Bakım elektrikçilerinin öğrenmesi gereken bilgi noktaları, bu nedenle mühendislerle aradaki boşluğu açmıyor
1.1 Devrelerin temel kavramları
1. Devrenin bileşimi
Bir devre, akım akışı için bir yol sağlayan, belirli bir şekilde bağlanmış elektrikli ekipman ve bileşenlerin toplamıdır. Şekil 2-1'de gösterilen devre, üç bölümden oluşan bir el feneri devresidir: güç kaynağı, yük ve ara bağlantılar (bağlantı kabloları ve anahtarlar dahil). Bunlar arasında kuru pil güç kaynağı, ampul yük ve bağlantı teli ve anahtar ara bağlantılardır. Akım devrede akarken, farklı enerji türleri arasında dönüşüm gerçekleştirilir.
Güç kaynağı: Devrede elektrik enerjisi sağlayan ekipman ve cihazlara, elektrik dışı enerjiyi elektrik enerjisine çeviren cihazlar olan güç kaynakları denir. Jeneratörler, kuru piller vb.
Yük: Bir devrede elektrik enerjisini kullanan ekipman ve bileşenlere, elektrik enerjisini elektriksiz enerjiye dönüştüren aygıtlar olan yükler denir.
Orta halka: Güç kaynağı ile yükü birbirine bağlayan ve elektrik enerjisini iletme ve kontrol etme rolünü oynayan kısımdır.
Tam bir devre için güç (veya sinyal kaynağı), yük ve ara bağlantılar üç temel bileşendir ve vazgeçilmezdir.
Devre modeli
Pratik uygulamalarda, devre şemaları genellikle devreleri temsil etmek için kullanılır. Devre şemasında, çeşitli elektrik bileşenlerinin orijinal şekillerinde çizilmesine gerek yoktur, ancak ülke tarafından aynı şekilde belirtilen grafik sembollerle temsil edilir. Şekil 2-2, Şekil 2-1'de gösterilen el fenerinin devre şemasıdır. İdeal bileşenlerden oluşan bu tür bir devreye, gerçek devrenin "devre modeli" de denir.Teorik analiz yaparken bahsettiğimiz devre bu devre modelidir.
2. Devrenin rolü
Devreler işlevlerine göre iki kategoriye ayrılabilir: Birincisi elektrik enerjisinin iletimi ve dönüşümü için esas olarak kullanılan güç devresidir.Bu nedenle iletim ve dönüştürme sürecinde verimliliği artırmak için enerji kaybını olabildiğince azaltmak gerekir. Diğeri, ana işlevi sinyalleri (dil, müzik, görüntüler, sıcaklık vb.) İletmek ve işlemek olan sinyal devresidir. Bu tür bir devrede genel endişe, bozulma, doğruluk, hassasiyet ve hız gerektirmemesi gibi sinyal iletiminin kalitesidir.
1.1.2 Devrelerin temel fiziksel büyüklükleri
1. Güncel
Elektrik akımı, yüklü parçacıkların (yüklerin) yönlü hareketiyle oluşan fiziksel bir fenomendir. Akımın büyüklüğü, akım şiddeti ile ölçülür. Akım yoğunluğu, birim zamanda bir iletkenin kesitinden geçen yük miktarını ifade eder. Akım yoğunluğu genellikle akım olarak adlandırılır.
Zamanla büyüklüğü ve yönü değişmeyen akıma sabit akım veya kısaca doğru akım denir ve gücü I sembolü ile temsil edilir. Akımın büyüklüğü ve yönü zamanla değişiyorsa buna değişken akım denir. Bir döngüde akımın ortalama değerinin sıfır olduğu değişken akıma, sinüs dalgası akımı gibi alternatif akım denir ve yoğunluğu i sembolü ile temsil edilir.
DC akım için, birim zamanda iletken kesitinden geçen yük miktarı sabittir ve akım yoğunluğu
Ben = Q / T (1-1)
Dalgalı akım için, küçük bir zaman aralığında, iletken kesitinden geçen yük miktarı, ardından anlık akım yoğunluğu
(1-2)
Akım birimi amperdir ve uluslararası sembol A'dır. Kesitten 1 saniyede geçen 1 coulomb (C) yüke eşdeğerdir. Bazen kiloamper (KA), miliamper (mA) veya mikroamper (µA) da kullanılır. .
Geleneksel olarak, pozitif yük hareketinin yönünü akımın yönü olarak belirleriz.
Akımın yönü nesnel olarak var olur, ancak devre analizinde, bazen belirli bir akım segmentinin gerçek yönünü yargılamak zordur veya hatta gerçek yön sürekli değişmektedir.Bu sorunu çözmek için, akımın referans yönü kavramının tanıtılması gerekir.
Devrenin bir bölümünde seçilen herhangi bir yön, akımın referans yönü olarak adlandırılır. Devre şemasında düz bir okla gösterilir ve bazen de çift alt simge ile gösterilir. Örneğin, iAB, referans yönü A'dan B'ye kadardır.
Seçilen referans yönünün, akımın gerçek yönü olması gerekmez. Akımın referans yönü gerçek yön ile tutarlı olduğunda, akım pozitiftir (I > 0); Akım referans yönü gerçek yönün tersi olduğunda, akım negatiftir (I < 0). Bu şekilde, seçilen akım referans yönü altında, akımın gerçek yönü Şekil 2-3'te gösterildiği gibi pozitif veya negatif akıma göre belirlenebilir.
Akımın referans yönü, devre analizi ve hesaplamasında önemli bir kavramdır. Bir referans yön belirtmeden akım hakkında konuşmak belirsiz bir şeyden bahsetmektir. Gelecekte, devreyi analiz ederken, önce akımın referans yönünü varsaymalı ve bunu analiz etmek ve hesaplamak için temel olarak kullanmalı ve son olarak cevabın pozitif veya negatifinden akımın gerçek yönünü belirlemeliyiz. Bu kitapta daha sonra devre şemalarında işaretlenen mevcut yönlerin tümü referans yönlerdir.
2. Gerilim ve potansiyel
Fiziğin elektromanyetiğinde elektrik yüklerinin bir elektrik alanındaki elektrik alan kuvvetinden etkilendiği bilinmektedir.Elektrik yükleri elektrik alanındaki bir noktadan diğerine hareket ettirildiğinde elektrik alanı elektrik yükleri üzerinde çalışır. Elektrik alanındaki yük, potansiyel (potansiyel) enerjiye sahiptir. Sabit elektrik alanındaki her noktanın belirli bir potansiyeli vardır, bu da önemli fiziksel büyüklükleri voltaj ve potansiyeli ortaya çıkarır.
Elektrik alanındaki iki A ve B noktası arasındaki voltaj (veya voltaj düşüşü) UAB, pozitif yük birimini A noktasından B noktasına taşımak için yapılan işe eşittir. Tanımı
Uluslararası Birim Sisteminde enerji biriminin adı joule (kulak), sembol J, yük biriminin adı coulomb, sembol C, gerilim biriminin adı volt ve sembol V'dir. 1 banka (C) yükünü bir noktadan diğerine hareket ettirdiğimizde, elektrik alan kuvvetinin yaptığı iş 1 jul (J) 'ye eşittir ve bu iki nokta arasındaki voltaj 1 volta (V) eşittir. Bazen büyük voltajları ölçmek için kilovoltlar (KV, 103V) kullanılır ve bazen küçük voltajları ölçmek için milivolt (mV, 10-3) ve mikrovoltlar (µV, 10-6V) kullanılır.
Elektrik alanında P olarak gösterilen referans noktası olarak adlandırılan bir nokta alınabilir ve bu noktadaki potansiyel sıfırdır. Elektrik alanındaki A noktasından P referans noktasına kadar olan voltaj, A noktasında A olarak gösterilen potansiyel olarak tanımlanır, yani
A = UAP
Devredeki bir noktayı referans noktası olarak seçebilirsiniz, örneğin referans noktası olarak "toprak" ı alabilirsiniz. İki nokta arasındaki voltaj referans noktası ile değişmez. A ve B arasındaki voltajı potansiyel ile ifade edin,
UBA = B A (1-4)
Ve tabii ki
UBA = B A = UAB (1-5)
Yani, iki zıt yönde (A'dan B'ye ve B'den A'ya) iki nokta arasında elde edilen gerilimlerin işaretleri zıttır.
İki nokta arasındaki gerilimin gerçek yönü, yüksek potansiyel noktasından düşük potansiyel noktasına kadardır Bu gerilimi tanımlamak için önce bir referans yönü alınmalıdır. Şekil 2-4'te gösterildiği gibi, yaygın olarak kullanılan üç gösterim seçilmiştir.
(1) A noktasında "+" ve B noktasında "-" veya B noktasında "+" ve A noktasında "-" işaretleyin;
(2) A'dan B'ye bir okla veya B'den A'ya bir okla temsil edilir;
(3) UAB gibi çift alt simge ile ifade edildiğinde, gerilimin A'dan B'ye olduğu anlamına gelir.
Gerilim referans yönünün seçimi isteğe bağlıdır. Şekil 2-4'te, eğer A noktasındaki potansiyel B noktasındaki potansiyelden daha yüksekse, A > B, bu referans yönündeki voltaj pozitiftir, U > 0, yani gerilimin gerçek yönü referans yön ile aynıdır; aksine, eğer A noktasının potansiyeli B noktasından daha düşükse, yani < B, bu referans yönündeki voltaj negatiftir, U < 0, yani gerilimin gerçek yönü bu referans yönünün tersidir. Bu nedenle voltajdan bahsedildiğinde önce referans yönü belirtilmelidir.
3. Elektromotor kuvveti Bir devrede, pozitif yük, bir elektrik alanının etkisi altında yüksek bir potansiyelden düşük bir potansiyele hareket ederek bir akım oluşturur. Akımı korumak için, pozitif yükü güç kaynağı yoluyla düşük bir potansiyelden yüksek bir potansiyele aktarmak için elektrik dışı alan kuvvetleri (kimyasal kuvvet, elektromanyetik kuvvet vb.) Olmalıdır.Bu, güç kaynağının işlevidir. Güç kaynağının içinde, elektrik olmayan alan kuvvetleri, elektrik alan kuvvetlerine karşı çalışır. Güç kaynağının gücü elektromotor kuvvet ile ölçülür.
Güç kaynağının elektromotor kuvvetinin değeri, birim pozitif yükünü güç kaynağı yoluyla negatif elektrottan pozitif güç kaynağına hareket ettirerek yapılan işe eşittir.
Elektromotor kuvveti E ile temsil edilir ve birimi, aynı zamanda volt (V) olan voltaj ile aynıdır. Elektromotor kuvvetinin gerçek yönü, düşük potansiyel uçtan yüksek potansiyel uca kadar tanımlanır.
Gerilim kaynağının her iki ucundaki A ve B arasındaki elektromotor kuvveti ile devredeki gerilimi arasındaki ilişki aşağıdaki gibidir:
(1-6)
Yani, B noktasından A noktasına elektromotor kuvveti, A'dan B'ye voltaj düşüşüne eşittir.
Yük tarafından tüketilen elektrik enerjisi, elektrik akımının tüketici WL'si aracılığıyla yaptığı iştir.
(1-8)
Burada P yük gücü (W);
t Süre (S).
Uygulamada, elektrik enerjisini ölçme birimi olarak yaygın olarak kullanılır (kWh). hangisi
(1-9)
Elektrik gücü, elektrikli ekipmanın iş yapma yeteneğini, yani elektrik enerjisinin zamana göre değişim oranını temsil eder. Elektrik gücü, kısaca güç olarak da adlandırılır ve birim W veya KW'dir. Bir güç kaynağı için, birim zamanda üretilen elektrik enerjisi, güç kaynağının gücüdür.
1.1.3 Devrenin çalışma durumu
Güç kaynağı ile yük arasındaki farklı bağlantı yöntemlerine ve çalışma gereksinimlerine göre devre, açık devre (açık devre), kısa devre ve yol gibi farklı durumlara sahiptir.
1. Açık devre (açık devre)
2. Kısa devre
3. Erişim
1. Açık devre (açık devre)
S anahtarı açıldığında, güç kaynağı Şekil 2-5'de gösterildiği gibi harici devreye bağlanmaz Bu anda, güç kaynağının çıkış akımı sıfırdır ve buna açık durumda devre denir. Devre açıkken, güç anahtarı kapatılmayabilir veya zayıf temas, bağlantısı kesilmiş kablolar veya yanmış sigortalardan kaynaklanıyor olabilir. İlki normal açık devre olarak adlandırılır ve ikincisi kazara açık devredir.
Açık devre, sonsuz bir yük direncine bağlanan güç kaynağına eşdeğerdir, bu nedenle çıkış akımı I = 0, çıkış gücü P = 0, şu anda güç kaynağı yüksüz durumda ve çıkış voltajı, güç kaynağının elektromotor kuvvetine eşit olan açık devre voltajı olarak adlandırılır.
Açık devrenin özelliklerinin aşağıdaki formüllerle ifade edilebileceği görülebilir:
(1-11)
2. Kısa devre Güç kaynağının her iki ucundaki iki kablo, Şekil 2-6'da gösterildiği gibi bir kaza nedeniyle doğrudan bağlandığında, buna kısa devre denir. Kısa devrede direnç sıfır olduğundan ve güç kaynağının iç direnci küçük olduğundan, kısa devre akımı çok büyüktür; tüm elektrik enerjisi iç dirençte tüketilir; dış gerilim sıfırdır.
Kısa devre özelliklerinin aşağıdaki formüllerle ifade edilebileceği görülebilir:
(1-12)
Formülde, Pe güç kaynağının (W) iç direnci tarafından tüketilen güç ve P güç kaynağının yüke sağladığı güç (W).
Güç kaynağının kısa devresi tehlikelidir Genel bir koruma önlemi, güç kaynağının arkasına bir sigorta, yani Şekil 2-6'da FU takmaktır. Kısa devre oluştuğunda, yüksek akım derhal sigortayı atacak, arızalı devreyi hızla kesecek ve elektrikli ekipman korunacaktır.
3. Giriş
Güç kaynağını yüke bağlamak için Şekil 2-7'deki anahtarı kapatın, devre açık durumdadır, devrede akım vardır ve enerji dönüşümü vardır.
Devre yolunda, güç kaynağının elektromotor kuvveti, yük terminalindeki voltajın ve güç kaynağının iç direnç voltaj düşüşünün toplamına eşittir.Dahili direnç bir voltaj düşüşüne sahip olduğundan, akım ne kadar büyükse, yük terminalindeki voltaj o kadar düşer. Aynı zamanda, güç kaynağı tarafından üretilen güç, yük tarafından tüketilen güç ile enerjinin korunumu yasasına uygun güç kaynağının iç direnci tarafından kaybedilen gücün toplamına eşittir.
Devrenin iki temel kanunu
Ohm Yasası
Ohm yasası, bir devredeki üç fiziksel gerilim, akım ve direnç miktarı arasındaki ilişkiyi ifade eden bir yasadır. İletkendeki akım I'in iletken boyunca uygulanan gerilim U ile orantılı olduğunu ve iletken boyunca direnç R ile ters orantılı olduğunu belirtir.Aşağıdaki formülle ifade edilebilir:
(1-13)
Nerede R Devrenin direnci ().
Yukarıdaki formül deneylerle elde edilir ve Ohm yasasını izleyen dirence doğrusal direnç denir. Uluslararası Birimler Sisteminde, direnç birimi ohm olarak kısaltılan ohm () 'dir. Bunun anlamı: Devredeki voltaj 1 volt ve akım 1 amper olduğunda, devrenin direnci 1 ohm'dur.
Kirchhoff yasası, devrenin temel yasalarından biridir. Birinci ve ikinci yasaları içerir.
1. Kirchhoff'un mevcut yasası (KCL)
Bu yasa aynı zamanda düğüm akımı yasası olarak da adlandırılır. Şuna işaret eder: Devredeki herhangi bir düğümde, düğüme akan akımların toplamı, düğümden çıkan akımların toplamına eşittir. Sözde düğüm, matematiksel olarak ifade edilen üç veya daha fazla dalın buluşma noktasıdır.
(1-14)
Düğüme akan akımın pozitif olduğu belirtilirse, düğümden çıkan akım negatiftir. Sonra Kirchhoffun mevcut yasası şu şekilde ifade edilir:
(1-15)
Yukarıdaki formül şunu göstermektedir: Devrenin herhangi bir düğümünde, akımın cebirsel toplamı her zaman sıfıra eşittir. Kirchhoff'un mevcut yasası, herhangi bir düğümde elektrik yükünün üretilmeyeceğini, kaybolmayacağını veya birikmeyeceğini gösteren akımın sürekliliğini yansıtır.
Bu yasa yalnızca devredeki gerçek bir düğüm için geçerli değildir, aynı zamanda devrede alınan herhangi bir kapalı yüzeye de genişletilebilir. Yani, devrede herhangi bir sanal kapalı yüzeyden geçen her dal akımının cebirsel toplamı her zaman sıfıra eşittir. Bu hayali kapalı yüzeye genelleştirilmiş düğüm denir.
Kirchhoff'un mevcut yasasının, devredeki herhangi bir düğümdeki her bir dalın akımının uyması gereken kısıtlama ilişkisini yansıttığı ve her dalda hangi bileşenlerin olduğu ile hiçbir ilgisi olmadığı belirtilmelidir.
2. Kirchhoff'un gerilim yasası (KVL)
Bu yasa, devredeki herhangi bir döngüdeki her dalın voltajları arasındaki ilişkiyi yansıtır. Herhangi bir anda, devredeki herhangi bir döngünün her dalına etki eden gerilimlerin cebirsel toplamının her zaman sıfıra eşit olduğuna işaret eder.
Sözde döngü, birkaç daldan oluşan kapalı bir yoldur. Matematiksel olarak ifade edilir
(1-16)
Bu yasa bir devrenin bir devresine uygulandığında, önce her dal voltajının referans yönünü varsaymalı ve döngü yönünü belirlemelisiniz (saat yönünde veya saat yönünün tersine) Dal voltajı devrenin yönüyle tutarlı olduğunda "+" işaretini alın, Aksine, "-" işaretini alın.
Şekil 2-9 bir devrenin parçasıdır, şimdi ABCFA devrelerinden birini inceleyelim. Şekilde gösterildiği gibi her branş geriliminin referans yönü ve döngü sirkülasyon yönü altında,
veya
Yukarıdaki formül, Kirchhoff'un voltaj yasasının esasen enerji korunumunun somutlaşmış hali olduğunu göstermektedir. Direnç devresi için, Kirchhoff'un voltaj yasasının başka bir ifadesini elde etmek için direnç üzerindeki voltaj ve akım ilişkisini değiştirin.
Yukarıdaki formül şunu gösterir: Herhangi bir kapalı döngüde, her bir direnç segmentindeki voltaj düşüşünün cebirsel toplamı, her bir güç kaynağının elektromotor kuvvetinin cebirsel toplamına eşittir.
Bu denklemi yazarken, eşittir işaretinin bir tarafındaki döngüdeki tüm güç kaynağı elektromotor kuvvetini yazın ve tüm dirençlerdeki voltaj düşüşünü eşit işaretinin diğer tarafına yazın. Elektromotor kuvvet ve direnç üzerindeki voltaj düşüşünün işaretine gelince, döngünün yönü ile belirlenir. Elektromotor kuvvetinin referans yönü, döngünün sapma yönü ile tutarlı olduğunda, pozitif işaret alınır; aksi takdirde, negatif işaret alınır.
Kirchhoff'un gerilim yasası sadece kapalı devrelere değil, aynı zamanda herhangi bir kapatılmamış devreye de uygulanabilir, ancak açıklıktaki gerilim denkleme dahil edilmelidir. Şimdi Şekil 2-10'u örnek olarak alalım.
Almak
Uygulamada
Elektromotor kuvvetini değiştirmek için güç kaynağının her iki ucunda voltaj kullanıldığında, voltajın büyüklüğü elektromotor kuvvetine E eşittir ve yön pozitif kutbundan negatif kutba doğrudur.
Benzer şekilde, Kirchhoff'un voltaj yasası, devredeki herhangi bir döngü üzerindeki her dalın voltajının uyması gereken kısıtlamayı yansıtır ve döngüyü oluşturan her dalda hangi bileşenlerin olduğu ile hiçbir ilgisi yoktur.
