1.3 Схема замещения электрической цепи

Ни функциональная, ни принципиальная схемы электрических цепей не отражают количественную сторону электромагнитных процессов, которые имеют место в элементах цепи и которые определяют режим работы этой цепи независимо от конструкции и физической природы этих элементов.

Схема замещения (расчетная математическая модель, эквивалентная) электрической цепи– схема электрической цепи, изображающая соединения абстрактных, идеальных элементов, с достаточным приближением отображающих электромагнитные процессы в электрической цепи.

В теории электрических цепей реальные элементы, из которых составляется электрическая цепь, заменяются абстрактными идеальными элементами с определенными свойствами.

Какие же это элементы? И какие электромагнитные процессы они отражают?

Активные элементы

Идеальный источник напряжения (э.д.с.)

В любом источнике электрической энергии существует электрическое поле за счет разделения зарядов внешними силами неэлектрического происхождения.

Источники электрической энергии делятся на источники напряжения и источники тока.

Источник напряжения– напряжение на зажимах практически не зависит от тока, идущего от источника в приемник, и внутреннее сопротивление которых мало, так что напряжение на зажимах источника сравнительно мало изменяется при изменении протекающего через него тока.

Источник напряжения характеризуется внешней характеристикой U=f(I).

Вольт-амперная характеристика источника э.д.с.

Идеальный источник напряжения (источник э.д.с.)–

R_i=0, E=const, U=E=const.

Изображение источника э.д.с. и его схема замещения

Идеальный источник тока

Источник тока– источник электрической энергии, в котором ток практически не зависит от напряжения, которое создается источником на зажимах приемника.

Источник тока имеет большое внутреннее сопротивление R_i (малую проводимостьG_i), так что ток, поступающий в приемник, мало изменяется при изменении напряжения на зажимах источника.

Источник тока характеризуется внешней характеристикой I=f(U).

Вольт-амперная характеристика источника тока

Идеальный источник тока–R_i=(G_i=0),J=const,I=J=const.

Изображение источника тока и его схема замещения

Пассивные элементы

Идеальный резистивный элемент

Идеальный резистивный элемент– элемент схемы замещения электротехнического устройства, отображающий имеющий место в этом устройстве необратимый процесс преобразования электрической энергии источника в другие виды энергии (в большинстве случаев в тепловую энергию).

Природа ИРЭ в большинстве случаев (в цепях постоянного тока всегда) обусловлена столкновением заряженных частиц с атомами кристаллической решетки проводника и необратимым преобразованием электрической энергии источника через посредство кинетической энергии движущихся электронов во внутреннюю (тепловую) энергию проводника.

Параметр ИРЭ– сопротивлениеили проводимость– определяется отношением:

– для постоянного тока;

– для переменного тока.

Напряжение и ток на ИРЭ: ;.

Электротехнический прибор, реальный элемент электрической цепи, специально изготовленный, единственным свойством которого является необратимый процесс преобразования электрической энергии источника в тепловую – резистор.

Условное обозначение на схемах резистора такое же, как и ИРЭ:

Зависимость тока от напряжения на зажимах ИРЭ называют вольтамперной характеристикой элемента (ВАХ).

Если ВАХ линейна, то элемент линейный и электрическая цепь линейна.

Если ВАХ нелинейна, то элемент нелинейный и электрическая цепь нелинейна.