Как собрать электрическую цепь по схеме

15

Как собирать электрические схемы.

Одной из сложностей в работе электрика является понимание того, как взаимодействуют элементы схемы между собой. Необходимо уметь читать, понимать и собирать схемы.
При сборке схем следуйте необременительным правилам:
1. Сборку схемы следует проводить в одном направлении. Например: собираем схему по часовой стрелке.
2. При работе со сложными, разветвленными схемами, удобно разбить ее на составные части.
3. Если в схеме много разъемов, контактов, соединений, удобно разбить схему на участки. Например, сначала собираем цепь от фазы до потребителя, потом собираем от потребителя к другой фазе, и т.д.
4. Сборку схемы следует начинать от фазы.
5. Каждый раз, выполнив присоединение, задавайте себе вопрос: А что произойдёт, если напряжение подать сейчас?
В любом случае, после сборки у нас должна получиться замкнутая цепь: Например, фаза розетки — разъем контакта выключателя – потребитель – «ноль» розетки.
Пример: Попробуем собрать самую распространенную в быту схему – подключить домашнюю люстру из трёх плафонов. Используем двухклавишный выключатель.
Для начала определимся для самих себя, как люстра должна работать? При включении одной клавиши выключателя должна зажечься одна лампа в люстре, при включении второй клавиши загораются две другие.
На схеме можно видеть, что и на люстру и на выключатель идут по три провода, в то время как от сети идет всего лишь пара проводов.
Для начала, при помощи индикаторной отвертки, находим фазу и подсоединяем её к выключателю ( ноль прерывать нельзя ). То, что от фазы к выключателю идут два провода не должно нас смущать. Место соединения проводов мы выбираем сами. Провод мы привинчиваем к общей шине выключателя. От выключателя пойдут два провода и, соответственно, будут смонтированы две цепи. Один из этих проводов присоединяем к патрону лампы. Из патрона выводим второй провод, и соединяем его с нулем. Цепь одной лампы собрана. Теперь, если включить клавишу выключателя, лампа загорится.
Второй провод, идущий от выключателя соединяем с патроном другой лампы и, так же как и в первом случае, провод из патрона подключаем к нулю. При попеременном включении клавиш выключателя будут загораться разные лампы.
Осталось присоединить третью лампочку. Ее мы соединяем параллельно к одной из готовых цепей, т.е. из патрона подключенной лампы выводим провода и соединяем с патроном последнего источника света.
Из схемы видно, что один из проводов в люстре общий. Обычно он отличается от двух других проводов цветом. Как правило, не составляет труда, не видя проводов скрытых под штукатуркой, правильно подключить люстру.
Если все провода одинакового цвета, то поступаем следующим образом: соединим один из проводов с фазой, а другие поочередно прозваниваем индикаторной отвёрткой. Если индикатор светится по-разному (в одном случае ярче, а в другом более тускло), значит мы выбрали не «общий» провод. Меняем провод и повторяем действия. Индикатор должен светиться одинаково ярко при «прозвонке» обоих проводов.

Защита схем

Львиную долю стоимости любого агрегата составляет цена двигателя. Перегрузка двигателя приводит к его перегреву и последующему выходу из строя. Защите двигателей от перегрузок уделяется большое внимание.
Мы уже знаем, что при работе двигатели потребляют ток. При нормальной работе (работе без перегрузок) двигатель потребляет нормальный (номинальный) ток, при перегрузке двигатель потребляет ток в очень больших количествах. Мы можем контролировать работу двигателей с помощью устройств, которые реагируют на изменение тока в цепи, например, реле максимального тока и теплового реле.
Реле максимального тока (его часто называют «магнитным расцепителем») представляет собой несколько витков очень толстого провода на подвижном сердечнике нагруженным пружиной. Реле устанавливается в цепь последовательно нагрузке.
Ток протекает по проводу обмотки и создает вокруг сердечника магнитное поле, которое пытается сдвинуть его с места. При нормальных условиях работы двигателя сила пружины, удерживающей сердечник, больше магнитной силы. Но, при увеличении нагрузки на двигатель (например, хозяйка положила в стиральную машину белья больше, чем того требует инструкция) ток увеличивается и магнит «пересиливает» пружину, сердечник смещается и воздействует на привод размыкающего контакта, сеть размыкается.
Реле максимального тока с рабатывает при резком увеличении нагрузки на электродвигатель (перегрузке). Например, произошло короткое замыкание, заклинивает вал машины, и т.п. Но бывают случаи, когда перегрузка незначительна, но действует продолжительное время. В такой ситуации двигатель перегревается, изоляция проводов оплавляется и, в конце концов, двигатель выходит из строя (сгорает). Для предотвращения развития ситуации по описанному сценарию, используют тепловое реле, которое представляет собой электромеханическое устройство с биметаллическими контактами (пластинами), пропускающими через себя электрический ток.
При увеличении тока выше номинального значения нагрев пластин увеличивается, пластины изгибаются и размыкают свой контакт в цепи управления, прерывая ток к потребителю.
Для подбора аппаратуры защиты можно воспользоваться таблицей № 15.

ТАБЛИЦА № 15

Автоматика

В жизни мы часто сталкиваемся с устройствами, название которых объединяется под общим понятием — «автоматика». И хотя такие системы разрабатывают очень умные конструкторы, обслуживают их простые электрики. Не следует пугаться этого термина. Оно означает всего лишь «БЕЗ УЧАСТИЯ ЧЕЛОВЕКА».
В автоматических системах человек дает только начальную команду всей системе и иногда отключает ее для обслуживания. Всю остальную работу на протяжении очень продолжительного времени система проделывает сама.
Если внимательно присмотреться к современной технике, то можно увидеть большое количество автоматических систем, которые ею управляют, сводя вмешательство человека в этот процесс к минимуму. В холодильнике автоматически поддерживается определенная температура, а в телевизоре заданная частота приема, свет на улице загорается с наступлением сумерек и гаснет на рассвете, дверь в супермаркете открывает перед посетителями, а современные стиральные машинки «самостоятельно» выполняют весь процесс стирки, полоскания, отжима и сушки белья. Примеры можно приводить бесконечно.
По своей сути, все схемы автоматики повторяют схему обычного магнитного пускателя, в той или иной степени улучшая его быстродействие или чувствительность. В уже известную схему пускателя вместо кнопок «ПУСК» и «СТОП» вставляем контакты В1 и В2, которые срабатывают от различных воздействий, например, температуры и получим автоматику холодильника.

При повышении температуры включается компрессор и гонит охладитель в морозилку. Когда температура опустится до нужного (заданного) значения, другая такая кнопка отключит насос. Выключатель S1 в этом случае играет роль ручного выключателя, для выключения схемы, например, на время технического обслуживания.
Эти контакты называются «датчиками» или «чувствительными элементами». Датчики имеют различную форму, чувствительность, возможности настройки и назначение. Например, если перенастроить датчики холодильника и, вместо компрессора подключить обогреватель, то получится система поддержания тепла. А, подключив светильники – получим систему поддержания освещенности.
Таких вариаций может быть бесконечно много.
В целом, назначение системы определяется назначением датчиков. Поэтому в каждом отдельном случае применяются различные датчики. Изучение каждого конкретного чувствительного элемента не имеет большого смысла, так как они постоянно совершенствуются и изменяются. Целесообразнее понять принцип действия датчиков вообще.

Освещение

В зависимости от выполняемых задач освещение делится на следующие виды:

1. Рабочее освещение — обеспечивает нужную освещенность на рабочем месте.

2. Охранное освещение — устанавливается вдоль границ охраняемых участков.

3. Аварийное освещение — предназначается для создания условий безопасной эвакуации людей при аварийном отключении рабочего освещения в помещениях, проходах и лестницах, а также для продолжения работ там, где эти работы останавливать нельзя.

И что бы мы делали без обычной лампочки Ильича? Раньше, на заре электрификации нам светили лампы с угольными электродами, но они быстро перегорали. Позже стали применять вольфрамовые нити, при этом из колб ламп откачивался воздух. Такие лампы работали дольше, но были опасными из-за возможности разрыва колбы. Внутрь колб современных ламп накаливания закачивают инертный газ, такие лампы безопаснее своих предшественниц.
Выпускаются лампы накаливания с колбами и цоколями разной формы. Все лампы накаливания имеют ряд преимуществ, обладание которыми гарантирует их использование еще долгое время. Перечислим эти преимущества:

2. Способность работать как при переменном, так и постоянном токе.

3. Не подверженность влиянию окружающей среды.

4. Одинаковая светоотдача в течение всего срока службы.

Наряду с перечисленными преимуществами эти лампы имеют очень малый срок службы (примерно 1000 часов).
В настоящее время, благодаря повышенной светоотдаче, широкое применение нашли галогенные лампы накаливания трубчатой формы.
Случается, что лампы перегорают неоправданно часто и, казалось бы, без всяких причин. Подобное может происходить из-за резких скачков напряжения в сети, при неравномерном распределении нагрузок в фазах, а также по некоторым другим причинам. Этому «безобразию» можно положить конец, если заменить лампу на более мощную и включить в цепь дополнительный диод, позволяющий снизить напряжение в цепи наполовину. При этом более мощная лампа будет светить так же, как и предыдущая, без диода, но срок её службы увеличится вдвое, а потребление электроэнергии, как и плата за неё, останутся на прежнем уровне.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Электрические цепи для чайников: определения, элементы, обозначения

Эта статья для тех, кто только начинает изучать теорию электрических цепей. Как всегда не будем лезть в дебри формул, но попытаемся объяснить основные понятия и суть вещей, важные для понимания. Итак, добро пожаловать в мир электрических цепей!

Хотите больше полезной информации и свежих новостей каждый день? Присоединяйтесь к нам в телеграм.

Электрические цепи

Электрическая цепь – это совокупность устройств, по которым течет электрический ток.

Рассмотрим самую простую электрическую цепь. Из чего она состоит? В ней есть генератор – источник тока, приемник (например, лампочка или электродвигатель), а также система передачи (провода). Чтобы цепь стала именно цепью, а не набором проводов и батареек, ее элементы должны быть соединены между собой проводниками. Ток может течь только по замкнутой цепи. Дадим еще одно определение:

Электрическая цепь – это соединенные между собой источник тока, линии передачи и приемник.

Конечно, источник, приемник и провода – самый простой вариант для элементарной электрической цепи. В реальности в разные цепи входит еще множество элементов и вспомогательного оборудования: резисторы, конденсаторы, рубильники, амперметры, вольтметры, выключатели, контактные соединения, трансформаторы и прочее.

Кстати, о том, что такое трансформатор, читайте в отдельном материале нашего блога.

По какому фундаментальному признаку можно разделить все цепи электрического тока? По тому же, что и ток! Есть цепи постоянного тока, а есть – переменного. В цепи постоянного тока он не меняет своего направления, полярность источника постоянна. Переменный же ток периодически изменяется во времени как по направлению, так и по величине.

Сейчас переменный ток используется повсеместно. О том, что для этого сделал Никола Тесла, читайте в нашей статье.

Элементы электрических цепей

Все элементы электрических цепей можно разделить на активные и пассивные. Активные элементы цепи – это те элементы, которые индуцируют ЭДС. К ним относятся источники тока, аккумуляторы, электродвигатели. Пассивные элементы – соединительные провода и электроприемники.

Приемники и источники тока, с точки зрения топологии цепей, являются двухполюсными элементами (двухполюсниками). Для их работы необходимо два полюса, через которые они передают или принимают электрическую энергию. Устройства, по которым ток идет от источника к приемнику, являются четырехполюсниками. Чтобы передать энергию от одного двухполюсника к другому им необходимо минимум 4 контакта, соответственно для приема и передачи.

Резисторы – элементы электрической цепи, которые обладают сопротивлением. Вообще, все элементы реальных цепей, вплоть до самого маленького соединительного провода, имеют сопротивление. Однако в большинстве случаев этим можно пренебречь и при расчете считать элементы электрической цепи идеальными.

Существуют условные обозначения для изображения элементов цепи на схемах.

Кстати, подробнее про силу тока, напряжение, сопротивление и закон Ома для элементов электрической цепи читайте в отдельной статье.

Вольт-амперная характеристика – фундаментальная характеристика элементов цепи. Это зависимость напряжения на зажимах элемента от тока, который проходит через него. Если вольт-амперная характеристика представляет собой прямую линию, то говорят, что элемент линейный. Цепь, состоящая из линейных элементов – линейная электрическая цепь. Нелинейная электрическая цепь – такая цепь, сопротивление участков которой зависит от значений и направления токов.

Какие есть способы соединения элементов электрической цепи? Какой бы сложной ни была схема, элементы в ней соединены либо последовательно, либо параллельно.

При решении задач и анализе схем используют следующие понятия:

• Ветвь – такой участок цепи, вдоль которого течет один и тот же ток;
• Узел – соединение ветвей цепи;
• Контур – последовательность ветвей, которая образует замкнутый путь. При этом один из узлов является как началом, так и концом пути, а другие узлы встречаются в контуре только один раз.

Чтобы понять, что есть что, взглянем на рисунок:

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Классификация электрических цепей

По назначению электрические цепи бывают:

• Силовые электрические цепи;
• Электрические цепи управления;
• Электрические цепи измерения;

Силовые цепи предназначены для передачи и распределения электрической энергии. Именно силовые цепи ведут ток к потребителю.

Также цепи разделяют по силе тока в них. Например, если ток в цепи превышает 5 ампер, то цепь силовая. Когда вы щелкаете чайник, включенный в розетку, Вы замыкаете силовую электрическую цепь.

Электрические цепи управления не являются силовыми и предназначены для приведения в действие или изменения параметров работы электрических устройств и оборудования. Пример цепи управления – аппаратура контроля, управления и сигнализации.

Электрические цепи измерения предназначены для фиксации изменений параметров работы электрического оборудования.

Расчет электрических цепей

Рассчитать цепь – значит найти все токи в ней. Существуют разные методы расчета электрических цепей: законы Кирхгофа, метод контурных токов, метод узловых потенциалов и другие. Рассмотрим применение метода контурных токов на примере конкретной цепи.

Сначала выделим контуры и обозначим ток в них. Направление тока можно выбирать произвольно. В нашем случае – по часовой стрелке. Затем для каждого контура составим уравнения по 2 закону Кирхгофа. Уравнения составляются так: Ток контура умножается на сопротивление контура, к полученному выражению добавляются произведения тока других контуров и общих сопротивлений этих контуров. Для нашей схемы:

Полученная система решается с подставкой исходных данных задачи. Токи в ветвях исходной цепи находим как алгебраическую сумму контурных токов

Какую бы цепь Вам ни понадобилось рассчитать, наши специалисты всегда помогут справится с заданиями. Мы найдем все токи по правилу Кирхгофа и решим любой пример на переходные процессы в электрических цепях. Получайте удовольствие от учебы вместе с нами!

Электрическая цепь и ее составные части

Из прошлых уроков вы уже знаете, что для возникновения электрического тока должны выполняться определенные условия.

Во-первых, необходимо наличие зарядов в проводнике — свободных электронов или ионов. А во-вторых, обязательно наличие источника тока, который создает в проводнике электрическое поле, что и приводит к возникновению тока.

Все ли это необходимые условия? Нет, нам осталось изучить всего еще одно — наличие электрической цепи. Именно о ней и пойдет речь на данном уроке.

Необходимые части электрической цепи

Итак, первое, что должно обязательно присутствовать в электрической цепи — это источник тока.

Он создаст электрическое поле и будет его поддерживать, возникнет электрический ток. Мы же можем использовать его энергию.

Каким образом? Для этого нам нужен потребитель или приемник электрической энергии. Так называют все электрические приборы, которые мы используем, начиная от простых лампочек и фонариков, заканчивая компьютерами, электродвигателями, различной бытовой техникой.

Источник тока и его потребитель необходимо соединить друг с другом проводами. По ним ток от источника будет достигать потребителя.

Обозначения частей электрической цепи

Электрические цепи принято изображать с помощью специальных схем. На них все элементы обозначаются специальными условными знаками.

На рисунке 1 изображены такие знаки для источников тока и их систем, таких потребителей тока, как лампа и электрический звонок.

Также на рисунке 1 изображен условный знак для ключа. Его (а также рубильники, кнопки и различные выключатели) используют для того, чтобы включать или выключать приемники электрической энергии. Такие устройства называют замыкающими или размыкающими устройствами (рисунок 2).

В ходе изучения материала данного раздела вы будете знакомиться с различными новыми устройствами, которые используют в электричестве. При этом для каждого так же будет специальный условный знак. Так, вы познакомитесь с реостатами, конденсаторами, электрическими лампами и предохранителями.

Схема простейшей электрической цепи

Итак, самый простой вариант электрической цепи изображен на рисунке 3.

Из каких частей она состоит?

1. Источник тока
2. Приемник тока
3. Замыкающее устройство
4. Соединяющие провода

В данном случае источником тока является гальванический элемент или аккумулятор, приемником — лампочка, замыкающим устройством — ключ. Все эти элементы соединены между собой проводами.

Замкнутость электрической цепи

Чтобы в цепи был ток, она должна быть замкнутой.

Что это означает? Цепь должна состоять только из проводников электричества.

Если в каком-то месте соединительный провод будет поврежден или оборван, то тока в цепи не будет. Именно на этом основывается действие замыкающих устройств.

Упражнения

Упражнение №1

Начертите схему цепи, содержащей один гальванический элемент и два звонка, каждый из которых можно включать отдельно.

Что будет отвечать в цепи за включение звонка? Ключ. А так как у нас два звонка и каждый нужно включать независимо от другого, то и ключа должно быть два (рисунок 4).

Обратите внимание на расположение звонков. Если мы соединим их просто один друг за другом, это будет неверным вариантом решения. Ведь если тогда выключим один звонок, он будет являться для второго своеобразным «оборванным проводом», и второй звонок работать не будет.

Упражнение №2

Придумайте схему соединения гальванического элемента, звонка и двух кнопок, расположенных так, чтобы можно было позвонить из двух разных мест.

Чтобы звонить из двух разных мест мы можем разместить кнопки, как показано на рисунке 5.

Второй ключ (кнопку) можно разместить и с другой стороны цепи похожим способом.

Упражнение №3

На рисунке 6 дана схема соединения лампы и двух переключателей. Рассмотрите схему и подумайте, где можно применить такую проводку.

Обратите внимание, таким способом изображают ключи\переключатели, связанные между собой. Т.е. при замыкании одного замыкается и другой, и наоборот.

Такую проводку удобно использовать в больших помещениях. Например, заходя в длинный коридор, вы включаете свет рядом с дверью. Идете в другой конец коридора до другого помещения, и нужно выключить за собой свет. Рядом с вами находится вторая кнопка. Нажав на нее, вы выключаете свет.

Также можно использовать такой вариант электрической цепи, если включать/выключать свет необходимо разным людям из разных мест помещения.

Упражнение №4

Нарисуйте схему цепи карманного фонаря (рисунок 7) и назовите части этой цепи. Какие элементы фонаря отмечены цифрами?

На рисунке 6 под цифрой 1 обозначены два источника тока (гальванических элемента или аккумулятора). Цифрой 2 обозначена лампа, а цифрой 3 — кнопка включения/выключения (замыкающее устройство).

Нарисуем схему цепи такого фонаря (рисунок 8).

На схеме у нас расположены все вышеперечисленные элементы, соединенные между собой проводами.

Физика

Вспомним, что на прошлом уроке мы оговаривали три условия наличия электрического тока:

1. наличие зарядов;
2. наличие источника тока (гальванического элемента и др.). Источник тока создает электрическое поле внутри проводника, что является причиной движения зарядов;
3. наличие электрической цепи. О последнем понятии мы будет говорить сегодня.

Электрическая цепь должна содержать источник тока (рис. 1–3), т. е. элемент, который создает в цепи электрическое поле и обеспечивает движение заряженных частиц, и потребитель тока, т. е. например, любой бытовой прибор (рис. 4): лампочку, фонарик, компьютер, телевизор, стиральную машину, холодильник и т. п. Источник тока и потребители всегда соединяются проводами (проводниками), т. е. такими элементами, которые способны проводить электрический ток и обладают большим количеством свободных заряженных частиц.

Таким образом, электрическая цепь имеет следующие основные составные элементы: источник тока, потребители тока, соединительные провода.

Конечно же, потребители тока сами по себе состоят из более мелких элементов, каждый из которых имеет свое название, функцию и особенности. Электрические цепи бывают сложными и простыми, мы начнем их изучение с простейших вариантов, например, с устройства карманного фонарика. В его составные части входят: источник питания, лампочка, соединительные провода и выключатель. В конце урока мы соберем электрическую цепь, аналогичную цепи внутри фонарика и обсудим ее принцип работы.

Для удобства электрические цепи принято изображать в виде схем, в которых приняты определенные обозначения различных элементов. Условные обозначения элементов электрических цепей известны и классифицированы определенным образом, их достаточно много, но мы познакомимся с основными из них.

Определение. Электрическая цепь, изображенная на рисунке, называется электрической схемой.

Условные обозначения элементов электрических цепей

Гальванический элемент (источник тока)

Как видно из рисунка, длинной полоской обозначают положительный полюс источника, а короткой – отрицательный

Гальваническая батарея (аккумулятор)

Таким образом обозначается соединение нескольких гальванических элементов

Соединяющиеся провода

Место соединения проводов обозначается жирной точкой, которую еще зачастую именуют узлом

Несоединяющиеся провода

Провода, которые не соединяются, в точке пересечения никак особо не выделяются

Лампа накаливания (лампочка)

Зажимы для подключения электроприборов

К подобному элементу на схеме можно подключать какой-либо электроприбор

Ключ (выключатель)

Элемент цепи для ее замыкания и размыкания

Электрический звонок

Для запоминания этого обозначения можно заметить, что оно похоже на грибочек

Резистор

Этот элемент цепи имеет большое сопротивление

Нагревательный элемент

Плавкий предохранитель

Прибор, который обеспечивает безопасность работы электрической цепи

Указанные в таблице элементы являются составными частями простейших электрических цепей.

Устройство электрической цепи карманного фонарика

Рассмотрим простейшую электрическую цепь на примере устройства карманного фонарика. В нее входят источник питания, лампочка накаливания, соединительные провода и выключатель (ключ).

Собирать цепь удобно в следующей последовательности: сначала подключим лампочку к одному из полюсов источника тока (батарейки), затем второй контакт на лампочке подключаем к разомкнутому предварительно ключу (выключателю) и, чтобы замкнуть цепь, второй контакт ключа соединяем со свободным полюсом источника тока.

После сбора цепи видно, что лампочка не горит, т. к. она все еще разомкнута с помощью ключа, и электрический ток не идет (не выполнено условие замкнутости электрической цепи). Теперь замыкаем ключ, и лампочка загорается (рис. 5), т. к. цепь становится замкнутой и все условия существования электрического тока выполнены.

Изобразим схему собранной нами электрической цепи с использованием приведенных в таблице условных обозначений (рис. 6).

Конечно же, бессмысленно рассматривать с практической точки зрения те электрические цепи, в которых не выполняется работа электрического тока. О действии электрического тока и о выполнении им работы мы поговорим позже.

На следующем уроке нашей темой будет «Электрический ток в металлах».

Список литературы

1. Генденштейн Л. Э, Кайдалов А. Б., Кожевников В. Б. Физика 8 / Под ред. Орлова В. А., Ройзена И. И. – М.: Мнемозина.
2. Перышкин А. В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
3. Фадеева А. А., Засов А. В., Киселев Д. Ф. Физика 8. – М.: Просвещение.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет