Pri zariaďovaní nového bytu alebo domu, rekonštrukcii alebo obnove bývania sa treba vyrovnať s prvkami určenými na tok elektrického prúdu. Je dôležité vedieť, čo je elektrický obvod, z čoho sa skladá, prečo je obvod potrebný a aké výpočty je potrebné vykonať.
Čo sú to elektrické obvody
Elektrický obvod je komplex rôznych vzájomne prepojených prvkov. Je určený na tok elektrického prúdu, pri ktorom dochádza k prechodným javom. Pohyb elektrónov je zabezpečený prítomnosťou potenciálneho rozdielu a možno ho opísať pomocou výrazov ako napätie a prúd.
Vnútorný obvod je zabezpečený pripojením napätia ako zdroja energie. Zvyšok prvkov tvorí externú sieť. Na pohyb nábojov v zdroji energie poľa bude potrebná vonkajšia sila. Môže to byť vinutie generátora, transformátora alebo galvanického zdroja.
Aby takýto systém správne fungoval, musí byť jeho obvod uzavretý, inak prúd nebude tiecť. To je nevyhnutná podmienka pre koordinovanú činnosť všetkých zariadení. Nie každý obvod môže byť elektrickým obvodom. Napríklad pozemné alebo ochranné vedenia nie sú také, pretože nimi normálne nepreteká žiadny prúd. Podľa princípu pôsobenia ich možno nazvať elektrické. V prípade núdze nimi prechádza prúd, obvod sa uzavrie a smeruje do zeme.
V závislosti na zdroji energie môže byť napätie v obvode konštantné alebo premenlivé. Batéria článkov poskytuje konštantné napätie a vinutie generátorov alebo transformátorov poskytuje striedavé napätie.
Hlavné komponenty
Všetky komponenty v obvode sa zúčastňujú jedného elektromagnetického procesu. Konvenčne sú rozdelené do troch skupín.
- Primárne zdroje elektrickej energie a signály môžu prevádzať ne elektromagnetickú energiu na elektrickú. Napríklad galvanický článok, batéria, elektromechanický generátor.
- Sekundárny typ, na vstupe aj na výstupe, má elektrickú energiu. Menia sa iba jeho parametre - napätie a prúd, ich tvar, veľkosť a frekvencia. Príkladom môžu byť usmerňovače, invertory, transformátory.
- Aktívni spotrebitelia energie premieňajú elektrický prúd na svetlo alebo teplo. Jedná sa o elektrotermické zariadenia, žiarovky, odpory, elektrické motory.
- Medzi pomocné komponenty patria spínacie zariadenia, meracie zariadenia, konektory a vodiče.
Najjednoduchší sieťový obvod obsahuje galvanický článok. Pomocou drôtov je k nej pomocou prepínača pripojená žiarovka. Na meranie prúdu a napätia sú v ňom obsiahnuté voltmetr a ampérmeter.
Klasifikácia obvodov
Elektrické obvody sú klasifikované podľa typu zložitosti: jednoduché (nerozvetvené) a zložité (rozvetvené). Existuje rozdelenie na jednosmerné a striedavé obvody, ako aj na sínusové a nesínusové.Na základe povahy prvkov sú lineárne a nelineárne. Striedavé vedenia môžu byť jednofázové a trojfázové.
Rozvetvený a nerozvetvený
Rovnaký prúd prúdi vo všetkých prvkoch nerozvetveného obvodu. Najjednoduchšia vetvená čiara obsahuje tri vetvy a dva uzly. Každá pobočka má svoj vlastný prúd. Vetva je definovaná ako úsek reťaze, ktorý je tvorený sériovo spojenými prvkami uzavretými medzi dvoma uzlami. Uzol je bod, v ktorom sa zbiehajú tri vetvy.
Ak sa do diagramu umiestni bod na križovatke dvoch priamych čiar, dôjde na tomto mieste k elektrickému spojeniu týchto dvoch čiar. Ak uzol nie je označený, reťazec nie je rozvetvený.
Lineárne a nelineárne
Elektrický obvod, v ktorom spotrebitelia nezávisia od hodnoty napätia a smeru prúdov a všetky komponenty sú lineárne, sa nazýva lineárny. Prvky takéhoto obvodu zahŕňajú závislé a nezávislé zdroje prúdov a napätí. V lineárnom režime odpor prvku nezávisí od prúdu, napríklad od elektrickej pece.
V nelineárnych, pasívne prvky závisia od hodnôt smeru prúdov a napätí, majú aspoň jeden nelineárny prvok. Napríklad odpor žiarovky je ovplyvnený rázovými rázmi napätia a prúdu.
Označenia prvkov v diagrame
K výkresu sú priložené ďalšie dokumenty. Ich zoznam je možné označiť v abecednom poradí pomocou digitálneho triedenia na samotnom výkrese alebo na samostatnom hárku. Klasifikovaných je desať druhov obvodov, v elektrotechnike sa zvyčajne používajú tri hlavné obvody.
- Funkčné má minimálne detaily. Hlavné funkcie uzlov sú znázornené obdĺžnikom s písmenovými označeniami.
- Schematický diagram podrobne zobrazuje návrh použitých prvkov, ako aj ich spojenia a kontakty. Požadované parametre je možné zobraziť priamo na diagrame alebo v samostatnom dokumente. Ak je označená iba časť inštalácie, jedná sa o jednoriadkový diagram, keď sú označené všetky prvky - úplné.
- V schéme zapojenia sa používajú referenčné označenia prvkov, ich umiestnenie, spôsob inštalácie a postupnosť.
Aby ste mohli čítať elektrické obvody, musíte poznať bežné grafické symboly. Drôty, ktoré spájajú prvky, sú zobrazené čiarami. Plná čiara je všeobecné označenie pre zapojenie. Nad ním môžu byť uvedené údaje o spôsobe kladenia, materiál, napätie, prúd. Pre jednoriadkový diagram je skupina vodičov znázornená prerušovanou čiarou. Na začiatku a na konci označte označenie drôtu a miesto jeho pripojenia.
Vertikálne zárezy na vodičovej linke označujú počet vodičov. Ak sú viac ako tri, vykoná sa digitálne označenie. Prerušovaná čiara označuje riadiace obvody, sieť bezpečnosti, evakuáciu, núdzové osvetlenie.
Prepínač na diagrame vyzerá ako kruh s čiarou naklonenou doprava. Podľa typu a počtu pomlčiek sa určujú parametre zariadenia.
Okrem hlavných výkresov existujú ekvivalentné obvody.
Trojfázové elektrické obvody
Z elektrických obvodov sú bežné jednofázové aj viacfázové systémy. Každá časť viacfázového obvodu sa vyznačuje rovnakou hodnotou prúdu a nazýva sa fáza. Elektrotechnika rozlišuje medzi dvoma pojmami tohto pojmu. Prvý je priamou súčasťou trojfázového systému. Druhým je hodnota, ktorá sa mení sinusoidne.
Trojfázový obvod je jedným z viacfázových striedavých systémov, kde pôsobí sínusový EMF (elektromotorická sila) s rovnakou frekvenciou, ktoré sú navzájom posúvané v čase o určitý fázový uhol. Je tvorená vinutiami trojfázového generátora, tromi prijímačmi energie a spojovacími vodičmi.
Takéto obvody slúžia na zabezpečenie výroby elektrickej energie na jej prenos, distribúciu a majú nasledujúce výhody:
- nákladová efektívnosť výroby a prepravy elektriny v porovnaní s jednofázovým systémom;
- jednoduché generovanie magnetického poľa, ktoré je nevyhnutné pre činnosť trojfázového asynchrónneho elektrického motora;
- rovnaká generátorová sústava produkuje dve prevádzkové napätia - sieťové a fázové.
Trojfázový systém je prospešný pri prenose elektriny na veľké vzdialenosti. Okrem toho je spotreba materiálov oveľa nižšia ako pri jednofázových. Hlavnými spotrebiteľmi sú transformátory, asynchrónne elektrické motory, meniče, indukčné pece, výkonné teplárne a elektrárne. Z jednofázových zariadení s nízkym výkonom možno spomenúť elektrické náradie, žiarovky, domáce spotrebiče, napájacie zdroje.
Trojfázový obvod sa vyznačuje významnou rovnováhou systému. Metódy spojenia fáz dostali štruktúru "hviezda" a "trojuholník". Fázy výrobných elektrických strojov sú zvyčajne spojené „hviezdou“ a fázy spotrebiteľov „hviezdou“ a „trojuholníkom“.
Zákony platné v elektrických obvodoch
- Ohmov zákon pre priamy úsek obvodu, ktorý určuje vzťah medzi elektromotorickou silou, napätím zdroja s prúdom prúdiacim vo vodiči a odporom samotného vodiča.
- Na nájdenie všetkých prúdov a napätí sa používajú Kirchhoffove pravidlá, ktoré fungujú medzi prúdmi a napätiami ktorejkoľvek časti elektrického obvodu.
- Joule-Lenzov zákon kvantifikuje tepelný efekt elektrického prúdu.
V obvodoch na jednosmerný prúd je smer pôsobenia elektromotorickej sily indikovaný od záporného po kladný potenciál. Smer sa berie ako pohyb kladných nábojov. V tomto prípade je šípka nasmerovaná z vyššieho potenciálu na nižší. Napätie je vždy smerované rovnakým smerom ako prúd.
V sínusových obvodoch EMF sú napätie a prúd označené pomocou polovičného cyklu prúdu, pričom nemení jeho smer. Aby sa zdôraznil rozdiel v potenciáloch, sú označené znamienkami „+“ a „-“.
Ako sa počítajú elektrické obvody
- metóda založená na Ohmovom zákone a Kirchhoffových pravidlách;
- metóda určovania slučkových prúdov;
- príjem ekvivalentných transformácií;
- metóda na meranie odporu ochranných vodičov;
- výpočet uzlových potenciálov;
- rovnaká metóda generátora a ďalšie.
Základom pre výpočet jednoduchého elektrického obvodu podľa Ohmovho zákona je stanovenie sily prúdu v samostatnej časti so známym odporom vodičov a daným napätím.
Podľa stavu problému sú známe odpory rezistorov R1, R2, R3, R4, R5, R6 pripojených k obvodu (bez zohľadnenia odporu ampérmetra). Je potrebné vypočítať silu prúdov J1, J2… J6.
Na diagrame sú tri po sebe nasledujúce oddiely. Druhá a tretia časť majú dôsledky. Odpory týchto častí budú označené ako R1, R ', R ". Potom sa celkový odpor rovná súčtu odporov:
R = R1 + R '+ R "kde
R ' - celkový odpor paralelne zapojených odporov R2, R3, R4.
R " - celkový odpor rezistorov R5 a R6.
Pomocou zákona paralelného spojenia vypočítame odpor R 'a R ".
1 / R '= 1 / R2 + 1 / R3 + 1 / R4
1 / R "= 1 / R5 + 1 / R6
Intenzitu prúdu v nerozvetvenom obvode môžete určiť podľa celkového odporu pri danom napätí pomocou nasledujúceho vzorca:
I = U / R, potom I = I1
Pre výpočet sily prúdu v jednotlivých vetvách musíte určiť napätie na úsekoch sériových obvodov podľa Ohmovho zákona:
Ul = IR1; U2 = IR '; U3 = IR ";
Ak poznáte napätie konkrétnych častí, môžete vypočítať prúdovú silu na jednotlivých vetvách:
12 = U2 / R2; 13 = U2 / R3; 14 = U2 / R4; 15 = U3 / R5; I6 = U3 / R6
Niekedy je potrebné zistiť odpor úsekov podľa známych parametrov napätia, sily prúdu, odporu ostatných úsekov alebo vykonať výpočet napätia pomocou dostupných údajov o odporu a sily prúdu.
Hlavná časť metód je zameraná na zjednodušenie výpočtov. To sa dosiahne prispôsobením sústavy rovníc alebo samotného obvodu. Výpočet elektrických obvodov sa vykonáva rôznymi spôsobmi, v závislosti od triedy ich zložitosti.
