Lorsqu'on aménage un nouvel appartement ou une nouvelle maison, qu'on rénove ou rénove un logement, il faut composer avec des éléments conçus pour la circulation du courant électrique. Il est important de savoir ce qu'est un circuit électrique, en quoi il consiste, pourquoi un circuit est nécessaire et quels calculs doivent être effectués.
Quels sont les circuits électriques
Un circuit électrique est un complexe de différents éléments interconnectés. Il est conçu pour le passage du courant électrique, où des transitoires se produisent. Le mouvement des électrons est assuré par la présence d'une différence de potentiel et peut être décrit à l'aide de termes tels que tension et courant.
Le circuit interne est fourni en connectant la tension comme source d'alimentation. Le reste des éléments forme un réseau externe. Pour le mouvement des charges dans la source d'alimentation du champ, l'application d'une force externe est requise. Il peut s'agir d'un enroulement d'un générateur, d'un transformateur ou d'une source galvanique.
Pour qu'un tel système fonctionne correctement, son circuit doit être fermé, sinon le courant ne circulera pas. Ceci est une condition préalable au fonctionnement coordonné de tous les appareils. Tous les circuits ne peuvent pas être des circuits électriques. Par exemple, les lignes de terre ou de protection ne le sont pas car aucun courant ne les traverse normalement. Ils peuvent être appelés électriques par le principe d'action. En cas d'urgence, le courant les traverse et le circuit se ferme et pénètre dans le sol.
Selon la source d'alimentation, la tension dans le circuit peut être constante ou variable. La batterie de cellules fournit une tension constante et les enroulements des générateurs ou des transformateurs fournissent une tension alternative.
Composants principaux
Tous les composants d'un circuit participent à un processus électromagnétique. Ils sont classiquement divisés en trois groupes.
- Les sources primaires d'énergie électrique et de signaux peuvent convertir l'énergie non électromagnétique en énergie électrique. Par exemple, une cellule galvanique, une batterie, un générateur électromécanique.
- Le type secondaire, tant à l'entrée qu'à la sortie, possède de l'énergie électrique. Seuls ses paramètres changent - tension et courant, leur forme, leur amplitude et leur fréquence. Un exemple serait les redresseurs, les onduleurs, les transformateurs.
- Les consommateurs d'énergie actifs convertissent le courant électrique en éclairage ou en chaleur. Ce sont des appareils électrothermiques, des lampes, des résistances, des moteurs électriques.
- Les composants auxiliaires comprennent des appareils de commutation, des appareils de mesure, des éléments de connexion et un fil.
Le circuit de ligne le plus simple comprend une cellule galvanique. À l'aide de fils, une lampe à incandescence y est connectée via un interrupteur. Pour mesurer le courant et la tension, un voltmètre et un ampèremètre y sont inclus.
Classement des circuits
Les circuits électriques sont classés selon le type de complexité : simple (non ramifié) et complexe (ramifié). Il existe une division en circuits CC et CA, ainsi qu'en circuits sinusoïdaux et non sinusoïdaux.Selon la nature des éléments, ils sont linéaires et non linéaires. Les lignes AC peuvent être monophasées et triphasées.
Branché et non ramifié
Le même courant circule dans tous les éléments d'un circuit non ramifié. La ligne ramifiée la plus simple comprend trois branches et deux nœuds. Chaque branche a son propre courant. Une branche est définie comme une section d'une chaîne formée d'éléments connectés en série enfermés entre deux nœuds. Un nœud est le point de convergence de trois branches.
Si un point est mis sur le schéma à l'intersection de deux droites, il y a une connexion électrique des deux droites à cet endroit. Si le nœud n'est pas marqué, la chaîne n'est pas ramifiée.
Linéaire et non linéaire
Un circuit électrique dans lequel les consommateurs ne dépendent pas de la valeur de la tension et du sens des courants, et tous les composants sont linéaires, est appelé linéaire. Les éléments d'un tel circuit comprennent des sources dépendantes et indépendantes de courants et de tensions. En linéaire, la résistance d'un élément ne dépend pas du courant, par exemple, un four électrique.
En non linéaire, les éléments passifs dépendent des valeurs du sens des courants et des tensions, ont au moins un élément non linéaire. Par exemple, la résistance d'une lampe à incandescence est affectée par les surtensions et l'ampérage.
Désignations des éléments dans le diagramme
Des documents supplémentaires sont joints au dessin. Leur liste peut être indiquée par ordre alphabétique avec tri numérique sur le dessin lui-même, ou sur une feuille séparée. Dix types de circuits sont classés; en génie électrique, trois circuits principaux sont généralement utilisés.
- Fonctionnel a un minimum de détails. Les principales fonctions des nœuds sont représentées par un rectangle avec des désignations de lettres.
- Le schéma de principe montre en détail la conception des éléments utilisés, ainsi que leurs connexions et contacts. Les paramètres requis peuvent être affichés directement sur le schéma ou dans un document séparé. Si seule une partie de l'installation est indiquée, il s'agit d'un schéma unifilaire, lorsque tous les éléments sont indiqués - complet.
- Dans le schéma de câblage, les désignations de référence des éléments, leur emplacement, leur méthode d'installation et leur séquence sont utilisés.
Pour lire les circuits électriques, vous devez connaître les symboles graphiques conventionnels. Les fils qui relient les éléments sont représentés par des lignes. La ligne continue est la désignation générale du câblage. Au-dessus, il peut être indiqué des données sur la méthode de pose, le matériau, la tension, le courant. Pour un schéma unifilaire, un groupe de conducteurs est représenté par une ligne pointillée. Au début et à la fin, indiquez le marquage du fil et le lieu de sa connexion.
Les encoches verticales sur la ligne de fil indiquent le nombre de fils. S'il y en a plus de trois, une désignation numérique est effectuée. La ligne pointillée désigne des circuits de commande, un réseau de sécurité, d'évacuation, d'éclairage de secours.
L'interrupteur dans le diagramme ressemble à un cercle avec une ligne inclinée vers la droite. Par le type et le nombre de tirets, les paramètres de l'appareil sont déterminés.
En plus des schémas principaux, il existe des circuits équivalents.
Circuits électriques triphasés
Parmi les circuits électriques, les systèmes monophasés et multiphasés sont courants. Chaque partie d'un circuit polyphasé est caractérisée par la même valeur de courant et s'appelle une phase. Le génie électrique distingue deux concepts de ce terme. Le premier est un composant direct d'un système triphasé. La seconde est une valeur qui change de façon sinusoïdale.
Un circuit triphasé est l'un des systèmes à courant alternatif polyphasé, où agissent des champs électromagnétiques sinusoïdaux (force électromotrice) de même fréquence, qui sont décalés dans le temps les uns par rapport aux autres d'un certain angle de phase. Il est formé par les enroulements d'un générateur triphasé, de trois récepteurs de puissance et de fils de connexion.
De tels circuits servent à assurer la génération d'énergie électrique, pour son transport, sa distribution, et présentent les avantages suivants :
- rentabilité de la production et du transport de l'électricité par rapport à un système monophasé ;
- génération simple d'un champ magnétique, nécessaire au fonctionnement d'un moteur électrique asynchrone triphasé ;
- le même groupe électrogène produit deux tensions de fonctionnement - ligne et phase.
Le système triphasé est avantageux lors de la transmission d'électricité sur de longues distances. De plus, la consommation de matériaux est bien inférieure à celle des monophasés. Les principaux consommateurs sont les transformateurs, les moteurs électriques asynchrones, les convertisseurs, les fours à induction, les centrales thermiques et électriques puissantes. Parmi les appareils monophasés de faible puissance, on peut noter les outils électriques, les lampes à incandescence, les appareils électroménagers, les alimentations.
Le circuit triphasé se distingue par un équilibre important du système. Les méthodes de connexion des phases ont reçu la structure "étoile" et "triangle". Habituellement, les phases des machines électriques génératrices sont reliées par une "étoile", et les phases des consommateurs sont reliées par une "étoile" et un "triangle".
Les lois en vigueur dans les circuits électriques
- La loi d'Ohm pour une section droite d'un circuit, qui détermine la relation entre la force électromotrice, la tension de la source avec le courant circulant dans le conducteur et la résistance du conducteur lui-même.
- Pour trouver tous les courants et tensions, utilisez les règles de Kirchhoff, qui opèrent entre les courants et les tensions de n'importe quelle partie du circuit électrique.
- La loi Joule – Lenz quantifie l'effet thermique d'un courant électrique.
Dans les circuits à courant continu, la direction d'action de la force électromotrice est indiquée du potentiel négatif au potentiel positif. La direction est prise comme le mouvement des charges positives. Dans ce cas, la flèche est dirigée d'un potentiel supérieur vers un potentiel inférieur. La tension est toujours dirigée dans le même sens que le courant.
Dans les circuits EMF sinusoïdaux, la tension et le courant sont indiqués en utilisant un demi-cycle du courant, alors qu'il ne change pas de direction. Pour souligner la différence de potentiels, ils sont indiqués par les signes "+" et "-".
Comment sont calculés les circuits électriques
- une méthode basée sur la loi d'Ohm et les règles de Kirchhoff ;
- méthode de détermination des courants de boucle;
- réception de transformations équivalentes ;
- méthode de mesure de la résistance des conducteurs de protection;
- calcul des potentiels nodaux;
- méthode de générateur identique, et d'autres.
La base de calcul d'un circuit électrique simple selon la loi d'Ohm est la détermination de l'intensité du courant dans une section distincte avec une résistance connue des conducteurs et une tension donnée.
Selon l'état du problème, les résistances des résistances R1, R2, R3, R4, R5, R6 connectées au circuit sont connues (sans tenir compte de la résistance de l'ampèremètre). Il faut calculer l'intensité des courants J1, J2… J6.
Il y a trois sections consécutives sur le diagramme. De plus, les deuxième et troisième ont des ramifications. Les résistances de ces tronçons seront notées R1, R', R". Alors la résistance totale est égale à la somme des résistances :
R = R1 + R' + R "où
R' - résistance totale des résistances connectées en parallèle R2, R3, R4.
R " - résistance totale des résistances R5 et R6.
En utilisant la loi de connexion en parallèle, nous calculons la résistance R' et R".
1 / R' = 1 / R2 + 1 / R3 + 1 / R4
1 / R" = 1 / R5 + 1 / R6
Pour déterminer l'intensité du courant dans un circuit non ramifié, connaissant la résistance totale à une tension donnée, vous pouvez utiliser la formule suivante :
I = U / R, ensuite I = I1
Pour calculer l'intensité du courant dans les branches individuelles, vous devez déterminer la tension sur les sections des circuits en série selon la loi d'Ohm :
U1 = IR1 ; U2 = IR'; U3 = IR" ;
Connaissant la tension de sections spécifiques, vous pouvez calculer l'intensité du courant sur des branches individuelles :
I2 = U2 / R2 ; I3 = U2 / R3; I4 = U2 / R4 ; I5 = U3 / R5 ; I6 = U3 / R6
Parfois, il est nécessaire de connaître la résistance des sections à l'aide des paramètres connus de tension, d'intensité de courant, de résistance d'autres sections, ou de faire un calcul de tension à l'aide des données de résistance et d'intensité de courant disponibles.
L'essentiel des méthodes vise à simplifier les calculs. Ceci est réalisé en adaptant les systèmes d'équations, ou le circuit lui-même. Le calcul des circuits électriques est effectué de différentes manières, en fonction de la classe de leur complexité.
