حساب المثلثات في أنابيب EMT الكهربائية
ثني الأنابيب الكهربائية هو حساب المثلثات التطبيقي
يتم ثني الأنابيب المعدنية الكهربائية (EMT) إلى أشكال دقيقة لتوجيه الأسلاك عبر المباني. كل ثنية هي عملية هندسية ذات علاقات رياضية دقيقة.
الثنية بزاوية 90 درجة (stub-up): أبسط ثنية هي الزاوية القائمة. تقيس ارتفاع stub-up (المسافة الرأسية) وتطرح امتصاص حذاء الثني لإيجاد علامة الثني.
الثنية المزاحة (Offset bend): ثنيتان متطابقتان تزيحان الأنبوب من مستوى إلى مستوى متوازي. تُستخدم للالتفاف حول العوائق أو الانتقال بين الأسطح. الهندسة هي حساب مثلثات نقي.
مضاعف الإزاحة هو الصيغة الرئيسية: المسافة بين الثنيات = ارتفاع الإزاحة × المضاعف
المضاعف = 1/sin(زاوية الثني):
- ثنيات 10°: المضاعف = 6.0 (منحدر لطيف، مسافة طويلة)
- ثنيات 22.5°: المضاعف = 2.6
- ثنيات 30°: المضاعف = 2.0 (الأكثر شيوعاً)
- ثنيات 45°: المضاعف = 1.414 (= √2، إزاحة ضيقة)
لماذا 1/sin(الزاوية)? ارسم مثلث الإزاحة: ارتفاع الإزاحة هو الضلع المقابل لزاوية الثني، & المسافة بين الثنيات هي الوتر. بالتعريف، sin(الزاوية) = المقابل/الوتر، لذا الوتر = المقابل/sin(الزاوية).
الانكماش (Shrinkage): الإزاحة 'تستهلك' طول الأنبوب. مسار الأنبوب عبر الإزاحة أطول من الجري المستقيم. يجب عليك إضافة الانكماش إلى قياساتك: الانكماش لكل بوصة من الإزاحة يساوي تقريباً 3/16" لثنيات 30°، 3/8" لثنيات 45°.
الثنيات السرجية (Saddle bends): سرج ثلاثي النقاط يستخدم ثلاث ثنيات للعبور فوق عائق والعودة إلى المستوى الأصلي: مثل جسر. سرج رباعي النقاط يستخدم أربع ثنيات لعائق أوسع. الثنية المركزية عادة ما تكون بضعف زاوية الثنيات الخارجية.
حساب الإزاحة
تحتاج إلى تمرير أنبوب EMT كهربائي على طول جدار، لكن أنبوب بقطر 6 بوصات يقف في الطريق. تحتاج إلى إزاحة لتجاوز الأنبوب مع مسافة 1 بوصة من التخليص على كل جانب: إذن إجمالي ارتفاع الإزاحة هو 8 بوصات. تقرر استخدام ثنيات بزاوية 30 درجة.
الهندسة الحجمية لصناديق التقاطع
ملء الصندوق: كل سلك له حجم
ينص الدستور الوطني الكهربائي (NEC المادة 314.16) على أن صناديق التقاطع يجب أن تحتوي على حجم داخلي كافٍ لجميع الموصلات والأجهزة والمشابك & أسلاك التأريض. الإفراط في ملء الصندوق يخلق تراكم الحرارة & يجعل الاتصالات غير موثوقة.
الهندسة بسيطة: كل مكون يشغل حجماً محدداً في الكود. يجب ألا يتجاوز الحجم الإجمالي لجميع المكونات سعة الصندوق.
بدلات الحجم (بناءً على أكبر موصل في الصندوق):
- كل موصل حامل للتيار: 1 × بدل الحجم
- جميع مشابك الكابلات الداخلية مجتمعة: 1 × بدل الحجم
- جميع موصلات التأريض الواقي مجتمعة: 1 × بدل الحجم
- كل جهاز (مفتاح، مأخذ): 2 × بدل الحجم
بدل الحجم حسب قياس السلك:
- 14 AWG: 2.00 in³ لكل موصل
- 12 AWG: 2.25 in³ لكل موصل
- 10 AWG: 2.50 in³ لكل موصل
أحجام الصناديق الشائعة:
- غرفة واحدة: 18 in³
- غرفتان: 34 in³
- مربع 4" × 1.5" عمق: 21 in³
- مربع 4" × 2.125" عمق: 30.3 in³
حساب ملء الصندوق هو هندسة حجمية نقية: جمع الأحجام المطلوبة، والمقارنة بالحجم المتاح. إذا كان المطلوب > المتاح، استخدم صندوقاً أكبر.
حساب ملء الصندوق
يحتوي صندوق التقاطع على: 4 موصلات 12 AWG حاملة للتيار تدخل من كابل واحد، 4 موصلات 12 AWG أخرى من كابل ثانٍ، مشابك كابل داخلية، 2 موصل تأريض واقي، & 1 مأخذ واحد (جهاز). جميع الموصلات هي 12 AWG (بدل 2.25 in³).
الهندسة تشكل الحقل
الحقول الكهرومغناطيسية تتبع القوانين الهندسية
الحقول الكهربائية والمغناطيسية ليست مجردة: لها أشكال هندسية يحددها الترتيب المادي للشحنات والتيارات.
الحقول الكهربائية: الشحنات النقطية تخلق حقول شعاعية تنتشر في جميع الاتجاهات، تتناقص بمقدار 1/r² (قانون التربيع العكسي). لوحان متوازيان ينتجان حقلاً موحداً بينهما: خطوط حقل مستقيمة متوازية. الهندسة من الموصلات تشكل الحقل.
الحقل المغناطيسي لسلك مستقيم: سلك حامل للتيار ينتج حقلاً مغناطيسياً يشكل دوائر متحدة المركز حول السلك. قاعدة اليد اليمنى: لف يدك اليمنى حول السلك مع إشارة إبهامك في اتجاه التيار: أصابعك تتحرك في اتجاه الحقل المغناطيسي. قوة الحقل تتناقص بمقدار 1/r (معكوس المسافة).
الحقل المغناطيسي للملف اللولبي (الملف): لف السلك في حلزون، والحقول المغناطيسية الدائرية لكل دورة تعزز بعضها داخل الملف لإنشاء حقل مستقيم موحد تقريباً: مثل مغناطيس دائم. خارج الملف، ينحني الحقل من طرف إلى آخر. هندسة الملف تركز وتوجه الحقل.
المحولات تستغل الهندسة المشتركة: ملفان ملفوفان حول نفس القلب الحديدي يشتركان في الهندسة المغناطيسية. التيار في الملف الابتدائي ينشئ حقلاً مغناطيسياً في القلب؛ هذا الحقل المتغير يحفز الجهد في الملف الثانوي. نسبة الجهد تساوي نسبة الدورات: V₂/V₁ = N₂/N₁. لا توجد اتصالات كهربائية: اقتران هندسي نقي عبر الحقل المغناطيسي المشترك.
النتيجة العملية: توجيه الأسلاك مهم. الموصلات القوية المتوازية التي تحمل تياراً عالياً تخلق حقول مغناطيسية يمكن أن تحفز الضوضاء في أسلاك الإشارة القريبة. الحل هندسي: لف أزواج الإشارات (الحقول تلغي بعضها) أو زيادة المسافة (الحقل يتناقص بمقدار 1/r).
لماذا تعمل المحولات
محول له ملف ابتدائي بـ 100 دورة & ملف ثانوي بـ 500 دورة، ملفوفان على نفس القلب الحديدي. يستقبل الملف الابتدائي 120V AC.
القيود الهندسية في توجيه الأسلاك
توجيه الأسلاك: الهندسة تلتقي بالكود
توجيه الأسلاك والأنابيب عبر مبنى هو مشكلة هندسية مقيدة بالفيزياء & الكود الكهربائي.
أفقي وعمودي فقط: يتطلب NEC والممارسة القياسية أن تعمل الأسلاك في الجدران بشكل أفقي أو عمودي: أبداً بشكل قطري. لماذا؟ بحيث يتمكن العمال في المستقبل من التنبؤ بمكان وجود الأسلاك. سلك يعمل بشكل قطري من صندوق التقاطع هو فخ موت غير مرئي لأي شخص يحفر في جدار.
صندوق تقاطع عند كل تغيير اتجاه: في كل مرة يتغير مسار الأنبوب في الاتجاه بأكثر من 360° من الثنيات، يجب عليك تثبيت صندوق سحب. لا يمكن سحب الأسلاك حول عدد كبير جداً من الثنيات: الاحتكاك يزداد هندسياً مع كل ثنية.
ملء الأنبوب: ينص NEC المادة 344.22 على تحديد عدد الأسلاك التي يمكن أن تدخل داخل الأنبوب. نسب الملء مبنية على هندسة المساحة المقطعية:
- 1 سلك: 53% من مساحة المقطع العرضي للأنبوب
- 2 سلك: 31% من مساحة المقطع العرضي للأنبوب
- 3+ سلك: 40% من مساحة المقطع العرضي للأنبوب
لماذا النسب المئوية، وليس الأرقام? لأن المقاطع العرضية للأسلاك دوائر، & الدوائر لا تحزم بشكل مثالي. دائماً يوجد مساحة مهدرة بين الأسلاك المستديرة داخل أنبوب مستدير. نسب الملء تحسب عدم كفاءة الحزم الهندسي هذا بالإضافة إلى المساحة المطلوبة لسحب الأسلاك دون ضرر.
حساب الملء: قارن مساحة المقطع العرضي الإجمالي للأسلاك بمساحة الملء المسموحة. EMT 3/4" لديها مساحة داخلية 0.533 in². عند 40% ملء (3+ أسلاك)، هذا هو 0.213 in² المتاحة. كل سلك 12 AWG THHN له مساحة 0.0133 in². أقصى أسلاك = 0.213 / 0.0133 = 16 سلك.
حساب ملء الأنابيب الكهربائية
تحتاج إلى تمرير 10 موصلات من سلك 10 AWG THHN عبر الأنبوب. لكل سلك 10 AWG THHN مساحة مقطع عرضي 0.0211 in². لديك خياران أنبوب: 1/2" EMT (مساحة داخلية = 0.304 in²) أو 3/4" EMT (مساحة داخلية = 0.533 in²).