Kada uređujete novi stan ili kuću, obnavljate ili obnavljate kućište, morate se nositi s elementima dizajniranim za protok električne struje. Važno je znati što je električni krug, od čega se sastoji, zašto je potreban krug i koje proračune treba izvršiti.
Što su električni krugovi
Električni krug je kompleks različitih elemenata međusobno povezanih. Dizajniran je za protok električne struje, tamo gdje se javljaju prijelazne pojave. Kretanje elektrona osigurano je prisutnošću razlike potencijala i može se opisati pomoću pojmova kao što su napon i struja.
Unutarnji krug dobiva se povezivanjem napona kao izvora napajanja. Ostali elementi čine vanjsku mrežu. Za kretanje naboja u izvoru energije polja bit će potrebna vanjska sila. To može biti namot generatora, transformatora ili galvanskog izvora.
Da bi takav sustav mogao ispravno funkcionirati, njegov krug mora biti zatvoren, inače struja neće teći. To je preduvjet za koordinirani rad svih uređaja. Ne može svaki sklop biti električni krug. Primjerice, vodovi za uzemljenje ili zaštitu nisu takvi jer kroz njih normalno ne teče struja. Po principu djelovanja mogu se nazvati električnim. U nuždi struja prolazi kroz njih i krug se zatvara odlazeći u zemlju.
Ovisno o izvoru napajanja, napon u krugu može biti konstantan ili promjenjiv. Baterija ćelija osigurava stalni napon, a namoti generatora ili transformatora - izmjenični.
Glavne komponente
Sve komponente u krugu sudjeluju u jednom elektromagnetskom procesu. Konvencionalno su podijeljene u tri skupine.
- Primarni izvori električne energije i signali mogu pretvoriti ne-elektromagnetsku energiju u električnu. Na primjer, galvanska ćelija, baterija, elektromehanički generator.
- Sekundarni tip, i na ulazu i na izlazu, ima električnu energiju. Mijenjaju se samo njegovi parametri - napon i struja, njihov oblik, veličina i frekvencija. Primjer bi bili ispravljači, pretvarači, transformatori.
- Potrošači aktivne energije pretvaraju električnu struju u osvjetljenje ili toplinu. To su elektrotermički uređaji, svjetiljke, otpornici, elektromotori.
- Pomoćne komponente uključuju sklopne uređaje, mjerne uređaje, konektore i žicu.
Najjednostavniji linijski krug uključuje galvansku ćeliju. Uz pomoć žica na njega je preko prekidača spojena žarulja sa žarnom niti. Za mjerenje struje i napona u njega su uključeni voltmetar i ampermetar.
Klasifikacija krugova
Električni krugovi klasificirani su prema vrsti složenosti: jednostavni (nerazgranati) i složeni (razgranati). Postoji podjela na istosmjerne i izmjenične krugove, kao i na sinusne i nesinusne.Na temelju prirode elemenata, oni su linearni i nelinearni. Vodovi naizmjenične struje mogu biti jednofazni i trofazni.
Razgranato i nerazgranato
Ista struja teče u svim elementima nerazgranatog kruga. Najjednostavnija razgranata crta uključuje tri grane i dva čvora. Svaka grana ima svoju struju. Podružnica je definirana kao presjek lanca koji čine serijski povezani elementi zatvoreni između dva čvora. Čvor je točka u kojoj se tri grane konvergiraju.
Ako se na dijagramu stavi točka na sjecištu dviju ravnih crta, na ovom mjestu postoji električna veza dviju crta. Ako čvor nije označen, lanac nije razgranat.
Linearno i nelinearno
Električni krug u kojem potrošači ne ovise o vrijednosti napona i smjeru struja, a sve su komponente linearne, naziva se linearnim. Elementi takvog sklopa uključuju ovisne i neovisne izvore struja i napona. U linearnom, otpor elementa ne ovisi o struji, na primjer, električnoj peći.
U nelinearnim, pasivni elementi ovise o vrijednostima smjera struja i napona, imaju barem jedan nelinearni element. Na primjer, na otpor žarulje sa žarnom niti utječu prenaponski naponi i jačina struje.
Oznake elemenata na dijagramu
Dodatni dokumenti priloženi su crtežu. Njihov se popis može naznačiti abecednim redom s digitalnim razvrstavanjem na samom crtežu ili na zasebnom listu. Razvrstano je deset vrsta krugova; u elektrotehnici se obično koriste tri glavna kruga.
- Funkcionalno ima minimalne detalje. Glavne funkcije čvorova prikazane su pravokutnikom s slovnim oznakama.
- Shematski dijagram detaljno prikazuje dizajn korištenih elemenata, kao i njihove veze i kontakte. Potrebni parametri mogu se prikazati izravno na dijagramu ili u zasebnom dokumentu. Ako je naznačen samo dio instalacije, ovo je dijagram u jednom retku, kada su svi elementi naznačeni - dovršen.
- U shemi ožičenja koriste se referentne oznake elemenata, njihovo mjesto, način ugradnje i slijed.
Da biste čitali električne krugove, morate znati uobičajene grafičke simbole. Žice koje povezuju elemente prikazane su crtama. Puna crta opća je oznaka ožičenja. Iznad njega mogu se naznačiti podaci o načinu polaganja, materijalu, naponu, struji. Za dijagram s jednom linijom, skupina vodiča prikazana je crtkanom crtom. Na početku i na kraju naznačite oznaku žice i mjesto njezinog spajanja.
Okomiti urezi na žici navode broj žica. Ako ih je više od tri, provodi se digitalno označavanje. Isprekidana linija označava upravljačke krugove, mrežu sigurnosti, evakuacije, rasvjete u nuždi.
Prekidač na dijagramu izgleda poput kruga s linijom nagnutom udesno. Vrsta i broj crtica određuju parametre uređaja.
Uz glavne crteže, postoje i ekvivalentni krugovi.
Trofazni električni krugovi
Među električnim krugovima uobičajeni su i jednofazni i višefazni sustavi. Svaki dio polifaznog kruga karakterizira jednaka vrijednost struje i naziva se faza. Elektrotehnika razlikuje dva pojma ovog pojma. Prva je izravna komponenta trofaznog sustava. Druga je vrijednost koja se sinusno mijenja.
Trofazni krug jedan je od višefaznih izmjeničnih sustava, gdje djeluje sinusoidni EMF (elektromotorna sila) iste frekvencije, koji su vremenski pomaknuti za jedan za drugi fazni kut. Tvore ga namoti trofaznog generatora, tri prijemnika snage i spojne žice.
Takvi krugovi služe za osiguravanje proizvodnje električne energije, za njezin prijenos, distribuciju i imaju sljedeće prednosti:
- isplativost proizvodnje i transporta električne energije u usporedbi s jednofaznim sustavom;
- jednostavno generiranje magnetskog polja, potrebno za rad trofaznog asinkronog elektromotora;
- isti generatorski set proizvodi dva radna napona - linijski i fazni.
Trofazni sustav koristan je pri prijenosu električne energije na velike udaljenosti. Uz to, potrošnja materijala znatno je manja od one kod jednofaznih. Glavni potrošači su transformatori, asinkroni električni motori, pretvarači, indukcijske peći, snažne toplane i elektrane. Među jednofaznim uređajima male snage mogu se primijetiti električni alati, žarulje sa žarnom niti, kućanski uređaji, napajanja.
Trofazna shema razlikuje se po značajnoj ravnoteži sustava. Metode za povezivanje faza dobile su strukturu "zvijezda" i "trokut". Obično su faze stvaranja električnih strojeva povezane "zvijezdom", a faze potrošača "zvijezdom" i "trokutom".
Zakoni na snazi u električnim krugovima
- Ohmov zakon za ravni presjek kruga, koji određuje odnos između elektromotorne sile, napona izvora s strujom koja teče u vodiču i otpora samog vodiča.
- Za pronalaženje svih struja i napona koriste se Kirchhoffova pravila koja djeluju između struja i napona bilo kojeg dijela električnog kruga.
- Joule-Lenzov zakon kvantificira toplinski učinak električne struje.
U krugovima istosmjerne struje smjer djelovanja elektromotorne sile naznačen je od negativnog prema pozitivnom potencijalu. Smjer se uzima kao kretanje pozitivnih naboja. U ovom je slučaju strelica usmjerena od većeg potencijala do nižeg. Napon je uvijek usmjeren u istom smjeru kao i struja.
U sinusoidnim EMF krugovima napon i struja prikazuju se pomoću polucikla struje, dok on ne mijenja svoj smjer. Da bi se naglasila razlika u potencijalima, oni su označeni znakovima "+" i "-"
Kako se izračunavaju električni krugovi
- metoda koja se temelji na Ohmovu zakonu i Kirchhoffovim pravilima;
- metoda za određivanje struja petlje;
- primanje ekvivalentnih transformacija;
- metoda za mjerenje otpora zaštitnih vodiča;
- izračun čvornih potencijala;
- identična metoda generatora i drugi.
Osnova za izračunavanje jednostavnog električnog kruga prema Ohmovu zakonu je određivanje jakosti struje u zasebnom odjeljku s poznatim otporom vodiča i zadanim naponom.
Prema stanju problema poznati su otpori otpornika R1, R2, R3, R4, R5, R6 spojenih na strujni krug (ne uzimajući u obzir otpor ampermetra). Potrebno je izračunati jačinu struja J1, J2 ... J6.
Na dijagramu su tri uzastopna odjeljka. Štoviše, drugi i treći imaju posljedice. Otpori ovih odjeljaka označit će se kao R1, R ', R ". Tada je ukupni otpor jednak zbroju otpora:
R = R1 + R '+ R "gdje
R ' - ukupni otpor paralelno spojenih otpornika R2, R3, R4.
R " - ukupni otpor otpornika R5 i R6.
Koristeći zakon paralelne veze izračunavamo otpor R 'i R ".
1 / R '= 1 / R2 + 1 / R3 + 1 / R4
1 / R "= 1 / R5 + 1 / R6
Da biste odredili jakost struje u nerazgranatom krugu, znajući ukupni otpor pri danom naponu, možete upotrijebiti sljedeću formulu:
I = U / R, zatim I = I1
Da biste izračunali jakost struje u pojedinim granama, trebate odrediti napon na presjecima serijskih krugova prema Ohmovu zakonu:
U1 = IR1; U2 = IR '; U3 = IR ";
Poznavajući napon pojedinih presjeka, možete izračunati trenutnu snagu na pojedinim granama:
I2 = U2 / R2; I3 = U2 / R3; I4 = U2 / R4; I5 = U3 / R5; I6 = U3 / R6
Ponekad je potrebno saznati otpor odsječaka prema poznatim parametrima napona, jakosti struje, otpora ostalih odsjeka ili napraviti izračun napona pomoću dostupnih podataka o otporu i jačini struje.
Glavni dio metoda usmjeren je na pojednostavljivanje izračuna. To se postiže prilagođavanjem sustava jednadžbi ili samog sklopa. Proračun električnih krugova provodi se na razne načine, ovisno o klasi njihove složenosti.
