כאשר מסדרים דירה או בית חדש, משפצים או משפצים דיור, יש להתמודד עם אלמנטים המיועדים לזרימת זרם חשמלי. חשוב לדעת מהו מעגל חשמלי, ממה הוא מורכב, מדוע יש צורך במעגל ואילו חישובים יש לבצע.
מהם מעגלים חשמליים
מעגל חשמלי הוא קומפלקס של אלמנטים שונים המחוברים ביניהם. הוא מיועד לזרימת זרם חשמלי, שבו מתרחשים ארעיים. תנועת האלקטרונים מסופקת על ידי נוכחות של הבדל פוטנציאלי וניתנת לתיאור באמצעות מונחים כמו מתח וזרם.
המעגל הפנימי מסופק על ידי חיבור המתח כמקור חשמל. שאר האלמנטים יוצרים רשת חיצונית. לתנועת מטענים במקור הכוח של השדה, יידרש כוח חיצוני. זה יכול להיות סלילה של גנרטור, שנאי או מקור גלווני.
כדי שמערכת כזו תפעל כהלכה, המעגל שלה חייב להיות סגור, אחרת הזרם לא יזרום. זהו תנאי מוקדם להפעלה מתואמת של כל המכשירים. לא כל מעגל יכול להיות מעגל חשמלי. לדוגמא, קווי הארקה או הגנה אינם כאלה מכיוון שזרם לא זורם דרכם כרגיל. הם יכולים להיקרא חשמל על ידי עקרון הפעולה. במקרה חירום עובר בהם זרם והמעגל נסגר ונכנס לקרקע.
בהתאם למקור החשמל, המתח במעגל יכול להיות קבוע או משתנה. סוללת התאים מספקת מתח קבוע, ופיתולי הגנרטורים או השנאים - לסירוגין.
רכיבים עיקריים
כל הרכיבים במעגל משתתפים בתהליך אלקטרומגנטי אחד. הם מחולקים באופן קבוע לשלוש קבוצות.
- מקורות אנרגיה חשמליים ואותות ראשוניים יכולים להמיר אנרגיה שאינה אלקטרומגנטית לאנרגיה חשמלית. לדוגמא, תא גלווני, סוללה, גנרטור אלקטרומכני.
- לסוג המשני, הן בכניסה והן ביציאה, יש אנרגיה חשמלית. רק הפרמטרים שלו משתנים - מתח וזרם, צורתם, עוצמתם ותדירותם. דוגמה תהיה מיישרים, ממירים, שנאים.
- צרכני אנרגיה פעילה ממירים זרם חשמלי לתאורה או לחום. מדובר במכשירים אלקטרו-תרמיים, מנורות, נגדים, מנועים חשמליים.
- הרכיבים הנלווים כוללים התקני מיתוג, מכשירי מדידה, מחברים וחוטים.
מעגל הקווים הפשוט ביותר כולל תא גלווני. בעזרת חוטים מחוברת אליו מנורת ליבון באמצעות מתג. למדידת הזרם והמתח כלולים בו מד מתח ומד זרם.
סיווג מעגלים
מעגלים חשמליים מסווגים לפי סוג המורכבות: פשוט (לא מסועף) ומורכב (מסועף). יש חלוקה למעגלי DC ו- AC, כמו גם סינוסי ולא סינוסי.בהתבסס על אופי היסודות הם לינאריים ולא ליניאריים. קווי AC יכולים להיות חד פאזיים ותלת פאזיים.
מסועף ולא מסועף
אותו זרם זורם בכל האלמנטים של מעגל לא מסועף. הקו המסועף הפשוט ביותר כולל שלושה ענפים ושני צמתים. לכל ענף יש זרם משלו. ענף מוגדר כקטע של שרשרת שנוצר על ידי אלמנטים המחוברים לסדרה הסגורים בין שני צמתים. צומת הוא הנקודה בה שלושה ענפים מתכנסים.
אם מציבים נקודה בתרשים בצומת של שני קווים ישרים, יש חיבור חשמלי של שני הקווים במקום זה. אם הצומת אינו מסומן, השרשרת אינה מסועפת.
לינארי ולא לינארי
מעגל חשמלי בו הצרכנים אינם תלויים בערך המתח ובכיוון הזרמים, וכל הרכיבים הם ליניאריים, נקרא ליניארי. האלמנטים במעגל כזה כוללים מקורות זרמים ומתחים תלויים ועצמאיים. באופן לינארי, ההתנגדות של אלמנט אינה תלויה בזרם, למשל, בתנור חשמלי.
בלא ליניארי, אלמנטים פסיביים תלויים בערכי כיוון הזרמים והמתחים, יש בהם לפחות אלמנט אחד לא ליניארי. לדוגמא, ההתנגדות של מנורת ליבון מושפעת מעליית מתח ועוצמה.
ייעודי אלמנטים בתרשים
מסמכים נוספים מצורפים לציור. ניתן לציין את הרשימה בסדר אלפביתי עם מיון דיגיטלי על הציור עצמו, או על גיליון נפרד. עשרה סוגים של מעגלים מסווגים; בהנדסת חשמל משתמשים בדרך כלל בשלושה מעגלים עיקריים.
- לפונקציונלי יש פרט מינימלי. הפונקציות העיקריות של הצמתים מתוארות על ידי מלבן עם ייעודי אותיות.
- התרשים הסכימטי מראה בפירוט את תכנון האלמנטים המשמשים, כמו גם את חיבוריהם ומגעיהם. ניתן להציג את הפרמטרים הנדרשים ישירות בתרשים או במסמך נפרד. אם רק חלק מההתקנה מצוין, זו תרשים של שורה אחת, כאשר כל האלמנטים מסומנים - הושלמו.
- בתרשים החיווט נעשה שימוש בכיווני הייחוס של האלמנטים, מיקומם, שיטת ההתקנה ורצףם.
כדי לקרוא מעגלים חשמליים, עליך להכיר את הסמלים הגרפיים המקובלים. החוטים המחברים את האלמנטים מוצגים בקווים. הקו המוצק הוא ייעוד כללי לחיווט. מעליו ניתן לציין נתונים על שיטת הנחת, חומר, מתח, זרם. לתרשים קו בודד, קבוצת מוליכים מוצגת עם קו מקווקו. בתחילת הדרך ובסיומה ציינו את סימון החוט ואת מקום חיבורו.
חריצים אנכיים בקו החוט מציינים את מספר החוטים. אם יש יותר משלושה מהם, מתבצע ייעוד דיגיטלי. הקו המקווקו מציין מעגלי בקרה, רשת אבטחה, פינוי, תאורת חירום.
המתג בתרשים נראה כמו עיגול עם קו מוטה ימינה. לפי סוג ומספר המקפים נקבעים הפרמטרים של המכשיר.
בנוסף לשרטוטים העיקריים, ישנם מעגלים מקבילים.
מעגלים חשמליים תלת פאזיים
בקרב מעגלים חשמליים נפוצות הן מערכות חד פאזיות והן מערכות רב-פאזיות. כל חלק במעגל פוליפאזי מאופיין באותו ערך זרם ומכונה פאזה. הנדסת חשמל מבדילה בין שני מושגים במונח זה. הראשון הוא רכיב ישיר של מערכת תלת פאזית. השני הוא ערך המשתנה בסינוסואיד.
מעגל תלת פאזי הוא אחת ממערכות ה- AC הרב-שלביות, בהן פועל EMF סינוסי (כוח אלקטרו-מנוע) של אותו תדר, אשר מועברים בזמן ביחס זה לזה בזווית פאזה מסוימת. הוא נוצר על ידי פיתולים של גנרטור תלת פאזי, שלושה מקבלי חשמל וחוטי חיבור.
מעגלים כאלה משמשים להבטחת ייצור האנרגיה החשמלית, להעברה, להפצה, ויש להם את היתרונות הבאים:
- חסכוניות של ייצור והובלת חשמל בהשוואה למערכת חד פאזית;
- ייצור פשוט של שדה מגנטי, הדרוש להפעלת מנוע חשמלי אסינכרוני תלת פאזי;
- אותה ערכת גנרטור מייצרת שני מתח הפעלה - קו ושלב.
מערכת תלת פאזית מועילה כאשר מעבירים חשמל למרחקים ארוכים. בנוסף, צריכת החומרים נמוכה בהרבה מזו של חומרים חד פאזיים. הצרכנים העיקריים הם שנאים, מנועים חשמליים אסינכרוניים, ממירים, תנורי אינדוקציה, חימום חזק ותחנות כוח. בין מכשירים חשמליים חד פאזיים חד-פאזיים ניתן לציין כלי חשמל, מנורות ליבון, מכשירי חשמל ביתיים, ספקי כוח.
המעגל התלת פאזי מובחן באיזון משמעותי של המערכת. השיטות לחיבור השלבים קיבלו את המבנה "כוכב" ו"משולש ". בדרך כלל, שלבי ייצור המכונות החשמליות מחוברים באמצעות "כוכב", ושלבי הצרכנים מחוברים באמצעות "כוכב" ו"משולש ".
החוקים בתוקף במעגלים חשמליים
- החוק של אוהם עבור קטע ישר של מעגל, הקובע את הקשר בין הכוח האלקטרו-מנועי, מתח המקור לזרם הזורם במוליך והתנגדות המוליך עצמו.
- כדי למצוא את כל הזרמים והמתחים, משתמשים בכללי קירכהוף, הפועלים בין זרמים ומתחים של כל חלק במעגל החשמלי.
- חוק הג'ול - לנץ מכמת את ההשפעה התרמית של זרם חשמלי.
במעגלים של זרם ישר, כיוון הפעולה של הכוח האלקטרומטיבי מצוין מפוטנציאל שלילי לחיובי. הכיוון נלקח כתנועה של מטענים חיוביים. במקרה זה, החץ מופנה מפוטנציאל גבוה יותר לנמוך יותר. המתח מכוון תמיד לאותו כיוון כמו הזרם.
במעגלי EMF סינוסים, מתח וזרם מסומנים באמצעות חצי מחזור של הזרם, בעוד שהוא אינו משנה את כיוונו. כדי להדגיש את ההבדל בפוטנציאלים, הם מסומנים בסימנים "+" ו- "-".
כיצד מחשבים מעגלים חשמליים
- שיטה המבוססת על חוק אוהם וכללי קירכהוף;
- שיטה לקביעת זרמי לולאה;
- קבלת טרנספורמציות שוות ערך;
- שיטה למדידת התנגדות מוליכי מגן;
- חישוב פוטנציאל הצמתים;
- שיטת גנרטור זהה, ואחרות.
הבסיס לחישוב מעגל חשמלי פשוט על פי חוק אוהם הוא קביעת חוזק הזרם בקטע נפרד עם התנגדות ידועה של המוליכים ומתח נתון.
על פי מצב הבעיה ידועים ההתנגדות של הנגדים R1, R2, R3, R4, R5, R6 המחוברים למעגל (מבלי לקחת בחשבון את התנגדות המד זרם). יש צורך לחשב את חוזק הזרמים J1, J2 ... J6.
ישנם שלושה חלקים רצופים בתרשים. יתר על כן, לשני והשלישי השלכות. ההתנגדויות של חלקים אלה יסומנו כ- R1, R ', R ". ואז ההתנגדות הכוללת שווה לסכום ההתנגדויות:
R = R1 + R '+ R "איפה
ר ' - התנגדות מוחלטת של נגדים מחוברים מקבילים R2, R3, R4.
R " - התנגדות מוחלטת של נגדים R5 ו- R6.
באמצעות חוק החיבור המקביל, אנו מחשבים את ההתנגדות ר 'ור' ".
1 / R '= 1 / R2 + 1 / R3 + 1 / R4
1 / R "= 1 / R5 + 1 / R6
כדי לקבוע את חוזק הזרם במעגל לא מסועף, לדעת את ההתנגדות הכוללת במתח מסוים, אתה יכול להשתמש בנוסחה הבאה:
אני = U / R, לאחר מכן אני = I1
כדי לחשב את חוזק הזרם בענפים בודדים, עליך לקבוע את המתח בקטעי המעגלים הטוריים על פי חוק אוהם:
U1 = IR1; U2 = IR '; U3 = IR ";
לדעת את המתח של חלקים ספציפיים, אתה יכול לחשב את חוזק הזרם בענפים בודדים:
I2 = U2 / R2; I3 = U2 / R3; I4 = U2 / R4; I5 = U3 / R5; I6 = U3 / R6
לפעמים יש צורך לברר את התנגדות החלקים לפי הפרמטרים הידועים של מתח, חוזק זרם, התנגדות של חלקים אחרים, או לבצע חישוב מתח באמצעות נתוני ההתנגדות הזמינים ועוצמת הזרם.
החלק העיקרי של השיטות מכוון לפשט את החישובים. זה מושג על ידי התאמת מערכות המשוואות, או המעגל עצמו. חישוב המעגלים החשמליים מתבצע בדרכים שונות, תלוי בסוג המורכבות שלהם.
