Bei der Einrichtung einer neuen Wohnung oder eines Hauses, der Renovierung oder Renovierung von Wohnungen muss man sich mit Elementen auseinandersetzen, die für den elektrischen Stromfluss ausgelegt sind. Es ist wichtig zu wissen, was ein Stromkreis ist, woraus er besteht, warum ein Stromkreis benötigt wird und welche Berechnungen durchgeführt werden müssen.
Was sind Stromkreise
Ein elektrischer Stromkreis ist ein Komplex verschiedener miteinander verbundener Elemente. Es ist für den Fluss von elektrischem Strom ausgelegt, bei dem Transienten auftreten. Die Bewegung von Elektronen wird durch das Vorhandensein einer Potenzialdifferenz bereitgestellt und kann mit Begriffen wie Spannung und Strom beschrieben werden.
Die interne Schaltung wird bereitgestellt, indem die Spannung als Stromquelle angeschlossen wird. Die restlichen Elemente bilden ein externes Netzwerk. Für die Bewegung von Ladungen in der Energiequelle des Feldes wird eine externe Kraft benötigt. Dies kann eine Generatorwicklung, ein Transformator oder eine galvanische Quelle sein.
Damit ein solches System richtig funktioniert, muss sein Stromkreis geschlossen sein, sonst fließt kein Strom. Dies ist Voraussetzung für den koordinierten Betrieb aller Geräte. Nicht jeder Stromkreis kann ein Stromkreis sein. Erdungs- oder Schutzleitungen sind beispielsweise nicht solche, da normalerweise kein Strom durch sie fließt. Sie können nach dem Wirkprinzip elektrisch genannt werden. Im Notfall fließt Strom durch sie und der Stromkreis schließt sich und geht in den Boden.
Je nach Stromquelle kann die Spannung im Stromkreis konstant oder variabel sein. Die Zellenbatterie liefert eine konstante Spannung und die Wicklungen von Generatoren oder Transformatoren - abwechselnd.
Hauptbestandteile
Alle Komponenten einer Schaltung nehmen an einem elektromagnetischen Prozess teil. Sie werden üblicherweise in drei Gruppen eingeteilt.
- Primäre elektrische Energie- und Signalquellen können nicht-elektromagnetische Energie in elektrische Energie umwandeln. Zum Beispiel eine galvanische Zelle, Batterie, elektromechanischer Generator.
- Der sekundäre Typ hat sowohl am Eingang als auch am Ausgang elektrische Energie. Nur seine Parameter ändern sich - Spannung und Strom, ihre Form, Größe und Frequenz. Ein Beispiel wären Gleichrichter, Wechselrichter, Transformatoren.
- Aktive Energieverbraucher wandeln elektrischen Strom in Licht oder Wärme um. Dies sind elektrothermische Geräte, Lampen, Widerstände, Elektromotoren.
- Zu den Hilfskomponenten gehören Schaltgeräte, Messgeräte, Steckverbinder und Kabel.
Der einfachste Leitungskreis beinhaltet eine galvanische Zelle. Mit Hilfe von Drähten wird eine Glühlampe über einen Schalter daran angeschlossen. Zur Messung von Strom und Spannung sind ein Voltmeter und ein Amperemeter darin enthalten.
Schaltungsklassifizierung
Stromkreise werden nach Art der Komplexität eingeteilt: einfach (unverzweigt) und komplex (verzweigt). Es gibt eine Unterteilung in Gleich- und Wechselstromkreise, sowie sinusförmige und nicht-sinusförmige.Aufgrund der Natur der Elemente sind sie linear und nichtlinear. Wechselstromleitungen können einphasig und dreiphasig sein.
Verzweigt und unverzweigt
In allen Elementen eines unverzweigten Stromkreises fließt der gleiche Strom. Die einfachste verzweigte Linie umfasst drei Zweige und zwei Knoten. Jeder Zweig hat seinen eigenen Strom. Ein Ast ist definiert als ein Abschnitt einer Kette, der aus in Reihe geschalteten Elementen gebildet wird, die zwischen zwei Knoten eingeschlossen sind. Ein Knoten ist der Punkt, an dem drei Zweige zusammenlaufen.
Setzt man im Diagramm einen Punkt an den Schnittpunkt zweier Geraden, so besteht an dieser Stelle eine elektrische Verbindung der beiden Geraden. Wenn der Knoten nicht markiert ist, wird die Kette nicht verzweigt.
Linear und nichtlinear
Ein Stromkreis, in dem Verbraucher nicht vom Spannungswert und der Stromrichtung abhängen und alle Komponenten linear sind, wird als linear bezeichnet. Die Elemente einer solchen Schaltung umfassen abhängige und unabhängige Strom- und Spannungsquellen. Im linearen Modus hängt der Widerstand eines Elements nicht vom Strom ab, beispielsweise eines Elektroofens.
In nichtlinearen, passiven Elementen hängen die Werte der Richtung von Strömen und Spannungen ab, haben mindestens ein nichtlineares Element. Beispielsweise wird der Widerstand einer Glühlampe durch Spannungs- und Stromstöße beeinflusst.
Bezeichnungen von Elementen im Diagramm
Zusätzliche Dokumente sind der Zeichnung beigefügt. Ihre Liste kann in alphabetischer Reihenfolge mit digitaler Sortierung auf der Zeichnung selbst oder auf einem separaten Blatt angegeben werden. Es werden zehn Arten von Stromkreisen klassifiziert, in der Elektrotechnik werden meist drei Hauptstromkreise verwendet.
- Funktional hat minimale Details. Die Hauptfunktionen der Knoten werden durch ein Rechteck mit Buchstabenbezeichnungen dargestellt.
- Die schematische Darstellung zeigt detailliert den Aufbau der verwendeten Elemente sowie deren Anschlüsse und Kontakte. Die benötigten Parameter können direkt im Diagramm oder in einem separaten Dokument angezeigt werden. Wenn nur ein Teil der Installation angegeben ist, ist dies ein einzeiliges Diagramm, wenn alle Elemente angegeben sind - vollständig.
- Im Schaltplan werden die Referenzbezeichnungen der Elemente, deren Lage, Montageart und Reihenfolge verwendet.
Um elektrische Schaltungen lesen zu können, müssen Sie die üblichen grafischen Symbole kennen. Die Drähte, die die Elemente verbinden, sind mit Linien dargestellt. Die durchgezogene Linie ist eine allgemeine Bezeichnung für die Verdrahtung. Darüber können Daten zu Verlegemethode, Material, Spannung und Strom angegeben werden. Bei einem Einliniendiagramm wird eine Leitergruppe mit einer gestrichelten Linie dargestellt. Geben Sie am Anfang und am Ende die Markierung des Kabels und den Ort seines Anschlusses an.
Vertikale Kerben auf der Drahtlinie zeigen die Anzahl der Drähte an. Wenn es mehr als drei davon gibt, wird eine digitale Bezeichnung durchgeführt. Die gestrichelte Linie bezeichnet Steuerkreise, ein Sicherheitsnetzwerk, Evakuierung, Notbeleuchtung.
Der Schalter im Diagramm sieht aus wie ein Kreis mit einer nach rechts geneigten Linie. Durch die Art und Anzahl der Striche werden die Parameter des Gerätes bestimmt.
Zusätzlich zu den Hauptzeichnungen gibt es Ersatzschaltbilder.
Drehstromkreise
Unter Stromkreisen sind sowohl einphasige als auch mehrphasige Systeme üblich. Jeder Teil einer mehrphasigen Schaltung ist durch den gleichen Stromwert gekennzeichnet und wird als Phase bezeichnet. Die Elektrotechnik unterscheidet zwei Konzepte dieses Begriffs. Der erste ist ein direkter Bestandteil eines Drehstromsystems. Der zweite ist ein Wert, der sich sinusförmig ändert.
Ein Drehstromkreis gehört zu den mehrphasigen Wechselstromsystemen, bei denen sinusförmige EMK (elektromotorische Kraft) gleicher Frequenz wirken, die um einen bestimmten Phasenwinkel zeitlich gegeneinander verschoben sind. Es besteht aus Wicklungen eines Drehstromgenerators, drei Leistungsempfängern und Anschlussdrähten.
Solche Schaltungen dienen der Erzeugung von elektrischer Energie, zu deren Übertragung, Verteilung und haben folgende Vorteile:
- Wirtschaftlichkeit der Stromerzeugung und des Stromtransports im Vergleich zu einem Einphasensystem;
- einfache Erzeugung eines Magnetfeldes, das für den Betrieb eines Drehstrom-Asynchron-Elektromotors erforderlich ist;
- der gleiche Generatorsatz erzeugt zwei Betriebsspannungen - Leitung und Phase.
Das Drehstromsystem ist vorteilhaft bei der Übertragung von Strom über große Entfernungen. Außerdem ist der Materialverbrauch viel geringer als bei einphasigen. Hauptverbraucher sind Transformatoren, asynchrone Elektromotoren, Umrichter, Induktionsöfen, leistungsstarke Heiz- und Kraftwerke. Unter einphasigen Geräten mit geringem Stromverbrauch kann man Elektrowerkzeuge, Glühlampen, Haushaltsgeräte und Netzteile finden.
Der Drehstromkreis zeichnet sich durch eine deutliche Ausgewogenheit des Systems aus. Die Methoden zum Verbinden der Phasen erhielten die Struktur "Stern" und "Dreieck". Üblicherweise werden die Phasen der erzeugenden elektrischen Maschinen durch einen "Stern" und die Phasen der Verbraucher durch einen "Stern" und ein "Dreieck" verbunden.
Die geltenden Gesetze in Stromkreisen
- Ohmsches Gesetz für einen geraden Abschnitt eines Stromkreises, das den Zusammenhang zwischen der elektromotorischen Kraft, der Spannung der Quelle mit dem im Leiter fließenden Strom und dem Widerstand des Leiters selbst bestimmt.
- Um alle Ströme und Spannungen zu finden, werden Kirchhoff-Regeln verwendet, die zwischen Strömen und Spannungen eines beliebigen Teils des Stromkreises arbeiten.
- Das Joule-Lenz-Gesetz quantifiziert die thermische Wirkung eines elektrischen Stroms.
In Gleichstromkreisen wird die Wirkungsrichtung der elektromotorischen Kraft vom negativen zum positiven Potential angezeigt. Die Richtung wird als die Bewegung positiver Ladungen angenommen. In diesem Fall wird der Pfeil von einem höheren Potential auf ein niedrigeres gerichtet. Die Spannung ist immer in die gleiche Richtung wie der Strom gerichtet.
In sinusförmigen EMF-Schaltungen werden Spannung und Strom mit einer Halbwelle des Stroms angezeigt, während er seine Richtung nicht ändert. Um den Potentialunterschied hervorzuheben, sind sie mit den Zeichen "+" und "-" gekennzeichnet.
Wie werden Stromkreise berechnet
- eine Methode basierend auf dem Ohmschen Gesetz und den Kirchhoffschen Regeln;
- Verfahren zum Bestimmen von Schleifenströmen;
- Empfang äquivalenter Transformationen;
- Verfahren zur Messung des Widerstands von Schutzleitern;
- Berechnung von Knotenpotentialen;
- identische Generatormethode und andere.
Grundlage für die Berechnung eines einfachen Stromkreises nach dem Ohmschen Gesetz ist die Ermittlung der Stromstärke in einem separaten Abschnitt bei bekanntem Widerstand der Leiter und einer gegebenen Spannung.
Je nach Problemstellung sind die Widerstandswerte der an die Schaltung angeschlossenen Widerstände R1, R2, R3, R4, R5, R6 bekannt (ohne Berücksichtigung des Widerstands des Amperemeters). Es ist notwendig, die Stärke der Ströme J1, J2… J6 zu berechnen.
Das Diagramm enthält drei aufeinander folgende Abschnitte. Darüber hinaus haben die zweite und dritte Verzweigung Auswirkungen. Die Widerstände dieser Abschnitte werden als R1, R', R" bezeichnet. Dann ist der Gesamtwiderstand gleich der Summe der Widerstände:
R = R1 + R '+ R "wo
R' - Gesamtwiderstand parallel geschalteter Widerstände R2, R3, R4.
R" - Gesamtwiderstand der Widerstände R5 und R6.
Mit dem Parallelschaltungsgesetz berechnen wir den Widerstand R' und R".
1 / R '= 1 / R2 + 1 / R3 + 1 / R4
1 / R "= 1 / R5 + 1 / R6
Um die Stromstärke in einem unverzweigten Stromkreis zu bestimmen, können Sie in Kenntnis des Gesamtwiderstands bei einer bestimmten Spannung die folgende Formel verwenden:
Ich = U / R, dann Ich = I1
Um die Stromstärke in einzelnen Zweigen zu berechnen, müssen Sie die Spannung an den Abschnitten von Reihenschaltungen nach dem Ohmschen Gesetz bestimmen:
U1 = IR1; U2 = IR'; U3 = IR";
Wenn Sie die Spannung bestimmter Abschnitte kennen, können Sie die Stromstärke an einzelnen Zweigen berechnen:
I2 = U2 / R2; I3 = U2/R3; I4 = U2/R4; I5 = U3/R5; I6 = U3 / R6
Manchmal ist es notwendig, den Widerstand von Abschnitten anhand der bekannten Parameter Spannung, Stromstärke, Widerstand anderer Abschnitte zu ermitteln oder eine Spannungsberechnung anhand der verfügbaren Widerstandsdaten und Stromstärke durchzuführen.
Der Hauptteil der Methoden zielt darauf ab, die Berechnungen zu vereinfachen. Dies wird durch Anpassung der Gleichungssysteme oder der Schaltung selbst erreicht. Die Berechnung elektrischer Schaltungen erfolgt je nach Komplexitätsklasse auf unterschiedliche Weise.
