Aranżując nowe mieszkanie lub dom, modernizując lub naprawiając mieszkanie, należy zajmować się elementami przeznaczonymi do przepływu prądu elektrycznego. Ważne jest, aby wiedzieć, co to jest obwód elektryczny, z czego składa się, dlaczego obwód jest potrzebny i jakie obliczenia należy wykonać.
Co to są obwody elektryczne?
Obwód elektryczny to zespół różnych połączonych ze sobą elementów. Jest przeznaczony do przepływu prądu elektrycznego, gdzie występują stany przejściowe. Ruch elektronów jest zapewniony przez obecność różnicy potencjałów i można go opisać przy użyciu takich terminów, jak napięcie i prąd.
Obwód wewnętrzny powstaje poprzez podłączenie napięcia jako źródła zasilania. Pozostałe elementy tworzą sieć zewnętrzną. Do przemieszczania ładunków w źródle pola wymagana jest siła zewnętrzna. Może to być uzwojenie generatora, transformatora lub źródła galwanicznego.
Aby taki system działał poprawnie, jego obwód musi być zamknięty, w przeciwnym razie prąd nie będzie płynął. Jest to warunek wstępny skoordynowanego działania wszystkich urządzeń. Nie każdy obwód może być obwodem elektrycznym. Na przykład linie uziemiające lub ochronne nie są takie, ponieważ w trybie normalnym nie przepływa przez nie prąd. Można je nazwać elektrycznymi zgodnie z zasadą działania. W nagłych wypadkach przepływa przez nie prąd, a obwód zamyka się, pozostawiając ziemię.
W zależności od źródła zasilania napięcie w obwodzie może być stałe lub zmienne. Akumulator elementów daje stałe napięcie, a uzwojenia generatorów lub transformatorów dają napięcie przemienne.
Główne składniki
Wszystkie elementy obwodu są zaangażowane w jeden proces elektromagnetyczny. Są one warunkowo podzielone na trzy grupy.
- Podstawowe źródła energii elektrycznej i sygnały mogą przekształcać energię nie elektromagnetyczną w energię elektryczną. Na przykład ogniwo galwaniczne, akumulator, generator elektromechaniczny.
- Drugi typ, zarówno na wejściu, jak i na wyjściu, ma energię elektryczną. Zmieniają się tylko jego parametry - napięcie i prąd, ich kształt, wielkość i częstotliwość. Przykłady obejmują prostowniki, falowniki, transformatory.
- Konsumenci energii czynnej przekształcają prąd elektryczny w oświetlenie lub ciepło. Są to urządzenia elektrotermiczne, lampy, rezystory, silniki elektryczne.
- Komponenty pomocnicze obejmują urządzenia przełączające, przyrządy pomiarowe, elementy łączące i przewód.
Podstawą sieci elektrycznej jest obwód. Jest to rysunek graficzny, który zawiera obrazy warunkowe i oznaczenia elementów i ich połączenia. Są przeprowadzane zgodnie z GOST 2.721-74 - 2.758-81
Najprostszy schemat obwodu zawiera ogniwo galwaniczne. Za pomocą przewodów lampa żarowa jest do niego podłączana za pomocą przełącznika. Aby zmierzyć prąd i napięcie, zawiera woltomierz i amperomierz.
Klasyfikacja obwodu
Obwody elektryczne są klasyfikowane według rodzaju złożoności: proste (nierozgałęzione) i złożone (rozgałęzione). Istnieje podział na obwody prądu stałego i przemiennego, a także sinusoidalny i niesinusoidalny. W zależności od charakteru elementów są one liniowe i nieliniowe. Linie prądu przemiennego mogą być jednofazowe i trójfazowe.
Rozgałęziony i nierozgałęziony
We wszystkich elementach nierozgałęzionego obwodu płynie ten sam prąd.Najprostsza linia rozgałęziona obejmuje trzy gałęzie i dwa węzły. Każda gałąź ma swój własny prąd. Gałąź jest zdefiniowana jako odcinek łańcucha utworzony z połączonych szeregowo elementów zamkniętych między dwoma węzłami. Węzeł to punkt, w którym trzy gałęzie zbiegają się.
Jeśli na schemacie jest kropka na przecięciu dwóch linii, w tym punkcie występuje połączenie elektryczne dwóch linii. Jeśli węzeł nie jest zaznaczony, łańcuch jest nierozgałęziony.
Liniowy i nieliniowy
Obwód elektryczny, w którym odbiorniki są niezależne od wartości napięcia i kierunku prądu, a wszystkie elementy są liniowe, nazywa się liniowy. Elementy takiego obwodu obejmują zależne i niezależne źródła prądów i napięć. Liniowo rezystancja elementu nie zależy od prądu, na przykład pieca elektrycznego.
W elementach nieliniowych elementy pasywne zależą od wartości kierunku prądów i napięcia, mają co najmniej jeden element nieliniowy. Na przykład rezystancja lampy żarowej zależy od skoków napięcia i natężenia.
Oznaczenia elementów na schemacie
Przed przystąpieniem do instalacji sprzętu należy zapoznać się z dokumentami towarzyszącymi dotyczącymi przepisów. Schemat pozwala przekazać użytkownikowi pełną charakterystykę produktu za pomocą oznaczeń alfabetycznych i graficznych wprowadzonych do jednego rejestru dokumentacji projektowej.
Dodatkowe dokumenty są dołączone do rysunku. Ich listę można wskazać w kolejności alfabetycznej z cyfrowym sortowaniem na samym rysunku lub jako osobny arkusz. Sklasyfikuj dziesięć rodzajów obwodów, w elektrotechnice zwykle używaj trzech głównych obwodów.
- Funkcjonalny ma minimalne szczegóły. Główne funkcje węzłów są reprezentowane przez prostokąt z oznaczeniami literowymi.
- Schemat obwodu szczegółowo przedstawia projekt zastosowanych elementów, a także ich połączenia i kontakty. Niezbędne parametry można wyświetlić bezpośrednio na schemacie lub w osobnym dokumencie. Jeśli wskazana jest tylko część instalacji, jest to schemat jednowierszowy, gdy wszystkie elementy są wskazane - zakończone.
- Na schemacie połączeń należy użyć oznaczeń pozycyjnych elementów, ich położenia, metody instalacji i kolejności.
Aby przeczytać schematy połączeń, musisz znać symbole graficzne. Druty łączące elementy są reprezentowane przez linie. Linia ciągła to ogólny termin na okablowanie. Powyżej można podać dane dotyczące metody układania, materiału, napięcia, prądu. W przypadku obwodu jednoprzewodowego grupę przewodów reprezentuje linia przerywana. Na początku i na końcu wskaż oznaczenie drutu i miejsce jego podłączenia.
Pionowe wycięcia na linii okablowania wskazują liczbę przewodów. Jeśli jest ich więcej niż trzy, wykonaj oznaczenie cyfrowe. Linia przerywana wskazuje obwody sterowania, sieć bezpieczeństwa, ewakuację, oświetlenie awaryjne.
Przełącznik na schemacie wygląda jak koło ze skosem po prawej stronie. Rodzaj i liczba myślników określają parametry urządzenia.
Oprócz głównych rysunków istnieją równoważne obwody.
Trójfazowe obwody elektryczne
Wśród obwodów elektrycznych powszechne są układy jednofazowe i wielofazowe. Każda część obwodu wielofazowego charakteryzuje się tą samą wartością prądu i nazywa się fazą. Elektrotechnika rozróżnia dwie koncepcje tego terminu. Pierwszy to bezpośredni element układu trójfazowego. Druga to wartość, która zmienia się sinusoidalnie.
Obwód trójfazowy jest jednym z wielofazowych układów prądu przemiennego, w którym działają sinusoidalne pola elektromagnetyczne (siła elektromotoryczna) o tej samej częstotliwości, które są przesunięte w czasie względem siebie o określony kąt fazowy. Tworzą go uzwojenia generatora trójfazowego, trzech odbiorników mocy i przewodów łączących.
Takie obwody służą do generowania energii elektrycznej do jej przesyłania, dystrybucji i mają następujące zalety:
- opłacalność wytwarzania i transportu energii elektrycznej w porównaniu z systemem jednofazowym;
- proste generowanie pola magnetycznego, które jest niezbędne do działania trójfazowego asynchronicznego silnika elektrycznego;
- ten sam zespół prądotwórczy podaje dwa napięcia robocze - liniowy i fazowy.
System trójfazowy jest korzystny przy przesyłaniu energii elektrycznej na duże odległości. Ponadto zużycie materiału jest znacznie niższe niż jednofazowe. Głównymi odbiorcami są transformatory, silniki indukcyjne, przetworniki, piece indukcyjne, mocne elektrociepłownie. Wśród jednofazowych urządzeń małej mocy można wymienić elektronarzędzia, żarówki, urządzenia gospodarstwa domowego, zasilacze.
Obwód trójfazowy charakteryzuje się znaczną równowagą układu. Metody łączenia faz otrzymały strukturę „gwiazdy” i „trójkąta”. Zazwyczaj fazy wytwarzania maszyn elektrycznych są połączone „gwiazdą”, a fazy konsumentów „gwiazdą” i „trójkątem”.
Obowiązujące prawa w obwodach elektrycznych
Na schematach kierunek prądów jest wskazany strzałkami. Aby obliczyć, musisz obrać wskazówki dotyczące napięć, prądów, pól elektromagnetycznych. Podczas obliczeń w elektrotechnice stosowane są następujące podstawowe prawa:
- Prawo Ohma dla prostego odcinka obwodu, które określa związek między siłą elektromotoryczną, napięciem źródła z prądem płynącym w przewodniku i rezystancją samego przewodnika.
- Aby znaleźć wszystkie prądy i napięcia, należy zastosować reguły Kirchhoffa, które działają między prądami i napięciami dowolnej części obwodu elektrycznego.
- Prawo Joule'a-Lenza określa ilościowo efekt cieplny prądu elektrycznego.
W obwodach prądu stałego kierunek działania siły elektromotorycznej wskazuje od potencjału ujemnego do dodatniego. W tym kierunku weź ruch ładunków dodatnich. W tym przypadku strzałka jest kierowana z większego potencjału na mniejszy. Napięcie jest zawsze skierowane w tym samym kierunku co prąd.
W sinusoidalnych obwodach EMF napięcie i prąd są wskazywane za pomocą półcyklu prądu, podczas gdy nie zmienia on swojego kierunku. Aby podkreślić potencjalną różnicę, są one oznaczone znakami „+” i „-”.
Jak obliczany jest obwód elektryczny?
Ścieżka obliczeń jest podzielona na wiele metod, które są stosowane w praktyce:
- metoda oparta na prawie Ohma i regułach Kirchhoffa;
- metoda określania prądów pętli;
- odbiór równoważnych przekształceń;
- metodologia pomiaru rezystancji przewodów ochronnych;
- obliczanie potencjałów węzłowych;
- identyczna metoda generatora i inne.
Podstawą do obliczenia prostego obwodu elektrycznego zgodnie z prawem Ohma jest określenie siły prądu w oddzielnej sekcji o znanej rezystancji przewodów i danym napięciu.
Ze względu na problem znany jest opór rezystorów R1, R2, R3, R4, R5, R6 podłączonych do obwodu (bez uwzględnienia rezystancji amperomierza). Konieczne jest obliczenie aktualnej siły J1, J2 ... J6.
Na diagramie znajdują się trzy kolejne sekcje. Co więcej, drugi i trzeci mają oddziały. Rezystancje tych sekcji są oznaczone jako R1, R ’, R”. Wtedy całkowity opór jest równy sumie oporów:
R = R1 + R ’+ R”gdzie
R - całkowita rezystancja połączonych równolegle rezystorów R2, R3, R4.
R ” - całkowita rezystancja rezystorów R5 i R6.
Stosując prawo połączenia równoległego, obliczamy rezystancję R ’i R”.
1 / R ’= 1 / R2 + 1 / R3 + 1 / R4
1 / R ”= 1 / R5 + 1 / R6
Aby określić siłę prądu w obwodzie nierozgałęzionym, znając całkowitą rezystancję przy danym napięciu, można użyć następującego wzoru:
I = U / R, następnie I = I1
Aby obliczyć natężenie prądu w poszczególnych gałęziach, musisz określić napięcie na sekcjach obwodów sekwencyjnych zgodnie z prawem Ohma:
U1 = IR1; U2 = IR ’; U3 = IR ”;
Znając napięcie w poszczególnych sekcjach, możesz obliczyć aktualną siłę na poszczególnych gałęziach:
I2 = U2 / R2; I3 = U2 / R3; I4 = U2 / R4; I5 = U3 / R5; I6 = U3 / R6
Czasami konieczne jest ustalenie rezystancji sekcji na podstawie znanych parametrów napięcia, siły prądu, rezystancji innych sekcji lub obliczenie napięcia na podstawie dostępnych danych rezystancji i prądu.
Główna część metod ma na celu uproszczenie obliczeń. Osiąga się to poprzez dostosowanie układów równań lub samego schematu. Obliczanie obwodów elektrycznych odbywa się na różne sposoby, w zależności od klasy ich złożoności.
