Při zařizování nového bytu nebo domu, rekonstrukci nebo rekonstrukci bydlení je třeba se vypořádat s prvky určenými pro tok elektrického proudu. Je důležité vědět, co je elektrický obvod, z čeho se skládá, proč je obvod nutný a jaké výpočty je třeba provést.
Co jsou to elektrické obvody
Elektrický obvod je komplex různých vzájemně propojených prvků. Je určen pro tok elektrického proudu, kde dochází k přechodným jevům. Pohyb elektronů je zajištěn přítomností potenciálního rozdílu a lze jej popsat pomocí termínů, jako je napětí a proud.
Vnitřní obvod je zajištěn připojením napětí jako zdroje energie. Zbytek prvků tvoří externí síť. Pro pohyb nábojů ve zdroji energie pole bude zapotřebí vnější síla. Může to být vinutí generátoru, transformátoru nebo galvanického zdroje.
Aby takový systém správně fungoval, musí být jeho obvod uzavřen, jinak proud neprotéká. To je předpoklad pro koordinovaný provoz všech zařízení. Ne každý obvod může být elektrickým obvodem. Například uzemnění nebo ochranná vedení nejsou taková, protože jimi normálně neprotéká žádný proud. Podle principu činnosti je lze nazvat elektrickými. V případě nouze nimi prochází proud a obvod se uzavírá a jde do země.
V závislosti na zdroji energie může být napětí v obvodu konstantní nebo proměnlivé. Baterie článků poskytuje konstantní napětí a vinutí generátorů nebo transformátorů poskytují střídavé napětí.
Hlavní součásti
Všechny komponenty v obvodu se účastní jednoho elektromagnetického procesu. Konvenčně jsou rozděleny do tří skupin.
- Primární zdroje elektrické energie a signálů mohou přeměňovat ne elektromagnetickou energii na energii elektrickou. Například galvanický článek, baterie, elektromechanický generátor.
- Sekundární typ, jak na vstupu, tak na výstupu, má elektrickou energii. Mění se pouze jeho parametry - napětí a proud, jejich tvar, velikost a frekvence. Příkladem mohou být usměrňovače, střídače, transformátory.
- Aktivní spotřebitelé energie přeměňují elektrický proud na osvětlení nebo teplo. Jedná se o elektrotermická zařízení, lampy, rezistory, elektromotory.
- Mezi pomocné komponenty patří spínací zařízení, měřicí zařízení, spojovací prvky a vodič.
Nejjednodušší síťový obvod obsahuje galvanický článek. Pomocí vodičů je k němu pomocí spínače připojena žárovka. Pro měření proudu a napětí jsou v něm obsaženy voltmetr a ampérmetr.
Klasifikace obvodů
Elektrické obvody jsou klasifikovány podle typu složitosti: jednoduché (nerozvětvené) a složité (rozvětvené). Existuje rozdělení na stejnosměrné a střídavé obvody, stejně jako sinusové a nesinusové.Na základě povahy prvků jsou lineární a nelineární. AC vedení mohou být jednofázová a třífázová.
Rozvětvené a nerozvětvené
Stejný proud teče ve všech prvcích nerozvětveného obvodu. Nejjednodušší rozvětvená čára obsahuje tři větve a dva uzly. Každá větev má svůj vlastní proud. Větev je definována jako část řetězce, který je tvořen prvky spojenými se sérií uzavřenými mezi dvěma uzly. Uzel je bod, ve kterém se sbíhají tři větve.
Pokud je do diagramu vložen bod na křižovatce dvou přímých linek, je na tomto místě elektrické spojení obou linií. Pokud uzel není označen, řetězec není větvený.
Lineární a nelineární
Elektrický obvod, ve kterém spotřebitelé nezávisí na hodnotě napětí a směru proudů a všechny komponenty jsou lineární, se nazývá lineární. Prvky takového obvodu zahrnují závislé a nezávislé zdroje proudů a napětí. V lineárním režimu odpor prvku nezávisí na proudu, například na elektrické peci.
V nelineárních pasivních prvcích závisí na hodnotách směru proudů a napětí, mají alespoň jeden nelineární prvek. Například odpor žárovky je ovlivněn napěťovými rázy a proudovými rázy.
Označení prvků v diagramu
K výkresu jsou připojeny další dokumenty. Jejich seznam lze označit v abecedním pořadí pomocí digitálního třídění na samotném výkresu nebo na samostatném listu. Je klasifikováno deset typů obvodů; v elektrotechnice se obvykle používají tři hlavní obvody.
- Funkční má minimální detaily. Hlavní funkce uzlů jsou znázorněny obdélníkem s písmeny.
- Schematický diagram podrobně ukazuje konstrukci použitých prvků, jakož i jejich připojení a kontakty. Požadované parametry lze zobrazit přímo na diagramu nebo v samostatném dokumentu. Pokud je označena pouze část instalace, jedná se o jednořádkový diagram, kdy jsou označeny všechny prvky - kompletní.
- Ve schématu zapojení se používají referenční označení prvků, jejich umístění, způsob instalace a pořadí.
Abyste mohli číst elektrické obvody, potřebujete znát běžné grafické symboly. Dráty, které spojují prvky, jsou zobrazeny čárami. Plná čára je obecné označení pro zapojení. Nad ním mohou být uvedeny údaje o způsobu pokládky, materiálu, napětí, proudu. U jednopólového diagramu je skupina vodičů zobrazena přerušovanou čarou. Na začátku a na konci označte označení drátu a místo jeho připojení.
Svislé zářezy na vodiči označují počet vodičů. Pokud jsou více než tři, provede se digitální označení. Přerušovaná čára označuje řídicí obvody, síť zabezpečení, evakuaci, nouzové osvětlení.
Přepínač v diagramu vypadá jako kruh s přímkou nakloněnou doprava. Podle typu a počtu pomlček jsou určeny parametry zařízení.
Kromě hlavních výkresů existují ekvivalentní obvody.
Třífázové elektrické obvody
Z elektrických obvodů jsou běžné jednofázové i vícefázové systémy. Každá část vícefázového obvodu je charakterizována stejnou aktuální hodnotou a nazývá se fáze. Elektrotechnika rozlišuje mezi dvěma pojmy tohoto pojmu. První je přímou součástí třífázového systému. Druhým je hodnota, která se mění sinusově.
Třífázový obvod je jedním z vícefázových střídavých systémů, kde působí sinusový EMF (elektromotorická síla) se stejnou frekvencí, které jsou vzájemně posunuty v čase o určitý fázový úhel. Je tvořen vinutími třífázového generátoru, třemi přijímači energie a spojovacími vodiči.
Tyto obvody slouží k zajištění výroby elektrické energie pro její přenos, distribuci a mají následující výhody:
- nákladová efektivita výroby a přepravy elektřiny ve srovnání s jednofázovým systémem;
- jednoduché generování magnetického pole, které je nezbytné pro provoz třífázového asynchronního elektrického motoru;
- stejná generátorová soustava produkuje dvě provozní napětí - síťové a fázové.
Třífázový systém je výhodný při přenosu elektřiny na velké vzdálenosti. Kromě toho je spotřeba materiálů mnohem nižší než u jednofázových. Hlavními odběrateli jsou transformátory, asynchronní elektromotory, měniče, indukční pece, výkonné teplárny a elektrárny. Mezi jednofázovými nízkoenergetickými zařízeními lze zaznamenat elektrické nářadí, žárovky, domácí spotřebiče, napájecí zdroje.
Třífázový obvod se vyznačuje významnou rovnováhou systému. Metody spojování fází obdržely strukturu „hvězda“ a „trojúhelník“. Fáze generujících elektrických strojů jsou obvykle spojeny „hvězdou“ a fáze spotřebitelů spojeny „hvězdou“ a „trojúhelníkem“.
Platné zákony v elektrických obvodech
- Ohmův zákon pro přímý úsek obvodu, který určuje vztah mezi elektromotorickou silou, napětím zdroje s proudem protékajícím vodičem a odporem samotného vodiče.
- Chcete-li najít všechny proudy a napětí, použijte Kirchhoffova pravidla, která fungují mezi proudy a napětími jakékoli části elektrického obvodu.
- Joule-Lenzův zákon kvantifikuje tepelný účinek elektrického proudu.
V obvodech stejnosměrného proudu je směr působení elektromotorické síly indikován ze záporného na kladný potenciál. Směr se bere jako pohyb kladných nábojů. V tomto případě je šipka nasměrována z vyššího potenciálu na nižší. Napětí je vždy směrováno stejným směrem jako proud.
V sinusových obvodech EMF jsou napětí a proud označeny pomocí polovičního cyklu proudu, aniž by to změnilo jeho směr. Aby se zdůraznil rozdíl v potenciálech, jsou označeny znaménky „+“ a „-“.
Jak se počítají elektrické obvody
- metoda založená na Ohmově zákonu a Kirchhoffových pravidlech;
- metoda pro stanovení smyčkových proudů;
- příjem ekvivalentních transformací;
- metoda měření odporu ochranných vodičů;
- výpočet uzlových potenciálů;
- identická metoda generátoru a další.
Základem pro výpočet jednoduchého elektrického obvodu podle Ohmova zákona je stanovení síly proudu v samostatné sekci se známým odporem vodičů a daným napětím.
Podle stavu problému jsou známé odpory rezistorů R1, R2, R3, R4, R5, R6 připojených k obvodu (bez zohlednění odporu ampérmetru). Je nutné vypočítat sílu proudů J1, J2… J6.
V diagramu jsou tři po sobě jdoucí sekce. Druhá a třetí má navíc důsledky. Odpory těchto úseků budou označeny jako R1, R ', R ". Pak se celkový odpor rovná součtu odporů:
R = R1 + R '+ R "kde
R ' - celkový odpor paralelně zapojených odporů R2, R3, R4.
R " - celkový odpor rezistorů R5 a R6.
Pomocí zákona paralelního připojení vypočítáme odpor R 'a R ".
1 / R '= 1 / R2 + 1 / R3 + 1 / R4
1 / R "= 1 / R5 + 1 / R6
Chcete-li určit sílu proudu v nerozvětveném obvodu, znáte celkový odpor při daném napětí, můžete použít následující vzorec:
I = U / R, pak I = I1
Pro výpočet síly proudu v jednotlivých větvích musíte určit napětí na úsecích sériových obvodů podle Ohmova zákona:
Ul = IR1; U2 = IR '; U3 = IR ";
Pokud znáte napětí konkrétních sekcí, můžete vypočítat sílu proudu na jednotlivých větvích:
I2 = U2 / R2; I3 = U2 / R3; 14 = U2 / R4; I5 = U3 / R5; I6 = U3 / R6
Někdy je nutné zjistit odpor úseků podle známých parametrů napětí, síly proudu, odporu ostatních úseků nebo provést výpočet napětí pomocí dostupných údajů o odporu a síly proudu.
Hlavní část metod je zaměřena na zjednodušení výpočtů. Toho je dosaženo přizpůsobením soustavy rovnic nebo samotného obvodu. Výpočet elektrických obvodů se provádí různými způsoby, v závislosti na třídě jejich složitosti.
