Ao organizar um novo apartamento ou casa, atualizar ou consertar a habitação, é preciso lidar com os elementos destinados ao fluxo de corrente elétrica. É importante saber o que é um circuito elétrico, em que consiste, por que um circuito é necessário e quais cálculos precisam ser realizados.
O que são circuitos elétricos?
Um circuito elétrico é um complexo de vários elementos interconectados. Ele é projetado para o fluxo de corrente elétrica, onde ocorrem transientes. O movimento dos elétrons é fornecido pela presença de uma diferença de potencial e pode ser descrito usando termos como tensão e corrente.
O circuito interno é fornecido conectando a tensão como fonte de energia. Os elementos restantes formam uma rede externa. Para o movimento de cargas na fonte de energia de campo, é necessária uma força externa. Pode ser um enrolamento de um gerador, transformador ou fonte galvânica.
Para que esse sistema funcione corretamente, seu circuito deve estar fechado, caso contrário, a corrente não fluirá. Este é um pré-requisito para a operação coordenada de todos os dispositivos. Nem todo circuito pode ser um circuito elétrico. Por exemplo, as linhas de aterramento ou proteção não são assim, pois no modo normal nenhuma corrente flui através delas. Eles podem ser chamados elétricos de acordo com o princípio de ação. Em caso de emergência, a corrente flui através deles e o circuito fecha, deixando o chão.
Dependendo da fonte de energia, a tensão no circuito pode ser constante ou variável. A bateria de elementos fornece uma tensão constante e os enrolamentos de geradores ou transformadores fornecem uma tensão alternada.
Componentes principais
Todos os componentes do circuito estão envolvidos em um processo eletromagnético. Eles são condicionalmente divididos em três grupos.
- Fontes primárias de energia elétrica e sinais podem converter energia não eletromagnética em energia elétrica. Por exemplo, uma célula galvânica, uma bateria, um gerador eletromecânico.
- O tipo secundário, tanto na entrada quanto na saída, possui energia elétrica. Somente seus parâmetros mudam - tensão e corrente, sua forma, magnitude e frequência. Exemplos incluem retificadores, inversores, transformadores.
- Os consumidores de energia ativa convertem a corrente elétrica em iluminação ou calor. Estes são dispositivos eletrotérmicos, lâmpadas, resistores, motores elétricos.
- Os componentes auxiliares incluem dispositivos de comutação, instrumentos de medição, elementos de conexão e um fio.
A base da rede elétrica é o circuito. Este é um desenho gráfico que contém imagens condicionais e designações de elementos e suas conexões. Eles são realizados de acordo com GOST 2.721-74 - 2.758-81
O diagrama de circuito mais simples inclui uma célula galvânica. Por meio de fios, uma lâmpada incandescente é conectada a ela através de um interruptor. Para medir corrente e tensão, um voltímetro e um amperímetro estão incluídos.
Classificação do circuito
Os circuitos elétricos são classificados por tipo de complexidade: simples (não ramificado) e complexo (ramificado). Há uma divisão em circuitos DC e CA, além de sinusoidais e não sinusoidais. Com base na natureza dos elementos, eles são lineares e não lineares. As linhas CA podem ser monofásicas e trifásicas.
Ramificado e não ramificado
Em todos os elementos de um circuito não ramificado, a mesma corrente flui.A linha ramificada mais simples inclui três ramificações e dois nós. Cada filial tem sua própria corrente. Uma ramificação é definida como uma seção de uma cadeia que é formada por elementos conectados em série entre dois nós. Um nó é o ponto no qual as três ramificações convergem.
Se houver um ponto no diagrama na interseção de duas linhas, haverá uma conexão elétrica de duas linhas neste ponto. Se o nó não estiver marcado, a cadeia não será ramificada.
Linear e não linear
Um circuito elétrico no qual os consumidores são independentes do valor da tensão e da direção da corrente, e todos os componentes são lineares, é chamado de linear. Os elementos desse circuito incluem fontes dependentes e independentes de correntes e tensões. Em linear, a resistência de um elemento não depende da corrente, por exemplo, um forno elétrico.
No não linear, os elementos passivos dependem dos valores da direção das correntes e da tensão, possuem pelo menos um elemento não linear. Por exemplo, a resistência de uma lâmpada incandescente depende de picos de tensão e amperagem.
Designações de elementos no diagrama
Antes de prosseguir com a instalação do equipamento, é necessário estudar os documentos de acompanhamento regulamentares. O esquema permite transmitir ao usuário todas as características do produto usando designações alfabéticas e gráficas inseridas em um único registro da documentação do projeto.
Documentos adicionais são anexados ao desenho. Sua lista pode ser indicada em ordem alfabética com classificação digital no próprio desenho ou como uma folha separada. Classifique dez tipos de circuitos, em engenharia elétrica usualmente usam três circuitos principais.
- Funcional tem detalhes mínimos. As principais funções dos nós são representadas por um retângulo com designações de letras.
- O diagrama de circuito em detalhes exibe o design dos elementos utilizados, bem como suas conexões e contatos. Os parâmetros necessários podem ser exibidos diretamente no diagrama ou em um documento separado. Se apenas parte da instalação for indicada, este é um diagrama de linha única, quando todos os elementos forem indicados - conclua.
- No diagrama de fiação, use as designações posicionais dos elementos, sua localização, método de instalação e ordem.
Para ler os diagramas de fiação, você precisa conhecer os símbolos gráficos. Os fios que conectam os elementos são representados por linhas. Uma linha sólida é um termo genérico para fiação. Acima, podem ser indicados dados sobre o método de assentamento, material, tensão, corrente. Para um circuito de linha única, um grupo de condutores é representado por uma linha tracejada. No início e no final, indique a marcação do fio e o local de sua conexão.
Entalhes verticais na linha de fiação indicam o número de condutores. Se houver mais de três, execute uma designação digital. A linha tracejada indica circuitos de controle, uma rede de segurança, evacuação, iluminação de emergência.
A opção no diagrama se parece com um círculo com uma inclinação para a direita. O tipo e o número de traços determinam os parâmetros do dispositivo.
Além dos desenhos principais, existem circuitos equivalentes.
Circuitos elétricos trifásicos
Entre os circuitos elétricos, os sistemas monofásicos e multifásicos são comuns. Cada parte de um circuito multifásico é caracterizada pelo mesmo valor de corrente e é chamada de fase. A engenharia elétrica distingue entre dois conceitos deste termo. O primeiro é o componente direto de um sistema trifásico. O segundo é um valor que varia sinusoidalmente.
Um circuito trifásico é um dos sistemas CA multifásicos, onde atuam os CEM sinusoidais (forças eletromotivas) da mesma frequência, que são deslocados no tempo em relação um ao outro por um determinado ângulo de fase. É formado pelos enrolamentos de um gerador trifásico, três receptores de energia e fios de conexão.
Tais circuitos servem para garantir a geração de energia elétrica, para sua transmissão, distribuição e possuem as seguintes vantagens:
- rentabilidade da geração e transporte de eletricidade em comparação com um sistema monofásico;
- geração simples de campo magnético, necessária para a operação de um motor elétrico assíncrono trifásico;
- o mesmo grupo gerador gera duas tensões operacionais - linear e de fase.
O sistema trifásico é vantajoso ao transmitir eletricidade a longas distâncias. Além disso, o consumo de material é muito menor que o monofásico. Os principais consumidores são transformadores, motores de indução, conversores, fornos de indução, potentes usinas de aquecimento e energia. Entre os dispositivos monofásicos de baixo consumo de energia, podem-se notar ferramentas elétricas, lâmpadas incandescentes, eletrodomésticos, fontes de alimentação.
O circuito trifásico é caracterizado por um equilíbrio significativo do sistema. Os métodos de conexão das fases receberam a estrutura de "estrela" e "triângulo". Normalmente, as fases de geração de máquinas elétricas são conectadas por uma "estrela" e as fases dos consumidores por uma "estrela" e um "triângulo".
Leis em vigor em circuitos elétricos
Nos diagramas, a direção das correntes é indicada por setas. Para calcular, você precisa seguir as direções para tensões, correntes, EMF. Ao calcular em engenharia elétrica, as seguintes leis básicas são usadas:
- A lei de Ohm para uma seção reta do circuito, que determina a relação entre a força eletromotriz, a tensão da fonte com a corrente que flui no condutor e a resistência do próprio condutor.
- Para encontrar todas as correntes e tensões, use as regras de Kirchhoff, que operam entre as correntes e tensões de qualquer parte do circuito elétrico.
- A lei de Joule - Lenz quantifica o efeito térmico de uma corrente elétrica.
Nos circuitos CC, a direção de ação da força eletromotriz indica de um potencial negativo para um positivo. Para a direção tomar o movimento de cargas positivas. Nesse caso, a seta é direcionada de um potencial maior para um menor. A tensão é sempre direcionada na mesma direção que a corrente.
Nos circuitos EMF sinusoidais, a tensão e a corrente são indicadas usando um meio ciclo de corrente, enquanto não muda de direção. Para enfatizar a diferença de potencial, eles são indicados pelos sinais "+" e "-".
Como é calculado o circuito elétrico?
O caminho do cálculo é dividido em muitos métodos usados na prática:
- um método baseado na lei de Ohm e nas regras de Kirchhoff;
- um método para determinar correntes de loop;
- recepção de transformações equivalentes;
- metodologia para medir a resistência dos condutores de proteção;
- cálculo de potenciais nodais;
- método gerador idêntico e outros.
A base para o cálculo de um circuito elétrico simples de acordo com a lei de Ohm é a determinação da força da corrente em uma seção separada com uma resistência conhecida dos condutores e uma determinada tensão.
Pela condição do problema, são conhecidas as resistências dos resistores R1, R2, R3, R4, R5, R6 conectados ao circuito (sem levar em consideração a resistência do amperímetro). É necessário calcular a força atual J1, J2 ... J6.
Existem três seções consecutivas no diagrama. Além disso, o segundo e o terceiro têm ramos. As resistências dessas seções são indicadas como R1, R ', R ". Então a resistência total é igual à soma das resistências:
R = R1 + R '+ R "Onde
R ' - resistência total dos resistores conectados em paralelo R2, R3, R4.
R ” - resistência total dos resistores R5 e R6.
Usando a lei da conexão paralela, calculamos a resistência R 'e R ".
1 / R '= 1 / R2 + 1 / R3 + 1 / R4
1 / R ”= 1 / R5 + 1 / R6
Para determinar a força da corrente em um circuito não ramificado, sabendo a resistência total a uma determinada tensão, você pode usar a seguinte fórmula:
I = U / R, então I = I1
Para calcular a força da corrente em ramificações individuais, é necessário determinar a tensão nas seções dos circuitos seqüenciais de acordo com a lei de Ohm:
U1 = IR1; U2 = IR '; U3 = IR ";
Conhecendo a tensão de seções específicas, é possível calcular a força da corrente em ramos individuais:
I2 = U2 / R2; I3 = U2 / R3; I4 = U2 / R4; I5 = U3 / R5; I6 = U3 / R6
Às vezes, é necessário descobrir a resistência das seções por parâmetros conhecidos de tensão, força da corrente, resistência de outras seções ou fazer um cálculo da tensão a partir da resistência e corrente disponíveis.
A parte principal dos métodos visa simplificar os cálculos. Isso é conseguido através da adaptação de sistemas de equações ou do próprio esquema. O cálculo dos circuitos elétricos é realizado de várias maneiras, dependendo da classe de sua complexidade.
