A l’hora d’organitzar un apartament o casa nova, renovar o renovar l’habitatge, s’ha de fer front a elements dissenyats per al flux de corrent elèctric. És important saber què és un circuit elèctric, en què consisteix, per què es necessita un circuit i quins càlculs cal fer.
Què són els circuits elèctrics
Un circuit elèctric és un complex d'elements diferents interconnectats. Està dissenyat per al flux de corrent elèctric, on es produeixen transitoris. El moviment dels electrons ve proporcionat per la presència d’una diferència de potencial i es pot descriure utilitzant termes com ara tensió i corrent.
El circuit intern es proporciona connectant el voltatge com a font d’energia. La resta d’elements formen una xarxa externa. Per al moviment de càrregues a la font d’energia del camp, caldrà una força externa. Pot ser un bobinatge d’un generador, un transformador o una font galvànica.
Perquè un sistema d’aquest tipus funcioni correctament, s’ha de tancar el seu circuit, en cas contrari no correrà el corrent. Aquest és un requisit previ per al funcionament coordinat de tots els dispositius. No tots els circuits poden ser un circuit elèctric. Per exemple, les línies de terra o de protecció no són tals perquè no hi circula corrent normalment. Es poden anomenar elèctrics pel principi d’acció. En cas d'emergència, el corrent els travessa i el circuit es tanca i entra a terra.
Depenent de la font d’energia, la tensió del circuit pot ser constant o variable. La bateria de les cel·les proporciona una tensió constant i els bobinatges dels generadors o transformadors alternen.
Components principals
Tots els components d’un circuit participen en un procés electromagnètic. Es divideixen convencionalment en tres grups.
- Les fonts primàries d’energia elèctrica i els senyals poden convertir l’energia no electromagnètica en energia elèctrica. Per exemple, una cèl·lula galvànica, una bateria, un generador electromecànic.
- El tipus secundari, tant a l'entrada com a la sortida, té energia elèctrica. Només canvien els seus paràmetres: tensió i corrent, la seva forma, magnitud i freqüència. Un exemple serien els rectificadors, inversors, transformadors.
- Els consumidors d’energia activa converteixen el corrent elèctric en il·luminació o calor. Es tracta d’aparells electrotèrmics, làmpades, resistències, motors elèctrics.
- Els components auxiliars inclouen dispositius de commutació, dispositius de mesura, connectors i filferro.
El circuit de línia més senzill inclou una cel·la galvànica. Amb l'ajut de cables, es connecta una làmpada incandescent mitjançant un interruptor. Per mesurar el corrent i el voltatge, s’hi inclou un voltímetre i un amperímetre.
Classificació de circuits
Els circuits elèctrics es classifiquen segons el tipus de complexitat: simple (no ramificat) i complex (ramificat). Hi ha una divisió en circuits de corrent continu i altern, a més de sinusoïdals i no sinusoidals.Basats en la naturalesa dels elements, són lineals i no lineals. Les línies de corrent altern poden ser monofàsiques i trifàsiques.
Ramificat i no ramificat
El mateix corrent flueix en tots els elements d’un circuit no ramificat. La línia ramificada més senzilla inclou tres branques i dos nodes. Cada branca té el seu propi corrent. Una branca es defineix com una secció d’una cadena formada per elements connectats en sèrie tancats entre dos nodes. Un node és el punt en què convergeixen tres branques.
Si es posa un punt al diagrama a la intersecció de dues rectes, hi ha una connexió elèctrica de les dues línies en aquest lloc. Si el node no està marcat, la cadena no es ramifica.
Lineals i no lineals
Un circuit elèctric en què els consumidors no depenen del valor de la tensió i de la direcció dels corrents, i que tots els components són lineals, s’anomena lineal. Els elements d’aquest circuit inclouen fonts de corrents i tensions dependents i independents. En lineal, la resistència d'un element no depèn del corrent, per exemple, d'un forn elèctric.
En els elements no lineals, els elements passius depenen dels valors de la direcció de corrents i tensions, tenen almenys un element no lineal. Per exemple, la resistència d’una làmpada incandescent es veu afectada per les sobretensions de tensió i amperatge.
Designacions d'elements del diagrama
Al dibuix s’adjunten documents addicionals. La seva llista es pot indicar per ordre alfabètic amb una ordenació digital al propi dibuix o en un full separat. Es classifiquen deu tipus de circuits; en enginyeria elèctrica se solen utilitzar tres circuits principals.
- Funcional amb mínims detalls. Les funcions principals dels nodes estan representades per un rectangle amb designacions de lletres.
- El diagrama esquemàtic mostra detalladament el disseny dels elements utilitzats, així com les seves connexions i contactes. Els paràmetres necessaris es poden mostrar directament al diagrama o en un document separat. Si només s’indica una part de la instal·lació, es tracta d’un diagrama d’una línia, quan s’indiquen tots els elements: completat.
- Al diagrama de cablejat s’utilitzen les designacions de referència dels elements, la seva ubicació, mètode d’instal·lació i seqüència.
Per llegir circuits elèctrics, heu de conèixer els símbols gràfics convencionals. Els cables que connecten els elements es mostren amb línies. La línia contínua és una designació general per al cablejat. A sobre es poden indicar dades sobre el mètode de col·locació, material, tensió, corrent. Per a un diagrama d'una sola línia, es mostra un grup de conductors amb una línia discontínua. Al principi i al final, indiqueu el marcatge del cable i el lloc de la seva connexió.
Les osques verticals a la línia de filferro indiquen el nombre de cables. Si n’hi ha més de tres, es realitza la designació digital. La línia discontínua indica circuits de control, una xarxa de seguretat, evacuació, il·luminació d’emergència.
El commutador del diagrama sembla un cercle amb una línia inclinada cap a la dreta. Pel tipus i el nombre de guions, es determinen els paràmetres del dispositiu.
A més dels dibuixos principals, hi ha circuits equivalents.
Circuits elèctrics trifàsics
Entre els circuits elèctrics, els sistemes monofàsics i multifàsics són habituals. Cada part d’un circuit polifàsic es caracteritza pel mateix valor de corrent i s’anomena fase. L’enginyeria elèctrica distingeix dos conceptes d’aquest terme. El primer és un component directe d’un sistema trifàsic. El segon és un valor que canvia sinusoïdalment.
Un circuit trifàsic és un dels sistemes de corrent altern multifàsic, on actua la CEM (força electromotriu) sinusoidal de la mateixa freqüència, que es desplaça en el temps un en relació amb l’altre mitjançant un angle de fase determinat. Està format per bobinatges d’un generador trifàsic, tres receptors d’energia i cables de connexió.
Aquests circuits serveixen per garantir la generació d’energia elèctrica per a la seva transmissió, distribució i té els següents avantatges:
- rendibilitat de generar i transportar electricitat en comparació amb un sistema monofàsic;
- generació simple d'un camp magnètic, necessari per al funcionament d'un motor elèctric asíncron trifàsic;
- el mateix grup electrogènic produeix dues tensions de funcionament: línia i fase.
El sistema trifàsic és beneficiós quan es transmet electricitat a llargues distàncies. A més, el consum de materials és molt inferior al dels monofàsics. Els principals consumidors són els transformadors, motors elèctrics asíncrons, convertidors, forns d’inducció, potents plantes de calefacció i calefacció. Entre els dispositius monofàsics de baixa potència, es poden destacar eines elèctriques, làmpades incandescents, electrodomèstics i fonts d’alimentació.
El circuit trifàsic es distingeix per un equilibri significatiu del sistema. Els mètodes per connectar les fases van rebre l'estructura "estrella" i "triangle". Normalment, les fases de generació de màquines elèctriques estan connectades per una "estrella" i les fases dels consumidors estan connectades per una "estrella" i un "triangle".
Les lleis vigents en els circuits elèctrics
- Llei d'Ohm per a una secció recta d'un circuit, que determina la relació entre la força electromotriu, la tensió de la font amb el corrent que flueix al conductor i la resistència del mateix conductor.
- Per trobar tots els corrents i tensions, s’utilitzen regles de Kirchhoff, que funcionen entre corrents i tensions de qualsevol part del circuit elèctric.
- La llei de Joule-Lenz quantifica l’efecte tèrmic d’un corrent elèctric.
En els circuits de corrent continu, la direcció d’acció de la força electromotriu s’indica de potencial negatiu a positiu. La direcció es pren com el moviment de càrregues positives. En aquest cas, la fletxa es dirigeix d’un potencial més alt a un inferior. El voltatge sempre es dirigeix en la mateixa direcció que el corrent.
En els circuits CEM sinusoidals, la tensió i el corrent s’indiquen mitjançant un cicle mitjà del corrent, mentre que no canvia la seva direcció. Per ressaltar la diferència de potencials, s’indiquen amb els signes "+" i "-".
Com es calculen els circuits elèctrics
- un mètode basat en la llei d'Ohm i les regles de Kirchhoff;
- mètode per determinar els corrents de bucle;
- recepció de transformacions equivalents;
- mètode per mesurar la resistència dels conductors de protecció;
- càlcul de potencials nodals;
- mètode de generador idèntic i altres.
La base per calcular un circuit elèctric simple segons la llei d'Ohm és la determinació de la intensitat del corrent en una secció independent amb una resistència coneguda dels conductors i una tensió determinada.
Segons l’estat del problema, es coneixen les resistències de les resistències R1, R2, R3, R4, R5, R6 connectades al circuit (sense tenir en compte la resistència de l’amperímetre). Cal calcular la força dels corrents J1, J2 ... J6.
Hi ha tres seccions consecutives al diagrama. A més, el segon i el tercer tenen ramificacions. Les resistències d'aquestes seccions es denotaran com a R1, R ', R ". Llavors la resistència total és igual a la suma de les resistències:
R = R1 + R '+ R "on
R ' - Resistència total de resistències connectades en paral·lel R2, R3, R4.
R " - resistència total de resistències R5 i R6.
Utilitzant la llei de la connexió paral·lela, calculem la resistència R 'i R ".
1 / R '= 1 / R2 + 1 / R3 + 1 / R4
1 / R "= 1 / R5 + 1 / R6
Per determinar la intensitat del corrent en un circuit no ramificat, sabent la resistència total a un voltatge determinat, podeu utilitzar la fórmula següent:
I = U / R, llavors I = I1
Per calcular la intensitat de corrent en branques individuals, heu de determinar la tensió de les seccions dels circuits sèrie segons la llei d'Ohm:
U1 = IR1; U2 = IR '; U3 = IR ";
Sabent el voltatge de seccions específiques, podeu calcular la intensitat del corrent en branques individuals:
I2 = U2 / R2; I3 = U2 / R3; I4 = U2 / R4; I5 = U3 / R5; I6 = U3 / R6
De vegades és necessari esbrinar la resistència de les seccions segons els paràmetres coneguts de tensió, intensitat de corrent, resistència d'altres seccions o fer un càlcul de tensió mitjançant les dades de resistència i intensitat de corrent disponibles.
La part principal dels mètodes està dirigida a simplificar els càlculs. Això s’aconsegueix adaptant els sistemes d’equacions o el circuit en si. El càlcul de circuits elèctrics es realitza de diverses maneres, en funció de la classe de la seva complexitat.
