Prvky elektrických obvodů.

Elektromagnetické procesy probíhající v elektrických zařízeních jsou obvykle poměrně složité. V mnoha případech však lze jejich hlavní charakteristiky popsat pomocí takových integrálních pojmů, jako jsou: napětí, proud, elektromotorická síla (EMF). Při tomto přístupu je za elektrický obvod považován soubor elektrických zařízení, sestávající z vhodně připojených zdrojů a přijímačů elektrické energie, určených pro výrobu, přenos, rozvod a přeměnu elektrické energie a (nebo) informací. Elektrický obvod se skládá z jednotlivých částí (předmětů), které plní specifické funkce a nazývají se obvodové prvky. Hlavními prvky obvodu jsou zdroje a přijímače elektrické energie (signály). Elektrická zařízení produkující elektrickou energii se nazývají generátory nebo zdroje elektrické energie a zařízení, která ji spotřebovávají, se nazývají přijímače (spotřebiče) elektrické energie.

Každý prvek obvodu může mít určitý počet svorek (pólů), kterými je spojen s dalšími prvky. Existují dva a vícepólové prvky. Obvody se dvěma svorkami mají dvě svorky. Patří sem zdroje energie (s výjimkou řízených a vícefázových), rezistory, induktory, kondenzátory. Vícepólové prvky jsou například triody, transformátory, zesilovače atd.

Všechny prvky elektrického obvodu lze rozdělit na aktivní a pasivní. Prvek, který ve své struktuře obsahuje zdroj elektrické energie, se nazývá aktivní. Pasivní prvky zahrnují prvky, ve kterých je energie rozptýlena (odpory) nebo akumulována (tlumivky a kondenzátory). Mezi hlavní charakteristiky obvodových prvků patří jejich proudově napěťové, Weberovy a coulombovské napěťové charakteristiky, popsané diferenciálními a/nebo algebraickými rovnicemi. Pokud jsou prvky popsány lineárními diferenciálními nebo algebraickými rovnicemi, pak se nazývají lineární, jinak patří do třídy nelineárních. Přísně vzato, všechny prvky jsou nelineární. Možnost považovat je za lineární, což výrazně zjednodušuje matematický popis a analýzu procesů, je určena hranicemi změn proměnných, které je charakterizují, a jejich četností. Koeficienty spojující proměnné, jejich derivace a integrály v těchto rovnicích se nazývají parametry prvku.

Pokud parametry prvku nejsou funkcemi prostorových souřadnic, které určují jeho geometrické rozměry, pak se nazývá prvek se soustředěnými parametry. Pokud je prvek popsán rovnicemi, které zahrnují prostorové proměnné, pak patří do třídy prvků s distribuovanými parametry. Klasickým příkladem posledně jmenovaného je vedení pro přenos energie (dlouhé vedení).

Obvody obsahující pouze lineární prvky se nazývají lineární. Přítomnost alespoň jednoho nelineárního prvku v obvodu jej klasifikuje jako nelineární.

Zvažme pasivní prvky obvodu, jejich hlavní charakteristiky a parametry.

1. Odporový prvek (rezistor)

Konvenční grafické znázornění rezistoru je na Obr. 1, a. Rezistor je pasivní prvek vyznačující se odporovým odporem. Ten je určen geometrickými rozměry tělesa a vlastnostmi materiálu: měrný odpor r (Ohm ? m) nebo převrácená hodnota – vodivost (S/m).

V nejjednodušším případě vodiče o délce a průřezu S je jeho odpor určen výrazem

Obecně určování odporu zahrnuje výpočet pole ve vodivém médiu oddělujícím dvě elektrody.

Hlavní charakteristikou odporového prvku je závislost (nebo), nazývaná charakteristika proud-napětí (voltampérová charakteristika). Pokud je závislost přímka procházející počátkem souřadnic (viz obr. 1, b), pak se rezistor nazývá lineární a je popsán vztahem

kde je vodivost. V tomto případě R=konst.

Nelineární odporový prvek, jehož proudově-napěťová charakteristika je nelineární (obr. 1, b), jak bude ukázáno v bloku přednášek věnovaných nelineárním obvodům, se vyznačuje několika parametry. Zejména odpor bez setrvačnosti je přizpůsoben statickému a diferenciálnímu odporu.

2. Indukční prvek (induktor)

Konvenční grafické znázornění induktoru je znázorněno na Obr. 2, a. Cívka je pasivní prvek vyznačující se indukčností. Pro výpočet indukčnosti cívky je nutné vypočítat magnetické pole, které vytváří.

Indukčnost je určena poměrem vazby toku k proudu procházejícímu závity cívky,

Vazba toku se zase rovná součtu součinů toku procházejícího závity a počtu těchto závitů, kde .

Hlavní charakteristikou induktoru je vztah nazývaný charakteristika Weber-amp. U lineárních induktorů je závislost přímka procházející počátkem souřadnic (viz obr. 2,b); ve stejnou dobu

Nelineární vlastnosti induktoru (viz křivka na obr. 2b) jsou dány přítomností jádra z feromagnetického materiálu, pro které je závislost magnetické indukce na intenzitě pole nelineární. Bez zohlednění jevu magnetické hystereze se nelineární cívka vyznačuje statickou a diferenciální indukčností.

3. Kapacitní prvek (kondenzátor)

Konvenční grafické znázornění kondenzátoru je na Obr. 3, a.

Kondenzátor je pasivní prvek charakterizovaný kapacitou. Pro výpočet posledně jmenovaného je nutné vypočítat elektrické pole v kondenzátoru. Kapacita je určena poměrem náboje q na deskách kondenzátoru k napětí u mezi nimi

a závisí na geometrii desek a vlastnostech dielektrika umístěného mezi nimi. Většina v praxi používaných dielektrik je lineárních, tzn. mají relativní dielektrickou konstantu = konst. V tomto případě je závislost přímka procházející počátkem souřadnic (viz obr. 3,b) a

U nelineárních dielektrik (feroelektrik) je dielektrická konstanta funkcí intenzity pole, což způsobuje nelinearitu závislosti (obr. 3b). V tomto případě, bez zohlednění jevu elektrické hystereze, je nelineární kondenzátor charakterizován statickými a diferenciálními kapacitami.

Ekvivalentní obvody pro zdroje elektrické energie

Vlastnosti zdroje elektrické energie popisuje charakteristika proud-napětí, nazývaná vnější charakteristika zdroje. Dále v této části budou pro zjednodušení analýzy a matematického popisu uvažovány zdroje konstantního napětí (proudu). Všechny z toho vyplývající zákony, pojmy a ekvivalentní obvody však plně platí pro zdroje střídavého proudu. Proudově-napěťovou charakteristiku zdroje lze určit experimentálně na základě schématu uvedeného na Obr. 4, a. Voltmetr V zde měří napětí na svorkách 1-2 zdroje I a ampérmetr A z něj odebíraný proud I, jehož hodnotu lze měnit pomocí proměnného zatěžovacího odporu (reostatu) R N.

V obecném případě je proudově-napěťová charakteristika zdroje nelineární (křivka 1 na obr. 4b). Má dva charakteristické body, které odpovídají:

a – klidový režim;

b – režim zkratu.

U většiny zdrojů je režim zkratu (někdy bez zátěže) nepřijatelný. Proudy a napětí zdroje se obvykle mohou měnit v určitých mezích, výše omezených hodnotami odpovídajícími jmenovitému režimu (režim, ve kterém výrobce zaručuje nejlepší podmínky pro jeho provoz z hlediska účinnosti a dlouhé životnosti). To umožňuje v řadě případů pro zjednodušení výpočtů aproximovat nelineární charakteristiku proud-napětí v pracovním úseku mn (viz obr. 4, b) přímky, jejíž poloha je určena pracovním intervaly změn napětí a proudu. Je třeba poznamenat, že mnoho zdrojů (voltaické články, baterie) má lineární charakteristiku proud-napětí.

Řádek 2 na Obr. 4b je popsána lineární rovnicí

kde je napětí na svorkách zdroje při vypnuté zátěži (otevřený klíč K v obvodu na obr. 4a); — vnitřní odpor zdroje.

Rovnice (1) umožňuje vytvořit sekvenční obvod náhrady zdroje (viz obr. 5,a). V tomto diagramu symbol E označuje prvek nazývaný ideální zdroj emf. Napětí na svorkách tohoto prvku nezávisí na proudu zdroje, proto mu odpovídá charakteristika proud-napětí na obr. 5. Obr. 1, b. Na základě (XNUMX) z takového zdroje. Všimněte si, že směry EMF a napětí na svorkách zdroje jsou opačné.

Pokud je proudově-napěťová charakteristika zdroje lineární, pak pro určení parametrů jeho ekvivalentního obvodu je nutné měřit napětí a proud pro libovolné dva režimy jeho provozu.

Existuje také ekvivalentní obvod paralelního zdroje. Abychom to popsali, rozdělíme levou a pravou stranu vztahu (1) . V důsledku toho dostáváme

Kde ; — vnitřní vodivost zdroje.

Rovnice (2) odpovídá ekvivalentnímu obvodu zdroje na Obr. 6, a.

V tomto diagramu symbol J označuje prvek zvaný ideální zdroj proudu. Proud ve větvi s tímto prvkem je roven a nezávisí na napětí na svorkách zdroje, proto mu odpovídá proudově-napěťová charakteristika na obr. 6; 2, b. Na tomto základě s přihlédnutím k (XNUMX) z takového zdroje, tzn. jeho vnitřní odpor.

Všimněte si, že v konstrukčním plánu, pokud je podmínka splněna, jsou ekvivalentní obvody sekvenčního a paralelního zdroje ekvivalentní. Z hlediska energie se však liší, protože v režimu naprázdno pro sériový ekvivalentní obvod je výkon nulový, ale pro paralelní obvod není.

Kromě uvedených provozních režimů zdroje je v praxi důležitý koordinovaný provozní režim, ve kterém je maximální výkon spotřebováván zátěží RN ze zdroje.

Podmínkou pro tento režim

Na závěr poznamenáváme, že v souladu s charakteristikou proud-napětí na Obr. 5,ba 6,b ideální zdroje EMF a proudu jsou zdroje nekonečně velkého výkonu.

Základy teorie obvodů: Učebnice. pro univerzity / G.V. Zeveke, P.A. – 5. vyd., revidováno. –M.: Energoatomizdat, 1989. -528 s.
Bessonov L.A. Teoretické základy elektrotechniky: Elektrické obvody. Učebnice pro studenty elektrotechnických, energetických a přístrojových specializací vysokých škol. –7. vyd., revidováno. a doplňkové –M.: Vyšší. škola, 1978. –528 s.
Teoretické základy elektrotechniky. Učebnice pro univerzity. Ve třech svazcích. vyd. K.M.Polivanová. T.1. K.M.Polivanov. Lineární elektrické obvody se soustředěnými konstantami. –M.: Energie, 1972. –240 s.
Kaplyansky A.E. a další Teoretické základy elektrotechniky. Ed. 2. Učebnice manuál pro elektrotechnické a energetické obory na vysokých školách. –M.: Vyšší. škola, 1972. –448 s.

Testové otázky a úkoly

Mohou vnější charakteristiky zdroje procházet původem?
Který režim (nečinnost nebo zkrat) je nouzový pro zdroj proudu?
Jaká je ekvivalence a rozdíly mezi ekvivalentními obvody sériového a paralelního zdroje?
Určete indukčnost L a energii magnetického pole WM cívky, jestliže při proudu v ní I = 20 A je vazba toku y = 2 Wb. Odpověď: L = 0,1 H; WM=40 J.
Určete kapacitu C a energii elektrického pole WE kondenzátoru, jestliže při napětí na jeho deskách U = 400 V je náboj kondenzátoru q = 0,2? 10-3 třída. Odpověď: C=0,5 uF; WE = 0,04 J.
U stejnosměrného generátoru se zatěžovacím proudem I1=50A je napětí na svorkách U1=210V a přítok rovný I2=100A klesne na U2=190V.
Určete parametry ekvivalentního obvodu zdrojové řady a zkratový proud. Odpověď:
Odvoďte vztahy (3) a (4) a určete maximální výkon dodávaný do zátěže podle podmínek předchozí úlohy. Odpověď:

Co je UPS
Rozdíl mezi zdroji
Jak vypočítat výkon
Před zapnutím UPS
Knihovna UPS
Žádost o cenu UPS

Moskva, vnitřní území Městská část Solntsevo,
sh. Kievskoye, km 22, dvld. 6, str. 1, kancelářský park Comcity
Obecný e-mail oddělení: [email protected]

JSC NTC “Landata” OGRN: 1027739021650 INN: 7731253031

Seznam prvků se výrazně liší od specifikace – označuje pouze použité elektronické součástky. Seznam prvků se provádí na samostatných listech formátu A4 (210×297 mm) ve formě tabulky (viz obrázek 1).

Seznam prvků se umístí na první list schématu nebo se provede jako samostatný dokument. Seznam prvků je v tomto případě povoleno provést přímo na výkresu (nad hlavním nápisem) pouze v případě, že je výkres vyhotoven na jednom listu formátu A4 (210 x 297 mm). V ostatních případech není vytváření seznamu prvků přímo na výkrese přípustné.

Další informace o návrhu schématu elektrického obvodu zobrazíte kliknutím na odkaz: Pravidla pro návrh schématu elektrického obvodu.

U elektronických dokumentů se seznam prvků provádí pouze ve formě samostatného dokumentu. V případě vývoje elektronické struktury produktu v souladu s GOST 2.053 se doporučuje získat z něj seznam prvků ve formě zprávy vypracované v souladu s požadavky GOST 2.701-2008.

Při vytváření seznamu prvků na prvním listu schématu je obvykle umístěn nad hlavním nápisem. Vzdálenost mezi seznamem prvků a hlavním nápisem musí být minimálně 12 mm. Pokračování seznamu prvků je umístěno vlevo od hlavního nápisu a opakuje se v záhlaví tabulky.

Seznam prvků je zaznamenán ve specifikaci za diagramem, ke kterému je vydán (viz obrázek 2).

Při vydávání seznamu prvků ve formě samostatného dokumentu se jeho kód musí skládat z písmene „P“ a kódu obvodu, pro který je seznam vydán, například kód seznamu prvků pro el. schéma zapojení – PE3. Současně hlavní nápis označuje název produktu a název dokumentu „Seznam prvků“. Pokud seznam obsahuje pouze jeden list, pak ve sloupci razítka „Listy“ píší – 1 a ve sloupci „Listy“ není uvedeno nic. Hlavní nápis a další sloupce k němu se provádějí v souladu s GOST 2.104 (formuláře 2 a 2a) – (viz obrázek 3).

Sloupce tabulky označují následující údaje:

ve sloupci „Poz. označení“ – polohová označení prvků, zařízení a funkčních skupin;
ve sloupci „Název“ – pro prvek (zařízení) – název v souladu s dokumentem, na jehož základě je tento prvek (zařízení) použit, a označení tohoto dokumentu (hlavní konstrukční dokument, mezistátní norma, Ruská federace norma, norma organizace, technické specifikace) ; — pro funkční skupinu — jméno;
ve sloupci „Poznámka“ – doporučuje se uvést technické údaje prvku (zařízení), které nejsou uvedeny v jeho názvu (pokud je to nutné), například typ pouzdra součásti, odkaz na poznámku atd.

Při rozdělení pole diagramu na zóny je seznam prvků doplněn o sloupec „Zóna“ (viz obrázek 4), v němž je uvedeno označení zóny, ve které se tento prvek (zařízení) nachází.

Seznam je vyplněn shora dolů. Prvky jsou psány podle GOST 2.701-2008 ve skupinách v abecedním pořadí podle polohových označení písmen (BQ, C, DA, DD, R, T, VT, X atd.). Více o pozičních označeních písmen získáte kliknutím na následující odkaz:
Polohové označovací předpony.
Názvy skupin jsou napsány ve sloupci „Označení“ a podtrženy tenkou čarou (Křemen a piezoelementy, Kondenzátory, Analogové integrované obvody . ). Po každé skupině nechte jeden řádek prázdný. Domácí prvky jsou označeny TU nebo GOST (přesně jako ve specifikaci) a dovážené prvky jsou označeny názvem výrobce. Pokud z nějakého důvodu nelze uvést specifikace ani výrobce, je vhodné uvést místo, kde lze tento prvek zakoupit. Je třeba poznamenat, že pokud se v rámci skupiny TU nebo GOST prvků opakují, pak je povoleno tyto TU nebo GOST psát samostatně, bezprostředně za názvem skupiny.

V rámci každé skupiny, která má stejná písmenná poziční označení, jsou prvky uspořádány ve vzestupném pořadí sériových čísel (C1, C2, CЗ, C4, C5.). V některých případech mohou být informace o prvcích umístěných na diagramu neúplné, pokud je jejich rozsah stanoven v mezistátních normách. Ve fázích technického návrhu, předběžných a technických projektů mohou být informace o prvcích umístěných na schématu neúplné. V případě potřeby je povoleno zadat další sloupce do seznamu prvků, pokud neporušují záznam a neduplikují informace v hlavních sloupcích. Při provádění digitálních symbolů na diagramu se zapisují do seznamu ve vzestupném pořadí.

Pro usnadnění změn je povoleno ponechat několik prázdných řádků mezi jednotlivými skupinami prvků, a pokud je ve skupinách velký počet prvků, tak i mezi prvky. Prvky stejného typu se stejnými parametry, které mají na diagramu sekvenční pořadová čísla, lze do seznamu zapsat na jeden řádek. V tomto případě ve sloupci „Poz. označení” zadejte pouze poziční označení s nejmenším a největším sériovým číslem, například: R3, R4, C8-C12 a do sloupce “Množství.” — celkový počet těchto prvků.

Při záznamu prvků stejného jména, které se liší technickými vlastnostmi a jinými údaji a mají stejné označení pozice písmen, je povoleno zapsat do sloupce „Název“:

název těchto prvků ve formě obecného názvu;
V obecném názvu – Název, typ a označení dokumentu (mezistátní standardní, technické specifikace nebo hlavní návrhový dokument) na základě toho, o čem jsou tyto prvky použity (viz obrázek 5).

Při přiřazování polohových označení prvkům v rámci skupin zařízení nebo když jsou identické funkční skupiny zahrnuty do seznamu prvků produktů, jsou prvky související se zařízeními a funkčními skupinami zaznamenány samostatně. Záznam prvků obsažených v každém zařízení (funkční skupině) začíná názvem zařízení nebo funkční skupiny, který je zapsán ve sloupci „Název“ a podtržen. U počítačově podporovaného návrhu nesmí být název zařízení (funkční skupiny) podtržen. Pod názvem zařízení (funkční skupina) by měl být jeden volný řádek, nad – alespoň jeden volný řádek.

Pokud produkt obsahuje nestejné funkční skupiny, pak je tato metoda záznamu přijatelná. Pokud produktové schéma obsahuje prvky, které nejsou součástí zařízení (funkční skupiny), pak při vyplňování seznamu prvků nejprve zapište tyto prvky bez názvu a poté zapište zařízení, která nemají nezávislá schémata zapojení a funkční skupiny s prvky v nich obsaženými. Pokud má výrobek několik stejných zařízení nebo funkčních skupin, pak seznam uvádí počet prvků obsažených v jednom zařízení (funkční skupině).

Celkový počet identických zařízení (funkčních skupin) je uveden ve sloupci „Množství“. na stejném řádku jako nadpis. Pokud produkt obsahuje prvky, které nejsou nezávislými strukturami, pak se při jejich zápisu do seznamu nevyplňuje sloupec „Název“ a do pole „Poznámka“ se umístí vysvětlující nápis nebo odkaz na vysvětlující nápis v poli diagramu. ” (viz obrázek 6).

Seznam prvků musí přesně odpovídat schématu elektrického obvodu. Po vyplnění seznamu byste měli ještě jednou pečlivě zkontrolovat přítomnost prvků a hodnoty jejich nominálních hodnot. Příklad seznamu prvků je na obrázku 7-9.