Как рисовать схемы электрических цепей

Электрические цепи для чайников: определения, элементы, обозначения

Эта статья для тех, кто только начинает изучать теорию электрических цепей. Как всегда не будем лезть в дебри формул, но попытаемся объяснить основные понятия и суть вещей, важные для понимания. Итак, добро пожаловать в мир электрических цепей!

Хотите больше полезной информации и свежих новостей каждый день? Присоединяйтесь к нам в телеграм.

Электрические цепи

Электрическая цепь – это совокупность устройств, по которым течет электрический ток.

Рассмотрим самую простую электрическую цепь. Из чего она состоит? В ней есть генератор – источник тока, приемник (например, лампочка или электродвигатель), а также система передачи (провода). Чтобы цепь стала именно цепью, а не набором проводов и батареек, ее элементы должны быть соединены между собой проводниками. Ток может течь только по замкнутой цепи. Дадим еще одно определение:

Электрическая цепь – это соединенные между собой источник тока, линии передачи и приемник.

Конечно, источник, приемник и провода – самый простой вариант для элементарной электрической цепи. В реальности в разные цепи входит еще множество элементов и вспомогательного оборудования: резисторы, конденсаторы, рубильники, амперметры, вольтметры, выключатели, контактные соединения, трансформаторы и прочее.

Кстати, о том, что такое трансформатор, читайте в отдельном материале нашего блога.

По какому фундаментальному признаку можно разделить все цепи электрического тока? По тому же, что и ток! Есть цепи постоянного тока, а есть – переменного. В цепи постоянного тока он не меняет своего направления, полярность источника постоянна. Переменный же ток периодически изменяется во времени как по направлению, так и по величине.

Сейчас переменный ток используется повсеместно. О том, что для этого сделал Никола Тесла, читайте в нашей статье.

Элементы электрических цепей

Все элементы электрических цепей можно разделить на активные и пассивные. Активные элементы цепи – это те элементы, которые индуцируют ЭДС. К ним относятся источники тока, аккумуляторы, электродвигатели. Пассивные элементы – соединительные провода и электроприемники.

Приемники и источники тока, с точки зрения топологии цепей, являются двухполюсными элементами (двухполюсниками). Для их работы необходимо два полюса, через которые они передают или принимают электрическую энергию. Устройства, по которым ток идет от источника к приемнику, являются четырехполюсниками. Чтобы передать энергию от одного двухполюсника к другому им необходимо минимум 4 контакта, соответственно для приема и передачи.

Резисторы – элементы электрической цепи, которые обладают сопротивлением. Вообще, все элементы реальных цепей, вплоть до самого маленького соединительного провода, имеют сопротивление. Однако в большинстве случаев этим можно пренебречь и при расчете считать элементы электрической цепи идеальными.

Существуют условные обозначения для изображения элементов цепи на схемах.

Кстати, подробнее про силу тока, напряжение, сопротивление и закон Ома для элементов электрической цепи читайте в отдельной статье.

Вольт-амперная характеристика – фундаментальная характеристика элементов цепи. Это зависимость напряжения на зажимах элемента от тока, который проходит через него. Если вольт-амперная характеристика представляет собой прямую линию, то говорят, что элемент линейный. Цепь, состоящая из линейных элементов – линейная электрическая цепь. Нелинейная электрическая цепь – такая цепь, сопротивление участков которой зависит от значений и направления токов.

Какие есть способы соединения элементов электрической цепи? Какой бы сложной ни была схема, элементы в ней соединены либо последовательно, либо параллельно.

При решении задач и анализе схем используют следующие понятия:

• Ветвь – такой участок цепи, вдоль которого течет один и тот же ток;
• Узел – соединение ветвей цепи;
• Контур – последовательность ветвей, которая образует замкнутый путь. При этом один из узлов является как началом, так и концом пути, а другие узлы встречаются в контуре только один раз.

Чтобы понять, что есть что, взглянем на рисунок:

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Классификация электрических цепей

По назначению электрические цепи бывают:

• Силовые электрические цепи;
• Электрические цепи управления;
• Электрические цепи измерения;

Силовые цепи предназначены для передачи и распределения электрической энергии. Именно силовые цепи ведут ток к потребителю.

Также цепи разделяют по силе тока в них. Например, если ток в цепи превышает 5 ампер, то цепь силовая. Когда вы щелкаете чайник, включенный в розетку, Вы замыкаете силовую электрическую цепь.

Электрические цепи управления не являются силовыми и предназначены для приведения в действие или изменения параметров работы электрических устройств и оборудования. Пример цепи управления – аппаратура контроля, управления и сигнализации.

Электрические цепи измерения предназначены для фиксации изменений параметров работы электрического оборудования.

Расчет электрических цепей

Рассчитать цепь – значит найти все токи в ней. Существуют разные методы расчета электрических цепей: законы Кирхгофа, метод контурных токов, метод узловых потенциалов и другие. Рассмотрим применение метода контурных токов на примере конкретной цепи.

Сначала выделим контуры и обозначим ток в них. Направление тока можно выбирать произвольно. В нашем случае – по часовой стрелке. Затем для каждого контура составим уравнения по 2 закону Кирхгофа. Уравнения составляются так: Ток контура умножается на сопротивление контура, к полученному выражению добавляются произведения тока других контуров и общих сопротивлений этих контуров. Для нашей схемы:

Полученная система решается с подставкой исходных данных задачи. Токи в ветвях исходной цепи находим как алгебраическую сумму контурных токов

Какую бы цепь Вам ни понадобилось рассчитать, наши специалисты всегда помогут справится с заданиями. Мы найдем все токи по правилу Кирхгофа и решим любой пример на переходные процессы в электрических цепях. Получайте удовольствие от учебы вместе с нами!

Рисование электрических схем в программе Microsoft Word

Для рисования электрических схем существуют большое множество программ. В этой статье я расскажу как с помощью широко известного текстового редактора Word можно быстро нарисовать электрическую принципиальную схему. Здесь специально применяю термин «рисование электрических схем» вместо «черчение электрических схем» так как считаю, что черчение подразумевает строгое выполнение чертежа схемы согласно ГОСТу, что в описываемом методе рисования электрических схем будет не всегда удобно.

Рисование электрических схем с помощью программы Microsoft Word производится с помощью набора заранее изготовленных рисунков электрорадиоэлементов, подключаемых к шаблону документа.

Установка шаблона для рисования электрических схем.

Для того что бы приступить к работе сделаем наш текстовый редактор более удобным для рисования электрических схем. Для этого установим следующий шаблон Normal.dot.

Заходим в меню Файл – Открыть, перед нами появляется диалоговое окно изображенное на рисунке 1.

Рисунок 1. Диалоговое окно открытия документа.

Далее делаем по пунктам, отмеченным на рисунке:
1. В выпадающем списке тип документа ставим – Все шаблоны Word.
2. В окне проводника указываем путь до скачанного файла Normal.dot.
3. Выбираем файл Normal.dot.
4. Нажимаем кнопку Открыть.
Идем в пункт Надстройки главного меню, где появляется дополнительная панель инструментов шаблона Normal.dot (рисунок 2.)

Описание панели инструментов для рисования электрических схем.

Рассмотрим подробнее панель для рисования электрических схем (рисунок 2.).

Рисунок 2. Панель для рисования электрических схем.

Здесь мы видим:
1. Панель форматирования текста, абзаца, вставки специальных объектов и меню вызова утилит.
2. Стандартную панель инструментов с некоторыми дополнительными функциями.
3. Панель инструментов Схема с набором библиотек электрорадиоэлементов и вставки стандартных объектов некоторых фигур.

Думаю, стандартная панель форматирования шрифта и абзаца вопросов не создаст, поэтому затрагивать ее не буду.

Выпадающее менюСхема полностью повторяет панель Схема, последняя в свою очередь включается нажатием на пиктограмму в виде обозначения транзистора.
Выпадающее меню Шаблон позволяет вставить на лист готовые шаблоны различных рамок, выполненных согласно ГОСТа (рисунок 3.).

Рисунок 3. Мени Шаблоны.

Инструменты выпадающего меню Утилиты предназначены для печати документа в виде книги.

С помощью инструментов выпадающего меню Язык выполняется различные функции, связанные с языком документа.

Из особенностей стандартной панели инструментов следует отметить наличие кнопок:
— вызов редактора формул;
— вставка символов;
— отображения панели Схема.

Теперь перейдем к рассмотрению панели инструментов Схема (рисунок 4.).

Рисунок 4. Панель Схема.

На панели имеются следующие блоки:
1. Кнопка вызова окна привязки объектов к сетке.
2. Группа инструментов для форматирования объекта.
3. Группа инструментов вставки стандартных объектов.
4. Группа инструментов вставки объектов из библиотеки элементов.

Библиотека инструментов для рисования электрических схем состоит из наборов основных электрорадиоэлементов и представлена на рисунке 5.

Рисунок 5. Библиотека инструментов для рисования электрических схем.

Создание электрических принципиальных схем.

Тем, кто хоть немного умеет работать с программой Microsoft Word будет совсем не трудно создать электрическую схему. Необходимо только выбрать необходимый элемент в библиотеке, нажать на него и он тут же появиться в документе. Теперь только останется внесенные таким образом элементы расположить как вам необходимо на листе и соединить линиями места соединения схемы и схема готова! Не забываете пользоваться стандартными инструментами программы.

Пример создания схемы в программе Microsoft Word можно посмотреть на рисунке 6.

Рисунок 6. Пример создания схемы в программе Microsoft Word.

Достоинства и недостатки использования программы Microsoft Word для рисования электрических принципиальных схем

Достоинства:
— нет необходимости устанавливать специальные программы;
— простота создания несложных электрических схем;
— бесплатное распространение описанного шаблона;
— возможность сохранения схемы в форматах pdf, html.
Недостатки:
— сложность создания электрических схем по ГОСТу;
— при открытии файла со схемой в других версиях Word возможно нарушения форматирования документа;
— небольшой набор компонентов для рисования электрических схем.

Вывод: данный метод рисования электрических схем хорошо подойдет при оформлении не сложных схем. Например, при выполнении курсовой или дипломной работы необходимо быстро нарисовать часть схемы, какой-то каскад или узел сложной схемы. Так же можно воспользоваться текстовым редактором для рисования электрических схем при публикации статей в интернете.

Посмотрите подробное видео как рисовать электрические схемы в программе Microsoft Word:

Для тех, кому не хватает возможностей шаблона для Word предлагаю ознакомиться с шаблонами для черчения электрических схем в программе Microsoft Visio.

Комплект шаблонов содержит набор условно-графических обозначений выполненных согласно отечественному ГОСТу и позволит чертить профессионалные электрические схемы.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Электрическая цепь и ее составные части

Из прошлых уроков вы уже знаете, что для возникновения электрического тока должны выполняться определенные условия.

Во-первых, необходимо наличие зарядов в проводнике — свободных электронов или ионов. А во-вторых, обязательно наличие источника тока, который создает в проводнике электрическое поле, что и приводит к возникновению тока.

Все ли это необходимые условия? Нет, нам осталось изучить всего еще одно — наличие электрической цепи. Именно о ней и пойдет речь на данном уроке.

Необходимые части электрической цепи

Итак, первое, что должно обязательно присутствовать в электрической цепи — это источник тока.

Он создаст электрическое поле и будет его поддерживать, возникнет электрический ток. Мы же можем использовать его энергию.

Каким образом? Для этого нам нужен потребитель или приемник электрической энергии. Так называют все электрические приборы, которые мы используем, начиная от простых лампочек и фонариков, заканчивая компьютерами, электродвигателями, различной бытовой техникой.

Источник тока и его потребитель необходимо соединить друг с другом проводами. По ним ток от источника будет достигать потребителя.

Обозначения частей электрической цепи

Электрические цепи принято изображать с помощью специальных схем. На них все элементы обозначаются специальными условными знаками.

На рисунке 1 изображены такие знаки для источников тока и их систем, таких потребителей тока, как лампа и электрический звонок.

Также на рисунке 1 изображен условный знак для ключа. Его (а также рубильники, кнопки и различные выключатели) используют для того, чтобы включать или выключать приемники электрической энергии. Такие устройства называют замыкающими или размыкающими устройствами (рисунок 2).

В ходе изучения материала данного раздела вы будете знакомиться с различными новыми устройствами, которые используют в электричестве. При этом для каждого так же будет специальный условный знак. Так, вы познакомитесь с реостатами, конденсаторами, электрическими лампами и предохранителями.

Схема простейшей электрической цепи

Итак, самый простой вариант электрической цепи изображен на рисунке 3.

Из каких частей она состоит?

1. Источник тока
2. Приемник тока
3. Замыкающее устройство
4. Соединяющие провода

В данном случае источником тока является гальванический элемент или аккумулятор, приемником — лампочка, замыкающим устройством — ключ. Все эти элементы соединены между собой проводами.

Замкнутость электрической цепи

Чтобы в цепи был ток, она должна быть замкнутой.

Что это означает? Цепь должна состоять только из проводников электричества.

Если в каком-то месте соединительный провод будет поврежден или оборван, то тока в цепи не будет. Именно на этом основывается действие замыкающих устройств.

Упражнения

Упражнение №1

Начертите схему цепи, содержащей один гальванический элемент и два звонка, каждый из которых можно включать отдельно.

Что будет отвечать в цепи за включение звонка? Ключ. А так как у нас два звонка и каждый нужно включать независимо от другого, то и ключа должно быть два (рисунок 4).

Обратите внимание на расположение звонков. Если мы соединим их просто один друг за другом, это будет неверным вариантом решения. Ведь если тогда выключим один звонок, он будет являться для второго своеобразным «оборванным проводом», и второй звонок работать не будет.

Упражнение №2

Придумайте схему соединения гальванического элемента, звонка и двух кнопок, расположенных так, чтобы можно было позвонить из двух разных мест.

Чтобы звонить из двух разных мест мы можем разместить кнопки, как показано на рисунке 5.

Второй ключ (кнопку) можно разместить и с другой стороны цепи похожим способом.

Упражнение №3

На рисунке 6 дана схема соединения лампы и двух переключателей. Рассмотрите схему и подумайте, где можно применить такую проводку.

Обратите внимание, таким способом изображают ключи\переключатели, связанные между собой. Т.е. при замыкании одного замыкается и другой, и наоборот.

Такую проводку удобно использовать в больших помещениях. Например, заходя в длинный коридор, вы включаете свет рядом с дверью. Идете в другой конец коридора до другого помещения, и нужно выключить за собой свет. Рядом с вами находится вторая кнопка. Нажав на нее, вы выключаете свет.

Также можно использовать такой вариант электрической цепи, если включать/выключать свет необходимо разным людям из разных мест помещения.

Упражнение №4

Нарисуйте схему цепи карманного фонаря (рисунок 7) и назовите части этой цепи. Какие элементы фонаря отмечены цифрами?

На рисунке 6 под цифрой 1 обозначены два источника тока (гальванических элемента или аккумулятора). Цифрой 2 обозначена лампа, а цифрой 3 — кнопка включения/выключения (замыкающее устройство).

Нарисуем схему цепи такого фонаря (рисунок 8).

На схеме у нас расположены все вышеперечисленные элементы, соединенные между собой проводами.

Составные части электрической цепи

Использовать электрическую энергию возможно, лишь подключив потребитель к источнику тока. При этом к одному источнику часто подключают несколько потребителей.

Чтобы правильно соединять приборы между собой, нужно разбираться в схемах и уметь составлять электрическую цепь из используемых элементов.

Обычно сначала рисуют электрическую схему цепи на бумаге. На такой схеме указывают, как именно должны соединяться между собой всевозможные элементы, включаемые в цепь.

Затем на нарисованной схеме проверяют правильность соединений. И, только затем подключают различные потребители, соединительные провода и прочие части цепи к источнику тока.

Умение составлять электрические схемы на бумаге позволит избежать ошибок, коротких замыканий и выхода из строя различных звеньев цепи.

Из каких частей состоит простейшая электрическая цепь

Простейшая электрическая цепь содержит:

• источник тока;
• соединительные провода;
• приемники тока (потребители электроэнергии);
• ключ;

Примечание: Источник создает и поддерживает электрическое поле для длительного протекания тока.

Виды потребителей тока

Среди потребителей, используемых в быту, можно выделить:

• электрические двигатели;
• осветительные приборы – лампы, люстры, бра, торшеры и т. п.;
• обогреватели, электроплиты, утюги;
• холодильники;
• и другие сложные электронные приборы – радио, телевизоры, плееры, компьютеры, принтеры, мобильные телефоны, планшеты;

Функции различных частей цепи

Каждый элемент электрической цепи выполняет свои специфические функции.

Источник тока снабжает энергией приемники тока – потребители.

Соединительные провода доставляют энергию от источника к потребителям.

Всевозможные кнопки, выключатели, рубильники, применяют в нужные моменты времени для подключения потребителей к источнику тока, а, так же, их отключения от источника.

Чтобы по электрической цепи циркулировал ток, эта цепь должна быть замкнутой.

Поэтому любая замкнутая цепь состоит из элементов, способных проводить электрический ток — проводников.

Если разомкнуть (разорвать) цепь в какой-либо ее части, то электрический ток перестанет по ней протекать. Разрывают цепь в нужные моменты времени с помощью всевозможных выключателей.

Как элементы электрической цепи обозначают на схемах

Для наглядности способы соединения элементов изображают графически. Такие чертежи называют принципиальными электрическими схемами (рис. 6). Чтобы не рисовать элементы в подробностях, для них придумали упрощенные обозначения.

Обозначение каждого элемента стандартизировали. Благодаря стандартам, схема цепи, составленная в какой-либо стране, может быть прочитана и воспроизведена в другой части мира.

На рисунке 7 приведены обозначения, принятые в странах СНГ и некоторых странах Европы.

Рядом с графическим символом указывают буквенные обозначения. Элементы на схемах принято обозначать латинскими буквами так:

• гальваническую батарею GB или B. В качестве источника тока для компактных электронных устройств часто применяют аккумуляторы, или батарейки;
• выключатель – SA, кнопка — SB; Для кнопок и выключателей иногда используют только одну букву S;
• проводник, обладающий сопротивлением – R;
• соединительные клеммы — буквами XT;
• символом FU — плавкий предохранитель. Он служит для защиты схемы и из строя первым, как только ток превысит определенный порог, указанный на таком предохранителе;
• нагревательный элемент электроплит и других обогревателей — символом EK;
• лампу накаливания – HL или HA;
• разъем вилка-розетка – XS;
• электродвигатель постоянного тока – M;
• электромеханический звонок – HA.

Часто бывает так, что на схемах присутствуют элементы, обозначаемые одинаковыми графическими значками. Чтобы различать их, дополнительно вводят цифровую нумерацию (рис. 8).

Например, первую лампу обозначают HL1, вторую – HL2, и так далее.

Примечание: В Северной Америке и Японии графические обозначения некоторых элементов отличаются.

Существует еще одно, полезное для составителя схем, правило.

Элемент цепи можно передвигать по схеме вдоль соединительного проводника, если это не изменяет электрические соединения.

Благодаря такому правилу, одну и ту же схему можно нарисовать различными способами (рис. 9).

Для чего рисуют точки на схемах

Чтобы обозначить соединение элементов на схемах, используют точки. Нарисованная точка указывает на наличие контакта между токоведущими проводниками (рис. 10).

Если в каком-либо месте цепи соединяются три или более проводящих линии, их соединение обозначают точкой.

На следующем рисунке приведен пример использования точек на простых схемах, состоящих из батареек и лампочек. Рисунок 11а содержит соединение нескольких проводящих дорожек. Благодаря соединениям заряды во время протекания тока могут перемещаться из одного проводника в другой.

При построении электрических схем применяют различные способы соединения элементов, наиболее распространенные — последовательное и параллельное соединение, а так же, смешанное.

А на рисунке 11б представлено пересечение изолированных проводников. Соединений между такими проводниками нет и, ток из одного проводника во второй проводник проникать не будет.

Обязательно на схемах обозначайте точками соединения проводников. Если точку на схеме не поставить, то другие люди, читающие ваши схемы, подумают, что проводники не соединяются, а скрещиваются без соединения.