Содержание
Для кого предназначен этот сайт
Данный курс ТОЭ или теоретических основ электротехники предназначен как для студентов высших учебных заведений, так и и просто для интересующихся электрофизикой, общей электротехникой и электроникой.
Откуда взялись эти методические указания.
Лекции по электротехники были собраны в процессе проведения учебных занятий у студентов электротехнических и неэлектротехнических специальностей. Можно сказать, что данные лекции были выстраданы кровью и потом студентами. Было прочитано и переработано огромное количество книг, проведено множество консультаций с докторами и кандидатами технических и педагогических наук по методике подачи материала.
Сложно ли понять и изучить электротехнику?
Вообще электротехника и ТОЭ – это достаточно сложный предмет. Для многих студентов это как сопромат. Все знают, что что-то можно посчитать, но не знают как это сделать. Наскоком электротехника дается немногим. Остальные тратят много времени на зубрежку или на вникание, переосмысление и понимание каждой темы.
Библия для электриков и электроников.
Если вам покажется мало этих лекций (материалов по электротехники), то основным талмудом или библией для электриков является, конечно же следующая книга Л.А. Бессонов «Теоретические основы электротехники» в трех томах. Каждый томом книги настолько большой, что им можно легко убить человека… Начинающим этот учебник Бессонова врят ли подойдет. Данным учебником легко и просто пользоваться только в тех случаях, когда вы хотите освежить в памяти некоторую область знаний. Например, нужно рассчитать токи по законам Кирхгофа. Ищем в книге такую главу, читаем, вспоминаем, смотрим пример и рассчитываем свою задачу.
Когда я только изучал курс теоретических основ электротехники и читал материалы учебника “Теоретические основы электротехники” Бессонова, то понимал что и как нужно делать примерно после десятого — пятнадцатого вдумчивого прочтения. В некоторых случаях приходилось еще и консультироваться с кем-нибудь для уяснения важных моментов.
ТОЭ для чайников. Существует ли бесплатная таблетка?
Многие в интернете ищут книгу «ТОЭ для чайников»… Если такая книга и существует, то врят ли многие ее поймут после первого прочтения. На 100% утверждать не возьмусь, но практика показывает именно это.
Курсовики, РГР и экзамены по ТОЭ или по электротехники – это отдельная тема для разговора. Для студентов данный вид проверки знаний можно сравнить разве что со штурмом хорошо укрепленной крепости в одиночку…
Существует множество понятий, которые нельзя увидеть собственными глазами и потрогать руками. Наиболее ярким примером служит электротехника, состоящая из сложных схем и малопонятной терминологии. Поэтому очень многие просто отступают перед трудностями предстоящего изучения этой научно-технической дисциплины.
Получить знания в этой области помогут основы электротехники для начинающих, изложенные доступным языком. Подкрепленные историческими фактами и наглядными примерами, они становятся увлекательными и понятными даже для тех, кто впервые столкнулся с незнакомыми понятиями. Постепенно продвигаясь от простого к сложному, вполне возможно изучить представленные материалы и использовать их в практической деятельности.
Понятия и свойства электрического тока
Электрические законы и формулы требуются не только для проведения каких-либо расчетов. Они нужны и тем, кто на практике выполняет операции, связанные с электричеством. Зная основы электротехники можно логическим путем установить причину неисправности и очень быстро ее устранить.
Суть электрического тока заключается в движении заряженных частиц, переносящих электрический заряд от одной до другой точки. Однако при беспорядочном тепловом движении заряженных частиц, по примеру свободных электронов в металлах, переноса заряда не происходит. Перемещение электрического заряда через поперечное сечение проводника происходит лишь при условии участия ионов или электронов в упорядоченном движении.
Электрический ток всегда протекает в определенном направлении. О его наличии свидетельствуют специфические признаки:
- Нагревание проводника, по которому протекает ток.
- Изменение химического состава проводника под действием тока.
- Оказание силового воздействия на соседние токи, намагниченные тела и соседние токи.
Электрический ток может быть постоянным и переменным. В первом случае все его параметры остаются неизменными, а во втором – периодически происходит изменение полярности от положительной к отрицательной. В каждом полупериоде изменяется направление потока электронов. Скорость таких периодических изменений представляет собой частоту, измеряемую в герцах
Основные токовые величины
При возникновении в цепи электрического тока, происходит постоянный перенос заряда через поперечное сечение проводника. Величина заряда, перенесенная за определенную единицу времени, называется силой тока, измеряемой в амперах.
Для того чтобы создать и поддерживать движение заряженных частиц, необходимо воздействие силы, приложенной к ним в определенном направлении. В случае прекращения такого действия, прекращается и течение электрического тока. Такая сила получила название электрического поля, еще она известна как напряженность электрического поля. Именно она вызывает разность потенциалов или напряжение на концах проводника и дает толчок движению заряженных частиц. Для измерения этой величины применяется специальная единица – вольт. Существует определенная зависимость между основными величинами, отраженная в законе Ома, который будет рассмотрен подробно.
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:
- Сила тока: I = U/R (ампер).
- Напряжение: U = I x R (вольт).
- Сопротивление: R = U/I (ом).
Зависимость этих величин, для лучшего понимания сути процессов, часто сравнивается с гидравлическими характеристиками. Например, внизу бака, наполненного водой, устанавливается клапан с примыкающей к нему трубой. При открытии клапана вода начинает течь, поскольку существует разница между высоким давлением в начале трубы и низким – на ее конце. Точно такая же ситуация возникает на концах проводника в виде разности потенциалов – напряжения, под действием которого электроны двигаются по проводнику. Таким образом, по аналогии, напряжение представляет собой своеобразное электрическое давление.
Силу тока можно сравнить с расходом воды, то есть ее количеством, протекающим через сечение трубы за установленный период времени. При уменьшении диаметра трубы уменьшится и поток воды в связи с увеличением сопротивления. Этот ограниченный поток можно сравнить с электрическим сопротивлением проводника, удерживающим поток электронов в определенных рамках. Взаимодействие тока, напряжения и сопротивления аналогично гидравлическим характеристикам: с изменением одного параметра, происходит изменение всех остальных.
Энергия и мощность в электротехнике
В электротехнике существуют еще и такие понятия, как энергия и мощность, связанные с законом Ома. Сама энергия существует в механической, тепловой, ядерной и электрической форме. В соответствии с законом сохранения энергии, ее невозможно уничтожить или создать. Она может лишь преобразовываться из одной формы в другую. Например, в аудиосистемах осуществляется преобразование электроэнергии в звук и теплоту.
Любые электрические приборы потребляют определенное количество энергии на протяжении установленного промежутка времени. Эта величина индивидуальна для каждого прибора и представляет собой мощность, то есть объем энергии, который может потребить тот или иной прибор. Этот параметр вычисляется по формуле P = I x U, единицей измерения служит ватт. Он означает перемещение одного ампера одним вольтом через сопротивление в один ом.
Таким образом, основы электротехники для начинающих помогут на первых порах разобраться с основными понятиями и терминами. После этого будет значительно легче использовать полученные знания на практике.
Электрика для чайников: основы электроники
1. Введение . Цели , задачи и структура курса .
2. Линейные цепи постоянного тока — основные понятия и определения .
3. Схемы электрических цепей и их элементы .
4. Законы Ома и Кирхгофа .
Электротехника — техническая дисциплина , которая занимается анализом и
практическим использованием для нужд промышленного производства и быта всех физических явлений , связанных с электрическими и магнитными полями .
Область практического применения электротехники имеет четыре связанные друг с другом направления :
1. Получение электрической энергии .
2. Передача энергии на расстояние .
3. Преобразование электромагнитной энергии .
4. Использование электроэнергии .
Научно — технический прогресс происходит при все более широком исполь — зовании электрической энергии во всех отраслях отечественной промышлен — ности . Поэтому электротехническая подготовка инженеров не электротехниче —
ских специальностей должна предусматривать достаточно подробное изучение вопросов теории и практики использования различных электроустановок . Ин — женер любой специальности должен знать устройство , принцип действия , характеристики и эксплуатационные возможности электрических цепей , элек — трических машин , различных аппаратов и другого электрооборудования , спо — собы регулирования и управления ими .
История развития электротехники как науки связана с важнейшими иссле — дованиями и открытиями . Это исследования атмосферного электричества , появление источников непрерывного электрического тока — гальванических элементов (1799 г .), открытие электрической дуги (1802 г .) и возможность ее использования для плавки металлов и освещения , открытие закона о направле — нии индуцированного тока (1832 г .) и принципа обратимости электрических машин , в 1834 г . впервые осуществлен электропривод судна , открытие закона теплового действия тока — закона Джоуля — Ленца (1844 г .), в 1876 г . положе — но начало практическому применению электрического освещения с изобрете — нием электрической свечи , в 1889-1891 гг . созданы трехфазный трансформа — тор и асинхронный двигатель .
В настоящее время отечественная электроэнергетика занимает передовые позиции в мире по созданию мощных ГЭС и каскадов электростанций , произ — водству мощных гидрогенераторов , высоким темпам теплофикации , строи —
тельству высоковольтных линий электропередач и мощных объединенных энергосистем , высокому техническому уровню электросетевого хозяйства .
В современных производственных машинах с помощью электротехнической
и электронной аппаратуры осуществляется управление ее механизмами , авто — матизация их работы , контроль за ведением производственного процесса , обеспечивается безопасность обслуживания и т . д . Все шире используется в технологических установках электрическая энергия , например , для нагрева из — делий , плавления металлов , сварки .
Основной задачей данного курса является получение основных сведений и формирование знаний , умений и навыков по электротехнике , электронным устройствам и электроприводу .
В состав курса входят следующие разделы :
1. Электрические цепи постоянного тока .
2. Электрические цепи переменного тока .
3. Переходные процессы в электрических цепях .
4. Основы электроники .
5. Магнитные цепи и электромагнитные устройства .
7. Электрические машины .
8. Основы электропривода .
2. Линейные цепи постоянного тока — основные понятия и определения .
Электрической цепью называется совокупность источников и потребителей электрической энергии , соединенных друг с другом с помощью проводников .
Электрический ток — направленное движение заряженных частиц ( элек — тронов или ионов ).
Постоянный ток — ток , неизменный по величине и направлению .
Ветвью называется участок цепи между двумя соседними узлами , содержа — щий последовательное соединение элементов .
Точка , где соединяются три и более ветвей называется узлом .
Любой замкнутый путь , проходящий по ветвям данной цепи , называется контуром .
Основными параметрами , характеризующими электрические цепи постоян — ного тока , являются : I( А )- сила тока — количество электричества , проходяще — го через поперечное сечение проводника за единицу времени , U( В ) — напря — жение на некотором участке электрической цепи , равное разности потенциалов на концах этого участка , R( Ом ) — сопротивление , Р ( Вт )- мощность . Все обо —
значения основных физических величин предусмотрены государственным стандартом . Единицы измерения диктуются международной системой единиц .
3. Схемы электрических цепей и их элементы .
Графическое изображение электрической цепи и ее элементов называется электрической схемой ( рис . 1)
На любую машину , в состав которой входят электрические устройства , кроме конструкторских чертежей имеется элек — тродокументация , состоящая из различных
электрических схем . Электрические функ —
циональные схемы раскрывают принцип действия устройства . Существуют элек — тромонтажные схемы , в которых раскры — вается монтаж ( соединение ) электриче —
ских элементов цепи .
Электрические принципиальные схемы раскрывают электрические связи всех от —
дельных элементов электрической цепи между собой .
Все схемы вычерчиваются по определенным стандартам — ГОСТам . ГОСТы являются основой технического языка , применяемого в масштабе всей стра — ны .
Кроме основных электрических схем существуют схемы замещения , по ко — торым наиболее удобно составлять математические уравнения , описания элек — трических и энергетических процессов . Такие схемы являются эквивалентными моделями электрической цепи . Схемы максимально упрощены и по ним удоб — нее провести анализ отображаемых ими сложных электрических цепей .
Все элементы электрических цепей можно разделить на три группы : ис — точники ( активные элементы ), потребители и элементы для передачи элек — троэнергии от источников к потребителю ( пассивные элементы ).
Источником электрической энергии ( генератором ) называют устройство , преобразующее в электроэнергию какой — либо другой вид энергии ( электро — машинный генератор — механическую , гальванический элемент или аккумуля — тор — химическую , фотоэлектрическая батарея — лучистую и т . п .). Источники делятся на источники напряжения ( Е ,U= со nst, при изменении и I) и источники тока (I= со nst, при изменении U). Все источники имеют внутреннее сопротив — ление R вн , значение которого невелико по сравнению с сопротивлением других элементов электрической цепи .
Приемником электрической энергии ( потребителем ) называют устройство , преобразующее электроэнергию в какой — либо другой вид энергии ( электро — двигатель — в механическую , электронагреватель — в тепловую , источник света — в световую ( лучистую ) и т . п .).
Элементами передачи электроэнергии от источника питания к приемнику служат провода , устройства , обеспечивающие уровень и качество напряжения и др .
Условные обозначения элементов электрической цепи на схеме стандарти — зованы . Примеры :
— резистивный элемент ( линейный ),
— идеальный источник ЭДС , условно положи — тельное направление ЭДС принято от отрица — тельного полюса к положительному ( и совпа — дает с положительным направлением тока )
— индуктивный элемент , — емкостной элемент ,
— полупроводниковый диод , — плавкий предохранитель
4. Законы Ома и Кирхгофа
Закон Ома в простейшем случае связывает величину тока через сопротив — ление с величиной этого сопротивления и приложенного к нему напряжения :
Сила тока на некотором участке электрической цепи прямо пропорциональ —
на напряжению на этом участке и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка .
Закон Ома справедлив для любой ветви ( или части ветви ) электрической цепи , в таких случаях его называют обобщенным законом Ома . Для ветви , не содержащей ЭДС , закон Ома запишется :
