Классификация электрических цепей

Часто говорят о простых и сложных электрических цепях. Это разделение является очень условным и часто понимается по-разному. В некоторых случаях под простыми цепями понимают цепи, содержащие только один источник электрической энергии (источник ЭДС). Часто к простым цепям относят только одноконтурные неразветвленные цепи, в которых имеет место быть один ток.

Принципиально важным является разделение электрических цепей на цепи с распределенными и сосредоточенными параметрами, под которыми понимают активное сопротивление R, индуктивность L и емкость С. Считается, что в цепях с сосредоточенными параметрами R, L и C, эти элементы сосредоточены в конкретных однозначно определенных местах (участках), никакого влияния на работу любого другого участка не оказывают и при расчете других участков не учитываются.

Например, электрическое сопротивление проводника  от одного узла ветви к другому, конечно, распределено равномерно по всей его длине .

Тем не менее, в схемах цепей с сосредоточенными параметрами это сопротивление помещается в одном конкретном месте, полагая, что в остальной части ветви сопротивление отсутствует. То же самое относится и к индуктивности, и к емкости (см. рис. 1.11).

Строго говоря, все реальные электрические цепи относятся к цепям с распределенными (по длине проводников) параметрами. Однако расчет таких цепей оказывается настолько сложным, а выигрыш в точности расчетов часто настолько ничтожным, что фактически все виды электрических цепей, включая длинные линии, рассматриваются либо как одна, либо как интегральная совокупность цепей с сосредоточенными параметрами.

В настоящем учебном пособии в связи с этим рассматриваются только цепи с сосредоточенными параметрами.

Если электрическая цепь содержит источники электрической энергии только с постоянными ЭДС , в такой цепи имеют место только постоянные токи i_к = I_к. эти цепи относят к категории цепей постоянного тока.

Все остальные цепи относятся к цепям переменного тока, когда ЭДС , напряжение u(t), ток i(t), потенциал j(t) являются функциями времени.

Поскольку, как будет показано, электрические цепи постоянного тока могут рассматриваться как частный случай цепей синусоидального тока при совпадении всех правил и методов расчета, цепи постоянного тока в пособии рассматриваются в составе цепей синусоидального тока.

В состав цепей переменного тока особое, а в электроэнергетике – доминирующее, положение занимают цепи с синусоидальными (гармоническими) ЭДС, напряжениями и токами, изменяющимися во времени по периодическому синусоидальному закону (синусоидальные функции – синусоиды).

Цепи с любым иным законом изменения во времени электрических величин относятся к категории цепей не синусоидального тока.

В составе таких цепей особую категорию составляют цепи с не синусоидальными, но изменяющимися во времени по периодическому закону электрическими величинами.

Расчет таких цепей легко (с помощью ряда Фурье) сводится к расчету обычных цепей синусоидального тока, поэтому отдельно в пособии не рассматривается.

Переменные токи возникают не только в связи с присутствием в цепях переменных ЭДС, но при всех видах коммутационных процессов в них (включение, отключение, в случае разного вида аварий и т.д.)

Дискретные и цифровые электрические цепи служат для передачи сигналов, закодированных в систему импульсов, и широко используются в телекоммуникационных и радиотехнических системах связи, обеспечивая их повышенную помехоустойчивость.

Самыми распространенными в электроэнергетике случаями электрических цепей с несинусоидальными, но периодическими ЭДС, напряжениями и токами являются цепи с нелинейными сопротивлениями, индуктивностями или емкостями, которые искажают формы кривых u(t) и i(t), не изменяя их периоды.

Если в цепи есть хотя бы один нелинейный элемент, эта цепь является нелинейной.

В настоящем пособии рассматриваются только линейные электрические цепи.