« poprzedni punkt | następny punkt » |
Z formalnego punktu widzenia musimy rozdzielić pojęcie elementu rzeczywistego (fizycznego) od elementu obwodowego, które w swoim opisie obejmuje wyłącznie dominujące zjawisko fizyczne realizowane przez ten element. To samo zjawisko lub cecha mogą być przedstawiane z uwzględnieniem innych dodatkowych właściwości lub z różnym stopniem dokładności. Prowadzi to do elementów obwodowych o różnym stopniu komplikacji. Problemy te zostaną przedstawione w p. 6 tego wykładu. Poniżej omówione zostaną pojęcia dotyczące elementów rzeczywistych i wspólne dla obu podejść.
Definicja 2.1a. Elementem rzeczywistego układu elektrycznego inaczej elementem rzeczywistym nazywamy część składową układu, która jest niepodzielna pod względem funkcjonalnym bez utraty swoich własności charakterystycznych.
Elementy rzeczywiste dzielą się na: elementy źródłowe i elementy odbiorcze. Do elementów źródłowych zaliczamy: ogniwa, akumulatory i inne źródła energii elektryczne (źródła prądu i napięcia) oraz źródła sterowane, tranzystory itp. Do elementów odbiorczych natomiast: rezystory, kondensatory, cewki indukcyjne, transformatory, diody itp.
Każdy element posiada pewna ściśle określona liczbę obszarów rozłącznych, przez które do elementu mogą wpływać lub wypływać ładunki elektryczne. Te obszary służą do połączenia z innymi elementami i zwane są zaciskami. Ze względu na liczbę zacisków elementy dzielimy na dwuzaciskowe i wielozaciskowe. Dla przykładu na rys. 2.1 przedstawiono najprostszy element o dwóch zaciskach A i B oraz pewien przypadek elementu czterozaciskowego zw. czwórnikiem o zaciskach połączonych w pary: (1,1') i (2.2').
Rys. 2.1. Symboliczne przedstawienie elementów i sposób strzałkowania wielkości zaciskowych
Z elementami związane są wielkości zaciskowe: prąd płynący przez element i napięcie na elemencie. Na elemencie dwuzaciskowym odbiorczym prąd płynący przez element na kierunek przeciwny do napięcia na elemencie (dla źródeł energii kierunek strzałkowania przyjmuje się zgodny z polaryzacją źródeł). Dla czwórnika przyjmuje się kierunki obu prądów za wpływające do elementu, a kierunki napięć w obu parach zacisków do górnego zacisku.
Elementy są przedstawiane za pomocą znormalizowanych symboli graficznych. Symbole graficzne niektórych elementów odbiorczych i źródłowych przedstawiono na rys. 2.2.
Rys.2.2. Symbole graficzne wybranych elementów
Łącząc elementy możemy otrzymać bardziej złożone struktury tj. obwody czy układy elektryczne. Mając na uwadze fakt, ze przepływ prądu jest możliwy tylko po drodze zamkniętej dojdziemy do dalszych definicji.
Definicja 2.2. Obwodem elektrycznym nazywamy strukturę połączenia elementów, w której występuje jedna droga zamknięta dla przepływu prądu.
Najprostszym obwodem elektrycznym jest połączenie jednego elementu źródłowego np. ogniwa E i jednego elementu odbiorczego np. rezystora R (rys.2.3a). Istnieje w nim jedna droga dla prądu i możemy ten obwód nazwać obwodem nierozgałęzionym. Jeśli istnieje więcej dróg to dochodzimy do pojęcia obwodu rozgałęzionego inaczej układu.
Definicja 2.3. Układem elektrycznym nazywamy strukturę połączeń elementów, w której istnieje więcej niż jedna droga zamknięta dla przepływu prądu.
Najprostszym przykładem układu rozgałęzionego jest układ przedstawiony na rys. 2.3b.
Rys. 2.3. Przykłady obwodu i układu elektrycznego
Odwzorowaniem graficznym obwodu lub układu elektrycznego jest schemat. Schemat podaje sposób połączenia elementów, zaś same elementy przedstawione są za pomocą symboli graficznych. Elementami schematu są: gałęzie, węzły i obwody zamknięte.
Gałąź schematu jest utworzona przez jeden lub kilka elementów połączonych ze sobą szeregowo (rys.2.4). Oznacza to, że przez wszystkie elementy gałęzi przepływa ten sam prąd. Liczbę gałęzi w schemacie oznaczamy - g. Gałąź jest ograniczona dwoma zaciskami.
Rys.2.4. Przykłady gałęzi
Węzłem schematu nazywamy zacisk gałęzi, do którego może być przyłączona inna gałąź lub inne gałęzie. W przypadku dołączenia jednej gałęzi mamy do czynienia z tzw. "węzłem wewnętrznym" (brak rozpływu prądu w węźle). W przypadku przyłączenia więcej niż jednej gałęzi mamy do czynienia z "węzłem właściwym" (występuje w nim rozpływ prądu). Liczbę węzłów na schemacie oznaczamy przez - w. Na rys.2.5a pokazano schemat układu elektrycznego o g = 6 gałęzi i w = 4 węzłach.
Obwodem zamkniętym nazywamy zbiór połączonych ze sobą gałęzi, tworzących drogę zamkniętą dla przepływu prądu, przy czym każda gałąź występuje w nim jeden raz. Wśród obwodów zamkniętych wyróżniamy takie, w których po usunięciu dowolnej gałęzi, pozostałe nie tworzą już drogi zamkniętej i nazywamy je oczkami.
Jeżeli interesuje nas tylko struktura układu, a więc liczba gałęzi i węzłów oraz sposób połączenia gałęzi, to przedstawiamy uproszczony schemat zwany grafem strukturalnym lub krótko grafem. W tym przedstawieniu gałęzie niezależnie od ich charakteru zastępujemy odcinkami. Graf układu z rys.2.5a z zaznaczeniem węzłów, gałęzi i oczek przedstawiono na rys.2.5b
Rys.2.5. Układ o g = 6 gałęziach i w = 4 węzłach: a) schemat elektryczny: b) graf strukturalny
Właściwości topograficzne (strukturalne) układów zostaną wykorzystane w dalszej części wykładu (p. 5) i w dalszej części kursu.
« poprzedni punkt | następny punkt » |