Vooluahela topoloogiad – põhimõisted

Elektriahel on seadmete (elementide) ja nende ühendusjuhtmete kogum, mille kaudu saab voolata elektrivool. Kõik elektriahelate elemendid jagavad passiivses ja aktiivses.

Aktiivsed elemendid muudavad erinevat tüüpi energiat (mehaaniline, keemiline, valgus jne) elektrienergiaks. Passiivsetes seadmetes muundatakse elektrienergia teist tüüpi energiaks. Aktiivseid elemente nimetatakse allikateks, passiivseid tarbijateks või vastuvõtjateks.

Skeemiteoorias vaadeldakse elektriliste elementide idealiseeritud mudeleid. See muudab elementide kirjeldamise võimalikult lihtsaks. Keerulisemad reaalsed elemendid modelleeritakse idealiseeritud elementide komplektist.

Elektriahelate peamised passiivsed elemendid on takisti (takistuselement), induktiivpool (induktiivne element) ja kondensaator (mahtuvuselement). Elektriahelasse paigaldatakse elemendid, mis genereerivad etteantud väärtuse ja kujuga pinget ja voolu (vt. Elektriahel ja selle elemendid).

Elektriahel koosneb harudest ja sõlmedest. Filiaal — see on elektriahela (vooluahela) lõik, mida läbib sama vool. Sõlm — kolme või enama haru ühendamine. Elektriskeemil on sõlm tähistatud punktiga (joonis 1).

Riis. 1. Määratlege diagrammil sõlm

Vajadusel nummerdatakse diagrammi sõlmed ülalt alla vasakult paremale.

Joonisel fig. 2 näitab takistuslik-mahtuvusharu, milles vool iC voolab.

Riis. 2. Resistiivne-mahtuvuslik haru

Harule võib anda veel ühe definitsiooni — see on ahela lõik kahe kõrvuti asetseva sõlme vahel (sõlmed (1) ja (2) joonisel 2).

Kett Kas elektriahelas on suletud rada. Ahela saab sulgeda mis tahes haruga, sealhulgas tingimuslike harudega, mille takistus on võrdne lõpmatusega.

Joonisel fig. 3 näitab hargnenud elektriahelat, mis koosneb kolmest harust.

Riis. 3. Kahe ahelaga elektriahel

Diagramm näitab kolme vooluringi ja I ahel on suletud lõpmatu takistuse haruga. Seda haru tähistatakse pingena tiLC.

Joonisel fig. 3 on võimalik koostada palju ahelaid, mis on suletud reaalsete või tingimuslike harudega, kuid elektrilise müra arvutamiseks kasutatakse mõistet «iseseisev silmus». Sõltumatute vooluahela silmuste arv on alati seatud arvutamiseks vajalikuks minimaalseks.

Sõltumatud ahelad on alati suletud, kuid harud, mille takistus ei ole lõpmatusega võrdne, ja iga sõltumatu vooluring sisaldab vähemalt ühte haru, mis ei kuulu teistesse ahelatesse. Keeruliste elektriahelate korral saate vooluahela skeemi abil määrata sõltumatute ahelate arvu.

Elektriskeemil nimetatakse ahela tingimuslikku esitust, milles iga haru asendatakse joonelõiguga. Filiaalides olevaid üksusi ei kuvata. Näiteks joonisel fig. 4 näitab haruahelat ja selle diagrammi.

Riis. 4. Hargnenud elektriahel: a — skeem, b — diagramm

Diagrammi diagrammi koostamiseks peate ühendama sõlmed harujoontega, määramata neile elemente. Oksad on nummerdatud ja nende voolude suunad on näidatud nooltega. Graafik ise ei oma füüsilist tähendust, kuid seda saab kasutada sõltumatute kontuuride arvu ja tüübi määramiseks. Selleks valmistatakse ette "graafiline puu".

Graafiline puu See kujutab ahela graafikut, mille sõlmed on ühendatud harudega nii, et suletud ahelat ei teki. Graafilise puu kuvamiseks võib olla mitu võimalust. Joonisel fig. 5 on kujutatud kaks võimalikku varianti joonisel fig. 4.

Riis. 5. Skeemi graafiline puu

Graafikupuu puuduvate harude arv on võrdne ahela sõltumatute ahelate arvuga. Näites on need kolm haru, kolm sõltumatut ahelat. Sõltumatute silmuste konfiguratsiooni saab saada graafipuu sõlmede järjestikuse ühendamisel harudega, mida graafipuul pole täpsustatud. Näiteks graafikupuu jaoks joonisel fig. 5 ja sõltumatud kontuurid on näidatud joonisel fig. 6.

Riis. 6. Sõltumatute kontuuride määramine läbi graafikupuu

Sõltumatute ahelate konfigureerimise võimalus vooluringi arvutamiseks valitakse vooluringi analüüsi käigus. Sellised kontuurid tuleks valida nii, et arvutus oleks võimalikult lihtne, s.t. sõltuvate võrrandite arv süsteemis on minimaalne.

Topoloogilised võrrandid loovad seose pingete ja voolude vahel ahelas ning võrrandite arv ja tüüp ei sõltu sellest, millised elemendid harudesse kuuluvad. Topoloogilised võrrandid hõlmavad võrrandeid, mis koosnevad Kirchhoffi seaduste järgi.