عند ترتيب شقة أو منزل جديد ، أو تجديد أو ترميم المساكن ، يتعين على المرء التعامل مع العناصر المصممة لتدفق التيار الكهربائي. من المهم معرفة ماهية الدائرة الكهربائية ، ومكوناتها ، وسبب الحاجة إلى الدائرة ، والحسابات التي يجب إجراؤها.
ما هي الدوائر الكهربائية
الدائرة الكهربائية عبارة عن مجموعة معقدة من العناصر المختلفة المترابطة. إنه مصمم لتدفق التيار الكهربائي ، حيث تحدث العابرة. يتم توفير حركة الإلكترونات من خلال وجود فرق جهد ويمكن وصفها باستخدام مصطلحات مثل الجهد والتيار.
يتم توفير الدائرة الداخلية عن طريق توصيل الجهد كمصدر للطاقة. تشكل بقية العناصر شبكة خارجية. لحركة الشحنات في مصدر طاقة المجال ، ستكون هناك حاجة إلى قوة خارجية. يمكن أن يكون هذا لف مولد أو محول أو مصدر كلفاني.
لكي يعمل مثل هذا النظام بشكل صحيح ، يجب إغلاق دائرته ، وإلا فلن يتدفق التيار. هذا شرط أساسي للتشغيل المنسق لجميع الأجهزة. لا يمكن أن تكون كل دائرة كهربائية. على سبيل المثال ، الخطوط الأرضية أو خطوط الحماية ليست كذلك لأنه لا يوجد تيار يتدفق عبرها بشكل طبيعي. يمكن تسميتها بالكهرباء من خلال مبدأ العمل. في حالة الطوارئ ، يمر التيار من خلالها ، وتغلق الدائرة ، متجهة إلى الأرض.
اعتمادًا على مصدر الطاقة ، يمكن أن يكون الجهد في الدائرة ثابتًا أو متغيرًا. توفر بطارية الخلايا جهدًا ثابتًا ، وتوفر لفات المولدات أو المحولات جهدًا متناوبًا.
المكونات الرئيسية
تشارك جميع مكونات الدائرة في عملية كهرومغناطيسية واحدة. يتم تقسيمها تقليديا إلى ثلاث مجموعات.
- يمكن للمصادر الأولية للطاقة الكهربائية والإشارات تحويل الطاقة غير الكهرومغناطيسية إلى طاقة كهربائية. على سبيل المثال ، خلية كلفانية ، بطارية ، مولد كهروميكانيكي.
- النوع الثانوي ، سواء عند الإدخال أو الإخراج ، لديه طاقة كهربائية. فقط معلماتها تتغير - الجهد والتيار وشكلها وحجمها وترددها. مثال على ذلك سيكون المقومات والمحولات والمحولات.
- يقوم مستهلكو الطاقة النشطون بتحويل التيار الكهربائي إلى إضاءة أو حرارة. هذه هي الأجهزة الكهروحرارية والمصابيح والمقاومات والمحركات الكهربائية.
- تشمل المكونات الإضافية أجهزة التبديل وأجهزة القياس وعناصر التوصيل والأسلاك.
تتضمن أبسط دارة خطية خلية كلفانية. بمساعدة الأسلاك ، يتم توصيل المصباح المتوهج به من خلال مفتاح. لقياس التيار والجهد ، يتم تضمين الفولتميتر ومقياس التيار الكهربائي فيه.
تصنيف الدائرة
تصنف الدوائر الكهربائية حسب نوع التعقيد: بسيطة (غير متفرعة) ومعقدة (متفرعة). هناك تقسيم إلى دارات DC و AC ، بالإضافة إلى دارات الجيبية وغير الجيبية.بناءً على طبيعة العناصر ، فهي خطية وغير خطية. يمكن أن تكون خطوط التيار المتردد أحادية الطور وثلاث مراحل.
متفرعة وغير متفرعة
يتدفق التيار نفسه في جميع عناصر الدائرة غير الممنوحة. يتضمن أبسط خط متفرّع ثلاثة فروع وعقدتين. كل فرع له تياره الخاص. يُعرَّف الفرع بأنه جزء من سلسلة مكونة من عناصر متصلة بالسلسلة محاطة بين عقدتين. العقدة هي النقطة التي تتلاقى عندها ثلاثة فروع.
إذا تم وضع نقطة على الرسم التخطيطي عند تقاطع خطين مستقيمين ، فهناك توصيل كهربائي للخطين في هذا المكان. إذا لم يتم وضع علامة على العقدة ، فلن تكون السلسلة متفرعة.
خطي وغير خطي
الدائرة الكهربائية التي لا يعتمد فيها المستهلكون على قيمة الجهد واتجاه التيارات ، وكل المكونات خطية ، تسمى خطية. تتضمن عناصر هذه الدائرة مصادر مستقلة ومستقلة للتيارات والفولتية. في الخطية ، لا تعتمد مقاومة عنصر ما على التيار ، على سبيل المثال ، الفرن الكهربائي.
في العناصر غير الخطية ، تعتمد العناصر السلبية على قيم اتجاه التيارات والجهود ، وتحتوي على عنصر غير خطي واحد على الأقل. على سبيل المثال ، تتأثر مقاومة المصباح المتوهج بارتفاعات الجهد والارتفاعات الحالية.
تسميات العناصر في الرسم التخطيطي
المستندات الإضافية مرفقة بالرسم. يمكن الإشارة إلى قائمتهم بالترتيب الأبجدي مع الفرز الرقمي على الرسم نفسه ، أو على ورقة منفصلة. يتم تصنيف عشرة أنواع من الدوائر ؛ في الهندسة الكهربائية ، عادة ما تستخدم ثلاث دوائر رئيسية.
- وظيفية لديها الحد الأدنى من التفاصيل. يتم تصوير الوظائف الرئيسية للعقد بواسطة مستطيل مع تسميات الحروف.
- يوضح الرسم التخطيطي بالتفصيل تصميم العناصر المستخدمة ، بالإضافة إلى اتصالاتها وجهات الاتصال الخاصة بها. يمكن عرض المعلمات المطلوبة مباشرة على الرسم التخطيطي أو في وثيقة منفصلة. إذا تمت الإشارة إلى جزء فقط من التثبيت ، فهذا رسم تخطيطي من سطر واحد ، عند الإشارة إلى جميع العناصر - كاملة.
- في مخطط الأسلاك ، يتم استخدام التسميات المرجعية للعناصر وموقعها وطريقة التثبيت والتسلسل.
لقراءة الدوائر الكهربائية ، تحتاج إلى معرفة الرموز الرسومية التقليدية. يتم عرض الأسلاك التي تربط العناصر بخطوط. الخط الصلب هو التعيين العام للأسلاك. أعلاه يمكن الإشارة إلى بيانات حول طريقة التمديد ، المادة ، الجهد ، التيار. لرسم تخطيطي أحادي الخط ، تظهر مجموعة من الموصلات بخط متقطع. في البداية والنهاية ، حدد علامة السلك ومكان توصيله.
تشير الشقوق العمودية على خط السلك إلى عدد الأسلاك. إذا كان هناك أكثر من ثلاثة منهم ، يتم إجراء التعيين الرقمي. يشير الخط المتقطع إلى دوائر التحكم وشبكة الأمان والإخلاء وإضاءة الطوارئ.
يبدو المفتاح في الرسم التخطيطي كدائرة بخط مائل إلى اليمين. حسب نوع وعدد الشرطات ، يتم تحديد معلمات الجهاز.
بالإضافة إلى الرسومات الرئيسية ، هناك دوائر مكافئة.
الدوائر الكهربائية ثلاثية الطور
بين الدوائر الكهربائية ، تعتبر الأنظمة أحادية الطور ومتعددة الطور شائعة. يتميز كل جزء من الدائرة متعددة الأطوار بنفس القيمة الحالية ويسمى الطور. تميز الهندسة الكهربائية بين مفهومين لهذا المصطلح. الأول هو مكون مباشر لنظام من ثلاث مراحل. الثانية هي القيمة التي تتغير جيبيًا.
الدائرة ثلاثية الطور هي أحد أنظمة التيار المتردد متعددة الأطوار ، حيث تعمل EMF الجيبية (القوة الدافعة الكهربائية) لنفس التردد ، والتي يتم إزاحتها في الوقت المناسب بالنسبة لبعضها البعض بزاوية طور معينة. يتكون من لفات مولد ثلاثي الطور وثلاثة مستقبلات طاقة وأسلاك توصيل.
تعمل هذه الدوائر على ضمان توليد الطاقة الكهربائية ، لنقلها وتوزيعها ، وتتمتع بالمزايا التالية:
- الفعالية من حيث التكلفة لتوليد ونقل الكهرباء مقارنة بنظام أحادي الطور ؛
- توليد بسيط للمجال المغناطيسي ، وهو أمر ضروري لتشغيل محرك كهربائي غير متزامن ثلاثي الأطوار ؛
- تنتج مجموعة المولد نفسها جهدي تشغيل - الخط والمرحلة.
النظام ثلاثي المراحل مفيد عند نقل الكهرباء لمسافات طويلة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن استهلاك المواد أقل بكثير من استهلاك المواد أحادية الطور. المستهلكون الرئيسيون هم المحولات والمحركات الكهربائية غير المتزامنة والمحولات والأفران الحثية والتدفئة القوية ومحطات الطاقة. من بين الأجهزة منخفضة الطاقة أحادية الطور ، يمكن للمرء أن يلاحظ الأدوات الكهربائية والمصابيح المتوهجة والأجهزة المنزلية وإمدادات الطاقة.
تتميز الدائرة ثلاثية الطور بتوازن كبير في النظام. تلقت طرق ربط المراحل بنية "نجمة" و "مثلث". عادة ، يتم ربط مراحل توليد الآلات الكهربائية بواسطة "نجمة" ، ومراحل المستهلكين متصلة بواسطة "نجمة" و "مثلث".
القوانين المعمول بها في الدوائر الكهربائية
- قانون أوم لقسم مستقيم من الدائرة ، والذي يحدد العلاقة بين القوة الدافعة الكهربائية ، جهد المصدر مع التيار المتدفق في الموصل ومقاومة الموصل نفسه.
- للعثور على جميع التيارات والفولتية ، استخدم قواعد كيرشوف ، التي تعمل بين التيارات والجهود الفولتية لأي جزء من الدائرة الكهربائية.
- يحدد قانون جول لينز التأثير الحراري للتيار الكهربائي.
في دوائر التيار المباشر ، يُشار إلى اتجاه عمل القوة الدافعة الكهربائية من الجهد السالب إلى الموجب. يتم أخذ الاتجاه كحركة شحنات موجبة. في هذه الحالة ، يتم توجيه السهم من احتمال أعلى إلى منخفض. يتم توجيه الجهد دائمًا في نفس اتجاه التيار.
في الدوائر الكهرومغناطيسية الجيبية ، يُشار إلى الجهد والتيار باستخدام نصف دورة التيار ، بينما لا يغير اتجاهه. للتأكيد على الاختلاف في الإمكانات ، يشار إليها بعلامات "+" و "-".
كيف يتم حساب الدوائر الكهربائية
- طريقة تستند إلى قانون أوم وقواعد كيرشوف ؛
- طريقة لتحديد التيارات الحلقية ؛
- استقبال التحولات المكافئة ؛
- طريقة قياس مقاومة الموصلات الواقية ؛
- حساب الإمكانات العقدية.
- طريقة المولد المتطابقة ، وغيرها.
أساس حساب دائرة كهربائية بسيطة وفقًا لقانون أوم هو تحديد قوة التيار في قسم منفصل بمقاومة معروفة للموصلات وجهد معين.
وفقًا لحالة المشكلة ، تُعرف مقاومات المقاومات R1 و R2 و R3 و R4 و R5 و R6 المتصلة بالدائرة (دون مراعاة مقاومة مقياس التيار). من الضروري حساب قوة التيارات J1 ، J2 ... J6.
هناك ثلاثة أقسام متتالية في الرسم التخطيطي. علاوة على ذلك ، الثاني والثالث لهما تداعيات. سيشار إلى مقاومات هذه الأقسام بالرمز R1 ، R '، R ". ثم المقاومة الكلية تساوي مجموع المقاومة:
R = R1 + R '+ R "أين
R ' - المقاومة الكلية للمقاومات المتوازية المتصلة R2 ، R3 ، R4.
R " - المقاومة الكلية للمقاومات R5 و R6.
باستخدام قانون الاتصال المتوازي ، نحسب المقاومة R و R ".
1 / R '= 1 / R2 + 1 / R3 + 1 / R4
1 / R "= 1 / R5 + 1 / R6
لتحديد قوة التيار في دائرة غير متفرعة ، ومعرفة المقاومة الكلية عند جهد معين ، يمكنك استخدام الصيغة التالية:
أنا = U / R ، ومن بعد أنا = أنا 1
لحساب القوة الحالية في الفروع الفردية ، تحتاج إلى تحديد الجهد على أقسام الدوائر التسلسلية وفقًا لقانون أوم:
U1 = IR1 ؛ U2 = IR '؛ U3 = IR "؛
بمعرفة جهد أقسام معينة ، يمكنك حساب القوة الحالية على الفروع الفردية:
I2 = U2 / R2 ؛ I3 = U2 / R3 ؛ I4 = U2 / R4 ؛ I5 = U3 / R5 ؛ I6 = U3 / R6
في بعض الأحيان يكون من الضروري معرفة مقاومة الأقسام بواسطة المعلمات المعروفة للجهد ، وقوة التيار ، ومقاومة الأقسام الأخرى ، أو لإجراء حساب الجهد باستخدام بيانات المقاومة المتاحة وقوة التيار.
يهدف الجزء الرئيسي من الطرق إلى تبسيط العمليات الحسابية. يتم تحقيق ذلك من خلال تكييف أنظمة المعادلات ، أو الدائرة نفسها. يتم حساب الدوائر الكهربائية بطرق مختلفة ، اعتمادًا على فئة تعقيدها.
