Ao arranjar um novo apartamento ou casa, renovar ou renovar a habitação, tem-se que lidar com elementos projetados para o fluxo de corrente elétrica. É importante saber o que é um circuito elétrico, em que consiste, por que um circuito é necessário e quais cálculos precisam ser realizados.
O que são circuitos elétricos
Um circuito elétrico é um complexo de diferentes elementos interconectados. Ele é projetado para o fluxo de corrente elétrica, onde ocorrem transientes. O movimento dos elétrons é fornecido pela presença de uma diferença de potencial e pode ser descrito usando termos como voltagem e corrente.
O circuito interno é fornecido conectando a tensão como uma fonte de alimentação. O resto dos elementos formam uma rede externa. Para o movimento de cargas na fonte de energia do campo, uma força externa será necessária. Pode ser o enrolamento de um gerador, um transformador ou uma fonte galvânica.
Para que tal sistema funcione corretamente, seu circuito deve ser fechado, caso contrário, a corrente não fluirá. Este é um pré-requisito para a operação coordenada de todos os dispositivos. Nem todo circuito pode ser um circuito elétrico. Por exemplo, linhas de aterramento ou proteção não são assim porque nenhuma corrente flui por elas normalmente. Eles podem ser chamados de elétricos pelo princípio de ação. Em uma emergência, a corrente passa por eles e o circuito fecha, indo para o solo.
Dependendo da fonte de alimentação, a tensão no circuito pode ser constante ou variável. A bateria de células fornece tensão constante, e os enrolamentos de geradores ou transformadores - alternados.
Componentes principais
Todos os componentes de um circuito participam de um processo eletromagnético. Eles são convencionalmente divididos em três grupos.
- Fontes primárias de energia elétrica e sinais podem converter energia não eletromagnética em energia elétrica. Por exemplo, uma célula galvânica, bateria, gerador eletromecânico.
- O tipo secundário, tanto na entrada quanto na saída, possui energia elétrica. Apenas seus parâmetros mudam - tensão e corrente, sua forma, magnitude e frequência. Um exemplo seria retificadores, inversores, transformadores.
- Os consumidores de energia ativa convertem a corrente elétrica em iluminação ou calor. São dispositivos eletrotérmicos, lâmpadas, resistores, motores elétricos.
- Os componentes auxiliares incluem dispositivos de comutação, dispositivos de medição, elementos de conexão e um fio.
O circuito de linha mais simples inclui uma célula galvânica. Com a ajuda de fios, uma lâmpada incandescente é conectada a ele por meio de um interruptor. Para medir a corrente e a tensão, um voltímetro e um amperímetro estão incluídos nele.
Classificação de circuito
Os circuitos elétricos são classificados de acordo com o tipo de complexidade: simples (não ramificado) e complexo (ramificado). Há uma divisão em circuitos CC e CA, bem como senoidal e não senoidal.Com base na natureza dos elementos, eles são lineares e não lineares. As linhas CA podem ser monofásicas e trifásicas.
Ramificado e não ramificado
A mesma corrente flui em todos os elementos de um circuito não ramificado. A linha ramificada mais simples inclui três ramificações e dois nós. Cada filial tem sua própria corrente. Um ramo é definido como uma seção de uma cadeia que é formada por elementos conectados em série encerrados entre dois nós. Um nó é o ponto no qual três ramos convergem.
Se um ponto é colocado no diagrama na interseção de duas linhas retas, há uma conexão elétrica das duas linhas neste lugar. Se o nó não estiver marcado, a cadeia não é ramificada.
Linear e não linear
Um circuito elétrico no qual os consumidores não dependem do valor da tensão e da direção das correntes, e todos os componentes são lineares, é denominado linear. Os elementos de tal circuito incluem fontes dependentes e independentes de correntes e tensões. No linear, a resistência de um elemento não depende da corrente, por exemplo, um forno elétrico.
Nos não lineares, os elementos passivos dependem dos valores da direção das correntes e tensões, possuem pelo menos um elemento não linear. Por exemplo, a resistência de uma lâmpada incandescente é afetada por picos de tensão e corrente.
Designações de elementos no diagrama
Documentos adicionais estão anexados ao desenho. Sua lista pode ser indicada em ordem alfabética com ordenação digital no próprio desenho ou em folha separada. Dez tipos de circuitos são classificados; na engenharia elétrica, três circuitos principais são normalmente usados.
- Funcional tem detalhes mínimos. As principais funções dos nós são representadas por um retângulo com designações de letras.
- O diagrama esquemático mostra em detalhes o desenho dos elementos utilizados, bem como suas conexões e contatos. Os parâmetros necessários podem ser exibidos diretamente no diagrama ou em um documento separado. Se apenas parte da instalação é indicada, este é um diagrama unifilar, quando todos os elementos são indicados - completo.
- No diagrama de fiação, são utilizadas as designações de referência dos elementos, sua localização, método de instalação e sequência.
Para ler circuitos elétricos, você precisa conhecer os símbolos gráficos convencionais. Os fios que conectam os elementos são mostrados com linhas. A linha sólida é uma designação geral para a fiação. Acima podem ser indicados dados sobre o método de assentamento, material, tensão, corrente. Para um diagrama unifilar, um grupo de condutores é mostrado com uma linha tracejada. No início e no final, indique a marcação do fio e o local de sua ligação.
Os entalhes verticais no fio indicam o número de fios. Se houver mais de três deles, a designação digital é realizada. A linha tracejada indica circuitos de controle, uma rede de segurança, evacuação, iluminação de emergência.
A chave no diagrama parece um círculo com uma linha inclinada para a direita. Pelo tipo e número de traços, os parâmetros do dispositivo são determinados.
Além dos desenhos principais, existem circuitos equivalentes.
Circuitos elétricos trifásicos
Entre os circuitos elétricos, tanto os sistemas monofásicos quanto os multifásicos são comuns. Cada parte de um circuito polifásico é caracterizada pelo mesmo valor de corrente e é chamada de fase. A engenharia elétrica distingue dois conceitos deste termo. O primeiro é um componente direto de um sistema trifásico. O segundo é um valor que muda sinusoidalmente.
Um circuito trifásico é um dos sistemas CA multifásicos, onde atua EMF (força eletromotriz) sinusoidal de mesma frequência, que são deslocados no tempo entre si por um certo ângulo de fase. É formado por enrolamentos de um gerador trifásico, três receptores de potência e fios de conexão.
Tais circuitos servem para garantir a geração de energia elétrica, para sua transmissão, distribuição e apresentam as seguintes vantagens:
- relação custo-benefício da geração e transporte de eletricidade em comparação com um sistema monofásico;
- geração simples de um campo magnético, necessário ao funcionamento de um motor elétrico assíncrono trifásico;
- o mesmo grupo gerador produz duas tensões operacionais - linha e fase.
O sistema trifásico é benéfico ao transmitir eletricidade por longas distâncias. Além disso, o consumo de materiais é muito inferior ao dos monofásicos. Os principais consumidores são transformadores, motores elétricos assíncronos, conversores, fornos de indução, calefação potente e usinas de energia. Entre os dispositivos monofásicos de baixa potência, podem-se observar ferramentas elétricas, lâmpadas incandescentes, eletrodomésticos, fontes de alimentação.
O circuito trifásico se distingue por um equilíbrio significativo do sistema. Os métodos de conexão das fases receberam a estrutura "estrela" e "triângulo". Normalmente, as fases de geração de máquinas elétricas são conectadas por uma "estrela", e as fases dos consumidores são conectadas por uma "estrela" e um "triângulo".
As leis em vigor em circuitos elétricos
- Lei de Ohm para uma seção reta de um circuito, que determina a relação entre a força eletromotriz, a tensão da fonte com a corrente que flui no condutor e a resistência do próprio condutor.
- Para encontrar todas as correntes e tensões, são utilizadas as regras de Kirchhoff, que operam entre as correntes e tensões de qualquer parte do circuito elétrico.
- A lei de Joule-Lenz quantifica o efeito térmico de uma corrente elétrica.
Em circuitos de corrente contínua, a direção de ação da força eletromotriz é indicada do potencial negativo para o positivo. A direção é tomada como o movimento de cargas positivas. Nesse caso, a flecha é direcionada de um potencial superior para um inferior. A tensão é sempre direcionada na mesma direção da corrente.
Em circuitos EMF senoidais, a tensão e a corrente são denotadas usando um meio-ciclo da corrente, enquanto ela não muda sua direção. Para enfatizar a diferença de potenciais, eles são indicados pelos sinais "+" e "-".
Como os circuitos elétricos são calculados
- um método baseado na lei de Ohm e nas regras de Kirchhoff;
- método para determinar correntes de loop;
- recepção de transformações equivalentes;
- método para medir a resistência dos condutores de proteção;
- cálculo de potenciais nodais;
- método gerador idêntico, e outros.
A base para o cálculo de um circuito elétrico simples de acordo com a lei de Ohm é a determinação da intensidade da corrente em uma seção separada com uma resistência conhecida dos condutores e uma dada tensão.
De acordo com a condição do problema, são conhecidas as resistências dos resistores R1, R2, R3, R4, R5, R6 conectados ao circuito (sem levar em consideração a resistência do amperímetro). É necessário calcular a força das correntes J1, J2… J6.
Existem três seções consecutivas no diagrama. Além disso, o segundo e o terceiro têm ramificações. As resistências dessas seções serão denotadas como R1, R ', R ". Então, a resistência total é igual à soma das resistências:
R = R1 + R '+ R "Onde
R ' - resistência total dos resistores conectados em paralelo R2, R3, R4.
R " - resistência total dos resistores R5 e R6.
Usando a lei da conexão paralela, calculamos a resistência R 'e R ".
1 / R '= 1 / R2 + 1 / R3 + 1 / R4
1 / R "= 1 / R5 + 1 / R6
Para determinar a intensidade da corrente em um circuito não ramificado, conhecendo a resistência total a uma determinada tensão, você pode usar a seguinte fórmula:
I = U / R, então I = I1
Para calcular a intensidade da corrente em ramos individuais, você precisa determinar a tensão nas seções dos circuitos seriais de acordo com a lei de Ohm:
U1 = IR1; U2 = IR '; U3 = IR ";
Conhecendo a tensão de seções específicas, você pode calcular a intensidade da corrente em ramos individuais:
I2 = U2 / R2; I3 = U2 / R3; I4 = U2 / R4; I5 = U3 / R5; I6 = U3 / R6
Às vezes é necessário descobrir a resistência das seções pelos parâmetros conhecidos de tensão, intensidade da corrente, resistência de outras seções, ou fazer um cálculo de tensão usando os dados de resistência disponíveis e intensidade da corrente.
A parte principal dos métodos visa simplificar os cálculos. Isso é conseguido adaptando os sistemas de equações ou o próprio circuito. O cálculo dos circuitos elétricos é realizado de várias maneiras, dependendo da classe de sua complexidade.
