Ne correspond pas. Va tuer! (c)
L'alphabétisation moyenne de la population dans le domaine de l'électronique et de l'électrotechnique laisse beaucoup à désirer. Maximum, souder une shemka, et comment cela fonctionne est une forêt sombre. Malheureusement, tous les manuels en russe sont pleins de formules et d'intégrales, ils rendront n'importe qui endormi. Dans la littérature anglaise, les choses vont un peu mieux. Il existe des publications assez intéressantes, mais la pierre d'achoppement ici est la langue anglaise. J'essaierai d'expliquer les concepts de base de l'électrotechnique aussi accessibles que possible, dans un style libre, pas d'ingénieur en ingénieur, mais de personne en personne. Un lecteur averti peut également trouver des points intéressants pour lui-même.
Courant électrique
Les voies du courant électrique sont mystérieuses. (c) les pensées d'Internet
En fait, non. D'une manière ou d'une autre, tout peut être décrit à l'aide d'un modèle mathématique, de la modélisation et même d'un rapide coup d'œil à un morceau de papier, et certaines personnes uniques le font dans leur tête. Pour qui c'est plus pratique. En fait, l'épigraphe de ce chapitre est née de l'ignorance de ce qu'est un courant électrique.
Le courant électrique est caractérisé par plusieurs paramètres. Par tension U et courant I. Bien sûr, nous nous souvenons tous des définitions en physique, mais peu comprennent leur signification. Je vais commencer par la tension. La différence potentielle ou le travail de déplacement de la charge, comme écrit sèchement et sans intérêt dans les manuels. En fait, la tension est toujours mesurée entre deux points. Il caractérise la capacité à créer un courant électrique entre ces deux points. Nous appellerons ces points une source de tension. Plus la tension est élevée, plus le courant est important. Moins de tension signifie moins de courant. Mais plus à ce sujet plus tard.
Qu'est-ce qui est courant? Imaginez l'analogie d'un lit de rivière - ses fils, son courant électrique - est la vitesse de l'écoulement de l'eau dans une rivière. Ensuite, la contrainte ici est la différence de hauteur entre le point de départ de la rivière et le point d'arrivée. Ou la tension est une pompe qui entraîne l'eau si la rivière coule dans le même plan. De telles analogies dans les étapes initiales sont très utiles pour comprendre ce qui se passe dans le circuit électrique. Mais, au final, il vaut mieux les abandonner. Il vaut mieux imaginer le courant comme un certain flux d'électrons. Le montant de la charge déplacé par unité de temps. Bien sûr, les manuels disent que les électrons se déplacent à une vitesse de plusieurs centimètres par minute et seul le champ électromagnétique compte, mais pour l'instant, oubliez-le. Ainsi, par le courant, nous pouvons comprendre le mouvement du courant électrique, c'est-à-dire charge. Les porteurs, les électrons, sont chargés négativement et passent d'un potentiel négatif à un potentiel positif, le courant électrique a une direction d'un potentiel positif à un négatif, de plus à moins, c'est courant par commodité et nous l'utiliserons à l'avenir, en oubliant la charge d'un électron.
Bien sûr, le courant lui-même n'apparaît pas, vous devez créer une tension entre deux points et vous avez besoin d'une sorte de charge pour que le courant le traverse, connecté à ces deux points. Il est très utile de connaître la propriété selon laquelle deux conducteurs sont nécessaires pour que le courant circule: direct, vers la charge, et inverse, de la charge vers la source. Par exemple, si les conducteurs de la source de tension ne sont pas fermés, il n'y aura pas de courant.
Qu'est-ce qu'une source de tension? Imaginez-le comme une boîte noire avec au moins deux broches pour la connexion. Les exemples les plus simples de la vie réelle: une prise électrique, une batterie, une batterie, etc.
Une source de tension idéale a une tension constante lorsqu'un courant la traverse. Que se passera-t-il si vous fermez les pinces d'une source de tension idéale? Un courant infiniment grand circulera. En réalité, les sources de tension ne peuvent pas émettre un courant infiniment grand, car elles ont une certaine résistance. Par exemple, les fils d'une prise de courant de 220 V de la prise elle-même à la sous-station ont une résistance, bien que petite, mais assez visible. Les fils des sous-stations aux centrales électriques ont également une résistance. Il ne faut pas oublier l'impédance des transformateurs et des générateurs. Les batteries ont une résistance interne due à une réaction chimique interne qui a un débit fini.
Qu'est-ce que la résistance? En général, ce sujet est assez étendu. Je décrirai peut-être dans l'un des chapitres suivants. En bref, c'est un paramètre qui relie le courant et la tension. Il caractérise le courant qui circulera à une tension appliquée à cette résistance. Dans l'analogie «eau», la résistance est un barrage sur le chemin du fleuve. Plus le trou dans le barrage est petit, plus la résistance est grande. Cette relation est décrite par la loi d'Ohm:
. Comme dit le proverbe: "Je ne connais pas la loi d'Ohm, reste à la maison!".
Connaissant la loi d'Ohm, ne pas rester à la maison, avoir une source de courant avec une tension et une résistance données sous la forme d'une charge, nous pouvons prédire très précisément quel courant passera.
Les sources de tension réelles ont une sorte de tension interne et dégagent une sorte de courant final, appelé courant de court-circuit. Dans le même temps, les piles et accumulateurs se déchargent également avec le temps et ont une résistance interne non linéaire. Mais pour l'instant aussi, oubliez ça, et voici pourquoi. Dans les circuits réels, il est plus pratique d'analyser en utilisant des valeurs instantanées instantanées de tension et de courant, nous considérerons donc les sources de tension comme idéales. À l'exception du fait qu'il est nécessaire de calculer le courant maximum que la source est capable de délivrer.
Quant à l'analogie «eau» du courant électrique. Comme je l'ai déjà écrit, ce n'est pas très vrai, car la vitesse de la rivière avant et après le barrage sera différente, la quantité d'eau avant et après le barrage sera également différente. Dans les circuits réels, le courant électrique entrant et sortant de la résistance sera égal à l'autre. Le courant passant par le fil direct jusqu'à la charge et par le fil de retour, de la charge à la source, est également égal. Le courant ne vient de nulle part et ne disparaît nulle part, combien a «coulé» dans le nœud du circuit, tant «coulera», même s'il y a plusieurs chemins. Par exemple, s'il y a deux façons pour le courant de circuler depuis la source, alors il circulera le long de ces chemins, tandis que le courant total de la source sera égal à la somme des deux courants. Et ainsi de suite. Ceci est une illustration de la loi de Kirchhoff. C'est très simple.
Il existe également deux règles plus importantes. Avec une connexion parallèle des éléments, la tension dans chacun des éléments est la même. Par exemple, la tension aux bornes des résistances R2 et R3, dans la figure ci-dessus, est la même, mais les courants peuvent être différents si les résistances ont des résistances différentes, selon la loi d'Ohm. Le courant à travers la batterie est égal au courant à la résistance R1 et est égal à la somme des courants aux résistances R2 et R3. Lorsqu'ils sont connectés en série, les tensions des éléments s'additionnent. Par exemple, la tension produite par la batterie, c.-à-d. son EMF est égal à la tension aux bornes de la résistance R1 + à la tension aux bornes de la résistance R2 ou R3.
Comme je l'ai déjà écrit, la tension est toujours mesurée entre deux points. Parfois, dans la littérature, vous pouvez trouver: "Tension à un point tel ou tel." Cela signifie la tension entre ce point et le point de potentiel nul. Vous pouvez créer un point de potentiel nul, par exemple, en mettant le circuit à la terre. Habituellement, ils mettent à la terre le circuit à la place du potentiel le plus négatif près de la source d'alimentation, par exemple, comme sur la figure ci-dessus. Certes, ce n'est pas toujours le cas, et l'utilisation de zéro est plutôt arbitraire, par exemple, si nous avons besoin d'une alimentation bipolaire de +15 et -15 volts, nous ne devrions pas la mettre à la terre par -15V, mais le potentiel au milieu. Si vous mettez à la terre -15v, alors nous obtenons 0, +15, + 30v. Voir les photos ci-dessous.
La mise à la terre est également utilisée comme terrain de protection ou de travail. La mise à la terre de protection est appelée mise à la terre. Si l'isolement du circuit est rompu dans une autre zone que la terre, un courant important passera par le fil zéro et la protection fonctionnera, ce qui déconnectera une partie du circuit. Nous devons fournir une protection à l'avance en plaçant un disjoncteur ou un autre appareil sur le chemin du flux de courant.
Parfois, il est impossible ou impossible de «décrocher» un programme. Au lieu de la terre, le terme point commun ou zéro est utilisé. Les tensions dans ces schémas sont indiquées par rapport au point commun. Dans ce cas, l'ensemble du circuit est relatif au sol, c'est-à-dire le potentiel nul peut être localisé n'importe où. Voir photo.
Habituellement, Xv est proche de 0 volt. D'une part, ces circuits non mis à la terre sont plus sûrs, car si une personne touche le circuit en même temps et que la terre ne coule pas, car il n'y a pas de courant de retour. C'est-à-dire le circuit deviendra «mis à la terre» par une personne. Mais d'un autre côté, de tels schémas sont délicats. Si l'isolement du circuit de la terre est rompu à un moment donné, nous ne le saurons pas. Ce qui peut être dangereux à haute tension Xv.
En général, la terre est un terme assez large et vague. Il y a beaucoup de termes et de noms de la terre, selon l'endroit où "atterrir" le schéma. Sous la terre peut être comprise comme une terre de protection, et la terre de travail (par le flux de courant qui la traverse pendant le fonctionnement normal), comme une terre de signal et une terre d'alimentation (par type de courant), à la fois une terre analogique et une terre numérique (par type de signal) . Sous le sol peut être compris comme un point commun, ou vice versa, sous un point commun est compris comme ou être la terre. De plus, toutes les terres peuvent être présentes dans le schéma en même temps. Vous devez donc regarder le contexte. Il y a même une image si drôle dans la littérature étrangère, voir ci-dessous. Mais généralement, la terre est un circuit de 0 volt et c'est le point à partir duquel le potentiel du circuit est mesuré.
Jusqu'à présent, en mentionnant la source de tension, je n'ai pas abordé le type de cette tension elle-même. La tension change avec le temps et ne change pas. C'est-à-dire variable et constante. Par exemple, la tension qui change selon la loi sinusoïdale est familière à tout le monde, c'est la tension de 220v dans les prises domestiques. Il est très simple de travailler avec une tension constante, nous l'avons déjà fait ci-dessus lorsque nous avons considéré la loi de Kirchhoff. Mais que faire de la tension alternative et comment la considérer?
La figure montre plusieurs périodes de tension alternative 220v 50Hz (ligne bleue). La ligne rouge est une tension constante de 220V, à titre de comparaison.
Nous allons déterminer, tout d'abord, quelle est la tension de 220v, soit dit en passant, selon la nouvelle norme qu'elle est censée considérer comme 230v. Il s'agit de la valeur de tension effective. La valeur d'amplitude sera à la racine de 2 fois plus élevée et sera d'environ 308c. La valeur efficace est la valeur de tension à laquelle autant de chaleur est libérée dans le conducteur pendant une période de courant alternatif qu'à une tension de courant constant de la même tension. En termes mathématiques, il s'agit de la valeur efficace de la tension. Dans la littérature anglaise, le terme RMS est utilisé et les appareils qui mesurent la vraie valeur efficace ont le signe «true RMS».
À première vue, cela peut sembler gênant, une sorte de valeur efficace, mais c'est pratique pour les calculs de puissance sans avoir besoin de conversion de tension.
La tension alternative est toujours pratique à considérer comme une tension constante prise à tout moment. Après cela, analysez le circuit plusieurs fois, en changeant le signe de la tension constante à l'opposé. Tout d'abord, considérez le fonctionnement du circuit avec une tension positive constante, puis changez le signe, de positif en négatif.
Pour la tension alternative, deux fils sont également nécessaires. Ils sont appelés phase et zéro. Parfois, zéro est mis à la terre. Un tel système est appelé monophasé. La tension de phase est mesurée par rapport à zéro et varie avec le temps, comme le montre la figure ci-dessus. Avec une demi-onde de tension positive, le courant passe de la phase à la charge active et revient de la charge au fil neutre. En demi-onde négative, le courant traverse le fil neutre et revient en phase.
Un réseau triphasé est largement utilisé dans l'industrie. C'est un cas particulier des systèmes multiphasiques. En fait, tout est identique à un système monophasé, seulement multiplié par 3, c'est-à-dire application de trois phases et de trois terrains simultanément. D'abord inventé par N. Tesla, puis amélioré par M.O. Dolivo-Dobrovolsky. L'amélioration était que pour le transfert d'un courant électrique triphasé, il était possible de jeter les fils excédentaires, quatre suffisaient: trois phases ABC et un fil neutre ou même trois phases, abandonnant zéro. Le fil neutre est très souvent mis à la terre. Dans la figure ci-dessous, le total est nul.
Pourquoi y a-t-il 3 phases, ni plus, ni moins? D'une part, 3 phases sont garanties pour créer un champ magnétique tournant, si nécessaire pour que les moteurs électriques tournent ou obtenus à partir de générateurs de centrales électriques, d'autre part, il est économiquement avantageux d'un point de vue matériel. Moins est impossible et plus n'est pas nécessaire.
Pour garantir la création d'un champ tournant dans un réseau triphasé, il est nécessaire que les phases de tension soient décalées les unes par rapport aux autres. Si nous prenons la période de tension complète sur 360 degrés, alors 360/3 = 120 degrés. C'est-à-dire la tension de chaque phase est décalée les unes par rapport aux autres de 120 degrés. Voir l'image ci-dessous.
Voici un graphique de la tension d'un réseau 380v triphasé dans le temps. Comme on peut le voir sur la figure, tout est le même qu'avec un réseau monophasé, seulement il y a plus de tensions. 380V est la tension dite linéaire du réseau U, c'est-à-dire tension mesurée entre deux phases. La figure montre un exemple de recherche de la valeur instantanée de Ul. Elle change également selon une loi sinusoïdale. En outre, avec la tension linéaire, la phase Uf est distinguée. Elle est mesurée entre phase et zéro. La tension de phase dans ce réseau triphasé est de 220V. La tension de phase et de ligne, bien sûr, signifie la tension effective. Reliez la tension linéaire à la tension de phase, en tant que racine des trois.
La charge du réseau triphasé peut être connectée comme vous le souhaitez - à la tension de phase: entre n'importe quelle phase et zéro, ou à la tension de ligne: entre deux phases. Si la charge est connectée à la tension de phase, ce schéma de connexion est appelé une étoile. Elle est montrée ci-dessus. Si à la tension linéaire - alors la connexion est un triangle. Si la même charge est connectée aux tensions de ligne entre les trois phases, ces réseaux sont symétriques. Le courant à travers le fil neutre ne circule pas dans les réseaux équilibrés. Voir photo. ci-dessous. Les réseaux industriels sont également considérés comme conditionnellement symétriques. En règle générale, zéro est présent dans ces réseaux, mais uniquement à des fins de protection. Parfois, il peut être totalement absent. La petite image amusante du wiki illustre clairement comment le courant circule dans de tels réseaux.
Ceci conclut un bref aperçu de l'électricité et de l'électricité. Peut-être qu'à l'avenir, j'expliquerai sur les doigts comment fonctionnent la diode et le transistor, qu'est-ce qu'une diode Zener, un thyristor et d'autres éléments. Écrivez ce que vous êtes intéressé à lire.
Liste bibliographique
- L'art des circuits, P. Horowitz. 2003.
- MOTIFS DE MISE À LA TERRE. A Circuit-to-System Handbook, Elya B. Joffe, Kai-Sang Lock.
- Ressources wiki et Internet.