Когато подреждате нов апартамент или къща, ремонтирате или обновявате жилища, човек трябва да се справи с елементи, предназначени за протичане на електрически ток. Важно е да знаете какво представлява електрическа верига, от какво се състои, защо е необходима верига и какви изчисления трябва да бъдат извършени.
Какво представляват електрическите вериги
Електрическата верига е комплекс от различни елементи, свързани помежду си. Проектиран е за протичане на електрически ток, където възникват преходни процеси. Движението на електроните се осигурява от наличието на потенциална разлика и може да се опише с помощта на термини като напрежение и ток.
Вътрешната верига се осигурява чрез свързване на напрежението като източник на енергия. Останалите елементи образуват външна мрежа. За движението на заряди в източника на енергия на полето ще е необходима външна сила. Това може да бъде намотка на генератор, трансформатор или галваничен източник.
За да функционира правилно такава система, нейната верига трябва да бъде затворена, в противен случай токът няма да тече. Това е предпоставка за координирана работа на всички устройства. Не всяка верига може да бъде електрическа верига. Например, заземителните или защитните линии не са такива, защото по тях нормално не протича ток. Те могат да бъдат наречени електрически по принципа на действие. При спешни случаи токът преминава през тях и веригата се затваря, навлизайки в земята.
В зависимост от източника на захранване, напрежението във веригата може да бъде постоянно или променливо. Батерията от клетки осигурява постоянно напрежение, а намотките на генератори или трансформатори осигуряват променливо напрежение.
Главни компоненти
Всички компоненти във веригата участват в един електромагнитен процес. Те са условно разделени на три групи.
- Първичните източници на електрическа енергия и сигнали могат да преобразуват неелектромагнитната енергия в електрическа енергия. Например, галваничен елемент, батерия, електромеханичен генератор.
- Вторичният тип, както на входа, така и на изхода, има електрическа енергия. Променят се само параметрите му - напрежение и ток, тяхната форма, величина и честота. Пример за това могат да бъдат токоизправители, инвертори, трансформатори.
- Потребителите на активна енергия преобразуват електрическия ток в осветление или топлина. Това са електротермични устройства, лампи, резистори, електродвигатели.
- Спомагателните компоненти включват комутационни устройства, измервателни устройства, свързващи елементи и проводник.
Най-простата линейна верига включва галваничен елемент. С помощта на проводници към него чрез превключвател е свързана лампа с нажежаема жичка. За измерване на тока и напрежението в него са включени волтметър и амперметър.
Класификация на веригата
Електрическите вериги се класифицират според вида на сложността: прости (неразклонени) и сложни (разклонени). Има разделение на DC и AC вериги, както и синусоидални и несинусоидални.Въз основа на естеството на елементите те биват линейни и нелинейни. AC линиите могат да бъдат еднофазни и трифазни.
Разклонени и неразклонени
Във всички елементи на неразклонена верига протича един и същ ток. Най-простата разклонена линия включва три клона и два възела. Всеки клон има свой собствен ток. Клонът се дефинира като участък от верига, който е образуван от последователно свързани елементи, затворени между два възела. Възел е точката, в която се събират три клона.
Ако на диаграмата се постави точка в пресечната точка на две прави линии, на това място има електрическа връзка на двете линии. Ако възелът не е маркиран, веригата не е разклонена.
Линейни и нелинейни
Електрическа верига, в която потребителите не зависят от стойността на напрежението и посоката на токовете, а всички компоненти са линейни, се нарича линейна. Елементите на такава схема включват зависими и независими източници на токове и напрежения. В линейно съпротивлението на даден елемент не зависи от тока, например електрическа пещ.
В нелинейни, пасивни елементи зависят от стойностите на посоката на токове и напрежения, имат поне един нелинеен елемент. Например, съпротивлението на лампата с нажежаема жичка се влияе от скокове на напрежение и токове.
Обозначения на елементи в диаграмата
Допълнителни документи са приложени към чертежа. Техният списък може да бъде посочен по азбучен ред с цифрово сортиране на самия чертеж или на отделен лист. Класифицирани са десет вида вериги; в електротехниката обикновено се използват три основни вериги.
- Функционалният има минимални детайли. Основните функции на възлите са изобразени от правоъгълник с буквени обозначения.
- Схематичната диаграма показва подробно дизайна на използваните елементи, както и техните връзки и контакти. Необходимите параметри могат да бъдат показани директно на диаграмата или в отделен документ. Ако е посочена само част от инсталацията, това е едноредова диаграма, когато са посочени всички елементи - пълна.
- В електрическата схема се използват референтните обозначения на елементите, тяхното местоположение, метод на монтаж и последователност.
За да четете електрически вериги, трябва да знаете конвенционалните графични символи. Проводниците, които свързват елементите, са показани с линии. Плътната линия е общо обозначение за окабеляването. Над него могат да бъдат посочени данни за начина на полагане, материал, напрежение, ток. За еднолинейна диаграма е показана група проводници с пунктирана линия. В началото и в края посочете маркировката на проводника и мястото на свързването му.
Вертикалните прорези на кабелната линия показват броя на проводниците. Ако са повече от три, се извършва цифрово обозначаване. Прекъснатата линия обозначава контролни вериги, мрежа за сигурност, евакуация, аварийно осветление.
Превключвателят в диаграмата изглежда като кръг с линия, наклонена надясно. По вида и броя на тиретата се определят параметрите на устройството.
В допълнение към основните чертежи има еквивалентни схеми.
Трифазни електрически вериги
Сред електрическите вериги често се срещат еднофазни и многофазни системи. Всяка част от многофазна верига се характеризира със същата текуща стойност и се нарича фаза. Електротехника прави разлика между две понятия на този термин. Първият е директен компонент на трифазна система. Втората е стойност, която се променя синусоидално.
Трифазната верига е една от многофазните променливотокови системи, където действа синусоидална ЕМП (електродвижеща сила) със същата честота, които се изместват във времето един спрямо друг с определен фазов ъгъл. Образува се от намотки на трифазен генератор, три приемника на енергия и свързващи проводници.
Такива вериги служат за осигуряване на генериране на електрическа енергия, за нейното предаване, разпределение и имат следните предимства:
- рентабилност на производството и транспортирането на електроенергия в сравнение с еднофазната система;
- просто генериране на магнитно поле, което е необходимо за работата на трифазен асинхронен електродвигател;
- един и същ генератор произвежда две работни напрежения - линейно и фазово.
Трифазната система е от полза при предаване на електричество на големи разстояния. Освен това разходът на материали е много по-нисък от този на еднофазните. Основните потребители са трансформатори, асинхронни електродвигатели, преобразуватели, индукционни пещи, мощни отоплителни и електроцентрали. Сред еднофазни устройства с ниска мощност могат да се отбележат електрически инструменти, лампи с нажежаема жичка, домакински уреди, захранвания.
Трифазната верига се отличава със значителен баланс на системата. Методите за свързване на фазите получиха структурата "звезда" и "триъгълник". Обикновено фазите на генериращите електрически машини са свързани чрез „звезда“, а фазите на потребителите са свързани със „звезда“ и „триъгълник“.
Законите в сила в електрическите вериги
- Законът на Ом за прав участък от верига, който определя връзката между електромоторната сила, напрежението на източника с тока, протичащ в проводника, и съпротивлението на самия проводник.
- За да намерите всички токове и напрежения, използвайте правилата на Kirchhoff, които работят между токове и напрежения на която и да е част от електрическата верига.
- Законът на Джоул - Ленц количествено определя топлинния ефект на електрически ток.
В веригите с постоянен ток посоката на действие на електродвижещата сила е посочена от отрицателен към положителен потенциал. Посоката се приема като движение на положителни заряди. В този случай стрелката е насочена от по-висок потенциал към по-нисък. Напрежението винаги е насочено в същата посока като тока.
В синусоидалните EMF вериги напрежението и токът се обозначават с помощта на полуцикъл на тока, докато той не променя посоката си. За да се подчертае разликата в потенциалите, те са обозначени със знаците "+" и "-".
Как се изчисляват електрическите вериги
- метод, основан на закона на Ом и правилата на Кирххоф;
- метод за определяне на контурни токове;
- приемане на еквивалентни трансформации;
- метод за измерване на съпротивлението на защитните проводници;
- изчисляване на възлови потенциали;
- идентичен метод на генератор и други.
Основата за изчисляване на проста електрическа верига съгласно закона на Ом е определянето на силата на тока в отделен участък с известно съпротивление на проводниците и дадено напрежение.
Според състоянието на проблема съпротивленията на резисторите R1, R2, R3, R4, R5, R6, свързани към веригата, са известни (без да се взема предвид съпротивлението на амперметъра). Необходимо е да се изчисли силата на токовете J1, J2 ... J6.
На диаграмата има три последователни раздела. Освен това вторият и третият имат последици. Съпротивленията на тези раздели ще бъдат обозначени като R1, R ', R ". Тогава общото съпротивление е равно на сумата от съпротивленията:
R = R1 + R '+ R "където
R ' - общо съпротивление на паралелно свързани резистори R2, R3, R4.
R " - общо съпротивление на резисторите R5 и R6.
Използвайки закона за паралелната връзка, ние изчисляваме съпротивлението R 'и R ".
1 / R '= 1 / R2 + 1 / R3 + 1 / R4
1 / R "= 1 / R5 + 1 / R6
За да определите силата на тока в неразклонена верига, като знаете общото съпротивление при дадено напрежение, можете да използвате следната формула:
I = U / R, тогава I = I1
За да изчислите силата на тока в отделни клонове, трябва да определите напрежението на участъците на последователните вериги съгласно закона на Ом:
U1 = IR1; U2 = IR '; U3 = IR ";
Познавайки напрежението на определени секции, можете да изчислите текущата сила на отделните клонове:
I2 = U2 / R2; I3 = U2 / R3; I4 = U2 / R4; I5 = U3 / R5; I6 = U3 / R6
Понякога е необходимо да се открие съпротивлението на секциите по известните параметри на напрежение, сила на тока, съпротивление на други секции или да се направи изчисление на напрежението, като се използват наличните данни за съпротивлението и силата на тока.
Основната част от методите е насочена към опростяване на изчисленията. Това се постига чрез адаптиране на системите на уравнения или самата схема. Изчисляването на електрическите вериги се извършва по различни начини, в зависимост от класа на тяхната сложност.
