Al organizar un nuevo apartamento o casa, renovar o renovar una vivienda, hay que lidiar con elementos diseñados para el flujo de corriente eléctrica. Es importante saber qué es un circuito eléctrico, en qué consiste, por qué se necesita un circuito y qué cálculos deben realizarse.
¿Qué son los circuitos eléctricos?
Un circuito eléctrico es un complejo de diferentes elementos interconectados. Está diseñado para el flujo de corriente eléctrica, donde ocurren transitorios. El movimiento de electrones es proporcionado por la presencia de una diferencia de potencial y puede describirse usando términos como voltaje y corriente.
El circuito interno se proporciona conectando el voltaje como fuente de alimentación. El resto de elementos forman una red externa. Para el movimiento de cargas en la fuente de energía del campo, se requerirá una fuerza externa. Puede ser un devanado de un generador, un transformador o una fuente galvánica.
Para que un sistema de este tipo funcione correctamente, su circuito debe estar cerrado, de lo contrario, la corriente no fluirá. Este es un requisito previo para el funcionamiento coordinado de todos los dispositivos. No todos los circuitos pueden ser circuitos eléctricos. Por ejemplo, las líneas de tierra o de protección no lo son porque normalmente no fluye corriente a través de ellas. Pueden llamarse eléctricos por el principio de acción. En una emergencia, la corriente pasa a través de ellos y el circuito se cierra y se dirige al suelo.
Dependiendo de la fuente de energía, el voltaje en el circuito puede ser constante o variable. La batería de celdas proporciona voltaje constante y los devanados de los generadores o transformadores proporcionan voltaje alterno.
Componentes principales
Todos los componentes de un circuito participan en un proceso electromagnético. Se dividen convencionalmente en tres grupos.
- Las fuentes primarias de energía eléctrica y señales pueden convertir energía no electromagnética en energía eléctrica. Por ejemplo, una celda galvánica, una batería, un generador electromecánico.
- El tipo secundario, tanto a la entrada como a la salida, tiene energía eléctrica. Solo cambian sus parámetros: voltaje y corriente, su forma, magnitud y frecuencia. Un ejemplo serían rectificadores, inversores, transformadores.
- Los consumidores de energía activa convierten la corriente eléctrica en iluminación o calor. Estos son dispositivos electrotérmicos, lámparas, resistencias, motores eléctricos.
- Los componentes auxiliares incluyen dispositivos de conmutación, dispositivos de medición, elementos de conexión y un cable.
El circuito de línea más simple incluye una celda galvánica. Con la ayuda de cables, se le conecta una lámpara incandescente a través de un interruptor. Para medir la corriente y el voltaje, se incluyen un voltímetro y un amperímetro.
Clasificación de circuito
Los circuitos eléctricos se clasifican según el tipo de complejidad: simple (no ramificado) y complejo (ramificado). Hay una división en circuitos de CC y CA, así como sinusoidales y no sinusoidales.Según la naturaleza de los elementos, son lineales y no lineales. Las líneas de CA pueden ser monofásicas y trifásicas.
Ramificado y no ramificado
La misma corriente fluye en todos los elementos de un circuito no ramificado. La línea ramificada más simple incluye tres ramas y dos nodos. Cada rama tiene su propia corriente. Una rama se define como una sección de una cadena que está formada por elementos conectados en serie encerrados entre dos nodos. Un nodo es el punto en el que convergen tres ramas.
Si se coloca un punto en el diagrama en la intersección de dos líneas rectas, hay una conexión eléctrica de las dos líneas en este lugar. Si el nodo no está marcado, la cadena no está ramificada.
Lineal y no lineal
Un circuito eléctrico en el que los consumidores no dependen del valor del voltaje y la dirección de las corrientes, y todos los componentes son lineales, se llama lineal. Los elementos de dicho circuito incluyen fuentes dependientes e independientes de corrientes y voltajes. En lineal, la resistencia de un elemento no depende de la corriente, por ejemplo, un horno eléctrico.
En los elementos no lineales, pasivos dependen de los valores de la dirección de las corrientes y voltajes, tienen al menos un elemento no lineal. Por ejemplo, la resistencia de una lámpara incandescente se ve afectada por picos de voltaje y picos de corriente.
Designaciones de elementos en el diagrama.
Se adjuntan documentos adicionales al dibujo. Su lista se puede indicar en orden alfabético con clasificación digital en el propio dibujo, o en una hoja aparte. Se clasifican diez tipos de circuitos; en ingeniería eléctrica, se suelen utilizar tres circuitos principales.
- Funcional tiene un mínimo de detalles. Las funciones principales de los nodos están representadas por un rectángulo con designaciones de letras.
- El diagrama esquemático muestra en detalle el diseño de los elementos utilizados, así como sus conexiones y contactos. Los parámetros requeridos se pueden mostrar directamente en el diagrama o en un documento separado. Si solo se indica una parte de la instalación, este es un diagrama unifilar, cuando todos los elementos están indicados - completo.
- En el diagrama de cableado, se utilizan las designaciones de referencia de los elementos, su ubicación, método de instalación y secuencia.
Para leer circuitos eléctricos, necesita conocer los símbolos gráficos convencionales. Los cables que conectan los elementos se muestran con líneas. La línea continua es una designación general para el cableado. Arriba se pueden indicar datos sobre el método de colocación, material, voltaje, corriente. Para un diagrama unifilar, se muestra un grupo de conductores con una línea discontinua. Al principio y al final, indique la marca del cable y el lugar de su conexión.
Las muescas verticales en la línea de cables indican el número de cables. Si hay más de tres, se realiza la designación digital. La línea discontinua denota circuitos de control, una red de seguridad, evacuación, iluminación de emergencia.
El interruptor en el diagrama parece un círculo con una línea inclinada hacia la derecha. Por el tipo y número de guiones, se determinan los parámetros del dispositivo.
Además de los dibujos principales, hay circuitos equivalentes.
Circuitos eléctricos trifásicos
Entre los circuitos eléctricos, son comunes los sistemas monofásicos y multifásicos. Cada parte de un circuito polifásico se caracteriza por el mismo valor de corriente y se denomina fase. La ingeniería eléctrica distingue dos conceptos de este término. El primero es un componente directo de un sistema trifásico. El segundo es un valor que cambia sinusoidalmente.
Un circuito trifásico es uno de los sistemas de CA multifase, donde actúa EMF sinusoidal (fuerza electromotriz) de la misma frecuencia, que se desplazan en el tiempo entre sí en un cierto ángulo de fase. Está formado por devanados de un generador trifásico, tres receptores de potencia y cables de conexión.
Dichos circuitos sirven para asegurar la generación de energía eléctrica, para su transmisión, distribución, y tiene las siguientes ventajas:
- rentabilidad de la generación y el transporte de electricidad en comparación con un sistema monofásico;
- simple generación de un campo magnético, que es necesario para el funcionamiento de un motor eléctrico asíncrono trifásico;
- el mismo grupo electrógeno produce dos voltajes operativos: línea y fase.
El sistema trifásico es beneficioso cuando se transmite electricidad a largas distancias. Además, el consumo de materiales es mucho menor que el de los monofásicos. Los principales consumidores son transformadores, motores eléctricos asíncronos, convertidores, hornos de inducción, potentes calefacciones y centrales eléctricas. Entre los dispositivos monofásicos de baja potencia, se pueden observar herramientas eléctricas, lámparas incandescentes, electrodomésticos, fuentes de alimentación.
El circuito trifásico se distingue por un equilibrio significativo del sistema. Los métodos para conectar las fases recibieron la estructura "estrella" y "triángulo". Por lo general, las fases de generación de máquinas eléctricas están conectadas por una "estrella", y las fases de los consumidores están conectadas por una "estrella" y un "triángulo".
Las leyes vigentes en los circuitos eléctricos
- Ley de Ohm para una sección recta de un circuito, que determina la relación entre la fuerza electromotriz, el voltaje de la fuente con la corriente que fluye en el conductor y la resistencia del propio conductor.
- Para encontrar todas las corrientes y voltajes, use las reglas de Kirchhoff, que operan entre corrientes y voltajes de cualquier parte del circuito eléctrico.
- La ley de Joule-Lenz cuantifica el efecto térmico de una corriente eléctrica.
En los circuitos de corriente continua, la dirección de acción de la fuerza electromotriz se indica de potencial negativo a positivo. La dirección se toma como el movimiento de cargas positivas. En este caso, la flecha se dirige de un potencial más alto a uno más bajo. El voltaje siempre se dirige en la misma dirección que la corriente.
En los circuitos EMF sinusoidales, el voltaje y la corriente se indican utilizando un medio ciclo de la corriente, mientras que no cambia su dirección. Para enfatizar la diferencia de potenciales, se indican con los signos "+" y "-".
¿Cómo se calculan los circuitos eléctricos?
- un método basado en la ley de Ohm y las reglas de Kirchhoff;
- método para determinar corrientes de bucle;
- recepción de transformaciones equivalentes;
- método para medir la resistencia de conductores de protección;
- cálculo de potenciales nodales;
- método de generador idéntico, y otros.
La base para calcular un circuito eléctrico simple de acuerdo con la ley de Ohm es la determinación de la intensidad de la corriente en una sección separada con una resistencia conocida de los conductores y un voltaje dado.
Según la condición del problema, se conocen las resistencias de las resistencias R1, R2, R3, R4, R5, R6 conectadas al circuito (sin tener en cuenta la resistencia del amperímetro). Es necesario calcular la fuerza de las corrientes J1, J2… J6.
Hay tres secciones consecutivas en el diagrama. Además, el segundo y el tercero tienen ramificaciones. Las resistencias de estas secciones se denotarán como R1, R ', R ". Entonces la resistencia total es igual a la suma de las resistencias:
R = R1 + R '+ R "dónde
R ' - resistencia total de resistencias conectadas en paralelo R2, R3, R4.
R " - resistencia total de resistencias R5 y R6.
Usando la ley de conexión en paralelo, calculamos la resistencia R 'y R ".
1 / R '= 1 / R2 + 1 / R3 + 1 / R4
1 / R "= 1 / R5 + 1 / R6
Para determinar la intensidad de la corriente en un circuito no ramificado, conociendo la resistencia total a un voltaje dado, puede usar la siguiente fórmula:
I = U / R, luego I = I1
Para calcular la intensidad de la corriente en las ramas individuales, debe determinar el voltaje en las secciones de los circuitos en serie de acuerdo con la ley de Ohm:
U1 = IR1; U2 = IR '; U3 = IR ";
Al conocer el voltaje de secciones específicas, puede calcular la intensidad de la corriente en las ramas individuales:
I2 = U2 / R2; I3 = U2 / R3; I4 = U2 / R4; I5 = U3 / R5; I6 = U3 / R6
A veces es necesario averiguar la resistencia de las secciones mediante los parámetros conocidos de voltaje, intensidad de la corriente, resistencia de otras secciones, o realizar un cálculo de voltaje utilizando los datos de resistencia disponibles y la intensidad de la corriente.
La parte principal de los métodos tiene como objetivo simplificar los cálculos. Esto se logra adaptando los sistemas de ecuaciones o el circuito en sí. El cálculo de circuitos eléctricos se lleva a cabo de varias maneras, según la clase de su complejidad.
