Teoria sieci - przegląd

Network theoryjest nauką o rozwiązywaniu problemów obwodów elektrycznych lub sieci elektrycznych. W tym rozdziale wprowadzającym omówimy najpierw podstawową terminologię obwodów elektrycznych oraz rodzaje elementów sieci.

Podstawowa terminologia

W teorii sieci często napotykamy następujące terminy -

• Obwód elektryczny
• Sieć elektryczna
• Current
• Voltage
• Power

Dlatego konieczne jest zebranie podstawowej wiedzy na temat tych terminów, zanim przejdziemy dalej. Zacznijmy od obwodu elektrycznego.

Obwód elektryczny

Obwód elektryczny zawiera zamkniętą ścieżkę zapewniającą przepływ elektronów ze źródła napięcia lub źródła prądu. Elementy obecne w obwodzie elektrycznym będą wseries connection, parallel connectionlub w dowolnej kombinacji połączeń szeregowych i równoległych.

Sieć elektryczna

Sieć elektryczna nie musi zawierać zamkniętej ścieżki zapewniającej przepływ elektronów ze źródła napięcia lub źródła prądu. Dlatego możemy stwierdzić, że „wszystkie obwody elektryczne są sieciami elektrycznymi”, ale sytuacja odwrotna nie musi być prawdą.

obecny

Obecny "I"przepływający przez przewodnik to nic innego jak szybkość przepływu ładunku w czasie. Matematycznie można to zapisać jako

$$ I = \ frac {dQ} {dt} $$

Gdzie,

• Q jest ładunkiem, a jego jednostką jest Coloumb.

• t to czas, a jego jednostką jest sekunda.

Analogicznie, prąd elektryczny można traktować jako przepływ wody przez rurę. Prąd jest mierzony w kategoriachAmpere.

Ogólnie, Electron current przepływa z bieguna ujemnego źródła do zacisku dodatniego, natomiast Conventional current przepływa z dodatniego terminalu źródła do ujemnego terminalu.

Electron current jest uzyskiwany w wyniku ruchu swobodnych elektronów, natomiast Conventional currentuzyskuje się dzięki przepływowi bezpłatnych opłat dodatnich. Oba są nazywane jakoelectric current.

Napięcie

Napięcie "V"jest niczym innym jak siłą elektromotoryczną, która powoduje przepływ ładunku (elektronów). Matematycznie można to zapisać jako

$$ V = \ frac {dW} {dQ} $$

Gdzie,

• W jest energią potencjalną, a jej jednostką jest dżul.

• Q jest ładunkiem, a jego jednostką jest Coloumb.

Analogicznie, napięcie można traktować jako ciśnienie wody, które powoduje przepływ wody przez rurę. Jest mierzony w kategoriachVolt.

Moc

Moc "P"to nic innego jak szybkość przepływu energii elektrycznej w czasie. Matematycznie można to zapisać jako

$$ P = \ frac {dW} {dt} $$

Gdzie,

• W jest energią elektryczną i jest mierzona w kategoriach Joule.

• t to czas i jest mierzony w sekundach.

Możemy przepisać powyższe równanie a

$$ P = \ frac {dW} {dt} = \ frac {dW} {dQ} \ times \ frac {dQ} {dt} = VI $$

W związku z tym, power to nic innego jak product napięcia V i aktualne I. Jego jednostką jestWatt.

Rodzaje elementów sieci

Możemy podzielić elementy sieci na różne typy na podstawie pewnych parametrów. Poniżej przedstawiono typy elementów sieci -

• Elementy aktywne i elementy pasywne

• Elementy liniowe i nieliniowe

• Elementy dwustronne i elementy jednostronne

Elementy aktywne i elementy pasywne

Możemy zaklasyfikować elementy sieci do jednego z nich active lub passive w oparciu o zdolność dostarczania mocy.

• Active Elementsdostarczają moc do innych elementów, które są obecne w obwodzie elektrycznym. Czasami mogą pochłaniać moc jak elementy pasywne. Oznacza to, że elementy aktywne mają zdolność zarówno dostarczania, jak i pochłaniania mocy.Examples: Źródła napięcia i źródła prądu.

• Passive Elementsnie mogą dostarczać mocy (energii) innym elementom, jednak mogą absorbować moc. Oznacza to, że elementy te albo rozpraszają moc w postaci ciepła, albo magazynują energię w postaci pola magnetycznego lub pola elektrycznego.Examples: Rezystory, cewki i kondensatory.

Elementy liniowe i elementy nieliniowe

Możemy sklasyfikować elementy sieci jako linear lub non-linear w oparciu o ich charakterystykę, aby zachować właściwość liniowości.

• Linear Elements to elementy, które wykazują liniową zależność między napięciem a prądem. Examples: Rezystory, cewki i kondensatory.

• Non-Linear Elements to takie, które nie wykazują liniowej zależności między napięciem a prądem. Examples: Źródła napięcia i źródła prądu.

Elementy dwustronne i elementy jednostronne

Elementy sieci można również sklasyfikować jako oba bilateral lub unilateral na podstawie kierunku przepływu prądu przez elementy sieci.

Bilateral Elements to elementy, które pozwalają na przepływ prądu w obu kierunkach i oferują taką samą impedancję w każdym kierunku przepływu prądu. Examples: Rezystory, cewki i kondensatory.

Na poniższych rysunkach przedstawiono koncepcję elementów dwustronnych.

Na powyższym rysunku prąd (I) przepływa z zacisków A do B przez element pasywny o impedancji Z Ω. Jest to stosunek napięcia (V) na tym elemencie między zaciskami A i B a prądem (I).

Na powyższym rysunku prąd (I) przepływa z zacisków B do A przez element pasywny o impedancji Z Ω. Oznacza to, że prąd (–I) płynie z zacisków A do B. Również w tym przypadku uzyskamy taką samą wartość impedancji, ponieważ zarówno prąd, jak i napięcie mają znaki ujemne w stosunku do zacisków A i B.

Unilateral Elementsto takie, które pozwalają na prąd tylko w jednym kierunku. Dlatego oferują różne impedancje w obu kierunkach.