ЭЛЕКТРОТЕХНИКА Цель изучения предмета: Ознакомиться с теорией общей

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА Цель изучения предмета: Ознакомиться с теорией общей электротехники; Изучить и знать основные законы, формулировки и формулы электротехники; Основные задачи: Знать принципы получения и потребления электроэнергии; Знать устройство, уметь правильно подключать и использовать электропотребители.

Руководители гидроэнергетики После реформирования энергосистемы в управление «РусГидро» были переданы 38 ГЭС страны. 75% руководства (члены совета директоров и правления) этой организации не имеют квалификации в области гидроэнергетики, а значит, весьма смутно представляют, что такое надёжность гидросооружений и как функционирует оборудование.

Оплата электроэнергии Цена за электроэнергию подорожала за последние 12 лет в 7,5 раз. Государство отпускает цены на те киловатты, что потребляются сверх «нормы», которые введут 1 января 2014 года. В реальной жизни норма составляет 150-200 кВт на человека в среднем по России, но по версии правительства – 70 кВт. Эти 70 кВт будут иметь регламентированную цену. Остальные киловатты подорожают непредсказуемо – в зависимости от аппетита монополистов.

Средняя «норма» в 70 кВт распространяется только на одного жителя квартиры. Второму полагается 50 кВт, третьему и четвёртому – от 10 до 30 кВт. В «норму» включено не только квартирное электричество, но и общедомовое: лифты и свет в подъезде. Себестоимость одного киловатта – 17,5 копейки. Мы платим за киловатт – 2, 97 руб. , а москвичи платят – 4 руб. Посчитайте навар энергопоставщиков!!!

Согласно идее Фарадея электрические заряды не действуют друг на друга непосредственно. Каждый из них создает в окружающем пространстве электрическое поле. Максвелл теоретически доказал, что электромагнитные взаимодействия должны распространяться с конечной скоростью.

Основные свойства электрического поля Действует на электрические заряды с некоторой силой. Поле неподвижных зарядов – электростатическое – не меняется со временем. Создается только электрическими зарядами.

1. Электрическое поле Напряженностью электрического поля называется отношение силы, с которой поле воздействует на точечный заряд, к величине этого заряда.

Вектор напряженности направлен от заряда, если заряд положительный, и к заряду, если он отрицательный

Силовые линии электрического поля Непрерывные линии, касательные к которым в каждой точке, через которую они проходят, совпадают с вектором напряженности.

Линии электрического поля начинаются на положительных зарядах и уходят в бесконечность.

Линии электрического поля начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных.

Вещество в электрическом поле По электрическим свойствам вещества делят Проводники- вещества, в которых свободные заряды перемещаются по всему объёму. Свободные заряды- заряженные частицы одного знака, способные перемещаться под действием электрического поля. Диэлектрики- вещества, содержащие только связанные заряды. Связанные заряды- разноимённые заряды, входящие в состав атомов и молекул, которые не могут перемещаться под действием поля независимо друг от друга.

Диэлектрики в электрическом поле. Полярные. Молекулы-диполи. Неполярные.

Изоляционные материалы Электрическая прочность Епр диэлектрика — это та наименьшая напряженность электрического поля, при которой начинается пробой данного диэлектрика. Значения электрической прочности являются ориентировочными, так как она зависит от температуры и влажности диэлектрика, от длительности воздействия напряжения, от толщины слоя диэлектрика и при переменном напряжении она меньше, чем при постоянном. Пробой диэлектрика может протекать в форме теплового или чисто электрического процесса. Тепловой пробой развивается, главным образом, в тонких каналах, проходящих через всю толщу диэлектрика. Электрический пробой создается прямым действием сильною электрического поля на ионы, содержащиеся в диэлектрике

Сила тока – физическая величина, характеризующая действие тока. обозначается – I измеряется в Амперах – А прибор для измерения – Амперметр

Напряжение – физическая величина, характеризующая работу электрического поля по перемещению единичного заряда между 2-мя точками. Обозначается – U Измеряется в Вольтах, В Прибор для измерения-

Зависимость силы тока от напряжения в проводнике: Получение вольт-амперной характеристики проводника Сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на концах проводника. I ~ U

Закон Ома для участка цепи:

Виды соединения проводников:

Условные обозначения, применяемые на схемах

Какие ошибки допущены в нарисованных схемах?

Земля - конденсатор Земля – центр гигантского генератора, который, вращаясь, создаёт разность потенциалов в миллиардов вольт. Человечество фактически живёт в сферическом конденсаторе гигантской мощности, который постоянно заряжается и разряжается. Ионосфера – фаза, атмосфера – диалектрик, а Земля – нулевая точка. На нашей планете происходит глобальный электрический процесс. На земном шаре наблюдается 44 тыс. гроз в сутки, 1800 в час, или 1 гроза каждые 2 секунды. В среднем каждую секунду в землю уходит мощность, равная 7-8 килотоннам.

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Схема электрической цепи

Зависимость сопротивления от температуры

Преобразование электрической энергии в тепловую

Электрическая нагрузка проводов и защита их от нагрузки

Магнитные взаимодействия В пространстве, окружающем намагниченные тела, возникает магнитное поле. Помещенная в это поле маленькая магнитная стрелка устанавливается в каждой его точке вполне определенным образом, указывая тем самым направление поля. Тот конец стрелки, который в магнитном поле Земли указывает на север, называется северным, а противоположный – южным.

Отличие постоянных магнитов от электрических диполей заключается в следующем: Электрический диполь всегда состоит из зарядов, равных по величине и противоположных по знаку. Постоянный же магнит, будучи разрезан пополам, превращается в два меньших магнита, каждый из которых имеет и северный и южный полюса.

В 1820 г. Х. Эрстед открыл магнитное поле электрического тока. А. Ампер установил законы магнитного взаимодействия токов. Ампер объяснил магнетизм веществ существованием молекулярных токов.

Открытие Эрстеда. При помещении магнитной стрелки в непосредственной близости от проводника с током он обнаружил, что при протекании по проводнику тока, стрелка отклоняется; после выключения тока стрелка возвращается в исходное положение (см. рис.). Из описанного опыта Эрстед делает вывод: вокруг прямолинейного проводника с током есть магнитное поле.

Общий вывод: вокруг всякого проводника с током есть магнитное поле. Но ведь ток – это направленное движение зарядов. Опыты подтверждают: магнитное поле появляется вокруг электронных пучков и вокруг перемещающихся в пространстве заряженных тел. Вокруг всякого движущегося заряда помимо электрического поля существует еще и магнитное.

qV=const Появляется магнитное поле

Правило буравчика т о к линия индукции магнитного поля

Подобно электрическому полю, оно обладает энергией и, следовательно, массой. Магнитное поле материально. Теперь можно дать следующее определение магнитного поля: Магнитное поле – это материя, связанная с движущимися зарядами и обнаруживающая себя по действию на магнитные стрелки и движущиеся заряды, помещенные в это поле. Аналогия точечному заряду – замкнутый плоский контур с током (рамка с током), линейные размеры которого малы по сравнению с расстоянием до токов, образующих магнитное поле.

Магнитная индукция характеризует силовое действие магнитного поля на ток (аналогично, характеризует силовое действие электрического поля на заряд). – силовая характеристика магнитного поля, ее можно изобразить с помощью магнитных силовых линий. Поскольку М – момент силы и Рm – магнитный момент являются характеристиками вращательного движения, то можно предположить, что магнитное поле – вихревое.

Условились, за направление принимать направление северного конца магнитной стрелки. Силовые линии выходят из северного полюса, а входят, соответственно, в южный полюс магнита. Для графического изображения полей удобно пользоваться силовыми линиями (линиями магнитной индукции). Линиями магнитной индукции называются кривые, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора в этой точке.

Магнитное поле движущегося заряда Электрический ток – упорядоченное движение зарядов, а магнитное поле порождается движущимися зарядами. Под свободным движением заряда понимается его движение с постоянной скоростью

Напряженность магнитного поля Магнитное поле – это одна из форм проявления электромагнитного поля, особенностью которого является то, что это поле действует только на движущиеся частицы и тела, обладающие электрическим зарядом, а также на намагниченные тела.

Напряженностью магнитного поля называют векторную величину , характеризующую магнитное поле и определяемую следующим образом: Напряженность магнитного поля заряда q, движущегося в вакууме равна:

Взаимодействие параллельных проводов в магнитном поле

Принцип работы электрического генератора

Индуктивность

Самоиндукция

Переменным током называется электрический ток, изменяющийся во времени по модулю и направлению. Модуль максимального значения силы тока за период называется амплитудой колебаний силы тока, модуль максимального значения напряжения за период называется амплитудой колебаний напряжения. Значения переменного напряжения и силы тока, получаемые делением амплитудных значений на квадратный корень из 2, называются действующими значениями переменного напряжения и силы тока.

Согласно закону Фарадея, при изменении потока магнитной индукции, пронизывающего контур, в контуре возникает ЭДС индукции. Используя понятие производной, уточняем формулу для закона электромагнитной индукции

При изменении магнитного потока, пронизывающего контур, ЭДС индукции также изменяется со временем по закону синуса (или косинуса). Если рамка содержит N витков, то амплитуда возрастает в N раз.

Общие соотношения между напряжением и силой тока Как и в случае постоянного тока, сила переменного тока определяется напряжением на концах проводника. Можно считать, что в данный момент времени сила тока во всех сечениях проводника имеет одно и то же значение. Но фаза колебаний силы тока может не совпадать с фазой колебаний напряжения.

Сдвиг фаз

Векторная величина

Цепи переменного тока

Электрические устройства, преобразующие электрическую энергию во внутреннюю, называются активными сопротивлениями.

Резистор в цепи переменного тока Рассмотрим цепь, содержащую нагрузку электрическое сопротивление которой велико. Это сопротивление мы теперь будем называть активным, так как при наличии такого сопротивления электрическая цепь поглощает поступающую к ней от источника тока энергию, которая превращается во внутреннюю энергию проводника. В такой цепи: Электрические устройства, преобразующие электрическую энергию во внутреннюю, называются активными сопротивлениями Колебания силы тока на активном сопротивлении по фазе совпадают с колебаниями напряжения ,разность равна нулю.

Цепь с сопротивлением

Диаграммы

Цепь с индуктивностью

Мощность в цепи переменного тока Действующие значения напряжения и силы тока фиксируются электроизмерительными приборами и позволяют непосредственно вычислять мощность переменного тока в цепи. Мощность в цепи переменного тока определяется теми же соотношениями, что и мощность постоянного тока, в которые вместо силы постоянного тока и постоянного напряжения подставляют соответствующие действующие значения: Когда между напряжением и силой тока существует сдвиг фаз, мощность определяется по формуле:

График колебаний мощности при наличии в цепи переменного тока только индуктивного сопротивления. Из этого графика видно, что в течение одной четверти периода мощность положительна и энергия от сети поступает к данному участку цепи; но в течение следующей четверти периода мощность отрицательна, и данный участок отдает без потерь обратно в сеть полученную ранее энергию. Поступающая в течение четверти периода энергия запасается в магнитном поле тока, а затем без потерь возвращается в сеть Лишь при наличии проводника с активным сопротивлением в цепи, электромагнитная энергия превращается во внутреннюю энергию проводника, который нагревается. Обратного превращения внутренней энергии в электромагнитную на участке с активным сопротивлением уже не происходит, энергия в сеть не возвращается.

Цепь с активным сопротивлением и индуктивностью

Полное сопротивление цепи

Неразветвлённая цепь с активными сопротивлениями и индуктивностями

Разветвлённая цепь с активными сопротивлениями и индуктивностями

Уравнения

Емкостное сопротивление - величина, характеризующая сопротивление, оказываемое переменному току электрической емкостью

Цепь с ёмкостью Колебания силы тока на конденсаторе опережают колебания напряжения по времени на четверть периода, а по фазе на ½ радиана.

Конденсатор в цепи постоянного тока ( ток в цепи не течет ) В результате периодической перезарядки конденсатора в цепи все время протекает ток переменный ток.

Активное, индуктивное и емкостное сопротивления в цепи переменного тока В цепях переменного тока различают три вида сопротивлений: активное, индуктивное и емкостное. Активным сопротивлением называется сопротивление переменному току со стороны материала проводника (при прохождении переменного тока по проводнику последний нагревается, т.е. потребляет мощность). На переменный ток влияют не только напряжение и сопротивление цепи, но и индуктивность проводников, включенных в цепь. При включении в цепь переменного тока катушки индуктивности в ней индуцируется э.д.с. самоиндукции (так как магнитный поток, пронизывающий витки катушки, изменяется), которая препятствует нарастанию тока при его увеличении и уменьшению тока при спаде его величины. Иными словами, когда напряжение в цепи переменного тока с включенной катушкой индуктивности достигнет максимума, ток не успеет достигнуть той величины, которой он достиг бы в цепи без катушки индуктивности. Между напряжением U и током I возникает сдвиг по фазе.

Таким образом, действие индуктивности в отношении величины переменного тока подобно действию сопротивления проводника. С увеличением индуктивности сопротивление цепи переменному току увеличивается. Сопротивление, которым обладает цепь вследствие наличия в ней индуктивности, называется индуктивным сопротивлением. Если в цепь переменного тока включить конденсатор, переменный ток не исчезнет, как это случилось бы с постоянным током. В цепи будет продолжать течь ток заряда или разряда конденсатора, т.е. переменный ток. Величина этого тока зависит от емкости конденсатора: чем больше емкость, тем больше ток заряда и разряда. Следовательно, конденсатор можно рассматривать как некоторое сопротивление переменному току, возникающее вследствие того, что при заряде конденсатора между его обкладками возникает напряжение (Uc), направленное навстречу напряжению, которое приложено на зажимах. Это дополнительное сопротивление, вносимое конденсатором в цепь, называется емкостным сопротивлением.

1. Если в цепи переменного тока только активное сопротивление , то выделяемая мощность максимальна. В этом случае активное сопротивление энергию, получаемую от сети полностью превращает во внутреннюю энергию, обратно в сеть энергия не возвращается. 2.Если в цепи переменного тока только емкостное сопротивление , то конденсатор энергию , получаемую от сети , полностью превращает в энергию электрического поля конденсатора , затем эта энергия обратно полностью возвращается в сеть , во внутреннюю энергию не переходит.

3.Если в цепи переменного тока только индуктивное сопротивление , катушка индуктивности энергию , получаемую от сети , полностью превращает в энергию магнитного поля вокруг катушки , затем эта энергия обратно полностью возвращается в сеть , во внутреннюю энергия не переходит. 4.Если в цепи переменного тока имеются и активное , и индуктивное ,и емкостное сопротивления , то мощность ( выделяемое тепло ) будет меньше максимальной. Активное сопротивление только часть энергии ,получаемое от сети, превращает во внутреннюю энергию, конденсатор и катушка индуктивности энергию обратно возвращают в сеть.

Колебательный контур

Механический резонанс – увеличение амплитуды механических (звуковых) колебаний под влиянием внешних воздействий. В индийской классической музыке известен такой факт: если поместить гитару в пустой комнате в углу, а напротив искусный музыкант-гитарист станет играть, то другая гитара начнет вибрировать с той же частотой, что и первый, повторяя мелодию. Певец силой голоса может разбить вдребезги бокал при условии, что взятая нота точно соотвествует частотным характеристикам этого бокала.

Электрический резонанс – резкое увеличение силы тока в контуре при приближении частоты внешнего воздействия к собственной частоте колебаний контура. Явление электрического резонанса исследовал Никола Тесла (1856-1943), сын сельского священника из Хорватии. Он некоторое время учился у Эдисона, но потом быстро отделился. Именно ему принадлежат такие слова: "Все связи между явлениями устанавливаются исключительно путем разного рода простых и сложных резонансов - согласованных вибраций физических систем".

Применение электрического резонанса

Резонанс напряжений

Резонанс напряжений

Резонанс токов

Активная и реактивная энергия

Электрические измерения

Измерения

Измерения

Измерение мощности

Измерение сопротивлений

Измерения сопротивления изоляции

Измерения

Трёхфазные электрические цепи

Соединение обмоток генератора треугольником

Соединение приёмников звездой

Симметричная нагрузка

Соединение приёмников треугольником

Соединение «Звездой»

Эл. питание двигателя

С независимой схемой управления

Схема управления электродвигателем

Система TN-S

Система TN-C

Система TN-C-S Важно! При системе заземления TN-C-S, запрещено использовать систему TN-C ниже системы TN-S,так как любой обрыв нейтрали в системе TN-C приведет к обрыву защитного провода после системы TN-S

Система -TT

Система -IT

Правильное соединение потребителей

Тема 7 Трансформаторы Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, передающий энергию из одной цепи в другую посредством электромагнитной индукции. Он применяется для различных целей, но чаще всего служит для преобразования напряжения и тока.

Однофазный трансформатор

Режим холостого хода Тр.

Режим КЗ Тр. Если при опыте холостого хода определяются потери в сердечнике трансформатора, то при опыте короткого замыкания определяются потери в обмотках трансформатора.

Мощность потерь Тр.

Трёхфазный трансформатор

Соединения Тр. Обмотки трансформатора соединяются звездой (Y) или треугольником (). Соединение обмоток звездой целесообразнее при больших питающих напряжениях и малых токах. При больших токах применяют соединение треугольником. При больших напряжениях питающей сети и больших токах нагрузки наиболее целесообразный способ соединения обмоток трансформатора - (Y/ )

АВТОТРАНСФОРМАТОР Автотрансформатор отличается от трансформатора тем, что у него обмотка низшего напряжения является частью обмотки высшего напряжения, причем она выполняется из проводников, в общем случае отличающихся по сечению от проводников другой части, и обычно располагается относительно другой части Автотрансформаторы могут служить как для понижения, так и для повышения напряжения. Они выполняются для небольших коэффициентов трансформации, не сильно отличающихся от единицы, и в этом случае, как показано в дальнейшем, экономичнее в работе и требуют на изготовление меньше материалов, чем обычные двухобмоточные трансформаторы на ту же номинальную мощность.

Специальные трансформаторы а) Измерительные трансформаторы. 1. Трансформаторы напряжения. Трансформаторы напряжения (ТН) служат для понижения напряжения (обычно до 100 — 150 В), так как вольтметры и катушки напряжения ваттметров и счетчиков (или реле) не могут быть включены непосредственна на высокое напряжение из-за недостаточной изоляции измерительных приборов и необходимости обеспечить безопасность обслуживающего персонала.

ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА Трансформаторы тока (ТT) также выполняются в виде двухобмоточных трансформаторов. Их первичная обмотка включается в цепь последователи с потребителями, ток которых надо измерить; во вторичную обмотку включаются амперметр, реле, а при измерении мощности и энергии — токовые катушки ваттметра и счетчика. Все приборы во вторичной цепи соединяются последовательно. При помощи трансформатора тока цепь приборов электрически отделяется от первичной цепи и вторичная обмотка надежно заземляется, что необходимо, если первичная обмотка включается в цепь высокого напряжения.

Сварочные трансформаторы Для дуговой электросварки применяются трансформаторы с повышенным рассеянием или трансформаторы при последовательном включении с дугой регулируемой реактивной катушки

ТР. для радиоэлектроники Широкое применение в различных схемах радиоэлектроники находят трансформаторы малой мощности (от нескольких ВА до тысячных долей ВА). К таким трансформаторам предъявляются особые требования, которые могут быть удовлетворены только при применении специальных ферромагнитных материалов и специального устройства их обмоток и сердечника. В современной электронной аппаратуре, применяемой в разнообразных отраслях техники, используются трансформаторы, преобразующие ток или напряжение электрических сигналов в широком спектре звуковых и сверхзвуковых частот. Они, как и усилители, рассчитанные на этот диапазон частот, условно называются трансформаторами и усилителями низких частот. Также широко применяются «импульсные трансформаторы», преобразующие кратковременные импульсные токи, продолжительность которых измеряется микросекундами при числе импульсов в секунду до 1 000.

ТП

Никола Тесла родился в Югославии 10 Июля 1856 г. С 1862 по 1874 он посещал начальную и средняя школу и высшую школу в Карловах. С 1875 по 1878 он обучался в Передовой Технической Школе в Граце и закончил свое обучение в Университете в Праге в 1880. С 1876 года, будучи студентом в Граце, Тесла заинтересовался созданием мотора без коллектора. В Феврале 1882, в Будапеште, он открыл принцип вращающегося магнитного поля. В 1883, в Страсбурге, он сделал первые модели индукционных моторов. Позднее, в 1885, он основал в Нью-Йорке предприятие "Tesla Arc Light Company После получения первоначальных патентов на асинхронный мотор и полифазную систему для передачи электрической энергии 12 Октября 1887, Тесла получил за период с 1887 по 1891 следующий ряд из 40 патентов в той же области.

Полифазная система передачи энергии была применена в 1891 в гидроэлектростанции на Ниагарском Водопаде, первые три агрегата которой начали работать в 1896 с совокупной мощностью в 15,000 лошадиных сил. Во второй половине 1890 Тесла начал работу в области токов высокой частоты, построив машины генераторы с частотой до приблизительно 30 кГц. В 1891 он изобрел трансформатор для получения токов высокой частоты и высокого напряжения, который позднее стал известен как "трансформатор Теслы". Тесла изложил результаты, достигнутые в области токов высокой частоты, в своих известных лекциях, которые он прочел за период между 1891 и 1893 годами. с 1896 по 1914 он опубликовал ряд новых изобретений, которые положили начало современной радиотехнике. Особенно важно было открытие четырех резонансных цепей, лежащих в основе радиопередачи. Создание в течение 1899 большой радиостанции на 200 кВт в Колорадо позволило Тесле применить принципы и идеи, выдвинутые в его лекциях в 1892 и 1893. Весной 1898 Тесла построил радио-управляемую модель корабля, и 1 Июля 1898 получил патент, относящийся к управлению на расстоянии посредством радио движущихся судов и транспортных средств. Этим изобретением он заложил основу беспроводной телемеханики. За свои научные достижения Никола Тесла получил заслуженное и почетное признание многих известных научных организаций и знаменитых ученых во всем мире. Докторская степень была присвоена ему университетами: Сорбонны (Париж), Колумбии, Вены, Праги, Белграда, Загреба, Иеля, Небраски, Гренобля, Брно, Бухареста, Граца, Софии, и др. 7 Января 1943 он умер в Нью-Йорке, где провел самый долгий период своей жизни.

Николай Тесла - кто же он, этот безумный гений опередивший время, и принесший человечеству ряд уникальных изобретений, таких как: индукционный двигатель, флуоресцентный свет, асинхронная машина, трехфазные и многофазные трансформаторы, однопроводная линия, беспроволочная передача энергии, построил первые электрические часы, турбину, двигатель на солнечной энергии. Он изобрёл радио раньше Маркони и Попова, получил трёхфазный ток раньше Доливо-Добровольского и многое другое. Его открытия

Конденсатор заряжается до напряжения в несколько десятков киловольт и как только напряжение на нём достигает напряжения пробоя искрового промежутка, возникает разряд и через первичную обмотку течёт мощный импульсный ток, создавая СВЧ электроволну. ( Можно обойтись и без конденсатора, подавая на разрядник переменный ток ( до 100 кГц), тогда частоту питающего напряжения находят по максимуму искрения в разряднике). Настроенная ( с помощью ферритового сердечника) в резонанс с первичной, вторичная обмотка позволяет получить выходное напряжение до нескольких миллионов вольт, приводящее к коронному разряду в воздухе ( генератор молний). У трансформаторов Теслы коэффициент трансформации всегда в 10-50 раз выше отношения числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной и пропорционален добротности вторичного контура..

Николай Тесла: «Известно, что чем плотнее вещество, тем выше скорость распространения в нём волн. Сравнивая скорость звука в воздухе со скоростью света, я пришёл к выводу, что плотность эфира в несколько тысяч раз больше плотности воздуха. Но, эфир электрически нейтрален, и поэтому он очень слабо взаимодействует с нашим материальным миром, к тому же, плотность вещества материального мира, ничтожна, по сравнению с плотностью эфира. Это не эфир бесплотен - это наш материальный мир, является бесплотным для эфира. Несмотря на слабое взаимодействие, мы всё же ощущаем присутствие эфира. Пример такого взаимодействия проявляется в гравитации, а также при резком ускорении или торможении. Я думаю, что звёзды, планеты и весь наш мир возникли из эфира, когда по каким-то причинам часть его стала менее плотной. Это можно сравнить с образованием пузырьков воздуха в воде, хотя такое сравнение очень приближённое. Сжимая наш мир со всех сторон, эфир пытается вернуться в первоначальное состояние, а внутренний электрический заряд, в веществе материального мира препятствует этому. Со временем, потеряв внутренний электрический заряд, наш мир будет сжат эфиром и сам превратится в эфир. Из эфира вышел - в эфир и уйдёт. Каждое материальное тело, будь то Солнце или самая маленькая частица, это область пониженного давления в эфире. Поэтому вокруг материальных тел эфир не может оставаться в неподвижном состоянии.»

Башня Вондерклифф Башню высотой в несколько десятков метров венчала большая медная полусфера - гигантский усилительный передатчик -, и при включении установки бушевали молнии длиной до сорока метров, гром был слышен за 15 миль. Вокруг башни пылал огромный световой шар. Идущие по улице люди шарахались, с ужасом наблюдая, как между их ногами и землёй проскакивают искры. На всех металлических предметах сияли огни святого Эльма. Но, главное, цель опытов была достигнута: за двадцать пять миль от башни разом загорелись 200 электрических лампочек. Электрический заряд был передан без проводов, через землю. Башня высотой 57 метров со стальной шахтой, углублённой в землю на 36 метров. На верху башни - 55-тонный металлический купол диаметром 20 метров. Пробный пуск состоялся в 1905 году и произвёл потрясающий эффект.

Опыты Тэслы

Электромашины переменного тока Принцип действия электрических машин переменного тока основан на физических законах взаимодействия магнитного поля и помещенного в это поле проводника, по которому проходит электрический ток, а также на явлениях, возникающих при движении этого проводника в магнитном поле.

Асинхронный электродвигатель Рабочий процесс асинхронной машины Асинхронные машины, как и другие электрические машины, обратимы и могут работать в качестве как двигателя, так и генератора.

Устройство АД

Устройство АД с КЗ ротором

Устройство АД с фазным ротором

Механические характеристики

Электрическое торможение АД Для выполнения ряда производственных процессов требуется быстрое и плавное торможение АД. Электрическое торможение, в отличие от механического, является более предпочтительным. Существует три основных способа электрического торможения: противовключение; генераторное; динамическое. В начальный момент торможения имеет место большой бросок тока, для ограничения которого в цепь фазного ротора вводят реостат.

Схема включения АД

Асинхронные электродвигатели

Схемы включения однофазных электродвигателей

Схемы включения трехфазных АД для работы от однофазной сети

Устройство и принципы действия синхронной машины Генераторы переменного тока, работающие на электрических станциях, в большинстве случаев являются синхронными машинами. Эти машины применяются также в качестве двигателей. Наибольшее распространение получили трехфазные генераторы и двигатели. Явнополюсная синхронная машина (2p = 8). Неявнополюсная синхронная машина (2p = 2).

Якорь синхронной машины

Синхронный электродвигатель

Генератор переменного тока

Применение генераторов

ГЭС

Электродвигатель постоянного тока

Статор

Ротор

Якорь и коллектор

Принцип работы и устройство машин постоянного тока Машины постоянного тока — генераторы и двигатели — находят себе широкое применение в современных электроустановках. Характерной частью машин постоянного тока является коллектор. Он состоит из медных пластин, разделенных изоляционными прослойками и собранных в виде цилиндра Якорь машины постоянного тока при его вращении перемагничивается, поэтому он собирается из листов электротехнической стали обычно толщиной 0,5 мм

Машина постоянного тока в разобранном виде.

Условия работы Обычно для устойчивой работы двигателя необходимо, чтобы при увеличении его скорости вращения развиваемый им вращающий момент уменьшался. Для изменения направления вращения (для реверсирования) двигателя нужно изменить или направление магнитного потока, или направление тока в обмотке якоря; одновременное же изменение направлений потока и тока якоря не приведет к изменению направления вращения, в чем мы можем убедиться, пользуясь "правилом левой руки". При пуске двигателей в ход, т. е. при включении их в сеть, необходимо последовательно с обмоткой якоря соединить добавочное сопротивление, которое называется пусковым реостатом.

Электродвигатель в сборе

Двигатель с параллельным возбуждением.

Двигатель с последовательным возбуждением.

Двигатель со смешанным возбуждением.

Сварочный генератор с двойной полюсной системой.

Электромашинные усилители. В последние годы в автоматических устройствах, наряду с усилителями — электронными, тиратронными, магнитными, гидравлическими — находят себе все более широкое применение электромашинные усилители, позволяющие получить на выходе большие мощности при незначительной мощности управления.

Применение В последние годы было изготовлено большое количество крупных машин для металлургической промышленности — для систем "генератор — двигатель", обслуживающих прокатные станы (блюминги, слябинги, листопрокатные и др.) мощностью 5000 — 10000 кВт при максимальной ("отключающей" мощности), в 2,5—3 раза большей. Много машин было изготовлено для гребных установок, мощности которых достигают 8000 — 10000 кВт (атомный ледокол "Ленин"). Среди крупных машин постоянного тока особое место занимают генераторы для электролиза (например, для алюминиевых заводов), выполняемые на большие токи и относительно низкие напряжения (120 — 200 В, 10000 — 20000 А). Большое количество машин выпускается для электрифицированного транспорта (электропоезда, троллейбусы, трамваи, метро), автотранспорта, кранов, подъемников. Следует также упомянуть сварочные машины различных типов, предназначенные для электросварки. Отметим, кроме того, разнообразные машины специального назначения, применяемые в автоматике, — электромашинные усилители, исполнительные двигатели и др.

10. ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА В настоящее время основным средством приведение в движение рабочих машин является электрический двигатель и, соответственно, основным типом привода служит электрический привод или сокращенно электропривод (ЭП). Причем на современном уровне развития техники электропривод выполняется в виде автоматизированного электропривода (АЭП). С помощью АЭП осуществляются необходимые перемещения в металлорежущих станках, различных перерабатывающих машинах, транспортных средствах, в подъемных установках и т.д. Более половины производимой электроэнергии потребляется ЭП.

Понятие об электроприводе Основные элементы АЭП показаны на рис. 2.1: РМ – рабочая машина, МПУ – механическое передаточное устройство, ЭДУ – электродвигательное устройство, СПУ – силовое преобразовательное устройство, УУ – управляющее устройство, ЗУ – задающее устройство.

Виды электропривода

Продолжительный Кратковременный Повторно- кратковременный Режимы работы электропривода

Рабочие машины Под рабочими машинами понимают механические устройства, осуществляющие изменение формы, свойств, состояния и положение предметов труда или сбор, переработку и использование информации. Примерами рабочих машин для изменения формы предметов труда могут служить металлообрабатывающие станки, прессы, прокатные станы металлургического производства и др. Изменение свойств и состояния предметов труда осуществляется, например, с помощью установок для закалки, нанесения покрытий, химических установок, компрессоров и др. Для изменения местоположения объектов используются подъемные краны, лифты, эскалаторы, конвейеры, электрифицированные транспортные средства и др. Учитывая столь широкую область применения АЭП, можно сказать, что он охватывает практически все области современной техники.

АЭП автоматизированным электроприводом называется электромеханическая система, предназначенная для приведения в движение исполнительных органов рабочих машин и управления их технологическими процессами, состоящая из задающего, управляющего, силового преобразовательного, электродвигательного и механического передаточного устройств.

Установившийся режим

Регулирование скорости Многие производственные механизмы, например, механизмы подачи и главного движения металлорежущих станков, механизмы подъемно-транспортных установок и др. требуют регулирования скорости исполнительных органов. Для таких механизмов используются регулируемые электроприводы. Важнейшими показателями качества для регулируемого электропривода являются диапазон регулирования скорости и падение скорости от нагрузки. Производственные механизмы, как правило, требуют поддержания скорости с заданной точностью во всем диапазоне регулирования. Отсюда следует, что при проектировании электропривода нужно прежде всего обеспечить требуемую точность стабилизации на нижней скорости.

СПОСОБЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА Напряжение Uя на якорь двигателя М с электромагнитным возбуждением подается от подключенного к сети переменного тока преобразователя (выпрямителя) П1.

Регулирование угловой скорости ДПТ НВ введением добавочных сопротивлений в цепь якоря Рассматриваемый способ регулирования имеет ряд существенных недостатков. Во-первых, он не экономичен – часть энергии подводимой от преобразователя теряется в добавочном сопротивлении. Во-вторых, регулируется ступенчато, что не всегда удобно. В-третьих, при изменении момента статического сопротивления угловая скорость изменяется. Этот способ регулирования используется в основном для механизмов, не предъявляющих жестких требований и стабильности скорости. К ним относятся, в частности, грузоподъемные механизмы, устанавливаемые в цехах промышленных предприятий. Дополнительным обстоятельством, диктующим применение этого способа регулирования, является наличие сети постоянного тока, например, в автомобилях.

Включение мощных двигателей Для более мощных двигателей с целью ограничения пускового тока в цепь якоря включаю добавочные сопротивления. Коммутацию добавочных сопротивлений обычно осуществляют с помощью контакторов

Регулирование угловой скорости ДПТ НВ изменением напряжения на якоре регулирование скорости изменением напряжения на якоре является основным способом регулирования д в широкорегулируемых приводах.

Регулирование угловой скорости ДПТ изменением магнитного потока регулирование угловой скорости ослаблением магнитного потока ведется при постоянной допустимой мощности .

Характеристика

Тормозные режимы ДПТ НВ Для быстрой и точной остановки механизмов, при изменении направления вращения и т.д. в современных приводах широко используются тормозные режимы работы электрической машины.

Генераторное торможение с отдачей энергии в сеть. Машина работает в генераторном режиме: механическая энергия, поступающая со стороны вала машины, преобразуется в электрическую и отдается в сеть. Генераторный режим торможения используется, например, в приводах транспортных и подъемных механизмов при спуске грузов. Способ весьма экономичен, т.к. энергия отдается в сеть.

Торможение противовключением В режиме противовключения направление вращения машины противоположно заданному, машина работает в режиме генератора и создает тормозной момент. Режим торможения противовключением часто используется в реверсивных приводах для быстрого реверса двигателя или остановки. Если на якоре двигателя, работающего в условном направлении «Вперед», поменять полярность напряжения, то он перейдет в режим торможения противовключением. Начнется интенсивное затормаживание электропривода.

Динамическое торможение. Чтобы перевести машину в режим динамического торможения якорь отключают от сети и замыкают на добавочное сопротивление . Машина в этом случае работает в режиме генератора. Механическая энергия, поступающая со стороны вала, преобразуется в электрическую и выделяется в виде тепла в сопротивлениях цепи якоря.

Регуляторы в системах ЭП Современные АЭП выполняются в виде замкнутых систем автоматического управления. При этом возникает задача обеспечения устойчивости замкнутой системы и требуемых показателей качества регулирования. Эти задачи решаются введением в систему операционных усилителей, охваченных определенными видами обратных связей. Такие усилители в системах автоматического регулирования принято называть регуляторами. Кроме того, на входе усилителя удобно осуществлять операцию сравнивания электрических сигналов.

Виды регулирования Регулирование угловой скорости в системе генератор-двигатель (Г-Д) с обратной связью по скорости и токовой отсечкой. В настоящее время система Г-Д используется в основном в автономных устройствах, а в промышленных установках, получающих питание от электрических сетей, такая система почти не применяется. Регулирование угловой скорости в системе управляемый выпрямитель – двигатель постоянного тока независимого возбуждения (УВ - ДПТ). Однофазный однополупериодный УВ. Фазовый способ регулирования выпрямленного напряжения. Однофазная схема УВ с нулевым диодом Однофазная двухполупериодная схема УВ с нулевым выводом

Виды регулирования ЭП Трехфазные схемы УВ Реверсивные электроприводы с УВ Системы подчиненного регулирования тока якоря и угловой скорости ДПТ НВ

Достоинства и недостатки электроприводов с управляемыми выпрямителями Отметим основные особенности приводов, выполненных по схеме УВ – ДПТ НВ: тиристорный преобразователь имеет очень малую инерционность, что позволяет обеспечить высокое быстродействие электропривода; электропривод имеет высокую надежность, достаточно прост в обслуживании; тиристорный электропривод имеет высокий КПД (более 95%); малые габариты и масса, блочная компоновка привода позволяют сократить требуемые производственные площади, уменьшить капитальные затраты на установку.

Недостатки 1) значительные пульсации тока на выходе УВ увеличивают нагрев двигателя и ухудшают его коммутацию; 2) при глубоком регулировании скорости тиристорный электропривод имеет низкий коэффициент мощности; 3) перегрузочная способность тиристорного преобразователя ниже, чем генераторного; 4) при работе тиристорного привода искажается форма кривой напряжения в сети переменного тока и возникают помехи в сети, действующие как на другие электроприемники, так и на сам тиристорный привод; 5) в системе Г-Д преобразовательной установке свойственна естественная рекуперация энергии в сеть в генераторных режимах работы двигателя, в тиристорных преобразователях для обеспечения рекуперации необходимо применение специальных схем, в частности, с двумя комплектами вентилей, что повышает сложность и стоимость электропривода.

11. ПЕРЕДАЧА И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ Электроэнергетической системой называется электрическая часть энергосистемы и питающиеся от нее приемники электрической энергии, объединенные общностью процесса производства, передачи, распределения и потребления электрической энергии. В настоящее время в составе 6 объединенных энергосистем работает параллельно 74 районных систем.

Электроэнергетической сетью называется совокупность электроустановок для передачи и распределения электрической энергии, состоящая из подстанций, распределительных устройств, токопроводов, воздушных и кабельных линий электропередачи, работающих на определенной территории. Подстанцией называется электроустановка, служащая для преобразования и распределения электроэнергии и состоящая из трансформаторов или других преобразователей энергии, распределительных устройств до и выше 1000 В, аккумуляторной батареи устройств управления и вспомогательных сооружений.

Распределительным устройством называется электроустановка, служащая для приема и распределения электроэнергии и содержащая коммутационные аппараты, сборные и соединительные шины, вспомогательные устройства (компрессорные, аккумуляторные и др.), а также устройства защиты, автоматики и измерительные приборы. Линией электропередачи (ЛЭП) любого напряжения (воздушной или кабельной) называется электроустановка, предназначенная для передачи электрической энергии на одном и том же напряжении без трансформации.

Передача электрической энергии ~ 1 6 кВ 6 кВ 6 кВ 380 В 220 В 660 В 35-6 кВ ЛЭП Г 2 3 4 5 6 400-900 кВ

Q= I²Rt Электрический ток нагревает провода линии электропередачи. При очень большой длине линии, передача энергии может стать экономически невыгодной. Снизить сопротивление линии весьма трудно. Для сохранения передаваемой мощности нужно повысить напряжение в линии передачи . Чем длиннее линия передачи, тем выгоднее использовать более высокое напряжение.

Разновидности электрических сетей Электрические сети делятся: 1. По напряжению: а) до 1 кВ; б) выше 1 кВ. 2. По уровню номинального напряжения: а) сети низкого (напряжения (до 1 кВ); б) сети среднего напряжения (выше 1 кВ и до 35 кВ включительно); в) сети высокого напряжения (110 ... 220 кВ); г) сети сверхвысокого напряжения (330 ... 750 кВ); д) сети ультравысокого напряжения (выше 1000 кВ)

Разновидности электрических сетей 3. По степени подвижности: а) передвижные (допускают многократное изменение трассы, свертывание и развертывание) - сети до 1 кВ; б) стационарные сети (имеют неизменяемую трассу и конструкцию): временные - для питания объектов, работающих непродолжительно (несколько лет); постоянные - большинство электрических сетей, работающих в течение десятилетий.

Разновидности электрических сетей 4. По назначению: а) сети до 1 кВ: осветительные; силовые; смешанные; специальные (сети управления и сигнализации). б) сети выше 1 кВ: местные, обслуживающие небольшие районы, радиусом действия 15... 30 км, напряжением до 35 кВ включительно; районные, охватывающие большие районы и связывающие электростанции электрической системы между собой и с центрами нагрузок, напряжением 110 кВ и выше.

Разновидности электрических сетей 5. По роду тока и числу проводов: а) линии постоянного тока: однопроводные, двухпроводные, трехпроводные (+, -, 0); б) линии переменного тока: однофазные (одно- и двухпроводные), трехфазные (трех- и четырехпроводные), неполнофазные (две фазы и нуль). 6. По режиму работы нейтрали: с эффективно заземленной нейтралью (сети выше 1 кВ), с глухозаземленной нейтралью (сети до и выше 1 кВ), с изолированной нейтралью (сети до и выше 1 кВ).

Разновидности электрических сетей 7. По схеме электрических соединений: а) разомкнутые (нерезервированные): Схемы разомкнутых сетей: а) радиальные (нагрузка только на конце линии); б) магистральные (нагрузка присоединена к линии в разных местах). б) замкнутые (резервированные).

Разновидности электрических сетей б) замкнутые: Схемы замкнутых сетей: а) сеть с двухсторонним питанием; б) кольцевая сеть; в) двойная магистральная линия; г) сложнозамкнутая сеть (для питания ответственных потребителей по двум и более направлениям).

Разновидности электрических сетей 8. По конструкции: электропроводки (силовые и осветительные ), токопроводы - для передачи электроэнергии в больших количествах на небольшие расстояния, воздушные линии - для передачи электроэнергии на большие расстояния, кабельные линии - для передачи электроэнергии на далекие расстояния в случаях, когда сооружение ВЛ невозможно.