Al organizar un nuevo apartamento o casa, actualizar o reparar una vivienda, uno tiene que lidiar con elementos destinados al flujo de corriente eléctrica. Es importante saber qué es un circuito eléctrico, en qué consiste, por qué se necesita un circuito y qué cálculos deben realizarse.
¿Qué son los circuitos eléctricos?
Un circuito eléctrico es un complejo de varios elementos interconectados. Está diseñado para el flujo de corriente eléctrica, donde ocurren transitorios. El movimiento de los electrones es proporcionado por la presencia de una diferencia de potencial y puede describirse usando términos como voltaje y corriente.
El circuito interno se proporciona conectando el voltaje como fuente de energía. Los elementos restantes forman una red externa. Para el movimiento de cargas en la fuente de energía de campo, se requiere una fuerza externa. Puede ser un devanado de un generador, transformador o fuente galvánica.
Para que dicho sistema funcione correctamente, su circuito debe estar cerrado, de lo contrario la corriente no fluirá. Este es un requisito previo para la operación coordinada de todos los dispositivos. No todos los circuitos pueden ser eléctricos. Por ejemplo, las líneas de tierra o protección no son tales, ya que en modo normal no fluye corriente a través de ellas. Se les puede llamar eléctricos según el principio de acción. En una emergencia, la corriente fluye a través de ellos y el circuito se cierra, dejando el suelo.
Dependiendo de la fuente de energía, el voltaje en el circuito puede ser constante o variable. La batería de elementos da un voltaje constante, y los devanados de generadores o transformadores dan un voltaje alterno.
Componentes principales
Todos los componentes en el circuito están involucrados en un proceso electromagnético. Se dividen condicionalmente en tres grupos.
- Las fuentes primarias de energía eléctrica y señales pueden convertir la energía no electromagnética en energía eléctrica. Por ejemplo, una celda galvánica, una batería, un generador electromecánico.
- El tipo secundario, tanto en la entrada como en la salida, tiene energía eléctrica. Solo cambian sus parámetros: voltaje y corriente, su forma, magnitud y frecuencia. Los ejemplos incluyen rectificadores, inversores, transformadores.
- Los consumidores de energía activa convierten la corriente eléctrica en iluminación o calor. Estos son dispositivos electrotérmicos, lámparas, resistencias, motores eléctricos.
- Los componentes auxiliares incluyen dispositivos de conmutación, instrumentos de medición, elementos de conexión y un cable.
La base de la red eléctrica es el circuito. Este es un dibujo gráfico que contiene imágenes condicionales y designaciones de elementos y su conexión. Se llevan a cabo de acuerdo con GOST 2.721-74 - 2.758-81
El diagrama de circuito más simple incluye una celda galvánica. Por medio de cables, se conecta una lámpara incandescente a través de un interruptor. Para medir corriente y voltaje, se incluyen un voltímetro y un amperímetro.
Clasificación del circuito
Los circuitos eléctricos se clasifican por tipo de complejidad: simple (no ramificada) y compleja (ramificada). Hay una división en circuitos de CC y CA, así como sinusoidales y no sinusoidales. Según la naturaleza de los elementos, son lineales y no lineales. Las líneas de CA pueden ser monofásicas y trifásicas.
Ramificado y sin ramificar
En todos los elementos de un circuito no ramificado, fluye la misma corriente.La línea ramificada más simple incluye tres ramas y dos nodos. Cada rama tiene su propia corriente. Una rama se define como una sección de una cadena que está formada por elementos conectados en serie encerrados entre dos nodos. Un nodo es el punto en el que convergen las tres ramas.
Si hay un punto en el diagrama en la intersección de dos líneas, hay una conexión eléctrica de dos líneas en este punto. Si el nodo no está marcado, la cadena no está ramificada.
Lineal y no lineal
Un circuito eléctrico en el que los consumidores son independientes del valor del voltaje y la dirección de la corriente, y todos los componentes son lineales, se llama lineal. Los elementos de dicho circuito incluyen fuentes dependientes e independientes de corrientes y voltajes. En lineal, la resistencia de un elemento no depende de la corriente, por ejemplo, un horno eléctrico.
En elementos no lineales, los elementos pasivos dependen de los valores de la dirección de las corrientes y el voltaje, tienen al menos un elemento no lineal. Por ejemplo, la resistencia de una lámpara incandescente depende de sobretensiones y amperaje.
Designaciones de elementos en el diagrama.
Antes de proceder con la instalación del equipo, es necesario estudiar los documentos reglamentarios que lo acompañan. El esquema le permite transmitir al usuario las características completas del producto utilizando designaciones alfabéticas y gráficas ingresadas en un único registro de documentación de diseño.
Se adjuntan documentos adicionales al dibujo. Su lista se puede indicar en orden alfabético con clasificación digital en el dibujo o en una hoja separada. Clasifique diez tipos de circuitos, en ingeniería eléctrica usualmente se utilizan tres circuitos principales.
- Funcional tiene detalles mínimos. Las funciones principales de los nodos están representadas por un rectángulo con designaciones de letras.
- El diagrama del circuito en detalle muestra el diseño de los elementos utilizados, así como sus conexiones y contactos. Los parámetros necesarios se pueden mostrar directamente en el diagrama o en un documento separado. Si solo se indica parte de la instalación, se trata de un diagrama unifilar, cuando se indican todos los elementos: completo.
- En el diagrama de cableado, use las designaciones posicionales de los elementos, su ubicación, método de instalación y orden.
Para leer los diagramas de cableado, debe conocer los símbolos gráficos. Los cables que conectan los elementos están representados por líneas. Una línea continua es un término genérico para el cableado. Arriba se pueden indicar datos sobre el método de colocación, material, voltaje, corriente. Para un circuito de una sola línea, un grupo de conductores está representado por una línea discontinua. Al principio y al final indique la marca del cable y el lugar de su conexión.
Las muescas verticales en la línea de cableado indican la cantidad de conductores. Si hay más de tres, realice una designación digital. La línea discontinua indica circuitos de control, una red de seguridad, evacuación, alumbrado de emergencia.
El interruptor en el diagrama parece un círculo con una inclinación a la derecha. El tipo y la cantidad de guiones determinan los parámetros del dispositivo.
Además de los dibujos principales, hay circuitos equivalentes.
Circuitos electricos trifásicos
Entre los circuitos eléctricos, los sistemas monofásicos y multifásicos son comunes. Cada parte de un circuito multifásico se caracteriza por el mismo valor de corriente y se llama fase. La ingeniería eléctrica distingue entre dos conceptos de este término. El primero es el componente directo de un sistema trifásico. El segundo es un valor que varía sinusoidalmente.
Un circuito trifásico es uno de los sistemas de CA multifase, donde actúan los EMF sinusoidales (fuerzas electromotrices) de la misma frecuencia, que se desplazan en el tiempo entre sí en un cierto ángulo de fase. Está formado por los devanados de un generador trifásico, tres receptores de potencia y cables de conexión.
Dichos circuitos sirven para asegurar la generación de energía eléctrica, para su transmisión, distribución, y tienen las siguientes ventajas:
- rentabilidad de la generación y transporte de electricidad en comparación con un sistema monofásico;
- generación simple de campo magnético, que es necesaria para el funcionamiento de un motor eléctrico asíncrono trifásico;
- El mismo generador genera dos voltajes operativos: lineal y de fase.
El sistema trifásico es ventajoso cuando se transmite electricidad a largas distancias. Además, el consumo de material es mucho menor que el monofásico. Los principales consumidores son transformadores, motores de inducción, convertidores, hornos de inducción, calefacción potente y plantas de energía. Entre los dispositivos monofásicos de baja potencia, se pueden observar herramientas eléctricas, lámparas incandescentes, electrodomésticos, fuentes de alimentación.
El circuito trifásico se caracteriza por un equilibrio significativo del sistema. Los métodos para conectar las fases han recibido la estructura de "estrella" y "triángulo". Por lo general, las fases de generación de máquinas eléctricas están conectadas por una "estrella", y las fases de los consumidores por una "estrella" y un "triángulo".
Leyes vigentes en circuitos eléctricos.
En los diagramas, la dirección de las corrientes se indica mediante flechas. Para calcular, debe tomar direcciones para voltajes, corrientes, EMF. Al calcular en ingeniería eléctrica, se utilizan las siguientes leyes básicas:
- Ley de Ohm para una sección recta del circuito, que determina la relación entre la fuerza electromotriz, el voltaje de la fuente con la corriente que fluye en el conductor y la resistencia del propio conductor.
- Para encontrar todas las corrientes y voltajes, use las reglas de Kirchhoff, que operan entre las corrientes y los voltajes de cualquier parte del circuito eléctrico.
- La ley Joule - Lenz cuantifica el efecto térmico de una corriente eléctrica.
En los circuitos de CC, la dirección de acción de la fuerza electromotriz indica desde un potencial negativo a uno positivo. Para la dirección tomar el movimiento de cargas positivas. En este caso, la flecha se dirige de un potencial más grande a uno más pequeño. El voltaje siempre se dirige en la misma dirección que la corriente.
En los circuitos sinusoidales, EMF, voltaje y corriente se indican utilizando un período de corriente de medio período, mientras que no cambia su dirección. Para enfatizar la diferencia potencial, se indican con los signos "+" y "-".
¿Cómo se calcula el circuito eléctrico?
La ruta de cálculo se divide en muchos métodos que se utilizan en la práctica:
- un método basado en la ley de Ohm y las reglas de Kirchhoff;
- un método para determinar las corrientes de bucle;
- recepción de transformaciones equivalentes;
- metodología para medir la resistencia de conductores de protección;
- cálculo de potenciales nodales;
- método generador idéntico, y otros.
La base para calcular un circuito eléctrico simple de acuerdo con la ley de Ohm es determinar la intensidad de la corriente en una sección separada con una resistencia conocida de los conductores y un voltaje dado.
Por la condición del problema, se conocen las resistencias de las resistencias R1, R2, R3, R4, R5, R6 conectadas al circuito (sin tener en cuenta la resistencia del amperímetro). Es necesario calcular la intensidad actual J1, J2 ... J6.
Hay tres secciones consecutivas en el diagrama. Además, el segundo y el tercero tienen sucursales. Las resistencias de estas secciones se denotan como R1, R ’, R". Entonces la resistencia total es igual a la suma de las resistencias:
R = R1 + R ’+ R"dónde
R ’ - resistencia total de resistencias conectadas en paralelo R2, R3, R4.
R " - resistencia total de resistencias R5 y R6.
Usando la ley de conexión paralela, calculamos la resistencia R ’y R".
1 / R ’= 1 / R2 + 1 / R3 + 1 / R4
1 / R ”= 1 / R5 + 1 / R6
Para determinar la intensidad de la corriente en un circuito no ramificado, conociendo la resistencia total a un voltaje dado, puede usar la siguiente fórmula:
I = U / R, entonces I = I1
Para calcular la intensidad de corriente en ramas individuales, debe determinar el voltaje en secciones de circuitos secuenciales de acuerdo con la ley de Ohm:
U1 = IR1; U2 = IR '; U3 = IR ";
Conociendo el voltaje de secciones específicas, es posible calcular la intensidad actual en ramas individuales:
I2 = U2 / R2; I3 = U2 / R3; I4 = U2 / R4; I5 = U3 / R5; I6 = U3 / R6
A veces es necesario averiguar la resistencia de las secciones mediante parámetros conocidos de voltaje, intensidad de corriente, resistencia de otras secciones, o hacer un cálculo del voltaje a partir de la resistencia disponible y los datos actuales.
La parte principal de los métodos está dirigida a simplificar los cálculos. Esto se logra mediante la adaptación de los sistemas de ecuaciones, o el esquema en sí. El cálculo de los circuitos eléctricos se lleva a cabo de varias maneras, dependiendo de la clase de su complejidad.
