Quando si organizza un nuovo appartamento o una casa, si ristruttura o si rinnova un alloggio, si ha a che fare con elementi progettati per il flusso di corrente elettrica. È importante sapere che cos'è un circuito elettrico, in cosa consiste, perché è necessario un circuito e quali calcoli devono essere eseguiti.
Cosa sono i circuiti elettrici
Un circuito elettrico è un complesso di diversi elementi interconnessi. È progettato per il flusso di corrente elettrica, dove si verificano transitori. Il movimento degli elettroni è fornito dalla presenza di una differenza di potenziale e può essere descritto utilizzando termini come tensione e corrente.
Il circuito interno è fornito collegando la tensione come fonte di alimentazione. Il resto degli elementi forma una rete esterna. Per il movimento delle cariche nella fonte di alimentazione del campo, sarà necessaria una forza esterna. Questo può essere un avvolgimento di un generatore, un trasformatore o una sorgente galvanica.
Affinché un tale sistema funzioni correttamente, il suo circuito deve essere chiuso, altrimenti la corrente non scorrerà. Questo è un prerequisito per il funzionamento coordinato di tutti i dispositivi. Non tutti i circuiti possono essere un circuito elettrico. Ad esempio, le linee di terra o di protezione non sono tali perché nessuna corrente le attraversa normalmente. Possono essere chiamati elettrici dal principio di azione. In caso di emergenza, la corrente li attraversa e il circuito si chiude, andando a terra.
A seconda della fonte di alimentazione, la tensione nel circuito può essere costante o variabile. La batteria di celle fornisce una tensione costante e gli avvolgimenti di generatori o trasformatori forniscono una tensione alternata.
Componenti principali
Tutti i componenti di un circuito partecipano a un processo elettromagnetico. Sono convenzionalmente divisi in tre gruppi.
- Le fonti primarie di energia elettrica e segnali possono convertire l'energia non elettromagnetica in energia elettrica. Ad esempio, una cella galvanica, una batteria, un generatore elettromeccanico.
- Il tipo secondario, sia in ingresso che in uscita, ha energia elettrica. Cambiano solo i suoi parametri: tensione e corrente, la loro forma, grandezza e frequenza. Un esempio potrebbero essere raddrizzatori, inverter, trasformatori.
- I consumatori di energia attiva convertono la corrente elettrica in illuminazione o calore. Questi sono dispositivi elettrotermici, lampade, resistori, motori elettrici.
- I componenti ausiliari includono dispositivi di commutazione, dispositivi di misurazione, elementi di collegamento e un filo.
Il circuito di linea più semplice include una cella galvanica. Con l'aiuto di fili, una lampada a incandescenza è collegata ad essa tramite un interruttore. Per misurare la corrente e la tensione, sono inclusi un voltmetro e un amperometro.
Classificazione del circuito
I circuiti elettrici sono classificati in base al tipo di complessità: semplice (non ramificato) e complesso (ramificato). Esiste una divisione in circuiti CC e CA, nonché sinusoidali e non sinusoidali.In base alla natura degli elementi, sono lineari e non lineari. Le linee CA possono essere monofase e trifase.
Ramificato e non ramificato
La stessa corrente scorre in tutti gli elementi di un circuito non ramificato. La linea ramificata più semplice comprende tre rami e due nodi. Ogni ramo ha la sua corrente. Un ramo è definito come una sezione di una catena formata da elementi collegati in serie racchiusi tra due nodi. Un nodo è il punto in cui convergono tre rami.
Se un punto viene messo sul diagramma all'intersezione di due linee rette, c'è un collegamento elettrico delle due linee in questo punto. Se il nodo non è contrassegnato, la catena non è ramificata.
Lineare e non lineare
Un circuito elettrico in cui i consumatori non dipendono dal valore della tensione e dalla direzione delle correnti e tutti i componenti sono lineari, è chiamato lineare. Gli elementi di un tale circuito includono sorgenti dipendenti e indipendenti di correnti e tensioni. In lineare, la resistenza di un elemento non dipende dalla corrente, ad esempio un forno elettrico.
Negli elementi non lineari e passivi dipendono dai valori della direzione delle correnti e delle tensioni, hanno almeno un elemento non lineare. Ad esempio, la resistenza di una lampada a incandescenza è influenzata da picchi di tensione e picchi di corrente.
Denominazioni degli elementi nel diagramma
Ulteriori documenti sono allegati al disegno. Il loro elenco può essere indicato in ordine alfabetico con ordinamento digitale sul disegno stesso, oppure su un foglio separato. Sono classificati dieci tipi di circuiti; nell'ingegneria elettrica, vengono solitamente utilizzati tre circuiti principali.
- Funzionale ha dettagli minimi. Le funzioni principali dei nodi sono rappresentate da un rettangolo con designazioni di lettere.
- Il diagramma schematico mostra in dettaglio il design degli elementi utilizzati, nonché le loro connessioni e contatti. I parametri richiesti possono essere visualizzati direttamente sul diagramma o in un documento separato. Se viene indicata solo una parte dell'installazione, questo è un diagramma unifilare, quando sono indicati tutti gli elementi - completo.
- Nello schema elettrico vengono utilizzate le designazioni di riferimento degli elementi, la loro posizione, il metodo di installazione e la sequenza.
Per leggere i circuiti elettrici, è necessario conoscere i simboli grafici convenzionali. I fili che collegano gli elementi sono mostrati con linee. La linea continua è una designazione generale per il cablaggio. Sopra di esso possono essere indicati i dati sul metodo di posa, materiale, tensione, corrente. Per uno schema unifilare, un gruppo di conduttori è mostrato con una linea tratteggiata. All'inizio e alla fine, indicare la marcatura del filo e il luogo della sua connessione.
Le tacche verticali sulla linea del filo indicano il numero di fili. Se ce ne sono più di tre, viene eseguita la designazione digitale. La linea tratteggiata indica circuiti di controllo, una rete di sicurezza, evacuazione, illuminazione di emergenza.
L'interruttore nel diagramma ha l'aspetto di un cerchio con una linea inclinata a destra. Dal tipo e dal numero di trattini, vengono determinati i parametri del dispositivo.
Oltre ai disegni principali, ci sono circuiti equivalenti.
Circuiti elettrici trifase
Tra i circuiti elettrici, sono comuni sia i sistemi monofase che multifase. Ogni parte di un circuito polifase è caratterizzata dallo stesso valore di corrente ed è chiamata fase. L'ingegneria elettrica distingue tra due concetti di questo termine. Il primo è un componente diretto di un sistema trifase. Il secondo è un valore che cambia in modo sinusoidale.
Un circuito trifase è uno dei sistemi CA multifase, in cui agisce EMF sinusoidale (forza elettromotrice) della stessa frequenza, che vengono spostati nel tempo l'uno rispetto all'altro di un certo angolo di fase. È formato da avvolgimenti di un generatore trifase, tre ricevitori di potenza e cavi di collegamento.
Tali circuiti servono a garantire la generazione di energia elettrica, per la sua trasmissione, distribuzione e presenta i seguenti vantaggi:
- economicità della generazione e del trasporto di elettricità rispetto a un sistema monofase;
- semplice generazione di un campo magnetico, necessario per il funzionamento di un motore elettrico asincrono trifase;
- lo stesso gruppo elettrogeno produce due tensioni di esercizio: linea e fase.
Il sistema trifase è vantaggioso per la trasmissione di elettricità su lunghe distanze. Inoltre, il consumo di materiali è molto inferiore a quello di quelli monofase. I principali consumatori sono trasformatori, motori elettrici asincroni, convertitori, forni a induzione, potenti centrali elettriche e di riscaldamento. Tra i dispositivi monofase a bassa potenza, si possono notare utensili elettrici, lampade ad incandescenza, elettrodomestici, alimentatori.
Il circuito trifase si distingue per un significativo equilibrio del sistema. I metodi per collegare le fasi hanno ricevuto la struttura "stella" e "triangolo". Di solito, le fasi della generazione di macchine elettriche sono collegate da una "stella" e le fasi dei consumatori sono collegate da una "stella" e un "triangolo".
Le leggi in vigore nei circuiti elettrici
- Legge di Ohm per una sezione rettilinea di un circuito, che determina il rapporto tra la forza elettromotrice, la tensione della sorgente con la corrente che scorre nel conduttore e la resistenza del conduttore stesso.
- Per trovare tutte le correnti e le tensioni, usa le regole di Kirchhoff, che operano tra correnti e tensioni di qualsiasi parte del circuito elettrico.
- La legge di Joule – Lenz quantifica l'effetto termico di una corrente elettrica.
Nei circuiti a corrente continua, la direzione di azione della forza elettromotrice è indicata dal potenziale negativo a quello positivo. La direzione è assunta come movimento di cariche positive. In questo caso, la freccia è diretta da un potenziale più alto a uno più basso. La tensione è sempre diretta nella stessa direzione della corrente.
Nei circuiti EMF sinusoidali, la tensione e la corrente sono indicate usando un semiciclo della corrente, mentre non cambia direzione. Per sottolineare la differenza di potenziale, sono indicati dai segni "+" e "-".
Come vengono calcolati i circuiti elettrici?
- un metodo basato sulla legge di Ohm e sulle regole di Kirchhoff;
- metodo per determinare le correnti di anello;
- ricezione di trasformazioni equivalenti;
- metodo per misurare la resistenza dei conduttori di protezione;
- calcolo dei potenziali nodali;
- identico metodo del generatore e altri.
La base per calcolare un semplice circuito elettrico secondo la legge di Ohm è la determinazione dell'intensità di corrente in una sezione separata con una resistenza nota dei conduttori e una data tensione.
In base alla condizione del problema, sono note le resistenze dei resistori R1, R2, R3, R4, R5, R6 collegati al circuito (senza tener conto della resistenza dell'amperometro). È necessario calcolare l'intensità delle correnti J1, J2… J6.
Ci sono tre sezioni consecutive sul diagramma. Inoltre, il secondo e il terzo hanno ramificazioni. Le resistenze di queste sezioni saranno indicate come R1, R ', R ". Quindi la resistenza totale è uguale alla somma delle resistenze:
R = R1 + R '+ R "dove
R ' - resistenza totale dei resistori collegati in parallelo R2, R3, R4.
R " - resistenza totale dei resistori R5 e R6.
Usando la legge della connessione in parallelo, calcoliamo la resistenza R' e R".
1 / R '= 1 / R2 + 1 / R3 + 1 / R4
1 / R "= 1 / R5 + 1 / R6
Per determinare l'intensità di corrente in un circuito non ramificato, conoscendo la resistenza totale a una data tensione, è possibile utilizzare la seguente formula:
io = U / R, poi io = I1
Per calcolare l'intensità di corrente nei singoli rami, è necessario determinare la tensione sulle sezioni dei circuiti seriali secondo la legge di Ohm:
U1 = IR1; U2 = IR '; U3 = IR ";
Conoscendo la tensione di sezioni specifiche, è possibile calcolare l'intensità di corrente sui singoli rami:
I2 = U2/R2; I3 = U2/R3; I4 = U2/R4; I5 = U3/R5; I6 = U3 / R6
A volte è necessario scoprire la resistenza delle sezioni in base ai parametri noti di tensione, intensità di corrente, resistenza di altre sezioni o eseguire un calcolo della tensione utilizzando i dati di resistenza disponibili e l'intensità di corrente.
La parte principale dei metodi è volta a semplificare i calcoli. Ciò si ottiene adattando i sistemi di equazioni o il circuito stesso. Il calcolo dei circuiti elettrici viene eseguito in vari modi, a seconda della classe della loro complessità.
