Nicht passen. Wird töten! (c)
Die durchschnittliche Alphabetisierung der Bevölkerung im Bereich Elektronik und Elektrotechnik lässt zu wünschen übrig. Maximum, löte eine Shemka und wie es funktioniert, ist ein dunkler Wald. Leider sind alle russischsprachigen Lehrbücher voller Formeln und Integrale, sie werden jeden schläfrig machen. In der englischen Literatur sieht es etwas besser aus. Es gibt ziemlich interessante Veröffentlichungen, aber der Stolperstein hier ist die englische Sprache. Ich werde versuchen, die Grundkonzepte der Elektrotechnik so zugänglich wie möglich und frei zu erklären, nicht von Ingenieur zu Ingenieur, sondern von Person zu Person. Ein sachkundiger Leser kann auch einige interessante Punkte für sich finden.
Elektrischer Strom
Elektrische Strompfade sind mysteriös. (c) Gedanken aus dem Internet
In der Tat nein. Auf die eine oder andere Weise kann alles mit Hilfe eines mathematischen Modells beschrieben werden, indem ein Stück Papier modelliert und sogar kurz betrachtet wird, und einige einzigartige Menschen tun es in ihrem Kopf. Für wen ist es bequemer. Tatsächlich wurde das Epigraph dieses Kapitels aus Unkenntnis darüber geboren, was ein elektrischer Strom ist.
Elektrischer Strom ist durch mehrere Parameter gekennzeichnet. Durch Spannung U und Strom I. Natürlich erinnern wir uns alle an die Definitionen in der Physik, aber nur wenige verstehen ihre Bedeutung. Ich werde mit der Spannung beginnen. Die Potentialdifferenz oder die Arbeit, die Ladung zu bewegen, wie trocken und uninteressant in Lehrbüchern zu schreiben. Tatsächlich wird die Spannung immer zwischen zwei Punkten gemessen. Es kennzeichnet die Fähigkeit, einen elektrischen Strom zwischen diesen beiden Punkten zu erzeugen. Wir werden diese Punkte eine Spannungsquelle nennen. Je größer die Spannung, desto größer der Strom. Weniger Spannung bedeutet weniger Strom. Aber dazu später mehr.
Was ist aktuell? Stellen Sie sich vor, die Analogie eines Flussbettes - es sind Drähte, elektrischer Strom - ist die Geschwindigkeit des Wasserflusses in einem Fluss. Dann ist die Spannung hier der Höhenunterschied zwischen dem Startpunkt des Flusses und dem Endpunkt. Oder Spannung ist eine Pumpe, die Wasser antreibt, wenn der Fluss in derselben Ebene fließt. Solche Analogien in der Anfangsphase sind sehr hilfreich, um zu verstehen, was im Stromkreis vor sich geht. Aber am Ende ist es besser, sie aufzugeben. Es ist besser, sich den Strom als einen bestimmten Elektronenstrom vorzustellen. Die pro Zeiteinheit bewegte Ladungsmenge. Natürlich heißt es in den Lehrbüchern, dass sich Elektronen mit einer Geschwindigkeit von mehreren Zentimetern pro Minute bewegen und nur das elektromagnetische Feld eine Rolle spielt, aber vergessen Sie es vorerst. Unter Strom können wir also die Bewegung von elektrischem Strom verstehen, d.h. aufladen. Träger, Elektronen, sind negativ geladen und bewegen sich von einem negativen zu einem positiven Potential. Der elektrische Strom hat eine Richtung von einem positiven zu einem negativen Potential, von plus nach minus. Dies ist der Einfachheit halber üblich und wir werden ihn in Zukunft verwenden, wobei wir die Ladung eines Elektrons vergessen.
Natürlich erscheint der Strom selbst nicht, Sie müssen eine Spannung zwischen zwei Punkten erzeugen und Sie benötigen eine Last, damit der Strom durch ihn fließt und mit diesen beiden Punkten verbunden ist. Es ist sehr nützlich zu wissen, dass zwei Leiter benötigt werden, damit der Strom fließt: direkt zur Last und umgekehrt von der Last zur Quelle. Wenn beispielsweise die Leiter der Spannungsquelle nicht geschlossen sind, liegt kein Strom an.
Was ist eine Spannungsquelle? Stellen Sie es sich als Black Box mit mindestens zwei Stiften für den Anschluss vor. Die einfachsten Beispiele aus dem wirklichen Leben: eine Steckdose, eine Batterie, eine Batterie usw.
Eine ideale Spannungsquelle hat eine konstante Spannung, wenn Strom durch sie fließt. Was passiert, wenn Sie die Klemmen einer idealen Spannungsquelle schließen? Es fließt ein unendlich großer Strom. In der Realität können Spannungsquellen keinen unendlich großen Strom abgeben, da sie einen gewissen Widerstand haben. Zum Beispiel haben die Drähte in einer 220-V-Steckdose von der Steckdose selbst zum Umspannwerk einen Widerstand, wenn auch klein, aber ziemlich auffällig. Drähte von Umspannwerken zu Kraftwerken haben ebenfalls Widerstand. Wir dürfen die Impedanz von Transformatoren und Generatoren nicht vergessen. Batterien haben einen Innenwiderstand aufgrund einer internen chemischen Reaktion mit einer endlichen Durchflussrate.
Was ist Widerstand? Im Allgemeinen ist dieses Thema ziemlich umfangreich. Vielleicht werde ich in einem der folgenden Kapitel beschreiben. Kurz gesagt, dies ist ein Parameter, der Strom und Spannung verbindet. Es charakterisiert, welcher Strom bei einer angelegten Spannung an diesen Widerstand fließt. In der "Wasser" -Analogie ist Widerstand ein Damm auf dem Weg des Flusses. Je kleiner das Loch im Damm ist, desto größer ist der Widerstand. Diese Beziehung wird durch das Ohmsche Gesetz beschrieben:
. Wie das Sprichwort sagt: "Kenne Ohms Gesetz nicht, bleib zu Hause!".
Wenn wir das Ohmsche Gesetz kennen, nicht zu Hause sitzen und eine Stromquelle mit einer bestimmten Spannung und einem bestimmten Widerstand in Form einer Last haben, können wir sehr genau vorhersagen, welcher Strom fließen wird.
Reale Spannungsquellen haben eine Art interne Spannung und geben eine Art Endstrom ab, der als Kurzschlussstrom bezeichnet wird. Gleichzeitig entladen sich Batterien und Akkus mit der Zeit und haben einen nichtlinearen Innenwiderstand. Aber vergessen Sie es auch jetzt, und hier ist der Grund dafür. In realen Schaltkreisen ist es bequemer, anhand der momentanen momentanen Spannungs- und Stromwerte zu analysieren, sodass wir Spannungsquellen als ideal betrachten. Mit Ausnahme der Tatsache, dass der maximale Strom berechnet werden muss, den die Quelle liefern kann.
Wie für die "Wasser" -Analogie des elektrischen Stroms. Wie ich bereits schrieb, ist es nicht sehr wahr, da die Geschwindigkeit des Flusses vor dem Damm und nach dem Damm unterschiedlich sein wird, wird auch die Wassermenge vor und nach dem Damm unterschiedlich sein. In realen Schaltkreisen ist der elektrische Strom, der in den Widerstand hinein und aus ihm heraus fließt, gleich. Der Strom durch das direkte Kabel zur Last und durch das Rückleitungskabel von der Last zur Quelle ist ebenfalls gleich. Der Strom kommt nicht von irgendwoher und verschwindet nirgendwo, wie viel in den Schaltungsknoten "geflossen" ist, so viel "fließt" heraus, selbst wenn es mehrere Pfade gibt. Wenn es beispielsweise zwei Möglichkeiten gibt, wie der Strom von der Quelle fließen kann, fließt er entlang dieser Pfade, während der Gesamtstrom der Quelle gleich der Summe der beiden Ströme ist. Usw. Dies ist eine Illustration des Gesetzes von Kirchhoff. Es ist sehr einfach.
Es gibt auch zwei weitere wichtige Regeln. Bei einer Parallelschaltung der Elemente ist die Spannung in jedem der Elemente gleich. Beispielsweise ist die Spannung an den Widerständen R2 und R3 in der obigen Abbildung gleich, aber die Ströme können unterschiedlich sein, wenn die Widerstände gemäß dem Ohmschen Gesetz unterschiedliche Widerstände haben. Der Strom durch die Batterie ist gleich dem Strom am Widerstand R1 und gleich der Summe der Ströme an den Widerständen R2 und R3. Bei Reihenschaltung addieren sich die Spannungen der Elemente. Zum Beispiel die Spannung, die die Batterie erzeugt, d.h. seine EMF ist gleich der Spannung am Widerstand R1 + der Spannung am Widerstand R2 oder R3.
Wie ich bereits geschrieben habe, wird die Spannung immer zwischen zwei Punkten gemessen. Manchmal findet man in der Literatur: "Spannung an einem Punkt wie diesem." Dies bedeutet die Spannung zwischen diesem Punkt und dem Punkt des Nullpotentials. Sie können einen Punkt mit einem Potential von Null erzeugen, indem Sie beispielsweise den Stromkreis erden. Normalerweise erden sie den Stromkreis an der Stelle des negativsten Potentials in der Nähe der Stromquelle, beispielsweise wie in der obigen Abbildung. Dies ist zwar nicht immer der Fall, und die Verwendung von Null ist eher willkürlich. Wenn wir beispielsweise eine bipolare Stromversorgung von +15 und -15 Volt benötigen, sollten wir sie nicht mit -15 V erden, sondern mit dem Potential in der Mitte. Wenn Sie -15V erden, erhalten wir 0, +15, + 30V. Siehe die Bilder unten.
Die Erdung wird auch als Schutz- oder Arbeitserde verwendet. Schutzerdung wird Erdung genannt. Wenn die Isolation des Stromkreises in einem anderen Bereich als der Erde unterbrochen ist, fließt ein großer Strom durch das Nullkabel und der Schutz funktioniert, wodurch ein Teil des Stromkreises getrennt wird. Wir müssen im Voraus Schutz bieten, indem wir einen Leistungsschalter oder ein anderes Gerät in den Pfad des Stromflusses stellen.
Manchmal ist es unmöglich oder unmöglich, ein Programm zu "landen". Anstelle von Erde wird der Begriff gemeinsamer Punkt oder Null verwendet. Spannungen in solchen Schemata sind relativ zum gemeinsamen Punkt angegeben. In diesem Fall ist die gesamte Schaltung relativ zur Masse, d.h. Nullpotential kann überall lokalisiert werden. Siehe Bild.
Normalerweise liegt Xv nahe bei 0 Volt. Einerseits sind solche nicht geerdeten Stromkreise sicherer, denn wenn eine Person gleichzeitig den Stromkreis berührt und die Erde nicht fließt, weil Es fließt kein Rückstrom. Das heißt, Der Stromkreis wird durch eine Person „geerdet“. Andererseits sind solche Schemata schwierig. Wenn die Isolation des Stromkreises von der Erde zu irgendeinem Zeitpunkt unterbrochen ist, werden wir es nicht wissen. Was bei hohen Spannungen gefährlich sein kann Xv.
Im Allgemeinen ist die Erde ein ziemlich breiter und vager Begriff. Es gibt viele Begriffe und Namen der Erde, je nachdem, wo das Schema "landen" soll. Unter der Erde kann eine Schutzerde verstanden werden, und die Arbeitserde (durch den Stromfluss durch sie während des normalen Betriebs) als Signalerde und die Strommasse (nach Stromart), sowohl analoge als auch digitale Masse (nach Signaltyp). . Unter der Erde kann ein gemeinsamer Punkt verstanden werden oder umgekehrt, unter einem gemeinsamen Punkt wird die Erde verstanden oder ist sie. Außerdem können alle Länder gleichzeitig im Schema vorhanden sein. Sie müssen sich also den Kontext ansehen. Es gibt sogar so ein lustiges Bild in der ausländischen Literatur, siehe unten. Normalerweise ist die Erde jedoch ein 0-Volt-Stromkreis, und an diesem Punkt wird das Potential des Stromkreises gemessen.
Bis jetzt habe ich, als ich die Spannungsquelle erwähnte, die Art dieser Spannung selbst nicht angesprochen. Die Spannung ändert sich mit der Zeit und ändert sich nicht. Das heißt, variabel und konstant. Zum Beispiel ist die Spannung, die sich gemäß dem Sinusgesetz ändert, jedem bekannt, dies ist die Spannung von 220 V in Haushaltssteckdosen. Es ist sehr einfach, mit konstanter Spannung zu arbeiten, wir haben es bereits oben getan, als wir das Gesetz von Kirchhoff betrachteten. Aber was tun mit Wechselspannung und wie ist sie zu berücksichtigen?
Die Abbildung zeigt mehrere Perioden Wechselspannung 220 V 50 Hz (blaue Linie). Die rote Linie ist zum Vergleich eine konstante Spannung von 220V.
Wir werden zunächst bestimmen, wie hoch die Spannung von 220 V ist. Übrigens soll nach dem neuen Standard 230 V berücksichtigt werden. Dies ist der effektive Spannungswert. Der Amplitudenwert liegt an der Wurzel 2-mal höher und beträgt ungefähr 308c. Der effektive Wert ist der Spannungswert, bei dem während einer Wechselstromperiode so viel Wärme im Leiter freigesetzt wird wie bei einer Konstantstromspannung derselben Spannung. In mathematischen Begriffen ist dies der Effektivwert der Spannung. In der englischen Literatur wird der Begriff RMS verwendet, und Geräte, die den tatsächlichen Effektivwert messen, haben das Vorzeichen „True RMS“.
Auf den ersten Blick mag dies unpraktisch erscheinen, eine Art effektiver Wert, aber es ist praktisch für Leistungsberechnungen, ohne dass eine Spannungsumwandlung erforderlich ist.
Wechselspannung ist immer noch zweckmäßig, um als konstante Spannung zu jedem Zeitpunkt betrachtet zu werden. Analysieren Sie danach die Schaltung mehrmals und ändern Sie das Vorzeichen der konstanten Spannung in die entgegengesetzte Richtung. Betrachten Sie zuerst den Betrieb der Schaltung mit einer konstanten positiven Spannung und ändern Sie dann das Vorzeichen von positiv nach negativ.
Für Wechselspannung sind ebenfalls zwei Drähte erforderlich. Sie heißen Phase und Null. Manchmal ist Null geerdet. Ein solches System wird als einphasig bezeichnet. Die Phasenspannung wird relativ zu Null gemessen und ändert sich mit der Zeit, wie in der obigen Abbildung gezeigt. Bei einer positiven Spannungshalbwelle fließt der Strom von der Phase zur aktiven Last und von der Last zurück zum Neutralleiter. Bei einer negativen Halbwelle fließt der Strom durch den Neutralleiter und kehrt in Phase zurück.
Ein dreiphasiges Netzwerk ist in der Industrie weit verbreitet. Dies ist ein Sonderfall von Mehrphasensystemen. Tatsächlich ist alles dasselbe wie ein Einphasensystem, nur multipliziert mit 3, d.h. Anwendung von drei Phasen und drei Ländern gleichzeitig. Zuerst von N. Tesla erfunden, anschließend von M.O. Dolivo-Dobrovolsky verbessert. Die Verbesserung bestand darin, dass für die Übertragung eines dreiphasigen elektrischen Stroms überschüssige Drähte weggeworfen werden konnten, vier waren ausreichend: drei Phasen ABC und ein neutraler Draht oder sogar drei Phasen, wobei Null aufgegeben wurde. Der Neutralleiter ist sehr oft geerdet. In der folgenden Abbildung ist die Summe Null.
Warum gibt es 3 Phasen und nicht mehr und nicht weniger? Einerseits wird garantiert, dass 3 Phasen ein rotierendes Magnetfeld erzeugen, das für die Rotation von Elektromotoren erforderlich ist oder von Kraftwerksgeneratoren erhalten wird, andererseits ist es aus materieller Sicht wirtschaftlich vorteilhaft. Weniger ist unmöglich und mehr ist nicht notwendig.
Um die Erzeugung eines Drehfeldes in einem Dreiphasennetz zu gewährleisten, müssen die Spannungsphasen relativ zueinander verschoben werden. Wenn wir die volle Spannungsperiode für 360 Grad nehmen, dann ist 360/3 = 120 Grad. Das heißt, Die Spannung jeder Phase ist relativ zueinander um 120 Grad verschoben. Siehe Bild unten.
Hier ist ein Diagramm der Spannung eines 3-Phasen-380-V-Netzwerks über die Zeit. Wie aus der Abbildung ersichtlich ist, ist alles das gleiche wie bei einem einphasigen Netzwerk, nur gibt es mehr Spannungen. 380 V ist die sogenannte lineare Spannung des Netzwerks U, d.h. Spannung gemessen zwischen zwei Phasen. Die Abbildung zeigt ein Beispiel für die Ermittlung des Momentanwerts von Ul. Es ändert sich auch nach einem sinusförmigen Gesetz. Zusammen mit der linearen Spannung wird auch die Phase Uf unterschieden. Es wird zwischen Phase und Null gemessen. Die Phasenspannung in diesem dreiphasigen Netz beträgt 220V. Phasen- und Netzspannung bedeutet natürlich die effektive Spannung. Beziehen Sie sich linear auf die Phasenspannung als Wurzel der drei.
Die Last an das Dreiphasennetz kann beliebig angeschlossen werden - an die Phasenspannung: zwischen einer beliebigen Phase und Null oder an die Netzspannung: zwischen zwei Phasen. Wenn die Last an die Phasenspannung angeschlossen ist, wird dieses Verbindungsschema als Stern bezeichnet. Sie ist oben gezeigt. Wenn zu linearer Spannung - dann ist die Verbindung ein Dreieck. Wenn die gleiche Last an die Netzspannungen zwischen allen drei Phasen angeschlossen ist, sind solche Netzwerke symmetrisch. In symmetrischen Netzen fließt kein Strom durch den Neutralleiter. Siehe Bild. unten. Industrielle Netzwerke gelten auch als bedingt symmetrisch. In solchen Netzwerken ist in der Regel Null vorhanden, jedoch nur zu Schutzzwecken. Manchmal kann es ganz fehlen. Das lustige kleine Bild aus dem Wiki zeigt deutlich, wie Strom in solchen Netzwerken fließt.
Dies schließt einen kurzen Überblick über Elektrizität und Elektrizität. Vielleicht werde ich in Zukunft an den Fingern erklären, wie die Diode und der Transistor funktionieren, was eine Zenerdiode, ein Thyristor und andere Elemente sind. Schreiben Sie, was Sie lesen möchten.
Bibliografische Liste
- Die Kunst der Schaltung, P. Horowitz. 2003.
- GRÜNDE FÜR DIE ERDUNG. Ein Circuit-to-System-Handbuch, Elya B. Joffe, Kai-Sang Lock.
- Wiki und Internetquellen.