В этом разделе в краткой форме объясняется значение основных определений и понятий, которые встречаются при изучении электрических и магнитных цепей постоянного и переменного тока.

Векторная диаграмма

совокупность векторов токов и напряжений, построенных на комплексной плоскости, с соблюдением правильной ориентации их относительно друг друга по фазе.

Ветвь электрической цепи (схемы)

участок цепи с одним и тем же током.

Второй закон коммутации

напряжение на емкостном элементе в начальный момент времени после коммутации имеет то же самое значение, которое оно имело непосредственно перед коммутацией, а затем с этого значения оно начинает плавно изменяться.

Действующие значения периодических переменных тока, напряжения и ЭДС

это среднеквадратичные значения этих величин за время, равное одному периоду.

Действующим значением периодического тока

называют такое значение постоянного тока, который за время одного периода произведет тот же самый тепловой или электродинамический эффект, что и периодический ток.

Диполь электрический

система, состоящая из двух одинаковых по величине, но разноимённых точечных зарядов(±q) , расположенных на конечном расстоянии l друг от друга.

Диэлектриками 

называются вещества, которые в обычных условиях практически не проводят электрический ток, их удельное сопротивление в10¹⁰-10¹⁵ раз больше, чем у металлов. Согласно представлениям классической физики, в диэлектриках, в отличие от проводников, нет свободных носителей заряда, которые могли бы под действием электрического поля создавать ток проводимости.

Ёмкостный элемент (идеальный конденсатор и др.) с ёмкостью С

элемент электрической цепи, учитывающий энергию W_э = Сu² / 2 электрического поля. Характеризуется реактивным емкостным сопротивлением Х_C = 1 / ωC, Ом или реактивной емкостной проводимостью b_C = 1 / Х_C = ωC, См, где ω – угловая частота.

«Звезда»

схема соединения фаз генератора или потребителя, в которой вместе соединяются концы фаз.

Индуктивный элемент (идеальная индуктивная катушка и др.) с индуктивностью L

элемент электрической цепи, учитывающий энергию W_м = Li² / 2 магнитного поля и явление самоиндукции. Характеризуется реактивным индуктивным сопротивлением Х_L = ωL, Ом или реактивной индуктивной проводимостью b_L = 1 / Х_L = 1 / ωL, См, где ω – угловая частота.

Ион Ион

электрически заряженная неэлементарная частица (атом, молекула, свободный радикал), получаемая в процессе ионизации. Имеет положительный или отрицательный заряд, кратный заряду электрона. Положительно заряженный ион принято называть катионом, отрицательно заряженный ион — анионом.

Ионизация

процесс образования ионов из нейтральных атомов или молекул.

Ион отрицательный (отрицательно заряженный)

Атом или группа атомов, который за счет приобретения одного или более электронов приобрел отрицательный электрический заряд.

 Ион положительный (положительно заряженный)

Атом или группа атомов, который за счет потери одного или более электронов приобрел положительный электрический заряд.

  Источник ЭДС

Обозначение на схемах источника ЭДС (слева) и реального источника напряжения (справа)

 Источник ЭДС (идеальный источник напряжения) — двухполюсник, напряжение на зажимах которого постоянно (не зависит от тока в цепи).

    Напряжение может быть задано как константа, как функция времени, либо как внешнее управляющее воздействие.В простейшем случае напряжение определено как константа, то есть напряжение источника ЭДС постоянно.

Реальные источники напряжения

рисунок 2

Рисунок 3 — Нагрузочная характеристика

 Идеальный источник напряжения (источник ЭДС) является физической абстракцией, то есть подобное устройство не может существовать. Если допустить существование такого устройства, то электрический ток I, протекающий через него, стремился бы к бесконечности при подключении нагрузки,сопротивление R_H которой стремится к нулю. Но при этом получается, что мощность источника ЭДС также стремится к бесконечности, так как . Но это невозможно, по той причине, что мощность любого источника энергии конечна.

В реальности, любой источник напряжения обладает внутренним сопротивлением r, которое имеет обратную зависимость от мощности источника. То есть, чем больше мощность, тем меньше сопротивление (при заданном неизменном напряжении источника) и наоборот. Наличие внутреннего сопротивления отличает реальный источник напряжения от идеального. Следует отметить, что внутреннее сопротивление — это исключительно конструктивное свойство источника энергии. Эквивалентная схема реального источника напряжения представляет собой последовательное включение источника ЭДС — Е(идеального источника напряжения) и внутреннего сопротивления — r.

На рисунке 3 приведены нагрузочные характеристики идеального источника напряжения (источника ЭДС) (синяя линия) и реального источника напряжения (красная линия).

где

 — падение напряжения на внутреннем сопротивлении;

 — падение напряжения на нагрузке.

При коротком замыкании () , то есть вся мощность источника энергии рассеивается на его внутреннем сопротивлении. В этом случае ток будет максимальным для данного источника ЭДС. Зная напряжение холостого хода и ток короткого замыкания, можно вычислить внутреннее сопротивление источника напряжения:

 

Источник тока

Рисунок 1 — схема с условным обозначением источника тока

Рисунок 2.1 — Обозначение на схемах источника тока

Рисунок 3 — Генератор тока типа токовое зеркало, собранный на биполярных транзисторах

Исто́чник то́ка (также генератор тока) — двухполюсник, который создаёт ток , не зависящий от сопротивления нагрузки, к которой он присоединён. В быту «источником тока» часто неточно называют любой источник электрического напряжения (батарею, генератор, розетку), но в строго физическом смысле это не так, более того, обычно используемые в быту источники напряжения по своим характеристикам гораздо ближе кисточнику ЭДС, чем к источнику тока.

На рисунке 1 представлена схема замещения биполярного транзистора, содержащая источник тока (с указанием S·U_бэ; стрелка в кружке указывает положительное направление тока источника тока), генерирующий ток S·U_бэ, т. е. ток, зависящий от напряжения на другом участке схемы.

Идеальный источник тока

Напряжение на клеммах идеального источника тока зависит только от сопротивления внешней цепи:

Мощность, отдаваемая источником тока в сеть, равна:

Так как для источника тока , напряжение и мощность, выделяемая им, неограниченно растут при росте сопротивления..

Реальный источник тока

Реальный источник тока, так же как и источник ЭДС, в линейном приближении может быть описан таким параметром, как внутреннее сопротивление . Отличие состоит в том, что чем больше внутреннее сопротивление, тем ближе источник тока к идеальному (источник ЭДС, наоборот, чем ближе к идеальному, тем меньше его внутреннее сопротивление). Реальный источник тока с внутренним сопротивлением эквивалентен реальному источнику ЭДС, имеющему внутреннее сопротивление и ЭДС .

Напряжение на клеммах реального источника тока равно:

Сила тока в цепи равна:

Мощность, отдаваемая реальным источником тока в сеть, равна:

Классический метод анализа переходного процесса

это непосредственное решение дифференциального уравнения, составленного для исследуемой цепи на основе законов Кирхгофа.

Коммутация

любые изменения в электрической цепи. Обычно считают, что коммутация происходит мгновенно.

Контур

любой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям.

Линейный элемент

элемент электрической цепи, параметры которого (сопротивления и др.) не зависят от тока в нем.

Линейная электрическая цепь

цепь, все элементы которой являются линейными.

Линейные провода

провода, соединяющие начала фаз генератора и потребителя.

Линейные токи

токи, возникающие в линейных проводах.

Линейные напряжения

напряжения, возникающие между линейными проводами.

Магнитная цепь

совокупность устройств, содержащих ферромагнитные тела, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны при помощи магнитодвижущей силы, магнитного потока и разности магнитных потенциалов.

Независимый контур

контур, в состав которого входит хотя бы одна ветвь, не принадлежащая другим контурам.

Нейтральная точка N

общая точка фаз генератора в схеме соединения «звезда».

Нейтральная точка n

общая точка фаз потребителя в схеме соединения «звезда».

Нейтральный провод

провод Nn соединяющий нейтральные точки генератора и потребителя в схеме «звезда».

Нелинейный элемент

элемент электрической цепи, параметры которого (сопротивление и др.) изменяются при изменении величины тока, возникающего в данном элементе.

Нелинейная электрическая цепь

цепь, содержащая хотя бы один нелинейный элемент.

Несимметричная трехфазная цепь

электрическая цепь, в которой комплексное сопротивление хотя бы одной фазы отличается от сопротивлений других фаз по величине или характеру нагрузки.

Переходные процессы

это процессы, возникающие в электрической цепи при переходе от одного установившегося режима работы к другому. Переходные процессы в электрической цепи возникают, когда в цепи имеются индуктивные и ёмкостные элементы. Изменение энергии магнитного и электрического полей не может происходить мгновенно.

Первый закон коммутации

ток в ветви с индуктивным элементом в начальный момент времени после коммутации имеет то же самое значение, которое он имел непосредственно перед коммутацией, а затем с этого значения он начинает плавно изменяться.

Переходный ток (напряжение)

действительный ток (напряжение) в электрической цепи во время переходного процесса.

Принужденный (установившийся) режим

режим, который создается источником питания (постоянного или переменного напряжения).

Поляризация диэлектриков

явление, связанное с ограниченным смещением связанных зарядов в диэлектрике или поворотом электрических диполей, обычно под воздействием внешнего электрического поля, иногда под действием других внешних сил или спонтанно.

Постоянная времени

интервал времени, в течение которого ток (напряжение) в цепи изменится в е = 2,71 раз. Величина постоянного времени зависит от вида и параметров цепи. Постоянная времени характеризует скорость протекания переходных процессов, причем, чем больше постоянная времени, тем продолжительнее переходный процесс.

Резистивный элемент с активным сопротивлением R

элемент, учитывающий необратимое преобразование электрической энергии в другие виды энергии (тепловую, лучистую и др.). Характеризуется активным сопротивлением R Ом или активной проводимостью g = 1 / R, См (Сименс).

Свободная составляющая тока (напряжения)

составляющая тока (напряжения) в цепи во время переходного процесса, обусловленная внутренними накопителями энергии (индуктивными катушками и конденсаторами).

Симметричная трехфазная цепь

электрическая цепь, в которой комплексные сопротивления каждой её фазы одинаковы.

Схема замещения

расчетная схема реальной электрической цепи, составленная из элементов R, L и C, каждый из которых учитывает одно из явлений, происходящих в реальных элементах электрической цепи.

«Треугольник»

схема соединения фаз генератора или потребителя, в которой вместе соединяются начало одной фазы с концом другой фазы.

Трехфазная электрическая цепь

совокупность электрических цепей, в которой действуют три синусоидальные ЭДС одной и той же частоты и амплитуды, сдвинутые друг относительно друга по фазе на 120° и создаваемые общим источником.

Узел

место соединения трех и более ветвей.

Фаза

отдельная электрическая цепь, входящая в состав трехфазной цепи.

Фазные токи

токи, возникающие в фазах генератора или потребителя.

Фазные напряжения

напряжения, возникающие в фазах генератора или потребителя.

Электрическая схема

графическое изображение электрической цепи, содержащее условные обозначения её элементов и способы их соединения.

Электрическая цепь

совокупность устройств и объектов, образующих путь для электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий об ЭДС, токе и напряжении.

Перейти к Ион