Электрические цепи можно классифицировать по ряду признаков:
а) по роду тока – цепи постоянного тока, цепи переменного тока (однофазные, трехфазные);
б) по способу соединения элементов – цепи неразветвленные. Цепи разветвленные;
в) по количеству источников электрической энергии – цепи с одним и несколькими источниками;
г) по виду вольтамперных характеристик элементов – цепи линейные, цепи нелинейные.
В электрические цепи, кроме основных элементов – источников и приемников электрической энергии, входят различные вспомогательные аппараты и приборы, предназначенные для управления (рубильники, переключатели), регулирования (реостаты. Стабилизаторы тока и напряжения), защиты (плавкие предохранители, реле), измерения (вольтметры, амперметры и другие электроизмерительные приборы). Вспомогательные элементы, также как и основные, включаются в цепь при помощи проводов.
Основной целью расчета электрических цепей является анализ различных режимов. На основании которого можно оценить условия и эффективность работы электротехнического оборудования и приборов. Эта цель в большинстве случаев достигается определением токов во всех участках электрической цепи. Зная токи, нетрудно определить напряжение и мощности отдельных элементов.
Для облегчения расчета составляется схема замещения электрической цепи или просто электрическая схема.
На схеме изображают все элементы, влиянием которых на результат расчета нельзя пренебречь, и указывают также электрические соединения между ними, которые имеются в самой цепи. При этом пользуются условными графическими обозначениями, установленными ГОСТ 7624-62.
Элементы электрической цепи, в которых преобразование энергии осуществляется при наличии электродвижущей силы, характеризуются в большинстве случаев постоянными значениями э.д.с. E и внутреннего сопротивления r0 (см. Рис.1, а). Такие элементы цепи называются активными.
Элементы цепи, в которых электрическая энергия преобразуется в тепло, характеризуются сопротивлением r или проводимостью g. Эти элементы называются пассивными.
На схемах стрелками отмечаются положительные направления э.д.с., напряжений и токов. Напряжение э.д.с. может быть указано обозначением полярности зажимов источника: внутри источника э.д.с. направлена от отрицательного зажима к положительному. Положительное направление напряжения на участке цепи совпадает с направлением тока – от точки большого потенциала к точке меньшего потенциала. У приемников направления напряжения и тока совпадают, а у источников они противоположны.
На Рис.1. und изображена электрическая цепь, на Рис.1. bis – ее схема замещения; указаны положительные направления тока и напряжения.
В этой схеме генератор T электрической энергии представлен э.д.с. E и внутринним сопротивлением r0; два приемника P1 und P2 заменены эквивалентным сопротивлением rn; сопротивление проводов линии L заменено сосредоточенным сопротивлением rl; вспомогательные аппараты и приборы в схеме замещения отсутствуют, так как в данном случае предполагается, что на результаты расчета они не влияют.
Рассматривая схемы различных электрических цепей, можно выделить в них характерные участки.
Участок, вдоль которого ток имеет одно и то же значение, называют ветвью электрической цепи.
Место соединения трех или большего числа ветвей называется узлом электрической цепи; например, на схеме Рис.2 к узлу 6 подключены четыре ветви.
Ветви, не содержащие источников электрической энергии, называются пассивными. Ветви, в которые входят источники электрической энергии, называются активными.
Любой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям, называется контуром электрической цепи. На Рис. 3. таких контуров три: Б-1-2-А-Б; А-3-4-Б-А; А-3-4-Б-1-2-А.
Элементы электрических цепей, которые характеризуются постоянными значениями сопротивления r и проводимости g, не зависимыми от тока в них или напряжения на их зажимах, называются линейными, так как имеют прямолинейную вольтамперную характеристику (Рис. 4). Электрическая цепь, составленная из линейных элементов, называется линейной.
Связь между э.д.с., напряжениями и токами линейных электрических цепей выражается линейными уравнениями, т. е. уравнениями первой степени, поэтому для расчета их применяются аналитические методы с обычными алгебраичными преобразованиями.
Электрическая цепь, в которую входит хотя бы один нелинейный элемент, называется нелинейной.
Расчет нелинейных электрических цепей значительно усложняется, так как вольтамперные характеристики нелинейных элементов не всегда удается выразить аналитически, а если это и возможно, то напряжения и токи входят в уравнения в степенях выше первой.
Для нелинейных цепей применяются графические и графо-аналитические методы расчета.