Схемы замещения электрических цепей
Для облегчения расчета составляется схема замещения электрической цепи, т.е. схема, отражающая свойства цепи при определенных условиях. На схеме замещения изображают все элементы, влиянием которых нельзя пренебречь, и указывают электрические соединения между ними.
Элементы электрических цепей бывают пассивными и активными. Элементы цепи, в которых электрическая энергия преобразуется в тепло, называются пассивными. Они характеризуются сопротивлением 
(рисунок 2а) ли проводимостью 
.
Элементы электрической цепи, в которых преобразование энергии осуществляется при наличии ЭДС, называются активными.Они характеризуются величинами ЭДС 
и внутренним сопротивлением 
.
Если 
<< , то сопротивлением источника r можно пренебречь, т.е. положить
= 0. Тогда 
и 
.Такой источник энергии называют источником ЭДС (источником напряжения)(рисунок 2б).
Рисунок 2. Источник ЭДС
В некоторых случаях, источник электрической энергии заменяют другой эквивалентной схемой, где вместо ЭДС 
источник характеризуется его током короткого замыкания (КЗ) 
, а вместо внутреннего сопротивления r в схему вводится внутренняя проводимость 
(рисунок 3а).
|
|
Возможность такой замены доказывается, если уравнение 
поделить на сопротивление , то: 
, где 
; 
- ток КЗ источника; 
- ток приемника; 
– проводимость приемника. 
.
Если внутреннее сопротивление >> , то 
>> 
и можно положить, что = 0 (рисунок 3б). В этом случае = 
= 
.
Такой источник с неизменным током, не зависящим от внешнего сопротивления , называется источником тока.
Таким образом, один и тот же источник электрической энергии может быть заменен в расчетной схеме источником ЭДС или источником тока.
Для проведения расчетов электрических цепей сначала необходимо принципиальную электрическую схему преобразовать в схему замещения, в которой отсутствуют элементы, не влияющие на режим работы схемы.
Используя конкретную принципиальную схему (рисунок 4а), составим схему замещения (рисунок 4б).
Рисунок 4. Принципиальная схема устройства и ее схема замещения
В принципиальной схеме: Г – генератор электрической энергии, Пр – предохранители, Л – линия электропередачи, П1 – потребитель 1, П2 – потребитель 2, К – ключ, Р – рубильник, В – выключатель.
Элементами, не влияющими на режим работы схемы, являются все амперметры и вольтметры, все коммутирующие элементы и предохранители. Они не влияют на результаты расчета и поэтому в схеме замещения отсутствуют.
В схеме замещения (рисунок 4б) генератор представлен источником ЭДС 
и внутренним сопротивлением 
. Линия Л представлена сопротивлением 
, а потребители П1 и П2 представлены соответственно сопротивлениями 
и 
. Участок, вдоль которого течет один и тот же ток, называется ветвью электрической цепи. Место соединения ветвей называется узлом электрической цепи. Ветви, не содержащие источников электрической цепи, называются пассивными, а ветви, в которые входят источники, называются активными.
Любой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям, называется контуром электрической цепи. На схеме замещения таких контуров три: 1 – 2 – 5 – 6 - 1; 1 – 2 – 3 – 4 – 5 – 6 - 1;
2 – 3 – 4 – 5 - 2.
На схеме замещения стрелками отмечаются положительные направления ЭДС, напряжений и токов. ЭДС направлена от отрицательного зажима к положительному зажиму (так же как и ток).