Pri zariaďovaní nového bytu alebo domu, pri modernizácii alebo oprave bývania je potrebné sa zaoberať prvkami určenými na tok elektrického prúdu. Je dôležité vedieť, čo je elektrický obvod, z čoho pozostáva, prečo je potrebný obvod a aké výpočty je potrebné vykonať.
Čo sú elektrické obvody?
Elektrický obvod je komplex rôznych vzájomne prepojených prvkov. Je určený na tok elektrického prúdu, kde dochádza k prechodným javom. Pohyb elektrónov je zabezpečený prítomnosťou potenciálneho rozdielu a môže byť opísaný pomocou termínov ako napätie a prúd.
Vnútorný obvod je zabezpečený pripojením napätia ako zdroja energie. Zostávajúce prvky tvoria externú sieť. Na pohyb nábojov v poľnom zdroji energie je potrebná vonkajšia sila. Môže to byť vinutie generátora, transformátora alebo galvanického zdroja.
Aby takýto systém fungoval správne, musí byť jeho obvod uzavretý, inak nebude prúdiť. Toto je predpoklad koordinovanej prevádzky všetkých zariadení. Nie každý obvod môže byť elektrickým obvodom. Napríklad uzemňovacie alebo ochranné vedenia nie sú také, pretože v normálnom režime nimi neprúdi žiadny prúd. Môžu sa nazývať elektrické podľa princípu činnosti. V prípade núdze nimi preteká prúd a obvod sa uzavrie a opúšťa zem.
V závislosti od zdroja energie môže byť napätie v obvode konštantné alebo premenlivé. Batéria prvkov dáva konštantné napätie a vinutie generátorov alebo transformátorov dáva striedavé napätie.
Hlavné komponenty
Všetky komponenty v obvode sú zapojené do jedného elektromagnetického procesu. Sú podmienečne rozdelené do troch skupín.
- Primárne zdroje elektrickej energie a signálov môžu prevádzať neelektromagnetickú energiu na elektrickú energiu. Napríklad galvanický článok, batéria, elektromechanický generátor.
- Sekundárny typ, na vstupe aj na výstupe, má elektrickú energiu. Menia sa iba jeho parametre - napätie a prúd, ich tvar, veľkosť a frekvencia. Medzi príklady patria usmerňovače, invertory, transformátory.
- Spotrebitelia aktívnej energie prevádzajú elektrický prúd na svetlo alebo teplo. Sú to elektrotermálne zariadenia, žiarovky, odpory, elektrické motory.
- Medzi pomocné komponenty patria spínacie zariadenia, meracie prístroje, spojovacie prvky a drôt.
Základom elektrickej siete je obvod. Toto je grafický nákres, ktorý obsahuje podmienené obrázky a označenia prvkov a ich prepojenie. Vykonávajú sa podľa GOST 2.721-74 - 2.758-81
Najjednoduchšia schéma zapojenia obsahuje galvanický článok. Pomocou drôtov je k nej pomocou žiarovky pripojená žiarovka. Na meranie prúdu a napätia je v ňom zahrnutý voltmeter a ampérmeter.
Klasifikácia obvodov
Elektrické obvody sú klasifikované podľa typu komplexnosti: jednoduché (nerozvetvené) a komplexné (rozvetvené). Rozdeľuje sa na jednosmerné a striedavé obvody, ako aj na sínusové a nesínusové. Podľa povahy prvkov sú lineárne a nelineárne. Vedenia striedavého prúdu môžu byť jednofázové a trojfázové.
Rozvetvené a nerozvetvené
Vo všetkých prvkoch nerozvetveného obvodu tečie rovnaký prúd.Najjednoduchšia vetvená linka obsahuje tri vetvy a dva uzly. Každá vetva má svoj vlastný prúd. Vetva je definovaná ako časť reťazca, ktorá je tvorená sériovo zapojenými prvkami uzavretými medzi dvoma uzlami. Uzol je bod, v ktorom sa tri vetvy zbiehajú.
Ak je na diagrame na priesečníku dvoch čiar bodka, v tomto bode je elektrické spojenie dvoch čiar. Ak uzol nie je označený, reťaz je nerozvetvená.
Lineárne a nelineárne
Elektrický obvod, v ktorom sú spotrebitelia nezávislí od hodnoty napätia a smeru prúdu, a všetky súčasti sú lineárne, sa nazýva lineárny. Medzi prvky takéhoto obvodu patria závislé a nezávislé zdroje prúdov a napätí. Pri lineárnom odpore prvku nezávisí od prúdu, napríklad elektrickej pece.
V nelineárnych, pasívnych prvkoch závisí od hodnôt smeru prúdov a napätia, majú najmenej jeden nelineárny prvok. Napríklad odpor žiarovky závisí od prepätia a intenzity napätia.
Označenia prvkov v diagrame
Pred začatím inštalácie zariadenia je potrebné preštudovať regulačné sprievodné dokumenty. Schéma vám umožňuje sprostredkovať užívateľovi úplné vlastnosti výrobku pomocou abecedných a grafických označení zapísaných do jediného registra projektovej dokumentácie.
K výkresu sú pripojené ďalšie dokumenty. Ich zoznam môže byť uvedený v abecednom poradí s digitálnym triedením na samotnom výkrese alebo ako samostatný list. Klasifikujte desať typov obvodov, v elektrotechnike sa zvyčajne používajú tri hlavné obvody.
- Funkčné má minimálne podrobnosti. Hlavné funkcie uzlov sú obdĺžnik s písmenami.
- Schéma zapojenia podrobne zobrazuje konštrukciu použitých prvkov, ako aj ich spojenia a kontakty. Potrebné parametre je možné zobraziť priamo na diagrame alebo v samostatnom dokumente. Ak je uvedená iba časť inštalácie, jedná sa o jednoriadkovú schému, keď sú označené všetky prvky - úplné.
- V schéme zapojenia použite polohové označenia prvkov, ich umiestnenie, spôsob inštalácie a poradie.
Na prečítanie schém zapojenia je potrebné poznať grafické symboly. Drôty, ktoré spájajú prvky, sú znázornené čiarami. Plná čiara je všeobecný pojem pre zapojenie. Nad ňou môžu byť uvedené údaje o spôsobe kladenia, materiál, napätie, prúd. V prípade jednoduchého okruhu je skupina vodičov znázornená prerušovanou čiarou. Na začiatku a na konci uveďte označenie vodiča a miesto jeho pripojenia.
Zvislé zárezy na káblovej linke označujú počet vodičov. Ak existujú viac ako tri, vykonajte digitálne označenie. Prerušovaná čiara označuje riadiace obvody, sieť zabezpečenia, evakuáciu, núdzové osvetlenie.
Spínač v diagrame vyzerá ako kruh so sklonením doprava. Parametre zariadenia určujú typ a počet pomlčiek.
Okrem hlavných výkresov existujú aj ekvivalentné obvody.
Trojfázové elektrické obvody
Z elektrických obvodov sú bežné jednofázové aj viacfázové systémy. Každá časť viacfázového obvodu sa vyznačuje rovnakou hodnotou prúdu a nazýva sa fáza. Elektrotechnika rozlišuje dva pojmy tohto pojmu. Prvá je priamou súčasťou trojfázového systému. Druhou je hodnota, ktorá sa sínusovo mení.
Trojfázový obvod je jedným z viacfázových systémov striedavého prúdu, kde pôsobia sínusové EMF (elektromotorická sila) rovnakej frekvencie, ktoré sú v čase voči sebe posunuté o určitý fázový uhol. Tvoria ho vinutia trojfázového generátora, tri prijímače energie a spojovacie vodiče.
Takéto obvody slúžia na zabezpečenie výroby elektrickej energie na jej prenos, distribúciu a majú nasledujúce výhody:
- ziskovosť výroby a prepravy elektrickej energie v porovnaní s jednofázovým systémom;
- jednoduchá generácia magnetického poľa, ktorá je potrebná na činnosť trojfázového asynchrónneho elektromotora;
- rovnaká generátorová sústava vydáva dve prevádzkové napätia - lineárne a fázové.
Trojfázový systém je výhodný pri prenose elektriny na veľké vzdialenosti. Okrem toho je spotreba materiálu oveľa nižšia ako v jednej fáze. Hlavnými odberateľmi sú transformátory, indukčné motory, konvertory, indukčné pece, výkonné vykurovacie a elektrárne. Z jednofázových nízkoenergetických zariadení je možné zaznamenať elektrické náradie, žiarovky, domáce spotrebiče, napájacie zdroje.
Trojfázový obvod sa vyznačuje výraznou rovnováhou systému. Metódy spájania fáz dostali štruktúru „hviezdy“ a „trojuholníka“. Fázy výroby elektrických strojov sú obvykle spojené „hviezdou“ a fázy spotrebiteľov „hviezdou“ a „trojuholníkom“.
Platné zákony v elektrických obvodoch
V diagrame je smer prúdov označený šípkami. Na výpočet je potrebné vykonať pokyny týkajúce sa napätia, prúdov, EMF. Pri výpočte v elektrotechnike sa používajú tieto základné zákony:
- Ohmov zákon pre rovnú časť obvodu, ktorý určuje vzťah medzi elektromotorickou silou, napätím zdroja s prúdom prúdiacim vo vodiči a odporom samotného vodiča.
- Na nájdenie všetkých prúdov a napätí použite Kirchhoffove pravidlá, ktoré pôsobia medzi prúdmi a napätiami ktorejkoľvek časti elektrického obvodu.
- Zákon Joule - Lenz kvantifikuje tepelný účinok elektrického prúdu.
V jednosmerných obvodoch naznačuje smer pôsobenia elektromotorickej sily od záporného k kladnému. Pre smer sa pohybujte kladnými nábojmi. V tomto prípade je šípka nasmerovaná z väčšieho potenciálu na menší. Napätie je vždy smerované rovnakým smerom ako prúd.
V sínusových EMF obvodoch je napätie a prúd indikované pomocou polovičného cyklu prúdu, pričom nemení svoj smer. Aby sa zdôraznil potenciálny rozdiel, sú označené znakmi „+“ a „-“.
Ako sa počíta elektrický obvod?
Cesta výpočtu je rozdelená do mnohých metód, ktoré sa používajú v praxi:
- metóda založená na Ohmovom zákone a Kirchhoffových pravidlách;
- spôsob určovania slučkových prúdov;
- príjem ekvivalentných transformácií;
- metodika merania odporu ochranných vodičov;
- výpočet uzlových potenciálov;
- metóda identického generátora a ďalšie.
Základom pre výpočet jednoduchého elektrického obvodu podľa Ohmovho zákona je stanovenie prúdovej sily v samostatnej časti so známym odporom vodičov a daným napätím.
Podľa stavu problému sú známe odpory rezistorov R1, R2, R3, R4, R5, R6 pripojené k obvodu (bez ohľadu na odpor ampéra). Je potrebné vypočítať aktuálnu pevnosť J1, J2 ... J6.
V diagrame sú tri po sebe nasledujúce časti. Okrem toho má druhá a tretia vetva. Odpory týchto sekcií sú označené ako R1, R ', R'. Potom sa celkový odpor rovná súčtu odporov:
R = R1 + R '+ R “kde
R ' - celkový odpor paralelne zapojených odporov R2, R3, R4.
R “ - celkový odpor rezistorov R5 a R6.
Pomocou zákona o paralelnom pripojení vypočítame odpor R 'a R'.
1 / R '= 1 / R2 + 1 / R3 + 1 / R4
1 / R “= 1 / R5 + 1 / R6
Na určenie sily prúdu v nerozvetvenom obvode, ktorý pozná celkový odpor pri danom napätí, môžete použiť nasledujúci vzorec:
I = U / R, potom I = I1
Na výpočet aktuálnej sily v jednotlivých vetvách je potrebné určiť napätie na úsekoch sekvenčných obvodov podľa Ohmovho zákona:
U1 = IR1; U2 = IR '; U3 = IR “;
Znalosť napätia konkrétnych úsekov, je možné vypočítať prúdovú silu na jednotlivých vetvách:
I2 = U2 / R2; I3 = U2 / R3; 14 = U2 / R4; I5 = U3 / R5; I6 = U3 / R6
Niekedy je potrebné zistiť odpor prierezov známymi parametrami napätia, prúdovej sily, odporu iných úsekov alebo vykonať výpočet napätia z dostupných údajov o odpore a prúde.
Hlavná časť metód je zameraná na zjednodušenie výpočtov. Toto sa dosiahne prispôsobením systémov rovníc alebo samotnej schémy. Výpočet elektrických obvodov sa vykonáva rôznymi spôsobmi v závislosti od triedy ich zložitosti.
