Общие вопросы электротехники

Основы электротехники

Главная > Теория > Основы электротехники

Теоретические основы электротехники (или попросту ТОЭ) – это особая область технических знаний, посвящённая изучению и обоснованию электромагнитных явлений. Помимо этого, данный курс содержит в себе основные положения электростатики и электродинамики, описывающие взаимодействие заряженных частиц и их движение в магнитных полях.

А.Вольт

Занимается электротехника и вопросами конструирования специальной аппаратуры, работающей в соответствии с её основными принципами. Последние представлены в виде самостоятельного раздела – «Основы электромонтажа».

Основные понятия

В курсе электротехники также рассматриваются основные понятия, характеризующие происходящие в проводниках процессы (протекающие по ним токи и действующие ЭДС). Рассмотрим их более подробно.

Под током понимается упорядоченное движение свободных носителей заряда (электронов) в замкнутой электрической цепи под действием приложенной к ней разности потенциалов.

Обратите внимание! В электротехнике эту разность принято называть ЭДС или действующим напряжением.

На основе использования этих двух физических величин, поведение которых описывается законом Ома и правилами Кирхгофа, и построена вся архитектура современной электротехники.

Обратите внимание

При рассмотрении токовой составляющей необходимо обратить внимание на то, что различают две её категории: постоянная и переменная. Достаточно много материала посвящается вопросам преобразования одной из этих форм в другую и наоборот.

Круг вопросов, которые рассматриваются в большинстве курсов по электротехнике, сводится к следующим разделам:

  • Постоянный ток (Закон Ома и правила Кирхгофа);
  • Электромагнетизм;
  • Переменный ток (однофазный и трёхфазный);
  • Трансформаторные системы;
  • Электрические машины переменного и постоянного тока.

Рассмотрим каждый из перечисленных в этом перечне разделов более подробно.

Постоянный ток

Основные понятия электротехники обычно увязываются с постоянным током, что объясняется особенностями изучения материала, начинающегося с электростатики. Лишь после введения понятий одиночных зарядов и создаваемых ими полей, которые описываются условными силовыми линиями, возможен переход к движению заряженных частиц.

Распределение силовых линий задаётся эквипотенциальными поверхностями с равными потенциалами, а скорость перемещения заряда определяется через напряжённость поля в каждой его точке. В результате этого возможен переход к ещё одному важнейшему понятию – электрическому напряжению, представляемому как разность потенциалов на различных удалениях от их источника.

Дополнительная информация. На основании этих величин вводятся взаимосвязанные понятия мощности и работы по перемещению заряда, совершаемой под действием заданного напряжения.

За единицу постоянного тока принимается количество зарядов в кулонах, перемещаемых через определённое сечение в единицу времени (I =Q/t).

В качестве единицы напряжения взята специальная величина, для обозначения которой использована фамилия итальянского естествоиспытателя А.Вольта, открывшего электрический эффект и нашедшего способ аккумуляции энергии этого типа.

Электромагнетизм

Действие электрического тока проявляется не только в непосредственно совершаемой им работе в активных или пассивных нагрузках. Он также является причиной образования тонких структур, называемых электромагнитными полями. Этот эффект носит название электромагнетизма, а суть его состоит в следующем:

  • Вокруг любого проводника с током появляется магнитное поле с замкнутыми силовыми линиями, величина которого пропорциональна амплитуде токового сигнала;
  • Вектор действия созданного током полевого образования определяется направлением его течения в данном проводнике;
  • При размещении поблизости двух проводов с одинаково направленными потоками заряженных частиц они будут отталкиваться (этот эффект обнаружен Ампером, по имени которого была названа единица тока);
  • При различных направлениях тока в двух проводах они начнут притягиваться;
  • Доказано, что явления отталкивания и притяжения проводов являются результатом взаимодействиями магнитных полей, создаваемых протекающим в каждом из них током;
  • Аналогичное действие на проводник оказывает постоянный магнит.

Важно! Особо интересен случай, когда токовый проводник изготавливается в виде замкнутой на внешнюю нагрузку рамки, которая помещается между полюсами магнита.

Рамка в магнитном поле

При вращении такой рамки в постоянном магнитном поле в ней будет наводиться ЭДС, под воздействием которой появится ток, меняющий не только своё мгновенное значение, но и направление (то есть он будет переменным).

Переменный ток

Что это такое

Переменный ток, согласно основам электротехники, вводится как процесс, при котором его направление и величина изменяют со временем своё значение. Особое распространение получило его представление в виде синусоидально меняющегося процесса, задаваемого такими характеристиками, как частота и мгновенное значение (или амплитуда).

Привычный для пользователя однофазный ток, действующий в обычной розетке, – это лишь частный случай более общей системы питания, представленной трёхфазным напряжением. Последнее поступает с генератора электростанции и передаётся затем по проводам к местной подстанции, где осуществляется его трансформация и распределение по отдельным фазам.

Трёхфазный ток

Каждая из трёх фаз, по возможности, равномерно нагружается конечными потребителями – отдельными нагрузками, имеющимися в любой квартире (это справедливо для случая жилых домов).

Единицы измерения

Переменный ток, как синусоидальный процесс, по своим характеристикам существенно отличается от постоянного аналога, так как имеет несколько контролируемых параметров. Это:

  • Величина эффективного или действующего напряжения, определяющего совершаемую переменным током работу (измеряется в вольтах);
  • Амплитуда (размах), характеризующая максимальные его значения;
  • Частота колебаний напряжения, имеющая в России значение 50 Гц (в некоторых странах эта величина равна 60 Гц);
  • Сдвиг фаз между действующими токами и напряжениями, определяемый видом нагрузки в цепи данного потребителя.

В индуктивной нагрузке (электродвигатели, дроссели и т. п.) ток отстаёт по фазе от напряжения, что проявляется как её реактивность или возможность перекачивать энергию от источника к потребителю и обратно.

Обратите внимание! На обычной (активной) нагрузке происходит простое рассеивание потреблённой энергии, фиксируемое по показанию электросчётчика.

Из-за реактивности нагрузок, которые в большей мере проявляются на производстве (трёхфазные электродвигатели, ёмкостные потребители и многое другое) энергетикам пришлось ввести коэффициент мощности.

Кроме того, для переменного тока вводится характеристика, свидетельствующая о качестве синусоидальной формы напряжения или тока, называемая коэффициентом гармоник.

Трансформаторы

Основные положения электротехники распространяют своё действие и на переменные электромагнитные поля, создаваемые движущимся зарядом. Наглядным подтверждением этого эффекта является трансформатор, состоящий из двух электрически несвязанных между собой обмоток. Однако связь между ними всё-таки имеется.

Она появляется из-за перекрытия э/м полей каждой из трансформаторных катушек и эффекта индукции (наведения ЭДС в витках обмотки под воздействием переменного тока).

Важно! Этот эффект возможен лишь при условии, что протекающие по обмоткам токи постоянно меняют своё направление или величину (то есть являются переменными).

Трансформатор

Для усиления связи между отдельными катушками электротехнические трансформаторы наматываются на каркасах, которые заполняются особыми ферромагнитными сердечниками. Благодаря использованию ферромагнетиков, удаётся повысить коэффициент полезного действия преобразующего устройства, вычисляемого как соотношение входной и выходной мощностей переменного тока.

Электрические машины (электродвигатели и генераторы)

Электродвигатели

Для определения понятия электрической машины (асинхронного и синхронного двигателя или генератора) достаточно вспомнить о том, что при размещении витка проводника в постоянном магнитном поле на него действует вращающий момент.

Если такая катушка содержит большое количество витков, особым образом намотанных на подвижно закреплённом валу, то после её размещения в поле постоянного магнита она начнёт вращаться. Рассмотренный эффект, являющийся прямым следствием закона э/м индукции, лежит в основе работы электродвигателей.

Обратите внимание! Поскольку в большинстве действующих установок используются трёхфазные асинхронные электродвигатели, для их питания применяется напряжение соответствующего типа.

В промышленных образцах электродвигателей в неподвижной обмотке (статоре) действует переменное поле, определённым образом воздействующее на вращающийся ротор. Эта часть асинхронного двигателя, как правило, изготавливается в виде литой стальной заготовки, в которой наводится соответствующее поле (по принципу э/м индукции).

Электродвигатель (принцип работы)

За счёт взаимодействия этих двух полей (статора и ротора), осуществляемого в так называемом «скользящем» режиме, и создаётся вращающий момент. Поскольку поле ротора всегда немного отстаёт от статорного, между ними всегда имеется небольшое рассогласование (они работают асинхронно). С учётом этого эффекта двигателям и было присвоено название «асинхронные».

Электрогенераторы

Для получения трёхфазного напряжения используются специальные генераторы, при работе которых наблюдается эффект, противоположный рассмотренному ранее случаю для двигателей. Для генерации трёхфазного сигнала потребуется особым образом подготовленная обмотка (якорь), в которой рабочие чередующиеся катушки трёх фаз смещены одна относительно другой на 120 градусов.

Внутри якоря имеется закреплённый в подшипниковых опорах индуктор, получающий вращающий импульс от турбины ГЭС, например, или от ветряного привода. К индуктору посредством скользящих щёток подводится вспомогательное напряжение, которое при его вращении индуцирует соответствующие ЭДС во всех трёх обмотках якоря.

Электрогенератор (принцип работы)

Напомним, что снимаемые с якоря рабочие напряжения генератора имеют вид трёх синусоидальных сигналов, сдвинутых относительно друг друга на 120 градусов. В электротехнике эти составляющие конечного сигнала получили название фаз, обозначаемых как А, В и С.

Машины постоянного тока

Работу машин постоянного тока рассмотрим на примере генератора, принцип действия которого с соответствующей поправкой может быть перенесён и на двигатели.

Известно, что при вращении рамки с обмоткой в поле постоянного магнита в ней наводится переменная ЭДС, изменяющаяся по синусоидальному закону.

Эта ЭДС затем снимается с подвижной рамки посредством плотно прижатых к её коллектору щёток и подаётся на нагрузку.

Но если цельный кольцевой коллектор разделить на две равные половинки (полукольца) и подключить между ними нагрузку, ток в ней будет течь всё время в одном и том же направлении. Этот опыт представлен на приведённой ниже иллюстрации.

Генератор постоянного тока

В заключение обзора темы о теоретических основах электротехники отметим, что для более детального их изучения потребуется знакомство со специальной технической литературой. В рамках этой статьи были рассмотрены лишь основные вопросы, касающиеся изучения базовых электротехнических понятий и их применения на практике.

Видео

Новинка электротехники: лампа ДРЛ

Источник: https://elquanta.ru/teoriya/osnovy-ehlektrotekhniki.html

Основные термины и определения электротехники

Электрический ток

Электрический ток (I) это направленное движение свободных носителей электрического заряда. В металлах свободными носителями заряда являются электроны, в плазме, электролите — ионы. Единица измерения силы тока – ампер (А).

Условно за положительное направление тока во внешней цепи принимают направление от положительно заряженного электрода (+) к отрицательно заряженному (-). Если направление тока в ветви неизвестно, то его выбирают произвольно.

Если в результате расчета режима цепи, ток будет иметь отрицательное значение, то действительное направление тока противоположно произвольно выбранному.

Электрическое напряжение

Электрическое напряжение (U) это характеристика работы сил поля по переносу электрических зарядов через внешние элементы цепи. При этом электрическая энергия преобразуется в другие виды. Единица измерения – вольт (В).

Читайте также:  Реакция горения. виды горения. характеристики горения.

За положительное направление напряжения приемника принимают направление, совпадающее с выбранным положительным направлением тока.

В электрических цепях и энергетических системах напряжение может иметь значения в пределах от нескольких вольт до сотен тысяч вольт.

Электродвижущая сила

Электродвижущая сила Е (ЭДС) характеризует способность индуцированного поля вызывать электрический ток. Единица измерения – вольт (В). Источники энергии могут быть источниками ЭДС и тока. В данном пособии рассматриваются только источники ЭДС. Источник ЭДС характеризуется двумя параметрами: значениями ЭДС (Е) и внутреннего сопротивления (r0).

Источник ЭДС, внутренним сопротивлением которого можно пренебречь, называют идеальным источником. Реальный источник ЭДС имеет определенное значение внутреннего сопротивления. У источника ЭДС внутренне сопротивление значительно меньше сопротивления нагрузки (RН) и электрический ток в цепи зависит главным образом от величины ЭДС и сопротивления нагрузки.

Источник ЭДС имеет следующие графические обозначения.

Вольтамперная характеристика источника ЭДС имеет вид:

Рис. 1

Зависимость между напряжением на зажимах источника и его ЭДС имеет вид:

U = E — r0 × I (для реального источника ЭДС)

U = E (для идеального источника).

Электрическое сопротивление R это величина, характеризующая противодействие проводящей среды движению свободных электрических зарядов (току). Единица измерения – Ом. Величина, обратная сопротивлению, называется электрической проводимостью G. Единица измерения – сименс (См).

Электрическое сопротивление

Электрическое сопротивление проводника определяется по формуле

R=ρl/S

где l – длина;
S – поперечное сечение;
ρ — удельное сопротивление.

По способности проводить электрический ток электротехнические материалы можно разделить на группы: проводники, диэлектрики и полупроводники.

Проводниковые материалы

Проводниковые материалы (алюминий, медь, золото, серебро и др.) обладают высокой электропроводностью. Наиболее часто в проводах и кабелях используется алюминий, как наиболее дешевый. Медь имеет большую электропроводимость, но она дороже.

Из проводников следует выделить группу материалов с большим удельным сопротивлением. К ним относятся сплавы ( нихром, фехраль и др.) они используются для изготовления обмоток нагревательных приборов и реостатов. Вольфрам используется в лампах накаливания. Константан и манганин используются в качестве сопротивлений в образцовых приборах.

Электроизоляционные материалы (диэлектрики)

Электроизоляционные материалы (диэлектрики) имеют очень малую удельную электрическую проводимость. Они бывают газообразные, жидкие и твердые. Особенно большим разнообразием отличаются твердые диэлектрики.

К ним относятся резина, сухое дерево, керамические материалы, пластмассы, картон, пряжа и др. материалы. В качестве конструкционных материалов применяются текстолит и гетинакс.

Текстолит это диэлектрический материал основой которого является ткань, пропитанная феноло-формальдегидной смолой. Гетинакс это бумага, пропитанная феноло-формальдегидной смолой.

Полупроводники

Полупроводники по электропроводимости занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Простые полупроводниковые вещества – германий, кремний, селен, сложные полупроводниковые материалы — арсенид галлия, фосфид галлия и др. В чистых полупроводниках концентрация носителей заряда – свободных электронов и дырок мала и эти материалы не проводят электрический ток.

Если в полупроводниковый материал ввести примесь (донорную или акцепторную), то есть произвести легирование, то полупроводник становится обладателем или электронной (n) проводимости (избыток электронов), или дырочной (р) проводимости (избыток положительных зарядов – дырок). Если соединить два полупроводника с различными видами проводимости, получим полупроводниковый прибор (диод), который используется для выпрямления переменного тока.

Мощность в электрической цепи характеризует интенсивность преобразования энергии из одного вида в другой в единицу времени. Единица измерения мощности – Ватт (Вт).

Для цепи постоянного тока мощность источника

Pист = E I.

Мощность приемника

Рпр = U × I = R × I2 = U2/R

Закон электромагнитной индукции

Закон электромагнитной индукции — устанавливает связь между электрическими и магнитными явлениями, был открыт в 1831 году М. Фарадеем, в 1873 году закон был обобщен и развит Д.Максвеллом:

Если магнитный поток Ф, проходящий сквозь поверхность, ограниченную некоторым контуром, изменяется во времени t, в контуре индуцируется ЭДС e, равная скорости изменения потока

Рис. 2

Дальше >
Лекции по основам электротехники >

Источник: http://dprm.ru/elektrotehnika/osnovnye-terminy-i-opredelenia

Основы электротехники для начинающих

Содержание:

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.

Важно

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.

Совет

Существует определенная зависимость между основными величинами, отраженная в законе Ома, который будет рассмотрен подробно.

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.

Обратите внимание

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

Источник: https://electric-220.ru/news/osnovy_ehlektrotekhniki_dlja_nachinajushhikh/2016-12-03-1133

Основы электротехники и электроники

Вы здесь:

Типовые значения номиналов резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности стандартизированы. Они описываются в рядах номиналов E3, E6, E9, E12 и т.д.

Чтобы проверить симистор на исправность вам нужен мультиметр или лампочка с батарейкой и знание принципов работы элемента. В статье рассмотрены основные способы проверки.

Для выпрямления переменного тока используют диодный мост. В статье мы рассказываем, как он работает и где используется.

Виды и характеристики катушек индуктивности. Для чего нужны данные элементы цепи и как они устроены.

Как устроены фоторезисторы, какими характеристиками обладают и где применяются.

Основные виды и характеристики терморезисторов. Где используются данные элементы схемы и какой у них принцип работы.

Основные отличия трансформатора от автотрансформатора. Сравнение принципа работы, конструкции и области применения этих аппаратов.

Узнайте, как получают переменный ток в быту и на производстве. Из чего состоит генератор переменного тока и как он работает.

Читайте также:  Демаскирующие признаки объектов экономики

Устройство, принцип работы и назначение делителей напряжения.

Важно

Что собой представляет конденсатор, как он работает и где применяется. Основные виды и характеристики конденсаторов.

Классификация и основные характеристики резисторов. Как работает сопротивление в цепи и для чего применяется.

Польза и вред от электризации тел. Условия возникновения данного явления. Примеры применения электризации в жизни.

Простое объяснение понятий анод и катод. Как их легко определить и запомнить.

Формулы, позволяющие выполнить расчет мощности, зная силу тока и напряжение либо сопротивление и напряжение. Пример расчетных работ.

Основное отличие переменного тока от постоянного. Как получают каждый из этих токов.

Рассмотрение наиболее важных открытий сербского ученого — Николы Тесла. Изобретения, без которых невозможно было бы представить современный мир.

Формулы, с помощью которых вы можете рассчитать силу тока в цепи. Примеры решения популярных задач.

Формулировка закона сохранения электрического заряда. Опыт, который подтверждает действие этого закона.

Простое объяснение понятий активная, реактивная и полная мощность. В чем отличие этих мощностей и как их рассчитать.

Что собой представляет явление самоиндукции, как оно возникает и где может применяться. Польза и вред от самоиндукции.

Причины возникновения электрической дуги, польза и вред от нее. Где применяется электрическая дуга.

Совет

Простое объяснение закона Ампера и его применения на практике. Направление силы Ампера.

Явление гистерезиса активно используется в электронике, но при этом оказывает пагубное влияние в электротехнике. Так что же такое гистерезис? Об этом рассказывается в статье.

Простое объяснение понятия сила Лоренца. В чем она измеряется, как направлена и где применяется.

Электроника, электротехника, схемотехника и радиотехника – науки, с которыми обязательно должен быть ознакомлен каждый электрик, в том числе и самоучка.

В этом разделе сайта мы будем рассказывать вам об основных законах перечисленных наук, терминах, понятиях.

Помимо теории для вас мы предоставили пошаговые инструкции, которые вы сможете применять на практике, например, как выпаивать радиодетали из плат или же какие существуют условные обозначения на электрических схемах.

Используя предоставленную информацию вам станут понятны основы электротехники и электроники, тем более, что инструкции и определения у нас изложены в краткой форме. Если возникнут вопросы по теме, обязательно задавайте их в комментариях к соответствующим статьям или же через форму Вопрос-ответ!

Отдельно рекомендуем пройти тест по электротехнике и элеткронике, который покажет ваш уровень знаний данных дисциплин!

Источник: https://samelectrik.ru/baza-znanij/osnovy-elektrotexniki-i-elektroniki

Основы электричества, электротехники – раздел, категория сайта

Категория Основы электротехники является фундаментальным, теоретическим разделом который содержит в себе все те материалы и статьи, общая тематика которых тем или иным образом связана с базовыми понятиями по электричеству.  В нём хранятся элементарные основы, которые нам преподавались в школе  на уроках физики, а так же в теоретических курсах, специальных учебных заведений и ВУЗ-ах.

P.S. — Приятного времяпровождения на сайте Электро Хобби

Многие должны были слышать, что электрический ток бывает разный (постоянный, переменный).

Те, кто особо не знаком с темой электрики и электроники порой могут путаться в типах тока, когда подают электрическую энергию на то или иное электрооборудование.

Обратите внимание

Для одних устройств нужно именно постоянное напряжение (ток), другие же питаются только от переменного. Поскольку эти виды тока принципиально …

Подробнее…

Само название «дифференциальный» произошло от английского слова «different», что означает — отличный, другой, а в русском языке прижилось прочно название «электрический ток утечки». Так обозначают электрический ток, который стекает прямо в землю либо же на иные токопроводящие части (металлические основания и корпуса электроприборов) в неповрежденной электроцепи. …

Подробнее…

Как вода течет по водопроводу (по трубам, через краны, фильтры, счетчики и т.д.), так же электричество течет по цепи (проводам, электрическим и  электронным компонентам, через штекера и гнезда и т.д.). Электричество является одной из нескольких видов энергии, которая при своем течении может высвобождать свет, тепло, звук …

Подробнее…

Наиболее загадочным и малопонятным явлением в природе является магнетизм, который проявляет себя через различные виды полей. Электромагнитные поля представляют собой одну из разновидностей полей. Они состоят из смеси двух видов — электрические поля и магнитные. Про электрические поля мы поговорим в другой теме, а сейчас давайте с вами разберёмся …

Подробнее…

Силовые поля представляют собой особый вид материи, одной из разновидностей является магнитное поле. О его действии знает практически каждый человек. Ведь кто не сталкивался с обычными постоянными магнитиками? Вряд ли найдётся такой человек в современном обществе. А знаете ли вы, что именно наделяет магниты их специфическим действием? Думаю, не …

Подробнее…

В нашем мире мы все привыкли к тому, что материальные объекты взаимодействуют друг с другом по средствам прямого контакта (прикосновения). Мы видим это своими глазами, и значит это так. Но на самом деле это далеко не так. Любые материальные тела состоят из мельчайших элементарных частиц. Неотъемлемой составляющей всех частиц являются …

Подробнее…

В этой теме будет дано общее представление об этих природных (физических) явлениях и вкратце рассказано о каждом из них. Несмотря на то, что про существование электрических и магнитных полей известно многим людям, их истинная суть остается большой загадкой для современной науки. Они скрывают в себе множество тайн и новых возможностей …

Подробнее…

Источник: https://electrohobby.ru/osnovyi-elektrichestva/

Общие сведения об электротехнике

Общие сведения об электротехнике

Содержание

1.Основные понятия электротехники

2.Основные электрические величины

.Электрическая цепь и ее элементы

1.Основные понятия электротехники

Электротехника — наука о практическом использовании электрического тока.

Электротехника базируется на трех основных положениях:

1.Протекание электрического тока связано с различными явлениями (нагрев, свечение, механическая работа и т.п.). Но в электротехнике рассматриваются только электромагнитные процессы.

2.Электромагнитные процессы в общем случае описываются уравнениями Максвелл в интегральной или дифференциальной форме. И решение этих уравнений достаточно сложное.

Но так как в электротехнике рассматриваются синусоидальные колебания частотой до 50 кГц, то в пределах электрической цепи набега фазы (изменения фазы) практически не происходит.

Важно

В этом случае электромагнитные процессы в электрической цепи можно описывать алгебраическими уравнениями, составленными по законам Ома и Кирхгофа.

.Вокруг нас бесконечно большое количество различных электротехнических устройств. Все эти устройства представляются эквивалентными схемами замещения, состоящими из определенной комбинации пяти идеализированных элементов.

В электротехнике рассматриваются две основные задачи: задача анализа и задача синтеза.

— воздействие (входной сигнал)

— отклик цепи (выходной сигнал)

Задача анализа

Дано: 1. Электрическая цепь (схема цепи и параметры ее элементов).

. Воздействие.

Определить отклик цепи

Задача синтеза

Дано: 1. Воздействие.

. Отклик цепи.

Определить электрическую цепь.

Замечания:

.Все электрические величины обозначаются буквами латинского (но не английского) и греческого алфавита.

2.Все постоянные величины обозначаются большими заглавными буквами. Например: E, U, I. А переменные величины обозначаются малыми прописными буквами. Например: (u), (t), e(t). Но для сокращения записи в электротехнике допускается функции времени обозначать одной прописной буквой. Например: вместо (t) или u вместо u(t).

.В качестве приставок к единицам измерения в электротехнике используются следующие:

НазваниеОбозначениеЗначениепико нано микро милли кило мега гигаn н мк м к М Г10-12 10-9 10-6 10-3 103 106 109

Для размерности электрических величин используются первые буквы имен ученых.

Например:

электрическое сопротивление — Ом [Ом]

ток — А [Ампер]

частота -Гц [Герц] и т.д.

2.Основные электрические величины

Напряженность электрического поля — величина, численно равная силе электрического поля, действующей на единичный разряд, вносимый в это поле.

Е =

Электрический потенциал — величина, численно равная работе сил электрического поля по переносу единичного положительного заряда из данной точки поля в бесконечно удаленную точку, потенциал которой принят равным нулю.

φ =

Электрическое напряжение — разность потенциалов двух точек электрического поля.

= 1 — φ2

Электродвижущая сила (ЭДС) — величина, численно равная работе сторонних сил (не электрических) по переносу единичного положительного заряда внутри источника энергии от зажима с наименьшим потенциалом к зажиму с наибольшим потенциалом.

E =

Электрическая мощность — скорость изменения электромагнитной энергии.

P(t) =

Электрический ток — направленное движение носителей заряда (электронов, ионов или дырок) под действием электрического поля.

3.Электрическая цепь и ее элементы

электротехника цепь ток напряжение

Электрическая цепь — совокупность устройств, образующих путь для прохождения электрического тока, электромагнитные процессы в которой могут быть описаны с помощью понятий: ток, напряжение, электродвижущая сила.

Совет

Отдельные устройства, входящие в электрическую цепь и выполняющие определенные функции, называются элементами цепи. Элементы цепи бывают активными и пассивными. Активные элементы преобразуют неэлектрические виды энергии в электрическую. Пассивные элементы накапливают или рассеивают электромагнитную энергию.

Пассивные элементы бывают: активное сопротивление, индуктивность и емкость.

Активное сопротивление — пассивный идеализированный элемент, характеризующий безвозвратное потребление электромагнитной энергии, т.е. преобразование электромагнитной энергии в другие виды энергии, например в тепло.

Обозначается активное сопротивление:

Размерность: R

Замечание: для цепи постоянного тока активное сопротивление будем называть сопротивлением.

Иногда (для цепей с параллельным соединением элементов) удобнее пользоваться активной проводимостью.

Активная проводимость — величина обратная активному сопротивлению.

g =

Обозначается активная проводимость:

Размерность: g

Индуктивность — пассивный идеализированный элемент, накапливающий магнитную энергию.

Обозначается индуктивность:

Размерность:

Емкость — пассивный идеализированный элемент, накапливающий электрическую энергию.

Обозначается емкость:

Размерность: C [Ф]

Индуктивность и емкость

Источник: https://www.studsell.com/view/95476/

Предмет, основные разделы и понятия теоретических основ электротехники

Предметом изучения в дисциплине «Теоретические основы электротехники» (ТОЭ) являются электромагнитные явления и процессы в устройствах и системах электроэнергетики, электротехники и электрофизики.

Помимо самостоятельной ценности эта дисциплина призвана обеспечить фундаментальные знания, язык и методологию, необходимые для специальных дисциплин в инженерном образовании электроэнергетиков, электротехников и электрофизиков.

Основными разделами ТОЭ являются: «Теория электромагнитного поля» и «Теория электрических цепей», и соответственно важнейшими понятиями являются понятия электромагнитного поля и электрической цепи.

Электромагнитное поле — это особый вид материи (вещества), отличающийся непрерывным распределением в пространстве, обнаруживающий дискретность структуры (кванты излученного электромагнитного поля) и характеризующийся способностью оказывать на заряженные частицы силовое воздействие, зависящее от их скорости.

Обратите внимание

Заметим, что всякая электрически заряженная частица, в том числе элементарная отрицательно заряженная частица — электрон или элементарная положительно заряженная частица — протон, окружена электромагнитным полем, составляющим с ней одно целое.

Читайте также:  Всемирный день гражданской обороны

Однако электромагнитное поле может существовать и в свободном состоянии, отдаленном от заряженных частиц, в виде движущихся со скоростью, близкой к 3 · 108 м/с, фотонов или электромагнитных волн. Электромагнитное поле является носителем определенного количества энергии, которая способна преобразовываться в другие виды энергии — механическую, тепловую и т.п.

Являясь носителем энергии, поле обладает и определенной массой. Следует заметить, что плотность этой массы в обычных электромагнитных полях весьма невелика. Поэтому на практике этой характеристикой поля обычно не интересуются, сосредоточивая внимание на энергетической стороне рассматриваемых явлений.

При изучении электромагнитных явлений принято выделять две стороны — электрическую и магнитную, между которыми существует тесная связь. В соответствии с этим выделяются и две стороны электромагнитного поля — электрическое поле и магнитное поле.

Электрическое поле — это одна из двух сторон электромагнитного поля, обусловленная электрическими зарядами и изменением магнитного поля, оказывающая силовое воздействие на неподвижные заряженные тела и частицы.

Для выявления этого поля необходимо рассмотреть неподвижное заряженное тело, поскольку на движущееся тело воздействует не только электрическое, но и магнитное поле. Здесь под зарядом тела понимается совокупный заряд его электрически заряженных частиц.

При избытке элементарных заряженных частиц одного знака заряду тела приписывается именно этот знак — отрицательный (при избытке электронов) или положительный (при избытке протонов). Исследуем поле некоторого основного тела с зарядом q.

Для этого в различные точки окрестности этого тела будем помещать пробное точечное тело (т.е. тело со столь малыми размерами, что в его пределах исследуемое поле можно считать однородным) с положительным зарядом q0.

В каждой такой точке на пробное тело будет действовать механическая сила, позволяющая определить основную физическую векторную величину, характеризующую электрическое поле, называемую его напряженностью (рис. 1.1) и равную отношению силы, действующей на точечный электрический заряд в данной точке пространства, к значению этого заряда.*

Важно

Таким образом,. Рассмотренный случай электрического поля, обусловленного исключительно неподвижными зарядами, называют также электростатическим полем.

Магнитное поле — одна из двух сторон электромагнитного поля, обусловленная движущимися заряженными частицами и изменением электрического поля, оказывающая силовое воздействие на движущиеся заряженные частицы и выявляемая по силовому воздействию, направленному нормально к направлению движения этих частиц и пропорциональному их скорости.

Для иллюстрации этой стороны электромагнитного поля можно расположить магнитную стрелку вблизи от намагниченных тел или неподвижных проводников с неизменными во времени, т.е. постоянными, токами.

В создаваемом этими телами или проводниками соответственно магнитостатическом или стационарном магнитном поле северный конец магнитной стрелки укажет направление основной силовой характеристики магнитного поля — его магнитной индукции(рис. 1.2).

Для количественного определения этой физической величины необходимо рассмотреть движущиеся заряды, например, по некоторому проводнику длиной l. Напомним, что движение зарядов называют электрическим током.

Пусть— вектор, имеющий длину, равную длине отрезка проводника l, и направленный по оси проводника в направлении тока i, a q — заряд в объеме проводника, движущийся вдоль его оси со скоростью. Если заряд q проходит путь l за время t, то, a i = q/t.

При этом оказывается, что на проводник с током, расположенный в магнитном поле, действует сила, значение которой пропорционально току i (или заряду q), а направление перпендикулярно оси проводника. Существует определенное направление (обозначим его единичным вектором), такое, что если ось проводника оказывается перпендикулярной этому направлению, то силабудет максимальной по значению. Именно это направление указала бы магнитная стрелка, будь она расположена на оси проводника. При этом направлениебудет перпендикулярным как вектору, так и вектору(рис. 1.3).

Магнитная индукция — векторная величина, направление которой совпадает с направлением единичного вектора. В общем случае силаопределяется из соотношенияили, где [,] — знак векторного умножения.

Если направление проводника с током выбрано таким образом, что силаоказывается максимальной по значению (т.е. когда векторы,,взаимоперпендикулярны — см. выше), то магнитная индукция находится какили

Выделение из электромагнитного поля двух сторон — электрического поля и магнитного поля оказывается весьма удобным по методическим соображениям.

Кроме того, в инженерной практике встречаются ситуации, когда фактически проявляется только одна из этих сторон [как, например, в случае электростатического или магнитостатического поля (см. выше)]. Но в общем случае эти две стороны взаимосвязаны и проявляются совместно.

Совет

Так, на движущуюся в электрическом поле частицу с зарядом q и скоростьюдействует сила Лоренца, одна из составляющих которойобусловливается электрическим, а другая— магнитным полем.

Познакомимся теперь с рядом понятий — электрическим напряжением, разностью электрических потенциалов и электродвижущей силой, связанных с электрическим полем и необходимых для знакомства с основными понятиями теории электрических цепей.

Пусть частица с зарядом q переносится в электрическом поле из точки А в точку В вдоль некоторого пути (рис. 1.4). Действующие на нее силы совершают работу А, значение которой пропорционально заряду q, а именно А = qUAB, где величину UAB называют электрическим напряжением.

Электрическое напряжение — это физическая величина, характеризующая электрическое поле вдоль рассматриваемого пути и равная линейному интегралу напряженности электрического поля вдоль этого пути. В нашем случае (рис. 1.4). Заметим, что в электростатическом поле интеграл не зависит от выбора пути между точками А и В, т.е.(рис. 1.5).

При этом величину, равную этому интегралу, называют разностью электрических потенциалов точек А и В и обозначают.

В электростатическом поле понятие напряжения между двумя точками тождественно понятию разности потенциалов: UAB = UAUB.

При этом если в поле выбрана некоторая особая точка Р (часто это бесконечно удаленная точка), тогда значение интеграланазывают электрическим потенциалом точки А.

Если электрическое поле в каждой точке может быть охарактеризовано с точностью до некоторого постоянного значения электрическим потенциалом (как, например, электростатическое поле), то такое поле называют потенциальным полем, в противном случае непотенциальным или вихревым полем.

В потенциальных полях линейный интеграл напряженности по любому замкнутому контуру (в частности, контуру AnBmA на рис. 1.5) равен нулю:(в частности,). В непотенциальных полях существуют области пространства, в которых.

Тогда говорят, что в рассматриваемом контуре действует электродвижущая сила е (сокращенно ЭДС). Источниками таких сил являются, например, электрические генераторы, гальванические элементы, аккумуляторы, термоэлементы и т.п. В этих источниках происходит преобразование энергии какого-либо вида (энергии механического движения, химической, тепловой и т.п.) в электромагнитную, в связи с чем их называют также источниками энергии.

Обратите внимание

Заметим, что особенности проявления электрических и магнитных полей в веществах, в том числе применяемых в электротехнических, электроэнергетических и электрофизических устройствах, определяемые свойствами этих веществ, позволяют провести классификацию этих веществ. Так, все вещества по их электрическим свойствам могут быть разделены на три основных класса — проводящие вещества (проводники), изолирующие вещества (диэлектрики) и полупроводящие вещества (полупроводники).

Проводящими веществами являются такие, в которых существуют в значительном количестве обладающие зарядом свободные элементарные частицы (электроны или положительные и отрицательные ионы), приходящие в упорядоченное движение под действием электрического поля и образующие тем самым в таком веществе упорядоченный электрический ток.

Основным свойством таких веществ является электропроводность, т.е. свойство проводить электрический ток под действием электрического поля. Электрический ток в проводниках называют током проводимости.

Проводящими веществами являются металлы, растворы кислот, щелочей, все влажные предметы, как проводник можно рассматривать и человеческое тело.

Диэлектриками называются вещества, в которых свободные частицы, обладающие зарядом, имеются в ничтожном количестве и на первый план выступает явление поляризации.

Суть ее заключается в том, что под действием механических сил, обусловленных внешним электрическим полем, частицы молекул, обладающие положительным зарядом, смещаются в сторону поля (в сторону направления вектора), а частицы, обладающие отрицательным зарядом, смещаются в противоположную сторону.

Если напряженность электрического поля не чрезмерно велика, то эти частицы разойтись не могут, так как они удерживаются внутриатомными и внутримолекулярными силами.

Считается, что электропроводностью диэлектрики не обладают, но при внесении их в переменное электрическое поле, напряженность которого меняет во времени не только значение, но и направление, вызванное ей движение зарядов в диэлектрике рассматривается как электрический ток, называемый током смещения. К диэлектрикам относятся фарфор, слюда, некоторые масла, сухое дерево. Следует отметить, что идеальных диэлектриков нет, практически все эти вещества в некоторой, но очень незначительной мере обладают свойством электропроводности.

Полупроводящие вещества занимают по значению своей электропроводности промежуточное положение между проводящими веществами и диэлектриками и отличаются рядом специфических свойств, связанных с существованием в них не только электропроводности, обусловленной электронами проводимости, но и электропроводности, обусловленной перемещением под действием электрического поля так называемых «дырок», т.е. незанятых валентными электронами мест в атомах, что эквивалентно перемещению положительных частиц с зарядом, равным по абсолютному значению заряду электрона. Вещества, обладающие подобными свойствами, производятся, например, на основе соединений селена, германия, кремния. Подобные свойства позволяют создавать на основе этих материалов большие группы полупроводниковых приборов, обладающих весьма важными характеристиками, а именно свойствами управления электропроводностью этих приборов. Полупроводниковые приборы — основа современной электроники, находят все большее распространение и в современной электротехнике и электроэнергетике.

Прежде чем перейти к рассмотрению другого важнейшего понятия ТОЭ — электрической цепи, отметим, что использованные выше физические величины принято характеризовать определенными единицами, относящимися к интернациональной системе единиц (СИ), которая содержит семь основных единиц, четыре из которых: метр (1 м) — единица длины; килограмм (1 кг) — единица массы; секунда (1 с) — единица времени; ампер (1 А) — единица силы электрического тока, необходимы для описания всех электромагнитных величин. Другими важными единицами являются: кулон (1 Кл) — единица заряда (1 Кл = 1 А · 1 с), вольт (1 В) — единица напряжения, потенциала, ЭДС; вебер (1 Вб) — единица магнитной индукции.*

Локализацию магнитного поля в ограниченной области пространства, образованного рядом физических устройств, иногда можно описывать более упрощенно, не прибегая к таким понятиям, как магнитная индукция или напряженность электрического поля. В этом случае говорят об электрических цепях. Точнее, совокупность устройств, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий об электродвижущей силе, токе и напряжении, называют электрической цепью.

Дата добавления: 2016-07-05; просмотров: 1649;

Источник: https://poznayka.org/s29687t1.html

Ссылка на основную публикацию