Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника
Посмотреть оригинал

Законы электрических цепей

Направления тока и напряжения. Для расчета электрических цепей необходимо принять направления для токов, напряжений и ЭДС. Эти направления указывают на схемах стрелками (рис. 1.8).

В цепях постоянного тока направление действия ЭДС источника принято указывать от отрицательного потенциала к положительному потенциалу.

За направление тока принято направление движения положительных зарядов, т.е. стрелка у тока направлена от большего потенциала к меньшему потенциалу. Направление напряжения в приемнике всегда указывают в ту же сторону, что и направление тока.

В цепях синусоидального тока (рис. 1.8,6) принято обозначать направления ЭДС, тока и напряжения, используя положительный полупериод тока, при котором ток не изменяет своего направления. При этом картина этих направлений получается аналогичной с цепью постоянного тока.

Выбор направлений токов, напряжений и ЭДС

Рис. 1.8. Выбор направлений токов, напряжений и ЭДС

В тех случаях, когда хотят подчеркнуть различие потенциалов двух точек, прибегают к их разметке знаками «+ » и «-», причем знак «+ » ставят у точки с более высоким потенциалом, а знак «-» у точки с более низким потенциалом (см. разметку выводов приемника на рис. 1.8).

Потенциалы всех точек верхнего на рис. 1.8 провода, соединяющего источник и приемник, будут одинаковыми (сопротивлением соединительных проводов пренебрегаем). Не будут отличаться и потенциалы различных точек нижнего провода. Поэтому верхний вывод источника, как и верхний вывод приемника, будет иметь более высокий потенциал по сравнению с нижним выводом (см. разметку выводов источника на рис. 1.8). Следовательно, напряжение на источнике (стрелка справа от него) окажется направленным против направления действия источника и навстречу тока в нем.

Закон Ома для замкнутой цепи. Анализ работы цепи при непосредственном соединении линейных источника и приемника можно провести, пользуясь аналитическими выражениями их характеристик, например в форме

Совместно решая эти уравнения, то есть удовлетворяя упомянутому выше условию равенства напряжений и токов источника и приемника, нетрудно, приравняв правые части приведенных уравнений, получить выражение для тока в цепи

знакомое из курса физики под названием закона Ома для замкнутой цепи.

Законы Кирхгофа. Все методы расчета электрических цепей в конечном счете основываются на двух законах Кирхгофа, которые нами фактически уже использовались при анализе групповых соединений приемников и источников.

Первый закон Кирхгофа гласит: для любого узла электрической цепи алгебраическая сумма токов в расходящихся из узла ветвях равна нулю.

причем токи, утекающие от узла, в этой алгебраической сумме принято считать положительными, а токи, притекающие к узлу, — отрицательными. Физически это означает, что сумма токов, притекающих к данному узлу электрической цепи, должна равняться сумме токов, утекающих от этого узла.

Второй закон Кирхгофа утверждает, что в любом контуре электрической цепи алгебраическая сумма напряжений на входящих в контур элементах равна нулю

причем напряжения, действующие в контуре в одном направлении, принимают в алгебраической сумме с положительным знаком, а действующие в противоположном направлении — с отрицательным. Физически это означает, что сумма напряжений, действующих на элементах данного контура электрической цепи в одном направлении, должна равняться сумме напряжений, действующих в контуре в противоположном направлении.

Баланс мощностей. Для любой, сколько угодно сложной цепи постоянного тока, можно составить энергетический баланс, вытекающий непосредственно из закона сохранения энергии: алгебраическая сумма всех мощностей источников энергии равна сумме всех мощностей приемников энергии:

В (1.21): К —число источников энергии цепи; N— число приемников энергии цепи.

Во всех приемниках энергии токи и напряжения имеют одно и то же направление. Поэтому правая часть уравнения (1.19) является арифметической суммой мощностей всех приемников цепи. Что касается левой части этого уравнения, то в некоторых ветвях сложной цепи ток ветви может оказаться направленным противоположно действию ЭДС источника энергии. Тогда произведение EI получается отрицательным. Физически это означает, что при таком режиме работы рассматриваемый источник не генерирует энергию, а потребляет ее (например, аккумулятор при его зарядке).

Согласование приемника с источником. Выше было показано, что максимальная мощность в источнике достигается в режиме, когда ток равен половине тока КЗ:

Приравняв этой величине предыдущее выражение для тока

из полученного уравнения нетрудно определить оптимальное сопротивление приёмника, при котором мощность заданного источника получит наибольшее значение. Очевидно, это сопротивление должно удовлетворять условию

т.е. наибольшую мощность источник будет передавать приемнику, когда сопротивление последнего равно внутреннему сопротивлению источника.

Процесс подбора сопротивления приемника, удовлетворяющего этому условию, называется согласованием приемника с источником. Напомним, что к согласованию приемника с источником прибегают лишь в маломощных цепях, не стремясь к нему в энергетических цепях из-за низкого КПД источника в этом режиме.

 
Посмотреть оригинал
 

Популярные страницы