Расчет простых цепей при различных схемах соединения потребителей
В электротехнике рассматривается устройство и принцип действия основных электротехнических устройств, используемых в быту и промышленности. Чтобы электротехническое устройство работало, должна быть создана электрическая цепь, задача которой передать электрическую энергию этому устройству и обеспечить ему требуемый режим работы.
Электрической цепью называется совокупность устройств и объектов, образующих путь для электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий об электрическом токе, ЭДС (электродвижущая сила) и электрическом напряжении.
Для анализа и расчета электрическая цепь графически представляется в виде электрической схемы, содержащей условные обозначения ее элементов и способы их соединения. Электрическая схема простейшей электрической цепи, обеспечивающей работу осветительной аппаратуры, представлена на рис. 1.1:
Все устройства и объекты, входящие в состав электрической цепи, могут быть разделены на три группы:
1) Источники электрической энергии (питания).
Общим свойством всех источников питания является преобразование какого-либо вида энергии в электрическую. Источники, в которых происходит преобразование неэлектрической энергии в электрическую, называются первичными источниками. Вторичные источники – это такие источники, у которых и на входе, и на выходе – электрическая энергия (например, выпрямительные устройства).
2) Потребители электрической энергии.
Общим свойством всех потребителей является преобразование электроэнергии в другие виды энергии (например, нагревательный прибор). Иногда потребители называют нагрузкой. Бывает последовательное соединение и параллельное.
Последовательное соединение (в) — это такое соединение, при котором все потребители включены один за другим в одну линию. Поэтому по всем потребителям проходит ток одинаковой силы.
В нашем примере I = U/R = 12 В / З Ом = 4 А
Общее сопротивление внешней цепи равно сумме сопротивлений всех включенных потребителей.
В нашем примере R = R1 + R2 = 1 Ом + 2 Ом = 3 Ом
При параллельном соединении (г) к одной точке цепи подключают по одному выводу каждого потребителя, а к другой точке цепи другие выводы. В нашем примере внешняя цепь имеет два разветвления, т. е. две параллельные ветви. Оба потребителя R1 и R2 находятся под одинаковым напряжением U = 12 В. Сила тока в цепи каждого потребителя зависит от величины его сопротивления.
В цепи первого потребителя I1 = U/R1 = 12 В / 1 Ом = 12 А
В цепи второго потребителя I2 = U/R2 = 12 В / 2 Ом = 6 А
Общая сила тока во внешней цепи равна сумме сил токов в цепях всех параллельно включенных потребителей:
I = I1 +I2 = 12+6 = 18 А
Сопротивление внешней цепи всегда будет меньше сопротивления каждого потребителя. На автомобиле все потребители электрической энергии включены параллельно друг другу.
3) Вспомогательные элементы цепи: соединительные провода, коммутационная аппаратура, аппаратура защиты, измерительные приборы и т.д., без которых реальная цепь не работает.
Все элементы цепи охвачены одним электромагнитным процессом.
В электрической схеме на рис. 1.1 электрическая энергия от источника ЭДС E, обладающего внутренним сопротивлением r0, с помощью вспомогательных элементов цепи передаются через регулировочный реостат R к потребителям (нагрузке): электрическим лампочкам EL1 и EL2.