоположного направления от других источников.

Источники электрической энергии относятся к группе активных элементов электротехнических устройств. Если Rо=0 и электродвижущая сила (ЭДС) Е=const, то источник называется идеальным. Аккумуляторная батарея по своим параметрам близка к идеальному источнику ЭДС.

К группе пассивных элементов относятся: активное сопротивление R, индуктивность L и емкость С.

В электротехнических устройствах одновременно протекают три энергетических процесса:

1 В активном сопротивлении в соответствии с законом Джоуля — Ленца происходит преобразование электрической энергии в тепло.

Мощность, по определению равна отношению работы к промежутку времени, за который эта работа совершается. Следовательно, мощность тока для участка цепи

p = A/t = ui

Полная мощность, вырабатываемая генератором, равна

где R- полное сопротивление замкнутой цепи, называемое омическим или активным;

Р, I — мощность и ток в цепи постоянного тока.

р, i, и — мгновенные значения активной мощности, тока и напряжения в цепи переменного тока,

g — активная проводимость или величина, обратная сопротивлению g=1/R измеряется в сименсах (См).

В соответствии с законом сохранения энергии работа есть мера изменения различных видов энергии. Так, в электродвигателе за счет работы тока возникает механическая энергия, протекают химические реакции и т. д. На резисторах происходит необратимое преобразование энергии электрического тока во внутреннюю энергию проводника.

Если в проводнике под действием тока не происходит химических реакций, то температура проводника должна измениться. Изменение внутренней энергии проводника (количество теплоты) Q равно работе А, которую совершает суммарное поле при перемещении зарядов:

Q = А = uit

Воспользовавшись законом Ома, получим два эквивалентных выражения:

Это и есть закон Джоуля — Ленца.

Если нужно сравнить два резистора по характеру тепловых процессов, происходящих в них, то нужно предварительно выяснить: протекает ли по ним одинаковый ток или они находятся под одинаковым напряжением?

Если по двум резисторам протекают одинаковые токи, то согласно формуле за одно и то же время больше возрастает внутренняя энергия резистора с большим сопротивлением. С таким случаем мы встречаемся, например, в цепи с последовательным соединением резисторов. Последнее обстоятельство следует учитывать при включении в сеть нагрузки (электроплиток, утюгов, электродвигателей и т. д.). Сопротивление подводящих проводов при этом должно быть значительно меньше, чем сопротивление нагрузки. При несоблюдении этого условия в проводах выделится большое количество теплоты, что может привести к их загоранию.

Если же оба резистора находятся под одинаковым напряжением, то согласно формуле быстрее будет нагреваться резистор с меньшим сопротивлением. Такой эффект, в частности, наблюдают при параллельном соединении резисторов.

Термин «сопротивление» применяется для условного обозначения элемента электрической цепи и для количественной оценки величины R.

Сопротивление измеряется в омах (Ом). 1 Ом — это сопротивление проводника, сила тока в котором равна 1 А, если на концах его поддерживается разность потенциалов 1 В:

1 Ом = 1 В/1 А

Электрическое сопротивление R материалов с изменением температуры меняется. Сопротивление металлических проводников линейно возрастает с температурой. У полупроводников и электролитов с увеличением температуры удельное сопротивление уменьшается, причем нелинейно.

Для сравнения проводников по степени зависимости их сопротивления от температуры t вводится величина a, называемая температурным коэффициентом сопротивления. Отсюда

Для практических расчетов в электрических цепях величину R можно принимать постоянной. В этом случае зависимость напряжения на сопротивлении R от силы тока (вольт-амперная характеристика) будет называться линейной. Электрические цепи, в которые включены постоянные по величине сопротивления, также будут линейными.

Оцените статью
Добавить комментарии

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: