Circuit electric si retea electrica. Structura si clasificarea circuitelor

Circuit electric si retea electrica. Structura si clasificarea circuitelor

Prin circuit electric se intelege ansamblul mediilor prin care poate circula curentul electric.

Prin mediile conductoare si semiconductoare circula curentul electric de conductie, iar prin mediile dielectrice numai curentul de deplasare.

Un ansamblu de circuite electrice conectate intre ele intr-un mod oarecare constituie o retea electrica.

Un circuit electric este constituit, in general, din elemente de circuit. Elementele de circuit sunt:

sursele de energie electrica care transforma, printr-un proces oarecare, o energie neelectrica in energie electrica;

consumatorii de energie electrica, care transforma energia electrica primita intr-o energie neelectrica;

conductoarele electrice care transporta energie electrica de la sursa la consumator;

aparatele electrice, destinate comenzii, protectiei, controlului, reglajului si semnalizarii functionarii circuitelor electrice. Aparatele electrice nu sunt nici surse de energie electrica si nici consumatoare de energie electrica (consumul propriu de energie electrica este neglijabil).

Elementele de circuit se caracterizeaza prin urmatorii parametri:

tensiuni electromotoare e sau U_e, sursele de energie electrica;

puterea electrica P;

tensiunea la borne U;

intensitatea curentului electric I;

rezistenta electrica marime de material specifica consumatorului:

inductanta marime de material specifica consumatorului:

capacitatea electrica (capacitatea condensatorului plan), marime de material specifica consumatorului.

Daca ne referim la un rezistor (folosit in laborator drept consumator), realizat din sarma bobinata, acesta se caracterizeaza atat prin rezistente electrica R, cat si prin inductanta L a spirelor si prin capacitatea C dintre spire, parametrul predominant fiind insa rezistenta electrica. In situatie analoaga se prezinta si bobinele, respectiv condensatoarele folosite in practica.

In teoria circuitelor electrice se introduc, prin abstractizare, asa numitele elemente ideale de circuit, si anume:

rezistorul ideal, caracterizat numai prin marimea R(rezistenta electrica);

bobina ideala, caracterizata numai prin marimea L (inductanta);

condensatorul ideal caracterizat numai prin marimea C (capacitate);

generatorul ideal de tensiune, a carui tensiune la borne este independenta de curent;

generatorul ideal de curent, la care curentul debitat este independent de tensiunea la borne.

In anumite situatii concrete si in anumite limite date, elementele de circuit folosite in practica, pot fi considerate ca fi ideale.

Schema electrica este reprezentarea grafica prin simboluri a elementelor de circuit si a modului cum acestea sunt conectate intre ele. O schema electrica este corect intocmita daca ecuatiile stabilite pe baza ei descriu cu aproximatie satisfacatoare comportarea circuitului (retelei) reprezentat prin schema respectiva.

Circuitul electric (reteaua) constituie un sistem fizic real, iar schema circuitului reprezinta o abstractizare, o reprezentare simbolica a circuitului (sau retelei).

Fig. 4.1. Simboluri ale unor elemente de circuit:

a) - rezistor; b) - bobina; c) - condensator; d) generator ideal de tensiune; e) generator ideal de curent;

Analizand schema unei retele electrice (fig. 4.2), se disting: laturi, noduri, ochiuri si arbori.

Latura de circuit (retea) este o portiune neramificata de retea, ale carei capete sunt legate la doua noduri diferite.

Nodul electric este punctul in care se leaga (electric, galvanic) impreuna cu cel putin 3 capete de laturi.

Se numeste ochi (bucla) de retea, o succesiune de laturi care formeaza o curba inchisa.

Partea de retea care nu contine ochiuri se numeste arbore (retea arborescenta).

Fig. 4.2 Retea electrica

Daca latura de retea contine surse, ca de exemplu latura AB din fig. 4.2, ea se numeste activa.

Daca latura de retea nu contine surse, ca de exemplu latura AD, ea se numeste pasiva.

Latura este receptoare, daca puterea consumata este pozitiva, adica: .

Aceasta impune ca sensurile lui u si i sa coincida.

Latura este generatoare, daca puterea consumata este negativa, adica: .

Aceasta impune ca sensurile lui u si i sa nu coincida.

Un circuit electrici este filiform daca densitatea de curent este constanta in punctele sectiunii sale transversale (dimensiunile transversale ale conductoarelor sunt mult mai mici decat cele longitudinale). In caz contrar, circuitul este masiv.

Un circuit electric este liniar daca parametrii elementelor circuitului respectiv sunt independenti de tensiune sau de curent.

Circuitul este neliniar daca cel putin unul din parametrii sai depinde de tensiune sau de curent.

Circuitele electrice pot fi cu parametri concentrati sau cu parametri repartizati in lungul lor. Delimitarea intre circuitele cu parametri concentrati si circuitele cu parametri repartizati se face atat in raport cu lungimea fizica a circuitului, cat si in raport cu frecventa curentului din circuit.

Dupa legatura cu exteriorul se deosebesc: circuite izolate (nu au borne de acces cu exteriorul) si circuite neizolate (au borne de acces cu exteriorul).

Circuitul care are numai doua borne de acces cu exteriorul se numeste dipol; circuitul care are 4 borne de acces cu exteriorul se numeste cvadripol; etc.

In ceea ce priveste sensurile de referinta dintr-un circuit electric, acestea se refera la urmatoarele marimi fizice scalare definite prin integrare de linie si de suprafata a unor marimi vectoriale:

- tensiunea electromotoare ;

- tensiunea la borne

- curentul electric

Se numeste sens de referinta sau sens pozitiv al marimii fizice scalare, sensul vectorului element de integrare .

La randul sau, sensul vectorului element de integrare se stabileste fie arbitrar, fie pe baza unor reguli.

Dupa ce s-a stabilit sensul de referinta al uneia dintre marimile scalare precizate mai sus, se face calculul acestei marimi, obtinandu-se o valoare pozitiva sau negativa, in raport cu sensul de referinta ales.

Se numeste sens efectiv, acel sens de referinta pentru care marimea fizica respectiva rezulta pozitiva.

Tensiunea electromotoare "e" rezulta pozitiva cand sensul de referinta, adica sensul elementului de integrare prin interiorul sursei, este orientat de la borna negativa la cea pozitiva.

Curentii electric i rezulta pozitiv cand vectorul elementului de suprafata este in acelasi sens cu sau, in general, cand unghiul dintre cei doi vectori este mai mic decat 90º.

Sensul de referinta al tensiunii la borne U_b, se indica in schema printr-o sageata desenata intre borne.

Exista doua conventii (reguli) privind asocierea sensurilor de referinta ale tensiunii la bornele unei laturi de retea si a curentului ce trece prin ea.

Fig. 4.3 Laturi de retele:

a)      - generatoare;

b)      - receptoare

Pentru laturi de retea receptoare, sagetile care indica sensurile pozitive ale tensiunii la borne si ale curentului pleaca, respectiv intra, in aceeasi borna. (fig. 4.3b).

Pentru laturi de retea generatoare, cele 2 sensuri de referinta sunt opuse in raport cu aceeasi borna (fig. 4.3a).

Daca nu se poate preciza de la inceput caracterul de receptor sau de generator al unei laturi de retea, sensurile pozitive (de referinta) pentru tensiunea la borne si pentru curent se aleg arbitrare, fie ca la receptor, fie ca la generator. Dupa efectuarea calculelor, rezulta sensurile efective ale acestei marimi, respectiv se poate preciza daca latura de retea are sau nu caracterul de receptor sau de generator adoptat initial.