Električno vezje: definicija, AC/DC, bremena in osnovni deli
Električno vezje je zaporedje vodnikov in komponent, po katerih tečejo elektroni iz vira napetosti ali toka. Vezje omogoča usmerjen pretok električne energije, ki jo nato porabijo različne naprave in komponente.
Definicija in osnovni pojmi
Vir je točka, kjer elektroni vstopajo v električno vezje — to je lahko baterija, generator ali napajalnik. Nasprotna točka, kjer elektroni zapustijo vezje, se včasih imenuje povratek ali ozemljitev. Elektroni običajno zapustijo vezje in se vrnejo nazaj k viru, s čimer je tokokrog zaključen.
Breme je del tokokroga, ki porablja električno energijo med začetkom toka in točko povratka. Bremena so lahko preprosta, kot so gospodinjski aparati (gospodinjske aparate, npr. hladilniki, televizorji ali svetilke,) ali zelo zahtevna, kot so obremenitve na izhodu hidroelektrarne. Bremena pretvarjajo električno energijo v toploto, svetlobo, gibanje ali druge oblike energije.
Osnovni deli in komponente
- Vir napetosti/toka (baterija, napajalnik, elektrarna).
- Vodniki (žice), ki povezujejo komponente in omogočajo tok elektronov.
- Obremenitve (odpori, motorji, luči), ki porabljajo energijo.
- Sklopke in stikali za vklop/izklop toka.
- Zaščitne naprave (varovalke, odklopniki), ki preprečujejo preobremenitve ali kratke stike.
- Pasivne komponente — upori (rezistorji), kondenzatorji, tuljave (induktorji).
- Aktivne komponente — diode, tranzistorji, integrirana vezja, pretvorniki.
AC (izmenični) in DC (enosmerni) tok
Električna vezja delujejo z dvema osnovnima oblikama toka: izmenični (AC) in enosmerni (DC). Izmenični tok redno spreminja smer in velikost napetosti (npr. sinusni val), medtem ko enosmerni tok teče v stalni smeri.
Izmenični tok se pogosto uporablja za prenos energije na dolge razdalje in za napajanje velikih naprav ter motorjev; proizvajajo ga velike elektrarne, na primer hidroelektrarne. Enosmerni tok se uporablja za naprave na baterije (vozila na baterije), elektroniko in nekatere posebne industrijske aplikacije (elektronika).
Pretvorniki lahko spremenijo AC v DC (usmerniki/rectifierji) ali DC v AC (inverterji). Pri visokonapetostnem prenosu za nekatere aplikacije uporabljajo tudi enosmerni tok (HVDC), kjer velike pretvornike učinkovito zmanjšajo izgube med prenosom na daljave.
Topologije vezij: serijsko in vzporedno
- Serijsko vezje: komponente so povezane ena za drugo; tok je enak skozi vse komponente, napetost pa se razdeli.
- Vzporedno vezje: komponente so povezane na iste potenciale; napetost je enaka na vseh vejah, tok pa se razdeli glede na upornost vsake veje.
Osnovni zakoni in merjenje
- Ohmov zakon: V = I · R (napetost = tok × upornost) — osnova za izračune v enostavnih vezjih.
- Kirchhoffova pravila: pravilo tokov (vsota tokov v vozlišču je nič) in pravilo napetosti (vsota napetostnih sprememb v zanki je nič).
Merilni instrumenti: multimeter za merjenje napetosti, toka in upornosti; osciloskop za pregledovanje oblike signala, frekvence in vrhovnih vrednosti pri AC-vezjih.
Varnost in ozemljitev
Pri delu z električnimi vezji je varnost ključna. Uporabljajte ustrezno izolacijo, varovalke in odklopnike ter upoštevajte napetostne oznake. Ozemljitev (ground) zmanjšuje tveganje električnega udara in ščiti opremo pred prenapetostmi. Pred servisiranjem vedno izključite napajanje in preverite odsotnost napetosti z ustreznim merilnim orodjem.
Skica in sheme
Električna vezja običajno predstavljamo s shemami, kjer simboli prikazujejo komponente in vodila prikazujejo povezave. Branje shem je osnova za načrtovanje, diagnostiko in popravilo vezij.
Zaključek
Električno vezje združuje vire, vodnike in komponente, da omogoči nadzorovan pretok električne energije. Razumevanje razlik med AC in DC, osnovnih komponent, topologij (serijsko/vzporedno) ter varnostnih ukrepov omogoča pravilno načrtovanje, uporabo in vzdrževanje električnih sistemov v vsakdanjih in industrijskih aplikacijah.
Elektronsko vezje
Elektronska vezja običajno uporabljajo vire enosmernega toka. Obremenitev elektronskega vezja je lahko tako preprosta, kot je nekaj uporov, kondenzatorjev in svetilka, ki so povezani skupaj, da ustvarijo bliskavico v fotoaparatu. Lahko pa je elektronsko vezje zapleteno in povezuje na tisoče uporov, kondenzatorjev in tranzistorjev. Lahko je integrirano vezje, kot je mikroprocesor v računalniku.
Uporniki in drugi elementi vezja so lahko povezani zaporedno ali vzporedno. Upornost v zaporednih vezjih je vsota upornosti.
Eksperimentalno elektronsko vezje
Shema vezja in ožičenja
Shema vezja ali ožičenja je vizualni prikaz električnega vezja. Električna in elektronska vezja so lahko zapletena. Izdelava risbe povezav vseh sestavnih delov v obremenitvi vezja olajša razumevanje, kako so komponente vezja povezane. Risbe za elektronska vezja se imenujejo "sheme vezij". Risbe za električna vezja se imenujejo "električni diagrami". Tako kot druge diagrame tudi te diagrame običajno narišejo risarji in jih nato natisnejo. Diagrami so lahko izdelani tudi digitalno s posebno programsko opremo.
Shema je diagram električnega vezja. Sheme so grafični prikazi bistvenih povezav v vezju, vendar niso realistični prikazi vezja. Sheme uporabljajo simbole za predstavitev komponent v vezju. Na shemi se uporabljajo konvencije, ki prikazujejo način pretoka električne energije. Običajna konvencija, ki jo uporabljamo, je od pozitivne do negativne sponke. Realen način pretoka električne energije je od negativnega do pozitivnega priključka.
v shemah vezij so uporabljeni posebni simboli, ki jih prepoznajo vsi, ki uporabljajo risbe. Simboli na risbah prikazujejo, kako so komponente, kot so upori, kondenzatorji, izolatorji, motorji, vtičnice, luči, stikala ter druge električne in elektronske komponente, povezane med seboj. Diagrami so v veliko pomoč, ko delavci poskušajo ugotoviti, zakaj vezje ne deluje pravilno.
Odklopniki
Tok, ki teče v električnem ali elektronskem vezju, se lahko nenadoma poveča, ko se pokvari kakšen sestavni del. To lahko resno poškoduje druge komponente v vezju ali povzroči nevarnost požara. Za zaščito pred tem lahko v tokokrog vgradite varovalko ali napravo, imenovano "odklopnik tokokroga". Odklopnik bo odprl ali prekinil tokokrog, ko bo tok v tem tokokrogu prevelik, ali pa bo varovalka "pregorela". To zagotavlja zaščito.
Naprave za prekinitev napak na tleh (G.F.I.)
Standardni povratni tok za električna in elektronska vezja je ozemljitev. Ob okvari električne ali elektronske naprave lahko pride do odprtja povratnega tokokroga do ozemljitve. Uporabnik naprave lahko postane del električnega tokokroga naprave tako, da zagotovi povratno pot za elektrone prek uporabnikovega telesa namesto ozemljitve tokokroga. Ko naše telo postane del električnega tokokroga, lahko uporabnika resno strese ali celo ubije električni udar.
Da bi preprečili nevarnost električnega udara in možnost električnega udara, naprave za prekinitev napak na zemlji zaznajo odprte tokokroge z ozemljitvijo v priključenih električnih ali elektronskih napravah. Ko je zaznan odprt tokokrog do ozemljitve, naprava za prekinitev zemeljskega stika takoj odklopi vir napetosti za napravo. Naprave G.F.I. so podobne odklopnikom tokokroga, vendar so namenjene zaščiti ljudi in ne komponent tokokroga.
Kratki stiki
Kratki stiki so tokokrogi, ki se vrnejo v vir napajanja neuporabljeni ali z enako močjo, kot je bila oddana. Pri njihovi uporabi se ponavadi raznese varovalka, včasih pa se ne raznese. Če to počnete z baterijo, lahko povzročite električni požar.
Vprašanja in odgovori
V: Kaj je vezje?
O: Vezje je zaprta pot, sestavljena iz komponent vezja, po kateri lahko tečejo elektroni iz vira napetosti ali toka.
V: Kateri sta dve vrsti vezij?
O: Električna vezja in elektronska vezja. Električna vezja so sestavljena iz električnih komponent, kot so upori, kondenzatorji in induktorji, elektronska vezja pa iz elektronskih komponent, kot so diode in tranzistorji.
V: Kako se imenuje točka, kjer elektroni vstopajo v električno vezje?
O: Točka, kjer elektroni vstopajo v električno vezje, se imenuje "vir" elektronov.
V: Kako se imenuje točka, kjer elektroni zapustijo električno vezje?
O: Točka, kjer elektroni zapustijo električni krog, se imenuje "povratek" ali "ozemljitev".
V: Kateri del električnega tokokroga leži med začetno točko in povratkom k viru?
O: Del električnega kroga, ki je med začetno točko elektronov in točko, kjer se elektroni vračajo k viru, se imenuje "breme" električnega kroga.
V: Kateri sta dve obliki elektrike, ki se uporabljata v električnih tokokrogih?
O: V električnih krogih se uporabljata dve obliki elektrike - izmenični (AC) in enosmerni (DC) tok. Izmenični tok pogosto napaja velike naprave in motorje, enosmerni tok pa vozila na baterije ter druge stroje in elektroniko.
V: Kako lahko pretvorimo izmenični tok v enosmerni in obratno?
O Pretvorniki lahko spremenijo izmenični tok v enosmerni in obratno. Pri visokonapetostnem prenosu enosmernega toka se uporabljajo veliki pretvorniki.
