Bei der Einrichtung einer neuen Wohnung oder eines neuen Hauses, der Aktualisierung oder Reparatur von Wohnungen müssen Elemente berücksichtigt werden, die für den Stromfluss bestimmt sind. Es ist wichtig zu wissen, was ein Stromkreis ist, woraus er besteht, warum ein Stromkreis benötigt wird und welche Berechnungen durchgeführt werden müssen.
Was sind Stromkreise?
Ein Stromkreis ist ein Komplex aus verschiedenen miteinander verbundenen Elementen. Es ist für den Stromfluss ausgelegt, bei dem Transienten auftreten. Die Bewegung von Elektronen wird durch das Vorhandensein einer Potentialdifferenz bereitgestellt und kann unter Verwendung von Begriffen wie Spannung und Strom beschrieben werden.
Der interne Stromkreis wird durch Anschließen der Spannung als Stromquelle bereitgestellt. Die restlichen Elemente bilden ein externes Netzwerk. Für die Bewegung von Ladungen in der Feldstromquelle ist eine externe Kraft erforderlich. Dies kann eine Wicklung eines Generators, Transformators oder einer galvanischen Quelle sein.
Damit ein solches System ordnungsgemäß funktioniert, muss sein Stromkreis geschlossen sein, da sonst kein Strom fließt. Dies ist Voraussetzung für den koordinierten Betrieb aller Geräte. Nicht jeder Stromkreis kann ein Stromkreis sein. Zum Beispiel sind Erdungs- oder Schutzleitungen nicht solche, da im normalen Modus kein Strom durch sie fließt. Sie können nach dem Wirkprinzip als elektrisch bezeichnet werden. Im Notfall fließt Strom durch sie und der Stromkreis schließt und verlässt den Boden.
Abhängig von der Stromquelle kann die Spannung im Stromkreis konstant oder variabel sein. Die Batterie der Elemente gibt eine konstante Spannung und die Wicklungen der Generatoren oder Transformatoren geben eine Wechselspannung.
Hauptbestandteile
Alle Komponenten in der Schaltung sind an einem elektromagnetischen Prozess beteiligt. Sie sind bedingt in drei Gruppen unterteilt.
- Primäre elektrische Energiequellen und Signale können nicht elektromagnetische Energie in elektrische Energie umwandeln. Zum Beispiel eine galvanische Zelle, eine Batterie, ein elektromechanischer Generator.
- Der sekundäre Typ hat sowohl am Eingang als auch am Ausgang elektrische Energie. Nur seine Parameter ändern sich - Spannung und Strom, ihre Form, Größe und Frequenz. Beispiele sind Gleichrichter, Wechselrichter, Transformatoren.
- Verbraucher aktiver Energie wandeln elektrischen Strom in Licht oder Wärme um. Dies sind elektrothermische Geräte, Lampen, Widerstände, Elektromotoren.
- Zu den Hilfskomponenten gehören Schaltgeräte, Messgeräte, Verbindungselemente und ein Draht.
Die Basis des Stromnetzes ist die Schaltung. Dies ist eine grafische Zeichnung, die bedingte Bilder und Bezeichnungen von Elementen und deren Verbindung enthält. Sie werden gemäß GOST 2.721-74 - 2.758-81 durchgeführt
Das einfachste Schaltbild enthält eine galvanische Zelle. Über Kabel ist eine Glühlampe über einen Schalter mit ihr verbunden. Zur Messung von Strom und Spannung sind ein Voltmeter und ein Amperemeter enthalten.
Schaltungsklassifizierung
Stromkreise werden nach Komplexitätstypen klassifiziert: einfach (unverzweigt) und komplex (verzweigt). Es gibt eine Unterteilung in Gleichstrom- und Wechselstromkreise sowie in sinusförmige und nicht sinusförmige. Aufgrund der Art der Elemente sind sie linear und nicht linear. Wechselstromleitungen können einphasig und dreiphasig sein.
Verzweigt und unverzweigt
In allen Elementen eines unverzweigten Stromkreises fließt der gleiche Strom.Die einfachste verzweigte Linie enthält drei Verzweigungen und zwei Knoten. Jeder Zweig hat seinen eigenen Strom. Ein Zweig ist definiert als ein Abschnitt einer Kette, der aus in Reihe geschalteten Elementen besteht, die zwischen zwei Knoten eingeschlossen sind. Ein Knoten ist der Punkt, an dem die drei Zweige zusammenlaufen.
Wenn das Diagramm am Schnittpunkt zweier Linien einen Punkt enthält, besteht an diesem Punkt eine elektrische Verbindung zweier Linien. Wenn der Knoten nicht markiert ist, ist die Kette unverzweigt.
Linear und nichtlinear
Ein Stromkreis, in dem Verbraucher unabhängig vom Spannungswert und der Stromrichtung sind und alle Komponenten linear sind, wird als linear bezeichnet. Elemente einer solchen Schaltung umfassen abhängige und unabhängige Quellen von Strömen und Spannungen. Im linearen Bereich hängt der Widerstand eines Elements nicht vom Strom ab, beispielsweise von einem Elektroofen.
Bei nichtlinearen, passiven Elementen hängen von den Werten der Richtung der Ströme und der Spannung mindestens ein nichtlineares Element ab. Beispielsweise hängt der Widerstand einer Glühlampe von Spannungsspitzen und Stromstärke ab.
Bezeichnungen der Elemente im Diagramm
Bevor Sie mit der Installation der Geräte fortfahren, müssen Sie die behördlichen Begleitdokumente lesen. Mit dem Schema können Sie dem Benutzer die vollständigen Eigenschaften des Produkts anhand von alphabetischen und grafischen Bezeichnungen vermitteln, die in einem einzigen Register der Konstruktionsdokumentation eingetragen sind.
Zusätzliche Dokumente sind der Zeichnung beigefügt. Ihre Liste kann in alphabetischer Reihenfolge mit digitaler Sortierung auf der Zeichnung selbst oder als separates Blatt angezeigt werden. Klassifizieren Sie zehn Arten von Stromkreisen. In der Elektrotechnik werden normalerweise drei Hauptstromkreise verwendet.
- Funktional hat minimale Details. Die Hauptfunktionen der Knoten werden durch ein Rechteck mit Buchstabenbezeichnungen dargestellt.
- Der Schaltplan im Detail zeigt den Aufbau der verwendeten Elemente sowie deren Anschlüsse und Kontakte. Die notwendigen Parameter können direkt im Diagramm oder in einem separaten Dokument angezeigt werden. Wenn nur ein Teil der Installation angegeben ist, handelt es sich um ein einzeiliges Diagramm, wenn alle Elemente angegeben sind - vollständig.
- Verwenden Sie im Schaltplan die Positionsbezeichnungen der Elemente, ihre Position, Installationsmethode und Reihenfolge.
Um die Schaltpläne lesen zu können, müssen Sie die Grafiksymbole kennen. Die Drähte, die die Elemente verbinden, werden durch Linien dargestellt. Eine durchgezogene Linie ist ein Oberbegriff für Verkabelung. Darüber können Angaben zu Verlegemethode, Material, Spannung, Strom angegeben werden. Bei einer einzeiligen Schaltung wird eine Gruppe von Leitern durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Geben Sie am Anfang und am Ende die Markierung des Drahtes und den Ort seiner Verbindung an.
Vertikale Kerben an der Verdrahtungsleitung geben die Anzahl der Leiter an. Wenn mehr als drei vorhanden sind, führen Sie eine digitale Bezeichnung durch. Die gestrichelte Linie zeigt Steuerkreise, ein Netzwerk aus Sicherheit, Evakuierung und Notbeleuchtung an.
Der Schalter im Diagramm sieht aus wie ein Kreis mit einer Neigung nach rechts. Die Art und Anzahl der Striche bestimmen die Parameter des Geräts.
Zusätzlich zu den Hauptzeichnungen gibt es Ersatzschaltungen.
Dreiphasige Stromkreise
Unter elektrischen Schaltkreisen sind sowohl einphasige als auch mehrphasige Systeme üblich. Jeder Teil einer Mehrphasenschaltung ist durch denselben Stromwert gekennzeichnet und wird als Phase bezeichnet. Die Elektrotechnik unterscheidet zwei Konzepte dieses Begriffs. Die erste ist die direkte Komponente eines Dreiphasensystems. Der zweite ist ein Wert, der sinusförmig variiert.
Eine Dreiphasenschaltung ist eines der Mehrphasen-Wechselstromsysteme, bei denen sinusförmige EMFs (elektromotorische Kraft) gleicher Frequenz wirken, die zeitlich relativ zueinander um einen bestimmten Phasenwinkel verschoben sind. Es besteht aus den Wicklungen eines Drehstromgenerators, drei Leistungsempfängern und Verbindungsdrähten.
Solche Schaltungen dienen dazu, die Erzeugung elektrischer Energie für ihre Übertragung und Verteilung sicherzustellen und haben die folgenden Vorteile:
- Rentabilität der Stromerzeugung und des Transports im Vergleich zu einem Einphasensystem;
- einfache Magnetfelderzeugung, die für den Betrieb eines dreiphasigen asynchronen Elektromotors erforderlich ist;
- Der gleiche Generator gibt zwei Betriebsspannungen aus - linear und phasig.
Das Dreiphasensystem ist vorteilhaft bei der Übertragung von Elektrizität über große Entfernungen. Darüber hinaus ist der Materialverbrauch wesentlich geringer als bei einphasigen. Die Hauptverbraucher sind Transformatoren, Induktionsmotoren, Wandler, Induktionsöfen, leistungsstarke Heizungs- und Kraftwerke. Unter einphasigen Geräten mit geringem Stromverbrauch sind Elektrowerkzeuge, Glühlampen, Haushaltsgeräte und Netzteile zu finden.
Die dreiphasige Schaltung zeichnet sich durch ein deutliches Gleichgewicht des Systems aus. Die Methoden zum Verbinden der Phasen haben die Struktur von "Stern" und "Dreieck" erhalten. Normalerweise sind die Phasen der Erzeugung elektrischer Maschinen durch einen „Stern“ und die Phasen der Verbraucher durch einen „Stern“ und ein „Dreieck“ verbunden.
In Stromkreisen geltende Gesetze
In den Diagrammen ist die Richtung der Ströme durch Pfeile angegeben. Zur Berechnung müssen Sie Anweisungen für Spannungen, Ströme und EMF geben. Bei der Berechnung in der Elektrotechnik werden folgende Grundgesetze angewendet:
- Ohmsches Gesetz für einen geraden Abschnitt der Schaltung, der die Beziehung zwischen der elektromotorischen Kraft, der Spannung der Quelle mit dem im Leiter fließenden Strom und dem Widerstand des Leiters selbst bestimmt.
- Um alle Ströme und Spannungen zu ermitteln, verwenden Sie die Kirchhoff-Regeln, die zwischen den Strömen und Spannungen eines beliebigen Teils des Stromkreises arbeiten.
- Das Joule-Lenz-Gesetz quantifiziert den thermischen Effekt eines elektrischen Stroms.
In Gleichstromkreisen zeigt die Wirkrichtung der elektromotorischen Kraft von einem negativen Potential zu einem positiven an. Für die Richtung nehmen Sie die Bewegung der positiven Ladungen. In diesem Fall wird der Pfeil von einem größeren Potential zu einem kleineren gerichtet. Die Spannung ist immer in die gleiche Richtung wie der Strom gerichtet.
In sinusförmigen EMF-Schaltkreisen werden Spannung und Strom unter Verwendung eines Halbzyklus des Stroms angezeigt, während er seine Richtung nicht ändert. Um die Potentialdifferenz hervorzuheben, sind sie mit den Zeichen „+“ und „-“ gekennzeichnet.
Wie berechnet sich der Stromkreis?
Der Berechnungspfad ist in viele Methoden unterteilt, die in der Praxis verwendet werden:
- eine Methode, die auf dem Ohmschen Gesetz und den Regeln von Kirchhoff basiert;
- ein Verfahren zum Bestimmen von Schleifenströmen;
- Empfang äquivalenter Transformationen;
- Methode zur Messung des Widerstands von Schutzleitern;
- Berechnung von Knotenpotentialen;
- identische Generatormethode und andere.
Grundlage für die Berechnung eines einfachen Stromkreises nach dem Ohmschen Gesetz ist die Bestimmung der Stromstärke in einem separaten Abschnitt mit einem bekannten Widerstand der Leiter und einer bestimmten Spannung.
Durch den Zustand des Problems sind die Widerstände der an die Schaltung angeschlossenen Widerstände R1, R2, R3, R4, R5, R6 bekannt (ohne Berücksichtigung des Widerstands des Amperemeter). Die Stromstärke J1, J2 ... J6 muss berechnet werden.
Das Diagramm enthält drei aufeinanderfolgende Abschnitte. Darüber hinaus haben der zweite und dritte Zweige. Die Widerstände dieser Abschnitte werden als R1, R ', R' bezeichnet. Dann ist der Gesamtwiderstand gleich der Summe der Widerstände:
R = R1 + R ’+ R”wo
R ’ - Gesamtwiderstand parallel geschalteter Widerstände R2, R3, R4.
R ” - Gesamtwiderstand der Widerstände R5 und R6.
Nach dem Gesetz der Parallelschaltung berechnen wir den Widerstand R ’und R”.
1 / R ’= 1 / R2 + 1 / R3 + 1 / R4
1 / R ”= 1 / R5 + 1 / R6
Um die Stärke des Stroms in einem unverzweigten Stromkreis zu bestimmen und den Gesamtwiderstand bei einer bestimmten Spannung zu kennen, können Sie die folgende Formel verwenden:
I = U / R, dann I = I1
Um die Stromstärke in einzelnen Zweigen zu berechnen, müssen Sie die Spannung an Abschnitten von Folgeschaltungen nach dem Ohmschen Gesetz bestimmen:
U1 = IR1; U2 = IR ’; U3 = IR ”;
Wenn Sie die Spannung bestimmter Abschnitte kennen, können Sie die Stromstärke für einzelne Zweige berechnen:
I2 = U2 / R2; I3 = U2 / R3; I4 = U2 / R4; I5 = U3 / R5; I6 = U3 / R6
Manchmal ist es notwendig, den Widerstand von Abschnitten anhand bekannter Parameter wie Spannung, Stromstärke, Widerstand anderer Abschnitte zu ermitteln oder die Spannung anhand der verfügbaren Widerstands- und Stromdaten zu berechnen.
Der Hauptteil der Methoden zielt darauf ab, die Berechnungen zu vereinfachen. Dies wird erreicht, indem Gleichungssysteme oder das Schema selbst angepasst werden. Die Berechnung elektrischer Schaltkreise erfolgt je nach Komplexitätsklasse auf unterschiedliche Weise.
