Pri urejanju novega stanovanja ali hiše, posodabljanju ali prenovi doma se morate soočiti z elementi, ki so namenjeni pretoku električnega toka. Pomembno je vedeti, kaj je električni tokokrog, iz česa je sestavljen, zakaj je potreben diagram in kakšne izračune je treba narediti.
Kaj so električna vezja
Električno vezje je kompleks različnih elementov, ki so med seboj povezani. Zasnovan je tako, da omogoča pretok električnega toka tam, kjer pride do prehodnih pojavov. Gibanje elektronov poganjajo potencialne razlike in ga je mogoče opisati z izrazi, kot sta napetost in tok.
Notranje vezje je zagotovljeno s priključno napetostjo kot virom napajanja. Preostali elementi tvorijo zunanjo mrežo. Za gibanje nabojev v poljskem viru energije bo potrebna uporaba zunanje sile. To je lahko navitje generatorja, transformatorja ali galvanskega vira.
Za pravilno delovanje takega sistema mora biti njegov tokokrog sklenjen, sicer tok ne teče. To je predpogoj za usklajeno delovanje vseh naprav. Vsako vezje ne more biti električno vezje. Na primer, ozemljitveni ali zaščitni vodi niso ozemljitveni ali zaščitni vodi, ker pri normalnem delovanju skozi njih ne teče tok. Glede na načelo delovanja jih lahko imenujemo električni. V nujnih primerih tok teče skozi njih in tokokrog se zapre in gre v tla.
Odvisno od vira energije je lahko napetost v tokokrogu stalna ali spremenljiva. Baterija elementov zagotavlja konstantno napetost, navitja generatorjev ali transformatorjev pa izmenično napetost.
Glavne komponente
Vse komponente v vezju sodelujejo v istem elektromagnetnem procesu. Konvencionalno so razdeljeni v tri skupine.
- Primarni viri električne energije in signalov lahko pretvorijo energijo neelektromagnetne narave v električno energijo. Na primer galvanski člen, baterija, elektromehanski generator.
- Sekundarni tip ima električno energijo tako na vhodu kot na izhodu. Spreminjajo se samo njegovi parametri - napetost in tok, njihova oblika, velikost in frekvenca. Primeri so lahko usmerniki, inverterji, transformatorji.
- Aktivni porabniki energije pretvarjajo električni tok v svetlobo ali toploto. To so elektrotermične naprave, svetilke, upori, elektromotorji.
- Pomožne komponente vključujejo stikalne naprave, merilne instrumente, spojne elemente in žice.
Najenostavnejše omrežno vezje vključuje galvanski element. Žarnica z žarilno nitko je povezana s stikalom z žicami. Vključuje voltmeter in ampermeter za merjenje toka in napetosti.
Razvrstitev vezja
Električna vezja so razvrščena po vrsti kompleksnosti: preprosta (nerazvejana) in zapletena (razvejana). Obstaja delitev na enosmerna in izmenična vezja, pa tudi na sinusna in nesinusna. Glede na naravo elementov so linearni in nelinearni. AC vodi so lahko enofazni ali trifazni.
Razvejane in nerazvejane
Enak tok teče v vseh elementih nerazvejanega vezja. Najenostavnejša razvejana linija vključuje tri veje in dve vozlišči. Vsaka veja ima svoj tok. Veja je definirana kot del verige, ki ga tvorijo zaporedno povezani elementi, ki se nahajajo med dvema vozliščema. Vozlišče je točka, kjer se srečajo tri veje.
Če je na diagramu na presečišču dveh ravnih črt postavljena pika, je na tem mestu električna povezava dveh črt. Če vozlišče ni označeno, je veriga nerazvejana.
Linearni in nelinearni
Električno vezje, v katerem porabniki niso odvisni od napetosti in smeri tokov, vse komponente pa so linearne, se imenuje linearno. Elementi takega vezja vključujejo odvisne in neodvisne vire tokov in napetosti. V linearnem elementu upornost elementa ni odvisna od toka, na primer električne peči.
Pri nelinearnih so pasivni elementi odvisni od vrednosti smeri tokov in napetosti ter imajo vsaj en nelinearni element. Na primer, odpornost žarnice z žarilno nitko je odvisna od napetostnih in tokovnih sunkov.
Oznake elementov na diagramu
Dodatni dokumenti so priloženi risbi. Njihov seznam je lahko naveden po abecednem vrstnem redu z digitalnim razvrščanjem na sami risbi ali na ločenem listu. Razvrščamo deset tipov tokokrogov; v elektrotehniki se običajno uporabljajo trije glavni tokokrogi.
- Funkcionalno ima minimalne podrobnosti. Glavne funkcije vozlišč so predstavljene s pravokotnikom s črkovnimi simboli.
- Shematski diagram podrobno prikazuje zasnovo uporabljenih elementov, pa tudi njihove povezave in stike. Zahtevani parametri so lahko prikazani neposredno na diagramu ali v ločenem dokumentu. Če je naveden le del namestitve, je shema enočrtna, ko so naveden vsi elementi, je nastavitev popolna.
- Shema električne napeljave uporablja položajne oznake elementov, njihovo lokacijo, način namestitve in zaporedje.
Za branje električnih diagramov morate poznati grafične simbole. Žice, ki povezujejo elemente, so predstavljene s črtami. Polna črta je splošna oznaka za ožičenje. Nad njim so lahko informacije o načinu namestitve, materialu, napetosti, toku. Pri enočrtnem diagramu je skupina prevodnikov prikazana s pikčasto črto. Na začetku in na koncu označite oznako žice in mesto njene povezave.
Navpične zareze na liniji ožičenja označujejo število vodnikov. Če jih je več kot tri, se izvede digitalno označevanje. Prekinjena črta označuje krmilna vezja, omrežja za varnost, evakuacijo in zasilno razsvetljavo.
Stikalo na diagramu je videti kot krog s črto, nagnjeno v desno. Parametri naprave so določeni z vrsto in številom pomišljajev.
Poleg glavnih risb obstajajo nadomestni diagrami.
Trifazna električna vezja
Med električnimi vezji so pogosti tako enofazni kot večfazni sistemi. Vsak del večfaznega vezja je označen z enako vrednostjo toka in se imenuje faza. Elektrotehnika razlikuje dva pojma tega pojma. Prvi je neposredna komponenta trifaznega sistema. Druga je količina, ki se spreminja sinusno.
Trifazni tokokrog je eden od večfaznih sistemov izmeničnega toka, kjer deluje sinusni EMF (elektromotorna sila) iste frekvence, ki sta časovno premaknjena drug glede na drugega za določen fazni kot. Sestavljen je iz navitij trifaznega generatorja, treh sprejemnikov električne energije in povezovalnih žic.
Takšna vezja služijo za zagotavljanje proizvodnje električne energije, za njen prenos, distribucijo in imajo naslednje prednosti:
- stroškovna učinkovitost proizvodnje in transporta električne energije v primerjavi z enofaznim sistemom;
- enostavno ustvarjanje magnetnega polja, ki je potrebno za delovanje trifaznega asinhronega elektromotorja;
- isti generator proizvaja dve delovni napetosti - linearno in fazno.
Trifazni sistem je koristen pri prenosu električne energije na velike razdalje. Poleg tega je poraba materiala bistveno nižja od enofaznih. Glavni porabniki so transformatorji, asinhroni elektromotorji, pretvorniki, indukcijske peči, močne grelne in napajalne enote.Med enofaznimi napravami z nizko močjo lahko omenimo električna orodja, žarnice z žarilno nitko, gospodinjske aparate in napajalnike.
Za trifazno vezje je značilna pomembna uravnoteženost sistema. Metode za povezovanje faz so prejele strukturo "zvezda" in "trikotnik". Običajno so faze generatorskih električnih strojev povezane z "zvezdo", faze porabnikov pa z "zvezdo" in "trikotnikom".
Zakoni, ki veljajo v električnih tokokrogih
- Ohmov zakon za ravni odsek tokokroga, ki določa razmerje med elektromotorno silo, izvorno napetostjo s tokom, ki teče v prevodniku in uporom samega prevodnika.
- Za iskanje vseh tokov in napetosti uporabite Kirchhoffova pravila, ki delujejo med tokovi in napetostmi v katerem koli delu električnega tokokroga.
- Joule-Lenzov zakon zagotavlja kvantitativno oceno toplotnega učinka električnega toka.
V enosmernih tokokrogih je smer delovanja elektromotorne sile označena od negativnega proti pozitivnemu potencialu. Za smer se šteje gibanje pozitivnih nabojev. V tem primeru je puščica usmerjena od višjega potenciala k manjšemu. Napetost je vedno usmerjena v isto smer kot tok.
V sinusnih tokokrogih so EMF, napetost in tok prikazani s polciklom toka, medtem ko ne spremeni svoje smeri. Da bi poudarili razliko v potencialih, so označeni z znakoma "+" in "–".
Kako izračunati električna vezja
- metoda, ki temelji na Ohmovem zakonu in Kirchhoffovih pravilih;
- metoda za določanje tokov zanke;
- sprejemanje enakovrednih transformacij;
- metodologija za merjenje upornosti zaščitnih vodnikov;
- izračun nodalnih potencialov;
- metoda identičnega generatorja in drugi.
Osnova za izračun preprostega električnega tokokroga po Ohmovem zakonu je določitev jakosti toka v ločenem odseku z znanim uporom vodnikov in dano napetostjo.
Glede na pogoje problema so znani upori uporov R1, R2, R3, R4, R5, R6, priključenih na vezje (brez upoštevanja upora ampermetra). Izračunati je treba jakost tokov J1, J2…J6.
V diagramu so trije zaporedni deli. Še več, drugi in tretji imata veje. Upore teh odsekov označujemo kot R1, R’, R.” Potem je skupni upor enak vsoti uporov:
R = R1 + R’ + R”, Kje
R' – skupni upor vzporedno vezanih uporov R2, R3, R4.
R" – skupni upor uporov R5 in R6.
S pomočjo zakona vzporedne vezave izračunamo upor R' in R".
1/R' = 1/R2 + 1/R3 + 1/R4
1/R” = 1/R5 + 1/R6
Moč toka v nerazvejanem vezju lahko določite, če poznate skupni upor pri dani napetosti, z naslednjo formulo:
I = U/R, Potem I = I1
Za izračun jakosti toka v posameznih vejah morate določiti napetost v odsekih serijskih vezij po Ohmovem zakonu:
U1 = IR1; U2 = IR’; U3 = IR”;
Če poznate napetost določenih odsekov, lahko izračunate trenutno moč na posameznih vejah:
I2 = U2/R2; I3 = U2/R3; I4 = U2/R4; I5 = U3/R5; I6 = U3/R6
Včasih je treba ugotoviti upornost odsekov z uporabo znanih parametrov napetosti, jakosti toka, upornosti drugih odsekov ali izračunati napetost z uporabo razpoložljivih podatkov o uporu in toku.
Glavni del metod je namenjen poenostavitvi izračunov. To dosežemo s prilagajanjem sistemov enačb ali same sheme. Električna vezja se izračunajo na različne načine, odvisno od njihovega zahtevnostnega razreda.
