لا تتناسب. سيقتل! (ج)
متوسط معرفة القراءة والكتابة للسكان في مجال الإلكترونيات والهندسة الكهربائية يترك الكثير مما هو مرغوب فيه. الحد الأقصى ، اللحيم في shemka ، وكيف يعمل هو غابة مظلمة. لسوء الحظ ، فإن جميع الكتب الدراسية باللغة الروسية مليئة بالصيغ والتكامل ، وسوف تجعل أي شخص يشعر بالنعاس. في الأدب الإنجليزي ، الأمور أفضل إلى حد ما. هناك منشورات مثيرة للاهتمام للغاية ، ولكن العائق هنا هو اللغة الإنجليزية. سأحاول شرح المفاهيم الأساسية في الهندسة الكهربائية قدر الإمكان ، بأسلوب حر ، ليس من مهندس إلى مهندس ، ولكن من شخص إلى آخر. قد يجد القارئ المطلع أيضًا بعض النقاط المثيرة للاهتمام لنفسه.
التيار الكهربائي
مسارات التيار الكهربائي غامضة. (ج) الأفكار من الإنترنت
في الحقيقة لا. بطريقة أو بأخرى ، يمكن وصف كل شيء بمساعدة نموذج رياضي ، ونمذجة ، وحتى إلقاء نظرة سريعة على قطعة من الورق ، وبعض الأشخاص الفريدين يفعلون ذلك في رؤوسهم. لمن هو أكثر ملاءمة. في الواقع ، وُلدت كتابات هذا الفصل بدافع الجهل بالتيار الكهربائي.
يتميز التيار الكهربائي بعدة معايير. بالجهد U والتيار الأول. بالطبع ، نتذكر جميعًا التعريفات في الفيزياء ، لكن القليل منهم يفهم معانيها. سأبدأ بالجهد. الفرق المحتمل أو عمل نقل الشحنة ، كما يكتب في الكتب المدرسية بطريقة جافة وغير مثيرة للاهتمام. في الواقع ، يتم قياس الجهد دائمًا بين نقطتين. يميز القدرة على إنشاء تيار كهربائي بين هاتين النقطتين. سنطلق على هذه النقاط مصدر جهد. كلما زاد الجهد ، زاد التيار. جهد أقل يعني تيارًا أقل. لكن المزيد عن ذلك لاحقًا.
ما هو التيار؟ تخيل تشبيه مجرى النهر - الأسلاك ، التيار الكهربائي - هي سرعة تدفق المياه في النهر. ثم الضغط هنا هو فرق الارتفاع بين نقطة البداية للنهر ونقطة النهاية. أو الجهد هو مضخة تدفع الماء إذا كان النهر يتدفق في نفس المستوى. مثل هذه المقارنات في المراحل الأولية مفيدة للغاية في فهم ما يحدث في الدائرة الكهربائية. ولكن ، في النهاية ، من الأفضل التخلي عنها. من الأفضل تخيل التيار كتيار معين من الإلكترونات. مقدار الرسوم المنقولة لكل وحدة زمنية. بالطبع ، تقول الكتب الدراسية أن دي الإلكترونات تتحرك بسرعة عدة سنتيمترات في الدقيقة ، ولا يهم سوى المجال الكهرومغناطيسي ، ولكن في الوقت الحالي ، نسيانها. لذا ، من خلال التيار ، يمكننا فهم حركة التيار الكهربائي ، أي تهمة. يتم شحن الناقلات والإلكترونات بشكل سلبي وتتحرك من جهد سلبي إلى إيجابي ، التيار الكهربائي لديه اتجاه من إمكان إيجابي إلى سلبي ، من زائد إلى ناقص ، وهو أمر شائع للراحة وسنستخدمه في المستقبل ، متناسين شحنة الإلكترون.
بالطبع ، لا يظهر التيار نفسه ، تحتاج إلى إنشاء جهد بين نقطتين وتحتاج إلى نوع من الحمل لتدفق التيار من خلاله ، متصلاً بهاتين النقطتين. من المفيد جدًا معرفة الخاصية التي تحتاج إلى موصلين لتدفق التيار: مباشر ، إلى الحمل ، والعكس ، من الحمل إلى المصدر. على سبيل المثال ، إذا لم يتم إغلاق موصلات مصدر الجهد ، فلن يكون هناك تيار.
ما هو مصدر الجهد؟ تخيل أنه صندوق أسود مع دبابيسين على الأقل للاتصال. أبسط الأمثلة من واقع الحياة: مأخذ كهربائي ، بطارية ، بطارية ، إلخ.
مصدر الجهد المثالي له جهد ثابت عندما يتدفق أي تيار من خلاله. ماذا سيحدث إذا أغلقت المشابك لمصدر جهد مثالي؟ سوف يتدفق تيار كبير لا نهائي. في الواقع ، لا يمكن لمصادر الجهد أن تعطي تيارًا كبيرًا بشكل لا نهائي ، لأن لديها بعض المقاومة. على سبيل المثال ، تتمتع الأسلاك في منفذ طاقة 220 فولت من المخرج نفسه إلى المحطة الفرعية بمقاومة ، وإن كانت صغيرة ، ولكنها ملحوظة تمامًا. الأسلاك من المحطات الفرعية إلى محطات الطاقة لها أيضًا مقاومة. يجب ألا ننسى معاوقة المحولات والمولدات. تتمتع البطاريات بمقاومة داخلية بسبب تفاعل كيميائي داخلي ذي معدل تدفق محدود.
ما هي المقاومة؟ بشكل عام ، هذا الموضوع واسع النطاق. ربما سأذكر في أحد الفصول التالية. باختصار ، هذه معلمة تربط التيار والجهد. يميز التيار الذي سيتدفق عند الجهد المطبق على هذه المقاومة. في القياس على "الماء" ، المقاومة هي سد على مسار النهر. كلما صغر حجم السد ، زادت المقاومة. يوصف قانون أوم هذه العلاقة:
. كما يقول المثل: "لا أعرف قانون أوم ، ابق في المنزل!".
بمعرفة قانون أوم ، لا يجلس في المنزل ، ولديه أي مصدر حالي بجهد معين ومقاومة على شكل حمولة ، يمكننا أن نتنبأ بدقة شديدة بالتيار الذي سيتدفق.
تحتوي مصادر الجهد الحقيقي على نوع من الجهد الداخلي وتطلق نوعًا من التيار النهائي ، يسمى تيار الدائرة القصيرة. في نفس الوقت ، يتم تفريغ البطاريات والمراكم أيضًا بمرور الوقت ولها مقاومة داخلية غير خطية. ولكن في الوقت الحالي ، نسيانها ، وإليك السبب. في الدوائر الحقيقية ، من الأسهل التحليل باستخدام الجهد اللحظي اللحظي وقيم التيار ، لذلك سنعتبر مصادر الجهد مثالية. باستثناء الحقيقة عندما يكون مطلوبًا حساب الحد الأقصى الحالي الذي يمكن للمصدر توصيله.
أما بالنسبة لـ "الماء" فهو يشبه التيار الكهربائي. كما كتبت بالفعل ، هذا ليس صحيحًا جدًا ، حيث أن سرعة النهر قبل السد وبعد السد ستكون مختلفة ، وستختلف أيضًا كمية المياه قبل السد وبعده. في الدوائر الحقيقية ، سيكون التيار الكهربائي المتدفق داخل وخارج المقاوم متساويًا مع الآخر. التيار من خلال السلك المباشر إلى الحمل ، ومن خلال سلك العودة ، من الحمل إلى المصدر ، يساوي أيضًا بعضهما البعض. لا يأتي التيار من أي مكان ولا يختفي في أي مكان ، كم "تدفق" في عقدة الدائرة ، لذلك سوف "يتدفق" الكثير ، حتى لو كان هناك عدة مسارات. على سبيل المثال ، إذا كانت هناك طريقتان لتدفق التيار من المصدر ، فسوف يتدفق على طول هذه المسارات ، في حين أن التيار الحالي للمصدر سيكون مساوياً لمجموع التيارين. وهكذا دواليك. هذا هو توضيح لقانون Kirchhoff. إنه بسيط للغاية.
هناك أيضًا قاعدتان أكثر أهمية. مع اتصال متوازي للعناصر ، يكون الجهد في كل عنصر هو نفسه. على سبيل المثال ، الجهد عبر المقاومات R2 و R3 ، في الشكل أعلاه ، هو نفسه ، ولكن يمكن أن تكون التيارات مختلفة إذا كانت المقاومات لها مقاومات مختلفة ، وفقًا لقانون أوم. التيار من خلال البطارية يساوي التيار عند المقاوم R1 ويساوي مجموع التيارات عند المقاومات R2 و R3. عند توصيلها في سلسلة ، تضاف الفولتية للعناصر. على سبيل المثال ، الجهد الذي تنتجه البطارية ، أي يساوي EMF الخاص به الجهد عبر المقاوم R1 + الجهد عبر المقاوم R2 أو R3.
كما كتبت بالفعل ، يتم قياس الجهد دائمًا بين نقطتين. في بعض الأحيان ، في الأدبيات يمكنك أن تجد: "توتر عند نقطة كذا وكذا". هذا يعني الجهد بين هذه النقطة ونقطة جهد الصفر. يمكنك إنشاء نقطة محتملة للصفر ، على سبيل المثال ، عن طريق تأريض الدائرة. عادة ، يقومون بتأريض الدائرة في مكان الإمكانات الأكثر سلبية بالقرب من مصدر الطاقة ، على سبيل المثال ، كما في الشكل أعلاه. صحيح ، ليس هذا هو الحال دائمًا ، واستخدام الصفر أمر تعسفي إلى حد ما ، على سبيل المثال ، إذا كنا بحاجة إلى مصدر طاقة ثنائي القطب +15 و -15 فولت ، فيجب ألا نقوم بتأريضها بمقدار -15 فولت ، ولكن الإمكانات في الوسط. إذا قمت بتأريض -15v ، نحصل على 0 ، +15 ، + 30 فولت. انظر الصور أدناه.
كما يستخدم التأريض كأرضية واقية أو أرض عمل. يسمى التأريض الوقائي التأريض. إذا تم كسر عزل الدائرة في منطقة أخرى بخلاف الأرض ، فسوف يتدفق تيار كبير عبر سلك صفر وستعمل الحماية ، مما سيؤدي إلى فصل جزء من الدائرة. يجب علينا توفير الحماية مسبقًا عن طريق وضع قاطع الدائرة أو أي جهاز آخر في مسار التدفق الحالي.
في بعض الأحيان يكون من المستحيل أو المستحيل "الهبوط" من مخطط. بدلاً من الأرض ، يتم استخدام مصطلح النقطة المشتركة أو الصفر. يشار إلى الفولتية في مثل هذه المخططات بالنسبة للنقطة المشتركة. في هذه الحالة ، تكون الدائرة بأكملها نسبة إلى الأرض ، أي يمكن تحديد موقع صفر المحتملة في أي مكان. انظر الصورة.
عادة ، تكون Xv قريبة من 0 فولت. من ناحية ، تكون هذه الدوائر غير المؤمنة أكثر أمانًا ، لأنه إذا لمس الشخص الدائرة في نفس الوقت ولم تتدفق الأرض ، لأن لا يوجد تدفق تيار العودة. على سبيل المثال ستصبح الدائرة "مؤرضة" من خلال شخص. ولكن من ناحية أخرى ، فإن مثل هذه المخططات صعبة. إذا تم كسر عزل الدائرة عن الأرض في أي نقطة ، فلن نعرف. ما يمكن أن يكون خطيرًا في الفولتية العالية Xv.
بشكل عام ، الأرض مصطلح واسع وغامض إلى حد ما. هناك الكثير من المصطلحات وأسماء الأرض ، اعتمادًا على مكان "هبوط" المخطط. تحت الأرض يمكن فهمه على أنه أرض واقية ، وأرض العمل (بتدفق التيار خلاله أثناء التشغيل العادي) ، كأرض إشارة ، وأرضية كهربائية (حسب نوع التيار) ، أرض تناظرية وأرض رقمية (حسب نوع الإشارة) . تحت الأرض يمكن فهمها على أنها نقطة مشتركة ، أو العكس ، تحت نقطة مشتركة تُفهم على أنها أو تكون الأرض. أيضا ، يمكن أن تكون جميع الأراضي موجودة في المخطط في نفس الوقت. لذلك تحتاج إلى إلقاء نظرة على السياق. حتى أن هناك صورة مضحكة في الأدب الأجنبي ، انظر أدناه. ولكن عادة ما تكون الأرض عبارة عن دائرة 0 فولت وهذه هي النقطة التي يتم من خلالها قياس إمكانات الدائرة.
حتى الآن ، مع ذكر مصدر الجهد ، لم أتطرق إلى نوع هذا الجهد نفسه. يتغير التوتر بمرور الوقت ولا يتغير. على سبيل المثال متغير وثابت. على سبيل المثال ، الجهد الذي يتغير وفقًا لقانون الجيوب الأنفية مألوف للجميع ، وهذا هو جهد 220 فولت في المنافذ المنزلية. من السهل جدًا العمل بجهد ثابت ، لقد فعلناه بالفعل أعلاه عندما نظرنا في قانون Kirchhoff. ولكن ماذا تفعل بالجهد المتناوب وكيفية النظر فيه؟
يوضح الشكل عدة فترات من الجهد المتردد 220 فولت 50 هرتز (الخط الأزرق). الخط الأحمر هو جهد ثابت 220 فولت ، للمقارنة.
سنحدد أولاً ، ما هو جهد 220 فولت ، بالمناسبة ، وفقًا للمعيار الجديد ، من المفترض أن ننظر إلى 230 فولت. هذه هي قيمة الجهد الفعال. ستكون قيمة السعة في جذر أعلى مرتين وستكون تقريبًا 308c. القيمة الفعالة هي قيمة الجهد التي يتم عندها إطلاق الكثير من الحرارة في الموصل خلال فترة التيار المتناوب كما في جهد تيار مستمر من نفس الجهد. من الناحية الرياضية ، هذه هي قيمة جذر متوسط التربيع للجهد. في الأدب الإنجليزي ، يتم استخدام مصطلح RMS ، والأجهزة التي تقيس القيمة الفعالة الحقيقية لها علامة "RMS صحيح".
للوهلة الأولى ، قد يبدو هذا غير مريح ، نوعًا ما من القيمة الفعالة ، ولكنه مناسب لحسابات الطاقة دون الحاجة إلى تحويل الجهد.
لا يزال الجهد المتناوب مناسبًا للنظر في الجهد المستمر الذي يتم أخذه في أي وقت. بعد ذلك ، قم بتحليل الدائرة عدة مرات ، مع تغيير علامة الجهد المستمر إلى عكس ذلك. أولاً ، ضع في اعتبارك تشغيل الدائرة بجهد موجب ثابت ، ثم قم بتغيير العلامة من الموجب إلى السالب.
لجهد التيار المتردد ، يلزم أيضًا سلكان. يطلق عليهم المرحلة والصفر. في بعض الأحيان يكون الصفر مؤرضًا. يسمى هذا النظام أحادي الطور. يتم قياس جهد الطور بالنسبة للصفر ويختلف مع الوقت ، كما هو موضح في الشكل أعلاه. مع نصف موجة موجبة من الجهد ، يتدفق التيار من المرحلة إلى الحمل النشط ويعود من الحمل مرة أخرى إلى السلك المحايد. عند نصف موجة سلبية ، يتدفق التيار عبر السلك المحايد ويعود في الطور.
يتم استخدام شبكة من ثلاث مراحل على نطاق واسع في الصناعة. هذه حالة خاصة للأنظمة متعددة الأطوار. في الواقع ، كل شيء هو نفسه نظام أحادي المرحلة ، مضروبًا فقط في 3 ، أي تطبيق ثلاث مراحل وثلاث أراضي في وقت واحد. تم اختراعه لأول مرة من قبل N. Tesla ، وتم تحسينه لاحقًا بواسطة M.O. Dolivo-Dobrovolsky. كان التحسين هو أنه بالنسبة لنقل تيار كهربائي ثلاثي الطور ، كان من الممكن التخلص من الأسلاك الزائدة ، وكانت أربع كافية: ثلاث مراحل ABC وسلك محايد أو حتى ثلاث مراحل ، مع التخلي عن الصفر. غالبًا ما يكون السلك المحايد مؤرضًا. في الشكل أدناه ، يكون الإجمالي صفرًا.
لماذا هناك 3 مراحل وليس أكثر ولا أقل؟ من ناحية ، يتم ضمان 3 مراحل لإنشاء مجال مغناطيسي دوار ، لذلك من الضروري للمحركات الكهربائية أن تدور أو تحصل عليها من مولدات محطات توليد الطاقة ، من ناحية أخرى ، فهي مفيدة اقتصاديًا من وجهة نظر مادية. القليل مستحيل ، والأكثر غير ضروري.
لضمان إنشاء حقل دوار في شبكة من ثلاث مراحل ، من الضروري أن يتم تحويل مراحل الجهد بالنسبة لبعضها البعض. إذا أخذنا فترة الجهد الكامل لـ 360 درجة ، فإن 360/3 = 120 درجة. على سبيل المثال يتم تحويل جهد كل مرحلة بالنسبة إلى بعضها البعض بمقدار 120 درجة. انظر الصورة أدناه.
فيما يلي رسم بياني لجهد شبكة 380 فولت ثلاثية الطور بمرور الوقت. كما يتبين من الشكل ، كل شيء هو نفسه كما هو الحال مع شبكة أحادية الطور ، فقط هناك المزيد من الفولتية. 380V هو ما يسمى الجهد الخطي للشبكة U ، أي قياس الجهد بين مرحلتين. يوضح الشكل مثالاً لإيجاد القيمة الفورية لـ Ul. يتغير أيضًا وفقًا لقانون الجيب. بالإضافة إلى الجهد الخطي ، تتميز المرحلة Uf. يتم قياسه بين المرحلة والصفر. جهد الطور في هذه الشبكة ثلاثية الطور هو 220 فولت. وبطبيعة الحال ، يعني جهد الطور والخط الجهد الفعال. اربط الخطية بجهد الطور ، كجذر الثلاثة.
يمكن توصيل الحمل على الشبكة ثلاثية الطور كما تريد - بجهد الطور: بين أي طور والصفر ، أو بجهد الخط: بين مرحلتين. إذا كان الحمل متصلاً بجهد الطور ، فإن مخطط الاتصال هذا يسمى نجمة. هي معروضة أعلاه. إذا كان الجهد الخطي - فإن الاتصال مثلث. إذا كان نفس الحمل مرتبطًا بجهود الخط بين جميع المراحل الثلاث ، فإن هذه الشبكات متناظرة. التيار من خلال السلك المحايد لا يتدفق في الشبكات المتوازنة. انظر الصورة. أدناه. كما تعتبر الشبكات الصناعية متناظرة شرطيًا. كقاعدة ، يوجد الصفر في هذه الشبكات ، ولكن فقط لأغراض الحماية. في بعض الأحيان قد يكون غائبًا تمامًا. توضح الصورة الصغيرة الممتعة من ويكي بوضوح كيف يتدفق التيار في مثل هذه الشبكات.
بهذا نختتم لمحة موجزة عن الكهرباء والكهرباء. ربما في المستقبل سأشرح على الأصابع كيف يعمل الصمام الثنائي والترانزستور ، ما هو الصمام الثنائي الزينر ، الثايرستور والعناصر الأخرى. اكتب عما تهتم بقراءته.
قائمة ببليوغرافية
- فن الدوائر ، هورويتز. 2003.
- أسس التأريض. كتيب الدائرة إلى النظام ، Elya B. Joffe ، Kai-Sang Lock.
- موارد ويكي والإنترنت.