مفهوم الدائرة الكهربائية ومكوناتها

عند ترتيب شقة أو منزل جديد ، أو تحديث أو ترميم المساكن ، يجب على المرء أن يتعامل مع العناصر المخصصة لتدفق التيار الكهربائي. من المهم معرفة ما هي الدائرة الكهربائية ، وما تتكون منها ، ولماذا هناك حاجة إلى الدائرة ، وما هي الحسابات التي يجب إجراؤها.

ما هي الدوائر الكهربائية؟

الدائرة الكهربائية عبارة عن مجمع من العناصر المختلفة المترابطة. وهي مصممة لتدفق التيار الكهربائي ، حيث تحدث العابرين. يتم توفير حركة الإلكترونات من خلال وجود فرق محتمل ويمكن وصفه باستخدام مصطلحات مثل الجهد والتيار.

يتم توفير الدائرة الداخلية عن طريق توصيل الجهد كمصدر للطاقة. تشكل العناصر المتبقية شبكة خارجية. لحركة الشحنات في مصدر طاقة المجال ، يلزم وجود قوة خارجية. يمكن أن يكون لفًا لمولد أو محول أو مصدر كلفاني.

لكي يعمل هذا النظام بشكل صحيح ، يجب إغلاق دائرته ، وإلا فلن يتدفق التيار. هذا هو شرط أساسي للعمل المنسق لجميع الأجهزة. لا يمكن أن تكون كل دائرة كهربائية. على سبيل المثال ، خطوط التأريض أو الحماية ليست كذلك ، لأنه في الوضع العادي لا يتدفق تيار من خلالها. يمكن تسميتها كهربائيًا وفقًا لمبدأ العمل. في حالة الطوارئ ، يتدفق التيار من خلالها ، وتغلق الدائرة ، تاركة الأرض.

اعتمادًا على مصدر الطاقة ، قد يكون الجهد في الدائرة ثابتًا أو متغيرًا. تعطي بطارية العناصر جهدًا ثابتًا ، وتعطي اللفات المولدات أو المحولات جهدًا متناوبًا.

المكونات الرئيسية

تشارك جميع المكونات في الدائرة في عملية كهرومغناطيسية واحدة. يتم تقسيمها بشكل مشروط إلى ثلاث مجموعات.

• يمكن للمصادر الأولية للطاقة والإشارات الكهربائية تحويل الطاقة غير الكهرومغناطيسية إلى طاقة كهربائية. على سبيل المثال ، خلية كلفانية ، بطارية ، مولد كهروميكانيكي.
• النوع الثانوي ، عند كل من المدخلات والمخرجات ، لديه طاقة كهربائية. تتغير معلماته فقط - الجهد والتيار وشكلها وحجمها وترددها. تشمل الأمثلة المقوِّمات والعاكسات والمحولات.
• يقوم مستهلكو الطاقة النشطة بتحويل التيار الكهربائي إلى إضاءة أو حرارة. هذه هي الأجهزة الحرارية الكهربائية والمصابيح والمقاومات والمحركات الكهربائية.
• تشمل المكونات الإضافية أجهزة التحويل وأدوات القياس وعناصر التوصيل والأسلاك.

أساس الشبكة الكهربائية هو الدائرة. هذا رسم بياني يحتوي على صور مشروطة وتسميات للعناصر وارتباطها. يتم تنفيذها وفقًا لـ GOST 2.721-74 - 2.758-81

يتضمن مخطط الدائرة الأبسط خلية كلفانية. عن طريق الأسلاك ، يتم توصيل مصباح وهاج من خلال مفتاح. لقياس التيار والجهد ، يتم تضمين الفولتميتر والمتر.

تصنيف الدوائر

يتم تصنيف الدوائر الكهربائية حسب نوع التعقيد: بسيطة (غير متفرعة) ومعقدة (متفرعة). هناك انقسام في دارات التيار المستمر والتيار المتردد وكذلك الجيوب الأنفية وغير الجيبية. استنادًا إلى طبيعة العناصر ، فهي خطية وغير خطية. يمكن أن تكون خطوط التيار المتردد أحادية الطور وثلاثية الأطوار.

متفرعة وغير متفرعة

في جميع عناصر الدائرة غير المتفرعة ، يتدفق نفس التيار.يتضمن أبسط خط متفرع ثلاثة فروع وعقدتين. كل فرع له تياره الخاص. يتم تعريف الفرع على أنه قسم من سلسلة تتكون من عناصر متصلة بالسلسلة محاطة بين عقدتين. العقدة هي النقطة التي تلتقي عندها الفروع الثلاثة.

إذا كانت هناك نقطة على الرسم البياني عند تقاطع خطين ، فهناك توصيل كهربائي لخطين عند هذه النقطة. إذا لم يتم وضع علامة على العقدة ، فإن السلسلة غير متفرعة.

الخطي وغير الخطي

تسمى الدائرة الكهربائية التي يكون فيها المستهلكون مستقلين عن قيمة الجهد والاتجاه الحالي ، وجميع المكونات خطية ، خطية. تتضمن عناصر هذه الدائرة مصادر مستقلة ومستقلة للتيارات والجهود. في الخطي ، لا تعتمد مقاومة العنصر على التيار ، على سبيل المثال ، فرن كهربائي.

في العناصر غير الخطية ، تعتمد العناصر السلبية على قيم اتجاه التيارات والجهد ، ولها عنصر واحد غير خطي على الأقل. على سبيل المثال ، تعتمد مقاومة المصباح المتوهج على عرام الجهد والتيار.

تسميات العناصر في الرسم التخطيطي

قبل الشروع في تركيب المعدات ، من الضروري دراسة الوثائق المرفقة التنظيمية. يتيح لك النظام أن ينقل للمستخدم الخصائص الكاملة للمنتج باستخدام التعيينات الأبجدية والرسومات المدخلة في سجل واحد لوثائق التصميم.

يتم إرفاق مستندات إضافية بالرسم. يمكن الإشارة إلى قائمتهم بالترتيب الأبجدي مع الفرز الرقمي على الرسم نفسه ، أو كورقة منفصلة. تصنيف عشرة أنواع من الدوائر ، في الهندسة الكهربائية تستخدم عادة ثلاث دوائر رئيسية.

• وظيفية لديها الحد الأدنى من التفاصيل. يتم تمثيل الوظائف الرئيسية للعقد بمستطيل مع تعيينات الحروف.
• يعرض مخطط الدائرة بالتفصيل تصميم العناصر المستخدمة ، بالإضافة إلى اتصالاتها وجهات اتصالها. يمكن عرض المعلمات الضرورية مباشرة على الرسم التخطيطي أو في مستند منفصل. إذا تمت الإشارة إلى جزء من التثبيت فقط ، فهذا رسم تخطيطي أحادي الخط ، عندما تتم الإشارة إلى جميع العناصر - كاملة.
• في مخطط الأسلاك ، استخدم التسميات الموضعية للعناصر وموقعها وطريقة التثبيت والنظام.

لقراءة مخططات الأسلاك ، تحتاج إلى معرفة الرموز الرسومية. يتم تمثيل الأسلاك التي تربط العناصر بخطوط. الخط الصلب هو مصطلح عام للأسلاك. أعلاه يمكن الإشارة إلى بيانات حول طريقة التمديد ، المادة ، الجهد ، التيار. بالنسبة لدائرة أحادية الخط ، يتم تمثيل مجموعة من الموصلات بخط متقطع. في البداية وفي النهاية ، حدد علامة السلك ومكان توصيله.

تشير الشقوق الرأسية على خط الأسلاك إلى عدد الموصلات. إذا كان هناك أكثر من ثلاثة ، قم بإجراء تعيين رقمي. يشير الخط المتقطع إلى دوائر التحكم ، وشبكة الأمان ، والإخلاء ، وإضاءة الطوارئ.

يشبه المفتاح في الرسم البياني دائرة ذات انحدار إلى اليمين. يحدد نوع الشرطات وعددها معلمات الجهاز.

بالإضافة إلى الرسومات الرئيسية ، هناك دوائر مكافئة.

دارات كهربائية ثلاثية الطور

من بين الدوائر الكهربائية ، فإن الأنظمة أحادية الطور ومتعددة الأطوار شائعة. يتميز كل جزء من دارة متعددة الأطوار بنفس القيمة الحالية ويسمى الطور. تميز الهندسة الكهربائية بين مفهومين لهذا المصطلح. الأول هو المكون المباشر لنظام من ثلاث مراحل. والثاني هو قيمة تختلف من الجيب.

الدائرة ثلاثية الطور هي واحدة من أنظمة التيار المتردد متعددة الأطوار ، حيث تعمل المجالات الكهرومغناطيسية (القوى الكهربائية) من نفس التردد ، والتي تتغير في الوقت بالنسبة لبعضها البعض بزاوية طور معينة. يتكون من اللفات من مولد ثلاثي الطور ، وثلاثة أجهزة استقبال طاقة وأسلاك توصيل.

تعمل هذه الدوائر على ضمان توليد الطاقة الكهربائية لنقلها وتوزيعها ولها المزايا التالية:

• ربحية توليد الكهرباء ونقلها مقارنة بنظام أحادي المرحلة ؛
• توليد مجال مغناطيسي بسيط ، وهو ضروري لتشغيل محرك كهربائي غير متزامن ثلاثي الطور ؛
• نفس مجموعة المولدات تعطي جهدين تشغيليين - خطي ومرحلة.

يعد النظام ثلاثي المراحل مفيدًا عند نقل الكهرباء لمسافات طويلة. بالإضافة إلى ذلك ، استهلاك المواد أقل بكثير من مرحلة واحدة. المستهلكون الرئيسيون هم المحولات والمحركات الحثية والمحولات والأفران الحثية والتدفئة القوية ومحطات الطاقة. من بين الأجهزة منخفضة الطاقة أحادية الطور ، يمكن للمرء أن يلاحظ الأدوات الكهربائية والمصابيح المتوهجة والأجهزة المنزلية وإمدادات الطاقة.

تتميز الدائرة ثلاثية الطور بتوازن كبير في النظام. تلقت طرق ربط الأطوار هيكل "النجم" و "المثلث". عادة ، يتم توصيل مراحل توليد الآلات الكهربائية بواسطة "نجمة" ، ومراحل المستهلكين بواسطة "نجم" و "مثلث".

القوانين المعمول بها في الدوائر الكهربائية

في الرسوم البيانية ، يشار إلى اتجاه التيارات بالسهام. للحساب ، تحتاج إلى أخذ الاتجاهات للجهود ، والتيارات ، EMF. عند الحساب في الهندسة الكهربائية ، يتم استخدام القوانين الأساسية التالية:

1. قانون أوم لقسم مستقيم من الدائرة ، والذي يحدد العلاقة بين القوة الكهربائية والجهد للمصدر مع التيار المتدفق في الموصل ومقاومة الموصل نفسه.
2. للعثور على جميع التيارات والفولتية ، استخدم قواعد Kirchhoff ، التي تعمل بين التيارات والفولتية لأي جزء من الدائرة الكهربائية.
3. يحدد قانون جول - لينز الأثر الحراري للتيار الكهربائي.

في دارات التيار المستمر ، يشير اتجاه عمل القوة الكهرومغناطيسية من إمكانات سلبية إلى إيجابية. للاتجاه خذ حركة الشحنات الإيجابية. في هذه الحالة ، يتم توجيه السهم من إمكانات أكبر إلى أصغر. يتم توجيه الجهد دائمًا في نفس اتجاه التيار.

في الدوائر الجيبية ، يتم الإشارة إلى EMF والجهد والتيار باستخدام نصف دورة للتيار ، بينما لا يغير اتجاهه. للتأكيد على الاختلاف المحتمل ، يشار إليها بالعلامة "+" و "-".

كيف يتم حساب الدائرة الكهربائية؟

ينقسم مسار الحساب إلى العديد من الطرق المستخدمة في الممارسة:

• طريقة تستند إلى قانون أوم وقواعد Kirchhoff ؛
• طريقة لتحديد تيارات الحلقة ؛
• استقبال التحولات المعادلة ؛
• منهجية لقياس مقاومة الموصلات الواقية ؛
• حساب الإمكانات العقدية ؛
• طريقة المولد المتطابقة ، وغيرها.

أساس حساب دارة كهربائية بسيطة وفقًا لقانون أوم هو تحديد القوة الحالية في قسم منفصل مع مقاومة معروفة للموصلات وفلطية معينة.

حسب حالة المشكلة ، فإن مقاومات المقاومات R1 و R2 و R3 و R4 و R5 و R6 المتصلة بالدائرة معروفة (دون مراعاة مقاومة مقياس التيار الكهربائي). من الضروري حساب القوة الحالية J1 ، J2 ... J6.

هناك ثلاثة أقسام متتالية في الرسم التخطيطي. علاوة على ذلك ، يوجد للفرعين الثاني والثالث. يشار إلى مقاومات هذه الأقسام على أنها R1 ، R ، R ". ثم تساوي المقاومة الإجمالية مجموع المقاومات:

R = R1 + R '+ R "أين

R " - المقاومة الكلية للمقاومات المتوازية المتصلة R2 ، R3 ، R4.

R " - المقاومة الكلية للمقاومات R5 و R6.

باستخدام قانون الاتصال الموازي ، نحسب المقاومة R "و R".

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

1 / R ”= 1 / R5 + 1 / R6

حدد قوة التيار في دائرة غير متفرعة ، مع معرفة المقاومة الكلية عند جهد معين ، باستخدام الصيغة التالية:

I = U / R ، ثم I = I1

لحساب القوة الحالية في الفروع الفردية ، تحتاج إلى تحديد الجهد على أقسام الدوائر المتتابعة وفقًا لقانون أوم:

U1 = IR1 ؛ U2 = IR ’؛ U3 = IR "؛

بمعرفة جهد أقسام معينة ، من الممكن حساب القوة الحالية على الفروع الفردية:

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

في بعض الأحيان ، من الضروري معرفة مقاومة الأقسام من خلال المعلمات المعروفة للجهد ، وقوة التيار ، ومقاومة الأقسام الأخرى أو إجراء حساب للجهد من المقاومة المتوفرة والبيانات الحالية.

يهدف الجزء الرئيسي من الطرق إلى تبسيط الحسابات. يتم تحقيق ذلك من خلال تكييف أنظمة المعادلات ، أو المخطط نفسه. يتم حساب الدوائر الكهربائية بطرق مختلفة ، اعتمادًا على فئة تعقيدها.