Tidak cocok Akan membunuh! (c)
Rata-rata melek huruf penduduk di bidang elektronik dan teknik listrik menyisakan banyak yang diinginkan. Maksimum, solder shemka, dan cara kerjanya adalah hutan gelap. Sayangnya, semua buku teks berbahasa Rusia penuh dengan formula dan integral, mereka akan membuat siapa pun mengantuk. Dalam sastra Inggris, segalanya agak lebih baik. Ada publikasi yang cukup menarik, tetapi batu sandungan di sini adalah bahasa Inggris. Saya akan mencoba menjelaskan konsep dasar dalam teknik elektro yang dapat diakses semaksimal mungkin, dengan gaya bebas, bukan dari insinyur ke insinyur, tetapi dari orang ke orang. Seorang pembaca yang berpengetahuan luas juga dapat menemukan beberapa poin menarik untuk dirinya sendiri.
Arus listrik
Jalur arus listrik itu misterius. (c) pemikiran dari internet
Bahkan tidak. Dengan satu atau lain cara, semuanya dapat dijelaskan dengan bantuan model matematika, pemodelan, dan bahkan melihat sekilas kertas, dan beberapa orang unik melakukannya di kepala mereka. Kepada siapa lebih nyaman. Bahkan, epigraf bab ini lahir karena ketidaktahuan tentang apa itu arus listrik.
Arus listrik dicirikan oleh beberapa parameter. Dengan tegangan U dan arus I. Tentu saja, kita semua ingat definisi dalam fisika, tetapi sedikit yang mengerti artinya. Saya akan mulai dengan tegangan. Perbedaan potensial atau pekerjaan memindahkan muatan, seperti yang ditulis dengan kering dan tidak menarik di buku teks. Bahkan, voltase selalu diukur antara dua titik. Ini mencirikan kemampuan untuk menciptakan arus listrik antara dua titik ini. Kami akan menyebut titik-titik ini sumber tegangan. Semakin besar tegangan, semakin besar arus. Lebih sedikit tegangan berarti lebih sedikit arus. Tetapi lebih lanjut tentang itu nanti.
Apa yang saat ini Bayangkan analogi dasar sungai - kabel, arus listrik - adalah kecepatan aliran air di sungai. Maka tekanan di sini adalah perbedaan ketinggian antara titik awal sungai dan titik akhir. Atau tegangan adalah pompa yang menggerakkan air jika sungai mengalir di bidang yang sama. Analogi semacam itu pada tahap awal sangat membantu dalam memahami apa yang terjadi dalam rangkaian listrik. Tetapi, pada akhirnya, lebih baik meninggalkan mereka. Lebih baik membayangkan arus sebagai aliran elektron tertentu. Jumlah muatan dipindahkan per unit waktu. Tentu saja, buku teks mengatakan bahwa de elektron bergerak dengan kecepatan beberapa sentimeter per menit dan hanya bidang elektromagnetik yang penting, tetapi untuk sekarang, lupakan saja. Jadi, dengan arus kita dapat memahami pergerakan arus listrik, yaitu biaya. Pembawa, elektron, bermuatan negatif dan bergerak dari potensial negatif ke positif, arus listrik memiliki arah dari potensial positif ke negatif, dari plus ke minus, itu biasa untuk kenyamanan dan kita akan menggunakannya di masa depan, melupakan tentang muatan elektron.
Tentu saja, arus itu sendiri tidak muncul, Anda perlu membuat tegangan antara dua titik dan Anda perlu semacam beban agar arus mengalir melaluinya, terhubung ke dua titik ini. Sangat berguna untuk mengetahui sifat yang dibutuhkan dua konduktor agar arus mengalir: mengarahkan, ke beban, dan membalikkan, dari beban ke sumber. Misalnya, jika konduktor dari sumber tegangan tidak ditutup, maka tidak akan ada arus.
Apa itu sumber tegangan? Bayangkan itu sebagai kotak hitam dengan setidaknya dua pin untuk koneksi. Contoh paling sederhana dari kehidupan nyata: outlet listrik, baterai, baterai, dll.
Sumber tegangan ideal memiliki tegangan konstan ketika ada arus yang melewatinya. Apa yang akan terjadi jika Anda menutup klem dari sumber tegangan ideal? Arus yang sangat besar akan mengalir. Pada kenyataannya, sumber tegangan tidak dapat menghasilkan arus yang sangat besar, karena mereka memiliki beberapa hambatan. Sebagai contoh, kabel dalam stopkontak listrik 220v dari stopkontak itu sendiri ke gardu induk memiliki tahanan, walaupun kecil, tetapi cukup mencolok. Kabel dari gardu induk ke pembangkit listrik juga memiliki hambatan. Kita tidak boleh melupakan impedansi transformator dan generator. Baterai memiliki resistansi internal karena reaksi kimia internal yang memiliki laju aliran hingga.
Apa itu resistensi? Secara umum, topik ini cukup luas. Mungkin saya akan menjelaskan dalam salah satu bab berikut. Singkatnya, ini adalah parameter yang menghubungkan arus dan tegangan. Ini menjadi ciri arus apa yang akan mengalir pada voltase yang diterapkan pada resistansi ini. Dalam analogi "air", perlawanan adalah bendungan di jalur sungai. Semakin kecil lubang di bendungan, semakin besar resistansi. Hubungan ini dijelaskan oleh hukum Ohm:
. Seperti kata pepatah: "Tidak tahu hukum Ohm, tinggal di rumah!".
Mengetahui hukum Ohm, tidak duduk di rumah, memiliki sumber arus apa pun dengan voltase dan hambatan yang diberikan dalam bentuk beban, kita dapat memprediksi dengan akurat arus mana yang akan mengalir.
Sumber tegangan nyata memiliki semacam tegangan internal dan mengeluarkan semacam arus akhir, yang disebut arus hubung singkat. Pada saat yang sama, baterai dan akumulator juga keluar dari waktu ke waktu dan memiliki resistansi internal non-linear. Tetapi untuk sekarang, lupakan saja, dan inilah alasannya. Dalam rangkaian nyata, lebih mudah untuk menganalisis menggunakan tegangan sesaat sesaat dan nilai arus, jadi kami akan mempertimbangkan sumber tegangan ideal. Kecuali untuk fakta ketika diperlukan untuk menghitung arus maksimum yang mampu diberikan sumber.
Adapun analogi "air" dari arus listrik. Seperti yang sudah saya tulis, itu tidak terlalu benar, karena kecepatan sungai sebelum bendungan dan setelah bendungan akan berbeda, jumlah air sebelum dan sesudah bendungan juga akan berbeda. Dalam rangkaian nyata, arus listrik yang mengalir masuk dan keluar dari resistor akan sama satu sama lain. Arus melalui kabel langsung ke beban, dan melalui kabel balik, dari beban ke sumber, juga sama satu sama lain. Arus tidak datang dari mana saja dan tidak menghilang dari mana pun, berapa banyak yang telah "mengalir" ke rangkaian simpul, begitu banyak akan "mengalir keluar", bahkan jika ada beberapa jalur. Misalnya, jika ada dua cara agar arus mengalir dari sumber, maka arus akan mengalir di sepanjang jalur ini, sedangkan arus total sumber akan sama dengan jumlah kedua arus. Dan sebagainya. Ini adalah ilustrasi dari hukum Kirchhoff. Ini sangat sederhana.
Ada juga dua aturan penting. Dengan koneksi paralel dari elemen-elemen, tegangan pada masing-masing elemen adalah sama. Sebagai contoh, tegangan melintasi resistor R2 dan R3, pada gambar di atas, adalah sama, tetapi arus dapat berbeda jika resistor memiliki hambatan yang berbeda, menurut hukum Ohm. Arus yang melalui baterai sama dengan arus pada resistor R1 dan sama dengan jumlah arus pada resistor R2 dan R3. Saat dihubungkan secara seri, tegangan elemen bertambah. Misalnya, tegangan yang dihasilkan baterai, mis. EMF-nya sama dengan tegangan pada resistor R1 + tegangan pada resistor R2 atau R3.
Seperti yang sudah saya tulis, tegangan selalu diukur antara dua titik. Kadang-kadang, dalam literatur Anda dapat menemukan: "Ketegangan pada titik ini dan itu." Ini berarti tegangan antara titik ini dan titik nol potensial. Anda dapat membuat titik potensial nol, misalnya, dengan membumikan sirkuit. Biasanya, mereka membumikan sirkuit sebagai pengganti potensi paling negatif di dekat sumber daya, misalnya, seperti pada gambar di atas. Benar, ini tidak selalu terjadi, dan penggunaan nol agak sewenang-wenang, misalnya, jika kita membutuhkan catu daya bipolar +15 dan -15 volt, maka kita seharusnya tidak menghubungkannya dengan -15V, tetapi potensi di tengah. Jika Anda melakukan -15v, maka kami mendapatkan 0, +15, + 30v. Lihat gambar di bawah.
Grounding juga digunakan sebagai pelindung atau tempat kerja. Grounding pelindung disebut grounding. Jika isolasi rangkaian rusak di beberapa area lain selain dari tanah, maka arus besar akan mengalir melalui kabel nol dan perlindungan akan bekerja, yang akan memutuskan bagian dari rangkaian. Kami harus memberikan perlindungan terlebih dahulu dengan menempatkan pemutus arus atau perangkat lain di jalur aliran arus.
Terkadang tidak mungkin atau tidak mungkin untuk "mendarat" skema. Alih-alih bumi, istilah titik umum atau nol digunakan. Tegangan dalam skema tersebut ditunjukkan relatif terhadap titik umum. Dalam hal ini, seluruh rangkaian relatif terhubung ke tanah potensi nol dapat ditemukan di mana saja. Lihat gambar.
Biasanya, Xv mendekati 0 volt. Di satu sisi, sirkuit tanpa dasar seperti itu lebih aman, karena jika seseorang menyentuh sirkuit pada saat yang sama dan bumi tidak mengalir, karena tidak ada aliran arus balik. Yaitu sirkuit akan menjadi "membumi" melalui seseorang. Tetapi di sisi lain, skema semacam itu rumit. Jika isolasi sirkuit dari bumi rusak pada titik mana pun, maka kita tidak akan tahu. Apa yang bisa berbahaya pada tegangan tinggi Xv.
Secara umum, bumi adalah istilah yang agak luas dan tidak jelas. Ada banyak istilah dan nama bumi, tergantung di mana "tanah" skema. Di bawah tanah dapat dipahami sebagai tanah pelindung, dan tanah kerja (oleh aliran arus yang melewatinya selama operasi normal), sebagai tanah sinyal, dan tanah listrik (berdasarkan jenis arus), baik tanah analog dan tanah digital (berdasarkan jenis sinyal) . Di bawah tanah dapat dipahami sebagai titik bersama, atau sebaliknya, di bawah titik bersama dipahami sebagai atau menjadi bumi. Juga, semua lahan dapat hadir dalam skema pada saat yang sama. Jadi, Anda perlu melihat konteksnya. Bahkan ada gambar lucu dalam literatur asing, lihat di bawah. Tetapi biasanya bumi adalah sirkuit 0 volt dan ini adalah titik dari mana potensi rangkaian diukur.
Sampai sekarang, menyebutkan sumber tegangan, saya tidak menyentuh pada jenis tegangan itu sendiri. Ketegangan berubah seiring waktu dan tidak berubah. Yaitu variabel dan konstan. Misalnya, tegangan yang berubah sesuai dengan hukum sinusoidal sudah umum bagi semua orang, ini adalah tegangan 220v di outlet rumah tangga. Sangat mudah untuk bekerja dengan tegangan konstan, kami sudah melakukannya di atas ketika kami mempertimbangkan hukum Kirchhoff. Tapi apa yang harus dilakukan dengan tegangan bolak-balik dan bagaimana cara mempertimbangkannya?
Gambar tersebut menunjukkan beberapa periode tegangan bolak-balik 220v 50Hz (garis biru). Garis merah adalah tegangan konstan 220V, untuk perbandingan.
Kami akan menentukan, pertama, berapa tegangan 220v, omong-omong, menurut standar baru, itu seharusnya dianggap 230v. Ini adalah nilai tegangan efektif. Nilai amplitudo akan berada di akar 2 kali lebih tinggi dan akan menjadi sekitar 308c. Nilai efektif adalah nilai tegangan di mana banyak panas dilepaskan dalam konduktor selama periode arus bolak-balik pada tegangan arus konstan dari tegangan yang sama. Dalam istilah matematika, ini adalah nilai rms dari tegangan. Dalam literatur bahasa Inggris, istilah RMS digunakan, dan perangkat yang mengukur nilai efektif sebenarnya memiliki tanda "true RMS".
Pada pandangan pertama, ini mungkin terlihat tidak nyaman, semacam nilai efektif, tetapi lebih nyaman untuk perhitungan daya tanpa perlu konversi tegangan.
Tegangan bergantian masih nyaman untuk dipertimbangkan sebagai tegangan konstan yang diambil pada suatu titik waktu. Setelah itu, menganalisis rangkaian beberapa kali, mengubah tanda tegangan konstan ke kebalikannya. Pertama, pertimbangkan pengoperasian sirkuit dengan tegangan positif konstan, lalu ubah tanda, dari positif ke negatif.
Untuk tegangan AC, dua kabel juga diperlukan. Mereka disebut fase dan nol. Terkadang nol dibumikan. Sistem seperti ini disebut fase tunggal. Tegangan fase diukur relatif terhadap nol dan bervariasi dengan waktu, seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas. Dengan setengah gelombang tegangan positif, arus mengalir dari fase ke beban aktif dan kembali dari beban kembali ke kabel netral. Pada setengah gelombang negatif, arus mengalir melalui kabel netral dan kembali dalam fase.
Jaringan tiga fase banyak digunakan dalam industri. Ini adalah kasus khusus dari sistem multifase. Faktanya, semuanya sama dengan sistem fase tunggal, hanya dikalikan dengan 3, yaitu penerapan tiga fase dan tiga lahan secara bersamaan. Pertama kali ditemukan oleh N. Tesla, kemudian ditingkatkan oleh M.O. Dolivo-Dobrovolsky. Peningkatannya adalah bahwa untuk transfer arus listrik tiga fase, dimungkinkan untuk membuang kelebihan kabel, empat sudah cukup: tiga fase ABC dan kawat netral atau bahkan tiga fase, meninggalkan nol. Kawat netral sangat sering di-ground. Pada gambar di bawah ini, totalnya adalah nol.
Mengapa ada 3 fase, dan tidak lebih, tidak kurang? Di satu sisi, 3 fase dijamin untuk menciptakan medan magnet yang berputar, sehingga perlu bagi motor listrik untuk berputar atau diperoleh dari generator pembangkit listrik, di sisi lain, secara ekonomis menguntungkan dari sudut pandang material. Lebih sedikit tidak mungkin, dan lebih banyak tidak perlu.
Untuk menjamin terciptanya medan yang berputar dalam jaringan tiga fase, perlu bahwa fase tegangan digeser relatif satu sama lain. Jika kita mengambil periode tegangan penuh untuk 360 derajat, maka 360/3 = 120 derajat. Yaitu tegangan setiap fase bergeser relatif satu sama lain sebesar 120 derajat. Lihat gambar di bawah.
Berikut adalah grafik dari tegangan jaringan 3-fase 380v dari waktu ke waktu. Seperti dapat dilihat dari gambar, semuanya sama dengan jaringan fase tunggal, hanya saja ada lebih banyak tegangan. 380V adalah apa yang disebut tegangan linear jaringan U, yaitu Tegangan diukur antara dua fase. Gambar tersebut menunjukkan contoh menemukan nilai instan Ul. Itu juga berubah sesuai dengan hukum sinusoidal. Juga, bersama dengan tegangan linier, fase Uf dibedakan. Ini diukur antara fase dan nol. Tegangan fase dalam jaringan tiga fase ini adalah 220V. Tegangan fase dan saluran, tentu saja, berarti tegangan efektif. Hubungkan linier ke tegangan fasa, sebagai akar dari ketiganya.
Beban ke jaringan tiga fase dapat dihubungkan sesuka Anda - ke tegangan fase: antara fase apa pun dan nol, atau ke tegangan saluran: antara dua fase. Jika beban terhubung ke tegangan fasa, maka skema koneksi ini disebut bintang. Dia ditunjukkan di atas. Jika ke tegangan linier - maka koneksi adalah segitiga. Jika beban yang sama terhubung ke tegangan saluran antara ketiga fase, maka jaringan tersebut simetris. Arus melalui kabel netral tidak mengalir di jaringan seimbang. Lihat foto. di bawah. Jaringan industri juga dianggap simetris bersyarat. Sebagai aturan, nol hadir di jaringan tersebut, tetapi hanya untuk tujuan perlindungan. Terkadang mungkin tidak ada sama sekali. Gambar kecil yang menyenangkan dari wiki dengan jelas menggambarkan bagaimana arus mengalir di jaringan tersebut.
Ini menyimpulkan gambaran singkat tentang listrik dan listrik. Mungkin di masa depan saya akan menjelaskan dengan jari bagaimana dioda dan transistor bekerja, apa itu dioda zener, thyristor dan elemen lainnya. Tulis tentang apa yang Anda minati.
Daftar bibliografi
- Seni sirkuit, P. Horowitz. 2003
- GROUNDS UNTUK GROUNDING. Buku Pegangan Sirkuit-ke-Sistem, Elya B. Joffe, Kai-Sang Lock.
- Sumber daya wiki dan internet.