Когато подреждате нов апартамент или къща, актуализирате или ремонтирате жилища, човек трябва да се занимава с елементи, предназначени за протичане на електрически ток. Важно е да знаете какво е електрическа верига, от какво се състои, защо е необходима верига и какви изчисления трябва да се извършат.
Какво представляват електрическите вериги?
Електрическата верига е комплекс от различни елементи, свързани помежду си. Той е проектиран за протичане на електрически ток, където се появяват преходни процеси. Движението на електрони се осигурява от наличието на потенциална разлика и може да се опише като се използват термини като напрежение и ток.
Вътрешната верига се осигурява чрез свързване на напрежението като източник на енергия. Останалите елементи образуват външна мрежа. За движението на зарядите в полевия източник на енергия е необходима външна сила. Тя може да бъде навиване на генератор, трансформатор или галваничен източник.
За да функционира правилно тази система, нейната верига трябва да бъде затворена, в противен случай токът няма да тече. Това е предпоставка за координираната работа на всички устройства. Не всяка верига може да бъде електрическа верига. Например, линиите за заземяване или защита не са такива, тъй като при нормална работа през тях не протича ток. Те могат да бъдат наречени електрически според принципа на действие. В спешен случай ток тече през тях и веригата се затваря, оставяйки земята.
В зависимост от източника на захранване, напрежението във веригата може да бъде постоянно или променливо. Батерията от елементи дава постоянно напрежение, а намотките на генератори или трансформатори дават променливо напрежение.
Главни компоненти
Всички компоненти във веригата участват в един електромагнитен процес. Те са условно разделени на три групи.
- Първичните източници на електрическа енергия и сигнали могат да преобразуват неелектромагнитна енергия в електрическа. Например галванична клетка, батерия, електромеханичен генератор.
- Вторичният тип, както на входа, така и на изхода, има електрическа енергия. Променят се само параметрите му - напрежение и ток, тяхната форма, величина и честота. Примерите включват токоизправители, инвертори, трансформатори.
- Потребителите на активна енергия преобразуват електрическия ток в осветление или топлина. Това са електротермични устройства, лампи, резистори, електрически двигатели.
- Допълнителните компоненти включват превключващи устройства, измервателни уреди, свързващи елементи и проводник.
Основата на електрическата мрежа е веригата. Това е графичен чертеж, който съдържа условни изображения и обозначения на елементи и тяхната връзка. Те се извършват съгласно GOST 2.721-74 - 2.758-81
Най-простата схема включва галванична клетка. С помощта на проводници, лампа с нажежаема жичка е свързана към нея чрез превключвател. За измерване на ток и напрежение в него са включени волтметър и амперметър.
Класификация на веригата
Електрическите вериги се класифицират по вид сложност: прости (неразклонени) и сложни (разклонени). Има разделение на постояннотокови и променливотокови вериги, както и синусоидални и несинусоидални. Въз основа на естеството на елементите те са линейни и нелинейни. AC линиите могат да бъдат еднофазни и трифазни.
Разклонен и неразклонен
Във всички елементи на неразклонена верига тече един и същ ток.Най-простата разклонена линия включва три клона и два възела. Всеки клон има свой ток. Клонът се дефинира като участък от верига, който се образува от свързани в серия елементи, затворени между два възела. Възел е точката, в която се сближават трите клона.
Ако на диаграмата има точка в пресечната точка на две линии, в този момент има електрическа връзка на две линии. Ако възелът не е маркиран, веригата е неразклонена.
Линейни и нелинейни
Електрическа верига, в която потребителите са независими от стойността на напрежението и посоката на тока и всички компоненти са линейни, се нарича линейна. Елементите на такава схема включват зависими и независими източници на токове и напрежения. При линейно съпротивлението на даден елемент не зависи от тока, например, електрическа пещ.
В нелинейните пасивни елементи зависят от стойностите на посоката на токове и напрежение, имат поне един нелинеен елемент. Например съпротивлението на лампа с нажежаема жичка зависи от пренапреженията на напрежението и тока.
Обозначения на елементи в диаграмата
Преди да продължите с инсталирането на оборудване, е необходимо да се проучат придружаващите нормативни документи. Схемата ви позволява да предадете на потребителя пълните характеристики на продукта, използвайки азбучни и графични обозначения, въведени в единен регистър на проектната документация.
Към чертежа са приложени допълнителни документи. Техният списък може да бъде посочен по азбучен ред с цифрово сортиране върху самия чертеж или като отделен лист. Класифицирайте десет типа вериги, в електротехниката обикновено се използват три основни вериги.
- Функционал има минимални детайли. Основните функции на възлите са представени от правоъгълник с буквени обозначения.
- Схемата на схемата подробно показва дизайна на използваните елементи, както и техните връзки и контакти. Необходимите параметри могат да бъдат показани директно на диаграмата или в отделен документ. Ако е посочена само част от инсталацията, това е едноредова диаграма, когато всички елементи са посочени - пълна.
- В схемата на окабеляване използвайте позиционните обозначения на елементите, тяхното местоположение, метод на монтаж и ред.
За да прочетете схемите на свързване, трябва да знаете графичните символи. Проводниците, които свързват елементите, са представени с линии. Твърдата линия е общ термин за окабеляване. Над него могат да бъдат посочени данни за начина на полагане, материал, напрежение, ток. За еднолинейна верига група проводници е представена от пунктирана линия. В началото и в края посочете маркировката на проводника и мястото на връзката му.
Вертикалните прорези по линията на окабеляване показват броя на проводниците. Ако има повече от три, извършете цифрово обозначение. Пунктираната линия показва контролни вериги, мрежа за сигурност, евакуация, аварийно осветление.
Превключвателят в диаграмата изглежда като кръг с наклон вдясно. Видът и броят на тиретата определят параметрите на устройството.
В допълнение към основните чертежи има еквивалентни схеми.
Трифазни електрически вериги
Сред електрическите вериги са често срещани еднофазни и многофазни системи. Всяка част от многофазна верига се характеризира със същата стойност на тока и се нарича фаза. Електротехниката разграничава две понятия от този термин. Първият е директният компонент на трифазна система. Втората е стойност, която варира синусоидално.
Трифазна верига е една от многофазните променливи системи, където действат синусоидални ЕРС (електромоторни сили) с една и съща честота, които се изместват във времето една спрямо друга с определен фазов ъгъл. Той се формира от намотките на трифазен генератор, три приемника на мощност и свързващи проводници.
Такива вериги служат за осигуряване на производството на електрическа енергия за нейното предаване, разпределение и имат следните предимства:
- рентабилност на производството и транспортирането на електроенергия в сравнение с еднофазна система;
- просто генериране на магнитно поле, което е необходимо за работата на трифазен асинхронен електродвигател;
- един и същ генератор дава два работни напрежения - линейно и фазово.
Трифазната система е благоприятна при предаване на електричество на дълги разстояния. Освен това консумацията на материал е много по-ниска от еднофазната. Основните потребители са трансформатори, индукционни двигатели, конвертори, индукционни пещи, мощни отоплителни и електроцентрали. Сред еднофазни устройства с ниска мощност може да се отбележат електрически инструменти, лампи с нажежаема жичка, домакински уреди, захранващи устройства.
Трифазната верига се характеризира със значителен баланс на системата. Методите за свързване на фазите са получили структурата на "звезда" и "триъгълник". Обикновено фазите на генериране на електрически машини са свързани с „звезда“, а фазите на потребителите от „звезда“ и „триъгълник“.
Действащи закони в електрическите вериги
На диаграмите посоката на токовете е посочена със стрелки. За да изчислите, трябва да вземете упътвания за напрежения, токове, EMF. При изчисляване в електротехниката се използват следните основни закони:
- Законът на Ом за прав участък на веригата, който определя връзката между електромоторната сила, напрежението на източника с тока, протичащ в проводника, и съпротивлението на самия проводник.
- За да намерите всички токове и напрежения, използвайте правилата на Kirchhoff, които работят между токовете и напреженията на всяка част от електрическата верига.
- Законът Джоул - Ленц определя количествено топлинния ефект на електрически ток.
В постояннотокови вериги посоката на действие на електромоторната сила показва от отрицателен потенциал към положителен. За посоката вземете движението на положителните заряди. В този случай стрелката се насочва от по-голям потенциал към по-малък. Напрежението винаги е насочено в същата посока като тока.
В синусоидалните вериги EMF, напрежение и ток се посочват с помощта на полукръг на тока, докато той не променя посоката си. За да се подчертае потенциалната разлика, те се обозначават със знаците "+" и "-".
Как се изчислява електрическата верига?
Пътят за изчисляване е разделен на много методи, които се използват на практика:
- метод, основан на закона на Ом и правилата на Кирхоф;
- метод за определяне на контурните токове;
- приемане на еквивалентни трансформации;
- методика за измерване на съпротивлението на защитните проводници;
- изчисляване на възлови потенциали;
- идентичен генератор метод и други.
Основата за изчисляване на проста електрическа верига според закона на Ом е да се определи силата на тока в отделна секция с известно съпротивление на проводниците и дадено напрежение.
По условието на проблема са известни съпротивленията на резисторите R1, R2, R3, R4, R5, R6, свързани с веригата (без да се взема предвид съпротивлението на амперметъра). Необходимо е да се изчисли силата на тока J1, J2 ... J6.
В диаграмата има три последователни секции. Освен това вторият и третият имат клонове. Съпротивленията на тези секции се означават като R1, R ', R ”. Тогава общото съпротивление е равно на сумата от съпротивленията:
R = R1 + R´ + R “където
R ' - общо съпротивление на паралелно свързани резистори R2, R3, R4.
R ” - общо съпротивление на резистори R5 и R6.
Използвайки закона за паралелна връзка, изчисляваме съпротивлението R и R ”.
1 / R '= 1 / R2 + 1 / R3 + 1 / R4
1 / R ”= 1 / R5 + 1 / R6
Определете силата на тока в неразклонена верига, като знаете общото съпротивление при дадено напрежение, като използвате следната формула:
I = U / R, тогава I = I1
За да изчислите силата на тока в отделни клонове, трябва да определите напрежението на секции от последователни вериги съгласно закона на Ом:
U1 = IR1; U2 = IR ’; U3 = IR ”;
Познавайки напрежението на конкретни секции, е възможно да се изчисли силата на тока на отделните клонове:
I2 = U2 / R2; I3 = U2 / R3; I4 = U2 / R4; I5 = U3 / R5; I6 = U3 / R6
Понякога е необходимо да се установи съпротивлението на секциите по известни параметри на напрежение, сила на тока, съпротивление на други секции или да се направи изчисление на напрежението от наличните данни за съпротивление и ток.
Основната част от методите е насочена към опростяване на изчисленията. Това се постига чрез адаптиране на системи от уравнения или самата схема. Изчисляването на електрическите вериги се извършва по различни начини, в зависимост от класа на тяхната сложност.
