Обозначения электрической цепи: ГБПОУ КЖГТ, Москва

Содержание

контур, схема, расчет, разветвленные и линейные цепи

Содержание статьи:

При обустройстве новой квартиры или дома, обновлении или ремонте жилья приходится сталкиваться с элементами, предназначенными для протекания электрического тока. Важно знать, что представляет собой электрическая цепь, из чего она состоит, зачем нужна схема, и какие расчеты необходимо выполнить.

Что такое электрические цепи

Электрической цепью называют совокупность устройств, необходимых для прохождения по ним электрического тока

Электрическая цепь – это комплекс различных элементов, соединенных между собой. Она предназначена для протекания электрического тока, где происходят переходные процессы. Движение электронов обеспечивается наличием разности потенциалов и может быть описано при помощи таких терминов, как напряжение и сила тока.

Внутренняя цепь обеспечивается подключением напряжения, как источника питания. Остальные элементы образуют внешнюю сеть. Для движения зарядов в источнике питания поля потребуется приложение сторонней силы. Это может быть обмотка генератора, трансформатора или гальванический источник.

Чтобы такая система правильно функционировала, ее контур должен быть замкнутый, иначе ток протекать не будет. Это обязательное условие для согласованной работы всех устройств. Не всякий контур может быть электрической цепью. Например, линии заземления или защиты не являются таковыми, поскольку в обычном режиме по ним не проходит ток. Назвать их электрическими можно по принципу действия. В аварийной ситуации по ним проходит ток, а контур замыкается, уходя в грунт.

В зависимости от источника питания напряжение в цепи может быть постоянным или переменным. Батарея элементов дает постоянное напряжение, а обмотки генераторов или трансформаторов – переменное.

Основные компоненты

Инвентор электрического тока

Все составные части в цепи участвуют в одном электромагнитном процессе. Условно их разделяют на три группы.

  • Первичные источники электрической энергии и сигналов могут преобразовывать энергию неэлектромагнитной природы в электрическую. Например, гальванический элемент, аккумулятор, электромеханический генератор.
  • Вторичный тип, как на входе, так и на выходе имеет электрическую энергию. Изменяются только ее параметры – напряжение и ток, их форма, величина и частота. Примером могут быть выпрямители, инверторы, трансформаторы.
  • Потребители активной энергии преобразовывают электрический ток в освещение или тепло. Это электротермические устройства, лампы, резисторы, электродвигатели.
  • К вспомогательным компонентам относят коммутационные устройства, измерительные приборы, соединительные элементы и провод.

Основой электрической сети является схема. Это графический рисунок, который содержит условные изображения и обозначения элементов и их соединение. Они выполняются согласно ГОСТу 2.721-74 – 2.758-81

Схема простейшей линии включает в себя гальванический элемент. С помощью проводов к нему через выключатель подсоединена лампа накаливания. Для измерения силы тока и напряжения в нее включен вольтметр и амперметр.

Классификация цепей

Электроцепи классифицируют по типу сложности: простые (неразветвленные) и сложные (разветвленные). Есть разделение на цепи постоянного тока и переменного, а также синусоидального и несинусоидального. Исходя из характера элементов, они бывают линейные и нелинейные. Линии переменного тока могут быть однофазными и трехфазными.

Разветвленные и неразветвленные

Во всех элементах неразветвленной цепи течет один и тот же ток. Простейшая разветвленная линия включает в себя три ветви и два узла. В каждой ветви течет свой ток. Ветвь определяют как участок цепи, который образован последовательно соединенными элементами, заключенными между двух узлов. Узел – это точка, в которой сходятся три ветви.

Если на схеме при пересечении двух прямых поставлена точка, в этом месте есть электрическое соединение двух линий. Если узел не обозначен – цепь неразветвленная.

Линейные и нелинейные

Электрическая цепь, в которой потребители не зависят от значения напряжения и направления токов, а все компоненты линейные, называется линейной. К элементам такой цепи относятся зависимые и независимые источники токов и напряжений. В линейной сопротивление элемента не зависит от тока, например, электропечь.

В нелинейной, пассивные элементы зависят от значений направления токов и напряжения, имеют хотя бы один нелинейный элемент. Например, сопротивление лампы накаливания зависит от скачков напряжения и силы тока.

Обозначения элементов на схеме

Прежде чем приступить к монтажу оборудования необходимо изучить нормативные сопровождающие документы. Схема позволяет донести до пользователя полную характеристику изделия с помощью буквенных и графических обозначений, занесенных в единый реестр конструкторской документации.

К чертежу прилагаются дополнительные документы. Их перечень может быть указан в алфавитном порядке с цифровой сортировкой на самом чертеже, либо отдельным листом. Классифицируют десять видов схем, в электротехнике обычно используют три основные схемы.

  • Функциональная имеет минимальную детализацию. Основные функции узлов изображают прямоугольником с буквенными обозначениями.
  • Принципиальная схема подробно отображает конструкцию использованных элементов, а также их связи и контакты. Необходимые параметры могут быть отображены непосредственно на схеме или в отдельном документе. Если указана только часть установки, это однолинейная схема, когда указаны все элементы – полная.
  • В монтажной электрической схеме используют позиционные обозначения элементов, их месторасположение, способ монтажа и очередность.

Для чтения электросхем нужно знать условные графические обозначения. Провода, которые соединяют элементы, изображаются линиями. Сплошная линия – это общее обозначение проводки. Над ней могут быть указаны данные о способе прокладки, материале, напряжении, токе. Для однолинейной схемы группа проводников изображается пунктирной линией. В начале и в конце указывают маркировку провода и место его подключения.

Вертикальные засечки на линии проводки говорят о количестве проводников. Если их более трех, выполняют цифровое обозначение. Прерывистой линией обозначают управляющие цепи, сеть охранного, эвакуационного, аварийного освещения.

Выключатель на схеме выглядит как кружок с наклоненной вправо чертой. По виду и количеству черточек определяют параметры устройства.

Кроме основных чертежей есть схемы замещения.

Трехфазные электрические цепи

Трехфазная цепь в рабочем режиме

Среди электрических цепей распространены как однофазные, так и многофазные системы. Каждая часть многофазной цепи характеризуется одинаковым значением тока и называется фазой. Электротехника различает два понятия этого термина. Первое – непосредственная составляющая трехфазной системы. Второе – величина, изменяющаяся синусоидально.

Трехфазная цепь – это одна из многофазных систем переменного тока, где действуют синусоидальные ЭДС (электродвижущая сила) одинаковой частоты, которые сдвинуты во времени относительно друг друга на определенный фазовый угол. Она образована обмотками трехфазного генератора, тремя приемниками электроэнергии и соединительными проводами.

Такие цепи служат для обеспечения генерации электрической энергии, для ее передачи, распределения, и имеет следующие преимущества:

  • экономичность выработки и транспортировки электроэнергии в сравнении с однофазной системой;
  • простое генерирование магнитного поля, которое необходимо для работы трехфазного асинхронного электродвигателя;
  • одна и та же генераторная установка выдает два эксплуатационных напряжения – линейное и фазное.

Трехфазная система выгодна при передаче электроэнергии на большие расстояния. К тому же материалоемкость значительно ниже, чем однофазных. Основные потребители – трансформаторы, асинхронные электродвигатели, преобразователи, индукционные печи, мощные нагревательные и силовые установки. Среди однофазных маломощных устройств можно отметить электроинструменты, лампы накаливания, бытовые приборы, блоки питания.

Трехфазная схема отличается значительной уравновешенностью системы. Способы соединения фаз получили структуру «звезда» и «треугольник». Обычно «звездой» соединяются фазы генерирующих электромашин, а фазы потребителей «звездой» и «треугольником».

Законы, действующие в электрических цепях

На схемах направление токов указывают стрелками. Для расчета нужно принять направления для напряжений, токов, ЭДС. При расчетах в электротехнике используют следующие основные законы:

  1. Закон Ома для прямолинейного участка цепи, который определяет связь между электродвижущей силой, напряжением источника с протекающей в проводнике силой тока и сопротивлением самого проводника.
  2. Чтобы найти все токи и напряжения, используют правила Кирхгофа, которые действуют между токами и напряжениями любого участка электрической цепи.
  3. Закон Джоуля–Ленца дает количественную оценку теплового действия электрического тока.

В цепях постоянного тока направление действия электродвижущей силы указывают от отрицательного потенциала к положительному. За направление принимают движение положительных зарядов. При этом стрелка направлена от большего потенциала к меньшему. Напряжение всегда направлено в ту сторону, что и ток.

В синусоидальных цепях ЭДС, напряжение и ток обозначают, используя полупериод тока, при этом он не изменяет свое направление. Чтобы подчеркнуть разницу потенциалов, их обозначают знаками «+» и «–».

Как производится расчет электрических цепей

Путь вычисления делится на множество способов, которые используются на практике:

  • метод, основанный на законе Ома и правилах Кирхгофа;
  • способ определения контурных токов;
  • прием эквивалентных преобразований;
  • методика измерений сопротивлений защитных проводников;
  • расчет узловых потенциалов;
  • метод идентичного генератора, и другие.

Основа расчета простой электрической цепи по закону Ома – это определение силы тока в отдельном участке при известном сопротивлении проводников и заданном напряжении.

По условию задачи известны сопротивления подсоединенных к цепи резисторов R1, R2, R3, R4, R5, R6 (без учета сопротивления амперметра). Необходимо вычислить силу токов J1, J2…J6.

На схеме есть три последовательных участка. Причем второй и третий имеют разветвления. Сопротивления этих участков обозначим, как R1, R’, R”. Тогда общее сопротивление равно сумме сопротивлений:

R = R1 + R’ + R”, где

R’ – общее сопротивление параллельно подключенных резисторов R2, R3, R4.

R” – общее сопротивление резисторов

R5 и R6.

Используя закон параллельного соединения, вычисляем сопротивления R’ и R”.

1/R’ = 1/R2 + 1/R3 + 1/R4

1/R” = 1/R5 + 1/R6

Определить силу тока в неразветвленной цепи, зная общее сопротивление при заданном напряжении, можно по следующей формуле:

I = U/R, тогда I = I1

Для вычисления силы тока в отдельно взятых ветвях, нужно определить напряжение на участках последовательных цепей по закону Ома:

U1 = IR1; U2 = IR’; U3 = IR”;

Зная напряжение конкретных участков, можно вычислить силу тока на отдельных ветвях:

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

Иногда необходимо узнать сопротивление участков по известным параметрам напряжения, силы токов, сопротивления других участков или сделать расчет напряжения по имеющимся данным сопротивления и силе тока.

Основная часть методик направлена на упрощение расчетов. Это достигается адаптацией систем уравнений, либо самой схемы. Расчет электрических цепей производится различными способами, в зависимости от класса их сложности.

Электрические цепи. Виды и составные части. Режимы работы

Различные элементы, соединенные проводниками электрического тока между собой, образуют электрические цепи. Перечень компонентов цепи может быть довольно большим. Существуют разные виды элементов цепи электрического тока: пассивные и активные, линейные и нелинейные и много других. Всю классификацию перечислить очень трудно.

Виды и составные части

Для работы цепи необходимо наличие соединительных проводников, потребителей, источника питания, выключателя. Контур цепи должен быть замкнут. Это является обязательным условием работы электрической цепи. Иначе ток в цепи протекать не будет. Не все контуры считаются электрическими цепями. Например, контуры зануления или заземления ими не признаются, так как в обычном режиме в них нет тока. Однако, по принципу действия они также являются электрическими цепями, так как в аварийных случаях в них протекает ток. Контур заземления и зануления замыкается с помощью грунта.

 
Внутренние и внешние электрические цепи

Для создания упорядоченного движения электронов, нужно наличие разности потенциалов между каким-либо участком цепи. Это обеспечивается при подключении напряжения в виде источника питания. Он называется внутренней электрической цепью. Остальные компоненты цепи образуют внешнюю цепь. Для задания движения зарядов в источнике питания против направления поля требуется приложить сторонние силы.

Такими силами могут выступать:
  • Выход вторичной обмотки трансформатора.
  • Батарея (гальванический источник).
  • Обмотка генератора.

Напряжение в цепи может быть, как постоянным, так и переменным, в зависимости от свойств источника питания. По этому признаку в электротехнике электрические цепи разделяют на контуры цепей. Такое объяснение вида цепи упрощенное, так как закон изменения движения электронов намного сложнее.

Кроме упорядоченного движения, электроны задействованы в хаотичном тепловом движении. Чем выше температура материала, тем больше скорость хаотичного движения носителей заряда. Однако, такой вид движения не участвует в создании электрического тока.

От источника питания зависит и род тока, то есть свойства внешней цепи. Батарея элементов выдает постоянное напряжение, а разные обмотки генераторов или трансформаторов выдают переменное напряжение. Это зависит от внутренних процессов в источнике питания.

Внешние силы, создающие движение электронов, называются электродвижущими силами, которые характеризуются работой, выполненной источником для перемещения единицы заряда, измеряется в вольтах.

Практически в расчетах цепей применяют два класса источников питания:
  1. Источники напряжения.
  2. Источники тока.

В реальности такие идеальные источники не существуют, но практически их пытаются имитировать. В бытовой сети мы имеем напряжение 220 вольт с определенными нормированными отклонениями. Это является источником напряжения, так как норма дана именно на этот параметр. Значение тока не играет большой роли. На электростанции круглосуточно поддерживается постоянная величина напряжения, независимо от запросов.

Источник тока действует по-другому. Он поддерживает определенный закон движения электронов, а величина напряжения не имеет значения. В пример можно привести сварочный аппарат. Для нормального хода сварки необходимо поддерживать постоянное значение тока. Эту функцию выполняет инверторный электронный блок.

Сеть питания может быть, как переменной, так и постоянной. Это не играет большой роли. Важнее выдержать, например, параметр ЭДС.

Обозначения компонентов электрической цепи

Выключатель

Это устройство позволяет соединить потребитель с источником питания. При пользовании выключателем, на его контактах образуется искра. Она возникает из-за наличия емкостного сопротивления. Чтобы избежать искрения, в электрическую цепь добавляются дроссели, а в выключатель устанавливают контакты специального вида. Электрические цепи могут иметь и другие решения для предотвращения возникновения искры.

Проводники

Электрические провода чаще всего производят из алюминия или меди. Это объясняется низким удельным сопротивлением этих металлов, хотя стоимость их в последнее время повышается. На проводах при работе выделяется тепло, которое зависит от двух параметров:

  1. Электрического тока.
  2. Сопротивления участка цепи.

Электрический ток определяется необходимостью потребителя, поэтому изменять можно только удельное сопротивление, которое должно быть как можно ниже. Все металлы при уменьшении температуры уменьшают сопротивление, в результате чего снижаются потери энергии. Если взять полупроводники, то среди них есть образцы с отрицательным и с положительным температурным коэффициентом сопротивления. Если сравнивать абсолютные значения сопротивления, то у металлов оно намного меньше.

Потребители

Все остальные компоненты электрической цепи, кроме перечисленных выше, считаются потребителями. Полезной нагрузкой является простая лампа накаливания, электродвигатель, нагревательное устройство. Параметры цепи слишком зависят от потребителей. Электрические цепи имеют обмотки трансформаторов, которые обладают большим индуктивным сопротивлением. Это отрицательно влияет на передачу электричества от источника.

Направление кроме тока может изменять и мощность. При этом энергия циркулирует в одну и в другую сторону. Такая мощность называется реактивной, и не выполняет полезной работы. Однако, она нагревает проводники и изменяет форму электрического сигнала. Поэтому в промышленных условиях целесообразно к электродвигателям параллельно подключать конденсаторы, которые будут компенсировать сопротивление с индуктивностью. В результате реактивная мощность замкнется внутри двигателя, и не выделит чрезмерного тепла в проводах.

Индуктивные потребители имеют важное свойство: они расходуют электроэнергию, которая превращается в магнитное поле и передается дальше.

В электронике существует множество разнообразных потребителей, которые можно разделить на классы:
  • Активные потребители. Для своего функционирования им требуется наличие электрической энергии. От основной сети они практически не работают. К ним относятся транзисторы, микросхемы, тиристоры и много других видов, являющихся своеобразными электронными ключами. Электродвигатели имеют отличие в том, что работают непосредственно из сети питания.
  • Пассивные потребители не нуждаются во внешнем источнике питания. Они пропускают через себя электрический ток особым образом. Например, полупроводники (тиристоры) начинают пропускать ток только при достижении определенной величины напряжения. Значит, они являются пассивными потребителями, и имеют нелинейные свойства пропускания тока. К таким же видам можно причислить диоды, пропускающие ток только в одну сторону. Другими словами, они имеют свойства вентиля. Также пассивными потребителями являются различные дроссели, конденсаторы, сопротивления. При наличии этих компонентов электрические цепи обретают необычные свойства. Например, контуры резонанса, состоящие из катушек и емкостей, применяют в виде фильтров для разной частоты волн.
Режимы электрической цепи

При подключении разного числа потребителей к источнику питания изменяется мощность, напряжение и ток, вследствие чего возникают различные режимы работы в цепи, и соответственно, компонентов, включенных в нее. Практически можно представить схему цепи в виде пассивного и активного двухполюсника. Это электрические цепи, соединенные с внешней частью двумя выводами с разной полярностью.

Особенностью активного двухполюсника является наличие источника электрического тока, у пассивного двухполюсника его нет. Популярными стали схемы замещения пассивных и активных элементов во время работы. Вид режима работы определяется свойствами элементов цепи.

Холостой ход

Это режим при отключенной нагрузке от питания при помощи ключа. В этом случае ток в цепи равен нулю. Напряжение достигает уровня ЭДС. Элементы цепи не работают.

Короткое замыкание

В этом случае выключатель на схеме замкнут, сопротивление равно нулю, соответственно, напряжение также равно нулю.

При применении двух рассмотренных режимов определяются свойства активного двухполюсника. При изменении тока в некоторых границах, зависящих от элемента цепи, нижняя граница всегда равна нулю. Этот элемент цепи начинает выдавать энергию в цепь. Также нужно знать, что если напряжение ниже нуля, это значит, что резисторами активного двухполюсника расходуется энергия источника, связанного по цепи, а также резерв самого прибора.

Номинальный режим

Такой режим необходим для создания технических свойств всей цепи и отдельных компонентов. В этом режиме свойства близки к величинам, указанным на компоненте, или в инструкции. Нужно учесть, что каждый прибор имеет свои параметры. Однако, три главных показателя есть у всех устройств – это напряжение, мощность и номинальный ток. Все компоненты электрических цепей также имеют эти показатели.

Согласованный режим

Этот режим применяется для создания наибольшей передачи активной мощности, передаваемой источником питания к потребителю. Когда производится работа в этом режиме, необходимо быть осторожным, во избежание выхода из строя части цепи.

Основные элементы цепи

Они применяются в сложных устройствах для проверки работоспособности:
  • Ветвь. Это участок цепи с током одинаковой величины. Ветвь может иметь несколько последовательно соединенных элементов.
  • Узел. Это место соединения нескольких ветвей.
  • Контур. Это любой замкнутый участок цепи, имеющий несколько ветвей.
Похожие темы:

Основные электрические величины и единицы их измерения

Рассмотрим основные электрические величины, которые мы изучаем сначала в школе, затем в средних и высших учебных заведениях. Все данные для удобства сведем в небольшую таблицу. После таблицы будут приведены определения отдельных величин, на случай возникновения каких-либо непониманий.

Величина Единица измерения в СИ Название электрической величины
q Кл - кулон заряд
R Ом – ом сопротивление
U В – вольт напряжение
I А – ампер Сила тока (электрический ток)
C Ф – фарад Емкость
L Гн - генри Индуктивность
sigma См - сименс Удельная электрическая проводимость
e0 8,85418781762039*10-12 Ф/м Электрическая постоянная
φ В – вольт Потенциал точки электрического поля
P Вт – ватт Мощность активная
Q Вар – вольт-ампер-реактивный Мощность реактивная
S Ва – вольт-ампер Мощность полная
f Гц - герц Частота

Существуют десятичные приставки, которые используются в названии величины и служат для упрощения описания. Самые распространенные из них: мега, мили, кило, нано, пико. В таблице приведены и остальные приставки, кроме названных.

Десятичный множитель Произношение Обозначение (русское/международное)
10-30 куэкто q
10-27 ронто r
10-24 иокто и/y
10-21 зепто з/z
10-18 атто a
10-15 фемто ф/f
10-12 пико п/p
10-9 нано н/n
10-6 микро мк/μ
10-3 милли м/m
10-2 санти c
10-1 деци д/d
101 дека да/da
102 гекто г/h
103 кило к/k
106 мега M
109 гига Г/G
1012 тера T
1015 пета П/P
1018 экза Э/E
1021 зета З/Z
1024 йотта И/Y
1027 ронна R
1030 куэкка Q

Сила тока в 1А – это величина, равная отношению заряда в 1 Кл, прошедшего за 1с времени через поверхность (проводник), к времени прохождения заряда через поверхность. Для протекания тока необходимо, чтобы цепь была замкнутой.

Сила тока измеряется в амперах. 1А=1Кл/1c

В практике встречаются

1кА = 1000А

1мА = 0,001А

1мкА = 0,000001А

Электрическое напряжение – разность потенциалов между двумя точками электрического поля. Величина электрического потенциала измеряется в вольтах, следовательно, и напряжение измеряется в вольтах (В).

1Вольт – напряжение, которое необходимо для выделения в проводнике энергии в 1Ватт при протекании по нему тока силой в 1Ампер.

1В=1Вт/1А.

В практике встречаются

1кВ = 1000В

1мВ = 0,001В

Электрическое сопротивление – характеристика проводника препятствовать протеканию по нему электрического тока. Определяется как отношение напряжения на концах проводника к силе тока в нем. Измеряется в омах (Ом). В некоторых пределах величина постоянная.

1Ом – сопротивление проводника при протекании по нему постоянного тока силой 1А и возникающем при этом на концах напряжении в 1В.

Из школьного курса физики все мы помним формулу для однородного проводника постоянного сечения:

R=ρlS – сопротивление такого проводника зависит от сечения S и длины l

где ρ – удельное сопротивление материала проводника, табличная величина.

Между тремя вышеописанными величинами существует закон Ома для цепи постоянного тока.

Ток в цепи прямо пропорционален величине напряжения в цепи и обратно пропорционален величине сопротивления цепи – закон Ома.

I=U/R

Электрической емкостью называется способность проводника накапливать электрический заряд.

Емкость измеряется в фарадах (1Ф).

1Ф = 1Кл/1В

1Ф – это емкость конденсатора между обкладками которого возникает напряжение 1В при заряде в 1Кл.

В практике встречаются

1пФ = 0,000000000001Ф

1нФ = 0,000000001Ф

Индуктивность – это величина, характеризующая способность контура, по которому протекает электрический ток, создавать и накапливать магнитное поле.

Индуктивность измеряется в генри.

1Гн = (В*с)/А

1Гн – величина, равная ЭДС самоиндукции, возникающей при изменении величины тока в контуре на 1А в течение 1секунды.

В практике встречаются

1мГн = 0, 001Гн

Электрическая проводимость – величина, показывающая способность тела проводить электрический ток. Обратная величина сопротивлению.

Электропроводность измеряется в сименсах.

1См = Ом-1

Сохраните в закладки или поделитесь с друзьями

Самое популярное

Что такое электроэнергия (P)

Электрическая мощность - это норма потребления энергии в электрическом цепь.

Электрическая мощность измеряется в ваттах.

Определение электроэнергии

Электрическая мощность P равна потребляемой энергии E, разделенной по времени расхода t:

P - электрическая мощность в ваттах (Вт).

E - потребление энергии в джоулях (Дж).

t - время в секундах (с).

Пример

Найдите электрическую мощность электрической цепи, потребляющей 120 джоулей за 20 секунд.

Решение:

E = 120 Дж

т = 20 с

P = E / т = 120 Дж / 20 с = 6 Вт

Расчет электроэнергии

P = В I

или

P = I 2 R

или

P = V 2 / R

P - электрическая мощность в ваттах (Вт).

В - напряжение в вольтах (В).

I - ток в амперах (А).

R - сопротивление в Ом (Ом).

Мощность цепей переменного тока

Формулы для однофазного переменного тока.

Для трехфазного переменного тока:

Когда линейное напряжение (В L-L ) используется в формуле, умножьте однофазную мощность на квадрат корень из 3 (√3 = 1,73).

При нулевом напряжении (В L-0 ) используется в формуле, умножьте однофазную мощность на 3.

Реальная мощность

Реальная или истинная мощность - это мощность, которая используется для работы на Загрузка.

P = В СКЗ I СКЗ cos φ

P - реальная мощность в ваттах [Вт]

В rms - среднеквадратичное напряжение = V пиковое / √2 в вольтах [В]

I rms - среднеквадратичное значение тока = I пиковое / √2 в амперах [A]

φ - это фазовый угол импеданса = разность фаз между напряжением и током.

Реактивная мощность

Реактивная мощность - это мощность, которая тратится впустую и не используется для работать под нагрузкой.

Q = В СКЗ I СКЗ sin φ

Q - реактивная мощность в вольт-ампер-реактивная [ВАр]

В rms - среднеквадратичное напряжение = V пиковое / √2 в вольтах [В]

I rms - среднеквадратичное значение тока = I пиковое / √2 в амперах [A]

φ - это фазовый угол импеданса = разность фаз между напряжением и током.

Полная мощность

Полная мощность - это мощность, подаваемая в цепь.

S = В СКЗ I СКЗ

S - полная мощность в Вольт-ампер [ВА]

В rms - среднеквадратичное напряжение = V пиковое / √2 в вольтах [В]

I rms - среднеквадратичное значение тока = I пиковое / √2 в амперах [A]

Соотношение активной / реактивной / полной мощностей

Активная мощность P и реактивная мощность Q вместе дают полную мощность S:

P 2 + Q 2 = S 2

P - реальная мощность в ваттах [Вт]

Q - реактивная мощность в вольт-ампер-реактивная [ВАр]

S - полная мощность в Вольт-ампер [ВА]

Коэффициент мощности ►


См. Также

Электрическое короткое замыкание - типы, причины и предотвращение

Короткое замыкание - это соединение с низким сопротивлением между двумя проводниками, которые подают электроэнергию в цепь. Это вызовет избыточное протекание напряжения и вызовет чрезмерное протекание тока в источнике питания. Электричество пройдет по «короткому» маршруту и ​​вызовет короткое замыкание.

Что такое Типы электрического короткого замыкания

1. Нормальное короткое замыкание

Это происходит, когда ток, протекающий под напряжением, касается нейтрального провода. Когда это произойдет, сопротивление мгновенно упадет, и большой ток пройдет неожиданным путем.

2. Короткое замыкание при замыкании на землю

Короткое замыкание при замыкании на землю происходит, когда ток, по которому проходит ток, входит в контакт с некоторой заземленной частью системы. Это может быть заземленная металлическая настенная коробка, оголенный провод заземления или заземленная часть прибора.

Каковы основные причины электрического короткого замыкания

  • Неисправность изоляции проводов цепи

Если изоляция повреждена или устарела, горячие провода могут соприкоснуться с нейтралью. Это вызовет короткое замыкание.

Возраст провода, гвоздей или шурупов может повредить изоляцию и привести к короткому замыканию. Есть риск, что вредители прогрызут изоляцию и оголят жилы проводов.

Если есть какие-либо незакрепленные соединения или крепления проводов, это позволит контактировать токоведущий и нейтральный провод. Если вы видите неисправные соединения проводов, не пытайтесь исправить это самостоятельно и немедленно обратитесь к специалисту.

Если вы подключите прибор к розетке, его проводка станет продолжением цепи.Таким образом, если есть какие-либо проблемы в электропроводке устройства, это станет проблемой цепи.

Короткое замыкание может произойти в шнурах питания, вилках или внутри устройства. Убедитесь, что у вас есть защита от короткого замыкания для всех приборов.

Как предотвратить электрическое короткое замыкание

  • Контрольные розетки и устройства

К каждой розетке подключена сеть проводов. Если есть неисправные провода, неплотные соединения коробки или розетка старше 15-25 лет, это может привести к короткому замыканию.Обратите внимание на возможные признаки неисправности розеток, в том числе:

  1. Следы ожогов на розетке или запах гари
  2. Искры, исходящие из розетки
  3. Жужжащий звук от розетки

Аналогичным образом проверьте приборы и их проводку тоже. Неисправная электропроводка или трещины в приборе могут вызвать короткое замыкание. Отремонтируйте такие приборы или замените их полностью.

  • Используйте меньше электроэнергии во время шторма

Короткое замыкание, вызванное ударами молнии, может быть чрезвычайно опасным, поскольку большое количество электричества может привести к повреждению.Уменьшите потребление электроэнергии во время шторма, поскольку это может помочь предотвратить короткое замыкание и уменьшить ущерб в случае скачка напряжения.

  • Пройдите ежегодный осмотр электрооборудования

Позвоните сертифицированному специалисту и проводите осмотр электрического оборудования не реже одного раза в год. Они могут выявить критические проблемы и решить их до того, как они станут опасными, потому что знают, как исправить короткое замыкание.

  • Установите устройства, предотвращающие короткое замыкание

  1. Автоматические выключатели или предохранители: Автоматический выключатель - это переключающее устройство в цепи, которое прерывает ненормальное протекание тока.Он использует внутреннюю систему пружин или сжатого воздуха для определения любых изменений в текущем потоке. Он «разрывает» цепь и прерывает прохождение тока. Плавкий предохранитель - это устройство, обеспечивающее защиту от перегрузки по току. В нем есть металлическая полоса или проволока, которая плавится при прохождении через нее большого количества тока. Это прерывает цепь.
  1. Прерыватели цепи при замыкании на землю (GFCI): GFCI работает, сравнивая величину тока, протекающего в цепи и из нее. Если есть замыкание на землю или дисбаланс между входящими и выходящими токами, GFCI отключит электрическое питание.
  1. Прерыватели цепи от дугового замыкания (AFCI): AFCI размыкает цепь при обнаружении электрической дуги в цепи. Это помогает предотвратить электрические пожары.

Посмотрите, где AFCI и GFCI, и где их следует установить, чтобы получить дополнительную информацию о том, где следует устанавливать AFCI и GFCI.

D&F Liquidators обслуживает потребности в строительных материалах для электротехники более 30 лет. Это международная информационная служба площадью 180 000 квадратных метров, расположенная в Хейворде, Калифорния.Он хранит обширный инвентарь электрических разъемов, кабелепроводов, автоматических выключателей, распределительных коробок, проводов, предохранительных выключателей и т. Д. Он закупает электрические материалы у ведущих компаний по всему миру. Компания также ведет обширный инвентарь взрывозащищенной продукции и современных решений в области электрического освещения. Поскольку компания D&F закупает материалы оптом, она имеет уникальную возможность предложить конкурентоспособную структуру ценообразования. Кроме того, он может удовлетворить самые взыскательные запросы и отгрузить материал в тот же день.

Что такое электрический ток? Определение, единица измерения и направление тока

Определение : Электрический ток определяется как скорость прохождения отрицательных зарядов по проводнику. Другими словами, непрерывный поток электронов в электрической цепи называется электрическим током. Проводящий материал состоит из большого количества свободных электронов, которые беспорядочно перемещаются от одного атома к другому.

Единица тока

Поскольку заряд измеряется в кулонах, а время - в секундах, единицей измерения электрического тока является кулон / сек ( C / s, ) или амперы ( A, ).Амперы - это SI единица проводника. I - это символическое представление тока.

Таким образом, считается, что по проводу проходит ток в один ампер, когда по нему течет заряд со скоростью один кулон в секунду.

Когда к металлическому проводу прикладывается разность электрических потенциалов, слабо прикрепленные свободные электроны начинают двигаться к положительному выводу ячейки, показанной на рисунке ниже. Этот непрерывный поток электронов составляет электрический ток.Токи в проводе проходят от отрицательной клеммы ячейки к положительной клемме через внешнюю цепь.

Условное направление тока

Согласно теории электронов, когда к проводнику прикладывается разность потенциалов, через цепь протекает какое-то вещество, составляющее электрический ток. Считалось, что это вещество течет от более высокого потенциала к более низкому потенциалу, то есть положительный вывод к отрицательному выводу ячейки через внешнюю цепь.

Это правило протекания тока настолько прочно установлено, что оно все еще используется. Таким образом, обычное направление протекания тока - от положительного вывода элемента к отрицательному выводу элемента через внешнюю цепь. Величина протекания тока на любом участке проводника - это скорость потока электронов, то есть заряда, протекающего в секунду.

Математически это представлено как

На основе протекания электрического заряда ток в основном подразделяется на два типа, т.е.е. переменный ток и постоянный ток. В постоянном токе заряды протекают в одном направлении, в то время как в переменном токе заряды текут в обоих направлениях.

Согласование автоматических выключателей - Руководство по электрическому монтажу

Каскадная (или резервная защита)

В методе «каскадирования» используются свойства токоограничивающих автоматических выключателей, позволяющих устанавливать все расположенные ниже распределительные устройства, кабели и другие компоненты схемы со значительно более низкими характеристиками, чем это было бы необходимо, тем самым упрощая и снижая стоимость установки.

Определение каскадной техники

Ограничивая пиковое значение проходящего через него тока короткого замыкания, токоограничивающий выключатель позволяет использовать во всех цепях после его расположения распределительное устройство и компоненты схемы с гораздо более низкой отключающей способностью при коротком замыкании, а также тепловые и электромеханические. выдерживать возможности, которые в противном случае были бы необходимы.Уменьшение физических размеров и более низкие требования к производительности приводят к значительной экономии и упрощению монтажных работ. Можно отметить, что, хотя токоограничивающий выключатель оказывает влияние на цепи ниже по потоку, (по-видимому) увеличивая полное сопротивление источника в условиях короткого замыкания, он не имеет такого эффекта ни в каких других условиях; например, при запуске большого двигателя (где очень желательно низкое сопротивление источника). Особенно интересна линейка токоограничивающих автоматических выключателей Compact NSX с мощными ограничивающими характеристиками.

Условия реализации

Как правило, необходимы лабораторные испытания, чтобы гарантировать, что условия реализации, требуемые национальными стандартами, выполнены, и изготовителем должны быть предоставлены совместимые комбинации распределительных устройств.

Большинство национальных стандартов допускают каскадную технику при условии, что количество энергии, «пропускаемой» ограничивающим выключателем, меньше энергии, которую все расположенные ниже выключатели и компоненты могут выдержать без повреждений.

На практике это можно проверить для выключателей только тестами, выполненными в лаборатории. Такие испытания проводят производители, которые предоставляют информацию в виде таблиц, чтобы пользователи могли уверенно спроектировать каскадную схему на основе комбинации рекомендуемых типов выключателей. В качестве примера, Рис. h57 показывает возможности каскадного подключения автоматических выключателей типов iC60, DT40N, C120 и NG125 при установке после токоограничивающих выключателей Compact NSX 250 N, H или L для 230/400 В или 240/415 V 3-х фазная установка.

Рис. H57 - Пример возможности каскадного подключения в трехфазной сети 230/400 В или 240/415 В

Вышедший CB NSX250
B F N H S л
Icu (кА) 25 36 50 70 100 150
Выходной CB
Тип Рейтинг (A) Icu (кА) Усиленная отключающая способность (кА)
iDPN [a] 1-40 6 10 10 10 10 10 10
iDPN N [a] 1–16 10 20 20 20 20 20 20
25-40 10 16 16 16 16 16 16
iC60N 0,5-40 10 20 25 30 30 30 30
50-63 10 20 25 25 25 25 25
iC60H 0,5-40 15 25 30 30 30 30 30
50-63 15 25 25 25 25 25 25
iC60L 0,5-25 25 25 30 30 30 30 30
32-40 20 25 30 30 30 30 30
50-63 15 25 25 25 25 25 25
C120N 63-125 10 25 25 25 25 25 25
C120H 63-125 15 25 25 25 25 25 25
NG125N 1-125 25 36 36 36 50 70
NG125H 1-125 36 40 50 70 100
NG125L 1-80 50 50 70 100 150
  1. ^ 1 2 230 В между фазой и нейтралью

Преимущества каскадирования

Ограничение тока выгодно для всех нижестоящих цепей, которые управляются соответствующим токоограничивающим выключателем.

Принцип не является ограничивающим, т. Е. Токоограничивающие выключатели могут быть установлены в любой точке установки, где в противном случае выходные цепи были бы неадекватно рассчитаны.

Результат:

  • Упрощенный расчет тока короткого замыкания
  • Упрощение, т. Е. Более широкий выбор распределительных устройств и приборов, расположенных ниже по цепочке
  • Использование более легких распределительных устройств и приборов с, как следствие, более низкой стоимостью
  • Экономия места, так как легкое оборудование обычно имеет меньший объем

Принципы избирательности

Селективность важна для обеспечения бесперебойного питания и быстрой локализации неисправностей.

Избирательность достигается за счет устройств защиты от перегрузки по току и замыкания на землю, если условие отказа, возникающее в любой точке установки, устраняется защитным устройством, расположенным непосредственно перед местом замыкания, в то время как все другие защитные устройства остаются неизменными (см. Рисунок h58 ).

Рис. H58 - Принцип селективности

Избирательность требуется для установки, питающей критические нагрузки, когда одна неисправность в одной цепи не должна вызывать прерывание питания других цепей.В серии IEC 60364 это обязательно для установки, обеспечивающей услуги безопасности (IEC60364-5-56 2009 560.7.4). Селективность также может требоваться некоторыми местными правилами или для некоторых специальных приложений, например:

  • Медпункт
  • Морской
  • Высотное здание

Селективность настоятельно рекомендуется там, где бесперебойность электроснабжения критична из-за характера нагрузок.

  • Дата-центр
  • Инфраструктура (туннель, аэропорт…)
  • Критический процесс

С точки зрения монтажа: Селективность достигается, когда максимальный ток короткого замыкания в точке установки ниже предела селективности автоматических выключателей, питающих эту точку установки.

Селективность должна проверяться для всех цепей, питаемых от одного источника, и для всех типов неисправностей:

  • Перегрузка
  • Короткое замыкание
  • Замыкание на землю

Когда система может питаться от разных источников (например, от сети или генераторной установки), в обоих случаях необходимо проверять избирательность.

Селективность между двумя автоматическими выключателями может быть

  • Итого: до отключающей способности автоматического выключателя
  • Частично: до указанного значения в соответствии с характеристиками автоматических выключателей Рисунок h59, H50 и H51

Предлагаются различные решения для достижения селективности на основе:

  • Текущий
  • Время
  • Энергия
  • Логика

Рис.h59 - Полная и частичная избирательность

Рис. H50 - Полная селективность между выключателями A и B

Рис. H51 - Частичная селективность между выключателями A и B

Селективность по току

см. (a) из Рисунок H52

Этот метод реализуется путем установки последовательных порогов срабатывания на ступенчатых уровнях от цепей ниже по потоку (более низкие значения) к источнику (более высокие значения).

Селективность может быть полной или частичной, в зависимости от конкретных условий, как указано выше.

Селективность по времени

см. (b) из Рисунок H52

Этот метод реализуется путем настройки отключающих устройств с задержкой по времени таким образом, чтобы реле, расположенные ниже по потоку, имели наименьшее время срабатывания с постепенно увеличивающимися задержками по направлению к источнику. В показанном двухуровневом расположении автоматический выключатель A на входе имеет задержку, достаточную для обеспечения полной селективности с B (например, Masterpact с электронным расцепителем).

Автоматические выключатели категории B спроектированы для селективности на основе времени, предел селективности будет значением кратковременной выдержки на входе (Icw)

Селективность на основе комбинации двух предыдущих методов

см. (c) из Рисунок H52

Задержка, добавленная к схеме текущего уровня, может улучшить общие характеристики селективности.

У вышестоящего выключателя есть два порога магнитного срабатывания:

  • Im A: магнитное отключение с задержкой или электронное отключение с короткой задержкой
  • Ii: мгновенное отключение

Избирательность полная, если Isc B

Рис. H52 - Селективность по току, Селективность по времени, сочетание обоих

Защита от токов короткого замыкания высокого уровня: селективность на основе уровней энергии дуги

Если кривые зависимости времени от тока наложены, селективность возможна с автоматическим выключателем-ограничителем, если они правильно скоординированы.

Принцип: Когда два автоматических выключателя A и B обнаруживают очень высокий ток короткого замыкания, их контакты размыкаются одновременно. В результате ток сильно ограничен.

  • Очень высокая энергия дуги на уровне B вызывает отключение автоматического выключателя B
  • Тогда энергия дуги ограничена на уровне A и недостаточна для отключения A

Рис. H53 - Селективность на основе энергии

Этот подход требует точного согласования уровней ограничения и уровней энергии отключения.Он реализован в линейке Compact NSX (токоограничивающий автоматический выключатель), а также в серии Compact NSX и acti 9. Это единственное решение, обеспечивающее селективность вплоть до высокого тока короткого замыкания с автоматическим выключателем категории селективности A согласно IEC60947-2.

Рис. H54 - Практический пример селективности на нескольких уровнях с автоматическими выключателями Schneider Electric (с электронными расцепителями)

Селективность повышена за счет каскадирования

Каскадирование между 2 устройствами обычно достигается за счет отключения автоматического выключателя A, расположенного на входе, чтобы помочь автоматическому выключателю B, расположенному на выходе, отключить ток.По принципу каскадирование противоречит избирательности. Но технология энергоселективности, реализованная в автоматических выключателях Compact NSX, позволяет улучшить отключающую способность выключателей, расположенных ниже по цепи, и сохранить высокую селективность.

Принцип следующий:

  • Выходной ограничительный автоматический выключатель B обнаруживает очень высокий ток короткого замыкания. Отключение происходит очень быстро (<1 мс), а затем ограничивается ток
  • Выключатель A, расположенный выше по цепи, имеет ограниченный ток короткого замыкания по сравнению с его отключающей способностью, но этот ток вызывает отталкивание контактов.В результате напряжение дуги увеличивает ограничение тока. Однако энергии дуги недостаточно для отключения автоматического выключателя. Таким образом, автоматический выключатель A помогает выключателю B отключиться, не срабатывая при этом сам. Предел селективности может быть

выше, чем Icu B, и селективность становится полной при снижении стоимости устройств.

Логическая избирательность или «Блокировка последовательности зон - ZSI»

Возможны схемы селективности, основанные на логических методах, с использованием автоматических выключателей, оборудованных электронными расцепителями, предназначенными для этой цели (Compact, Masterpact) и соединенными с контрольными проводами.

Этот тип селективности может быть достигнут с помощью автоматических выключателей, оснащенных специально разработанными электронными расцепителями (Compact, Masterpact): Logic управляет только функциями кратковременной защиты (Isd, Tsd) и защиты от замыкания на землю (GFP). Избирательность. В частности, функция мгновенной защиты не касается.

Одним из преимуществ этого решения является короткое время отключения, где бы ни находилась неисправность, с помощью автоматического выключателя категории селективности B.Селективность на основе времени в многоуровневой системе подразумевает длительное время отключения в исходной точке установки.

Настройки автоматических выключателей

  • временная задержка: включение временных задержек необходимо, по крайней мере, для автоматического выключателя, получающего вход ZSI (ΔtD1> время отключения без задержки D2 и ΔtD2> время отключения без задержки D3)
  • Пороговые значения
  • : правила для пороговых значений не применяются, но должно соблюдаться естественное каскадирование номинальных значений защитного устройства (IcrD1> IcrD2> IcrD3).

Примечание : Этот метод обеспечивает селективность даже с автоматическими выключателями аналогичного номинала.

Принципы

Активация функции логической селективности через передачу информации по контрольному проводу:

  • Вход ZSI:
    • низкий уровень (нет отказов на выходе): функция защиты находится в режиме ожидания без временной задержки,
    • высокий уровень (наличие отказов на выходе): соответствующая функция защиты переходит в состояние временной задержки, установленное на устройстве.
  • ZSI выход:
    • низкий уровень: расцепитель не обнаруживает неисправностей и не отправляет приказы,
    • высокий уровень: расцепитель обнаруживает неисправность и отправляет команду.

Эксплуатация

Контрольный провод каскадно соединяет защитные устройства установки (см. Рисунок H55). При возникновении неисправности каждый автоматический выключатель перед неисправностью (обнаружение неисправности) отправляет команду (выход высокого уровня) и переводит выключатель цепи выше по потоку на установленную задержку времени (вход высокого уровня). Автоматический выключатель, расположенный чуть выше места повреждения, не получает никаких команд (вход низкого уровня) и, таким образом, срабатывает почти мгновенно.

Рис. H55 - Логическая избирательность.

Установка и модернизация цепей

| Предотвращение перегрузки цепи

По мере того, как электронные устройства становятся все более технологически продвинутыми, а новые устройства открывают новые возможности, стареющие электрические системы в домах по всей Северной Америке пытаются не отставать. Сейчас, как никогда, настало время обновить вашу электрическую схему, чтобы обеспечить ее способность безопасно удовлетворить ваши текущие и будущие потребности в электричестве.

Соответствует ли ваш дом или бизнес современным требованиям? Свяжитесь с вашим местным компанией Mr. Electric®, чтобы обновить свои схемы сегодня. Действуйте сейчас и будьте на пути к безопасному, беззаботному и непрерывному электричеству.

Что такое перегрузка электрической цепи и как ее предотвратить?

Перегрузки электрической цепи возникают, когда по электрическому проводу передается больше силы тока, чем может выдержать цепь. Например, если вы подключите лазерный принтер к той же розетке, что и компьютерная башня, а сила тока в цепи недостаточна для поддержки обоих устройств, сработает автоматический выключатель.Сработавший автоматический выключатель отключает питание всех устройств, использующих эту цепь, и снижает производительность.

Чтобы избежать перегрузки ваших цепей и возможности возгорания, розетки и проводку следует модернизировать, чтобы они имели достаточную электрическую емкость. Позвольте лицензированным профессионалам компании Mr. Electric обновить и установить нужные электрические цепи в вашем доме или офисе уже сегодня.

12 причин обновить схемы

  1. Перегруженные розетки
    Часто ли срабатывают автоматические выключатели? Вы используете слишком много удлинителей и удлинителей? Хотели бы вы, чтобы у вас было больше точек для поддержки вашей электроники?
  2. Системы безопасности
    Вы хотите установить систему безопасности, чтобы отразить злоумышленников и защитить свою семью? Панель управления необходимо подключить к домашней электросети.
  3. Специальное освещение
    Хотите добавить в свой дом рабочее освещение, встроенное освещение, дорожное освещение, акцентное освещение, декоративное освещение, настенные бра или другие специальные осветительные приборы?
  4. Приборы
    Вам нужно больше розеток для подключения ваших приборов? Хотите поставить морозильный ларь в подвале или второй холодильник в гараже?
  5. Дополнительное внешнее электричество
    Вы добавляете охранное или ландшафтное освещение, бассейн, сауну, парную, гидромассажную ванну или новую спринклерную систему? Вам нужно место для розетки специально для праздничных огней?
  6. Потолочные вентиляторы
    Вы хотите, чтобы можно было выключить вентилятор, оставив свет включенным нажатием переключателя?
  7. Установка аварийного генератора
    Хотите, чтобы в вашем доме было постоянное электричество во время отключений электроэнергии? Аварийному генератору требуется отдельная отдельная подпанель.
  8. Домашние развлекательные центры
    У вас есть телевизор, DVD-плеер, динамики объемного звука, CD-плеер и игровые системы, потребляющие много энергии в вашей гостиной? Вы бы хотели, чтобы у вас была возможность подключить все это сразу?
  9. Оборудование для домашнего офиса
    Вам нужны дополнительные розетки для питания оборудования домашнего офиса? Вы хотите сделать комнаты ваших детей доступными для компьютеров?
  10. Кабельное или спутниковое телевидение
    Хотите добавить кабельное или спутниковое телевидение в свои спальни?
  11. Гараж или мастерская
    Вы устали отключать и снова включать устройства в гараже, чтобы вы могли использовать свои электроинструменты? Вам нужны дополнительные розетки, чтобы сделать вашу мастерскую более функциональной?
  12. Повышение эффективности дома
    Планируете ли вы установить у себя дома солнечные панели, солнечный водонагреватель или зарядную станцию ​​для электромобилей?

Кому вы можете доверять при установке новых схем?

г. Компания Electric готова сделать ваш дом или офис более безопасным и функциональным с помощью лицензированных услуг по установке электрических цепей, на которые вы можете рассчитывать. Получите увеличенную электрическую мощность, необходимую для удовлетворения всех ваших потребностей в электричестве, записавшись на прием онлайн или позвонив по телефону (844) 866-1367 сегодня.

Понимание электричества - код, схемы и конструкция

Основные электрические определения

Электричество - это поток электрической энергии через проводящий материал. Электроника относится к использованию изменяющихся электрических свойств для передачи информации. Электронные датчики преобразуют некоторые другие формы энергии (свет, тепло, звуковое давление и т. Д.) В электрическую, чтобы мы могли интерпретировать происходящее с помощью электроники. Например, микрофон изменяет волны звукового давления в воздухе на изменяющееся электрическое напряжение. Усиливая и считывая этот электрический сигнал, мы можем интерпретировать звук, вызвавший его. Этот процесс преобразования одной энергии в другую называется преобразованием , а устройства, которые это делают, называются преобразователями .Большая часть технической работы физических вычислений заключается в том, чтобы выяснить, какую форму энергии выделяет человек, и какой преобразователь вы можете купить или построить, чтобы считывать эту энергию. Однако для этого необходимо кое-что понять об электричестве. Мы начнем с нескольких терминов, которые мы будем использовать для обозначения электрических свойств и компонентов. После этого мы поговорим о важных отношениях между некоторыми из этих терминов.

Ток - это мера величины потока электронов в цепи.Он измеряется в амперах или амперах. Многие люди объясняют электрический поток, используя аналогию с потоком воды. Следуя этой аналогии, ток будет означать, сколько воды (или электричества) проходит через определенную точку. Чем выше сила тока, тем больше протекает вода (или электричество).

Напряжение - это мера электрической энергии цепи. Измеряется в вольтах. В аналогии с водой, напряжение будет давлением воды. Думайте о гейзере как о высоком напряжении, а о душе в недорогой квартире на пятом этаже многоквартирного дома как о низком напряжении (если вы не один из тех счастливчиков, у которых хороший напор воды!).

Сопротивление - это мера способности материала противостоять току электричества. Измеряется в Ом. Губка в трубе будет действовать как резистор, ограничивая ток (и напряжение), протекающий по трубе.

Схема представляет собой замкнутый контур, содержащий источник электрической энергии (например, аккумулятор) и нагрузку (например, лампочку). Каждая цепь должна иметь какую-то нагрузку. Вся электрическая энергия в цепи должна использоваться нагрузкой.Нагрузка преобразует электрическую энергию в другую форму энергии. Цепь без нагрузки называется коротким замыканием. При коротком замыкании источник питания передает всю свою энергию по проводам и обратно к себе, и либо провода плавятся (если вам повезет), либо взрывается аккумулятор, либо происходит что-то еще катастрофическое.

Ниже представлена ​​очень простая схема, состоящая из лампы, выключателя и батареи. Электрическая энергия, поступающая от батареи, преобразуется лампочкой в ​​тепловую и световую энергию.

Существует два распространенных типа цепей: постоянного или постоянного тока и переменного или переменного тока. В цепи постоянного тока ток всегда течет в одном направлении. В цепи переменного тока полюса цепи меняются местами в регулярном повторяющемся цикле. В одной части цикла один полюс имеет более высокий потенциал (положительный), а другой - более низкий (отрицательный). В следующей части цикла второй полюс более положительный, а первый - более отрицательный. Большинство цепей, о которых мы поговорим в этом классе, будут цепями постоянного тока.Принципиальные схемы - это схемы цепей с символами, представляющими компоненты в цепи. Многие из типичных символов показаны ниже.

Компоненты

Проводники - это материалы, по которым свободно проходит электрический ток.

Изоляторы - это материалы, препятствующие прохождению электричества.

Резисторы сопротивляются, но не полностью блокируют электрический ток. Они используются для управления течением тока. Ток может проходить через резистор в любом направлении, поэтому не имеет значения, каким образом они подключены в цепи.Обозначаются они так:

Конденсаторы накапливают электричество, пока в них протекает ток, а затем высвобождают энергию, когда входящий ток снимается. Иногда они поляризованы, то есть ток может течь через них только в определенном направлении, а иногда это не так. Если конденсатор поляризован, он будет отмечен на схеме как таковой. Не подключайте поляризованный конденсатор в обратном направлении; он может взорваться.

Конденсаторы обозначаются следующим образом:

Диоды пропускают электрический ток в одном направлении и блокируют его в другом направлении. Из-за этого их можно включать в цепь только в одном направлении. Обозначаются они так:

Светодиоды (светодиоды) - это диоды особого типа, которые излучают свет, когда через них протекает ток. Обозначаются они так:

Есть много других типов компонентов, с которыми вы столкнетесь:

  • переключатели управляют протеканием тока через переход в цепи:
  • транзисторы и реле коммутационные устройства:
  • термисторы изменяют сопротивление при изменении температуры;
  • фоторезисторы изменяют сопротивление при изменении света;
  • датчики изгиба изменяют сопротивление в ответ на изгиб или изгиб;
  • пьезоэлектрические устройства создают переменное напряжение в ответ на незначительные изменения давления.

Отношения

Напряжение (В), ток (I) и сопротивление связаны (R) по следующей формуле:
Вольт = Ампер x Ом, или

В = I x R

Ток (I), напряжение (В) и сопротивление (R) также связаны с электрической мощностью (P) (измеряется в ваттах) следующим образом: Ватты = Вольт x Ампер или

W = V x A

Электрический ток течет из мест с более высокой потенциальной энергией в места с более низкой потенциальной энергией (т. е.е. от положительного к отрицательному).

Земля - это место в цепи, в котором потенциальная энергия электронов равна нулю. Иногда эта точка соединяется с реальной землей через заземленную электрическую цепь, водопровод или каким-либо другим способом. В принципе, подойдет любой проводник, идущий на землю.

Несколько важных правил:

Ток идет по пути наименьшего сопротивления к земле. Итак, если у него есть выбор из двух путей в цепи, и один имеет меньшее сопротивление, это путь, который он выберет.

В любой данной цепи полное напряжение на пути цепи равно нулю . Каждый компонент, который предлагает сопротивление, снижает напряжение, и к тому времени, когда мы дойдем до конца контура цепи, напряжения не останется.

Количество тока, идущего в любую точку цепи, такое же, как количество тока, выходящего из этой точки.

Эти последние два правила дают нам возможность выяснить, что происходит, когда мы подключаем компоненты в цепь. Когда мы смотрим на то, как компоненты в схеме размещаются относительно друг друга, есть два способа сделать это: один за другим или бок о бок. Когда они расположены один за другим, мы говорим, что компоненты находятся в серии , , друг с другом. Рядом они расположены на параллелях друг другу.

Давайте посмотрим, как изменяются ток и напряжение, когда компоненты включены последовательно или параллельно:

Когда два компонента включены последовательно, они размещаются один за другим, например:

Когда резисторы включены последовательно, напряжение на каждом резисторе падает, а общее сопротивление равно сумме всех резисторов.Мы знаем, что в приведенной выше схеме ток везде постоянный. Мы знаем, что напряжение падает на каждом резисторе, и мы знаем, что сумма всех падений напряжения равна напряжению на батарее. Итак, V в = V 1 + V 2 . Если нам известны номиналы резисторов, мы можем использовать формулу V = I x R для вычисления точных напряжений в каждой точке. Когда два компонента включены параллельно, они размещаются рядом друг с другом, например:

Для резисторов, включенных параллельно, напряжение на них одинаковое, но ток делится между ними.Однако общий ток постоянен, поэтому мы знаем, что разделенный ток через параллельные резисторы равен полному току. Итак, я 1 + я 2 = Я итого .

Хотя иногда полезно подумать о математических отношениях параллельных и последовательных цепей, часто более полезно думать о них с точки зрения практических эффектов. Опять же, подумайте о метафоре воды. Для последовательного примера, если один резистор понижает напряжение (давление воды), только меньшее напряжение (струйка воды) проходит через следующий.В параллельном примере количество воды из основного потока (общий поток) делится на два потока, но общее количество воды, протекающей через эти два потока, равно исходному количеству воды. Помня об этих основных отношениях, вы сможете понять, какое влияние оказывает один компонент на другой, когда вы видите их вместе в цепи, даже если вы не знаете (или не заботитесь) об их точном математическом соотношении.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *