Elektrické obvody: definice, prvky, schémata. Topologie a výpočetní metody

Tento článek je pro ty, kteří právě začínají studovat teorii elektrických obvodů. Jako vždy se nedostaneme do džungle vzorců, ale pokusíme se vysvětlit základní pojmy a podstatu věcí, které jsou důležité pro pochopení. Takže vítejte ve světě elektrických obvodů!

Chcete každý den více užitečných informací a nejnovějších zpráv? Přidejte se k nám na telegramu.

Elektrické obvody

Elektrický obvod je soubor zařízení, kterými protéká elektrický proud.

Uvažujme o nejjednodušším elektrickém obvodu. Z čeho se skládá? Má generátor – zdroj proudu, přijímač (například žárovku nebo elektromotor) a přenosový systém (vodiče). Aby se obvod stal obvodem, a nikoli sadou vodičů a baterií, musí být jeho prvky vzájemně propojeny vodiči. Proud může protékat pouze uzavřeným okruhem. Uveďme ještě jednu definici:

Elektrický obvod – Jedná se o vzájemně propojené zdroje proudu, přenosová vedení a přijímače.

Zdroj, přijímač a vodiče jsou samozřejmě nejjednodušší možností pro základní elektrický obvod. Ve skutečnosti různé obvody obsahují mnohem více prvků a pomocných zařízení: rezistory, kondenzátory, spínače, ampérmetry, voltmetry, spínače, kontaktní připojení, transformátory atd.

Mimochodem, o tom, co je transformátor, si přečtěte v samostatném článku na našem blogu.

Podle jaké základní charakteristiky lze rozdělit všechny obvody elektrického proudu? Stejné jako aktuální! Jsou tam řetězy trvalý aktuální, ale existuje – variabilní. V obvodu stejnosměrného proudu nemění svůj směr, polarita zdroje je konstantní. Střídavý proud se v průběhu času periodicky mění, a to jak ve směru, tak ve velikosti.

V dnešní době se střídavý proud používá všude. O tom, co pro to Nikola Tesla udělal, si přečtěte v našem článku.

Prvky elektrických obvodů

Všechny prvky elektrických obvodů lze rozdělit na aktivní a pasivní. Aktivní prvky obvodu jsou ty prvky, které indukují EMF. Patří mezi ně zdroje proudu, baterie a elektromotory. Pasivní prvky – propojovací vodiče a elektrické přijímače.

Přijímače a zdroje proudu jsou z hlediska topologie obvodů dvoupólové prvky (dvoukoncové). K provozu potřebují dva póly, kterými přenášejí nebo přijímají elektrickou energii. Zařízení, kterými proud protéká ze zdroje do přijímače, jsou čtyřsvorková. K přenosu energie z jedné dvouterminálové sítě do druhé potřebují minimum 4 kontaktu, respektive pro příjem a vysílání.

Rezistory jsou prvky elektrického obvodu, které mají odpor. Obecně platí, že všechny prvky skutečných obvodů, až po nejmenší spojovací vodič, mají odpor. To však lze ve většině případů zanedbat a prvky elektrického obvodu lze při výpočtu považovat za ideální.

Existují symboly pro znázornění prvků obvodu ve schématech.

Mimochodem, přečtěte si více o síle proudu, napětí, odporu a Ohmově zákonu pro prvky elektrického obvodu v samostatném článku.

Proudově-napěťová charakteristika – základní charakteristika obvodových prvků. Jedná se o závislost napětí na svorkách prvku na proudu, který jím prochází. Je-li charakteristika proud-napětí přímka, pak se o prvku říká, že je lineární. Obvod sestávající z lineárních prvků je lineární elektrický obvod. Nelineární elektrický obvod je obvod, ve kterém odpor sekcí závisí na hodnotách a směru proudů.

Jaké jsou způsoby připojení prvků elektrického obvodu? Bez ohledu na to, jak složitý je obvod, prvky v něm jsou zapojeny buď sériově, nebo paralelně.

Při řešení problémů a analýze obvodů se používají následující koncepty:

• Větev – úsek obvodu, podél kterého protéká stejný proud;
• Uzel – připojení větví řetězu;
• Obrys – sled větví, které tvoří uzavřenou cestu. V tomto případě je jeden z uzlů začátkem i koncem cesty a ostatní uzly se v okruhu vyskytují pouze jednou.

Abychom pochopili, která je která, podívejme se na obrázek:

Mimochodem! Pro naše čtenáře je nyní sleva 10 %. jakýkoli druh práce

Klasifikace elektrických obvodů

Podle jejich účelu jsou elektrické obvody:

• Silové elektrické obvody;
• Elektrické řídicí obvody;
• Elektrické měřicí obvody;

Silové obvody určené pro přenos a rozvod elektrické energie. Jsou to silové obvody, které vedou proud ke spotřebiteli.

Obvody jsou také rozděleny podle síly proudu v nich. Pokud například proud v obvodu překročí 5 ampér, pak je obvod napájen. Když zacvaknete konvici zapojenou do zásuvky, uzavřete elektrický obvod.

Elektrické řídicí obvody nejsou napájení a jsou určeny k aktivaci nebo změně provozních parametrů elektrických přístrojů a zařízení. Příkladem řídicího obvodu je monitorovací, řídicí a signalizační zařízení.

Elektrické měřicí obvody jsou určeny k evidenci změn provozních parametrů elektrických zařízení.

Výpočet elektrických obvodů

Vypočítat obvod znamená najít všechny proudy v něm. Existují různé metody pro výpočet elektrických obvodů: Kirchhoffovy zákony, metoda smyčkového proudu, metoda uzlového potenciálu a další. Uvažujme aplikaci metody smyčkového proudu na příkladu konkrétního obvodu.

Nejprve vybereme obrysy a určíme v nich proud. Směr proudu lze zvolit libovolně. V našem případě – ve směru hodinových ručiček. Poté pro každý obvod sestavíme rovnice podle 2. Kirchhoffova zákona. Rovnice jsou složeny následovně: Proud obvodu se vynásobí odporem obvodu a k výslednému vyjádření se přičtou součiny proudu ostatních obvodů a celkového odporu těchto obvodů. Pro naše schéma:

Výsledný systém je řešen dosazením výchozích dat problému. Proudy ve větvích původního obvodu najdeme jako algebraický součet smyčkových proudů

Ať už potřebujete vypočítat jakýkoli obvod, naši specialisté vám vždy pomohou vyrovnat se s úkoly. Najdeme všechny proudy pomocí Kirchhoffova pravidla a vyřešíme libovolný příklad přechodových procesů v elektrických obvodech. Užijte si studium s námi!