En el moment d’organitzar un nou apartament o casa, actualitzar o reparar l’habitatge, s’ha d’afrontar els elements destinats al flux de corrent elèctric. És important saber en què consisteix un circuit elèctric, en què consisteix, per què cal un circuit i quins càlculs cal realitzar.
Què són els circuits elèctrics?
Un circuit elèctric és un complex de diversos elements interconnectats. Està dissenyat per al flux de corrent elèctric, on es produeixen transitoris. El moviment dels electrons és proporcionat per la presència d'una diferència de potencial i es pot descriure usant termes com la tensió i el corrent.
El circuit intern es proporciona connectant la tensió com a font d’alimentació. Els elements restants formen una xarxa externa. Per al moviment de càrregues a la font d’energia de camp, cal una força externa. Pot ser un bobinat d’un generador, un transformador o una font galvànica.
Perquè un sistema funcioni correctament, cal tancar el seu circuit, en cas contrari, no corrent el corrent. Aquest és un requisit previ per al funcionament coordinat de tots els dispositius. No tots els circuits poden ser un circuit elèctric. Per exemple, les línies de terra o de protecció no són tals, ja que en mode normal no hi circula cap corrent. Es poden anomenar elèctrics segons el principi d’acció. En cas d’emergència, el corrent flueix a través d’ells i el circuit es tanca deixant el terra.
Segons la font d’alimentació, el voltatge al circuit pot ser constant o variable. La bateria d’elements dóna una tensió constant, i els bobinats de generadors o transformadors donen una tensió alterna.
Principals components
Tots els components del circuit participen en un procés electromagnètic. Es divideixen condicionalment en tres grups.
- Les fonts primàries d’energia elèctrica i els senyals poden convertir l’energia no electromagnètica en energia elèctrica. Per exemple, una cel·la galvànica, una bateria, un generador electromecànic.
- El tipus secundari, tant a l'entrada com a la sortida, té energia elèctrica. Només canvien els seus paràmetres: tensió i corrent, la seva forma, magnitud i freqüència. Entre els exemples es troben rectificadors, inversors i transformadors.
- Els consumidors d’energia activa converteixen el corrent elèctric en llum o calor. Es tracta d’aparells electrotèrmics, llums, resistències, motors elèctrics.
- Els components auxiliars inclouen dispositius de commutació, instruments de mesura, elements de connexió i un filferro.
La base de la xarxa elèctrica és el circuit. Aquest és un dibuix gràfic que conté imatges condicionals i designacions d’elements i la seva connexió. Es realitzen segons GOST 2.721-74 - 2.758-81
El diagrama de circuit més senzill inclou una cel·la galvànica. Mitjançant cables, s’hi connecta una làmpada incandescent a través d’un interruptor. Per mesurar el corrent i la tensió s’hi inclouen un voltímetre i un amperímetre.
Classificació de circuits
Els circuits elèctrics es classifiquen per tipus de complexitat: senzills (sense ramificar) i complexos (ramificats). Hi ha divisió en circuits de corrent continu i altern, així com sinusoïdals i no sinusoïdals. Segons la naturalesa dels elements, són lineals i no lineals. Les línies de corrent alterna poden ser monofàsiques i trifàsiques.
Brancat i sense ramificar
En tots els elements d'un circuit sense coincidir, flueix el mateix corrent.La línia ramificada més senzilla inclou tres branques i dos nodes. Cada branca té el seu propi corrent. Una branca es defineix com una secció d'una cadena que està formada per elements connectats en sèrie tancats entre dos nodes. Un node és el punt en el qual conflueixen les tres branques.
Si hi ha un punt al diagrama a la intersecció de dues línies, hi ha una connexió elèctrica de dues línies en aquest punt. Si el node no està marcat, la cadena no varia.
Lineal i no lineal
Un circuit elèctric en què els consumidors són independents del valor de la tensió i de la direcció de corrent i tots els components són lineals, s’anomena lineal. Els elements d'aquest circuit inclouen fonts de corrents i tensions dependents i independents. En lineal, la resistència d’un element no depèn del corrent, per exemple, un forn elèctric.
En els elements no lineals, els passius depenen dels valors de la direcció dels corrents i de la tensió, tenen almenys un element no lineal. Per exemple, la resistència d’una làmpada incandescent depèn de les tensions i de l’amperatge.
Denominacions d’elements del diagrama
Abans de continuar amb la instal·lació d’equips, cal estudiar els documents d’acompanyament reglamentaris. L’esquema permet transmetre a l’usuari totes les característiques del producte mitjançant designacions alfabètiques i gràfiques incloses en un registre únic de documentació de disseny.
Al dibuix s’adjunten documents addicionals. La seva llista es pot indicar per ordre alfabètic mitjançant una ordenació digital del dibuix o bé com a full independent. Classifica deu tipus de circuits, en enginyeria elèctrica sol utilitzar tres circuits principals.
- Funcional té un detall mínim. Les funcions principals dels nodes estan representades per un rectangle amb designacions de lletres.
- El diagrama del circuit mostra en detall el disseny dels elements utilitzats, així com les seves connexions i contactes. Els paràmetres necessaris es poden mostrar directament al diagrama o en un document independent. Si només s’indica una part de la instal·lació, es tracta d’un diagrama d’una sola línia, quan tots els elements estan indicats: completa.
- Al diagrama de cablejat, utilitzeu les designacions de posició dels elements, la seva ubicació, el mètode d’instal·lació i l’ordre.
Per llegir els esquemes de cablejat, cal conèixer els símbols gràfics. Els cables que connecten els elements es representen per línies. Una línia sòlida és un terme genèric per a cablejat. A sobre es poden indicar dades sobre el mètode de posada, material, tensió, corrent. Per a un circuit d’una sola línia, un grup de conductors està representat per una línia traçada. Al principi i al final indica el marcatge del filferro i el lloc de la seva connexió.
Les crestes verticals de la línia de cablejat indiquen el nombre de conductors. Si n’hi ha més de tres, realitzeu una designació digital. La línia guionada indica circuits de control, xarxa de seguretat, evacuació i il·luminació d’emergència.
El commutador del diagrama sembla un cercle amb una inclinació a la dreta. El tipus i el nombre de guions determinen els paràmetres del dispositiu.
A més dels dibuixos principals, hi ha circuits equivalents.
Circuits elèctrics trifàsics
Entre els circuits elèctrics, són habituals els sistemes monofàsics i multifàsics. Cada part d’un circuit multifase es caracteritza pel mateix valor actual i s’anomena fase. L’enginyeria elèctrica distingeix dos conceptes d’aquest terme. El primer és el component directe d’un sistema trifàsic. El segon és un valor que varia de forma sinusoïdal.
Un circuit trifàsic és un dels sistemes de CA multifase, on actuen els EMFs sinusoïdals (forces electromotores) de la mateixa freqüència, que es desplacen en un temps entre ells amb un cert angle de fase. Està format pels bobinatges d’un generador trifàsic, tres receptors d’energia i cables de connexió.
Aquests circuits serveixen per assegurar la generació d’energia elèctrica, per a la seva transmissió, distribució i presenta els avantatges següents:
- rendibilitat de generació i transport d’electricitat en comparació amb un sistema monofàsic;
- generació de camp magnètic senzill, necessària per al funcionament d’un motor elèctric asíncron trifàsic;
- el mateix grup generador proporciona dos voltatges operatius: lineal i de fase.
El sistema trifàsic és avantatjós en transmetre electricitat a llargues distàncies. A més, el consum de material és molt inferior al monofàsic. Els principals consumidors són transformadors, motors d’inducció, convertidors, forns d’inducció, potents sistemes de calefacció i energia. Entre els dispositius monofàsics de baix consum, destaquen les eines elèctriques, llums incandescents, electrodomèstics, fonts d'alimentació.
El circuit trifàsic es caracteritza per un important saldo del sistema. Els mètodes de connexió de les fases han rebut l'estructura de "estrella" i "triangle". Normalment, les fases de generació de màquines elèctriques estan connectades per una “estrella”, i les fases dels consumidors per una “estrella” i un “triangle”.
Lleis vigents en circuits elèctrics
En els esquemes, la direcció dels corrents s’indica amb fletxes. Per calcular cal tenir indicacions de tensions, corrents, EMF. Quan es calcula en enginyeria elèctrica, s’utilitzen les lleis bàsiques següents:
- Llei d'Ohm per a una secció recta del circuit, que determina la relació entre la força electromotriu, la tensió de la font amb el corrent que circula en el conductor i la resistència del conductor.
- Per trobar tots els corrents i tensions, utilitzeu les regles de Kirchhoff, que funcionen entre els corrents i les tensions de qualsevol part del circuit elèctric.
- La llei Joule-Lenz quantifica l'efecte tèrmic d'un corrent elèctric.
En circuits de corrent continu, el sentit d’acció de la força electromotriu indica des d’un potencial negatiu fins un positiu. Per a la direcció agafar el moviment de les càrregues positives. En aquest cas, la fletxa es dirigeix des del potencial més gran al més petit. La tensió sempre es dirigeix en la mateixa direcció que el corrent.
En circuits sinusoïdals, EMF, tensió i corrent s’indiquen mitjançant un semicicle de corrent, mentre que no canvia de direcció. Per emfasitzar la diferència de potencial, s’indiquen amb els signes “+” i “-”.
Com es calcula el circuit elèctric?
La ruta de càlcul es divideix en molts mètodes que s’utilitzen a la pràctica:
- un mètode basat en la llei d'Ohm i les regles de Kirchhoff;
- un mètode per determinar corrents de bucle;
- recepció de transformacions equivalents;
- metodologia per mesurar la resistència de conductors de protecció;
- càlcul de potencials nodals;
- mètode del generador idèntic i altres.
La base per calcular un circuit elèctric senzill segons la llei d’Ohm és determinar la força actual en un tram separat amb una resistència coneguda de conductors i una tensió determinada.
Segons la condició del problema, es coneixen les resistències de les resistències R1, R2, R3, R4, R5, R6 connectades al circuit (exclosa la resistència de l’amperímetre). Cal calcular la força actual J1, J2 ... J6.
Hi ha tres seccions consecutives al diagrama. A més, el segon i el tercer tenen sucursals. Les resistències d'aquestes seccions es denoten com a R1, R ', R'. Llavors la resistència total és igual a la suma de les resistències:
R = R1 + R "+ R"on
R ” - resistència total de resistències connectades en paral·lel R2, R3, R4.
R ” - resistència total de resistències R5 i R6.
Utilitzant la llei de la connexió paral·lela, calculem la resistència R "i R".
1 / R "= 1 / R2 + 1 / R3 + 1 / R4
1 / R ”= 1 / R5 + 1 / R6
Per determinar la força del corrent en un circuit sense coincidència, coneixent la resistència total a un voltatge determinat, podeu utilitzar la fórmula següent:
I = U / R, aleshores I = I1
Per calcular la força actual de les branques individuals, cal determinar la tensió en les seccions dels circuits seqüencials segons la llei d'Ohm:
U1 = IR1; U2 = IR ”; U3 = IR ”;
Conegut el voltatge de seccions específiques, és possible calcular la força actual en diferents branques:
I2 = U2 / R2; I3 = U2 / R3; I4 = U2 / R4; I5 = U3 / R5; I6 = U3 / R6
De vegades és necessari esbrinar la resistència de seccions mitjançant paràmetres coneguts de tensió, força de corrent, resistència d’altres seccions o fer un càlcul de la tensió a partir de la resistència i corrent disponibles.
La part principal dels mètodes està dirigida a simplificar els càlculs. Això s’aconsegueix mitjançant l’adaptació de sistemes d’equacions o l’esquema en si. El càlcul dels circuits elèctrics es realitza de diverses maneres, segons la classe de la seva complexitat.
