Uut korterit või maja korrastades, kodu värskendamisel või renoveerimisel tuleb tegeleda elektrivoolu kulgemiseks mõeldud elementidega. Oluline on teada, mis on elektriahel, millest see koosneb, miks on vaja diagrammi ja milliseid arvutusi on vaja teha.
Mis on elektriahelad
Elektriahel on erinevate üksteisega ühendatud elementide kompleks. See on loodud võimaldama elektrivoolu voolamist kohtades, kus esinevad siirded. Elektronide liikumist juhivad potentsiaalide erinevused ja seda saab kirjeldada selliste terminite abil nagu pinge ja vool.
Sisemine vooluahel on tagatud ühenduspingega toiteallikana. Ülejäänud elemendid moodustavad välisvõrgu. Laengute liikumiseks väljavooluallikas on vaja rakendada välist jõudu. See võib olla generaatori, trafo või galvaanilise allika mähis.
Sellise süsteemi korrektseks toimimiseks peab selle ahel olema suletud, vastasel juhul ei voola vool. See on kõigi seadmete kooskõlastatud toimimise eeltingimus. Iga vooluahel ei saa olla elektriahel. Näiteks maandus- või kaitseliinid ei ole maandus- ega kaitseliinid, kuna tavatöös ei liigu neid läbi. Neid võib nende tööpõhimõtte alusel nimetada elektrilisteks. Hädaolukorras läbib vool neid ja ahel sulgub, sisenedes maasse.
Sõltuvalt toiteallikast võib ahela pinge olla konstantne või muutuv. Elementide aku tagab pideva pinge ja generaatorite või trafode mähised vahelduvpinge.
Peamised komponendid
Kõik ahela komponendid osalevad samas elektromagnetilises protsessis. Need jagunevad tavapäraselt kolme rühma.
- Peamised elektrienergia ja signaalide allikad võivad muundada mitteelektromagnetilist energiat elektrienergiaks. Näiteks galvaaniline element, aku, elektromehaaniline generaator.
- Sekundaarsel tüübil on elektrienergia nii sisendis kui ka väljundis. Muutuvad ainult selle parameetrid – pinge ja vool, nende kuju, suurusjärk ja sagedus. Näiteks võiksid olla alaldid, inverterid, trafod.
- Aktiivsed energiatarbijad muudavad elektrivoolu valgustuseks või soojuseks. Need on elektrotermilised seadmed, lambid, takistid, elektrimootorid.
- Lisakomponentide hulka kuuluvad lülitusseadmed, mõõteriistad, ühenduselemendid ja traat.
Lihtsaim liiniahel sisaldab galvaanilist elementi. Sellega ühendatakse juhtmete abil lüliti kaudu hõõglamp. See sisaldab voltmeetrit ja ampermeetrit voolu ja pinge mõõtmiseks.
Ahela klassifikatsioon
Elektriahelad liigitatakse keerukuse tüübi järgi: lihtsad (hargnemata) ja keerulised (hargnenud). Seal on jaotus alalis- ja vahelduvvooluahelateks, samuti siinus- ja mittesinusoidseteks. Lähtuvalt elementide olemusest on need lineaarsed ja mittelineaarsed. Vahelduvvooluliinid võivad olla ühefaasilised või kolmefaasilised.
Hargnenud ja hargnemata
Hargnemata vooluahela kõigis elementides voolab sama vool. Lihtsaim hargnenud joon sisaldab kolme haru ja kahte sõlme. Igal harul on oma vool. Haru on määratletud kui ahela osa, mille moodustavad järjestikku ühendatud elemendid, mis asuvad kahe sõlme vahel. Sõlm on punkt, kus kohtuvad kolm haru.
Kui kahe sirge ristumiskohas asetada diagrammile punkt, on selles kohas kahe joone elektriühendus. Kui sõlm on tähistamata, on kett hargnemata.
Lineaarne ja mittelineaarne
Elektriahelat, milles tarbijad ei sõltu voolude pingest ja suunast ning kõik komponendid on lineaarsed, nimetatakse lineaarseks. Sellise vooluahela elemendid hõlmavad sõltuvaid ja sõltumatuid voolude ja pingete allikaid. Lineaarses elemendis ei sõltu elemendi takistus voolust, näiteks elektriahi.
Mittelineaarsetes sõltuvad passiivsed elemendid voolude ja pinge suuna väärtustest ning neil on vähemalt üks mittelineaarne element. Näiteks hõõglambi takistus sõltub pinge ja voolu tõusust.
Elementide tähistused diagrammil
Joonisele on lisatud lisadokumendid. Nende loendi saab märkida tähestikulises järjekorras digitaalse sorteerimisega joonisel endal või eraldi lehel. Elektrotehnikas liigitatakse kümmet tüüpi ahelaid, tavaliselt kasutatakse kolme põhiahelat.
- Funktsionaalne on minimaalsete detailidega. Sõlmede põhifunktsioonid on tähistatud tähesümbolitega ristkülikuga.
- Skemaatiline diagramm näitab üksikasjalikult kasutatud elementide disaini, samuti nende ühendusi ja kontakte. Vajalikke parameetreid saab kuvada otse diagrammil või eraldi dokumendis. Kui näidatud on ainult osa paigaldusest, on see üherealine diagramm, kui kõik elemendid on näidatud, on see täielik.
- Elektriskeemis kasutatakse elementide asukohatähistusi, nende asukohta, paigaldusviisi ja järjestust.
Elektriskeemide lugemiseks peate teadma graafilisi sümboleid. Elemente ühendavad juhtmed on kujutatud joontega. Pidev joon on juhtmestiku üldine tähistus. Selle kohal võib olla teave paigaldusmeetodi, materjali, pinge, voolu kohta. Üherealise diagrammi jaoks on juhtide rühm kujutatud punktiirjoonega. Alguses ja lõpus märkige traadi märgistus ja selle ühendamise koht.
Vertikaalsed sälgud juhtmestikul näitavad juhtmete arvu. Kui neid on rohkem kui kolm, tehakse digitaalne määramine. Katkestatud joon tähistab juhtimisahelaid, turva-, evakuatsiooni- ja avariivalgustusvõrke.
Diagrammil olev lüliti näeb välja nagu ring, mille joon on kallutatud paremale. Seadme parameetrid määratakse kriipsude tüübi ja arvu järgi.
Lisaks põhijoonistele on olemas asendusskeemid.
Kolmefaasilised elektriahelad
Elektriahelate hulgas on levinud nii ühefaasilised kui ka mitmefaasilised süsteemid. Mitmefaasilise ahela iga osa iseloomustab sama voolu väärtus ja seda nimetatakse faasiks. Elektrotehnika eristab selle mõiste kahte mõistet. Esimene on kolmefaasilise süsteemi otsene komponent. Teine on sinusoidaalselt muutuv suurus.
Kolmefaasiline ahel on üks mitmefaasilistest vahelduvvoolusüsteemidest, kus toimib sama sagedusega sinusoidne EMF (elektromootorjõud), mida nihutatakse ajas üksteise suhtes teatud faasinurga võrra. Selle moodustavad kolmefaasilise generaatori, kolme toitevastuvõtja ja ühendusjuhtmete mähised.
Sellised ahelad tagavad elektrienergia tootmise, selle edastamise ja jaotamise ning neil on järgmised eelised:
- elektri tootmise ja transpordi kuluefektiivsus võrreldes ühefaasilise süsteemiga;
- magnetvälja lihtne tekitamine, mis on vajalik kolmefaasilise asünkroonse elektrimootori tööks;
- sama generaatorikomplekt toodab kahte tööpinget - lineaarset ja faasilist.
Kolmefaasiline süsteem on kasulik elektrienergia edastamisel pikkade vahemaade taha. Lisaks on materjalikulu oluliselt väiksem kui ühefaasilistel. Peamised tarbijad on trafod, asünkroonsed elektrimootorid, muundurid, induktsioonahjud, võimsad kütte- ja jõuallikad.Ühefaasiliste väikese võimsusega seadmete hulgas võib mainida elektritööriistu, hõõglampe, kodumasinaid ja toiteallikaid.
Kolmefaasilist vooluahelat iseloomustab süsteemi märkimisväärne tasakaal. Faaside ühendamise meetodid said "tähe" ja "kolmnurga" struktuurid. Tavaliselt on elektrimasinate genereerimise faasid ühendatud "tähega" ja tarbijate faasid "tähe" ja "kolmnurgaga".
Elektriahelates kehtivad seadused
- Ohmi seadus vooluringi sirge lõigu jaoks, mis määrab seose elektromotoorjõu, allika pinge ja juhis voolava voolu vahel ning juhi enda takistuse vahel.
- Kõigi voolude ja pingete leidmiseks kasutage Kirchhoffi reegleid, mis toimivad voolude ja pingete vahel elektriahela mis tahes osas.
- Joule-Lenzi seadus annab kvantitatiivse hinnangu elektrivoolu termilise mõju kohta.
Alalisvooluahelates näidatakse elektromotoorjõu toimesuunda negatiivsest potentsiaalist positiivsele. Suunaks peetakse positiivsete laengute liikumist. Sel juhul on nool suunatud suuremast potentsiaalist väiksemale. Pinge on alati suunatud vooluga samas suunas.
Sinusoidaalsetes ahelates näidatakse EMF-i, pinget ja voolu voolu poolperioodi kasutades, samas kui see ei muuda selle suunda. Potentsiaalide erinevuse rõhutamiseks tähistatakse neid märkidega “+” ja “–”.
Kuidas arvutada elektriahelaid
- Ohmi seadusel ja Kirchhoffi reeglitel põhinev meetod;
- ahela voolude määramise meetod;
- samaväärsete teisenduste aktsepteerimine;
- kaitsejuhtide takistuse mõõtmise metoodika;
- sõlmepotentsiaalide arvutamine;
- identne generaatori meetod ja teised.
Ohmi seaduse järgi lihtsa elektriskeemi arvutamise aluseks on teadaoleva juhi takistuse ja etteantud pingega eraldi sektsioonis voolutugevuse määramine.
Vastavalt ülesande tingimustele on teada ahelaga ühendatud takistite R1, R2, R3, R4, R5, R6 takistused (arvestamata ampermeetri takistust). Vajalik on arvutada voolude J1, J2…J6 tugevus.
Diagrammil on kolm järjestikust osa. Pealegi on teisel ja kolmandal harud. Nende sektsioonide takistusi tähistame kui R1, R', R. Siis on kogutakistus võrdne takistuste summaga:
R = R1 + R’ + R”, Kus
R' – paralleelselt ühendatud takistite kogutakistus R2, R3, R4.
R" – takistite kogutakistus R5 ja R6.
Paralleelühenduse seaduse abil arvutame takistuse R' ja R".
1/R' = 1/R2 + 1/R3 + 1/R4
1/R” = 1/R5 + 1/R6
Saate määrata voolutugevuse hargnemata vooluringis, teades kogutakistust antud pingel, kasutades järgmist valemit:
I = U/R, Siis I = I1
Üksikute harude voolutugevuse arvutamiseks peate vastavalt Ohmi seadusele määrama pinge jadaahelate sektsioonides:
U1 = IR1; U2 = IR’; U3 = IR”;
Teades konkreetsete sektsioonide pinget, saate arvutada üksikute harude voolutugevuse:
I2 = U2/R2; I3 = U2/R3; I4 = U2/R4; I5 = U3/R5; I6 = U3/R6
Mõnikord on vaja välja selgitada sektsioonide takistus, kasutades teadaolevaid pinge, voolutugevuse, teiste sektsioonide takistuse parameetreid, või arvutada pinge olemasolevate takistuse ja voolu andmete põhjal.
Põhiosa meetoditest on suunatud arvutuste lihtsustamisele. See saavutatakse võrrandisüsteemide või skeemi enda kohandamisega. Elektriahelaid arvutatakse sõltuvalt nende keerukusklassist mitmel viisil.
