הרעיון של מעגל חשמלי ורכיביו

כשמסדרים דירה או בית חדשים, מעדכנים או מתקנים דיור, צריך להתמודד עם אלמנטים המיועדים לזרם זרם חשמלי. חשוב לדעת מהו מעגל חשמלי, ממה הוא מורכב, מדוע יש צורך במעגל ואילו חישובים צריך לבצע.

מהם מעגלי חשמל?

מעגל חשמלי הוא קומפלקס של אלמנטים שונים המחוברים זה בזה. הוא מיועד לזרימת זרם חשמלי, במקום בו מתרחשים מעברים. תנועת האלקטרונים ניתנת על ידי נוכחות של הפרש פוטנציאל וניתן לתאר אותה באמצעות מונחים כמו מתח וזרם.

המעגל הפנימי מסופק על ידי חיבור מתח כמקור כוח. שאר האלמנטים יוצרים רשת חיצונית. לצורך תנועת מטענים במקור הכוח בשדה, נדרש כוח חיצוני. זה יכול להיות סלילה של גנרטור, שנאי או מקור גלווני.

כדי שמערכת כזו תפעל כראוי, המעגל שלה צריך להיות סגור, אחרת הזרם לא יזרום. זוהי תנאי מוקדם להפעלה מתואמת של כל המכשירים. לא כל מעגל יכול להיות מעגל חשמלי. לדוגמה, קווי הארקה או הגנה אינם כאלה, מכיוון שבמצב רגיל לא זורם דרכם זרם. הם יכולים להיקרא חשמליים לפי עקרון הפעולה. במצב חירום, זרם זורם דרכם, והמעגל נסגר, עוזב את האדמה.

בהתאם למקור הכוח, המתח במעגל עשוי להיות קבוע או משתנה. סוללת האלמנטים נותנת מתח קבוע, והסלילה של גנרטורים או שנאים נותנים מתח לסירוגין.

רכיבים עיקריים

כל הרכיבים במעגל מעורבים בתהליך אלקטרומגנטי אחד. הם מחולקים על תנאי לשלוש קבוצות.

• מקורות עיקריים לאנרגיה חשמלית ואותות יכולים להמיר אנרגיה לא אלקטרומגנטית לאנרגיה חשמלית. לדוגמא, תא גלווני, סוללה, גנרטור אלקטרומכני.
• לסוג המשני, גם בכניסה וגם בפלט, יש אנרגיה חשמלית. רק הפרמטרים שלו משתנים - מתח וזרם, צורתם, גודל ותדר. דוגמאות לכך כוללות מיישרים, ממירים, שנאים.
• צרכני אנרגיה פעילה ממירים זרם חשמלי לתאורה או לחום. מדובר במכשירים אלקטרותרפיים, מנורות, נגדים, מנועים חשמליים.
• רכיבי עזר כוללים התקני מיתוג, מכשירי מדידה, רכיבי חיבור וחוט.

הבסיס של רשת החשמל הוא המעגל. זוהי רישום גרפי המכיל תמונות והתייחסות מותנית לאלמנטים וקשרם. הם מבוצעים על פי GOST 2.721-74 - 2.758-81

דיאגרמת המעגלים הפשוטה ביותר כוללת תא גלווני. באמצעות חוטים, מנורת ליבון מחוברת אליו דרך מתג. כדי למדוד זרם ומתח, כלולים בו מד מתח ומד זרם.

סיווג מעגלים

מעגלים חשמליים מסווגים לפי סוג המורכבות: פשוט (לא מסועף) ומורכב (מסועף). יש חלוקה למעגלי DC ו- AC, כמו גם סינוסואידלי ולא סינוסואידי. בהתבסס על אופי היסודות, הם לינאריים ולא לינאריים. קווי זרם חילופין יכולים להיות חד פאזיים ושלושה פאזיים.

מסועף ולא מסועף

בכל האלמנטים של מעגל לא מסועף, אותו זרם זורם.הקו המסועף הפשוט ביותר כולל שלושה ענפים ושני צמתים. לכל סניף זרם משלו. ענף מוגדר כחלק משרשרת הנוצרת על ידי אלמנטים מחוברים בסדרה הסגורים בין שני צמתים. צומת הוא הנקודה בה מתכנסים שלושת הענפים.

אם יש נקודה בתרשים בצומת שני קווים, יש חיבור חשמלי של שני קווים בנקודה זו. אם הצומת אינו מסומן, השרשרת אינה מסועפת.

לינארית ולא ליניארית

מעגל חשמלי בו הצרכנים אינם תלויים בערך המתח וכיוון הזרם, וכל הרכיבים הם לינאריים, נקרא ליניארי. אלמנטים של מעגל כזה כוללים מקורות תלויים ועצמאיים לזרמים ומתחים. באופן לינארי ההתנגדות של אלמנט אינה תלויה בזרם, למשל, תנור חשמלי.

באלמנטים לא לינאריים, פסיביים תלויים בערכי כיוון הזרמים והמתח, יש לפחות אלמנט לא לינארי אחד. לדוגמה, ההתנגדות של מנורת ליבון תלויה בביצועי מתח ובקירות חשמל.

ייעוד של אלמנטים בתרשים

לפני שתמשיך בהתקנת ציוד, יש ללמוד את המסמכים הנלווים לתקנות. התוכנית מאפשרת לך להעביר למשתמש את המאפיינים המלאים של המוצר באמצעות ייעודים אלפביתיים וגרפיים שנכללו בפנקס אחד של תיעוד עיצובי.

לציור מצורפים מסמכים נוספים. ניתן לציין את הרשימה שלהם בסדר אלפביתי עם מיון דיגיטלי על הרישום עצמו, או כגיליון נפרד. יש לסווג עשרה סוגים של מעגלים, בהנדסת חשמל משתמשים בדרך כלל בשלושה מעגלים עיקריים.

• לפונקציונאלי יש פרט מינימלי. הפונקציות העיקריות של הצמתים מיוצגות על ידי מלבן עם כותרות אותיות.
• דיאגרמת המעגל מפרטת בפירוט את העיצוב של האלמנטים המשמשים, כמו גם את החיבורים והמגעים שלהם. ניתן להציג את הפרמטרים הדרושים ישירות בתרשים או במסמך נפרד. אם מצוין רק חלק מההתקנה, זוהי תרשים בשורה אחת, כאשר כל האלמנטים מסומנים - השלמה.
• בתרשים החיווט השתמשו בייעודי המיקום של האלמנטים, מיקומם, שיטת ההתקנה וסדרם.

כדי לקרוא את דיאגרמות החיווט עליכם לדעת את הסמלים הגרפיים. החוטים המחברים בין האלמנטים מיוצגים על ידי קווים. קו אחיד הוא מונח כללי לחיווט. מעל זה יכול להיות מצוין נתונים על שיטת הנחת, חומר, מתח, זרם. עבור מעגל קו יחיד, קבוצת מוליכים מיוצגת על ידי קו מקווקו. בתחילת ובסופו מציינים את סימון החוט ואת מקום חיבורו.

חריצים אנכיים בקו החיווט מציינים את מספר המוליכים. אם יש יותר משלושה, בצע ייעוד דיגיטלי. הקו המקווקו מציין מעגלי בקרה, רשת אבטחה, פינוי, תאורת חירום.

המתג בתרשים נראה כמו עיגול עם נטייה ימינה. הסוג ומספר המקפים קובעים את הפרמטרים של המכשיר.

בנוסף לרישומים העיקריים ישנם מעגלים שקולים.

מעגלים חשמליים תלת פאזיים

בקרב מעגלים חשמליים, הן מערכות חד פאזיות והן מערכות רב-שלביות נפוצות. כל חלק במעגל רב-פאזי מאופיין באותו ערך זרם ונקרא פאזה. הנדסת חשמל מבדילה בין שני מושגים של מונח זה. הראשון הוא המרכיב הישיר של מערכת תלת פאזית. השני הוא ערך שמשתנה בסינוסואידי.

מעגל תלת פאזי הוא אחת ממערכות ה- AC הרב-שלבית, כאשר EMFs סינוסואידיים (כוחות אלקטרומוטוריים) מאותו תדר פועלים המועברים בזמן ביחס זה לזה בזווית פאזה מסוימת. הוא נוצר על ידי פיתולי גנרטור תלת פאזי, שלושה מקלטים חשמליים וחוטי חיבור.

מעגלים כאלה משמשים להבטיח ייצור אנרגיה חשמלית, להעברתה, להפצהה, ויש לה את היתרונות הבאים:

• הרווחיות של ייצור חשמל ותחבורה בהשוואה למערכת חד פאזית;
• ייצור שדה מגנטי פשוט, הכרחי להפעלת מנוע חשמלי אסינכרוני תלת-פאזי;
• אותה סט גנרטור מוציא שני מתחים תפעוליים - לינאריים ופאזה.

מערכת התלת-פאזית מועילה בעת העברת חשמל למרחקים ארוכים. בנוסף, צריכת החומרים נמוכה בהרבה משלב אחד. הצרכנים העיקריים הם שנאים, מנועי אינדוקציה, ממירים, תנורי אינדוקציה, תחנות כוח חימום עוצמתיות. בין מכשירים בעלי מתח נמוך בעל שלב יחיד, ניתן לציין כלי חשמל, מנורות ליבון, מכשירי חשמל ביתיים, ספקי כוח.

המעגל התלת-פאזי מאופיין באיזון משמעותי של המערכת. שיטות חיבור השלבים קיבלו מבנה של "כוכב" ו"משולש ". בדרך כלל, שלבי הייצור של מכונות חשמל מחוברים על ידי "כוכב", ואת השלבים של הצרכנים על ידי "כוכב" ו"משולש ".

חוקים בתוקף במעגלים חשמליים

בתרשימים, כיוון הזרמים מסומן על ידי חיצים. כדי לחשב, עליך לקחת הוראות למתחים, זרמים, EMF. בעת חישוב בהנדסת חשמל משתמשים בחוקי הבסיס הבאים:

1. החוק של אוהם לקטע ישר במעגל, הקובע את הקשר בין כוח האלקטרומוטורי, מתח המקור עם הזרם הזורם במוליך והתנגדות המוליך עצמו.
2. כדי למצוא את כל הזרמים והמתחים, השתמש בכללי קירחוף, הפועלים בין הזרמים והמתחים של כל חלק במעגל החשמלי.
3. חוק ג'ול - לנץ מכמת את ההשפעה התרמית של זרם חשמלי.

במעגלי DC, כיוון הפעולה של הכוח האלקטרומטי מצביע על פוטנציאל שלילי לחיובי. לכיוון קחו תנועה של מטענים חיוביים. במקרה זה, החץ מופנה מפוטנציאל גדול יותר לפוטנציאל קטן יותר. המתח מכוון תמיד לאותו כיוון כמו הזרם.

במעגלי EMF סינוסיים, המתח והזרם מסומנים באמצעות מחזור מחזור של זרם, בעוד שהוא אינו משנה את כיוונו. כדי להדגיש את ההבדל הפוטנציאלי, הם מסומנים על ידי הסימנים "+" ו- "-".

כיצד מחושבים מעגלים חשמליים?

נתיב החישוב מחולק לשיטות רבות המשמשות בפועל:

• שיטה המבוססת על חוק אוהם וכללי קירחוף;
• שיטה לקביעת זרמי לולאה;
• קבלת טרנספורמציות שוות ערך;
• מתודולוגיה למדידת ההתנגדות של מוליכי מגן;
• חישוב פוטנציאלים ראשוניים;
• שיטת גנרטור זהה, ואחרים.

הבסיס לחישוב מעגל חשמלי פשוט על פי חוק אוהם הוא קביעת חוזק הזרם בקטע נפרד עם התנגדות ידועה של המוליכים ומתח נתון.

על פי מצב הבעיה ידועים ההתנגדות של הנגדים R1, R2, R3, R4, R5, R6 המחוברים למעגל (מבלי לקחת בחשבון את ההתנגדות של מד זרם). יש לחשב את חוזק הזרם J1, J2 ... J6.

בתרשים ישנם שלושה סעיפים רצופים. יתר על כן, לשני והשלישי יש סניפים. ההתנגדות של קטעים אלה מסומנת כ- R1, R ', R ”. ואז ההתנגדות הכוללת שווה לסכום ההתנגדות:

R = R1 + R '+ R ”איפה

R ' - התנגדות מוחלטת של נגדים מחוברים במקביל R2, R3, R4.

R ” - התנגדות מוחלטת של נגדים R5 ו- R6.

בעזרת החוק של חיבור מקביל אנו מחשבים את ההתנגדות R 'ו- R ”.

1 / R '= 1 / R2 + 1 / R3 + 1 / R4

1 / R ”= 1 / R5 + 1 / R6

כדי לקבוע את חוזק הזרם במעגל לא מסועף, לדעת את ההתנגדות הכוללת במתח נתון, אתה יכול להשתמש בנוסחה הבאה:

I = U / R, לאחר מכן I = I1

כדי לחשב את עוצמת הזרם בענפים בודדים, עליך לקבוע את המתח על חלקי מעגלי רצף על פי חוק אוהם:

U1 = IR1; U2 = IR '; U3 = IR ”;

בידיעת המתח של קטעים ספציפיים, ניתן לחשב את חוזק הזרם בענפים בודדים:

I2 = U2 / R2; I3 = U2 / R3; I4 = U2 / R4; I5 = U3 / R5; I6 = U3 / R6

לעיתים יש צורך לברר את ההתנגדות של קטעים על ידי פרמטרים ידועים של מתח, חוזק זרם, התנגדות של מקטעים אחרים, או לבצע חישוב מתח מהנתונים העמידים והנתונים הזמניים.

החלק העיקרי של השיטות נועד לפשט את החישובים. זה מושג על ידי התאמת מערכות משוואות, או על ידי התוכנית עצמה. חישוב מעגלי החשמל מתבצע בדרכים שונות, בהתאם למחלקות המורכבות שלהם.