🌤️ 🧚🏼 👩🏼‍🏫 एक कला के रूप में इलेक्ट्रॉनिक्स: विद्युत प्रवाह 🤸 🥗 ⚜️

फिट नहीं है। मार देंगे! (सी)

इलेक्ट्रॉनिक्स और इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग के क्षेत्र में आबादी की औसत साक्षरता बहुत वांछित है। अधिकतम, मिलाप एक किन्नर, और यह कैसे काम करता है एक अंधेरे जंगल है। दुर्भाग्य से, सभी रूसी भाषा की पाठ्यपुस्तकें सूत्रों और अभिन्नताओं से भरी हैं, वे किसी को भी नींद में डाल देंगी। अंग्रेजी साहित्य में, चीजें कुछ हद तक बेहतर हैं। काफी दिलचस्प प्रकाशन हैं, लेकिन यहाँ की ठोकर अंग्रेजी भाषा है। मैं इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में मूल अवधारणाओं को यथासंभव मुक्त शैली में, इंजीनियर से इंजीनियर तक नहीं, बल्कि एक व्यक्ति से दूसरे व्यक्ति तक समझाने की कोशिश करूंगा। एक जानकार पाठक को अपने लिए कुछ दिलचस्प बिंदु भी मिल सकते हैं।

विद्युत प्रवाह

बिजली के मौजूदा रास्ते रहस्यमय हैं। (c) इंटरनेट से विचार

वास्तव में, नहीं। एक तरह से या किसी अन्य, एक गणितीय मॉडल, मॉडलिंग और यहां तक कि कागज के एक टुकड़े पर एक त्वरित नज़र रखने की मदद से सब कुछ वर्णित किया जा सकता है, और कुछ अद्वितीय लोग इसे अपने सिर में करते हैं। जिनके लिए यह अधिक सुविधाजनक है। वास्तव में, इस अध्याय के एपिग्राफ को अज्ञानता से पैदा किया गया था जो एक विद्युत प्रवाह है।

विद्युत प्रवाह की विशेषता कई मापदंडों से होती है। वोल्टेज यू और वर्तमान I से, बेशक, हम सभी को भौतिकी में परिभाषाएं याद हैं, लेकिन कुछ उनके अर्थ को समझते हैं। मैं वोल्टेज के साथ शुरू करूँगा। संभावित अंतर या आवेश को हिलाने का कार्य, जैसा कि पाठ्यपुस्तकों में शुष्क और निर्बाध रूप से लिखा जाता है। वास्तव में, वोल्टेज हमेशा दो बिंदुओं के बीच मापा जाता है। यह इन दो बिंदुओं के बीच एक विद्युत प्रवाह बनाने की क्षमता की विशेषता है। हम इन बिंदुओं को एक वोल्टेज स्रोत कहेंगे। जितना अधिक वोल्टेज, उतना अधिक वर्तमान। कम वोल्टेज का मतलब है कम करंट। लेकिन उस पर और बाद में।

वर्तमान क्या है? नदी के किनारे की उपमा की कल्पना करें - यह तारों, विद्युत प्रवाह - एक नदी में पानी के प्रवाह की गति है। फिर यहां तनाव नदी के शुरुआती बिंदु और अंत बिंदु के बीच की ऊंचाई का अंतर है। या वोल्टेज एक पंप है जो पानी चलाता है अगर नदी एक ही विमान में बहती है। शुरुआती चरणों में ऐसी उपमाएँ विद्युत परिपथ में क्या हो रहा है, यह समझने में बहुत सहायक होती हैं। लेकिन, अंत में, उन्हें छोड़ देना बेहतर है। इलेक्ट्रॉनों की एक निश्चित धारा के रूप में वर्तमान की कल्पना करना बेहतर है। आवेश की मात्रा प्रति यूनिट समय पर चली गई। बेशक, पाठ्यपुस्तकों का कहना है कि डी इलेक्ट्रॉन कई सेंटीमीटर प्रति मिनट की गति से चलते हैं और केवल विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र मायने रखता है, लेकिन अब, इसके बारे में भूल जाओ। तो, वर्तमान से हम विद्युत प्रवाह की गति को समझ सकते हैं, अर्थात। प्रभारी। वाहक, इलेक्ट्रॉन, ऋणात्मक रूप से आवेशित होते हैं और ऋणात्मक क्षमता से धनात्मक की ओर बढ़ते हैं, विद्युत धारा में धनात्मक क्षमता से ऋणात्मक तक दिशा होती है, प्लस से माइनस तक, यह सुविधा के लिए सामान्य है और हम भविष्य में इसका उपयोग करेंगे, एक इलेक्ट्रॉन के आवेश को भूलकर।

बेशक, वर्तमान स्वयं प्रकट नहीं होता है, आपको दो बिंदुओं के बीच एक वोल्टेज बनाने की आवश्यकता होती है और इन दो बिंदुओं से जुड़े हुए प्रवाह के माध्यम से प्रवाह के लिए आपको किसी तरह के भार की आवश्यकता होती है। संपत्ति को जानने के लिए यह बहुत उपयोगी है कि प्रवाह के लिए वर्तमान से प्रवाह के लिए दो कंडक्टरों की आवश्यकता होती है: लोड से स्रोत तक, और रिवर्स। उदाहरण के लिए, यदि वोल्टेज स्रोत के कंडक्टर बंद नहीं होते हैं, तो कोई वर्तमान नहीं होगा।

वोल्टेज स्रोत क्या है? कनेक्शन के लिए कम से कम दो पिन के साथ एक ब्लैक बॉक्स के रूप में कल्पना करें। वास्तविक जीवन से सबसे सरल उदाहरण: एक विद्युत आउटलेट, एक बैटरी, एक बैटरी, आदि।

एक आदर्श वोल्टेज स्रोत में एक निरंतर वोल्टेज होता है जब कोई भी प्रवाह इसके माध्यम से बहता है। यदि आप एक आदर्श वोल्टेज स्रोत के क्लैंप को बंद करते हैं तो क्या होगा? एक असीम रूप से बड़ी धारा प्रवाहित होगी। वास्तव में, वोल्टेज स्रोत एक असीम रूप से बड़े वर्तमान को बंद नहीं कर सकते, क्योंकि उनके पास कुछ प्रतिरोध है। उदाहरण के लिए, 220V पावर आउटलेट में आउटलेट से सबस्टेशन तक तारों में प्रतिरोध है, भले ही छोटा हो, लेकिन काफी ध्यान देने योग्य है। सबस्टेशनों से बिजली संयंत्रों में भी प्रतिरोध होता है। हमें ट्रांसफार्मर और जनरेटर के प्रतिबाधा के बारे में नहीं भूलना चाहिए। आंतरिक रासायनिक प्रतिक्रिया के कारण बैटरियों का एक आंतरिक प्रतिरोध होता है जिसमें एक परिमित प्रवाह दर होती है।

प्रतिरोध क्या है? सामान्य तौर पर, यह विषय काफी व्यापक है। शायद मैं निम्नलिखित अध्यायों में से एक में वर्णन करूंगा। संक्षेप में, यह एक पैरामीटर है जो वर्तमान और वोल्टेज को जोड़ता है। यह दर्शाता है कि इस प्रतिरोध के लिए एक लागू वोल्टेज पर क्या प्रवाह होगा। "जल" सादृश्य में, प्रतिरोध नदी के मार्ग पर एक बांध है। बांध में छेद जितना छोटा होगा, प्रतिरोध उतना ही अधिक होगा। यह रिश्ता ओम के नियम से वर्णित है:

$I = U / R$ । जैसा कि कहा जाता है: "ओह्म के नियम नहीं जानते, घर पर रहो!"।

ओह्म के नियम को जानते हुए, घर पर नहीं बैठना, किसी दिए गए वोल्टेज और लोड के रूप में प्रतिरोध के साथ किसी भी वर्तमान स्रोत का होना, हम बहुत सटीक भविष्यवाणी कर सकते हैं कि कौन सा प्रवाह होगा।
रियल वोल्टेज स्रोतों में कुछ प्रकार के आंतरिक वोल्टेज होते हैं और कुछ प्रकार के अंतिम प्रवाह को छोड़ देते हैं, जिसे शॉर्ट सर्किट करंट कहा जाता है। इसी समय, बैटरी और संचायक भी समय के साथ निर्वहन करते हैं और गैर-रैखिक आंतरिक प्रतिरोध होते हैं। लेकिन अभी के लिए, इसके बारे में भूल जाओ, और यहाँ क्यों है। वास्तविक सर्किट में, क्षणिक तात्कालिक वोल्टेज और वर्तमान मूल्यों का उपयोग करके विश्लेषण करना अधिक सुविधाजनक है, इसलिए हम वोल्टेज स्रोतों को आदर्श मानेंगे। इस तथ्य को छोड़कर कि जब अधिकतम वर्तमान की गणना करने के लिए आवश्यक है कि स्रोत पहुंचाने में सक्षम है।

विद्युत प्रवाह के "पानी" सादृश्य के लिए के रूप में। जैसा कि मैंने पहले ही लिखा है, यह बहुत सही नहीं है, क्योंकि बांध से पहले और उसके बाद नदी की गति अलग होगी, बांध के पहले और बाद में पानी की मात्रा भी अलग होगी। वास्तविक परिपथों में, विद्युत धारा प्रवाहित और बाहर रोकनेवाला एक दूसरे के बराबर होगी। प्रत्यक्ष तार के माध्यम से लोड तक, और रिटर्न वायर के माध्यम से, लोड से स्रोत तक, एक दूसरे के बराबर भी है। करंट कहीं से भी नहीं आता है और कहीं भी गायब नहीं होता है, सर्किट नोड में "कितना" बह गया है, बहुत "प्रवाह" होगा, भले ही कई रास्ते हों। उदाहरण के लिए, यदि स्रोत से प्रवाह करने के लिए दो तरीके हैं, तो यह इन रास्तों के साथ बहेगा, जबकि स्रोत का कुल प्रवाह दो धाराओं के योग के बराबर होगा। और इसी तरह। यह किरचॉफ के कानून का एक चित्रण है। यह बहुत सरल है।

दो और महत्वपूर्ण नियम भी हैं। तत्वों के समानांतर कनेक्शन के साथ, प्रत्येक तत्व में वोल्टेज समान है। उदाहरण के लिए, ऊपर के आंकड़े में प्रतिरोधों आर 2 और आर 3 में वोल्टेज समान हैं, लेकिन ओम के नियम के अनुसार, प्रतिरोधों के अलग-अलग प्रतिरोध होने पर धाराएं भिन्न हो सकती हैं। बैटरी के माध्यम से वर्तमान प्रतिरोध आर 1 पर वर्तमान के बराबर है और प्रतिरोधों आर 2 और आर 3 पर धाराओं के योग के बराबर है। श्रृंखला में जुड़े होने पर, तत्वों का वोल्टेज जुड़ जाता है। उदाहरण के लिए, वोल्टेज जो बैटरी का उत्पादन करता है, अर्थात्। इसका EMF रेसिस्टर R1 के वोल्टेज के बराबर है। रेसिस्टर R2 या R3 के पार वोल्टेज।

जैसा कि मैंने पहले ही लिखा है, वोल्टेज हमेशा दो बिंदुओं के बीच मापा जाता है। कभी-कभी, साहित्य में आप पा सकते हैं: "एक बिंदु पर तनाव ऐसे और ऐसे।" इसका मतलब इस बिंदु और शून्य क्षमता के बिंदु के बीच वोल्टेज है। आप शून्य क्षमता का एक बिंदु बना सकते हैं, उदाहरण के लिए, सर्किट को ग्राउंडिंग करके। आमतौर पर, वे पावर स्रोत के पास सबसे नकारात्मक क्षमता के स्थान पर सर्किट को जमीन पर रखते हैं, उदाहरण के लिए, जैसा कि ऊपर की आकृति में है। सच है, यह हमेशा ऐसा नहीं होता है, और शून्य का उपयोग मनमाने ढंग से होता है, उदाहरण के लिए, अगर हमें +15 और -15 वोल्ट की द्विध्रुवी बिजली की आपूर्ति की आवश्यकता है, तो हमें इसे -15 वी से नहीं, बल्कि मध्य में संभावित रूप से आधार बनाना चाहिए। यदि आप ग्राउंड -15 वी, तो हम 0, +15, + 30 वी प्राप्त करते हैं। नीचे चित्रों को देखें।

ग्राउंडिंग का उपयोग एक सुरक्षात्मक या काम के मैदान के रूप में भी किया जाता है। सुरक्षात्मक ग्राउंडिंग को ग्राउंडिंग कहा जाता है। यदि सर्किट का अलगाव जमीन के अलावा किसी अन्य क्षेत्र में टूट गया है, तो एक बड़ा प्रवाह शून्य तार के माध्यम से प्रवाह करेगा और संरक्षण काम करेगा, जो सर्किट के हिस्से को डिस्कनेक्ट कर देगा। हमें वर्तमान प्रवाह के मार्ग में एक सर्किट ब्रेकर या अन्य उपकरण रखकर अग्रिम सुरक्षा प्रदान करनी चाहिए।

कभी-कभी एक योजना को "भूमि" करना असंभव या असंभव है। पृथ्वी के बजाय, सामान्य बिंदु या शून्य शब्द का उपयोग किया जाता है। ऐसी योजनाओं में वोल्टेज को सामान्य बिंदु के सापेक्ष दर्शाया जाता है। इस मामले में, पूरा सर्किट जमीन के सापेक्ष है शून्य क्षमता कहीं भी स्थित हो सकती है। चित्र देखें

आमतौर पर, Xv 0 वोल्ट के करीब है। एक ओर, ऐसे भूमिगत सर्किट सुरक्षित होते हैं, क्योंकि यदि कोई व्यक्ति एक ही समय में सर्किट को छूता है और पृथ्वी प्रवाहित नहीं होती है, क्योंकि कोई वर्तमान प्रवाह नहीं है। यानी सर्किट एक व्यक्ति के माध्यम से "ग्राउंडेड" हो जाएगा। लेकिन दूसरी ओर, इस तरह की योजनाएं मुश्किल हैं। अगर पृथ्वी से सर्किट का अलगाव किसी भी बिंदु पर टूट जाता है, तो हमें पता नहीं चलेगा। उच्च वोल्टेज एक्सवी में क्या खतरनाक हो सकता है।

सामान्य तौर पर, पृथ्वी एक व्यापक और अस्पष्ट शब्द है। पृथ्वी की बहुत सारी शर्तें और नाम हैं, जो इस योजना पर "भूमि" करने के लिए निर्भर करता है। जमीन के नीचे एक सुरक्षात्मक जमीन के रूप में समझा जा सकता है, और कामकाजी जमीन (सामान्य ऑपरेशन के दौरान इसके माध्यम से प्रवाह के माध्यम से), सिग्नल ग्राउंड के रूप में, और पावर ग्राउंड (वर्तमान के प्रकार से), दोनों एनालॉग ग्राउंड और डिजिटल ग्राउंड (सिग्नल के प्रकार) । जमीन के नीचे एक सामान्य बिंदु के रूप में समझा जा सकता है, या इसके विपरीत, एक सामान्य बिंदु के तहत पृथ्वी के रूप में समझा या किया जा सकता है। साथ ही, सभी भूमि एक ही समय में योजना में मौजूद हो सकती हैं। इसलिए आपको संदर्भ को देखने की जरूरत है। विदेशी साहित्य में ऐसी एक अजीब तस्वीर भी है, नीचे देखें। लेकिन आमतौर पर पृथ्वी एक 0 वोल्ट सर्किट है और यह वह बिंदु है जहां से सर्किट की क्षमता को मापा जाता है।

अब तक, वोल्टेज के स्रोत का उल्लेख करते हुए, मैं स्वयं इस तरह के वोल्टेज पर स्पर्श नहीं करता था। समय के साथ तनाव बदल रहा है और बदल नहीं रहा है। यानी परिवर्तनशील और स्थिर। उदाहरण के लिए, जो वोल्टेज साइनसोइडल कानून के अनुसार बदलता है, वह सभी से परिचित है, यह घरेलू आउटलेट में 220 वी का वोल्टेज है। निरंतर वोल्टेज के साथ काम करना बहुत सरल है, हमने पहले से ही ऊपर किया था जब हमने किरचॉफ के कानून पर विचार किया था। लेकिन वैकल्पिक वोल्टेज के साथ क्या करना है और इस पर कैसे विचार करें?

यह आंकड़ा वैकल्पिक वोल्टेज 220 वी 50 हर्ट्ज (ब्लू लाइन) की कई अवधियों को दर्शाता है। लाल रेखा तुलना के लिए 220V का एक स्थिर वोल्टेज है।

हम निर्धारित करेंगे, पहले, 220v का वोल्टेज क्या है, वैसे, नए मानक के अनुसार, यह 230v पर विचार करना चाहिए। यह प्रभावी वोल्टेज मान है। आयाम मान 2 गुना अधिक की जड़ में होगा और लगभग 308c होगा। प्रभावी मूल्य वोल्टेज मान है जिस पर कंडक्टर में एक चालू वोल्टेज के दौरान एक ही वोल्टेज के निरंतर वर्तमान वोल्टेज के रूप में ज्यादा गर्मी जारी की जाती है। गणितीय शब्दों में, यह वोल्टेज का rms मान है। अंग्रेजी साहित्य में, RMS शब्द का उपयोग किया जाता है, और सच्चे प्रभावी मूल्य को मापने वाले उपकरणों पर "true RMS" चिन्ह होता है।

पहली नज़र में, यह असुविधाजनक लग सकता है, किसी प्रकार का प्रभावी मूल्य, लेकिन यह वोल्टेज रूपांतरण की आवश्यकता के बिना बिजली गणना के लिए सुविधाजनक है।

वैकल्पिक वोल्टेज अभी भी किसी भी बिंदु पर निरंतर वोल्टेज के रूप में विचार करने के लिए सुविधाजनक है। उसके बाद, सर्किट का कई बार विश्लेषण करें, निरंतर वोल्टेज के संकेत को विपरीत में बदल दें। सबसे पहले, एक निरंतर सकारात्मक वोल्टेज के साथ सर्किट के संचालन पर विचार करें, फिर, संकेत को सकारात्मक से नकारात्मक में बदलें।
एसी वोल्टेज के लिए, दो तारों की भी आवश्यकता होती है। उन्हें चरण और शून्य कहा जाता है। कभी-कभी शून्य को आधार बनाया जाता है। ऐसी प्रणाली को एकल-चरण कहा जाता है। चरण वोल्टेज शून्य के सापेक्ष मापा जाता है और समय के साथ बदलता रहता है, जैसा कि ऊपर की आकृति में दिखाया गया है। वोल्टेज के एक सकारात्मक आधे-लहर के साथ, वर्तमान चरण से सक्रिय लोड तक बहता है और लोड से वापस तटस्थ तार पर लौटता है। एक नकारात्मक आधा-लहर पर, तटस्थ तार के माध्यम से प्रवाह होता है और चरण में वापस आ जाता है।

तीन-चरण नेटवर्क का व्यापक रूप से उद्योग में उपयोग किया जाता है। यह मल्टीफ़ेज़ सिस्टम का एक विशेष मामला है। वास्तव में, सब कुछ एकल-चरण प्रणाली के समान है, केवल 3 से गुणा किया जाता है, अर्थात। एक साथ तीन चरणों और तीन भूमि का आवेदन। पहले एन। टेस्ला द्वारा आविष्कार किया गया, बाद में एम.ओ. डोलिवो-डोबरोवल्स्की द्वारा सुधार किया गया। सुधार यह था कि तीन चरण के विद्युत प्रवाह के हस्तांतरण के लिए, अतिरिक्त तारों को बाहर निकालना संभव था, चार पर्याप्त थे: तीन चरण एबीसी और एक तटस्थ तार या यहां तक कि तीन चरण, शून्य को छोड़ना। तटस्थ तार बहुत अक्सर ग्राउंडेड होता है। नीचे दिए गए आंकड़े में, कुल शून्य है।

3 चरण क्यों हैं, और अधिक नहीं, कम नहीं? एक ओर, 3 चरणों को एक घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र बनाने की गारंटी दी जाती है, इसलिए विद्युत मोटर्स को पावर प्लांट जनरेटर से घुमाने या प्राप्त करने के लिए आवश्यक है, दूसरी ओर, यह सामग्री की दृष्टि से आर्थिक रूप से फायदेमंद है। कम असंभव है, और अधिक आवश्यक नहीं है।

तीन-चरण नेटवर्क में एक घूर्णन क्षेत्र के निर्माण की गारंटी देने के लिए, यह आवश्यक है कि वोल्टेज चरण एक-दूसरे के सापेक्ष स्थानांतरित किए जाएं। यदि हम 360 डिग्री के लिए पूर्ण वोल्टेज अवधि लेते हैं, तो 360/3 = 120 डिग्री है। यानी प्रत्येक चरण के वोल्टेज को 120 डिग्री तक एक दूसरे के सापेक्ष स्थानांतरित किया जाता है। नीचे देखें तस्वीर

यहां समय के साथ 3-चरण 380 वी नेटवर्क के वोल्टेज का एक ग्राफ है। जैसा कि आंकड़े से देखा जा सकता है, सब कुछ एकल-चरण नेटवर्क के साथ ही है, केवल अधिक वोल्टेज हैं। 380V नेटवर्क यूआईएन का तथाकथित रैखिक वोल्टेज है, अर्थात। वोल्टेज दो चरणों के बीच मापा जाता है। आकृति उल के तात्कालिक मूल्य को खोजने का एक उदाहरण दिखाती है। यह एक साइनसोइडल कानून के अनुसार भी बदलता है। इसके अलावा, रैखिक वोल्टेज के साथ, चरण यूएफ को प्रतिष्ठित किया जाता है। इसे चरण और शून्य के बीच मापा जाता है। इस तीन-चरण नेटवर्क में चरण वोल्टेज 220V है। चरण और लाइन वोल्टेज, निश्चित रूप से, प्रभावी वोल्टेज का मतलब है। तीन की जड़ के रूप में रैखिक से चरण वोल्टेज से संबंधित है।

तीन-चरण नेटवर्क के लिए लोड को आप के रूप में जोड़ा जा सकता है - जैसे चरण वोल्टेज: किसी भी चरण और शून्य के बीच, या लाइन वोल्टेज के लिए: दो चरणों के बीच। यदि लोड चरण वोल्टेज से जुड़ा हुआ है, तो इस कनेक्शन योजना को स्टार कहा जाता है। उसे ऊपर दिखाया गया है। यदि रैखिक वोल्टेज के लिए - तो कनेक्शन एक त्रिकोण है। यदि एक ही लोड सभी तीन चरणों के बीच लाइन वोल्टेज से जुड़ा हुआ है, तो ऐसे नेटवर्क सममित हैं। तटस्थ तार के माध्यम से वर्तमान संतुलित नेटवर्क में प्रवाह नहीं करता है। तस्वीर देखें नीचे दिए गए। औद्योगिक नेटवर्क को सशर्त रूप से सममित भी माना जाता है। एक नियम के रूप में, शून्य ऐसे नेटवर्क में मौजूद है, लेकिन केवल सुरक्षात्मक उद्देश्यों के लिए। कभी-कभी यह पूरी तरह अनुपस्थित हो सकता है। विकी से मजेदार छोटी तस्वीर स्पष्ट रूप से दर्शाती है कि ऐसे नेटवर्क में वर्तमान प्रवाह कैसे होता है।

यह बिजली और बिजली का एक संक्षिप्त अवलोकन समाप्त करता है। शायद भविष्य में मैं उंगलियों पर समझाऊंगा कि डायोड और ट्रांजिस्टर कैसे काम करते हैं, एक जेनर डायोड, थायरिस्टर और अन्य तत्व क्या हैं। पढ़ने में आपकी क्या रुचि है, इसके बारे में लिखें।

ग्रंथ सूची

सर्किट्री की कला, पी। होरोविट्ज़। 2003।
ग्राउंडिंग के लिए ग्राउंड्स। एक सर्किट-टू-सिस्टम हैंडबुक, एलिया बी जोफ, काई-सांग लॉक।
विकी और इंटरनेट संसाधन।

एक कला के रूप में इलेक्ट्रॉनिक्स: विद्युत प्रवाह

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