Какая область знания об электричестве называется электротехникой ответ кратко

Обновлено: 04.07.2024

Электротехника - этo нaукa o прoцeссax, связaнныx с прaктичeским примeнeниeм элeктричeскиx и мaгнитныx явлeний. Тaк жe электротехникой нaзывaют oтрaсль тexники, кoтoрaя примeняeт иx в прoмышлeннoсти, мeдицинe, вoeннoм дeлe и т. д.

Бoльшoe знaчeниe электротехники вo всex oблaстяx дeятeльнoсти чeлoвeкa oбъясняeтся прeимущeствaми элeктричeскoй энeргии пeрeд другими видaми энeргии, a имeннo:

§ элeктричeскую энeргию лeгкo прeoбрaзoвaть в другиe виды энeргии (мexaничeскую, тeплoвую, свeтoвую, xимичeскую и др.), и нaoбoрoт, в элeктричeскую энeргию лeгкo прeoбрaзуются любыe другиe виды энeргии;

§ элeктричeскую энeргию мoжнo пeрeдaвaть прaктичeски нa любыe рaсстoяния, чем и занимается электротехника. Этo дaeт вoзмoжнoсть стрoить элeктрoстaнции в мeстax, гдe имeются прирoдныe энeргeтичeскиe рeсурсы, и пeрeдaвaть элeктричeскую энeргию в мeстa, гдe рaспoлoжeны истoчники прoмышлeннoгo сырья, нo нeт мeстнoй энeргeтичeскoй бaзы;

§ элeктричeскую энeргию удoбнo дрoбить нa любыe чaсти в элeктричeскиx цeпяx (мoщнoсть приeмникoв элeктрoэнeргии мoжeт быть oт дoлeй вaттa дo тысяч килoвaтт);

§ прoцeссы пoлучeния, пeрeдaчи и пoтрeблeния элeктрoэнeргии лeгкo пoддaются aвтoмaтизaции в электротехнике;

§ прoцeссы, в кoтoрыx испoльзуeтся элeктричeскaя энeргия, дoпускaют прoстoe упрaвлeниe (нaжaтиe кнoпки, выключaтeля и т. д.)

Применение электротехники

В электротехнике осoбo слeдуeт oтмeтить сущeствeннoe удoбствo примeнeния элeктричeскoй энeргии при aвтoмaтизaции прoизвoдствeнныx прoцeссoв, блaгoдaря тoчнoсти и чувствитeльнoсти элeктричeскиx мeтoдoв кoнтрoля и упрaвлeния. Испoльзoвaниe элeктричeскoй энeргии пoзвoлилo пoвысить прoизвoдитeльнoсть трудa вo всex oблaстяx дeятeльнoсти чeлoвeкa, электротехника aвтoмaтизирoвaла пoчти всe тexнoлoгичeскиe прoцeссы в прoмышлeннoсти, нa трaнспoртe, в сeльскoм xoзяйствe и в быту, a тaкжe сoздaла кoмфoрт в прoизвoдствeнныx и жилыx пoмeщeнияx. Крoмe тoгo, электротехника широко использует элeктричeскую энeргию в тexнoлoгичeскиx устaнoвкax для нaгрeвa издeлий, плaвлeния мeтaллoв, свaрки, элeктрoлизa, пoлучeния плaзмы, пoлучeния нoвыx мaтeриaлoв с пoмoщью элeктрoxимии, oчистки мaтeриaлoв и гaзoв и т. д.

В нaстoящee врeмя элeктричeскaя энeргия являeтся прaктичeски eдинствeнным видoм энeргии для искусствeннoгo oсвeщeния. Мoжнo скaзaть, чтo бeз элeктричeскoй энeргии нeвoзмoжнa нoрмaльнaя жизнь сoврeмeннoгo oбщeствa.

Чтo тaкoe электротехника

Электротехника - этo нaукa o прoцeссax, связaнныx с прaктичeским примeнeниeм элeктричeскиx и мaгнитныx явлeний. Тaк жe электротехникой нaзывaют oтрaсль тexники, кoтoрaя примeняeт иx в прoмышлeннoсти, мeдицинe, вoeннoм дeлe и т. д.

Бoльшoe знaчeниe электротехники вo всex oблaстяx дeятeльнoсти чeлoвeкa oбъясняeтся прeимущeствaми элeктричeскoй энeргии пeрeд другими видaми энeргии, a имeннo:

§ элeктричeскую энeргию лeгкo прeoбрaзoвaть в другиe виды энeргии (мexaничeскую, тeплoвую, свeтoвую, xимичeскую и др.), и нaoбoрoт, в элeктричeскую энeргию лeгкo прeoбрaзуются любыe другиe виды энeргии;

§ элeктричeскую энeргию мoжнo пeрeдaвaть прaктичeски нa любыe рaсстoяния, чем и занимается электротехника. Этo дaeт вoзмoжнoсть стрoить элeктрoстaнции в мeстax, гдe имeются прирoдныe энeргeтичeскиe рeсурсы, и пeрeдaвaть элeктричeскую энeргию в мeстa, гдe рaспoлoжeны истoчники прoмышлeннoгo сырья, нo нeт мeстнoй энeргeтичeскoй бaзы;

§ элeктричeскую энeргию удoбнo дрoбить нa любыe чaсти в элeктричeскиx цeпяx (мoщнoсть приeмникoв элeктрoэнeргии мoжeт быть oт дoлeй вaттa дo тысяч килoвaтт);

§ прoцeссы пoлучeния, пeрeдaчи и пoтрeблeния элeктрoэнeргии лeгкo пoддaются aвтoмaтизaции в электротехнике;

§ прoцeссы, в кoтoрыx испoльзуeтся элeктричeскaя энeргия, дoпускaют прoстoe упрaвлeниe (нaжaтиe кнoпки, выключaтeля и т. д.)

Применение электротехники

В электротехнике осoбo слeдуeт oтмeтить сущeствeннoe удoбствo примeнeния элeктричeскoй энeргии при aвтoмaтизaции прoизвoдствeнныx прoцeссoв, блaгoдaря тoчнoсти и чувствитeльнoсти элeктричeскиx мeтoдoв кoнтрoля и упрaвлeния. Испoльзoвaниe элeктричeскoй энeргии пoзвoлилo пoвысить прoизвoдитeльнoсть трудa вo всex oблaстяx дeятeльнoсти чeлoвeкa, электротехника aвтoмaтизирoвaла пoчти всe тexнoлoгичeскиe прoцeссы в прoмышлeннoсти, нa трaнспoртe, в сeльскoм xoзяйствe и в быту, a тaкжe сoздaла кoмфoрт в прoизвoдствeнныx и жилыx пoмeщeнияx. Крoмe тoгo, электротехника широко использует элeктричeскую энeргию в тexнoлoгичeскиx устaнoвкax для нaгрeвa издeлий, плaвлeния мeтaллoв, свaрки, элeктрoлизa, пoлучeния плaзмы, пoлучeния нoвыx мaтeриaлoв с пoмoщью элeктрoxимии, oчистки мaтeриaлoв и гaзoв и т. д.

В нaстoящee врeмя элeктричeскaя энeргия являeтся прaктичeски eдинствeнным видoм энeргии для искусствeннoгo oсвeщeния. Мoжнo скaзaть, чтo бeз элeктричeскoй энeргии нeвoзмoжнa нoрмaльнaя жизнь сoврeмeннoгo oбщeствa.

Основы электротехники

Каждый день человек сталкивается с электричеством. Оно используется во всех частных домах и квартирах, на производстве, в офисных и промышленных помещениях. Изучением этого понятия занимается наука электротехника. Её основы изучают в школьном курсе физики, поэтому о том, как проложить проводку, распределить напряжение на бытовые приборы, знают даже ученики средних классов.

Значение электричества

Как обучают будущих электриков

Каждое вещество состоит из определённого количества молекул, которые делятся на атомы. У самой мелкой частицы есть ядро, вокруг него постоянно передвигаются протоны и электроны с положительными и отрицательными зарядами. Когда два элемента находятся близко друг к другу, то между ними образуется разность потенциалов. Это приводит к появлению электрического заряда, при котором электроны двигаются от одной материи к другой. Так появляется электричество — энергия, которую вызывает движение отрицательных зарядов.

Наука электротехника

На первых занятиях ТОЭ студенты изучают основы электрического тока, его определение, разбираются свойства, сферы использования и характеристики. Затем рассказывают студентам о магнитных полях, приборах, которые получают питание от сети. Необязательно получать специальное образование в институте или колледже. Разобраться с работой электрической проводки можно самостоятельно.

Достаточно изучить сайты по электротехнике, несколько учебников или посмотреть видеоуроки. В быту этих знаний хватит для замены лампы в светильнике или ремонта электрического чайника. Но если есть желание профессионально работать с током, то необходимо получить специальное образование. Диплом позволит получить официальный допуск к таким занятиям.

Основные понятия

При изучении основ электротехники и электроники используют много формул и вычислений. В науке есть три основных понятия:

  • сопротивление;
  • сила тока;
  • напряжение.

Электротехника и электроника

Силой тока называют определённое количество заряда, который протекает через проводящее вещество за конкретный период. То есть это число электронов, проходящее из одного конца проводника в другой. Этот показатель считается самым опасным для жизни человека. Если взяться руками за голый провод, то электроны пройдут через живое тело. От их количества напрямую зависят повреждения, так как заряд выделяет тепло и активирует некоторые химические реакции, вредящие здоровью человека.

Но для того чтобы электричество свободно передвигалось по проводам, необходимо присутствие напряжения и разности потенциалов. Эти показатели должны быть постоянными, для чего электрическую цепь предварительно замыкают. На одном её конце располагается источник питания, который и отвечает за непрерывное движение электронов.

Третий параметр — сопротивление — физическая характеристика вещества, которая показывает способность к проведению заряда. Чем ниже этот показатель, тем больше электронов может пройти по проводнику за определённый период. С уменьшением сопротивления увеличивается сила тока. Высокий показатель величины снижает электричество, но нагревает проводник, что может привести к возгоранию.

Подразделы и темы

Электротехника и электроника как основа физики

Понять то, что изучает электротехника, поможет перечень подразделов и тем, которые проходят в колледжах. Главная составляющая науки — это электромеханика. Она позволяет студентам узнать принципы работы тех устройств, которые получают питание от электричества. После этих занятий можно заняться ремонтом и даже проектированием оборудования.

На занятиях проходят особенности превращения электрической энергии в механическую с помощью двигателя или специального станка. Затем изучают обратные процессы, то есть работу трансформаторов и генераторов тока. Без знаний об электрических цепях, принципов их функционирования и других вопросов, которые охватывает основная дисциплина, невозможно начать изучение электромеханики.

К основным темам по электротехнике относят:

Меры безопасности при работе с электричеством

  • основы дисциплины;
  • цепи постоянного электрического тока;
  • магнитные цепи и электромагнитная индукция;
  • принципы переменного тока;
  • переходные процессы в электрических цепях с сосредоточенными показателями;
  • распределённые параметры;
  • приборы электроизмерительные;
  • силовые машины;
  • информационные приборы;
  • полупроводниковые материалы;
  • интегральные микросхемы;
  • первичные и вторичные источники питания;
  • теория электропривода;
  • микропроцессорные устройства;
  • радиотехника и приборы СВЧ.

Со всеми этими темами студенты знакомятся на занятиях, изучают основные формулы, проводят вычисления и лабораторные работы. Преподаватель должен объяснить всю теорию по дисциплине и показать работу электрического тока на практике.

Меры безопасности

Когда проходят практические занятия по изучению электротехники, необходимо позаботиться о безопасности учащихся. Ведь несоблюдение некоторых правил может привести к травмам и даже смертельным исходам. Основы работы с приборами, питающимися от сети:

  • ознакомление с инструкцией;
  • проверка изоляции проводников;
  • диагностика электросети.

Обучение основ электротехнике

Перед работой студенты обязательно должны прочесть инструкцию к каждому прибору. Без выполнения этого правила нельзя подключать устройства к сети. Особое внимание уделяют разделу, в котором описываются вопросы безопасности. Затем контролируют изоляцию проводников. Обычно все провода покрываются специальными материалами, которые не пропускают электричество, — диэлектриками или изоляторами. Если это покрытие повреждено, то его необходимо восстановить, в противном случае возможно возникновение травм.

Работу по восстановлению изоляции нужно проводить в специальном защитном костюме, который не проводит ток — резиновые перчатки и диэлектрические ботинки. Для выполнения третьего правила — проверки функционирования электрических сетей — используют только специальные инструменты. Не прикасаются к источникам голыми руками и металлическими предметами. Причинами травм и смертельных случаев электриков обычно становится невыполнение этих правил. Каждый день перед работой специалисты перечитывают инструкцию и ставят свою подпись, соглашаясь с тем, что они ознакомлены с правилами и готовы их выполнять.

Для того чтобы получить хоть какое-то представление об электричестве и приборах, которые с его помощью работаю, нужно изучить науку электротехники или ознакомиться с её основами. Особое внимание уделяют технике безопасности, так как нужно избежать травм во время работы.

Человек с давних времен стремился использовать силы природы, или, другими словами, её энергию. В природе существуют различные виды энергии: механическая, тепловая, химическая, электрическая, световая, атомная и др. Первоначально человек освоил в основном механическую и тепловую, но по мере развития цивилизации эти виды энергии не могли уже удовлетворять все потребности общества.

В XX веке основным видом энергии, применяемой человеком, становится электрическая энергия, обладающая рядом очевидных преимуществ. С одной стороны, она относительно просто добывается, с другой — легко преобразуется в другие виды энергии (механическую, тепловую, химическую, световую). Электрическую энергию можно передавать на большие расстояния с незначительными потерями. Например, потери высоковольтных линий передачи электроэнергии не превышают 4%. При этом её легко распределять между отдельными потребителями (жилыми домами, заводами и учреждениями) и учитывать расходование с помощью счётчиков. И наконец, на месте непосредственного использования электроэнергия не создаёт загрязнения.

Электричество даёт нам тепло, свет и механическую энергию — надо только щёлкнуть выключателем. В наши дни человек уже не может обойтись без электрической энергии ни в быту, ни на производстве, ни в космосе. Она стала основой технического прогресса современного общества.

Эксплуатацией и ремонтом электрооборудования занято значительно больше рабочих, чем в любой другой производственной отрасли. Специалисты, отвечающие за работу электрических устройств (электромонтёры), должны поддерживать в исправном состоянии бесчисленное количество работающих на благо человека электрических машин — от мелких приборов до электрооборудования предприятий и гигантских систем электроснабжения.

В этой области техники трудятся опытные специалисты, обеспечивающие необходимый контроль, обслуживание и ремонт электропроводов, генераторов, двигателей, трансформаторов, систем защиты и бытовой техники. Каждый вид работ по обслуживанию электроустановок и приборов требует наличия специальной подготовки в технических училищах или лицеях, техникумах и на курсах при предприятиях.

Наука о получении, передаче и применении электрической энергии в практических целях называется электротехникой. Школьники изучают лишь её основы, тем не менее эти знания помогут не только в дальнейшем освоении электротехнических профессий, но и в повседневных бытовых ситуациях, связанных с использованием электричества. Знание электротехники необходимо и при работе в других отраслях экономики, таких как связь, радиовещание и телевидение, автоматика и телемеханика, электрометаллургия, электрохимия и др.

Каждый человек должен обладать минимумом основных навыков по электротехнике, чтобы уметь грамотно эксплуатировать электросеть, правильно выбрать новое электрооборудование для своей квартиры или офиса, выполнить мелкий ремонт проводки, бытовых приборов, электрической системы своего автомобиля и т. д. При этом он должен твёрдо знать правила электробезопасности, чтобы своими действиями не нанести вреда себе и окружающим.

Новые слова и понятия

Электрическая энергия, технический прогресс, электротехника, электробезопасность.

Электротехника – область науки и техники, использующей электрическое и магнитное явления для практических целей.

Электрический ток

История развития этой науки занимает два столетия. Она началась после изобретения первого электрохимического источника электрической энергии в 1799 г. Именно тогда началось изучение свойств электрического тока, были установлены основные законы электрических цепей, электрические и магнитные явления стали использоваться для практических целей, были разработаны первые конструкции электрических машин и приборов. Жизнь современного человека, без использования электрической энергии, немыслима.

Все возрастающая потребность в использовании электрической энергии привело к проблеме ее централизованного производства, передачи на дальние расстояния, распределения и экономичного использования. Решение проблемы привело к разработке и созданию трехфазных электрических цепей. Огромная заслуга в создании элементов таких цепей принадлежит выдающемуся русскому ученому М.О. Доливо-Добровольскому. Он создал трехфазный асинхронный двигатель, трансформатор, разработал четырехпроводную и трехпроводную цепи (1891г.).

Сегодня электрическая энергия используется в технике связи, автоматике, измерительной технике, навигации. Она применяется для выполнения механической работы, нагрева, освещения, используется в технологических процессах (электролиз), в медицине, биологии, астрономии, геологии и др. Столь обширное проникновение электротехники в жизнь человека привело к необходимости включить ее в состав общетехнических дисциплин при подготовке специалистов всех технических специальностей. При этом перед студентами стоит главная задача – ознакомиться и усвоить физическую сущность электрических и магнитных явлений. Это позволит понять принципы работы электромагнитных устройств, правильно их эксплуатировать.

Электрическая цепь и ее элементы

Электрическая цепь

Электротехническое устройство и происходящие в нем физические процессы в теории электротехники заменяют расчетным эквивалентом – электрической цепью.

Электрическая цепь – это совокупность соединенных друг с другом проводниками источников электрической энергии и нагрузок, по которым может протекать электрический ток. Электромагнитные процессы в электрической цепи можно описать с помощью понятий ток, напряжение, ЭДС, сопротивление, проводимость, индуктивность, емкость.

Электрический ток может быть постоянным и переменным.

Постоянным называют ток, неизменный во времени. Он представляет направленное упорядоченное движение носителей электрического заряда. Как известно из курса физики, носителями зарядов в металлах являются электроны, в полупроводниках электроны и дырки (ионы), в жидкостях – ионы.

Упорядоченное движение носителей зарядов в проводниках вызывается электрическим полем. Поле создается источниками электрической энергии. Источник преобразует химическую, механическую, кинематическую, световую или другую энергию в электрическую. Он характеризуется ЭДС (электронно-движущая сила) и внутренним сопротивлением. ЭДС источника может быть постоянной или переменной во времени. Переменная ЭДС может изменяться во времени по любому физически реализуемому закону. Ток, протекающий по цепи под воздействием переменной ЭДС также переменный.

Постоянный ток принято обозначать буквой I,

  • переменный i(t);
  • постоянную ЭДС – Е,
  • переменную е(t),
  • сопротивление – R,
  • проводимость -g.

В международной системе единиц (СИ) ток измеряют в амперах (А), ЭДС – в вольтах (В), сопротивление в омах (Ом), проводимость – в сименсах (См).

При анализе электрических цепей, как правило оценивают значение токов, напряжений и мощностей. В этом случае нет необходимости учитывать конкретное устройство различных нагрузок. Важно знать лишь их сопротивление – R, индуктивность – L, или емкость – С. Такие элементы цепи называют приемниками электрической энергии .

Для включения и отключения элементов электрических цепей применяют коммутационную аппаратуру (рубильники, выключатели, тумблеры). Кроме этих элементов в электрическую цепь могут включаться электрические приборы для измерения тока, напряжения, мощности.

Изображение электрической цепи с помощью условных графических обозначений называют электрической схемой .

Зависимость тока, протекающего по сопротивлению, от напряжения на этом сопротивлении принято называть вольтамперной характеристикой.

Приемники электрической энергии, вольтамперные характеристики которых являются прямыми линиями называются линейными , а электрические цепи только с линейными элементами – линейными электрическими цепями .

Электрические цепи с нелинейными элементами называются нелинейными электрическими цепями .

Источники электрической энергии

Одной из основных характеристик источников электрической энергии является ЭДС. Количественно ЭДС характеризуется работой А, которая совершается при перемещении заряда в 1 Кл в пределах источника.

Графически ЭДС изображают стрелкой в кружке. Направление стрелки совпадает с направлением ЭДС.

Перемещение заряда определяет ток источника. Прохождение тока сопровождается потерями на нагрев источника. Количественно потери удобно определять внутренним сопротивлением Rвн. Поэтому условное графическое обозначение источника ЭДС представляет последовательное включение ЭДС Е и внутреннего сопротивления Rвн.

Символами 1 – 1’ обозначаются зажимы источника. Разность потенциалов на зажимах источника называется напряжением U [B]. Стрелками показываются положительные направления тока и напряжения. Когда ключ К разомкнут, ток в цепи равен нулю и напряжение на зажимах источника равно ЭДС.

Замыкаем ключ К. В цепи возникнет ток:

При этом напряжение на зажимах источника будет равно:

Если у источника ЭДС Rвн = 0, то вольтамперная характеристика его будет в виде прямой . Такой источник называют идеальным. Напряжение на зажимах такого источника не зависит от тока.

Если у некоторого источника увеличивать Е и Rвн до бесконечности, Такой источник питания называют источником тока. Ток источника не зависит от сопротивления нагрузки. Реальный источник тока имеет конечные значения Е и Rвн.

При расчете электрических цепей реальный источник электрической энергии с конечными Е и Rвн заменяют источником ЭДС или источником тока.

Источники питания могут иметь постоянную ЭДС – Е или переменную е(t) , изменяющуюся во времени по заданному закону.

В первом случае в цепи протекает постоянный ток и она называется цепью постоянного тока . Во втором случае ток i(t) и напряжение u(t) переменные, поэтому цепь называется цепью переменного тока . В электротехнике чаще других применяется синусоидальные ток и напряжение.

Приемники электрической энергии.

Приемники электрической энергии делятся на пассивные и активные.

Пассивными называют приемники в которых не возникает ЭДС. Вольтамперные характеристики пассивных приемников проходят через начало координат. При отсутствия напряжения ток этих элементов равен нулю. Основной характеристикой пассивных элементов является сопротивление. Пассивные элементы, сопротивление которых не зависит от приложенного напряжения называются линейными. Реально таких элементов не существует. Но весьма близки к ним резисторы, реостаты, лампы накаливания и др. Зависимость напряжения от тока в таких элементах определяется законом Ома, т.е. U = I*R, где R – сопротивление элемента. Эта зависимость не меняется, если напряжение и ток – переменное.

Основным параметром индуктивного элемента является индуктивность – L. Единица измерения – генри [Г]. Если через индуктивность L протекает постоянный ток I, то в ней возникает постоянное во времени потокосцепление самоиндукции.

Будем полагать, что элемент L идеальный, т.е. сопротивление витков r отсутствует. Очевидно, что при этом падение напряжения на элементе равно нулю.

Кроме пассивных, в электротехнике применяются активные приемники. К ним относятся электродвигатели, аккумуляторы в процессе их заряда и др. В цепи переменного тока при определенных условиях роль активных элементов выполняют индуктивность и емкость. В активных элементах возникает противо – ЭДС Е. Приложенное к приемнику напряжение уравновешивается противо-ЭДС и падением напряжения на сопротивлении элемента, т.е.:

Основные топологические понятия и определения

Основными топологическими понятиями теории электрических цепей являются ветвь, узел, контур, двухполюсник, четырехполюсник, граф схемы электрических цепей, дерево и связь графо схемы. Рассмотрим некоторые из них.

Ветвью называют участок электрической цепи с одним и тем же током. Она может состоять из одного или нескольких последовательно включенных элементов.

Узлом называют место соединения трех и более ветвей. Узел обозначается на схеме точкой. Узлы, имеющие равные потенциалы, объединяются в один потенциальный узел.

Контуром называют замкнутый путь, проходящий через несколько ветвей и узлов электрической цепи.

Независимым называется контур, в состав которого входит хотя бы одна ветвь, не принадлежащая соседним контурам.

Двухполюсником называют часть электрической цепи с двумя выделенными зажимами – полюсами. Двухполюсник обозначают прямоугольником с индексами А или П. А – активный двухполюсник, в составе которого есть источники ЭДС. П – пассивный двухполюсник.

Закон Ома и Кирхгофа

Все электрические цепи подчиняются законам Ома и Кирхгофа. Краткая информация об этих законах заключается в следующем.

Закон Ома для участка цепи без ЭДС устанавливает связь между током и напряжением на этом участке:

или Закон Ома для участка цепи, содержащего ЭДС позволяет найти ток этого участка

здесь а, б – крайние точки участка; Е – значение ЭДС.

Первый закон Кирхгофа имеет две формулировки.

1) Сумма токов протекающих через любой узел равна нулю.

2) Сумма токов втекающих в узел равна сумме токов вытекающих из него.

Второй закон Кирхгофа:

Алгебраическая сумма падений напряжения в любом замкнутом контуре равна алгебраической сумме ЭДС вдоль этого контура, т.е.

Электрические цепи постоянного и переменного тока

Чтобы в электрической цепи протекал переменный ток, цепь должна быть присоединена к источнику переменной ЭДС. Она выступает здесь в роли периодической вынуждающей силы, и ток в цепи совершает вынужденные колебания, разумеется, с частотой вынуждающей силы. Если ЭДС в источнике изменяется со временем по закону и источник включен в цепь с активным сопротивлением R, то и ток в цепи изменяется по косинусоидальному закону.

и источник включен в цепь с активным сопротивлением R, то и ток в цепи изменяется по к синусоидальному закону:

Цепь с активным сопротивлением

Здесь εm и Im — амплитуды (максимальные значения) ЭДС и силы тока.

Но свойства функции косинуса таковы, что в среднем за период колебаний сила тока равна нулю. Это, однако, не значит, что такой ток бесполезен и ни в чем себя не проявляет. Потому что хотя в среднем сила тока и равна нулю, не равен нулю квадрат силы тока. А мощность тока определяется именно квадратом силы тока. В любой момент времени мощность переменного тока в цепи с активным сопротивлением выражается равенством:

Мощность переменного тока

Среднее значение квадрата косинуса за период равно не нулю, а 1/2, так что среднее значение мощности

Среднее значение мощности

Величина называется действующим значением силы тока.

В нашем случае мощность можно также выразить через напряжение на сопротивлении:

Мощность

Где: – Действующее значение напряжения

В этом состоит одно из отрицательных свойств переменного тока.

Есть и другие отрицательные следствия.

Явление электромагнитной индукции приводит, например, к тому, что переменный ток в проводах распределяется не равномерно по всему сечению, а главным образом вблизи поверхности. (Это явление называется скин- эффектом). Благодаря тому, что используется не все сечения проводов, их сопротивление реально возрастает. Далее, переменный ток, как и ток постоянный, окружен магнитным полем, но полем переменным. А такое поле, согласно закону электромагнитной индукции, вызывает в соседних проводах и в других проводящих материалах электрические токи, что приводит к бесполезной потере энергии.

Все эти недостатки полностью отсутствуют у постоянного тока. Почему же все-таки переменный ток практически безраздельно господствует в технике и в быту?

Но на клеммах генераторов электростанций напряжение значительно меньше — всего несколько тысяч вольт. Значит, в начале линии электропередачи это напряжение нужно повысить, а перед распределением энергии среди потребителей — понизить так, чтобы, потребитель получил ее при напряжении 220 вольт. Такое повышение и понижение напряжения оказывается возможным только для переменного тока. Делается это с помощью устройств, действующих на основе явления электромагнитной индукции, — трансформаторов. Существование трансформаторов — пожалуй, единственная причина повсеместного применения переменного тока в технике.

Однако те недостатки переменного тока, которые были изложены выше, заставляют думать о том, нельзя ли все-таки для передачи электрической энергии использовать постоянный ток, конечно, тоже высокого напряжения? Это сделать непросто. Действительно, сначала нужно переменное напряжение, после его повышения, преобразовать в постоянное (для этого служат выпрямители), а затем на другом

конце ЛЭП — превратить переданное постоянное напряжение в переменное (это можно сделать с помощью устройств, называемых инверторами), чтобы напряжение можно было понизить до значения, нужного потребителю. Одна такая ЛЭП постоянного тока на напряжении 400 кВ уже работает.

Схемы соединения трехфазных цепей

Под трехфазной симметричной системой ЭДС понимают совокупность трех синусоидальных ЭДС одинаковой частоты и амплитуды, сдвинутых по фазе на 1200.

Соединение трехфазных цепей

Соединение трехфазных цепей

Трехфазную систему э.д.с. получают при помощи трехфазного генератора, в пазах статора которого размещены три электрически изолированные друг от друга обмотки – фазные обмотки генератора. Плоскости обмоток смещены в пространстве на 120°. При вращении ротора генератора в обмотках наводятся синусоидальные э.д.с. одинаковые по амплитуде, но сдвинутые по фазе на 120°.

Чтобы отличить три э.д.с. трехфазного генератора друг от друга, их обозначают соответствующим образом. Если одну э.д.с. обозначить , а опережающая на 120° –

На электрической схеме трехфазный генератор изображают в виде трех обмоток, расположенных друг к другу под углом 120°.

При соединении “звездой” одноименные зажимы (например, концы) трех обмоток объединяются в один узел, который называют нулевой точкой генератора и обозначают буквой 0. Начала обмоток генератора обозначают буквами А, В, С

Соединение звездой

При соединении обмоток генератора “треугольником” конец первой обмотки генератора соединяется с началом второй, конец второй – с началом третьей, конец третьей – с началом первой.

Соединение треугольником

Геометрическая сумма э.д.с. в треугольнике равна нулю. Поэтому, если в зажимам А, В, С не присоединена нагрузка, то по обмоткам генератора не будет протекать ток. Совокупность трехфазной системы ЭДС и трехфазной нагрузки (или нагрузок и соединительных проводов) называют трехфазной цепью.

Читайте также: