Рабочая тетрадь по электротехнике для нпо. Электрические материалы

Министерство образования и науки Российской Федерации ФГОУ СПО «Комсомольский - на - Амуре авиационно – технический техникум» РАБОЧАЯ ТЕТРАДЬ дисциплина «Электротехника» Раздел 1 Линейные цепи постоянного тока Раздел 2 Линейные цепи синусоидального тока Раздел 3 Магнитное поле и магнитные цепи студента гр. _____________ ________________________ ________________________ Комсомольск-на-Амуре 2014 Рабочая тетрадь по дисциплине «Электротехника »: учебно-методическое пособие/ Автор Носкова Е.Д. Комсомольск-на-Амуре: ФГОУ СПО «Комсомольский – на - Амуре авиционно – технический техникум», 2014 – с.50 Рабочая тетрадь разработана по разделу «Линейные цепи постоянного тока», «Линейные цепи синусоидального тока», «Магнитное поле и магнитные цепи», охватывает основные аспекты представленных разделов. Соответствует требованиям действующих российских образовательных стандартов, рабочая тетрадь предназначена для самостоятельной работы студентов при изучении и закреплении материала, при выполнении домашних заданий. Для студентов, обучающихся на технических специальностях, преподавателям общетехнических дисциплин. Рассмотрено и рекомендовано на заседании предметной (цикловой) комиссией Председатель ПЦК Кветка В.И. 2 Введение В последнее время остро стоит проблема профессиональной подготовки специалистов высокой квалификации. Профессионализм - это высокая мобильность специалистов, их способность оперативно осваивать новшества и быстро адаптировать к изменяющимся условиям. А это возможно при условии, когда выпускник техникума постоянно учится. И главное в этом процессе не объем получаемой информации, а умение творчески находить, усваивать и пользоваться ею. В пояснительной записке к программе учебной дисциплины «Электротехника» указано, что в результате изучения дисциплины студенты должны: уметь: выполнять расчеты электрических цепей; выбирать электротехнические материалы на основе анализа их свойств для конкретного применения; пользоваться приборами и снимать их показания; выполнять поверки амперметров, вольтметров и однофазных счетчиков; выполнять измерения параметров цепей постоянного и переменного токов; знать: основы теории электрических и магнитных полей; методы расчета цепей постоянного, переменного однофазного и трехфазноготоков; методы измерения электрических, неэлектрических и магнитных величин; схемы включения приборов для измерения тока, напряжения, энергии, частоты, сопротивления изоляции, мощности; классификацию электротехнических материалов, их свойства, область применения. Решение поставленных задач невозможно без организации самостоятельной познавательной деятельности студентов. С этой целью разработана рабочая тетрадь, которая предназначена для самостоятельной работы при изучении, закреплении материала и выполнении домашнего задания. 3 Рабочая тетрадь разработана по разделам «Линейные цепи постоянного тока», «Линейные цепи синусоидального тока», «Магнитное поле и магнитные цепи». Рабочая тетрадь освобождает студентов от подготовительной работы - переписывания исходных данных и вопросов, и является наиболее оптимальной формой работы для условия острого дефицита времени. Как показывает многолетний опыт преподавания, успешное выполнение студентами контрольных работ, достигается в случае, если при самостоятельном изучении учебной информации студенты прорабатывают серию вопросов и задач, касающихся материала контролируемой темы. Основная цель таких задач заключается в том, чтобы сделать самостоятельное изучение или закрепление учебной информации студентами более конкретным и целенаправленным; они должны ориентировать студентов на усвоение важнейших положений изучаемой темы. Таким образом, решение задач параллельно с изучением материала по источникам информации должно содействовать приобретению требуемых знаний при оптимальном расходе энергии и времени студента за счет улучшения организации самостоятельной работы. При составлении вопросов и задач, а также последовательности их проведения учитывается оптимальный путь поэтапного формирования навыков и умений при изучении материала. Для правильного решения вопросов и задач недостаточно поверхностного знания материала, только глубоко изучив и продумав материал учебника и рационально трансформируя ранее изученную информацию, можно научиться логически мыслить, находить связи между явлениями и решить задачи с минимальной затратой времени. Решение задач вырабатывает навыки использования теории на практике. Подход к изучению курса «Электротехника» с таких позиций будет обеспечивать заинтересованность в качественном усвоении материала, повысить уровень мотивации и интереса к изучаемому материалу. 4 СОДЕРЖАНИЕ Введение …………………………………………………………………. 3 1 Раздел Линейные цепи постоянного тока 7 1.1 Тема Общие свойства постоянного тока 7 1.2 Тема Электрический ток. Плотность тока. Электрическое напряжение 9 1.3 Тема Закон Ома 11 1.4 Тема Источник ЭДС и источник тока 12 1.5 Тема Электрическая энергия и электрическая мощность 14 1.6 Тема Закон Ома для участка цепи содержащего ЭДС 16 1.7 Тема Законы Кирхгофа 16 1.8 Тема Преобразование линейных электрических схем 18 2 Раздел Линейные цепи синусоидального тока 21 2.1 Тема Амплитуда, частота и фазы синусоидального тока и напряжения 21 2.2 Тема Действующее значение синусоидального тока 23 2.3 Тема Резистор, индуктивная катушка и конденсатор в цепи синусоидального тока 24 2.4 Тема Резистор в цепи синусоидального тока 25 2.5 Тема Индуктивная катушка в цепи синусоидального тока 26 2.6 Тема Конденсатор в цепи синусоидального тока 28 2.7 Тема Цепь, содержащая резистор и индуктивную катушку 29 2.8 Тема Цепь, содержащая резистор и конденсатор 31 2.9 Тема Последовательное соединение резистора, индуктивной катушки и конденсатора 32 2.10 Тема Неразветвленная цепь синусоидального тока 34 2.11 Тема Параллельное включение приемников энергии 36 2.12 Тема Мощности цепи синусоидального тока 39 2.13 Тема Электрические цепи с взаимной индуктивностью. Общие сведения 41 2.14 Тема ЭДС взаимной индукции 43 3 Раздел Магнитное поле и магнитные цепи 46 3.1 Тема Ферромагнитные материалы и их магнитные свойства 46 3.2 Тема Закон полного тока и его применение для расчета магнитного поля 48 5 Информация для студентов Рабочая тетрадь разработана в соответствии с программой дисциплины «Электротехника». Предназначена тетрадь для самостоятельной работы на аудиторных занятиях при изучении нового материала и при выполнении домашнего задания. Рабочая тетрадь составлена с поурочной разбивкой материала. Тетрадь освобождает студентов от подготовительной работы - переписывания исходных данных и вопросов и является наиболее оптимальной формой работы при условии острого дефицита времени. Ответы на вопросы должны быть конкретными и исчерпывающими. При выполнении схем необходимо выполнять правила инженерной графики. При ответе на тестовые вопросы надо указать номер правильного ответа. При получении зачета студент должен предъявить рабочую тетрадь со всеми выполненными работами. При выполнении заданий необходимо пользоваться следующей литературой: Список использованных источников И.А. Данилов П.М. Иванов Общая электротехника с основами электроники. Учебник. М: «Высшая школа» 2008 г. Е.А. Лоторейчук Электротехника. Учебное пособие. М: «Высшая школа»,2010 г Кузовкин В. А. Теоретическая электротехника. Учебник. М.: Логос, 2008 г. 6 Раздел 1 Линейные цепи постоянного тока Дата _________________ 1.1 Тема Общие свойства Что называют электрической цепью? ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ____________ Какие устройства называют источниками электрической энергии? ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ _____________________ Химическими источниками электрической энергии принято называть….? ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ______________ Физическими источниками электрической энергии называют устройства…… _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ Приемники электрической энергии….? ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ _____________________ Электрические цепи содержат:…..? ___________________________________________________________________________ _______ 7 Графическое изображение электрической цепи это… ____________________________________________________________________________ Дайте правильное определение приведенным условным обозначениям источников и приемников постоянного тока? ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ______________ Дайте правильное определение приведенным условным обозначениям измерительных приборов и коммутирующих устройств? а) б) в) г) ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ Что представляет собой схема замещения? ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ Начертите примеры разветвленной и неразветвленной электрической цепи? 8 Дайте правильное определение следующим понятиям: ветвь, контур, узел? Изобразите графически данные понятия _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _________________ Дата ____________________ 1.2 Тема Электрический ток. Плотность тока. Электрическое напряжение Что называют электрическим током и какой ток считается постоянным, укажите размерность? ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ______________ Дайте характеристику проводникам первого рода ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ______________ Дайте характеристику проводникам второго рода ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ______________ Положительное направление электрического тока – это…. ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ 9 ___________________________________________________________________________ _____________________ Условия возникновения электрического тока являются ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ _____________________ Дайте характеристику плотности тока, укажите его обозначение, формулу, единицу измерения ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ _____________________ Дайте характеристику электрическому напряжению, укажите его обозначение, единицу измерения ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ _____________________ Каким образом выбирается положительное направление токов при расчетах электрических цепей, приведите пример. ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ______________ 10 Дата _________________ 1.3 Тема Закон Ома Закон Ома гласит: _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ ________________________ Закон Ома в дифференциальной форме для участка цепи без ЭДС имеет вид…… ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ __________________ Закон Ома в интегральной форме для участка цепи без ЭДС имеет вид……Напишите формулировку _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ ___________ Характеристика сопротивления. Формулировка. Размерность. Удельное сопротивление. Размерность. Взаимосвязь сопротивления с проводимостью __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ ________________________ Зависимость тока резистора I от подводимого напряжения U называется его …….. 11 а) б) Если сопротивление резистора не зависит от тока, то его ВАХ представляет собой …….. линию (рис. ..), проходящую через ….. координат. Такой резистор называется …… Резистор, ВАХ которого является кривой линией (рис. ….), называется ……. Электрические цепи, содержащие только линейные элементы, называют ….. Если в цепи имеется хотя бы один нелинейный элемент, вся цепь называется …... Дата _________________ 1.4 Тема Источник ЭДС и источник тока При преобразовании любого вида энергии в электрическую энергию в источниках происходит за счет электродвижущей силы (ЭДС). Электродвижущая сила E характеризует …. __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ ____________ ЭДС определяется как ……. ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ______________ ЭДС равна работе, …… 12 ЭДС можно представить как, разность …. ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ __________________ Идеальный источник ЭДС – это такой источник энергии, … ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ _____________________ За положительное направление ЭДС источника принимается….. Ток в цепи определяется по формуле…… ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ __________________ Напряжение на зажимах источника или на нагрузке определяется по формуле…… 13 ВАХ источников электрической энергии часто называют ……… характеристиками. ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ _______________ Источником тока называют такой идеализированный источник электрической энергии, который ….. ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ __________ ___________________________________________________________________________ _____ Дата _________________ 1.5 Тема Электрическая энергия и электрическая мощность Электрическая энергия Используя закон Ома для цепи I E R R вн и представленную схему, получите формулу работы (энергии) источника Wr W W . Размерность энергии 14 _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ __________ Электрическая мощность Электрическая мощность Pг – это ….. ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ______________ Размерность мощности Мощность, отдаваемая (полезная) источником энергии потребителю (приемнику) – Потери мощности во внутреннем сопротивлении – Закон Джоуля-Ленца – КПД источника энергии Отношение мощности приемника (полезной мощности) P к мощности источника энергии Pг называется его коэффициентом полезного действия (КПД) - ….. Дайте характеристику КПД, приведите необходимые формулы. _______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Дата ___________________ 15 1.6 Тема Закон Ома для участка цепи, содержащего ЭДС a c E IR a c E IR Используя предложенные схемы, а также выражение U ac a c , получите уравнение, выражающее в математической форме закон Ома для участка цепи, содержащего ЭДС I U ac E R ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ __________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ _____________ Дата ________ 1.7 Тема Законы Кирхгофа Законы Кирхгофа устанавливают соотношения между токами и напряжениями в разветвленных электрических цепях произвольного типа. Первый закон Кирхгофа вытекает из закона сохранения заряда. Он состоит в том, что ………. 16 Запишите математическое выражение первого закона Кирхгофа для рисунка Второй закон Кирхгофа гласит: ………… k m i 1 i 1 Ei I i Ri Запишите развернутое выражение, используя приведенное ниже заме- чание Замечание о знаках полученного уравнения: 1) ЭДС положительна, если ее направление совпадает с направлением произвольно выбранного обхода контура; 2) падение напряжения на резисторе положительно, если направление тока в нем совпадает с направлением обхода. 17 Дата ________ 1.8 Тема Преобразование линейных электрических схем Расчет и исследование сложных электрических схем во многих случаях можно значительно облегчить за счет преобразования. Суть преобразования заключается в замене участков цепи эквивалентными, но более простыми, т.е. не вызывающими изменения напряжения и токов в остальной части цепи Последовательное соединение резисторов а) Рис. 1.17 б) Если несколько резисторов соединены один за другим без разветвлений и по ним протекает один и тот же ток, такое соединение называется последовательным Используя второй закон Кирхгофа, запишите выражение общего (эквивалентного) сопротивления электрической цепи ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ Последовательное соединение приемников энергии нашло широко применяется в различных областях техники. Оно используется обычно в тех случаях, когда расчетное напряжение приемника меньше напряжения источника электрической энергии. 18 Параллельное соединение резисторов Параллельным соединением приемников называется такое соединение, при котором к одним и тем же двум узлам электрической цепи присоединяется несколько ветвей В соответствии с законом Ома и первым законом Кирхгофа, запишите выражение общего (эквивалентного) сопротивления электрической цепи Параллельное соединение имеет свои особенности: все приемники находятся под одним напряжением; при неизменном напряжении отключение одного или нескольких приемников энергии не нарушает режима работы оставшихся включенными приемников. Смешанное соединение резисторов Смешанным соединением называют сочетание последовательного и параллельного соединений резисторов. 19 а) а) б) в) Используя знания о последовательном и параллельном соединении резисторов, получите значения токов в ветвях __________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ______ б) в) 20 Раздел 2 Линейные цепи синусоидального тока В электроэнергетике используют в основном переменный ток. В настоящее время почти вся электрическая энергия вырабатывается в виде энергии переменного тока. Основное преимущество переменного тока по сравнению с постоянным током заключается в возможности просто и с минимальными потерями преобразовывать напряжение при передаче энергии. Генераторы и двигатели переменного тока имеют более простое устройство, надежней в работе и проще в эксплуатации по сравнению с машинами постоянного тока. Дата____________ 2.1 Тема Амплитуда, частота и фаза синусоидального тока и напряжения В современной технике широко используются переменные токи: синусоидальные, прямоугольные, треугольные и др. Значение тока в любой момент времени называется …… значением. Мгновенные значения тока, напряжения, ЭДС обозначаются буквами …….. Токи, мгновенные значения которых повторяются через равные промежутки времени, называют ….., а наименьший промежуток времени, через который эти повторения наблюдаются, называют ……. Если кривая изменения периодического тока описывается синусоидой, ток называется …….. Все синусоидальные функции времени (например, ток) записывают в одинаковой форме: 21 i I m sin(t), где i – ….. ………..значение тока; I m – …………….. значение тока, – ……………; – ……………… Аргумент синуса (t) называется……... Угол равен фазе в начальный момент времени t = 0 и поэтому называется ………. Фаза с течением времени непрерывно растет После ее увеличения на 2 весь цикл изменения тока повторяется. В течение периода T фаза увеличивается на 2 . Поэтому отношение 2 / T определяет скорость изменения фазы и называется ………. 2 / T 2 f ; рад с 1, f = ….. Гц с Для определения мгновенных значений u и i необходимо определить их параметры: ……., …….. и ……….. Постоянный ток можно рассматривать как частный случай переменного тока, частота которого равна нулю. В современной технике используется широкий диапазон частот переменных токов от сотых долей до миллиардов Герц. В электроэнергетике нашей страны и Европы стандартная частота 50 Гц, США – 60 Гц. 22 Синусоидальные ЭДС в современной технике получают различными методами в ……………………….. и других устройствах. Наглядным примером является наведение ЭДС за счет электромагнитной индукции в рамке, вращающейся в однородном магнитном поле Рамка площадью s содержит w витков и вращается с постоянной угловой скоростью в магнитном поле с индукцией B . Тогда …………. рамки ………………………….. По закону ………………………….. в рамке наводится ЭДС e d wBs sin t = .............. . dt Дата _________ 2.2 Тема Действующее значение синусоидального тока Мгновенное значение переменного тока все время изменяется от нуля до максимального значения. Переменный ток можно характеризовать его амплитудой. Можно использовать для характеристики переменного тока какое-нибудь его свойство, не зависящее от направления тока. Таким свойством является, например, способность тока нагревать проводник, по которому он проходит. Представим переменный ток, проходящий по некоторому проводнику сопротивлением R . В течение периода ток выделяет в проводнике определенное количество тепловой энергии……. 23 Пропустим через тот же проводник постоянный ток, подобрав его таким, чтобы он выделил за то же время такое же количество тепловой энергии……….. Постоянный ток, выделяющий в проводнике то же количество теплоты, что и переменный ток, называют …………… значением переменного тока. Действующее значение синусоидального тока определяется как среднее квадратичное за период. Определите связь между действующим током I и амплитудой I m синусоидального тока… ……. Действующее значение синусоидального напряжения……. Дата ________ 2.3 Тема Резистор, индуктивная катушка и конденсатор в цепи синусоидального тока Составными элементами цепей синусоидального тока являются резистор, индуктивная катушка и конденсатор. Элементы цепи переменного тока, в которых энергия выделяется в виде теплоты, называются ……… Элементы цепи, в которых периодически запасается энергия в электрическом или магнитном поле, называются ………, а сопротивления, оказываемые ими переменному току – ……… сопротивлениями. Реактивные сопротивления имеют ……… и …………. . 24 2.4 Тема Резистор в цепи синусоидального тока Если синусоидальное напряжение …………….. подключить к резистору с сопротивлением R , то через него будет протекать синусоидальный ток …………………. Следовательно, напряжение на зажимах и ток, проходящий через резистор, имеют одинаковую начальную фазу, или, как говорят, ………….. – они одновременно достигают своих амплитудных значений и соответственно одновременно проходят через нуль. Угол сдвига фаз _______________________________________________________ В нашем случае угол сдвига фаз выглядит следующим образом …………………… Амплитуды и действующие значения тока и напряжения связаны законом Ома …………………………. Протекание тока через резистор сопровождается потреблением энергии от источников. Скорость поступления энергии характеризуется мощностью. Мгновенная мощность, потребляемая резистором ……………………………………………………………….. Среднее значение мгновенной мощности за период P 1T pdt , называется …………………… и измеряется в ……………….. T0 Формула активной мощности ………………………………. 25 Дата ___________ 2.5 Тема Индуктивная катушка в цепи синусоидального тока Индуктивная катушка как элемент схемы замещения реальной цепи синусоидального тока дает возможность учитывать при расчете явление самоиндукции и явление накопления энергии в ее магнитном поле. В цепь переменного тока включена ка- тушка с бесконечно малым сопротивлением провода R = 0. Непрерывное во времени изменение тока вызывает появление в витках катушки ЭДС самоиндукции. В соответствии с правилом Ленца эта ЭДС противодействует изменению тока. Ток через катушку изменяется по закону ………… В этом случае ЭДС самоиндукции ………………………….. Напряжение на катушке UL =UmSin(ωt+90°) Сравните формулу тока и напряжения на катушке и сделайте вывод, что напряжение на катушке ………….. ток на угол …………… или ток ……..от напряжения по фазе на угол ……. . Угол сдвига фаз в этом случае ……….. Параметр цепи X L L – …………………, имеющее размерность Ом. Оно зависит от частоты и представляет собой величину, с помощью которой учитывается явление самоиндукции 26 Амплитуды напряжения и тока связаны законом Ома: ………….. Аналогично для действующих значений ……………….. Мгновенная мощность цепи с катушкой ………………………. Проанализируйте график мощностей, сделайте вывод: Происходит колебание энергии между источником и катушкой, причем ………………………………………………………………………….. колебания мгновенной мощности в цепи с катушкой Амплитуду называют ………………………………………………………………. QL UI I 2 X L . Реактивную мощность в отличие от активной мощности измеряют в ……….(вольт-ампер реактивный). 27 Дата _____________ 2.6 Тема Конденсатор в цепи синусоидального тока Включение конденсатора в цепь переменного тока не вызывает разрыва цепи, так как ток в цепи все время поддерживается за счет заряда и разряда конденсатора. Пусть напряжение (рис. 2.8 а) u U m sin t . С учетом этой формулы, закончите формулу i U dq du C CU m cos t m sin t ……………… 1 2 dt dt C Полученная формула показывает, что ток …………….. приложенное напряжение на угол 2 (рис. 2.8 б, в). Нулевым значениям тока соответствуют максимальные значения напряжения. Физически это объясняется тем, что при достижении электрическим зарядом и соответственно напряжением максимального значения ток становится равным ………. Под фазовым сдвигом тока относительно напряжения здесь, как и раньше, подразумевается разность начальных фаз напряжения и тока, т.е. …………….. 28 Таким образом, в отличие от цепи с катушкой, где / 2 , угол сдвига фаз в цепи с конденсатором …………. Амплитуда тока и напряжения связаны законом Ома I m CU m Um ; X C ......... XC где X C – емкостное сопротивление, имеющее размерность Ом. ………………………..мощность, поступающая в конденсатор p ui U m I m sin t sin(t / 2) UI sin 2 t , колеблется синусоидально с угловой частотой 2 , имея амплитуду, равную UI (рис. 2.8 г). Поступая от источника, энергия временно запасается в электрическом поле конденсатора, затем возвращается источнику при исчезновении электрического поля. Таким образом, здесь, как и в цепи с катушкой, происходит колебание энергии между источником и конденсатором, причем активная мощность P = 0. Амплитуду колебания мощности в цепи с конденсатором называют ………………………… ………………..мощностью ………………………… Дата ______________ 2.7 Тема Цепь, содержащая резистор и индуктивную катушку Реальная катушка в цепи переменного тока представляет сочетание активной и индуктивной составляющих сопротивления. Схема замещения индуктивной катушки представлена на рис. Пусть по катушке протекает ток i I m sin(t i) . 29 а б в В соответствии со вторым законом Кирхгофа для мгновенных значений u u R u L ............. , где u R – напряжение на активном сопротивлении; u L – напряжение на индуктивном сопротивлении. Для действующих значений уравнение u u R u L ............. можно запи- сать …………………. Запишите порядок построения векторной диаграммы (б), из которой следует выражения напряжения U 2 U R2 U L2 I 2 R 2 I 2 X L2 Преобразуя данное выражение, получите значение тока и полного (ком- плексного) сопротивления ……………………………………………………………………. Треугольник ОАВ (рис.б) назовем треугольником напряжений. Составляющая напряжения, находящаяся в фазе с током, называется …………. составляющей напряжения U a U a U R U cos ........ . Составляющая напряжения, перпендикулярная вектору тока, называется ………………… составляющей напряжения U p U L U sin .......... . 30 Если стороны треугольника напряжений (рис. б) разделить на действующее значение тока, то получим треугольник ……………. (рис. в). Из треугольника сопротивлений получают соотношения для угла сдвига фаз, а также связь между параметрами цепи. Запишите эти соотношения …………………………………………………… Цепь имеет индуктивный характер, если 0< < / 2 . Крайние значения = 0 и = / 2 соответствуют чисто активной и чисто индуктивному характеру нагрузки. Дата ___________ 2.8 Тема Цепь, содержащая резистор и конденсатор Напряжение на входе цепи (рис. а) согласно второму закону Кирхгофа для действующих значений определяется по уравнению U U R U C. Запишите порядок построения векторной диаграммы (рис.б). В цепи про- текает ток i I m sin(t + i) и i < 0. ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 31 ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ Из векторной диаграммы получите выражение тока и полного сопротивления для данной цепи ……………………………………….., где z – полное сопротивление цепи R, C . Вектор напряжения источника отстает от вектора тока на угол, поэтому говорят, что цепь носит емкостный характер (– 90°< <0). Для треугольника напряжений (рис.б) и треугольника сопротивлений (рис.в) запишите соотношения, аналогичные соотношениям в предыдущей теме…….. Дата __________ 2.9 Тема Последовательное соединение резистора, катушки и конденсатора а б в При протекании синусоидального тока i I m sin t по цепи, состоящей из последовательно соединенных элементов R, L, C (рис. а), на ее зажимах создается синусоидальное 32 напряжение, равное алгебраической сумме синусоидальных напряжений на отдельных элементах (второй закон Кирхгофа): ……………………….. Для действующих значений это уравнение имеет вид …………………….. Запишите порядок построения векторной диаграммы (рис. б) и распишите порядок получения закона Ома для данной цепи Сдвиг фаз () определим из треугольника напряжений или сопротивлений (рис.в): …………………………………………………………………………………………….. Если X L X C , т.е. X > 0, то цепь имеет ……………….. характер. В этом случае U L U C (рис. б), а сдвиг фаз > 0. Если X L X C , т.е. X < 0, то цепь имеет ………………характер и сдвиг фаз < 0 (рис. в). Таким образом, реактивное сопротивление X может быть положительным (> 0) и отрицательным (< 0). Особый случай цепи, когда X L X C , т.е. реактивное сопротивление X X L X C 0 . В этом случае цепь имеет чисто активный характер, а сдвиг фаз = 0. Такой режим называется ………………………… Условием резонанса напряжений является …………………………………………………………………………………………………. Резонанс напряжений в цепи можно получить …………............................................... 33 ………………………………………………………………………………………… ……… Угловая частота, при которой в цепи наступает резонанс напряжений, называется резонансной угловой частотой …………………….. Полное сопротивление цепи минимальное и равно активному сопротивлению ……………………………………… Ток в цепи, очевидно, будет максимальным …………………………………. Напряжение на резисторе равно напряжению источника: ………………………. Резонанс напряжений, как правило, нежелателен в электроэнергетике, но широко применяется в радиотехнических устройствах, автоматике, телемеханике, связи, измерительной технике и др.. Дата _________________ 2.10 Тема Неразветвленная цепь синусоидального тока 34 Представленная цепь состоит из трех последовательных токоприемников (рис. а): первые два имеют активно-индуктивный характер, третий является последовательным соединением резистора и конденсатора. Проведите анализ цепи по векторной диаграмме. Произвольно постройте вектор тока, который является базовым для всех векторов диаграммы и соответствии со вторым законом Кирхгофа запишите соотношения напряжения для цепи ……………………, где ………………………………………………………………………………… Строим составляющие векторы, модули которых определяются по закону Ома. Суммарный вектор строим по правилу многоугольника. Векторы напряжений на активных сопротивлениях цепи совпадают по фазе с вектором тока, векторы U L опережают вектор тока на 90°, а вектор U C отстает от него на угол 90° (рис. б). Действующее значение напряжения источника (модуль вектора U) по диаграмме находится из треугольника напряжений ОАВ. Математически выразите показанные соотношения. ……………………………………………………………………………................. В формуле R R1 R2 R3 – …………..сопротивление цепи, равное арифметической сумме сопротивлений последовательно включенных резисторов. В общем случае для n последовательных приемников n R Rk . k 1 X X L1 X L2 X C3 является …………….. сопротивлением цепи, равным алгебраической сумме реактивных сопротивлений последовательно включенных элементов. В общем случае n n k 1 k 1 X (X Lk X Ck) X k . В приведенной схеме сумма векторов индуктивных напряжений меньше вектора напряжения на конденсаторе, поэтому X < 0. В таком случае говорят, что реактивное сопротивление (или цепь в целом) носит ……………… характер. 35 Дата___________ 2.11 Тема Параллельное включение приемников энергии Цепь из двух параллельных ветвей (рис. а). Известны напряжение источника и параметры схемы. Нужно определить ток I , потребляемый от источника, и угол сдвига на входе цепи. Для получения расчетных соотношений постройте векторную диаграмму токов, предварительно рассчитав токи в параллельных ветвях и углы их сдвига относительно приложенного напряжения. У первой ветви характер нагрузки индуктивный, ток отстает от U на угол 0 2 ……………………………………………………………………… У второй ветви характер нагрузки емкостный, вектор I 2 опережает U на угол 2 0 ……………………………………………………………………………. В качестве основного вектора принимают вектор напряжения источника U , являющегося общим для двух параллельных ветвей (рис. б). Тогда относительно него нетрудно сориентировать векторы токов I 1 , I 2 . Продолжите порядок построения векторной диаграммы ……………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………... 36 Проекцию вектора тока на вектор напряжения назовем ………………….. тока I а, а перпендикулярную проекцию – ……………………………… I p . На диаграмме (рис. б) эти составляющие показаны для всех векторов. Составляющие токи I a и I p физически не существуют и должны рассматриваться только как расчетные. По диаграмме активная составляющая входного тока определяется как сумма активных составляющих токов в параллельных ветвях (представьте математическое выражение изложенного) ………………………….……………………………………………………………… …………………………..…………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………….. где g – активная проводимость цепи, равная арифметической сумме активных проводимостей отдельных ветвей n g = gk , g g1 g 2 ; k =1 где g k Rk z k2 – активная проводимость k -й ветви. Только в частном случае, когда ветвь представляет собой чисто активное сопротивление zk Rk . Реактивная составляющая входного тока определяется как алгебраическая сумма реактивных составляющих токов в параллельных ветвях. Реактивную составляющую ветви с катушкой считают положительной, а с конденсатором – отрицательной. Знаки учитывают при подстановке соответствующих значений (математическое выражение) ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… где b bL1 bC2 – реактивная составляющая проводимости цепи, равная алгебраической сумме реактивных проводимостей отдельных ветвей. В общем случае 37 n b= bk , k =1 где bk – реактивная проводимость отдельной k -й ветви, bk Xk . zk2 Если рассматриваемая ветвь чисто реактивная: zk X k , проводимость bk является обратной реактивному сопротивлению. Ток на входе цепи I I a2 I p2 U 2 g 2 U 2b 2 U g 2 b 2 Uy, где y g 2 b 2 – ……………………….. цепи, равная геометрической сумме …………………. и ………………. проводимостей. Угол сдвига фаз также определяется из векторной диаграммы. На представленных ниже рисунках изображены векторные диаграммы. Присутствуют такие понятия, как входной ток I , его составляющие I a и I p и напряжение источника U . Определите, где располагается треугольник, образованный вектором тока и его проекциями I , I a и I p , называемый треугольником токов …-…………………….. Если стороны этого треугольника разделить на напряжение U , получится треугольник, подобный треугольнику токов – треугольник проводимостей………………. а) б) в) Из треугольника проводимостей найдите соотношения между параметрами и формулы для определения угла сдвига фаз ………………………………………………………………………………………… …….. 38 Чтобы учесть знак, следует использовать формулы тангенса и синуса. В этой цепи, когда общий ток совпадает по фазе с напряжением, а входная реактивная проводимость b b L bC 0 или b L bC , может возникнуть явление резонанса. При b L bC противоположные по фазе реактивные составляющие токов равны, поэтому резонанс в такой цепи получил название ………………………….. Дата _______________ 2.12 Тема Мощности цепи синусоидального тока Рассмотрим участок электрической цепи, напряжение на котором u U m sin t , а ток i I m sin(t -) . Определим мгновенную мощность p ui U m I m sin t sin(t) = UI cos cos(2 t). Полученное уравнение содержит две составляющие: постоянную и синусоидальную, имеющую удвоенную частоту по сравнению с частотой тока и напряжения. Мгновенные значения тока, напряжения и мощности при индуктивном характере цепи (> 0) показаны на рис. а. В промежутках времени, когда u и i имеют одинаковые знаки, мгновенная мощность положительна, энергия поступает от источника в приемник, потребляется резистором и запасается в магнитном поле катушки. Когда же u и i имеют разные знаки, мгновенная мощность отрицательна и энергия частично возвращается от приемника к источнику. Активная мощность, поступающая в приемник, равна среднему значению мгновенной мощности за период 39 P 1T pdt UI cos . T0 Тригонометрическая функция cos называется ………………………. ная мощность Активравна ………………………………… ………………………………… а) ………………………………… Рис. 2.16 ………………………………… ………………………………………….. Чем ближе угол к нулю, тем ближе cos к единице и, следовательно, ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… …………………………………………………… Формулу активной мощности можно преобразовать с учетом полученных ранее соотношений …………………………………………. Вт. Произведение действующих значений тока и напряжения на входе цепи называется полной мощностью и измеряется в вольт-амперах (ВА) S .............. . Полная мощность является расчетной мощностью электрических установок (генераторов, трансформаторов и др.), для которых она указывается в качестве номинальной, например, для генератора номинальная (полная) мощность равна его активной максимальной мощности, которая может быть получена при cos = ………….. Однако для большинства потребителей cos < 1. Поэтому даже при номинальных значениях напряжения и тока энергетические возможности источника используются не полностью, так как P Sном. 40 При расчетах электрических цепей и эксплуатации электрооборудования пользуются также понятием ………………………….., которая вычисляется по формуле Q ..........................., вар. Реактивная мощность характеризует собой энергию, которой обмениваются генератор и приемник. Она определяется максимальным значением мощности на участке цепи с реактивными элементами Q .................................... . Реактивная мощность цепи может быть положительной и отрицательной в зависимости от знака угла. При индуктивном характере входного сопротивления (0) реактивная мощность …………….., при емкостном характере (0) – ……………………………… Связь между активной, реактивной и полной мощностями S ................... . Дата __________________ 2.13 Тема Электрические цепи с взаимной индуктивностью Общие сведения Перед вами две катушки (проводника) 41 Цепи, в которых наводятся ЭДС между двумя (и более) взаимно связанными катушками, называются ………………………. Контуры (рис.) представляют собой плоские тонкие катушки с числами витков w1 и w2 . Поток самоиндукции Ф1L , созданный током i1 , может быть представлен в виде потока рассеяния Ф1 p , пронизывающего только первый контур, и потока Ф21 , пронизывающего второй контур ………………………… Аналогично определите поток самоиндукции второго контура ……………………………. Потоки Ф21 и Ф12 называют потоками ………………... Их принято обозначать двумя индексами: первый индекс указывает, ……………………………………………………………………… ,второй– ……………………………………………………......................................................... .................................. Если направление потока взаимной индукции совпадает с направлением потока самоиндукции данного контура, то говорят, что магнитные потоки и токи контуров направлены …………. В случае противоположного направления говорят о ……………………….. потоков. Суммарные потоки, пронизывающие первый и второй контуры …………………………………………………………….. где «+» соответствует согласному направлению потоков, «–» – встречному направлению. Полные потокосцепления первого и второго контуров 1 ............. w1 Ф1L Ф12 w1Ф1L w1Ф12 L1i1 M12i2 ; 2 w2Ф2 .................... w2Ф2 L w2Ф21 L2 i 2 M 21i1 . Отношение потокосцепления взаимной индукции в одной цепи к току в другой называется ………………………….. M 12 12 i2 .................; M 21 21 i1 ................... Для линейных электрических цепей всегда выполняется равенство 42 M12 M 21 M . Взаимная индуктивность ………………………………. двух и катушек зависит от …………………………….., ……………, а также от ………………………………………………. Индуктивную связь двух катушек характеризуют коэффициентом связи …………………………………………………………………. Этот коэффициент всегда меньше единицы, так как магнитный поток взаимной индукции всегда меньше потока самоиндукции и может быть увеличен за счет уменьшения потоков рассеяния бифилярной намоткой катушек (двойным проводом) или применением для магнитопровода материала с высокой абсолютной магнитной проницаемостью. Дата ____________________ 2.14 Тема ЭДС взаимной индукции ЭДС, индуктируемые в первом и втором контурах, можно записать в виде e1 d 1 di di L1 1 M 2 e1L e1 M ; dt dt dt e2 d 2 di di L2 2 M 1 e2 L e2 M . dt dt dt Таким образом, ЭДС каждой катушки определяется ………………………………………………………………………………………… …………………………………. ………………………………………………. Для определения знака ЭДС взаимной индукции размечают зажимы индуктивно связанных элементов цепи. Два зажима называют одноименными, если ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………….. 43 Такие выводы обозначают на схемах …………………. условными значками, например, точками или звездочками (рис. а, б). Одинаково направленные токи i1 и i2 (рис. а) относительно зажимов a и c вызывают …………………….. по направлению потоки самоиндукции Ф1L (Ф2 L) и взаимной индукции Ф12 (Ф21). Следовательно, зажимы a и c являются одноименными. Одноименной является и другая пара зажимов b и d , но условными значками обозначают только одну пару одноименных выводов, например, a и c (рис. а). Если токи i1 и i2 направлены неодинаково относительно одноименных зажимов (рис. б), то имеет место ……………… направление потоков самоиндукции и взаимоиндукции. На схемах магнитопроводы не показывают и ограничиваются только обозначением одноименных зажимов (рис.в, г). Запишите порядок определения одноименных зажимов ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… 44 а) б) в) г) Рис Рис. 2.36 Запишите порядок определения знаков ЭДС и напряжения взаимной индукции, опираясь на рис.а. ……………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… 45 Раздел 3. Магнитное поле и магнитные цепи Дата ___________ 3.1 Тема Ферромагнитные материалы и их магнитные свойства Какие материалы относятся к ферромагнитным материалам и неферрмагнитным материалам: ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ……….. Особенностью ………………………………………. материалов является то, что зависимость между магнитной индукцией В и напряженностью магнитного поля Н в них является ……………………………….. Их абсолютная магнитная проницаемость есть величина постоянная и практически равна магнитной постоянной ……………………………………………….. Материалы, магнитная проницаемость которых достигает больших значений и зависит от внешнего магнитного поля и предшествующего состояния, называют …………………………….. Свойства ферромагнитных материалов принято характеризовать………………………….. магнитной индукции В от напряженности магнитного поля Н. Если …………………….. образец в периодическом магнитном поле, то кривая B H имеет вид петли, называемой ……………………… (рис.). Участок 0а является кривой намагничивания, поскольку поле возникает при нулевом значении индукции. Точки б и д соответствуют остаточной индукции Br , а напряженность в точках в и е называют задерживающей, или …………………, силой H с. 46 Рис. 3.1 В зависимости от …………………………………. ферромагнитные материалы разделяют на две группы: 1) ………………………………..с большой магнитной проницаемостью и с малой коэрцитивной силой H c 400 А м. К ним относят электротехнические стали, пермаллой и ферриты; 2) ……………………………… с малой магнитной проницаемостью, большой коэрцитивной силой Hc 5000...8000 А м и большой остаточной индукцией Br 0,8...1 Тл. …………………….. материалы применяют для изготовления постоянных магнитов. К ним относятся углеродистые, вольфрамовые, хромистые и кобальтовые сплавы. ……………………… материалы играют важную роль в электротехнике, так как дают возможность при относительно небольших напряженностях получать сильные магнитные поля и конструировать электромагнитные устройства, обладающие заданными характеристиками. ……………………………. используют во всех электрических машинах, трансформаторах, электромагнитах, реле и др. 47 Дата _____________ 3.2 Тема Закон полного тока и его применение для расчета магнитного поля ……………………………….. называется совокупность магнитодвижущих сил (МДС), ферромагнитных тел или каких-либо иных сред, по которым замыкается магнитный поток. Произведение числа витков катушки на протекающий в ней ток называют ………………………………..(МДС) F ................ , [А]. МДС вызывает в магнитной цепи магнитный поток подобно тому, как ЭДС вызывает ток в электрической цепи. На схемах МДС указывают стрелкой, положительное направление которой совпадает с направлением движения правоходного винта, если его вращать по направлению тока в обмотке (рис.а). Магнитная цепь, во всех сечениях которой магнитный поток одинаков, называется …………………. (рис. б). а) б) в) г) Рис. В разветвленной магнитной цепи потоки на различных участках неодинаковы (рис. в). Одним из основных законов, используемых при расчете магнитной цепи, является ……………………………………….: циркуляция вектора на- пряженности магнитного поля Н по замкнутому контуру равна алгебраической сумме токов, которые охвачены этим контуром H dl I . Если контур интегрирования охватывает w витков катушки, которым протекает ток I, то закон полного тока принимает вид 48 H dl ................ . Между величинами, характеризующими магнитные и электрические цепи, существует формальная аналогия. Эта аналогия распространяется и на методы расчета магнитных цепей. В электрических цепях постоянные токи возникают под действием ЭДС. В магнитных цепях магнитные потоки создаются МДС обмоток. По аналогии с сопротивлением электрическому току часто используют сопротивление магнитному потоку, называемое ……………………... Учитывая вышеизложенное, запишите формулы магнитного сопротивления для участка Произведение магнитного потока на магнитное сопротивление называют по аналогии с электрической …………………………………….. б) а) цепью ……………………………... Рис. 3.3 Запишите закон Ома для магнитной цепи ………………………………. Для участка магнитной цепи без МДС ………………………….. Ввиду нелинейности магнитного сопротивления применять закон Ома для ферромагнитных участков нельзя. Его можно применять только для участков с воздушными зазорами. Для разветвленных магнитных цепей справедливы законы Кирхгофа. Первый закон Кирхгофа – Фk 0 . …………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………. 49 …………………………………………………………………………………. Второй закон Кирхгофа – Iw Uм Hl . 50

Для перевода величин к действующим необходимо:

Точечка над I означает, что это комплекс.

Чтобы не путать с током, в электротехнике комплексная единица обозначается буквой «j».

Для заданного напряжения имеем:

В решении задач обычно оперируют действующими значениями.

В переменном токе вводятся новые элементы:

L – [Гн]
Конденсатор [емкость]	С – [Ф]

Их сопротивления (реактивные сопротивления) находятся как:


(сопротивление конденсатора — отрицательное)

Например, имеем схему, она подключена на напряжение 200 В, имеющего частоту 100 Гц. Требуется найти ток. Параметры элементов заданы:

Чтоб найти ток, необходимо напряжение разделить на сопротивление (из закона Ома). Здесь основная задача – найти сопротивление.

Комплексное сопротивление находится как:

Напряжение делим на сопротивление и получаем ток.

Все эти действия удобно проводить в MathCad. Комплексная единица ставится «1i» или «1j». Если нет возможности, то:

1. Деление удобно производить в показательной форме.
2. Сложение и вычитание – в алгебраической.
3. Умножение – в любой (оба числа в одинаковой форме).

Также, скажем пару слов о мощности. Мощность есть произведение тока и напряжения для цепей постоянного тока. Для цепей переменного тока вводится еще один параметр – угол сдвига фаз (вернее его косинус) между напряжением и током.

Предположим, для предыдущей цепи нашли ток и напряжение (в комплексной форме).

Также мощность можно найти и по другой формуле:

В этой формуле — сопряженный комплекс тока. Сопряженный – значит, что его мнимая часть (та, что с j) меняет свой знак на противоположный (минус/плюс).
Re – означает действительная часть (та, что без j).

Это были формулы для активной (полезной) мощности. В цепях переменного тока существует так же и реактивная мощность (генерируется конденсаторами, потребляется – катушками).

Im – мнимая часть комплексного числа (та, что с j).

Зная реактивную и активную мощность можно подсчитать полную мощность цепи:

Для упрощенного расчета цепей постоянного и переменного тока, содержащих большое число ветвей, пользуются одним из упрощенных методов анализа цепей. Рассмотрим подробнее метод контурных токов.

Метод контурных токов (МКТ)

Данный метод подходит для решения схем, содержащих больше узлов, чем независимых контуров (например, схема из раздела про постоянный ток). Принцип решения состоит в следующем:

Данный метод, как и другие (например, метод узловых потенциалов, эквивалентного генератора, наложения) пригоден для цепей как постоянного, так и переменного тока. При расчете цепей переменного тока сопротивления элементов приводятся к комплексной форме записи. Система уравнений решается также в комплексной форме.

Литература

Решение электротехники на заказ

И помните, что наши решатели всегда готовы помочь Вам с ТОЭ. .

Государственное учреждение образования

«Могилёвский профессиональный электротехнический колледж»

Рабочая тетрадь

«Начальный курс электрика»

Разработчик мастер п\о 1 категории Аниськов А.А.

АННОТАЦИЯ

Поиск новой энергии для замены чадящих, дорогих, с низким КПД видов топлива привело к открытию свойств различных материалов накапливать, хранить, оперативно передавать и преобразовывать электричество. Два века назад были обнаружены, исследованы и описаны способы применения электроэнергии в быту и промышленности. С тех пор наука об электричестве выделилась в отдельную отрасль. Сейчас трудно представить нашу жизнь без электроприборов. Многие из нас без опаски берутся ремонтировать бытовую технику и успешно с этим справляются. Многие же боятся починить даже розетку. Вооружившись некоторыми знаниями, мы перестанем бояться электричества. Процессы, протекающие в сети, следует понимать и использовать в своих целях.

Предлагаемый курс рассчитан для начального ознакомления учащегося с азами электротехники.

Материал может быть использован учащимися при подготовке к занятиям, преподавателями и мастерами производственного обучения

Изучив данное пособие, каждый из учащихся должен знать:

Основные электрические понятия и величины;

Электрические материалы и их проводимость;

Условные обозначения электрических схем;

Маркировку электрических цепей, проводов и кабелей;

Расчёт сечения проводов;

Способы получения контактных соединений;

Правила устройства заземления и защиты электроустановок;

Подключение двигателей и генераторов;

Способы защиты электрических схем от перегрузок;

Виды электропроводок и способы их укладки;

Технику безопасности электромонтажных работ и основные приёмы оказания доврачебной помощи пострадавшему при поражении электрическим током.

Изучив данное пособие, учащиеся должны уметь:

Производить расчёт сечения проводов;

Пользоваться измерительными приборами;

Собирать простейшие электрические схемы;

Производить сборку контактных соединений скруткой и пайкой.

1.Аннотация

2. Основные электрические величины.

3.Электрические материалы. Сопротивление, проводимость.

4.Условные обозначения в схемах.

5.Электрическая цепь. Параллельное и последовательное включение.

6.Расчет сечения проводов.

7.Магнитные свойства электрического тока.

8.Силовые цепи. Цепи управления.

9.Реле. Контакторы.

10.Генератор. Двигатель.

11.Измерительные приборы.

12.Способы получения контактных соединений.

13.Заземление и защита.

14.Шаговое напряжение.

15.Трехфазный ток.

16.Включение в «треугольник» и «звезду».

17.Электрические машины из ремонта.

18.Включение трехфазного двигателя в однофазную сеть.

19.Магнитный пускатель.

20.Монтажные и принципиальные схемы.

21.Силовые цепи и цепи управления.

22.Как собирать схемы.

23.Защита схем.

24.Автоматика.

25.Освещение.

26.Электропроводка.

27.Оказание доврачебной помощи пострадавшему при поражении электрическим током.

29.Схемы выпрямления.

30.Трансформаторы.

31.Приложения. Выбор и применение защитной аппаратуры.

32.Проверка знаний по изученному. Ответь на поставленные вопросы.

33. Использованная литература.

Основные электрические величины и понятия

Суть электричества состоит в том, что поток электронов движется по проводнику в замкнутой цепи от источника тока к потребителю и обратно. Перемещаясь, эти электроны выполняют определённую работу. Это явление называется – ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК, а единица измерения носит имя ученого, который первым исследовал свойства тока. Фамилия ученого - Ампер.

Необходимо знать, что ток при работе нагревает, изгибает и, старается поломать провода и все по чему он протекает. Это свойство следует учитывать при расчетах цепей, т.е., чем больше ток, тем толще провода и конструкции.

Если мы разомкнем цепь, ток прекратится, но на зажимах источника тока все-таки будет какой - то потенциал, всегда готовый к работе. Разность потенциалов на двух концах проводника называется НАПРЯЖЕНИЕМ (U).

В свое время ученый по фамилии Вольт скрупулезно изучил электрическое напряжение и дал ему подробное объяснение. В последствии единице измерения присвоили его имя.

В отличие от тока, напряжение не ломает, а прожигает. Электрики говорят - пробивает. Поэтому все провода и электрические агрегаты защищены изоляцией, и чем больше напряжение, тем толще изоляция.

Немного позже еще один знаменитый физик - Ом, тщательно экспериментируя, выявил зависимость между этими электрическими величинами и описал ее. Сейчас каждый школьник знает закон Ома I=U/R. Его можно использовать для расчета простых цепей. Накрыв пальцем величину, которую ищем – увидим как ее вычислить.

Не стоит бояться формул. Для использования электроэнергии необходимы не столько они (формулы), сколько понимание того, что происходит в электроцепи.

А происходит следующее. Произвольный источник тока, (назовем его пока – ГЕНЕРАТОР) вырабатывает электроэнергию и по проводам передает ее потребителю (назовём его, пока словом – НАГРУЗКА). Таким образом, у нас получилась замкнутая электрическая цепь ""ГЕНЕРАТОР – НАГРУЗКА"".

Пока генератор вырабатывает энергию, нагрузка ее потребляет и работает (т.е., преобразует электрическую энергию в механическую, световую или любую другую). Поставив обычный рубильник в разрыв провода, мы можем включать и выключать нагрузку, когда нам надо. Таким образом, получаем неисчерпаемые возможности регулирования работы. Интересно то, что при выключенной нагрузке нет необходимости отключать генератор (по аналогии с другими видами энергии - тушить костер под паровым котлом, перекрывать воду на мельнице и т.п.)

Важно при этом соблюдать пропорции ГЕНЕРАТОР-НАГРУЗКА. Мощность генератора не должна быть меньше мощности нагрузки. Нельзя к слабому генератору подключать мощную нагрузку. Это все равно, что старую клячу запрячь в тяжеленную телегу. Мощность всегда можно узнать из документации на электроприбор или его маркировки на табличке, прикрепляемой к боковой или задней стенке электроприбора. Понятие МОЩНОСТЬ ввели в обиход более века назад, когда электричество вышло за пороги лабораторий и, стало применяться в быту и промышленности.

Мощность - произведение напряжения и тока. За единицу принят Ватт. Эта величина показывает, какой ток потребляет нагрузка при таком напряжении. Р=U х I

Электрические материалы. Сопротивление, проводимость

Мы уже упоминали величину под названием ОМ. Теперь остановимся на ней подробнее. Уже давно ученые обратили внимание на то, что разные материалы по-разному ведут себя с током. Одни беспрепятственно его пропускают, другие упорно ему сопротивляются, третьи пропускают его только в одну сторону, или же пропускают «на определенных условиях». После испытаний на проводимость всех возможных материалов стало понятным, что абсолютно все материалы, в той или иной степени, могут проводить ток. Для оценки «меры» проводимости вывели единицу электрического сопротивления, и назвали её ОМ, а материалы, в зависимости от их «способности» пропускать ток, разделили на группы.

Одна группа материалов это проводники. Проводники без особых потерь проводят ток. К проводникам относятся материалы, имеющие сопротивление от нуля до 100 Ом/м. Такими свойствами обладают, в основном, металлы.

Другая группа – диэлектрики. Диэлектрики тоже проводят ток, но с огромными потерями. Их сопротивление от 10000000 Ом и до бесконечности. К диэлектрикам, в своем большинстве, относятся неметаллы, жидкости и различные соединения газов.

Сопротивление 1 Ом означает, что в проводнике сечением 1 кв. мм и длиной 1 метр потеряется 1 Ампер тока..

Величина обратная сопротивлению – проводимость. Величину проводимости того или иного материала всегда можно найти в справочниках. Удельные сопротивления и проводимости некоторых материалов приведены в таблице № 1

ТАБЛИЦА № 1

Из таблицы можно видеть, что самыми проводящими материалами являются – серебро, золото, медь и алюминий. В силу высокой стоимости серебро и золото применяется только в высокотехнологичных схемах. А медь и алюминий получили широчайшее применение в качестве проводников.

Еще видно, что нет абсолютно проводящих материалов, поэтому при расчетах всегда надо учитывать, что в проводах теряется ток и падает напряжение.

Есть еще одна, довольно большая и "интересная" группа материалов – полупроводники. Проводимость этих материалов изменяется в зависимости от условий окружающей среды. Полупроводники начинают лучше или, наоборот, хуже проводить ток, если их подогреть/охладить, или осветить, или согнуть, или, например, ударить током.

Условные обозначения в схемах

Для полного понимания происходящих в цепи процессов необходимо уметь правильно читать электрические схемы. Для этого надо знать условные обозначения. С 1986 года вступил в силу стандарт, который во многом убрал разночтения в обозначениях, имеющиеся между европейскими и российскими ГОСТами. Теперь электрическую схему из Финляндии может прочитать электрик из Милана и Москвы, Барселоны и Владивостока.

В электрических схемах встречаются два вида обозначений: графические и буквенные.

Буквенные коды наиболее распространенных видов элементов представлены в таблице № 2:

ТАБЛИЦА № 2

Условные графические обозначения представлены в таблицах № 3 - № 6. Провода на схемах обозначаются прямыми линиями.

Одним из основных требований при составлении схем является простота их восприятия. Электрик, при взгляде на схему должен понять, как устроена цепь и как действует тот или иной элемент этой цепи.

ТАБЛИЦА № 3. Условные обозначения контактных соединений