Электротехника и основы электротехники

1. Введение . Цели , задачи и структура курса .

2. Линейные цепи постоянного тока — основные понятия и определения .

3. Схемы электрических цепей и их элементы .

4. Законы Ома и Кирхгофа .

Электротехника — техническая дисциплина , которая занимается анализом и

практическим использованием для нужд промышленного производства и быта всех физических явлений , связанных с электрическими и магнитными полями .

Область практического применения электротехники имеет четыре связанные друг с другом направления :

1. Получение электрической энергии .

2. Передача энергии на расстояние .

3. Преобразование электромагнитной энергии .

4. Использование электроэнергии .

Научно — технический прогресс происходит при все более широком исполь — зовании электрической энергии во всех отраслях отечественной промышлен — ности . Поэтому электротехническая подготовка инженеров не электротехниче —

ских специальностей должна предусматривать достаточно подробное изучение вопросов теории и практики использования различных электроустановок . Ин — женер любой специальности должен знать устройство , принцип действия , характеристики и эксплуатационные возможности электрических цепей , элек — трических машин , различных аппаратов и другого электрооборудования , спо — собы регулирования и управления ими .

История развития электротехники как науки связана с важнейшими иссле — дованиями и открытиями . Это исследования атмосферного электричества , появление источников непрерывного электрического тока — гальванических элементов (1799 г .), открытие электрической дуги (1802 г .) и возможность ее использования для плавки металлов и освещения , открытие закона о направле — нии индуцированного тока (1832 г .) и принципа обратимости электрических машин , в 1834 г . впервые осуществлен электропривод судна , открытие закона теплового действия тока — закона Джоуля — Ленца (1844 г .), в 1876 г . положе — но начало практическому применению электрического освещения с изобрете — нием электрической свечи , в 1889-1891 гг . созданы трехфазный трансформа — тор и асинхронный двигатель .

В настоящее время отечественная электроэнергетика занимает передовые позиции в мире по созданию мощных ГЭС и каскадов электростанций , произ — водству мощных гидрогенераторов , высоким темпам теплофикации , строи —

тельству высоковольтных линий электропередач и мощных объединенных энергосистем , высокому техническому уровню электросетевого хозяйства .

В современных производственных машинах с помощью электротехнической

и электронной аппаратуры осуществляется управление ее механизмами , авто — матизация их работы , контроль за ведением производственного процесса , обеспечивается безопасность обслуживания и т . д . Все шире используется в технологических установках электрическая энергия , например , для нагрева из — делий , плавления металлов , сварки .

Основной задачей данного курса является получение основных сведений и формирование знаний , умений и навыков по электротехнике , электронным устройствам и электроприводу .

В состав курса входят следующие разделы :

1. Электрические цепи постоянного тока .

2. Электрические цепи переменного тока .

3. Переходные процессы в электрических цепях .

4. Основы электроники .

5. Магнитные цепи и электромагнитные устройства .

7. Электрические машины .

8. Основы электропривода .

2. Линейные цепи постоянного тока — основные понятия и определения .

Электрической цепью называется совокупность источников и потребителей электрической энергии , соединенных друг с другом с помощью проводников .

Электрический ток — направленное движение заряженных частиц ( элек — тронов или ионов ).

Читайте также:  Университет имени ульянова чебоксары

Постоянный ток — ток , неизменный по величине и направлению .

Ветвью называется участок цепи между двумя соседними узлами , содержа — щий последовательное соединение элементов .

Точка , где соединяются три и более ветвей называется узлом .

Любой замкнутый путь , проходящий по ветвям данной цепи , называется контуром .

Основными параметрами , характеризующими электрические цепи постоян — ного тока , являются : I( А )- сила тока — количество электричества , проходяще — го через поперечное сечение проводника за единицу времени , U( В ) — напря — жение на некотором участке электрической цепи , равное разности потенциалов на концах этого участка , R( Ом ) — сопротивление , Р ( Вт )- мощность . Все обо —

значения основных физических величин предусмотрены государственным стандартом . Единицы измерения диктуются международной системой единиц .

3. Схемы электрических цепей и их элементы .

Графическое изображение электрической цепи и ее элементов называется электрической схемой ( рис . 1)

На любую машину , в состав которой входят электрические устройства , кроме конструкторских чертежей имеется элек — тродокументация , состоящая из различных

электрических схем . Электрические функ —

циональные схемы раскрывают принцип действия устройства . Существуют элек — тромонтажные схемы , в которых раскры — вается монтаж ( соединение ) электриче —

ских элементов цепи .

Электрические принципиальные схемы раскрывают электрические связи всех от —

дельных элементов электрической цепи между собой .

Все схемы вычерчиваются по определенным стандартам — ГОСТам . ГОСТы являются основой технического языка , применяемого в масштабе всей стра — ны .

Кроме основных электрических схем существуют схемы замещения , по ко — торым наиболее удобно составлять математические уравнения , описания элек — трических и энергетических процессов . Такие схемы являются эквивалентными моделями электрической цепи . Схемы максимально упрощены и по ним удоб — нее провести анализ отображаемых ими сложных электрических цепей .

Все элементы электрических цепей можно разделить на три группы : ис — точники ( активные элементы ), потребители и элементы для передачи элек — троэнергии от источников к потребителю ( пассивные элементы ).

Источником электрической энергии ( генератором ) называют устройство , преобразующее в электроэнергию какой — либо другой вид энергии ( электро — машинный генератор — механическую , гальванический элемент или аккумуля — тор — химическую , фотоэлектрическая батарея — лучистую и т . п .). Источники делятся на источники напряжения ( Е ,U= со nst, при изменении и I) и источники тока (I= со nst, при изменении U). Все источники имеют внутреннее сопротив — ление R вн , значение которого невелико по сравнению с сопротивлением других элементов электрической цепи .

Приемником электрической энергии ( потребителем ) называют устройство , преобразующее электроэнергию в какой — либо другой вид энергии ( электро — двигатель — в механическую , электронагреватель — в тепловую , источник света — в световую ( лучистую ) и т . п .).

Элементами передачи электроэнергии от источника питания к приемнику служат провода , устройства , обеспечивающие уровень и качество напряжения и др .

Условные обозначения элементов электрической цепи на схеме стандарти — зованы . Примеры :

— резистивный элемент ( линейный ),

— идеальный источник ЭДС , условно положи — тельное направление ЭДС принято от отрица — тельного полюса к положительному ( и совпа — дает с положительным направлением тока )

Читайте также:  Устройство дистанционного прокола кабеля пороховое удпк

— индуктивный элемент , — емкостной элемент ,

— полупроводниковый диод , — плавкий предохранитель

4. Законы Ома и Кирхгофа

Закон Ома в простейшем случае связывает величину тока через сопротив — ление с величиной этого сопротивления и приложенного к нему напряжения :

Сила тока на некотором участке электрической цепи прямо пропорциональ —

на напряжению на этом участке и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка .

Закон Ома справедлив для любой ветви ( или части ветви ) электрической цепи , в таких случаях его называют обобщенным законом Ома . Для ветви , не содержащей ЭДС , закон Ома запишется :

Существует множество понятий, которые нельзя увидеть собственными глазами и потрогать руками. Наиболее ярким примером служит электротехника, состоящая из сложных схем и малопонятной терминологии. Поэтому очень многие просто отступают перед трудностями предстоящего изучения этой научно-технической дисциплины.

Получить знания в этой области помогут основы электротехники для начинающих, изложенные доступным языком. Подкрепленные историческими фактами и наглядными примерами, они становятся увлекательными и понятными даже для тех, кто впервые столкнулся с незнакомыми понятиями. Постепенно продвигаясь от простого к сложному, вполне возможно изучить представленные материалы и использовать их в практической деятельности.

Понятия и свойства электрического тока

Электрические законы и формулы требуются не только для проведения каких-либо расчетов. Они нужны и тем, кто на практике выполняет операции, связанные с электричеством. Зная основы электротехники можно логическим путем установить причину неисправности и очень быстро ее устранить.

Суть электрического тока заключается в движении заряженных частиц, переносящих электрический заряд от одной до другой точки. Однако при беспорядочном тепловом движении заряженных частиц, по примеру свободных электронов в металлах, переноса заряда не происходит. Перемещение электрического заряда через поперечное сечение проводника происходит лишь при условии участия ионов или электронов в упорядоченном движении.

Электрический ток всегда протекает в определенном направлении. О его наличии свидетельствуют специфические признаки:

  • Нагревание проводника, по которому протекает ток.
  • Изменение химического состава проводника под действием тока.
  • Оказание силового воздействия на соседние токи, намагниченные тела и соседние токи.

Электрический ток может быть постоянным и переменным. В первом случае все его параметры остаются неизменными, а во втором – периодически происходит изменение полярности от положительной к отрицательной. В каждом полупериоде изменяется направление потока электронов. Скорость таких периодических изменений представляет собой частоту, измеряемую в герцах

Основные токовые величины

При возникновении в цепи электрического тока, происходит постоянный перенос заряда через поперечное сечение проводника. Величина заряда, перенесенная за определенную единицу времени, называется силой тока, измеряемой в амперах.

Для того чтобы создать и поддерживать движение заряженных частиц, необходимо воздействие силы, приложенной к ним в определенном направлении. В случае прекращения такого действия, прекращается и течение электрического тока. Такая сила получила название электрического поля, еще она известна как напряженность электрического поля. Именно она вызывает разность потенциалов или напряжение на концах проводника и дает толчок движению заряженных частиц. Для измерения этой величины применяется специальная единица – вольт. Существует определенная зависимость между основными величинами, отраженная в законе Ома, который будет рассмотрен подробно.

Читайте также:  Как нарисовать шкаф с полками

Важнейшей характеристикой проводника, непосредственно связанной с электрическим током, является сопротивление, измеряемое в омах. Данная величина является своеобразным противодействием проводника течению в нем электрического тока. В результате воздействия сопротивления происходит нагрев проводника. С увеличением длины проводника и уменьшением его сечения, значение сопротивления увеличивается. Величина в 1 Ом возникает, когда разность потенциалов в проводнике составляет 1 В, а сила тока – 1 А.

Закон Ома

Данный закон относится к основным положениям и понятиям электротехники. Он наиболее точно отражает зависимость между такими величинами, как сила тока, напряжение, сопротивление и мощность. Определения этих величин уже были рассмотрены, теперь нужно установить степень их взаимодействия и влияния друг на друга.

Для того чтобы вычислить ту или иную величину, необходимо воспользоваться следующими формулами:

  1. Сила тока: I = U/R (ампер).
  2. Напряжение: U = I x R (вольт).
  3. Сопротивление: R = U/I (ом).

Зависимость этих величин, для лучшего понимания сути процессов, часто сравнивается с гидравлическими характеристиками. Например, внизу бака, наполненного водой, устанавливается клапан с примыкающей к нему трубой. При открытии клапана вода начинает течь, поскольку существует разница между высоким давлением в начале трубы и низким – на ее конце. Точно такая же ситуация возникает на концах проводника в виде разности потенциалов – напряжения, под действием которого электроны двигаются по проводнику. Таким образом, по аналогии, напряжение представляет собой своеобразное электрическое давление.

Силу тока можно сравнить с расходом воды, то есть ее количеством, протекающим через сечение трубы за установленный период времени. При уменьшении диаметра трубы уменьшится и поток воды в связи с увеличением сопротивления. Этот ограниченный поток можно сравнить с электрическим сопротивлением проводника, удерживающим поток электронов в определенных рамках. Взаимодействие тока, напряжения и сопротивления аналогично гидравлическим характеристикам: с изменением одного параметра, происходит изменение всех остальных.

Энергия и мощность в электротехнике

В электротехнике существуют еще и такие понятия, как энергия и мощность, связанные с законом Ома. Сама энергия существует в механической, тепловой, ядерной и электрической форме. В соответствии с законом сохранения энергии, ее невозможно уничтожить или создать. Она может лишь преобразовываться из одной формы в другую. Например, в аудиосистемах осуществляется преобразование электроэнергии в звук и теплоту.

Любые электрические приборы потребляют определенное количество энергии на протяжении установленного промежутка времени. Эта величина индивидуальна для каждого прибора и представляет собой мощность, то есть объем энергии, который может потребить тот или иной прибор. Этот параметр вычисляется по формуле P = I x U, единицей измерения служит ватт. Он означает перемещение одного ампера одним вольтом через сопротивление в один ом.

Таким образом, основы электротехники для начинающих помогут на первых порах разобраться с основными понятиями и терминами. После этого будет значительно легче использовать полученные знания на практике.

Электрика для чайников: основы электроники

Стоимость работы мы сообщим в течение 10 минут
на указанный вами адрес электронной почты.

Если стоимость устроит вы сможете оформить заказ.

Добавить комментарий


Adblock detector