Электр техникалық құрылғыларда өтетін электромагниттік процестер, әдетте, өте күрделі. Алайда, көптеген жағдайларда олардың негізгі сипаттамаларын мынадай интегралды түсініктердің көмегімен сипаттауға болады: кернеу, ток, электр қозғаушы күш (ЭДС). Мұндай жақындау кезінде электр энергиясын және (немесе) ақпаратты генерациялауға, беруге, таратуға және түрлендіруге арналған электр энергиясының тиісті түрде қосылған көздері мен қабылдағыштарынан тұратын электр техникалық құрылғылардың жиынтығын электр тізбегі ретінде қарайды. Электр тізбегі белгілі бір функцияларды орындайтын және тізбек элементтері деп аталатын жеке бөліктерден (объектілерден) тұрады. Тізбектің негізгі элементтері электр энергиясының (сигналдардың) көздері мен қабылдағыштары болып табылады. Электр энергиясын өндіретін электр техникалық құрылғылар генераторлар немесе электр энергиясының көздері деп аталады, ал оны тұтынатын құрылғылар – электр энергиясын қабылдағыштар (тұтынушылар) деп аталады.

Тізбектің әрбір элементінде қысқыштардың (полюстердің) белгілі бір санын анықтауға болады, ол басқа элементтермен жалғанады. Екі және көп полюсті элементтер бар. Екі полюстердің екі қысқышы бар. Оларға энергия көздері (Басқарылатын және көп фазалы), резисторлар, индуктивтілік катушкалары, конденсаторлар жатады. Көп полюсті элементтер, мысалы, триодтар, трансформаторлар, күшейткіштер және т. б.

Электр тізбегінің барлық элементтерін шартты түрде активті және пассивті деп бөлуге болады. Оның құрылымында электр энергиясының көзі бар элемент Белсенді деп аталады. Пассивті элементтерге ыдырайтын (резисторлар) немесе энергия жинақталатын (индуктивтілік катушкасы және конденсаторлар) элементтер жатады. Тізбек элементтерінің негізгі сипаттамаларына олардың вольт-амперлік, вебер-амперлік және кулон-вольттық сипаттамалары жатады. Егер элементтер сызықты дифференциалдық немесе алгебралық теңдеулермен сипатталса, онда олар сызықтық деп аталады, әйтпесе олар сызықты емес класқа жатады. Қатаң айтқанда, барлық элементтер сызықсыз. Оларды сызықтық ретінде қарастыру мүмкіндігі, бұл процестерді математикалық сипаттау мен талдауды айтарлықтай жеңілдетеді, олардың айнымалы және олардың жиіліктерін сипаттайтын шекаралармен анықталады. Осы теңдеулердегі айнымалыларды байланыстыратын коэффициенттер, олардың туындылары және интегралдар элемент параметрлері деп аталады.

Егер элемент параметрлері оның геометриялық өлшемдерін анықтайтын кеңістіктік координаталар функциялары болмаса, онда ол шоғырланған параметрлері бар элемент деп аталады. Егер элемент кеңістіктік айнымалылар кіретін теңдеулермен сипатталса, онда ол таратылған параметрлері бар элементтер класына жатады. Соңғылардың классикалық мысалы-электр энергиясын беру желісі (ұзын желі).

Тек сызықты элементтерден тұратын тізбектер сызықты деп аталады. Схемада кемінде бір сызықты емес элементтің болуы оны сызықты емес класына жатқызады.

Тізбектің пассивті элементтерін, олардың негізгі сипаттамалары мен параметрлерін қарастырайық.

1. Резистивті элемент (резистор)

Резистордың шартты графикалық бейнесі суретте көрсетілген. 1, а. Резистор-резистивті кедергімен сипатталатын пассивті элемент. Соңғысы дененің геометриялық өлшемдерімен және материалдың қасиеттерімен анықталады: R (Ом м) меншікті кедергісімен немесе кері өлшеммен – меншікті өткізгіштігімен (См/м).

Ұзындығы және қимасы S өткізгіштің қарапайым жағдайында оның кедергісі өрнегімен анықталады

.

Жалпы жағдайда кедергіні анықтау екі электродты бөлетін өткізгіш ортадағы өрісті есептеумен байланысты.

Резистивті элементтің негізгі сипаттамасы-вольт-амперлік сипаттама (ВАХ) деп аталатын тәуелділік. Егер тәуелділік координатаның басы арқылы өтетін түзу сызық болса (суретті қараңыз. 1, б), онда резистор сызықтық деп аталады және ара қатынасы сипатталады

немесе

,

мұнда-өткізгіштігі. Бұл ретте R=const.

Бейсызық резистивный элемент ВАС оның нелинейна (сур. 1, б) сызықты емес тізбектерге арналған дәрістер блогында көрсетілгендей бірнеше параметрлермен сипатталады. Атап айтқанда, инерциясыз резисторға статикалық және дифференциалды кедергіге сәйкес қойылады.Бұл бөлімде нақты электртехникалық құрылғыларды оқу туралы сөз болмайды. Электр тізбектері теориясының негізінде сұрақтарға жауап алу маңызды:
1. Электр тізбегінің әрбір учаскесінде Токтар мен кернеулер өзара қандай тәуелділікте болады? Өйткені дәл осы қатынастар құрылғылардың энергетикасын анықтайды.
2. Электр тізбегін қалай жақсы есептеу керек? Электр қондырғыларында өтетін процестерді талдау кезіндегі табыс есептеу әдісін таңдауға байланысты.
Сондықтан біз алмастыру схемаларымен айналысатын боламыз. Әрбір электр техникалық құрылғы өзінің математикалық моделімен сипатталуы мүмкін, ол тиісті түрде, сол немесе басқа болжамдармен, онда энергетикалық процестердің ағуын бейнелейді. Бұл математикалық модельдің негізінде алмастыру сұлбасы құрылады, ол элементтердің соңғы жиынтығынан тұрады.
Барлық элементтерді екі топқа бөлуге болады:
1. Электр энергиясының активті элементтері немесе көздері.
2. Электр энергиясының пассивті элементтері немесе тұтынушылары.
Бірінші топқа ток және кернеу көздері жатады.
Екінші топқа белсенді және реактивті тұтынушылар жатады.
Элементтердің графикалық бейнесі және олардың негізгі параметрлері кестеде көрсетілген.Егер құрылғыларда өтетін процестер электр қозғалатын күш (ЭДС), ток және кернеу туралы ұғымдардың көмегімен сипатталуы мүмкін болса, электр тізбегін беру, тарату және өзара түрлендіруге арналған құрылғылар жиынтығы деп аталады.

Электр тізбегінің негізгі элементтері электр энергиясының (және ақпараттың) көздері мен қабылдағыштары болып табылады, олар бір-бірімен сымдармен жалғанады.

Электр энергиясының көздерінде (гальваникалық элементтер, аккумуляторлар, электр машиналық генераторлар және т. б.) химиялық, механикалық, жылу энергиясы немесе басқа түрдегі энергия электр энергиясына айналады, ал электр энергиясының қабылдағыштарында (электротермиялық құрылғылар, электр лампалары, резисторлар, электр қозғалтқыштары және т. б.), керісінше, электр энергиясы жылу, жарық, механикалық және т. б. болып өзгертіледі.

Электр энергиясын көздерде алу, оны қабылдағыштарда беру және түрлендіру уақыт өзгермеген Токтар мен кернеулер кезінде болатын электр тізбектері тұрақты ток тізбектері деп аталады. Тұрақты Токтар мен кернеулер кезінде электр қондырғыларының магниттік және электр өрістері де уақыт бойынша өзгертілмейді. Осыған байланысты тұрақты ток тізбектерінде индукция ЭДС пайда болмайды және диэлектриктерде, қоршаған өткізгіштерде жылжу токтары жоқ.

“Электр энергиясын қабылдағыш” терминінің орнына одан әрі “қабылдағыш” немесе “тұтынушы”, ал “электр энергиясының көзі” терминінің орнына “энергия көзі”, “қуат көзі” немесе “қуат көзі”терминдерінің орнына неғұрлым қысқа және тең мағыналы терминдерді қолданатын боламыз.

Қосымша тақырыбы бойынша
Электр тізбектері мен схемаларының элементтері
Энергия көздерін алмастыру схемалары
ЭҚК бар тізбек бөлігі үшін Ом заңы
Жай тармақталмаған тізбек үшін қуат балансы
Кирхгоф заңдары және олардың қолданылуы
Топологиялық бағандар
Матрицалық формадағы Кирхгоф заңдары
Түйінді потенциалдар әдісі
Контурлық токтар әдісі
Матрицалық формадағы тізбек теңдеулері
Кеңейтілген тораптық теңдеулер
Сызықты Электр сұлбаларындағы түрлендіру
– Сур. 1.1 шартты түрде энергия көзі – аккумулятор батареясы және электр шамдарының қабылдағыш – тобы бар қарапайым электр қондырғысы бейнеленген. Қуат көзі мен қабылдағыштың қорытындылары (қысқыштары) өзара екі сыммен жалғанған. Энергия көзі, сымдар мен қабылдағыш тұйық өткізгіш контурды құрайды. Бұл контурда ЭҚК әсерінен энергия көзі электр зарядтарының үздіксіз және бір жақты бағытталған реттелген қозғалысы жүреді. Осы үш элементтің жиынтығы – энергия көзі, екі сым және қабылдағыш-тұрақты токтың қарапайым электр тізбегі. Бірнеше көздері және көп энергия қабылдағыштары бар, өлшеу аспаптары мен қосалқы элементтері бар (ауыстырып-қосқыш, сақтандырғыштар және т.б.) неғұрлым күрделі электр тізбектері жиі кездеседі.

Электр тізбегіндегі процестерді зерттеуді жеңілдету үшін оны алмастырудың есептік схемасымен, яғни нақты тізбектің есептік моделіне қызмет ететін идеалданған тізбекпен алмастырады. Тізбектің жұмыс режимін есептеу және талдау мен синтездің басқа да міндеттерін шешу кезінде тізбектің әрбір нақты элементі схеманың элементтерімен алмастырылады, олардың әрқайсысының математикалық сипаттамасы (математикалық модель) тізбек элементінде басты (басым) процестерді немесе, дәлірек айтқанда, талдау немесе синтездеу кезінде ескерілуі қажет барлық процестерді көрсетуі тиіс.

Тұрақты ток тізбегі үшін сұлбаның екі негізгі элементтерінің түсінігін пайдаланады: ЭҚК Е бар энергия көзі және гвт ішкі кедергісі (сурет. 1.2, а) және R кедергісімен резистивті элемент – қабылдағыш (жүктеме) (сурет. 1.2, б). Осылайша, бұдан әрі “алмастыру схемасы” терминін қолдана отырып, немесе қысқа, “схема” тиісті тізбекті де түсінеміз. Одан әрі, егер арнайы нұсқаулар болмаса, жалғастырушы сымдардың кедергісі ескерілмейді, өйткені ол қабылдағыштардың кедергісінен аз болуы тиіс.

Электр қозғаушы күш Е (сурет. 1.2, а) онда ток болмаған кезде энергияның 1 және 2 көзінің оң және теріс қорытындылары арасындағы J потенциалдар айырмасына немесе U кернеуіне тең, яғни бос жүріс режимінде, оның пайда болуының физикалық табиғатына қарамастан (түйіспелі ЭДС, термо-ЭДС және т. б.):