В элементах различных реально существующих электротехнических устройств происходят сложные процессы, связанные с протеканием токов смещения, токов проводимости, наведения ЭДС, выделения тепла, перераспределения и накопления энергии магнитного поля и электрического поля и прочее. Чтобы описать математически все эти процессы, используют схемы замещения электротехнических устройств, добавляя в них ёмкостные, индуктивные и резистивные элементы.
С помощью ёмкостного элемента в эквивалентной схеме замещения учитывают накопление в электрическом поле энергии и протекание токов смещения в реальном элементе цепи. С помощью индуктивного элемента учитывают накопление в магнитном поле энергии и наведение ЭДС. При помощи резистивного элемента в эквивалентной схеме учитывают выделение тепла.
Любой элемент реально существующей электрической цепи может быть представлен на эквивалентной схеме в виде нескольких идеальных элементов.
Эквивалентная схема замещения резистора
Постоянный резистор, используемый в схеме с низкими частотами может быть представлен в виде одного резистивного элемента R.
Эквивалентная схема того же самого резистора, работающего в схеме на высоких частотах, кроме резистивного элемента включает также индуктивность и ёмкость. С помощью паразитной ёмкости Cп учитывается ток смещения на зажимах элемента. С помощью паразитной индуктивности Lп учитывается сцепленный с резистором магнитный поток.
Эквивалентная схема замещения конденсатора
Конденсатор, который работает в схеме на низких частотах представляют, как один ёмкостной элемент C.
Конденсатор, который работает на высоких частотах в эквивалентной схеме представляется ёмкостным элементом, резистором и индуктивностью. С помощью резистора Rп учитывают потери тепла в диэлектрике конденсатора. Паразитной индуктивность Lп учитывается магнитный поток в подводящих контактах.
Эквивалентная схема замещения катушки индуктивности
Катушку индуктивности, работающую на низких частотах, представляют в виде индуктивного элемента L.
Схема замещения катушки индуктивности, кроме индуктивного элемента, включает также резистор и ёмкость. Резистивный элемент Rп учитывает потери на выделение тепла в сердечнике и сопротивлении обмотки. При помощи паразитной ёмкости Cп учитываются токи смещения, существующие между витками катушки.
В случае составления эквивалентной схемы для реальных элементов цепи в неё включают такие идеальные элементы, которые могут описать основные процессы, протекающие в этих реальных элементах. При этом второстепенными процессами, как правило, пренебрегают.
Представленную как совокупность идеализированных элементов схемы реальную электрическую цепь называют схемой замещения, эквивалентной схемой или эквивалентной схемой замещения.
Если ток и напряжение на всех элементах в реальной электрической цепи никак не зависят от координат в пространстве, то такую цепь называют цепью с сосредоточенными параметрами. Если же ток и напряжение зависят от координат в пространстве, то это цепь с распределёнными параметрами.
Процессы, которые происходят в цепи с сосредоточенными параметрами описывают при помощи дифференциальных или алгебраических уравнений. Процессы, происходящие в цепях с распределёнными параметрами, описывают с помощью уравнений в частных производных.
Расчётную модель реальной электрической цепи сопоставляют с экспериментальными данными. В случае больших расхождений модель необходимо будет уточнить.