Quando si organizza un nuovo appartamento o una nuova casa, si aggiorna o si ripara l'alloggiamento, è necessario affrontare gli elementi destinati al flusso di corrente elettrica. È importante sapere cos'è un circuito elettrico, in cosa consiste, perché è necessario un circuito e quali calcoli devono essere eseguiti.
Cosa sono i circuiti elettrici?
Un circuito elettrico è un complesso di vari elementi interconnessi. È progettato per il flusso di corrente elettrica, in cui si verificano transitori. Il moto degli elettroni è fornito dalla presenza di una differenza di potenziale e può essere descritto usando termini come tensione e corrente.
Il circuito interno viene fornito collegando la tensione come fonte di alimentazione. Gli elementi rimanenti formano una rete esterna. Per lo spostamento delle cariche nella fonte di alimentazione di campo, è necessaria una forza esterna. Può essere un avvolgimento di un generatore, trasformatore o sorgente galvanica.
Affinché un tale sistema funzioni correttamente, il suo circuito deve essere chiuso, altrimenti la corrente non scorrerà. Questo è un prerequisito per il funzionamento coordinato di tutti i dispositivi. Non tutti i circuiti possono essere un circuito elettrico. Ad esempio, le linee di messa a terra o di protezione non sono tali, poiché in modalità normale nessuna corrente scorre attraverso di esse. Possono essere chiamati elettrici secondo il principio di azione. In caso di emergenza, la corrente scorre attraverso di essi e il circuito si chiude, lasciando la terra.
A seconda della fonte di alimentazione, la tensione nel circuito può essere costante o variabile. La batteria di elementi fornisce una tensione costante e gli avvolgimenti di generatori o trasformatori forniscono una tensione alternata.
Componenti principali
Tutti i componenti del circuito sono coinvolti in un processo elettromagnetico. Sono condizionatamente divisi in tre gruppi.
- Le fonti primarie di energia elettrica e segnali possono convertire energia non elettromagnetica in energia elettrica. Ad esempio, una cella galvanica, una batteria, un generatore elettromeccanico.
- Il tipo secondario, sia in ingresso che in uscita, ha energia elettrica. Cambiano solo i suoi parametri: tensione e corrente, forma, ampiezza e frequenza. Esempi includono raddrizzatori, inverter, trasformatori.
- I consumatori di energia attiva convertono la corrente elettrica in illuminazione o calore. Questi sono dispositivi elettrotermici, lampade, resistori, motori elettrici.
- I componenti ausiliari comprendono dispositivi di commutazione, strumenti di misura, elementi di collegamento e un filo.
La base della rete elettrica è il circuito. Questo è un disegno grafico che contiene immagini condizionali e designazioni di elementi e la loro connessione. Sono effettuati secondo GOST 2.721-74 - 2.758-81
Lo schema circuitale più semplice include una cella galvanica. Per mezzo di fili, una lampada a incandescenza è collegata ad essa tramite un interruttore. Per misurare corrente e tensione, sono inclusi un voltmetro e un amperometro.
Classificazione del circuito
I circuiti elettrici sono classificati per tipo di complessità: semplice (non ramificato) e complesso (ramificato). Vi è una divisione in circuiti CC e CA, nonché sinusoidale e non sinusoidale. In base alla natura degli elementi, sono lineari e non lineari. Le linee CA possono essere monofase e trifase.
Ramificato e non ramificato
In tutti gli elementi di un circuito non ramificato, scorre la stessa corrente.La linea ramificata più semplice include tre rami e due nodi. Ogni ramo ha la sua corrente. Un ramo è definito come una sezione di una catena formata da elementi collegati in serie racchiusi tra due nodi. Un nodo è il punto in cui convergono i tre rami.
Se sul diagramma è presente un punto all'intersezione di due linee, a questo punto è presente un collegamento elettrico di due linee. Se il nodo non è contrassegnato, la catena non è ramificata.
Lineare e non lineare
Un circuito elettrico in cui i consumatori sono indipendenti dal valore di tensione e dalla direzione corrente e tutti i componenti sono lineari, è chiamato lineare. Gli elementi di tale circuito includono fonti dipendenti e indipendenti di correnti e tensioni. In lineare, la resistenza di un elemento non dipende dalla corrente, ad esempio un forno elettrico.
In non lineari, gli elementi passivi dipendono dai valori della direzione delle correnti e della tensione, hanno almeno un elemento non lineare. Ad esempio, la resistenza di una lampada a incandescenza dipende da picchi di tensione e amperaggio.
Designazioni di elementi nel diagramma
Prima di procedere con l'installazione delle apparecchiature, è necessario studiare i documenti di accompagnamento normativi. Lo schema consente di comunicare all'utente tutte le caratteristiche del prodotto utilizzando le designazioni alfabetiche e grafiche inserite in un unico registro della documentazione di progettazione.
Ulteriori documenti sono allegati al disegno. Il loro elenco può essere indicato in ordine alfabetico con ordinamento digitale sul disegno stesso o come foglio separato. Classificare dieci tipi di circuiti, in ingegneria elettrica di solito usano tre circuiti principali.
- Funzionale ha dettagli minimi. Le funzioni principali dei nodi sono rappresentate da un rettangolo con designazioni di lettere.
- Lo schema circuitale in dettaglio mostra il design degli elementi utilizzati, nonché i loro collegamenti e contatti. I parametri necessari possono essere visualizzati direttamente sul diagramma o in un documento separato. Se viene indicata solo una parte dell'installazione, si tratta di un diagramma a riga singola, quando tutti gli elementi sono indicati - completo.
- Nello schema elettrico utilizzare le designazioni posizionali degli elementi, la loro posizione, il metodo di installazione e l'ordine.
Per leggere gli schemi elettrici, è necessario conoscere i simboli grafici. I fili che collegano gli elementi sono rappresentati da linee. Una linea continua è un termine generico per il cablaggio. Sopra possono essere indicati i dati sul metodo di posa, materiale, tensione, corrente. Per un circuito a linea singola, un gruppo di conduttori è rappresentato da una linea tratteggiata. All'inizio e alla fine indicano la marcatura del filo e il luogo della sua connessione.
Le tacche verticali sulla linea di cablaggio indicano il numero di conduttori. Se ce ne sono più di tre, eseguire una designazione digitale. La linea tratteggiata indica i circuiti di controllo, una rete di sicurezza, evacuazione, illuminazione di emergenza.
L'interruttore nel diagramma sembra un cerchio con un'inclinazione a destra. Il tipo e il numero di trattini determinano i parametri del dispositivo.
Oltre ai disegni principali, ci sono circuiti equivalenti.
Circuiti elettrici trifase
Tra i circuiti elettrici sono comuni sia i sistemi monofase che multifase. Ogni parte di un circuito multifase è caratterizzata dallo stesso valore di corrente ed è chiamata fase. L'ingegneria elettrica distingue tra due concetti di questo termine. Il primo è il componente diretto di un sistema trifase. Il secondo è un valore che varia in modo sinusoidale.
Un circuito trifase è uno dei sistemi CA multifase, in cui EMF sinusoidali (forze elettromotrici) della stessa frequenza agiscono, che vengono spostate nel tempo l'una rispetto all'altra di un certo angolo di fase. È formato dagli avvolgimenti di un generatore trifase, tre ricevitori di potenza e fili di collegamento.
Tali circuiti servono a garantire la generazione di energia elettrica, per la sua trasmissione, distribuzione e presentano i seguenti vantaggi:
- redditività della generazione e del trasporto di elettricità rispetto a un sistema monofase;
- semplice generazione di campi magnetici, necessaria per il funzionamento di un motore elettrico asincrono trifase;
- lo stesso gruppo elettrogeno emette due tensioni operative: lineare e di fase.
Il sistema trifase è vantaggioso quando si trasmette elettricità su lunghe distanze. Inoltre, il consumo di materiale è molto inferiore a quello monofase. I principali consumatori sono trasformatori, motori a induzione, convertitori, forni a induzione, potenti impianti di riscaldamento e centrali elettriche. Tra i dispositivi monofase a bassa potenza, si possono notare utensili elettrici, lampade a incandescenza, elettrodomestici, alimentatori.
Il circuito trifase è caratterizzato da un significativo equilibrio del sistema. I metodi per collegare le fasi hanno ricevuto la struttura di "stella" e "triangolo". Di solito, le fasi di generazione delle macchine elettriche sono collegate da una "stella" e le fasi dei consumatori da una "stella" e un "triangolo".
Leggi in vigore nei circuiti elettrici
Nei diagrammi, la direzione delle correnti è indicata da frecce. Per calcolare, è necessario prendere indicazioni per tensioni, correnti, EMF. Quando si calcola in ingegneria elettrica, vengono utilizzate le seguenti leggi di base:
- Legge di Ohm per una sezione diritta del circuito, che determina la relazione tra la forza elettromotrice, la tensione della sorgente con la corrente che scorre nel conduttore e la resistenza del conduttore stesso.
- Per trovare tutte le correnti e le tensioni, utilizzare le regole di Kirchhoff, che operano tra le correnti e le tensioni di qualsiasi parte del circuito elettrico.
- La legge di Joule - Lenz quantifica l'effetto termico di una corrente elettrica.
Nei circuiti CC, la direzione di azione della forza elettromotrice indica da un potenziale negativo a uno positivo. Per la direzione prendere il movimento di cariche positive. In questo caso, la freccia è diretta da un potenziale più grande a uno più piccolo. La tensione è sempre diretta nella stessa direzione della corrente.
Nei circuiti EMF sinusoidali, la tensione e la corrente sono indicate utilizzando un semiciclo di corrente, mentre non cambia direzione. Per sottolineare la differenza potenziale, sono indicati dai segni “+” e “-”.
Come viene calcolato il circuito elettrico?
Il percorso di calcolo è diviso in molti metodi utilizzati nella pratica:
- un metodo basato sulla legge di Ohm e sulle regole di Kirchhoff;
- un metodo per determinare le correnti del circuito;
- ricezione di trasformazioni equivalenti;
- metodologia per misurare la resistenza dei conduttori di protezione;
- calcolo dei potenziali nodali;
- metodo del generatore identico e altri.
La base per il calcolo di un semplice circuito elettrico secondo la legge di Ohm è determinare l'intensità di corrente in una sezione separata con una resistenza nota dei conduttori e una data tensione.
In base alle condizioni del problema, sono note le resistenze dei resistori R1, R2, R3, R4, R5, R6 collegati al circuito (senza tener conto della resistenza dell'amperometro). È necessario calcolare la forza attuale J1, J2 ... J6.
Ci sono tre sezioni consecutive nel diagramma. Inoltre, il secondo e il terzo hanno rami. Le resistenze di queste sezioni sono indicate come R1, R ", R". Quindi la resistenza totale è uguale alla somma delle resistenze:
R = R1 + R ’+ R”dove
R ' - resistenza totale di resistori collegati in parallelo R2, R3, R4.
R " - resistenza totale dei resistori R5 e R6.
Usando la legge della connessione parallela, calcoliamo la resistenza R "e R".
1 / R '= 1 / R2 + 1 / R3 + 1 / R4
1 / R ”= 1 / R5 + 1 / R6
Per determinare la forza della corrente in un circuito non ramificato, conoscendo la resistenza totale a una determinata tensione, è possibile utilizzare la seguente formula:
I = U / R, poi I = I1
Per calcolare la forza corrente nei singoli rami, è necessario determinare la tensione su sezioni di circuiti sequenziali secondo la legge di Ohm:
U1 = IR1; U2 = IR ’; U3 = IR ”;
Conoscendo la tensione di sezioni specifiche, è possibile calcolare la forza corrente sui singoli rami:
I2 = U2 / R2; I3 = U2 / R3; I4 = U2 / R4; I5 = U3 / R5; I6 = U3 / R6
A volte è necessario scoprire la resistenza delle sezioni mediante parametri noti di tensione, intensità di corrente, resistenza di altre sezioni o effettuare un calcolo della tensione sulla base della resistenza disponibile e dei dati di corrente.
La parte principale dei metodi è volta a semplificare i calcoli. Ciò si ottiene adattando i sistemi di equazioni o lo schema stesso. Il calcolo dei circuiti elettrici viene eseguito in vari modi, a seconda della loro classe di complessità.
