1.1 Схема

Цепь — это путь тока, который определенным образом соединен рядом электрических устройств и проводов для выполнения определенной функции. К этим функциям относятся: цепи сильного тока, реализующие передачу, распределение и преобразование электрической энергии; линии слабого тока, реализующие передачу, распределение и преобразование электрических сигналов и т. д.

схема Обычно изготовлен изИсточник питания (или источник сигнала), нагрузка и промежуточные звеньяСостоит из трех частей。где сила(источник сигнала)это преобразование других форм энергии или сигналов в Электрическая энергии или устройство электрической сигнализации. Нагрузка использует электрическую энергияили будет Электрическая энергия Устройство, преобразующее энергию в другие формы. Промежуточное звено соединяет источник питания и нагрузку и отвечает за передачу и управление. энергия или часть электрического сигнала.

Основные параметры (физические величины) схемы

1.1.1 Текущий

Под действием силы электрического поля электрические заряды совершают регулярные направленные движения, образуя электрический ток.

Направление: определяет направление движения положительного заряда как положительное направление тока. Размер выражается в единицах силы тока.

Единица силы тока: ампер (ампер), условное обозначение: А.

Значение: Если электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника за 1 секунду, составляет 1 кулон (Кл), то сила тока в проводнике равна 1 амперу (А).

Часто используемые единицы: миллиампер (м А), микроампер (мк А).

Опорное направление тока

Есть только два возможных направления тока, но при анализе реальных цепей мы часто не знаем фактическое направление тока заранее.

Опорное направление тока: Если в качестве направления тока выбрать какое-либо направление, которое на схеме схемы представлено стрелкой, и использовать это направление для составления списка уравнений схемы, анализа и расчета, то это искусственно заданное направление тока называется Опорное. направление тока。

Символы указания исходного направления:

①Обозначение двойным индексом, как показано на рисунке (c): i_{ab}=-i_{ba}

②Отображение стрелки, как показано на рисунке (a).

После указания опорного направления ток может быть представлен алгебраической величиной, то есть он имеет не только числовое значение, но также содержит положительные и отрицательные значения. Число。поэтому,Только после выбора опорного направления,текущий Значение можно разделить на положительное и отрицательное.。Позвольте мне сказать это еще раз: ток отрицательный, что просто означает, что фактическое направление противоположно опорному направлению, и на самом деле это не означает, что он меньше нуля.

Анализировать в соответствии с эталонным направлениемсхемаполученныйтекущийэто положительное значение(i>0),показывать Опорное направление ток такой же, как фактическое направление. Напротив,若полученныйтекущийэто отрицательное значение(i<0),Это означает, что Опорное направление тока противоположно фактическому направлению.,Как показано на рисунках (а) и (б).

Добавьте комментарий к изображению, не более 140 слов (по желанию)

1.1.2 Напряжение, потенциал и электродвижущая сила

1. Напряжение: Напряжение между точками а и б в цепи представляет собой работу, совершаемую силой электрического поля при переносе единичного положительного заряда из точки а в точку б под действием силы электрического поля, т.е.

Направление: Направление напряжения — это направление, в котором потенциал уменьшается. Единица напряжения: вольт (тер), условное обозначение: В.

Часто используемые единицы: киловольты (к В), вольты (В), милливольты (м В).

При анализе схемы,То же, что текущий,Опорное направление напряжения также выбирается произвольно. Анализ схемы в соответствии с выбранным опорным направлением,полученный电压это положительное значение(u>0),Указывает, что фактическое направление напряжения соответствует опорному направлению в противном случае;,若полученный电压это отрицательное значение(u<0),Это указывает на то, что фактическое направление напряжения противоположно опорному направлению.

Когда направление тока компонента соответствует направлению опорного напряжения, оно называется ассоциированным опорным направлением, в противном случае это несвязанное опорное направление;

Есть три способа выразить опорное направление напряжения в цепи. Опорное направление напряжения между двумя точками a и b.

Один из них — использование таблиц со стрелками. Во-вторых, используйте символы «+» и «-». В-третьих, при написании используйте буквы с двойным индексом. u_{ab}выражать,Как показано на рисунке.

Метод представления направления опорного напряжения

Один к одному Направление опорного напряжения и текущее опорное направление на элементе или сегменте могут выбираться независимо и произвольно. Если напряжение и Опорное направление токатакой же,Тогда это опорное направление напряжения и тока называется соответствующим опорным направлением.,Как показано на рисунке.

Добавьте комментарий к изображению, не более 140 слов (по желанию)

2. Потенциал:

Если за точку отсчета принять какую-либо точку о, то напряжение от некоторой точки а до точки отсчета о называется потенциалом точки а, выражаемым выражением u_{a} выражать.

очевидно u_{o}=0,То есть потенциал в опорной точке равен нулю.

Связь между напряжением и потенциалом: напряжение между двумя точками а и б равно разности потенциалов этих двух точек, то есть

3. Электродвижущая сила:

Электродвижущая сила численно равна работе, совершаемой силой неэлектрического поля по перемещению единичного положительного заряда от отрицательного электрода к положительному через внутреннюю часть источника питания. показывать Конечно, единицей электродвижущей силы также является вольт (В). использовать символы eвыражать,Прямо сейчас

Обычно указывается, что фактическое направление электродвижущей силы - от отрицательного полюса источника питания к положительному полюсу источника питания. Подобно току и напряжению, направление электродвижущей силы, отмеченное на схеме, также является ее опорным направлением.

Направление: направление, в котором потенциал увеличивается.

Форма представления: Положительная (+) полярность обычно используется для обозначения высокого потенциала источника питания, а отрицательная (-) полярность используется для обозначения его низкого потенциала.

Единица электродвижущей силы – вольт (текс), условное обозначение: В.

Взаимосвязь между напряжением на клеммах источника питания и электродвижущей силой

Когда направление напряжения и электродвижущей силы не меняется со временем,Это называется постоянным напряжением и электродвижущей силой постоянного тока, когда величина и направление напряжения и электродвижущей силы не меняются со временем;,называются постоянным напряжением постоянного тока и постоянной электродвижущей силой постоянного тока.,Используйте символы U и E для обозначения выражения соответственно.

1.1.3 Электроэнергия

Электрическая мощность (мощность): скорость преобразования электрической энергии, электрическая энергия, преобразуемая в единицу времени, т. е.

Единица мощности: ватт (тер), условное обозначение: Вт.

Значение: когда напряжение на клеммах компонента составляет 1 В и проходящий ток 1 А, компонент поглощает мощность 1 Вт.

Часто используемые единицы: мегаватт (МВт), киловатт (к Вт), милливатт (м Вт).

В направлении контекстной ссылки：P=UI； В неассоциативных опорных направлениях:P=-UI

проиллюстрировать:при указанном напряжении и Опорное направление токаназад,Применяя приведенную выше формулу для нахождения мощности p, следует обратить внимание на,Когда опорные направления u и i являются связанными опорными направлениями,Произведение «ui» представляет собой мощность, поглощаемую элементом, когда p является положительным значением;,Указывает, что элемент поглощает мощность, если опорные направления u и i являются несвязанными опорными направлениями;,Продукт «ui» представляет собой мощность, излучаемую элементом.,в это время,Когда p является положительным значением,Этот элемент действительно выдает мощность.

1.1.4 Электрическая энергия

Определение из t_0 приезжать tво времени,схемапоглощенный Электрическая энергия（количество）для

Единица электрической энергии: Джоуль (ухо), условное обозначение: Дж.

Значение: 1 джоуль равен электрической энергии, потребляемой электрическим устройством мощностью 1 ватт за 1 секунду. На промышленных объектах в качестве единицы электрической энергии также используются киловатт-часы (к Втч).

1.2 Модель схемы и идеальные компоненты схемы

Модель схемы Фактическая схема

Настоящие электрические компоненты бывают самых разных форм и функций. Реальные электрические устройства, составляющие цепь, часто сложны (различной формы) и функций, а электромагнитные явления и электромагнитные свойства во многих аспектах переплетены. Для удобства исследования нам необходимо идеализировать реальное устройство, то есть рассматривать только отдельные электромагнитные явления, играющие главную роль, и игнорировать другие явления. То есть мы используем концепцию идеальных компонентов схемы и модели схемы.

Модель схемы — это абстракция реальной схемы, которая используется для приблизительного отражения электрических характеристик реальной схемы. Модель схемы состоит из серии идеальных компонентов схемы, соединенных идеальными проводами. Компоненты схемы с разными характеристиками соединяются по-разному, образуя модели схем с разными характеристиками. По названию мы по-прежнему называем их схемами.

Примечание. Объектом анализа схемы является модель схемы, а не реальная схема.

1.2.1 Идеальные компоненты схемы (называемые компонентами схемы):

Идеализация (моделирование) компонентов схемы: при определенных условиях выделяются основные электромагнитные свойства компонента, игнорируются второстепенные факторы и он приближенно рассматривается как идеальный компонент схемы. Это облегчает анализ и математическое описание реальной схемы. .

Элемент сосредоточенного параметра: каждый элемент представляет только одно основное электромагнитное явление и использует точное математическое выражение для описания своих основных электромагнитных характеристик. Компонент, основные электромагнитные свойства которого описываются точным математическим выражением, называется идеальным компонентом схемы.

В любой момент элемент сосредоточенного параметра имеет следующие ограничения:

1) Ток, вытекающий с одного конца идеального компонента с двумя выводами, равен току, втекающему с другого конца;

2) Значение напряжения между двумя клеммами полностью определено.

Добавьте комментарий к изображению, не более 140 слов (по желанию)

Существует три основные категории компонентов схемы:

1. Резисторный компонент. Для краткости резистор представляет собой всего лишь двухконтактный компонент, потребляющий электрическую энергию.

2. Компонент индуктивности: называемый индуктивностью, он отражает наличие магнитного поля вокруг цепи и представляет собой двухполюсный компонент, который может хранить энергию магнитного поля.

3. Емкостный компонент: называемый конденсатором, он отражает существование электрического поля внутри и вокруг цепи и является компонентом, который может хранить энергию электрического поля.

Модель схемы, состоящая из идеализированных компонентов с сосредоточенными параметрами, называемая схемой.

1.2.2 Резистивный элемент

Зависимость напряжение-ток: характеристическая кривая вольт-ампер. На координатной плоскости напряжение-ток (u-i) кривая, представляющая зависимость напряжение-ток (VCR) компонента, называется вольт-амперной характеристикой.

Добавьте комментарий к изображению, не более 140 слов (по желанию)

Добавьте комментарий к изображению, не более 140 слов (по желанию)

Линейное сопротивление: Характеристическая кривая вольт-ампер представляет собой сопротивление прямой линии, проходящей через начало координат.

линейный резистор

Его выражение u=Ri . В дальнейшем, если не будут даны специальные указания, все упомянутые резисторы будут линейными. резистор。

1. Закон Ома: В одной и той же цепи ток, проходящий через определенный проводник, прямо пропорционален напряжению на проводнике и обратно пропорционален сопротивлению проводника.

Единица сопротивления – ом (Ом), обозначение Ω.

В направлении контекстной ссылки：u=Ri

u и i не являются связанными опорными направлениями

В неассоциативных опорных направлениях: u=-Ri

2. Проводимость: обратная величина определенного сопротивления называется проводимостью. G=\frac{1}{R} Единица измерения — Siemens (S).

3. Мощность резистора

В соответствующем направлении напряжения и тока Электроэнергия, поглощаемая линейным резисторным элементом в любой момент времени, равна

Закон Джоуля:

Резистивный элемент把поглощенный Электрическая энергияпреобразуется в тепловую энергию,Прямо сейчасотt_0 приезжать tво времени,Резистивный элементпотребляется Электрическая энергиядля

Добавьте комментарий к изображению, не более 140 слов (по желанию)

1.2.3 Идеальные силовые компоненты

Идеальные источники энергии делятся на независимые источники и управляемые источники. Независимые источники делятся на независимые источники напряжения и независимые источники тока, называемые источниками напряжения и источниками тока.

1. Идеальный источник напряжения

Основные свойства:

①Напряжение — это заданное значение или функция заданного времени и не имеет ничего общего с протекающим током;

②Ток определяется вместе с подключенной внешней цепью. Когда напряжение постоянно, оно зависит от внешней цепи.

Условные обозначения и вольт-амперные характеристики источников напряжения

Фактическая модель источника постоянного напряжения

Соотношение вольт-ампер реального источника постоянного напряжения

Фактическая модель источника напряжения и вольт-амперная характеристика

Внутреннее сопротивление источника питанияR_{s}Чем меньше,Тем ближе он к идеальному источнику напряжения.

2. Идеальный источник тока

Основные свойства:

①Ток представляет собой заданную величину или заданную функцию времени и не имеет ничего общего с напряжением;

②Напряжение определяется вместе с подключенной внешней цепью. Когда ток постоянный, он зависит от внешней цепи.

Условные обозначения и вольт-амперные характеристики источников тока

Фактическая модель источника постоянного тока

Соотношение вольт-ампер реального источника постоянного напряжения

Фактическая модель источника тока и вольт-амперная характеристика

Внутреннее сопротивление источника питанияR_{s}Чем больше（电导Чем меньше）,Чем ближе к идеалу текущий источник.

3. Контролируемый источник

Контролируемый источник: источник питания, который контролируется напряжением или током другой части цепи, а не независимый источник питания. Контролируемый источник представляет собой двухпортовый компонент с ромбовидным символом. Существует четыре типа контролируемых источников:

Добавьте комментарий к изображению, не более 140 слов (по желанию)

проиллюстрировать:

① Сходство независимых источников с управляемыми источниками: оба могут выполнять работу по внешним цепям.

② Разница между независимыми источниками и контролируемыми источниками: выход независимых источников является независимым; выход контролируемых источников не является независимым;

1.3 Основные понятия в схемах

1.3.1 Состояние под нагрузкой, обрыв цепи и короткое замыкание

Когда переключатель S в схеме, показанной на рисунке, замкнут, источник питания и нагрузка соединяются, образуя замкнутую цепь. Цепь является проводящей и представляет собой путь, то есть находится в нагруженном рабочем состоянии.

Добавьте комментарий к изображению, не более 140 слов (по желанию)

В режиме нагрузки ток в цепи равен: R_{0}для Внутреннее сопротивление источника питания,Затем загрузите текущий

Напряжение на нагрузке: U=U_{s}-IR_{0}\\

Умножив обе части приведенного выше уравнения на ток I, соотношение мощностей в цепи будет следующим:

Определение: выходная мощность P_{s}=U_{s}I Мощность, потребляемая внутри блока питания P_{0}=I^{2}R_{0} Мощность нагрузки P=UI

но: P=P_{s}-P_{0} \\

Разомкнутая цепь: если сопротивление цепи (или компонента) бесконечно, то, когда напряжение имеет конечное значение, ее ток всегда равен нулю, тогда это называется разомкнутой цепью.

Короткое замыкание: Если сопротивление цепи (или компонента) равно нулю, то при ограничении тока ее напряжение всегда равно нулю, тогда это называется коротким замыканием.

1.3.2 Последовательное и параллельное соединение

Когда некоторые двухполюсные компоненты соединяются встык без разветвлений посередине, этот метод соединения называется последовательным соединением;

Когда две клеммы некоторых двухклеммных компонентов соединены вместе, этот метод подключения называется параллельным соединением.

1.3.3 Ветви и узлы

Ответвление, состоящее из одного или нескольких двухполюсных элементов, соединенных последовательно, называется ответвлением. Точки соединения трех и более ветвей называются узлами. Как показано на рисунке 1, схема имеет 6 ветвей и 4 узла.

Рисунок 1

1.3.4 Петли и сетки

Замкнутый путь, состоящий из одной или нескольких ветвей, называется петлей.

Схема самолета,Цикл, не содержащий внутри цикла ветвей, называется сеткой. Такие как Рисунок 1схема,Есть 6 петель.,3 сетчатых отверстия.

Чтобы использовать теорию графов для анализа сложных схем, мы часто называем схемы с несколькими сетками сетями. Иногда два понятия «сеть» и «схема» используются как взаимозаменяемые.

1.3.4 Исходное направление и связанное с ним исходное направление

① Во время анализа схемы необходимо отметить ориентиры основных параметров. Нет смысла не отмечать опорное направление.

② После калибровки опорного направления оно должно основываться на нем на протяжении всего процесса анализа и не может быть изменено.

③Опорное направление может быть задано произвольно, не влияя на результаты расчета.

④Направления опорного тока и напряжения можно указать независимо.

⑤Когда направление тока компонента соответствует направлению опорного напряжения, оно называется ассоциированным опорным направлением, в противном случае это несвязанное опорное направление;

1.3.5 Эквивалентная схема (сетевой эквивалент)

Для внешней цепи №, если две двухполюсные цепи (цепи) N1 и N2 имеют одинаковые вольт-амперные характеристики, будем говорить, что две цепи N1 и N2 эквивалентны №. Что необходимо объяснить:

1)Эквивалентность означаетВнешняя цепьNoэквивалентно。

2) Внутренние структуры двух эквивалентных сетей не обязательно одинаковы.

3) Эквивалентность транзитивна. Если две двухполюсники N1 и N2 эквивалентны, а двухполюсники N2 и N3 эквивалентны, то должны существовать две эквивалентные двухполюсники N1 и N3.

Процесс преобразования одной сети в другую, эквивалентную ей, называется преобразованием эквивалентности. Применяя эквивалентное преобразование, схему с более сложной структурой можно преобразовать в схему с более простой структурой, тем самым упрощая анализ схемы.

При использовании метода эквивалентного преобразования для анализа схемы необходимо учитывать, что анализируемая часть схемы (№ локальной цепи) принадлежит внешней цепи, и параметры внутренней цепи невозможно получить с помощью эквивалентного преобразования.

1.3.6 Номиналы электрооборудования (электрокомпонентов)

Понятие рейтинга проживания часто упоминается в промышленном электрооборудовании или бытовой технике. Электрооборудование на схеме имеет заданное безопасное и разумное значение рабочего напряжения, тока и мощности. Положения безопасны и разумны Значение представляет собой количество электрооборудования фиксированное значение.

Номинальные значения обычно включают номинальное напряжение U_N 、РейтингтекущийI_N и номинальная мощность P_N . Характеристики электрооборудования или компонентов можно проверить по паспортной табличке оборудования и в руководстве по эксплуатации. Обязательно соблюдайте соответствующие правила при их использовании.

Электрооборудование работает при номинальных значениях, что называется режимом полной нагрузки, и находится в оптимальном рабочем состоянии.

При номинальном напряжении, если ток, протекающий через электрооборудование, превышает номинальное значение, это называется перегрузкой (сверхтоком). Слишком длительная перегрузка (сверхток) приведет к быстрому повреждению оборудования, если ток ниже; номинальное значение, оно называется перегрузкой (сверхтоком). Легкая нагрузка не может полностью использовать возможности оборудования и имеет низкую экономическую выгоду. Если напряжение ниже номинального, это называется работой при пониженном напряжении, и общее оборудование не может работать разумно.

Если напряжение превышает номинальное, это называется перенапряжением и может привести к повреждению оборудования.

1.4 Закон Кирхгофа

1.4.1 Действующий закон Кирхгофа (KCL)

Добавьте комментарий к изображению, не более 140 слов (по желанию)

В схеме с сосредоточенными параметрами алгебраическая сумма всех токов ветвей, втекающих в любой узел или выходящих из него в любой момент времени, равна нулю, то есть

При написании уравнения, если входящий ток указан как положительный, выходящий ток будет отрицательным.

Другая форма: алгебраическая сумма токов, втекающих в узел, равна алгебраической сумме токов, вытекающих из этого узла:

Закон тока Кирхгофа (KCL) отражает взаимоограничение между токами в каждой ветви в любом узле цепи.

Обобщение KCL Действующий закон можно обобщить на любую гипотетическую замкнутую поверхность, окружающую частичную цепь. То есть в любой момент времени алгебраическая сумма токов, втекающих в замкнутую поверхность или вытекающих из нее, равна нулю.

1.4.2 Закон напряжения Кирхгофа (КВЛ)

Содержание: В схеме с сосредоточенными параметрами алгебраическая сумма всех напряжений ветвей вдоль любого контура в любой момент времени равна нулю, т.е.

① Отметьте направление обхода петли перед перечислением уравнений;

② Если указано, что падение потенциала принимает положительный знак, то повышение потенциала принимает отрицательный знак.

Другая форма: повышение напряжения всех ветвей по любому контуру в любой момент времени равно падению напряжения всех ветвей:

Примечание. Нет необходимости различать природу компонента, будь то резистор или источник питания.

Продвижение КВЛ: его можно применять к воображаемым петлям в схемах. Например, разомкнутое напряжение можно рассматривать как замкнутый контур.

Добавьте комментарий к изображению, не более 140 слов (по желанию)