Ветвь электрической цепи: Ветвь, узел, контур электрической цепи. Законы Кирхгофа

Содержание

1.1. Основные определения, относящиеся к линейным электрическим цепям

Теория  /  1.1. Основные определения, относящиеся к линейным электрическим цепям  

Электрической цепью называется совокупность устройств и элементов, соединенных между собой и  обеспечивающих прохождение электрического тока. То есть это совокупность источников и приемников энергии, соединительных проводов и измерительных приборов.

Источники электрической энергии – это устройства,  в  которых  происходит  преобразование  различных  видов энергии (тепловой, химической, механической) в электрическую.

Приемники  электрической  энергии (потребители, нагрузка) – это устройства, в которых электрическая энергия преобразуется в другие виды энергии.

Электрические цепи, в которых получение и преобразование электрической  энергии происходят при неизменных во времени токах и напряжениях, называются цепями постоянного тока.

Электрические цепи, в которых ток и напряжение изменяются с течением времени по величине и направлению называются цепями переменного тока.

Электрические цепи подразделяются на линейные и нелинейные. 

Линейной электрической цепью называется цепь, состоящая только из линейных элементов. Если в цепи имеется хотя бы один нелинейный элемент, то цепь будет нелинейной.

Линейные элементы – это элементы электрической цепи, сопротивление которых не зависит от проходящего по ним тока или напряжения на их зажимах.  Вольт-амперная  характеристика (зависимость тока от напряжения) для линейных элементов представляет собой прямую линию; для нелинейных – кривую.

Любую электрическую цепь и происходящие в ней процессы можно описать с помощью понятий:

ток I [A], Ампер;

напряжение U [B], Вольт;

электродвижущая сила (ЭДС) Е [B], Вольт;

сопротивление R или r [Ом], Ом;

проводимость G или g  [См], Сименс;

индуктивность L [Гн], Генри;

емкость С [Ф], Фарада.

Основной целью изучения электрических цепей является анализ режимов работы этих цепей. На основе такого анализа можно определить, при каких условиях и с какой эффективностью будет работать  радиотехническое оборудование. В большинстве случаев эта цель достигается определением токов на всех участках электрической цепи. Зная токи, можно найти напряжения и мощности отдельных элементов.

Для удобства расчетов электрическую цепь заменяют схемой замещения.

Схема замещения или электрическая схема – это графическое изображение электрической цепи с помощью условных знаков. Топологию электрической цепи определяют геометрические элементы схемы, которыми являются ветви, узлы и контуры.

Ветвь образуется одним или несколькими последовательно соединенными элементами цепи (рис. 1.1). По всем элементам ветви протекает один и тот же ток.

Узел – место соединения трех и более ветвей.  На электрических схемах узел обозначают точкой,  как показано на рис. 1.2, а,б

По своему электрическому смыслу схемы а) и б) идентичны и содержат один узел. Участки цепи между точками 1 и 2, 2 и 3, 3 и 4 не содержат элементов, следовательно, не являются ветвями. Представив схему б) в виде а), получим один узел, поэтому точки 2, 3, 4 называют фиктивными или устранимыми узлами.

Узел является независимым, если к нему подходит хотя бы одна ветвь, не входящая в другие узлы. Число независимых узлов всегда на единицу меньше, чем общее число узлов в схеме. Если общее число узлов

 п, то число независимых узлов N = – 1

Исходя из понятия узла, ветвь можно охарактеризовать как участок цепи между двумя соседними узлами.

Контур – это любой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям.

Для расчета электрических  цепей используются независимые контуры. Независимый контур должен включать в себя хотя бы одну ветвь, не входящую в другие контуры.

Число независимых контуров рассчитывается по формуле

К = т – (п – 1) = т – N.

Здесь т – число ветвей.

Для примера рассмотрим контур, приведенный на рис. 1.3.

Данная схема содержит 4 ветви, 6 контуров и 2 узла. Линии схемы, в которых отсутствуют элементы цепи, не являются ветвями. Так как линия 2–2` не является ветвью, то узел 2` является «фиктивным», или устранимым узлом.

Так как данная схема содержит четыре ветви и два узла, следовательно,

независимых узлов: N = n –1 = 2  – 1 = 1;

независимых контуров: К = т – (п –1) = 4 – (2 – 1) = 3.

Электротехника и основы электроники

11

а) б)

Рис. 2.1. Эквивалентная схема реального источника ЭДС (

а

)

и его вольт

амперная характеристика (ВАХ) (

б

)

R

вн

R

н

Реальный источник

тока

J

а) б)

Рис.

2.2. Эквивалентная схема реального источника тока (

а

)

и его вольт

амперная характеристика (ВАХ) (

б

)

Узел электрической цепи

– это точка, в кото-

рой соединены три или более ветвей (рис. 2.3).

Ветвь электрической цепи

– участок цепи,

расположенный между двумя узлами, состоящий из

одного или нескольких последовательно соединен-

ных электрических элементов.

По ветви течет один

и тот же ток (рис. 2.4).

I

1

2

E

U

R

1

U

R

2

U

R

2

R

1

R

2

R

3

Рис. 2.4. Обозначение ветви электрической цепи

Замкнутым контуром электрической цепи

называют путь, прохо-

дящий через несколько ветвей и узлов разветвленной электрической цепи

(рис. 2.5).

Рис. 2.3. Обозначение

узла электрической

цепи

U

I

J

ВАХ реального источника

0

ВАХ идеального источника

U

ХХ

U

I

I

КЗ

E

ВАХ идеального источника

ВАХ реального источника

0

R

ВН

Е

R

Н

Что такое ветвь цепи?

Цепь состоит из провода, соединяющего источник питания с предохранителями, переключателями и нагрузкой. Нагрузка – это устройство, которое потребляет энергию, протекающую по цепи, например лампочку в лампе. Разветвленная цепь – это особый тип цепи, которая проходит от панели автоматического выключателя до устройств в здании. Отводные цепи классифицируются как универсальные, бытовые или как отдельные, в зависимости от их функции.

Любое здание, подключенное к электричеству, имеет панель выключателя. Эта панель обычно представляет собой металлический ящик или шкаф, заполненный выключателями и установленный в стене. Каждый переключатель подключен к электрической цепи в доме и может отключить питание этой цепи, если он выключен. Разветвленная цепь проходит от каждого выключателя к розеткам, осветительным приборам и приборам в здании.

Целью разветвленной цепи является подача питания на электрические устройства в доме. Каждый из них состоит из петли провода, которая проходит от панели автоматического выключателя к лампам и розеткам и обратно. Они классифицируются в соответствии с их текущей пропускной способностью и типом устройств, которые они обслуживают.

Цепь ответвления общего назначения представляет собой цепь на 120 вольт, которая подает питание на осветительные приборы и розетки. Современные общие схемы используют 12-проводный провод и рассчитаны на максимальный ток 20 ампер (ампер). Ампер относится к количеству электрического заряда, проходящего через любую заданную точку в цепи за единицу времени. В более старых зданиях провод 14-го калибра использовался для построения ответвительных цепей, рассчитанных не более чем на 15 А. Пятнадцать усилителей больше не считается достаточным для большинства домов.

Питание подается на стационарные электрические устройства, такие как холодильники, стиральные машины и посудомоечные машины через разветвленную цепь устройства. Как и схемы общего назначения, электрические цепи устройства также имеют напряжение 120 В и не могут превышать 20 А. Они не подают питание на любой тип светильника.

Отдельная разветвленная цепь подает питание на конкретное устройство, обычно на постоянное устройство, такое как сушилка для белья или электрическая плита. Поскольку цепь работает только с одним устройством, питание этого устройства может быть отключено, не влияя на электроснабжение остальной части здания. Это полезно, если есть пожар или если устройство нуждается в техническом обслуживании. Эти цепи различаются по силе тока в зависимости от устройства, для которого они предназначены.

ДРУГИЕ ЯЗЫКИ

3 Топология электрической цепи – Топология электрической цепи

Электрическая цепь характеризуется совокупностью элементов, из которых она состоит, и способом их соединения. Соединение элементов электрической цепи наглядно отображается ее схемой. Рассмотрим для примера две электрические схемы (рис. 1, 2), введя понятие ветви и узла.

Ветвью называется участок цепи, обтекаемый одним и тем же током.

Узел – место соединения трех и более ветвей.

Представленные схемы различны и по форме, и по назначению, но каждая из указанных цепей содержит по 6 ветвей и 4 узла, одинаково соединенных. Таким образом, в смысле геометрии (топологии) соединений ветвей данные схемы идентичны.

Топологические (геометрические) свойства электрической цепи не зависят от типа и свойств элементов, из которых состоит ветвь. Поэтому целесообразно каждую ветвь схемы электрической цепи изобразить отрезком линии. Если каждую ветвь схем на рис. 1 и 2 заменить отрезком линии, получается геометрическая фигура, показанная на рис. 3.

Рекомендуемые материалы

Условное изображение схемы, в котором каждая ветвь заменяется отрезком линии, называется графом электрической цепи. При этом следует помнить, что ветви могут состоять из каких-либо элементов, в свою очередь соединенных различным образом.

Отрезок линии, соответствующий ветви схемы, называется ветвью графа. Граничные точки ветви графа называют узлами графа. Ветвям графа может быть дана определенная ориентация, указанная стрелкой. Граф, у которого все ветви ориентированы, называется ориентированным.

Подграфом графа называется часть графа, т.е. это может быть одна ветвь или один изолированный узел графа, а также любое множество ветвей и узлов, содержащихся в графе.

В теории электрических цепей важное значение имеют следующие подграфы:

1. Путь – это упорядоченная последовательность ветвей, в которой каждые две соседние ветви имеют общий узел, причем любая ветвь и любой узел встречаются на этом пути только один раз. Например, в схеме на рис. 3 ветви 2-6-5; 4-5; 3-6-4; 1 образуют пути между одной и той же парой узлов 1 и 3. Таким образом, путь – это совокупность ветвей, проходимых непрерывно.

2. Контур – замкнутый путь, в котором один из узлов является начальным и конечным узлом пути. Например, для графа по рис. 3 можно определить контуры, образованные ветвями 2-4-6; 3-5-6; 2-3-5-4. Если между любой парой узлов графа существует связь, то граф называют связным.

3. Дерево – это связный подграф, содержащий все узлы графа, но ни одного контура. Примерами деревьев для графа на рис. 3 могут служить фигуры на рис. 4.

Рис.4

4. Ветви связи (дополнения дерева) – это ветви графа, дополняющие дерево до исходного графа.

Если граф содержит m узлов и n ветвей, то число ветвей любого дерева , а числа ветвей связи графа .

5. Сечение графа – множество ветвей, удаление которых делит граф на два изолированных подграфа, один из которых, в частности, может быть отдельным узлом.

Сечение можно наглядно изобразить в виде следа некоторой замкнутой поверхности, рассекающей соответствующие ветви. Примерами таких поверхностей являются для нашего графа на рис. 3 S1 иS2 . При этом получаем соответственно сечения, образованные ветвями 6-4-5 и 6-2-1-5.

С понятием дерева связаны понятия главных контуров и сечений:

  • главный контур – контур, состоящий из ветвей дерева и только одной ветви связи;
  • главное сечение – сечение, состоящее из ветвей связи и только одной ветви дерева.

Топологические матрицы

Задать вычислительной машине топологию цепи рисунком затруднительно, так как не существует эффективных программ распознавания образа. Поэтому топологию цепи вводят в ЭВМ в виде матриц, которые называют топологическими матрицами. Выделяют три таких матрицы: узловую матрицу, контурную матрицу и матрицу сечений.

1. Узловая матрица (матрица соединений) – это таблица коэффициентов уравнений, составленных по первому закону Кирхгофа. Строки этой матрицы соответствуют узлам, а столбцы – ветвям схемы.

Для графа на рис. 3 имеем число узлов m=4 и число ветвей n=6. Тогда запишем матрицу АН , принимая, что элемент матрицы (i –номер строки; j –номер столбца) равен 1, если ветвь j соединена с узлом i и ориентирована от него, -1, если ориентирована к нему, и 0, если ветвь j не соединена с узлом i . Сориентировав ветви графа на рис. 3, получим

.Данная матрица АН записана для всех четырех узлов и называется неопределенной. Следует указать, что сумма элементов столбцов матрицы АН всегда равна нулю, так как каждый столбец содержит один элемент +1 и один элемент -1, остальные нули.

Обычно при расчетах один (любой)  узел заземляют. Тогда приходим к узловой матрице А (редуцированной матрице), которая может быть получена из матрицы АН путем вычеркивания любой ее строки. Например, при вычеркивании строки “4” получим

.Число строк матрицы А равно числу независимых уравнений для узлов , т.е. числу уравнений, записываемых для электрической схемы по первому закону Кирхгофа. Итак, введя понятие узловой матрицы А, перейдем к первому закону Кирхгофа.

Первый закон Кирхгофа

Обычно первый закон Кирхгофа записывается для узлов схемы, но, строго говоря, он справедлив не только для узлов, но и для любой замкнутой поверхности, т. е. справедливо соотношение

(1)

где – вектор плотности тока; – нормаль к участку dS замкнутой поверхности S.

Первый закон Кирхгофа справедлив и для любого сечения. В частности, для сечения S2 графа на рис. 3, считая, что нумерация и направления токов в ветвях соответствуют нумерации и выбранной ориентации ветвей графа, можно записать

.

Поскольку в частном случае ветви сечения сходятся в узле, то первый закон Кирхгофа справедлив и для него. Пока будем применять первый закон Кирхгофа для узлов, что математически можно записать, как:

(2)

т.е. алгебраическая сумма токов ветвей, соединенных в узел, равна нулю.

При этом при расчетах уравнения по первому закону Кирхгофа записываются для (m-1) узлов, так как при записи уравнений для всех m узлов одно (любое) из них будет линейно зависимым от других, т. е. не дает дополнительной информации.

Введем столбцовую матрицу токов ветвей

I=

Тогда первый закон Кирхгофа в матричной форме записи имеет вид:

– где O – нулевая матрица-столбец. Как видим, в качестве узловой взята матрица А, а не АН, т.к. с учетом вышесказанного уравнения по первому закону Кирхгофа записываются для (m-1) узлов.

В качестве примера запишем для схемы на рис. 3

Отсюда для первого узла получаем

,

что и должно иметь место.

2. Контурная матрица (матрица контуров) – это таблица коэффициентов уравнений, составленных по второму закону Кирхгофа. Строки контурной матрицы В соответствуют контурам, а столбцы – ветвям схемы.

Элемент bijматрицы В равен 1, если ветвь j входит в контур i и ее ориентация совпадает с направлением обхода контура, -1, если не совпадает с направлением обхода контура, и 0, если ветвь j не входит в контур i.

Матрицу В, записанную для главных контуров, называют матрицей главных контуров. При этом за направление обхода контура принимают направление ветви связи этого контура. Выделив в нашем примере (см. рис. 5) дерево, образуемое ветвями 2-1-4, запишем коэффициенты для матрицы В.

.

Перейдем теперь ко второму закону Кирхгофа.

Под напряжением на некотором участке электрической цепи понимается разность потенциалов между крайними точками этого участка, т.е.

(4)

Просуммируем напряжения на ветвях некоторого контура:

Поскольку при обходе контура потенциал каждой i-ой точки встречается два раза, причем один раз с “+”, а второй – с “-”, то в целом сумма равна нулю.

Таким образом, второй закон Кирхгофа математически записывается, как:

(5)

– и имеет место следующую формулировку: алгебраическая сумма напряжений на зажимах ветвей (элементов) контура равна нулю. При этом при расчете цепей с использованием законов Кирхгофа записывается независимых уравнений по второму закону Кирхгофа, т.е. уравнений, записываемых для контуров, каждый из которых отличается от других хотя бы одной ветвью. Значение топологического понятия “дерева”: дерево позволяет образовать независимые контуры и сечения и, следовательно, формировать независимые уравнения по законам Кирхгофа. Таким образом, с учетом (m-1) уравнений, составленных по первому закону Кирхгофа, получаем систему из уравнений, что равно числу ветвей схемы и, следовательно, токи в них находятся однозначно.

Введем столбцовую матрицу напряжений ветвей

U=

Тогда второй закон Кирхгофа в матричной форме записи имеет вид

В качестве примера для схемы рис. 5 имеем

,

откуда, например, для первого контура получаем

,

что и должно иметь место.

Если ввести столбцовую матрицу узловых потенциалов

=

причем потенциал последнего узла , то матрица напряжений ветвей и узловых потенциалов связаны соотношением

U=AТ

(7)

где AТ – транспонированная узловая матрица.

Для определения матрицы В по известной матрице А=АДАС , где АД – подматрица, соответствующая ветвям некоторого дерева, АС– подматрица, соответствующая ветвям связи, может быть использовано соотношение В= (ТС А-1ТД1).

3. Матрица сечений – это таблица коэффициентов уравнений, составленных по первому закону Кирхгофа для сечений. Ее строки соответствуют сечениям, а столбцы – ветвям графа.

Матрица Q , составленная для главных сечений, называется матрицей главных сечений. Число строк матрицы Q равно числу независимых сечений.

Элемент qij матрицыQ равен 1, если ветвь входит в i-е сечение и ориентирована согласно направлению сечения (за положительное направление сечения принимают направление ветви дерева, входящей в него), -1, если ориентирована противоположно направлению сечения, и 0, если ветвьj не входит в i-е сечение.

В качестве примера составим матрицу Q главных сечений для графа на рис. 5. При указанной на рис. 5 ориентации ветвей имеем

В заключение отметим, что для топологических матриц А, В и Q, составленных для одного и того же графа, выполняются соотношения

которые, в частности, можно использовать для проверки правильности составления этих матриц. Здесь 0 – нулевая матрица порядка .

Приведенные уравнения позволяют сделать важное заключение: зная одну из топологических матриц, по ее структуре можно восстановить остальные.

Литература

1. Теоретические основы электротехники. Т.1. Основы теории линейных цепей./Под ред. П.А.Ионкина. Учебник для электротехн. вузов. Изд.2-е , перераб. и доп. –М.: Высш. шк., 1976.-544с.

2. Матханов Х.Н. Основы анализа электрических цепей. Линейные цепи.: Учеб. для электротехн. и радиотехн. спец. 3-е изд. переработ. и доп. –М.: Высш. шк., 1990. –400с.

3. Основы теории цепей: Учеб. для вузов /Г.В.Зевеке, П.А.Ионкин, А.В.Нетушил, С.В.Страхов. –5-е изд., перераб. –М.: Энергоатомиздат, 1989. -528с.

Контрольные вопросы и задачи

  1. Сформулируйте основные топологические понятия для электрических цепей.
  2. Что такое узловая матрица?
  3. Что такое контурная матрица?
  4. Что такое матрица сечений?
  5. Токи ветвей некоторой планарной цепи удовлетворяют следующей полной системе независимых уравнений:

Узлов 4, ветвей 8. Количество контуров 8-4+1=5. Но по четырем уравнениям получается граф с одним контуром. Очевидно, должен быть пятый узел. Проверим выполнение равенства  -I1 – I2 + I3 + I4 =0. В графе 5 узлов и 4 контура.

Восстановив граф цепи, составить матрицы главных контуров и сечений, приняв, что ветвям дерева присвоены первые номера.  

Ответ:

  1. Составить матрицу главных контуров для графа на рис. 3, приняв, что дерево образовано ветвями 2, 1 и 5

Ответ:

B=

  1. Решить задачу 5, используя соотношения (8) и (9).

Электрическая схема

Главная → Теория электрических цепей → Электрическая схема

Электрическая схема, схема электрической цепи, схема замещения электрической цепи


1 Схема электрической цепи и элементы схемы [1, с. 16 – 17]

Электрическая цепь характеризуется совокупностью элементов, из которых она состоит, и способом их соединения.

Реальные элементы электрической цепи идеализируются для упрощения математического описания элемента электрической цепи. Однако идеализированные уравнения должны правильно отражать основные физические явления в том или ином реальном элементе электрической цепи.

Идеализированному элементу электрической цепи ставят в соответствие его математическую модель — схемный элемент. Уравнения, описывающие схемный элемент, идентичны идеализированным уравнениям реального элемента электрической цепи. Схемные элементы могут быть введены и как математические абстракции; при этом они необязательно должны соответствовать каким-либо реальным элементам электрической цепи. Однако любой реальный элемент электрической цепи с необходимой степенью точности можно представить с помощью одного или совокупности схемных элементов, соединенных определенным образом. Такую совокупность схемных элементов (в частном случае один схемный элемент) называют схемой замещения или эквивалентной схемой элемента электрической цепи при условии совпадения уравнений, описывающих эту схему и элемент электрической цепи.

Каждому схемному элементу соответствует условное геометрическое изображение. Тогда способ соединения элементов реальной цепи легко представить с помощью соответствующего соединения схемных элементов. Геометрическое изображение соединения схемных элементов, отображающее соединение реальных элементов электрической цепи и ее свойства, называют схемой электрической цепи (схемой цепи).

В схеме выделяют ветви — участки, которые характеризуются одним и тем же током в начале и конце в любой момент времени, и узлы — граничные (концевые) точки ветвей. Напряжение ветви тождественно разности потенциалов ее узлов.

Ветвям и узлам схемы электрической цепи, как правило, соответствуют ветви и узлы реальной электрической цепи. В схемах электрических цепей, содержащих многополюсные элементы, некоторые узлы и ветви могут не отображать узлы и ветви цепи. Кроме того, некоторые ветви схемы вводят для учета конструктивных и монтажных параметров цепи (например, паразитных емкостей между зажимами элемента, емкостей монтажа, индуктивностей выводов).

Применительно к электрической цепи ветвь часто определяют как участок цепи, в любом сечении которого ток имеет одно и то же значение в данный момент времени, а узел — как «место» соединения ветвей.


2 Схема электрической цепи[2, с. 131 – 136]

Электрическую цепь на чертежах изображают в виде схемы электрической цепи, под которой понимают графическое изображение электрической цепи, содержащее условные обозначения ее элементов и показывающее соединения этих элементов. Например, на рис. 2.1 представлена электрическая схема цепи, в которую входят следующие устройства: генератор переменного тока 1, трансформаторы 2 и 5, линии электропередачи 3 и 4, преобразователь переменного тока в постоянный 6, нагрузка 7.

Рис. 2.1

Исследование процессов в электрической цепи требует знания связей между токами и напряжениями отдельных ее участков. Эти связи могут быть определены в виде математических соотношений, например, вида (u = r·i, uL = L·di/dt и др.). Они могут быть заданы и в виде вольтамперных или иных характеристик.

Записанные в аналитической форме соотношения между токами, напряжениями, зарядами, потокосцеплениями элемента электрической цепи являются математической моделью этого элемента электрической цепи.

Так, например, u = r·i есть математическая модель резистора; uL = L·di/dt – математическая модель идеальной индуктивной катушки; u = r·i + L·di/dt – приближенная математическая модель либо реальной катушки при условии пренебрежения токами смещения между витками катушки, либо цепи, содержащей резистор и идеальную индуктивную катушку, включенные последовательно.

Обратно, математическим соотношениям, приведенным выше, могут быть поставлены в соответствие электрические цепи, содержащие идеальные индуктивные катушки и резисторы.

Математическим соотношениям между, токами, напряжениями, потокосцеплениями, зарядами и другими величинами, следовательно, могут быть поставлены в соответствие электрические цепи, содержащие только идеализированные элементы г, L, С, M, E, J и др. Очевидно, схемы таких электрических цепей и сами электрические цепи тождественны, так как каждому элементу схемы электрической цепи соответствует единственный элемент идеализированной электрической цепи.

Таким образом, для расчета процессов в электрической цепи следует определить математические соотношения для отдельных участков исходной цепи, по этим соотношениям построить некую другую (идеализированную) электрическую цепь, анализ процессов в которой заменит анализ процессов в исходной реальной электрической цепи.

Схему этой другой (идеализированной) электрической цепи, отображающей при определенных условиях свойства реальной цепи, называют схемой замещения электрической цепи или кратко – схемой замещения.

Рассмотрим в качестве примера электрическую цепь, схема которой изображена на рис. 2.1. Можно составить некоторую схему замещения (рис. 2.2) этой цепи.

Рис. 2.2

Приведенная на рис. 2.2, а схема замещения электрической цепи, схема которой дана на рис. 2.1, является приближенной в пределах тех допущений, которые сделаны при представлении схем замещений отдельных устройств, входящих в состав цепи.

Для каждого элемента схемы рис. 2.2, а могут быть записаны в аналитическом или графическом виде соотношения между токами, напряжениями, зарядами и потокосцеплениями. Составление математических соотношений, а следовательно, и схем замещений является специфической для инженера задачей, решение которой требует глубокого понимания особенностей электромагнитных процессов, умения решать в общем случае задачи исследования распределения электромагнитного поля.

Обычно термин «электрическая цепь» применяется к цепи с идеализированными элементами, электрическая схема и схема замещения которой тождественны.

Электрическая цепь и соответственно схема цепи имеют в общем случае ветви и узлы.

Ветвью электрической цепи и соответственно ее схемы называют весь участок электрической цепи, в котором в любой момент бремени ток имеет одно и то оке значение вдоль всего участка.

Узлом электрической цепи и соответственно ее схемы называют место соединения ветвей. На схеме узел изображают точкой.


3. Модели и схема электрической цепи[3, с. 22 – 25]

Электрические цепи, используемые в современной радиоэлектронике, образуются, как правило, из связанных друг с другом соединительными проводами ее компонентов: резисторов, конденсаторов, катушек индуктивности и транзисторов, предназначенных для приближенной практической реализации соответственно резистивных сопротивлений, емкостей, индуктивностей и активных элементов электрических цепей.

При анализе колебаний в реальной электрической цепи она заменяется некоторой идеализированной цепью из того или иного числа элементов, колебания в которой пренебрежимо мало отличаются от колебаний в анализируемой электрической цепи. Идеализированную электрическую цепь, свойства которой аппроксимируют (представляют приближенно) свойства реальной электрической цепи, будем называть моделью электрической цепи. Каждой конкретной модели электрической цепи соответствует система уравнений, благодаря решению которой удается оценить те или иные свойства электрической цепи. Эта система уравнений получила название математической модели электрической цепи.

Графическое изображение модели электрической цепи называют схемой замещения цепи, или просто схемой цепи (иногда электрической схемой). Схема электрической цепи отражает как число и характер элементов электрической цепи, из которых состоит модель электрической цепи, так и порядок соединения их между собой.

Рис. 3.1

Различие между понятиями «электрическая цепь» и „модель электрической цепи“ иллюстрирует рис. 3.1. На нем приведены схематическое изображение цепи, составленной из дискретных резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности (рис. 3.1, а), и схема модели этой цепи, составленная в предположении, что ее компоненты точно моделируются соответствующими пассивными элементами (рис. 3.1, б).

Понятия «электрическая цепь» и „схема электрической цепи“ часто отождествляются.

Чем полнее и точнее должна отражать модель электрической цепи свойства электрической цепи, тем сложнее она становится, т. е. тем большее число элементов она содержит. Ясно, что в каждом конкретном случае следует применять модель не сложнее той, которая позволяет решить задачу анализа с требуемой точностью.

Необходимо иметь в виду и принципиальную возможность физического осуществления электрической модели исходной электрической цепи, после чего эта модель становится, в свою очередь, электрической цепью. Вместе с тем следует помнить, что переход от реальной электрической цепи к схеме электрической связан с рядом допущений. Схема электрической цепи является схемой модели электрической цепи и может быть использована для изучения ее свойств лишь в границах, в которых модель с достаточной точностью воспроизводит свойства реальной электрической цепи.


Список литературы

1. Теоретические основы электротехники. Т. I. Основы теории линейных цепей. Под ред. П.А. Ионкина. Учебник для электротехн. вузов. Изд. 2-е, переработ. и доп. М., «Высш. школа», 1976. 544 с. с ил.

2. Нейман Л. Р., Демирчян К. С. Теоретические основы электротехники: В 2-х т. Учебник вузов. Том 1. – 3-е изд., перераб. и доп. – Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1981. – 536 с., ил.

3. Белецкий А. Ф. Теория линейных электрических цепей: Учебник для вузов. – Радио и связь, 1986. 544 с.: ил.

электрическая схема,  схема электрической цепи,  схема замещения электрической цепи 

18.07.2011, 32299 просмотров.

1.1. Основные пояснения и термины

         Электротехника – это область науки и техники, изучающая электрические и магнитные явления и их использование в практических целях.
Каждая наука имеет свою терминологию. Запомним термины, понятия электротехники.
Электрическая цепь – это совокупность устройств, предназначенных для производства, передачи, преобразования и использования электрического тока.
Все электротехнические устройства по назначению, принципу действия и конструктивному оформлению можно разделить на три большие группы.

Источники энергии, т.е. устройства, вырабатывающие электрический ток (генераторы, термоэлементы, фотоэлементы, химические элементы).
Приемники, или нагрузка, т.е. устройства, потребляющие электрический ток (электродвигатели, электролампы, электромеханизмы и т.д.).
Проводники, а также различная коммутационная аппаратура (выключатели, реле, контакторы и т.д.).
Направленное движение электрических зарядов называют электрическим током. Электрический ток может возникать в замкнутой электрической цепи. Электрический ток, направление и величина которого неизменны, называют постоянным током и обозначают прописной буквой I.
Электрический ток, величина и направление которого не остаются постоянными, называется переменным током. Значение переменного тока в рассматриваемый момент времени называют мгновенным и обозначают строчной буквой i.

Для работы электрической цепи необходимо наличие источников энергии. В любом источнике за счет сторонних сил неэлектрического происхождения создается электродвижущая сила. На зажимах источника возникает разность потенциалов или напряжение, под воздействием которого во внешней, присоединенной к источнику части цепи, возникает электрический ток.
Различают активные и пассивные цепи, участки и элементы цепей. Активными называют электрические цепи, содержащие источники энергии, пассивными – электрические цепи, не содержащие источников энергии.

Электрическую цепь называют линейной, если ни один параметр цепи не зависит от величины или направления тока, или напряжения.
Электрическая цепь является нелинейной, если она содержит хотя бы один нелинейный элемент. Параметры нелинейных элементов зависят от величины или направления тока, или напряжения.

Электрическая схема – это графическое изображение электрической цепи, включающее в себя условные обозначения устройств и показывающее соединение этих устройств. На рис. 1.1 изображена электрическая схема цепи, состоящей из источника энергии, электроламп 1 и 2, электродвигателя 3.


Рис. 1.1

       Для облегчения анализа электрическую цепь заменяют схемой замещения.
Схема замещения – это графическое изображение электрической цепи с помощью идеальных элементов, параметрами которых являются параметры замещаемых элементов.

На рисунке 1.2 показана схема замещения.


Рис. 1.2

1.2. Пассивные элементы схемы замещения

     Простейшими пассивными элементами схемы замещения являются сопротивление, индуктивность и емкость.
В реальной цепи электрическим сопротивлением обладают не только реостат или резистор, но и проводники, катушки, конденсаторы и т.д. Общим свойством всех устройств, обладающих сопротивлением, является необратимое преобразование электрической энергии в тепловую. Тепловая энергия, выделяемая в сопротивлении, полезно используется или рассеивается в пространстве. В схеме замещения во всех случаях, когда надо учесть необратимое преобразование энергии, включается сопротивление.

Сопротивление проводника определяется по формуле

      (1.1)

     где l – длина проводника;
S – сечение;
r – удельное сопротивление.

Величина, обратная сопротивлению, называется проводимостью.

     Сопротивление измеряется в омах (Ом), а проводимость – в сименсах (См).

Сопротивление пассивного участка цепи в общем случае определяется по формуле

      где P – потребляемая мощность;
I – ток.
Сопротивление в схеме замещения изображается следующим образом:

  Индуктивностью называется идеальный элемент схемы замещения, характеризующий способность цепи накапливать магнитное поле. Полагают, что индуктивностью обладают только индуктивные катушки. Индуктивностью других элементов электрической цепи пренебрегают.

Индуктивность катушки, измеряемая в генри [Гн], определяется по формуле

       где W – число витков катушки;
Ф – магнитный поток катушки, возбуждаемый током i.

На рисунке показано изображение индуктивности в схеме замещения.

      Емкостью называется идеальный элемент схемы замещения, характеризующий способность участка электрической цепи накапливать электрическое поле. Полагают, что емкостью обладают только конденсаторы. Емкостью остальных элементов цепи пренебрегают.

Емкость конденсатора, измеряемая в фарадах (Ф), определяется по формуле:

    где q – заряд на обкладках конденсатора;
Uс – напряжение на конденсаторе.

На рисунке показано изображение емкости в схеме замещения

Активные элементы схемы замещения

     Любой источник энергии можно представить в виде источника ЭДС или источника тока. Источник ЭДС – это источник, характеризующийся электродвижущей силой и внутренним сопротивлением.Идеальным называется источник ЭДС, внутреннее сопротивление которого равно нулю.

  На рис. 1.3 изображен источник ЭДС, к зажимам которого подключено сопротивление R.
Ri – внутреннее сопротивление источника ЭДС.
Стрелка ЭДС направлена от точки низшего потенциала к точке высшего потенциала, стрелка напряжения на зажимах источника U12 направлена в противоположную сторону от точки с большим потенциалом к точке с меньшим потенциалом.
Рис. 1.3
              тЙУ. 1.3

Ток     

   (1.2)

     (1.3)

       У идеального источника ЭДС внутреннее сопротивление Ri = 0, U12 = E.
Из формулы (1.3) видно, что напряжение на зажимах реального источника ЭДС уменьшается с увеличением тока. У идеального источника напряжение на зажимах не зависит от тока и равно электродвижущей силе.
Возможен другой путь идеализации источника: представление его в виде источника тока.
Источником тока называется источник энергии, характеризующийся величиной тока и внутренней проводимостью.

Идеальным называется источник тока, внутренняя проводимость которого равна нулю.

Поделим левую и правую части уравнения (1. 2) на Ri и получим

,

       где    – ток источника тока;

               – внутренняя проводимость.

      У идеального источника тока gi = 0 и J = I.

Ток идеального источника не зависит от сопротивления внешней части цепи. Он остается постоянным независимо от сопротивления нагрузки. Условное изображение источника тока показано на рис. 1.4.

     Любой реальный источник ЭДС можно преобразовать в источник тока и наоборот. Источник энергии, внутреннее сопротивление которого мало по сравнению с сопротивлением нагрузки, приближается по своим свойствам к идеальному источнику ЭДС.

Рис. 1.4

           Если внутреннее сопротивление источника велико по сравнению с сопротивлением внешней цепи, он приближается по своим свойствам к идеальному источнику тока.

1.4.Основные определения, относящиеся к схемам

       Различают разветвленные и неразветвленные схемы.
На рис. 1.5 изображена неразветвленная схема.
На рис. 1.6 показана разветвленная схема, содержащая два источника ЭДС и 5 сопротивлений.
Сопротивления соединительных проводов принимают равными нулю.

  Разветвленная схема – это сложная комбинация соединений пассивных и активных элементов.
На рис. 1.6 показана разветвленная схема, содержащая два источника ЭДС и 5 сопротивлений.
Сопротивления соединительных проводов принимают равными нулю.
Рис. 1.5 Участок электрической цепи, по которому проходит один и тот же ток, называется ветвью. Место соединения двух и более ветвей электрической цепи называется узлом. Узел, в котором сходятся две ветви, называется устранимым. Узел является неустранимым, если в нем соединены три и большее число ветвей. Узел в схеме обозначается точкой.

  Последовательным называют такое соединение участков цепи, при котором через все участки проходит одинаковый ток. При параллельном соединении все участки цепи присоединяются к одной паре узлов, находятся под одним и тем же напряжением.
Любой замкнутый путь, включающий в себя несколько ветвей, называется контуром.
Рис. 1.6

 

 

1.5. Режимы работы электрических цепей

    В зависимости от нагрузки различают следующие режимы работы: номинальный, режим холостого хода, короткого замыкания, согласованный режим.
При номинальном режиме электротехнические устройства работают в условиях, указанных в паспортных данных завода-изготовителя. В нормальных условиях величины тока, напряжения, мощности не превышают указанных значений.
Режим холостого хода возникает при обрыве цепи или отключении сопротивления нагрузки.
Режим короткого замыкания получается при сопротивлении нагрузки, равном нулю. Ток короткого замыкания в несколько раз превышает номинальный ток. Режим короткого замыкания является аварийным.
Согласованный режим – это режим передачи от источника к сопротивлению нагрузки наибольшей мощности. Согласованный режим наступает тогда, когда сопротивление нагрузки становится равным внутреннему сопротивлению источника. При этом в нагрузке выделяется максимальная мощность.

1.

6. Основные законы электрических цепей

        На рис. 1.7 изображен участок цепи с сопротивлением R. Ток, протекающий через сопротивление R, пропорционален падению напряжения на сопротивлении и обратно пропорционален величине этого сопротивления.

                                     
      Падением напряжения на сопротивлении называется произведение тока, протекающего через сопротивление, на величину этого
Рис. 1.7 сопротивления.

      Основными законами электрических цепей, наряду с законом Ома, являются законы баланса токов в разветвлениях (первый закон Кирхгофа) и баланса напряжений на замкнутых участках цепи (второй закон Кирхгофа). В соответствии с первым законом Кирхгофа, алгебраическая сумма токов в любом узле цепи равна нулю:

Возьмем схему на рис. 1.8 и запишем для нее уравнение по первому закону Кирхгофа.

     Токам, направленным к узлу, присвоим знак “плюс”, а токам, направленным от узла – знак “минус”. Получим следующее уравнение:


 Рис. 1.8

или

        Согласно второму закону Кирхгофа, алгебраическая сумма ЭДС вдоль любого замкнутого контура равна алгебраической сумме падений напряжений в этом контуре

       Возьмем схему на рис. 1.9 и запишем для внешнего контура этой схемы уравнение по второму закону Кирхгофа.

    Для этого выберем произвольно направление обхода контура, например, по часовой стрелке. ЭДС и падения напряжений записываются в левую и правую части уравнения со знаком “плюс”, если направления их совпадают с направлением обхода контура, и со знаком “минус”, если не совпадают.
При определении тока в ветви, содержащей источник ЭДС, используют закон Ома для активной ветви.

                       Рис. 1.9


Возьмем ветвь, содержащую сопротивления и источники ЭДС. Ветвь включена к узлам a-b, известно направление тока в ветви (рис. 1.10).

 

 

   Возьмем замкнутый контур, состоящий из активной ветви и стрелки напряжения Uab, и запишем для него уравнение по второму закону Кирхгофа. Выберем направление обхода контура по часовой стрелке.

 

 

Рис.1.10

     

Получим

      Из этого уравнения выведем формулу для тока

      В общем виде:

,

        где ?R – сумма сопротивлений ветви;
?E – алгебраическая сумма ЭДС.

ЭДС в формуле записывается со знаком “плюс”, если направление ее совпадает с направлением тока и со знаком “минус”, если не совпадает.

Узлы, ответвления и петли цепи

Электрическая цепь, основанная на трех концепциях, а именно, узел , ветвь и петля . По определению, электрическая сеть представляет собой совокупность взаимосвязанных элементов цепи. Сеть может обеспечивать, а может и не обеспечивать замкнутый путь для протекания электрического тока. Но электрическая цепь может быть комбинацией одной или нескольких сетей, которая обеспечивает замкнутый путь для электрического тока. Это означает, что когда одна или несколько сетей соединяются вместе, чтобы завершить один или несколько путей к току, формируется электрическая цепь.
Электрическая цепь имеет три концептуальных элемента, упомянутых ниже.

Узлы электрической цепи

Точка, через которую элемент цепи соединяется с цепью, называется узлом . Проще говоря, узел — это точка, в которой терминал двух или более элементов схемы соединен вместе. Узел — это точка соединения цепи.

В приведенной выше схеме узлы обозначены маркерами.

NB:- Если три не является элементом между двумя или более соединенными соседними узлами, эти узлы могут быть повторно объединены в один узел.

Наконец, схема может быть перерисована следующим образом:

Ветвь электрической цепи

Элементы, подключенные к электрической цепи, обычно состоят из двух клемм. Когда один элемент схемы подключен к схеме, он соединяется через обе свои клеммы, чтобы стать частью замкнутого пути.

Любой из элементов схемы, при подключении к схеме, однозначно соединен между двумя узлами схемы. Когда элемент существует между двумя узлами, путь от одного узла к другому через этот элемент называется ветвью схемы.

Ветвь электрической цепи можно определить более точно как часть цепи между двумя узлами, которая может передавать или поглощать энергию. В соответствии с этим определением короткое замыкание между двумя узлами не относится к ответвлению электрической цепи.

Петли в электрической цепи

Электрическая цепь имеет количество узлов. Если кто-то начинает с одного узла и после прохождения набора узлов возвращается к тому же начальному узлу, не пересекая дважды ни один из промежуточных узлов, он проходит через один цикл схемы.

Петля – это любой замкнутый путь в цепи, образованный ответвлениями.

3 Простые определения узлов, ответвлений и контуров и пример

Ответвления, узлы и контуры необходимы для анализа электрических цепей. Элементы электрической цепи могут быть соединены друг с другом различными способами. Из-за этого нам необходимо понимать базовые знания об электрической цепи, такие как топология сети и схема. Несмотря на то, что это звучит как одно и то же, и сеть, и схема — это разные вещи.

  • Сеть представляет собой взаимосвязь устройств или элементов.
  • Цепь — это сеть, состоящая из одного или нескольких замкнутых путей.

При анализе топологии сети мы найдем различные способы соединения и конфигурации электрических элементов. Соединение между элементами схемы образует ветви, узлы и петли. Кто они такие? Их мы узнаем в этом посте, читайте до конца.

Что такое ответвление в электрической цепи

Ответвление – это путь между двумя узлами.Что такое узел? Мы узнаем это после этого. Если вы не знали, что такое узел, мы изучим ветку с более простым объяснением.

По простому объяснению ответвление обычно представляет собой элемент с двумя клеммами, который мы используем для построения электрической цепи. Каждый раз, когда мы используем элемент схемы, электрическая цепь будет подключаться к обеим его клеммам, образуя замкнутый путь.

Как уже упоминалось выше, элементы схемы соединяются между двумя узлами схемы. Путь, образованный между двумя узлами, называется ветвью. Используя более сложный термин, ответвление — это путь между двумя узлами, который может поглощать или отдавать энергию в электрической цепи.

Но следует помнить, что ответвление без какого-либо элемента или короткого замыкания остается ответвлением.

В заключение:

Ответвлением является элемент цепи, такой как источник напряжения или тока или резистор, конденсатор, катушка индуктивности.

Для лучшего понимания вы можете рассмотреть пример схемы ниже:

В схеме выше мы видим, что у нас есть пять ветвей:

  1. Источник напряжения 10 В
  2. Резистор 5 Ом
  3. Резистор 23 Ом
  4. Резистор 3 Ом
  5. Источник тока 2А

Что такое узел в электрической цепи

Мы уже упоминали выше, что такое узел, и сейчас мы полностью в этом разберемся.Если ветвь — это путь между двумя узлами или элементом схемы, то узел — это точка, проходящая через элемент схемы. Если мы используем термины элементов схемы, узел — это точка, в которой два или более терминала элементов соединены вместе.

В заключение:

Узел — это точка, в которой две или более ветвей соединяются вместе.

Узел представлен точкой в ​​электрической цепи. Поймите, что если короткое замыкание (плоский провод) соединить с двумя узлами, эти два узла образуют один узел.Обратите внимание на приведенный ниже пример схемы:

В приведенной выше схеме мы можем перечислить три узла, которые существуют внутри нее: узлы a , b и c

4 . Три узла, подключенные к одному проводу, образуют единый узел b .

Точно так же, как узел b , мы также можем рассматривать узел c как то же самое. Немного разобравшись с узлом, мы можем перерисовать схему выше в схему ниже:

Не волнуйтесь, обе схемы идентичны.

Читайте также: цветовые коды проводов

Что такое петля в электрической цепи

В кратком объяснении петля формируется из узла, проходящего через набор узлов и возвращающегося к начальной точке или узлу, не проходя через один и тот же узел дважды или более.

Цикл можно назвать независимым, если он содержит хотя бы одну ветвь, не являющуюся частью другого независимого цикла.

В заключение:

Петля – это замкнутый путь внутри электрической цепи.

Обратите внимание на схему ниже:

Обычно независимая петля не содержит такого ответвления. В приведенной выше схеме мы перечисляем независимый контур:

  1. Путь abca с резистором 2 Ом.
  2. Путь bcb  с резистором 3 Ом и источником тока.
  3. Путь с параллельным резистором 3 Ом и резистором 2 Ом.

Читайте также: анализ суперузлов

Заключение ветвей, узлов и циклов

Узнав о ветвях, узлах и циклах, мы можем сделать некоторые выводы, чтобы завершить наше исследование.Предположим, что у нас есть сеть состоит из:

    • B
    • N 2 N узлов
    • L Loops

    Эти три числа будут удовлетворять основную теорему топологии сети:

    b = l + n – 1

    Приведенное выше уравнение очень поможет нам при изучении напряжения и тока в электрической цепи. Термин «узел» можно использовать для различения последовательных и параллельных цепей.

    Последовательная цепь — это когда два или более элемента цепи совместно используют один узел и пропускают одинаковую величину тока.

    Параллельная цепь — это когда два или более элемента цепи подключены к одним и тем же двум узлам и по ним проходит одинаковое напряжение.

    Примеры узлов, ответвлений и циклов

    Для лучшего понимания рассмотрим приведенные ниже примеры:

    1. Изучите приведенную ниже схему и посчитайте количество ответвлений и узлов.Также определите, какие части соединены последовательно или параллельно.

    Вышеприведенная схема состоит из четырех элементов, поэтому она имеет четыре ответвления:

    • источник напряжения 10 В,
    • резистор 5 Ом,
    • резистор 6 Ом и
    • источник тока 2 А
    • схема ниже:

      Последовательное соединение состоит из источника напряжения 10 В и резистора 5 Ом. Параллельное соединение формируется из резистора 6 Ом и источника тока 2 А, подключенного к узлам 2 и 3.

      Часто задаваемые вопросы

      Что такое узловая ветвь и петля в цепи?

      Узел — это точка соединения двух или более ветвей. Ответвление представляет собой отдельный элемент, например источник напряжения или резистор. Петля — это любой замкнутый путь в цепи.

      Что такое узел в цепи?

      Можно сделать вывод, что узел — это точка, проходящая через элемент схемы. Проще говоря, узел — это точка, в которой два или более терминала элементов схемы соединены вместе.

      Как считать узлы в цепи?

      Узел — это точка соединения двух или более ветвей. Узел обычно изображается точкой на схеме.

      В чем разница между узлом и ветвью?

      Узел — это точка, в которой две или более клеммы элементов схемы соединены вместе. Элементы схемы соединены между двумя узлами схемы. Когда этот элемент существует, путь между одним узлом и другим узлом называется ветвью.

      Как найти ток в петле?

      Мы можем использовать закон тока Кирхгофа, чтобы найти ток в контуре.Более продвинутым методом является анализ сетки, который использует сетки для анализа схемы.

      В чем разница между узлом и соединением?

      В то время как узел — это точка, в которой две или более ветвей соединены вместе, узел — это точка, в которой три или более пути электрической цепи соединены вместе.

      Назначение, типы и принцип работы

      Есть простой способ разобраться в электрической системе вашего дома. Основные служебные провода достигают вашего дома от воздушной линии электропередач или подземных фидерных проводов.Затем они подключаются к главному сервисному щитку, который отправляет провода для обслуживания ваших бытовых приборов и гаджетов. Эта часть является ответвлением цепи.

      В то время как основное оборудование электросистемы, такое как провода и оборудование, принадлежит энергетической компании, все, кроме основания счетчика и счетчика, является собственностью домовладельца. Ток от главного сервисного щита разделяется на отдельные ответвления, которые контролируются отдельными автоматическими выключателями.

      Что такое ответвленная цепь?

      Ответвленная цепь — это часть электрической цепи, выходящая за пределы последнего автоматического выключателя или предохранителя.Он идет от коробки выключателя к электрическим устройствам в вашем доме. Проще говоря, параллельные цепи являются последней частью основной электрической цепи и подают ток на различные электрические устройства.

      В зависимости от типа нагрузки, которую они обслуживают, или их пропускной способности по току ответвленные цепи подразделяются на ответвленные цепи на 120 вольт, которые подают питание к стандартным розеткам, и цепи на 240 вольт, которые питают основные электроприборы.

      Подробнее: Важные моменты при проведении электромонтажных работ при ремонте

      Что такое параллельная цепь согласно NEC?

      Национальный электротехнический кодекс (NEC) является частью Национальной ассоциации противопожарной защиты (NFPA). Согласно NEC, ответвленная цепь в основном имеет проводник между оконечным устройством защиты от перегрузки по току (OCPD) и электрическими розетками.

      Он требует, чтобы лицензированный электрик должен был установить ответвленную цепь, чтобы обеспечить надежное и безопасное электроснабжение.

      Подробнее: 5 предупредительных знаков, указывающих, когда следует вызвать электрика

      Для чего предназначена ответвленная цепь?

      Ответвленная цепь, защищенная автоматическим выключателем, является очень важной функцией безопасности электропроводки вашего дома.Его основная задача – обеспечить бесперебойное электропитание вашей бытовой техники. Самое главное, параллельная цепь (с помощью автоматического выключателя) идентифицирует, когда подключено слишком много устройств, скажем, на вашей кухне или в гостиной. Он обнаруживает любую неисправность и прекращает подачу электричества.

      Сила тока ответвленной цепи

      Для параллельных цепей действует правило — сила тока проводников ответвления не должна быть меньше нагрузки. А также провода цепи должны выдерживать нагрузку ответвленной цепи.

      В то время как исходные цепи в вашем доме, по всей вероятности, будут правильно подключены, при расширении цепи новая система проводки должна иметь соответствующий манометр для силы тока в цепи.

      Например, медный провод 14 калибра подходит для 15 ампер, медный провод 6 калибра для 60 ампер, а медный провод 2 калибра для 100 ампер. Если вы подсоедините провода, которых недостаточно для силы тока в цепи, это представляет опасность возгорания.

      Чтобы приспособиться к различным типам нагрузки, два типа параллельных цепей, 120 вольт и 240 вольт, различаются по мощности (или силе тока), которую они обеспечивают. В то время как цепи на 120 вольт представляют собой цепи на 15 или 20 ампер, цепи на 240 вольт имеют большую силу тока (30, 40, 50 или 60 ампер).

      Если вы хотите узнать силу тока параллельных цепей, вы можете прочитать этикетку на рычаге каждого автоматического выключателя.

      Подробнее: Бытовая электропроводка: GFI против GFCI

      Типы ответвлений

      Вот различные типы распределительных цепей в вашем доме: 

      • Выделенные цепи для приборов: Выделенные цепи обслуживают только один прибор — будь то электрическая плита, посудомоечная машина, холодильник, сушилка для белья, измельчитель мусора или кондиционер.Это могут быть цепи на 120 или 240 вольт.
      • Цепи освещения: Эти цепи обеспечивают все потребности общего освещения в вашем доме. Одна схема освещения обычно может обслуживать несколько помещений. Однако в большинстве домов таких цепей несколько. Преимущество наличия отдельных цепей освещения от розеточных цепей состоит в том, что если случайно отключится одна цепь, в комнатах будут какие-то средства освещения. Например, вы можете использовать подключаемую лампу для освещения участка с неисправной или отключенной цепью.
      • Цепи розеток: Эти цепи служат для розеток общего назначения. У вас может быть одна цепь, относящаяся к комнате, или две розетки, обслуживающие несколько комнат.
      • Комнатные цепи: Эти схемы отдельных цепей могут обслуживать все источники света и розетки в конкретной комнате. Конечно, это зависит от того, как устроен ваш дом.

      Подробнее: Сколько кухонных розеток нужно вашему дому?

      Ключи на вынос

      Любая цепь, которая простирается от оконечных устройств максимального тока для подачи питания дальше на бытовую технику и гаджеты, является ответвленной цепью.Такая схема может использоваться для обслуживания одиночных двигателей (отдельных приборов), комнатных светильников или многопроводных розеток. Большинство параллельных цепей исходят от щита, а некоторые – от предохранительных выключателей.

      Автор Рамона Синха.
      4 октября 2021 г.

      Рамона — автор контента для Kukun. Этот опытный блогер простыми и емкими словами расшифровывает сложное явление под названием жизнь. Заядлая путешественница, она цифровой кочевник в душе и любительница животных в глубине души.

      Все, что вам нужно знать о проектировании ответвленной проводки

      Насколько надежна электрическая система вашего дома? Ответ может зависеть только от того, насколько хороша конструкция ответвления.

      Что такое проект ответвленной проводки ?

      Конструкция ответвленной проводки относится к схеме цепей, которые снабжают электричеством различные области дома. Ответвленная проводка берет свое начало от сервисного распределительного щита, который имеет две горячие шины и нейтральную шину.

      Цепь может быть подключена к горячей шине или к нейтральной шине, или к обоим, в зависимости от количества электричества, которое должна обеспечить цепь. Например, цепь, подающая 120 вольт электричества, должна подключаться только к одной горячей шине и нейтральной шине.С другой стороны, цепь, подающая 240 вольт электричества, должна подключаться к обеим горячим шинам.

      Начало каждой ответвленной цепи: автоматические выключатели

      Главный автоматический выключатель управляет главной сервисной панелью. Это также первая точка входа, а это значит, что она будет отключена, если возникнут какие-либо проблемы с подачей электроэнергии на главный сервисный щит. Главный автоматический выключатель обычно представляет собой двухполюсный автоматический выключатель на 100–200 ампер, который обеспечивает подачу электроэнергии на 240 вольт, которая затем подается на две горячие шины на 120 вольт, которые проходят вертикально через сервисную панель.

      Два ряда меньших автоматических выключателей расположены ниже основного автоматического выключателя, и эти два выключателя действуют как начало отдельных ответвленных цепей, которые затем проходят в разные комнаты дома. Одиночные выключатели в основном представляют собой выключатели на 120 В, подключенные только к одной горячей шине. Кроме того, в некоторых домах в Чикаго у вас также есть выключатели на 240 вольт, подключенные к двум шинам на 120 вольт.

      Это означает, что все ответвления в вашем доме являются либо 120-вольтовыми цепями, отвечающими за подачу электричества ко всем стандартным розеткам или цепям осветительных приборов, либо 240-вольтовыми цепями, которые обеспечивают электричеством основные приборы, такие как бойлеры, кондиционеры и плиты. .

      Сила тока параллельных цепей

      В вашем доме в Чикаго могут быть ответвления проводки разной конструкции, и вам необходимо знать предлагаемую силу тока.

      120-вольтовые и 240-вольтовые ответвления могут обеспечивать различное количество электроэнергии. Для 120-вольтовых цепей ответвления обычно имеют ток 15 или 20 ампер, но иногда они могут иметь и большую мощность. Здесь действительно нет твердого правила.

      Аналогично, в случае 250-вольтовых цепей сила тока обычно составляет 30, 40 или 50 ампер.Вы можете найти силу тока, написанную на рычаге автоматических выключателей. Также важно убедиться, что провода, подключенные к цепи, способны выдерживать нагрузку ответвленной цепи. В противном случае существует опасность возгорания из-за короткого замыкания. Если вы не знаете тип электрической цепи в вашем доме, рекомендуется проверить первоначальный план расположения или вызвать электрика.

      Как правило, это не проблема, так как исходная ответвительная проводка разработана соответствующим образом. Но в случае, если вы расширяете цепь, вы должны убедиться, что новая проводка выполнена с помощью амперметра цепи.Нередко люди используют неправильный калибр во время проводки.

      Какие существуют различные схемы проводки ответвленных цепей?

      Дом в Чикаго имеет различные типы разводки ответвленных цепей.

      Выделенная электропроводка . Эти типы разводки ответвлений предназначены для использования одним устройством и являются обязательными в соответствии с нормами Чикаго. Обычно это цепи на 120 или 240 вольт, предназначенные для таких приборов, как холодильники, посудомоечные машины, а также кондиционеры.По сути, каждому устройству, имеющему собственный двигатель, потребуется отдельная цепь.

      Lightning Circuit Wiring — Как следует из названия, они предназначены для осветительных приборов в ваших домах. Как правило, схема молниезащиты с одной ответвленной проводкой обслуживает несколько комнат, и в каждом доме есть несколько таких цепей. Преимущество отделения цепей освещения от цепей розеток заключается в том, что в случае отключения одной из цепей освещение в помещении все еще будет доступно для использования.

      Цепи розеток — Эти цепи предназначены для использования в розетках общего пользования. Они относятся либо к одной комнате, либо к нескольким комнатам.

      Комнатные цепи — Многое зависит от того, как спроектирована ответвленная проводка вашего дома в Чикаго. Например, ваш дом в Чикаго может иметь свою схему электропроводки, обеспечивающую питание всех ламп и розеток в комнате по отдельным цепям.

      Если вам нужна универсальная возможность загрузки нескольких электроприборов в вашем доме, вы можете следовать этим методам.Эти ответвительные электрические каналы соответствуют требованиям NEC и обеспечивают надлежащее увеличение нагрузки для жилых зданий.

      Проводники цепи

      В случае, если вы ожидаете увеличения нагрузки на ваш дом в будущем, используйте проводник 12 AWG. Убедитесь, что они защищены автоматическими выключателями на 20 ампер и рассчитаны на стандартную нагрузку 15 ампер.

      Используйте большие проводники

      Большие фазовые проводники помогают свести к минимуму уровни нагрева при питании нелинейных нагрузок.Кроме того, это также повышает эффективность.

      Используйте нейтральные проводники большего диаметра

      Опять же, если вы хотите в будущем увеличить нелинейные нагрузки в своем доме, хорошей идеей будет приобретение больших нейтральных проводников.

      Количество емкостей

      В соответствии с рекомендациями NEC рекомендуется, чтобы расстояние между точками на стене и розеткой прибора составляло более 6 футов.

      Самая большая проблема в данном случае – определить, как будет расставлена ​​мебель в вашем доме.Кроме того, в разных частях вашего дома может быть меньше розеток.

      Итак, используйте розетки Quadraplex в местах, где ожидается большая нагрузка, таких как кухня, прачечная, гостиная (домашний развлекательный комплекс). Когда вы уменьшаете количество розеток для одной цепи, вы также ограничиваете установку и использование чувствительного оборудования. Это также положительно влияет на падение напряжения, вероятность взаимодействия, проводники цепи и снижает вероятность расширения согласных до опасного уровня. Если вы строите новый дом в Чикаго, не забудьте применить современные инженерные решения. Это может помочь вам решить все ваши проблемы с электричеством.

      Что такое ответвления, узлы и циклы с сериями и…

      Каждый шаг в процессе обучения необходим для создания основы для следующего шага. В некоторых случаях это более верно, чем в других случаях. В данном случае это вдвойне верно, так как многие вещи, которые мы обсуждаем сегодня, не будут напрямую применимы к решению схем, но будут абсолютно фундаментальными для понимания структуры схем, что, возможно, является первым шагом в решении схемы.Так что, возможно, я противоречу себе. Но со временем это станет настолько естественным, что даже не будет осознанным шагом.

      Первая часть схемы, которую мы собираемся обсудить, — это ответвления. Ответвление — это общий термин, обозначающий один элемент в цепи. Это может быть источник напряжения, резистор, конденсатор, катушка индуктивности или что-то еще. Он охватывает любой двухполюсник. Более сложные устройства, такие как операционные усилители или микроконтроллеры, не подходят под термин «ветвь», но ничего страшного, мы пока не будем иметь дело с чем-то настолько сложным.

      Второй частью цепи является узел. Это точка соединения между двумя или более ветвями. Хорошим способом думать об этом может быть соединение, где токи втекают и вытекают в зависимости от разных ветвей. Узлы являются важной частью анализа и проектирования схемы, поэтому давайте рассмотрим пару примеров того, что такое узлы:

      Наконец, последняя часть схемы, которая важна для нас в данный момент, — это контур. Петля — это замкнутый путь в цепи. Замкнутый путь означает, что он начинается в узле, проходит через другие узлы и заканчивается в том же узле, не проходя через какой-либо другой узел дважды.Обратите внимание, что определение является гибким в том смысле, что вы можете включать больше узлов или исключать узлы, если вы не проходите через один и тот же узел дважды, кроме начального/конечного узла. Давайте посмотрим на пример одной и той же цепи и двух разных петель, которые перекрываются.

      Это важно, потому что при анализе цепей у вас есть преимущество в том, что вы можете выбирать контуры, которые наилучшим образом соответствуют ситуации, но есть недостаток, заключающийся в том, что они немного сложнее, поскольку вам нужно убедиться, что ваши контуры имеют математический смысл. и в сочетании друг с другом.С большой гибкостью приходит большая ответственность.

      Теперь, когда мы рассмотрели эти термины и, в частности, узнали, что такое узлы, мы можем поговорить о последовательных и параллельных ответвлениях.

      Последовательное и параллельное

      Ветвь или элемент с двумя клеммами соединены последовательно с одной или несколькими другими ветвями, когда они используют только один узел и пропускают одинаковую величину тока. Обычно они выглядят так, как будто они соединены последовательно, один за другим, как цепочка.Лучший способ описать это, вероятно, с помощью нескольких изображений.

      Как вы можете видеть на первом изображении, есть две ветви, обе резисторы, и между ними есть узел, который является исключительным для этих двух ветвей. Таким образом, любой ток, протекающий через один резистор, будет протекать через другой.

      На втором изображении три ответвления, два резистора сверху и один резистор снизу. Это более сложный пример, поскольку есть один узел, к которому подключены все три ветви.Если посмотреть на это с одной стороны, сгруппировав два верхних резистора, то два верхних резистора включены последовательно с нижним резистором. Любой ток, протекающий через эти верхние резисторы, будет протекать через нижний резистор, поэтому оба этих верхних резистора включены последовательно с нижним резистором. Важно отметить, что только один из этих резисторов наверху – это , а не последовательно с нижним резистором, это , оба из этих резисторов наверху последовательно с одним резистором внизу.

      Ветки параллельны, когда два или более двухполюсных элемента подключены к одним и тем же двум узлам. В этом случае не имеет значения, подключены ли другие вещи к любому из этих узлов — пока оба элемента двухполюсника подключены к одним и тем же узлам, они параллельны. В то время как последовательные устройства имеют одинаковый ток через них, параллельные устройства имеют одинаковое напряжение на них. Еще раз, некоторые изображения, надеюсь, помогут.

      Как вы можете легко видеть на первом и втором изображениях, эти ветви, снова представленные резисторами, имеют обе стороны своих узлов.На втором изображении, несмотря на то, что ветвей больше, все они имеют одни и те же два узла, поэтому все они параллельны. Однако третье изображение немного усложняет ситуацию. Есть два последовательно соединенных резистора, и эти два последовательно соединенных резистора параллельны одному резистору. Иногда сложные массивы резисторов или любые другие ответвления можно легко упростить, если вы можете распознавать такие вещи.

      Прежде чем мы будем слишком взволнованы, нам нужно помнить, что не все происходит последовательно или параллельно, но это происходит достаточно часто, так что вы не только должны, но и почти наверняка станете естественным в идентификации и получении информации из последовательностей и параллелей. схемы.

      Помимо знания того, что последовательные ветви имеют общий ток, а параллельные ветви имеют одинаковое напряжение на них, одна из важных причин важности параллельных и последовательных компонентов заключается в том, что их обычно можно упростить. Давайте рассмотрим, как это сделать, и я хотел бы отметить, что это применимо только к резисторам, хотя позже принципы будут довольно хорошо перенесены на другие компоненты.

      Чтобы упростить последовательные резисторы, просто сложите их вместе. Это очень просто и безболезненно.Это также имеет смысл – если электричество должно сначала пройти через один резистор, а затем через другой, оно должно пробиться через сопротивление обоих из них. Давайте посмотрим на несколько очень быстрых примеров.

      Упрощение параллельных резисторов немного сложнее, но все же просто, и есть даже случаи, когда шаги можно упростить еще больше. В общем, чтобы рассчитать эквивалентное сопротивление параллельных резисторов, вы просто используете это уравнение:

      Это очень просто, если у вас есть калькулятор, а у нас есть инструмент, который делает это еще проще, но самая распространенная ошибка, которую мы видим, это забывание инвертировать сумму, в основном забывая левую часть уравнения. Убедитесь, что вы не пропустите этот шаг! Тем не менее, самое главное — получить интуитивное представление об этом. Одна вещь, которую вы должны понимать, заключается в том, что параллельные резисторы создают эквивалентное сопротивление, меньшее, чем сопротивление наименьшего резистора. И чем больше резисторов вы соедините параллельно, тем меньше будет общее сопротивление.

      Есть два случая, когда вы можете упростить это уравнение. Дело в том, что у вас всего два резистора. Тогда уравнение упрощается до:

      В последнем случае, если два резистора имеют одинаковое сопротивление, то эквивалентное сопротивление составляет половину двух резисторов.Вы можете подставить любое число в любое уравнение и доказать это себе, если вы недоверчивый тип.

      Резюме

      Теперь мы на шаг ближе к тому, чтобы анализировать существующие схемы и разрабатывать собственные! Мы узнали несколько важных терминов об электронных схемах и теперь можем идентифицировать ветви, узлы и петли. Мы использовали наши знания о ветвях и узлах, чтобы узнать о последовательных и параллельных цепях, о том, как их идентифицировать и как их упростить. Мы скоро воспользуемся нашими знаниями о петлях, когда узнаем о законах тока и напряжения Кирхгофа (KCL и KVL соответственно), двух больших частях анализа цепей, которые откроют огромный сундук с инструментами для вашего электронного арсенала.Однако, прежде чем мы узнаем о KCL и KVL, осталось узнать о различных источниках питания в нашем следующем руководстве.

      Метод ответвленного тока | Анализ сети постоянного тока

      Первый и наиболее простой метод сетевого анализа называется Метод ветвления тока . В этом методе мы предполагаем направления токов в сети, а затем пишем уравнения, описывающие их отношения друг к другу с помощью законов Кирхгофа и Ома. Если у нас есть одно уравнение для каждого неизвестного тока, мы можем решить одновременные уравнения и определить все токи и, следовательно, все падения напряжения в сети.

      Решение с использованием метода ветвления тока

      Давайте используем эту схему для иллюстрации метода:

      Выбор узла

      Первый шаг — выбрать узел (соединение проводов) в цепи, чтобы использовать его в качестве точки отсчета для наших неизвестных токов. Я выберу узел, соединяющий правую часть R 1 , верхнюю часть R 2 и левую часть R 3 .

      В этом узле угадайте, в каком направлении текут три провода, обозначив три тока как I 1 , I 2 и I 3 соответственно.Имейте в виду, что эти направления тока являются спекулятивными на данный момент. К счастью, если выяснится, что какое-либо из наших предположений было неверным, мы узнаем об этом, когда будем математически решать токи (любые «неправильные» направления тока будут отображаться в нашем решении как отрицательные числа).

      Применить действующий закон Кирхгофа (KCL)

      Закон тока Кирхгофа (KCL) говорит нам, что алгебраическая сумма токов, входящих в узел и выходящих из него, должна равняться нулю, поэтому мы можем связать эти три тока (I 1 , I 2 и I 3 ) с каждым другое в одном уравнении. Ради соглашения я буду обозначать любой текущий , входящий в узел, как положительный по знаку, а любой текущий , выходящий из узла, как отрицательный по знаку:

      Этикетка Все падение напряжения

      Следующим шагом является маркировка всех полярностей падения напряжения на резисторах в соответствии с предполагаемыми направлениями токов. Полярность положительная, когда ток входит в резистор, и отрицательная, когда он выходит из резистора:

      Полярность батарей, конечно же, остается такой же, как и в соответствии с их символикой (короткий конец отрицательный, длинный конец положительный).Это нормально, если полярность падения напряжения на резисторе не совпадает с полярностью ближайшей батареи, при условии, что полярность напряжения на резисторе правильно основана на предполагаемом направлении тока через него. В некоторых случаях мы можем обнаружить, что ток будет вынужден обратно через батарею, вызывая именно этот эффект. Здесь важно помнить, что все ваши полярности резисторов и последующие расчеты должны основываться на первоначально предполагаемых направлениях тока (токов). Как указывалось ранее, если ваше предположение окажется неверным, это станет очевидным, как только уравнения будут решены (посредством отрицательного решения).Однако величина решения все равно будет правильной.

      Применение закона напряжения Кирхгофа (KVL)

      Закон Кирхгофа о напряжении (KVL) говорит нам, что алгебраическая сумма всех напряжений в контуре должна равняться нулю, поэтому мы можем составить больше уравнений с током (I 1 , I 2 и I 3 ) для наши одновременные уравнения. Чтобы получить уравнение КВЛ, мы должны подсчитать падения напряжения в петле цепи, как если бы мы измеряли настоящим вольтметром.Сначала я выберу трассировку левой петли этой схемы, начиная с левого верхнего угла и двигаясь против часовой стрелки (выбор начальных точек и направлений произвольный). Результат будет выглядеть так:

      Завершив нашу трассировку левого шлейфа, мы складываем эти показания напряжения вместе, чтобы получить сумму, равную нулю:

      Конечно, мы еще не знаем, каково напряжение на R 1 или R 2 , поэтому мы не можем сейчас вставить эти значения в уравнение в виде числовых значений. Однако мы делаем знаем, что все три напряжения должны алгебраически складываться с нулем, так что уравнение верно. Мы можем пойти еще дальше и выразить неизвестные напряжения как произведение соответствующих неизвестных токов (I 1 и I 2 ) и соответствующих им сопротивлений, следуя закону Ома (E=IR), а также исключить 0 условия:

      Поскольку мы знаем номиналы всех резисторов в омах, мы можем просто подставить эти цифры в уравнение, чтобы немного упростить задачу:

      Вам может быть интересно, почему мы пошли на все трудности, манипулируя этим уравнением из его первоначальной формы (-28 + E R2 + E R1 ).В конце концов, последние два члена до сих пор неизвестны, так какой смысл выражать их через неизвестные напряжения или через неизвестные токи (умноженные на сопротивления)? Цель этого состоит в том, чтобы получить уравнение KVL, выраженное с использованием 90 165 тех же неизвестных переменных 90 166, что и уравнение KCL, поскольку это является необходимым требованием для любого метода совместного решения уравнения. Чтобы решить для трех неизвестных токов (I 1 , I 2 и I 3 ), мы должны иметь три уравнения, связывающие эти три тока (не напряжения !) вместе.

      Применяя те же действия к правому контуру схемы (начиная с выбранного узла и двигаясь против часовой стрелки), мы получаем другое уравнение КВЛ:

      Зная теперь, что напряжение на каждом резисторе может быть, а должно быть равно , выраженному как произведение соответствующего тока и (известного) сопротивления каждого резистора, мы можем переписать уравнение следующим образом:

      Поиск неизвестного

      Теперь у нас есть математическая система из трех уравнений (одно уравнение ККЛ и два уравнения КВЛ) и трех неизвестных:

      Для некоторых методов решения (особенно для любого метода, использующего калькулятор) полезно выражать каждый неизвестный член в каждом уравнении с любым постоянным значением справа от знака равенства и с любыми «единичными» членами, выраженными явным образом. коэффициент 1.Переписав уравнения снова, мы имеем:

      Используя любые доступные нам методы решения, мы должны прийти к решению для трех неизвестных текущих значений:

      Итак, I 1 — 5 ампер, I 2 — 4 ампера, а I 3 — отрицательный 1 ампер. Но что означает «отрицательный» ток? В данном случае это означает, что наше предполагаемое направление для I 3 было противоположно его реальному направлению .Возвращаясь к нашей исходной схеме, мы можем перерисовать стрелку тока для I 3 (и перерисовать полярность падения напряжения R 3 , чтобы она соответствовала):

      Перерисовать схему

      Обратите внимание, как ток проталкивается назад через батарею 2 (электроны текут «вверх») из-за более высокого напряжения батареи 1 (чей ток направлен «вниз», как обычно)! Несмотря на то, что полярность батареи B2 пытается протолкнуть электроны вниз в этой ветви цепи, электроны вынуждены проходить через нее обратно из-за более высокого напряжения батареи B1. Означает ли это, что более сильная батарея всегда будет «выигрывать», а более слабая батарея всегда будет пропускать через себя ток в обратном направлении? Нет! На самом деле это зависит как от относительного напряжения батарей , так и от значений резистора в цепи. Единственный верный способ определить, что происходит, — это потратить время на математический анализ сети.

      Расчет падения напряжения на всех резисторах

      Теперь, когда мы знаем величину всех токов в этой цепи, мы можем рассчитать падение напряжения на всех резисторах по закону Ома (E=IR):

      Анализ сети с помощью SPICE

      Давайте теперь проанализируем эту сеть, используя SPICE, чтобы проверить наши значения напряжения.Мы могли бы также анализировать ток с помощью SPICE, но так как это требует добавления в цепь дополнительных компонентов, и поскольку мы знаем, что если все напряжения одинаковы и все сопротивления одинаковы, то все токи должны быть равны . то же самое, я выберу менее сложный анализ. Вот перерисовка нашей схемы с номерами узлов для ссылок SPICE:

      пример сетевого анализа
       v1 1 0
       v2 3 0 dc 7
       р1 1 2 4
       г2 2 0 2
       р3 2 3 1
       .постоянный ток v1 28 28 1
       .print DC v (1,2) v (2,0) v (2,3)
       .конец
       v1 v(1,2) v(2) v(2,3)
       2.800E+01 2.000E+01 8.000E+00 1.000E+00
       

      Конечно же, все значения напряжения оказываются одинаковыми: 20 вольт на R 1 (узлы 1 и 2), 8 вольт на R 2 (узлы 2 и 0) и 1 вольт на R 3 (узлы 2 и 3). Обратите внимание на знаки всех этих цифр напряжения: все они положительные! SPICE основывает свои полярности на порядке, в котором перечислены узлы, первый узел является положительным, а второй — отрицательным.Например, положительная цифра (+) 20 вольт между узлами 1 и 2 означает, что узел 1 положителен по отношению к узлу 2. Если бы цифра оказалась отрицательной при анализе SPICE, мы бы знали, что наша фактическая полярность была «назад» (узел 1 отрицателен по отношению к узлу 2). Проверяя порядок узлов в списке SPICE, мы видим, что все полярности соответствуют тому, что мы определили с помощью метода анализа Branch Current.

      ОБЗОР:

      • Шаги для метода анализа «Ток ответвления»:
        • Выберите узел и предположите направления токов.
        • Напишите уравнение KCL, связывающее токи в узле.
        • Маркировка полярности падения напряжения на резисторе на основе предполагаемых токов.
        • Напишите уравнения KVL для каждого контура цепи, заменяя E произведением IR в каждом сопротивлении резисторов уравнений.
        • Решение для неизвестных токов ветвей (одновременные уравнения).
        • Если какое-либо решение отрицательное, то предполагаемое направление тока для этого решения неверно!
        • Определите падение напряжения на всех резисторах (E=IR).

      СВЯЗАННЫЙ РАБОЧИЙ ЛИСТ:

      Устранение общих нейтралей для повышения эффективности и безопасности —

      Питер Лафреньер, менеджер по продукции, кабель MC Plus

      За последнее десятилетие требования, предъявляемые к электроэнергии, выросли. Критически важные бизнес-функции становятся все более зависимыми от непрерывной подачи электроэнергии, а технологические достижения только усугубляют эту ситуацию. Для обеспечения безопасности технических специалистов и требований отрасли в правила Национального электротехнического кодекса (NEC) были внесены изменения и модификации.В результате может быть сложно ориентироваться в изменяющихся правилах, которые гарантируют, что цепи, питающие критические нагрузки, безопасны, стабильны и эффективны. В этой статье будут рассмотрены экономичные, совместимые с NEC варианты разводки ответвленных цепей для различных систем распределения электроэнергии.

      Что такое многопроводная ответвленная цепь? Многопроводная ответвленная цепь — это ответвленная цепь с общей нейтралью. Это означает наличие двух или более незаземленных (горячих) фазных или системных проводников с напряжением между ними и общей нейтралью.

      Многопроводные ответвления

      используются в офисах, больницах, отелях, высотных жилых домах или аналогичных объектах для различных систем распределения электроэнергии, включая освещение, устройства и розетки.

      Каковы требования к многопроводным ответвлениям? Национальный электротехнический кодекс (NEC) предписывает одновременное отключение многожильных ответвленных цепей, которые подают электроэнергию более чем к одному устройству в одной и той же цепи. Чтобы быть более конкретным, NEC® 210.4(B) Средства отключения гласит: «Каждая многопроводная ответвленная цепь должна быть снабжена средством, которое одновременно отключает все незаземленные проводники в точке, где начинается ответвленная цепь».

      Проще говоря, «правило одновременного отключения» означает, что все проводники цепи, на многопроводной ответвленной цепи, независимо от того, проводятся ли в них работы, должны быть отключены при проведении на них работ. Как следствие, возникает неудобство, связанное с нарушением обслуживания в незатронутых районах, снабжаемых соответствующими ответвленными цепями.

      Назначение одновременных разъединителей Многопроводные ответвления могут быть опасны, когда не обесточены все незаземленные проводники цепи и проводятся работы с оборудованием, питаемым от многопроводной цепи. Электрики подвергаются риску поражения электрическим током и травм при работе с оборудованием, питаемым от многопроводной ответвленной цепи. Цепь все еще может находиться под напряжением во время выполнения работ или, возможно, не был соблюден надлежащий протокол для отключения системы.Одновременные отключения снижают риск и избавляют от догадок при обеспечении безопасных условий обслуживания.

      Однако за последнее десятилетие электротехническая промышленность отошла от многопроводных ответвленных цепей, чтобы избежать неизбирательного отключения питания. Для некоторых бизнес-операций просто невозможно отключение, необходимое для безопасного обслуживания. Например, рассмотрим случай отключения питания в централизованном месте в больнице, и питание освещения у коек пациентов отключается по всему учреждению.Обслуживание не может быть прервано для цепей, питающих критические нагрузки.

      В качестве альтернативы, использование отдельных ответвленных цепей с выделенной нейтралью для каждого незаземленного проводника цепи обеспечивает независимое отключение каждой цепи. Отказ в одной цепи не повлияет отрицательно на другую.

      Как? Опцией является установка нейтрали для каждого незаземленного проводника ответвленной цепи. После этого ответвленная цепь больше не является «многопроводной», и одновременное отключение не требуется.Заменяя кабель с внутренней прокладкой, кабель типа MC с нейтралью на каждую фазу устраняет общие нейтрали и позволяет электрическим системам продолжать работать, пока ремонт или техническое обслуживание выполняется в одной цепи, не затрагивая другие ответвленные цепи в кабеле. Выделенная нейтраль для каждого проводника фазы позволяет электрикам иметь большую гибкость в своей работе, поскольку срабатывает только соответствующий однофазный выключатель. Дополнительные преимущества:

      Повышенная безопасность — Безопасность находится в авангарде требований NEC к одновременным отключениям.Риск травмы и поражения электрическим током высок для электриков, обслуживающих оборудование, когда нейтральные провода могут оставаться под напряжением даже после выполнения надлежащих процедур блокировки/маркировки или когда они ошибочно думают, что обе фазы и нейтраль отключены.

      Несмотря на то, что электрики могут вносить различные модификации, чтобы избежать опасностей, связанных с общей нейтралью, в том числе обучающие и предупреждающие знаки на электрических панелях, нейтральные пофазные кабели существенно снижают этот риск.

      Простота использования — Поскольку срабатывает только затронутый однофазный выключатель, кабели типа MC с нейтралью на каждую фазу не только сокращают время, необходимое электрикам для выявления и отслеживания неисправной цепи, но и сокращают продолжительность ненужных отключений.Выгода от этого двоякая. Операторы зданий могут быть уверены, что их объекты будут продолжать функционировать с меньшим риском простоев во время проведения технического обслуживания, а электрики повысят свою эффективность и сократят расходы на рабочую силу.

      Сокращение затрат – Нейтральные кабели на каждую фазу обеспечивают как экономию времени на установку, так и экономию времени на техническое обслуживание. Вместо прокладки двух отдельных цепей техническим специалистам теперь требуется прокладывать только один кабель с несколькими цепями, а также заделывать, подсоединять и закреплять один кабель вместо двух.

      Некоторые производители предлагают нейтральные пофазные кабели из алюминиевой брони. Алюминиевая броня имеет свои преимущества, поскольку она легче стали, материала, который чаще используется в кабелях. Технический персонал может более легко перемещать и размещать более легкие алюминиевые кабели, что повышает их эффективность в работе. Алюминий также по своей сути соответствует требованиям RoHS. RoHS (Ограничение использования опасных веществ), также известная как Директива 2002/95/EC, возникла в Европейском Союзе и ограничивает использование определенных опасных материалов, содержащихся в электрических и электронных продуктах.

      Сокращенные гармонические искажения – Нейтраль на каждую фазу Кабели типа MC также идеально подходят для приложений, в которых гармонические искажения являются проблемой из-за общей нейтрали. Яркими примерами являются компьютеры, частотно-регулируемые приводы, электрическое испытательное оборудование и офисное оборудование. Проводка ответвления к компьютерам и другому электронному оборудованию может создавать добавочные гармонические токи от нелинейных коммутационных нагрузок.

      Когда на нейтрали накапливается ток, нейтраль может перегреваться.Дополнительный ток усугубит проблему, когда несколько цепей подключены к общей нейтрали, и произойдет накопление. Это накопление повреждает проводник, что оказывает неблагоприятное воздействие на оборудование, ухудшает качество электроэнергии и, в конечном итоге, требует замены.

      Кабели

      с нейтралью по фазам могут смягчить эти гармонические искажения за счет уменьшения токов в нейтральном проводнике.

      Независимо от того, используются ли в вашей установке многожильные ответвления или нейтраль на каждую фазу, необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать рисков и травм на рабочем месте.Учитывайте рентабельность труда и расходных материалов.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.