แนวคิดของวงจรไฟฟ้าและส่วนประกอบ

ในการจัดอพาร์ทเมนต์หรือบ้านใหม่ การปรับปรุงหรือปรับปรุงที่อยู่อาศัย เราต้องจัดการกับองค์ประกอบที่ออกแบบมาสำหรับการไหลของกระแสไฟฟ้า สิ่งสำคัญคือต้องรู้ว่าวงจรไฟฟ้าคืออะไร ประกอบด้วยอะไร เหตุใดจึงต้องมีวงจร และต้องทำการคำนวณอะไรบ้าง

วงจรไฟฟ้าคืออะไร

วงจรไฟฟ้าเป็นองค์ประกอบที่ซับซ้อนขององค์ประกอบต่าง ๆ ที่เชื่อมต่อถึงกัน มันถูกออกแบบมาสำหรับการไหลของกระแสไฟฟ้าที่เกิดชั่วคราว การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนเกิดจากความต่างศักย์และสามารถอธิบายได้โดยใช้คำต่างๆ เช่น แรงดันและกระแส

วงจรภายในมีให้โดยการเชื่อมต่อแรงดันไฟฟ้าเป็นแหล่งพลังงาน องค์ประกอบที่เหลือสร้างเครือข่ายภายนอก สำหรับการเคลื่อนที่ของประจุในแหล่งพลังงานของสนามจะต้องใช้แรงภายนอก นี่อาจเป็นขดลวดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า หม้อแปลงไฟฟ้า หรือแหล่งไฟฟ้ากระแสสลับ

เพื่อให้ระบบทำงานได้อย่างถูกต้องจะต้องปิดวงจรมิฉะนั้นกระแสจะไม่ไหล นี่เป็นข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการทำงานประสานกันของอุปกรณ์ทั้งหมด ไม่ใช่ทุกวงจรที่สามารถเป็นวงจรไฟฟ้าได้ ตัวอย่างเช่น สายกราวด์หรือสายป้องกันไม่เป็นเช่นนั้นเนื่องจากไม่มีกระแสไหลผ่านตามปกติ พวกเขาสามารถเรียกได้ว่าเป็นไฟฟ้าโดยหลักการของการกระทำ ในกรณีฉุกเฉิน กระแสไหลผ่าน และวงจรปิดลงสู่พื้น

แรงดันไฟฟ้าในวงจรสามารถคงที่หรือแปรผันได้ขึ้นอยู่กับแหล่งพลังงาน แบตเตอรี่ของเซลล์ให้แรงดันไฟฟ้าคงที่ และขดลวดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือหม้อแปลงไฟฟ้าจะให้แรงดันไฟสลับ

องค์ประกอบหลัก

ส่วนประกอบทั้งหมดในวงจรมีส่วนร่วมในกระบวนการแม่เหล็กไฟฟ้าเดียว พวกเขาจะแบ่งออกเป็นสามกลุ่มตามอัตภาพ

• แหล่งพลังงานไฟฟ้าและสัญญาณเบื้องต้นสามารถแปลงพลังงานที่ไม่ใช่พลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นพลังงานไฟฟ้าได้ ตัวอย่างเช่น เซลล์ไฟฟ้า, แบตเตอรี่, เครื่องกำเนิดไฟฟ้า
• ประเภททุติยภูมิทั้งที่อินพุตและเอาต์พุตมีพลังงานไฟฟ้า มีเพียงพารามิเตอร์เท่านั้นที่เปลี่ยนแปลง - แรงดันและกระแส, รูปร่าง, ขนาดและความถี่ ตัวอย่างจะเป็นวงจรเรียงกระแส อินเวอร์เตอร์ หม้อแปลงไฟฟ้า
• ผู้ใช้พลังงานที่ใช้งานแปลงกระแสไฟฟ้าเป็นแสงหรือความร้อน เหล่านี้คืออุปกรณ์อิเล็กโทรเทอร์มอล, โคมไฟ, ตัวต้านทาน, มอเตอร์ไฟฟ้า
• ส่วนประกอบเสริม ได้แก่ อุปกรณ์สวิตชิ่ง อุปกรณ์วัด ส่วนประกอบเชื่อมต่อ และสายไฟ

พื้นฐานของเครือข่ายไฟฟ้าคือแผนภาพ นี่คือภาพวาดกราฟิกที่มีภาพทั่วไปและการกำหนดองค์ประกอบและการเชื่อมต่อ ดำเนินการตาม GOST 2.721-74 - 2.758-81

วงจรสายที่ง่ายที่สุดประกอบด้วยเซลล์กัลวานิก ด้วยความช่วยเหลือของสายไฟหลอดไส้จะเชื่อมต่อกับมันผ่านสวิตช์ ในการวัดกระแสและแรงดันไฟจะรวมโวลต์มิเตอร์และแอมมิเตอร์

การจำแนกวงจร

วงจรไฟฟ้าแบ่งตามประเภทของความซับซ้อน: ง่าย (ไม่แยกย่อย) และซับซ้อน (แตกแขนง) มีการแบ่งออกเป็นวงจร DC และ AC เช่นเดียวกับไซน์และไม่ใช่ไซน์ตามธรรมชาติขององค์ประกอบ พวกมันเป็นแบบเชิงเส้นและไม่เชิงเส้น สายไฟฟ้ากระแสสลับสามารถเป็นเฟสเดียวและสามเฟส

แตกแขนงและไม่แตกแขนง

กระแสเดียวกันไหลในองค์ประกอบทั้งหมดของวงจรที่ไม่แยกย่อย สายแยกที่ง่ายที่สุดประกอบด้วยสามสาขาและสองโหนด แต่ละสาขามีกระแสของตัวเอง สาขาถูกกำหนดให้เป็นส่วนของสายโซ่ที่เกิดขึ้นจากองค์ประกอบที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมซึ่งอยู่ระหว่างสองโหนด โหนดคือจุดที่สามสาขามาบรรจบกัน

หากวางจุดบนไดอะแกรมที่จุดตัดของเส้นตรงสองเส้น แสดงว่ามีการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าของทั้งสองเส้นตรงที่นี้ หากไม่ได้ทำเครื่องหมายโหนด ห่วงโซ่จะไม่แตกแขนง

เชิงเส้นและไม่เชิงเส้น

วงจรไฟฟ้าที่ผู้บริโภคไม่ได้ขึ้นอยู่กับค่าแรงดันและทิศทางของกระแส และส่วนประกอบทั้งหมดเป็นแบบเส้นตรงเรียกว่าเส้นตรง องค์ประกอบของวงจรดังกล่าวรวมถึงแหล่งกระแสและแรงดันไฟฟ้าที่ขึ้นต่อกันและเป็นอิสระ ในทางเชิงเส้น ความต้านทานขององค์ประกอบไม่ได้ขึ้นอยู่กับกระแส เช่น เตาไฟฟ้า

ในองค์ประกอบที่ไม่เชิงเส้นองค์ประกอบแบบพาสซีฟขึ้นอยู่กับค่าของทิศทางของกระแสและแรงดัน มีองค์ประกอบที่ไม่เชิงเส้นอย่างน้อยหนึ่งองค์ประกอบ ตัวอย่างเช่น ความต้านทานของหลอดไส้ได้รับผลกระทบจากแรงดันไฟกระชากและไฟกระชาก

การกำหนดองค์ประกอบในแผนภาพ

ก่อนดำเนินการติดตั้งอุปกรณ์จำเป็นต้องศึกษาเอกสารประกอบการกำกับดูแล แบบแผนช่วยให้คุณสามารถถ่ายทอดคุณลักษณะทั้งหมดของผลิตภัณฑ์ให้กับผู้ใช้โดยใช้ตัวอักษรและการกำหนดกราฟิกที่ป้อนในการลงทะเบียนแบบรวมของเอกสารการออกแบบ

เอกสารเพิ่มเติมแนบมากับภาพวาด รายการของพวกเขาสามารถระบุตามลำดับตัวอักษรด้วยการเรียงลำดับดิจิทัลบนภาพวาดหรือบนแผ่นงานแยกต่างหาก วงจรแบ่งได้ 10 ประเภท ในทางวิศวกรรมไฟฟ้า มักใช้วงจรหลัก 3 วงจร

• การทำงานมีรายละเอียดน้อยที่สุด หน้าที่หลักของโหนดจะแสดงด้วยรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าที่มีการกำหนดตัวอักษร
• แผนผังแสดงรายละเอียดการออกแบบองค์ประกอบที่ใช้ ตลอดจนการเชื่อมต่อและการติดต่อ พารามิเตอร์ที่ต้องการสามารถแสดงได้โดยตรงบนไดอะแกรมหรือในเอกสารแยกต่างหาก หากระบุเพียงส่วนหนึ่งของการติดตั้ง นี่คือไดอะแกรมบรรทัดเดียวเมื่อองค์ประกอบทั้งหมดถูกระบุ - เสร็จสมบูรณ์
• ในแผนภาพการเดินสายจะใช้การกำหนดอ้างอิงขององค์ประกอบ ตำแหน่ง วิธีการติดตั้ง และลำดับ

หากต้องการอ่านวงจรไฟฟ้า คุณจำเป็นต้องรู้สัญลักษณ์กราฟิกทั่วไป สายไฟที่เชื่อมต่อองค์ประกอบจะแสดงด้วยเส้น เส้นทึบเป็นการกำหนดทั่วไปสำหรับการเดินสาย ด้านบนสามารถระบุข้อมูลเกี่ยวกับวิธีการวาง, วัสดุ, แรงดัน, กระแส สำหรับไดอะแกรมเส้นเดียว กลุ่มของตัวนำจะแสดงด้วยเส้นประ ที่จุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุด ให้ระบุเครื่องหมายของสายไฟและตำแหน่งของการเชื่อมต่อ

รอยบากแนวตั้งบนเส้นลวดระบุจำนวนสาย หากมีมากกว่าสามรายการ การกำหนดแบบดิจิทัลจะดำเนินการ เส้นประหมายถึงวงจรควบคุม เครือข่ายการรักษาความปลอดภัย การอพยพ ไฟฉุกเฉิน

สวิตช์ในแผนภาพดูเหมือนวงกลมที่มีเส้นเอียงไปทางขวา ตามประเภทและจำนวนขีดคั่น พารามิเตอร์ของอุปกรณ์จะถูกกำหนด

นอกจากภาพวาดหลักแล้ว ยังมีวงจรที่เทียบเท่ากันอีกด้วย

วงจรไฟฟ้าสามเฟส

ในบรรดาวงจรไฟฟ้าทั้งระบบเฟสเดียวและหลายเฟสเป็นเรื่องธรรมดา แต่ละส่วนของวงจรโพลีเฟสนั้นมีลักษณะเฉพาะด้วยค่ากระแสเดียวกันและเรียกว่าเฟส วิศวกรรมไฟฟ้าแยกความแตกต่างระหว่างสองแนวคิดของคำนี้ ประการแรกคือองค์ประกอบโดยตรงของระบบสามเฟส ประการที่สองคือค่าที่เปลี่ยนแปลงไซน์

วงจรสามเฟสเป็นหนึ่งในระบบไฟกระแสสลับแบบหลายเฟส โดยที่ EMF แบบไซน์ (แรงเคลื่อนไฟฟ้า) ที่มีความถี่เดียวกันทำหน้าที่ ซึ่งจะเปลี่ยนแปลงตามเวลาที่สัมพันธ์กันโดยมุมเฟสที่แน่นอน มันถูกสร้างขึ้นโดยขดลวดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามเฟส, ตัวรับพลังงานสามตัวและสายเชื่อมต่อ

วงจรดังกล่าวทำหน้าที่สร้างพลังงานไฟฟ้า สำหรับการส่ง การกระจาย และมีข้อดีดังต่อไปนี้:

• ความคุ้มค่าของการผลิตและการขนส่งไฟฟ้าเมื่อเปรียบเทียบกับระบบเฟสเดียว
• การสร้างสนามแม่เหล็กอย่างง่ายซึ่งจำเป็นสำหรับการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้าแบบอะซิงโครนัสสามเฟส
• ชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเดียวกันสร้างแรงดันไฟฟ้าในการทำงานสองแบบ - ไลน์และเฟส

ระบบสามเฟสมีประโยชน์เมื่อส่งกระแสไฟฟ้าในระยะทางไกล นอกจากนี้การใช้วัสดุยังต่ำกว่าวัสดุแบบเฟสเดียวมาก ผู้บริโภคหลัก ได้แก่ หม้อแปลงไฟฟ้า, มอเตอร์ไฟฟ้าแบบอะซิงโครนัส, คอนเวอร์เตอร์, เตาเหนี่ยวนำ, เครื่องทำความร้อนที่ทรงพลังและโรงไฟฟ้า ในบรรดาอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานต่ำแบบเฟสเดียว เราสามารถสังเกตเครื่องมือไฟฟ้า หลอดไส้ เครื่องใช้ในครัวเรือน แหล่งจ่ายไฟ

วงจรสามเฟสมีความโดดเด่นด้วยความสมดุลที่สำคัญของระบบ วิธีการเชื่อมต่อเฟสได้รับโครงสร้าง "ดาว" และ "สามเหลี่ยม" โดยปกติเฟสของการผลิตเครื่องจักรไฟฟ้าจะเชื่อมต่อกันด้วย "ดาว" และขั้นตอนของผู้บริโภคจะเชื่อมต่อกันด้วย "ดาว" และ "สามเหลี่ยม"

กฎหมายที่ใช้บังคับในวงจรไฟฟ้า

ในแผนภาพ ทิศทางของกระแสน้ำจะแสดงด้วยลูกศร สำหรับการคำนวณ คุณต้องใช้ทิศทางของแรงดัน กระแส EMF เมื่อคำนวณทางวิศวกรรมไฟฟ้าจะใช้กฎหมายพื้นฐานต่อไปนี้:

1. กฎของโอห์มสำหรับส่วนตรงของวงจร ซึ่งกำหนดความสัมพันธ์ระหว่างแรงเคลื่อนไฟฟ้า แรงดันของแหล่งกำเนิดกับกระแสที่ไหลในตัวนำและความต้านทานของตัวนำเอง
2. ในการค้นหากระแสและแรงดันทั้งหมด ให้ใช้กฎ Kirchhoff ซึ่งทำงานระหว่างกระแสและแรงดันของส่วนใดส่วนหนึ่งของวงจรไฟฟ้า
3. กฎจูล-เลนซ์ คำนวณผลกระทบทางความร้อนของกระแสไฟฟ้า

ในวงจรไฟฟ้ากระแสตรง ทิศทางของการกระทำของแรงเคลื่อนไฟฟ้าจะถูกระบุจากศักย์ไฟฟ้าเชิงลบเป็นบวก ทิศทางจะเป็นการเคลื่อนที่ของประจุบวก ในกรณีนี้ ลูกศรจะพุ่งจากตำแหน่งที่สูงขึ้นไปยังตำแหน่งที่ต่ำกว่า แรงดันไฟจะพุ่งไปในทิศทางเดียวกับกระแสเสมอ

ในวงจร EMF แบบไซน์ แรงดันและกระแสจะแสดงโดยใช้กระแสครึ่งรอบ โดยจะไม่เปลี่ยนทิศทาง เพื่อเน้นความแตกต่างในศักยภาพ พวกเขาจะระบุด้วยเครื่องหมาย "+" และ "-"

วงจรไฟฟ้าคำนวณอย่างไร

เส้นทางการคำนวณแบ่งออกเป็นหลายวิธีที่ใช้ในทางปฏิบัติ:

• วิธีการตามกฎของโอห์มและกฎของเคอร์ชอฟฟ์
• วิธีการกำหนดกระแสวน
• การรับการเปลี่ยนแปลงที่เท่าเทียมกัน
• วิธีการวัดความต้านทานของตัวนำป้องกัน
• การคำนวณศักย์ปม
• วิธีการสร้างที่เหมือนกันและอื่น ๆ

พื้นฐานสำหรับการคำนวณวงจรไฟฟ้าอย่างง่ายตามกฎของโอห์มคือการกำหนดความแรงของกระแสในส่วนที่แยกจากกันด้วยความต้านทานที่ทราบของตัวนำและแรงดันไฟฟ้าที่กำหนด

ตามสภาพของปัญหาจะทราบค่าความต้านทานของตัวต้านทาน R1, R2, R3, R4, R5, R6 ที่เชื่อมต่อกับวงจร (โดยไม่คำนึงถึงความต้านทานของแอมป์มิเตอร์) จำเป็นต้องคำนวณความแรงของกระแสน้ำ J1, J2… J6

มีสามส่วนต่อเนื่องกันบนไดอะแกรม นอกจากนี้ ข้อที่สองและสามยังมีการแตกสาขา ความต้านทานของส่วนเหล่านี้จะแสดงเป็น R1, R ', R " จากนั้นความต้านทานรวมจะเท่ากับผลรวมของความต้านทาน:

R = R1 + R '+ R "ที่ไหน

อาร์ ' - ความต้านทานรวมของตัวต้านทานต่อแบบขนาน parallel R2, R3, R4.

อาร์ " - ความต้านทานรวมของตัวต้านทาน R5 และ R6.

เราคำนวณความต้านทานโดยใช้กฎของการเชื่อมต่อแบบขนาน R 'และ R "

1 / R '= 1 / R2 + 1 / R3 + 1 / R4

1 / R "= 1 / R5 + 1 / R6

ในการกำหนดความแรงของกระแสในวงจรที่ไม่มีการแยกย่อย โดยทราบความต้านทานรวมที่แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด คุณสามารถใช้สูตรต่อไปนี้:

ผม = U / R, แล้ว ฉัน = I1

ในการคำนวณความแรงของกระแสในแต่ละสาขา คุณต้องกำหนดแรงดันไฟฟ้าในส่วนของวงจรอนุกรมตามกฎของโอห์ม:

U1 = IR1; U2 = IR '; U3 = IR ";

เมื่อทราบแรงดันไฟฟ้าของส่วนใดส่วนหนึ่งคุณสามารถคำนวณความแรงของกระแสในแต่ละสาขาได้:

I2 = U2 / R2; I3 = U2 / R3; I4 = U2 / R4; I5 = U3 / R5; I6 = U3 / R6

บางครั้ง จำเป็นต้องค้นหาความต้านทานของส่วนต่างๆ ด้วยพารามิเตอร์ที่ทราบของแรงดัน ความแรงของกระแส ความต้านทานของส่วนอื่นๆ หรือการคำนวณแรงดันไฟฟ้าโดยใช้ข้อมูลความต้านทานที่มีอยู่และความแรงของกระแส

ส่วนหลักของวิธีการนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อทำให้การคำนวณง่ายขึ้น ทำได้โดยการปรับระบบสมการหรือวงจรเอง การคำนวณวงจรไฟฟ้าทำได้หลายวิธีขึ้นอยู่กับระดับความซับซ้อน