Электротехника и электроника Электротехника —

Электротехника и электроника

• Электротехника - это наука о применении электрической энергии в практических целях. Электротехника рассматривает вопросы производства электрической энергии, ее распределение и преобразование в другие виды энергии.

• Электрическая энергия обладает очень ценными свойствами: она просто преобразуется из других видов энергии (механической, химической и др. ), передается с малыми потерями на большие расстояния (сотни километров) в города, на заводы и фабрики. • В пункте потребления электрическая энергия просто дробится и преобразуется в нужный вид энергии: механическую, тепловую, химическую и др. • Таким образом, электричество позволяет использовать и транспортировать дешевую энергию, накопленную в природе (энергия падающей воды), или удешевляет ее использование (торф, низкосортный уголь).

История развития электротехники • Период, охватывающий большую часть 19 -го столетия, считается начальным периодом развития электротехники. Рассмотрим кратко важнейшие достижения русских ученых, внесших огромный вклад в развитие современной электротехники. • Русский академик В. В. Петров (1761 -1834) по праву считается отцом русской электротехники. В 1802 г. он открыл дуговой разряд. Получив электрическую дугу, он исследовал ее и установил возможность применения дуги для электрического освещения, плавки и сварки металлов.

• Член-корреспондент Петербургской академии наук Шиллинг (1786 -1837) первым предложил и в 1812 г. осуществил электрическое взрывание мин. Им изобретен первый в мире электромагнитный телеграф, который он демонстрировал в 1832 г. П. Л. Шиллинг построил первую магнитоэлектрическую машину и изобрел изолированный провод. Телеграф Шиллинга

• Ректор Петербургского университета академик Э. X. Ленц (1804 -1865) - один из основоположников теории электромагнетизма и русской школы физиков. Он раскрыл принцип электромагнитной индукции и сформулировал закон, носящий его имя (1833 г. ) Э. X. Ленц теоретически установил обратимость электрических машин и установил закон теплового действия тока (закон Джоуля-Ленца).

• Академик Б. С. Якоби (1801 -1874) в 1834 г. изобрел первый в мире пригодный для практических целей электродвигатель, примененный им в 1838 г. для первого в мире электропривода судна (электроход Якоби). В 1839 г. В. С. Якоби открыл гальванопластику и разработал промышленный способ ее использования. Им изобретен (в 1850 г. ) первый в мире буквопечатающий телеграфный аппарат.

• Профессор Московского университета А. Г. Столетов (1839 -1896) впервые в 1872 г. получил кривую намагничивания железа основу расчета магнитных цепей. Им выполнены капитальные исследования фотоэлектрических явлений и изготовлен первый в мире фотоэлемент. Работы Столетова явились источником знаний для многочисленных современных отраслей фотоэлектронной техники, в том числе звукового кино. Фотоэлемент Столетова

• Знаменитый русский ученый А. Н. Лодыгин (1847 -1923) не только изобрел лампу накаливания, но в 1873 г. впервые в мире продемонстрировал в Петербурге опыты уличного освещения при помощи этой лампы.

Выдающийся изобретатель, конструктор, ученый, Павел Николаевич Яблочков (1847 -1894) оказал огромнее влияние на развитие современной электротехники. В 1876 г. он изобрел дуговую лампу электрическую свечу. Свеча Яблочкова первый электрический источник света, получивший широкое распространение во всех странах, - вызвала переворот в технике электрического освещения и коренные изменения в электротехнике вообще, так как открыла широкий путь к применению электрической энергии, в частности энергии переменного тока. П. Н. Яблочкову принадлежит также изобретение первого в мире трансформатора, имеющего огромное практическое значение.

• Военный инженер Федор Апполонович Пироцкий (18451898) является пионером передачи электрической энергии на дальние расстояния. В 1874 г. в Петербурге он демонстрировал первую линию электропередачи, В 1876 г. Ф. А. Пироцкий там же проводил опыты по передаче электрической энергии по железнодорожным рельсам. В 1880 г. он произвел первые в мире опыты по осуществлению движения трамвая при помощи электрической энергии.

• В 1880 г. Дмитрий Александрович Лачинов (18421902) впервые разработал теорию передачи электроэнергии и принцип расчета линии электропередачи.

В 1882 г. русский изобретатель Н. Н. Бенардос (1842 -1905) построил первый в мире электросварочный аппарат. Горный инженер Н. Г. Славянов (1854 -1897) разработал методы нагревания и отливки металлов при помощи электрической дуги. В 1889 г. он впервые в мире применил дуговую электросварку при постройке судов.

Славянов среди первых электросварщиков

• М. О. Доливо-Добровольский (1862 -1919) является основоположником трехфазной системы и основанной на ее применении электрификации. Блестящий теоретик, талантливый конструктор, выдающийся практический деятель, он в 1888 г. изобрел трехфазную систему, трехфазное вращающееся магнитное поле, создал трехфазный асинхронный двигатель, трехфазный генератор, трехфазный трансформатор, ряд конструкций электрических машин, аппаратов и приборов. В 1891 г. построил первую в мире трехфазную линию электропередачи с линейным напряжением 15 к. В, мощностью 200 к. Вт, длиной 170 км, с к. п. д. выше 0, 75. Изобретения М. О. Доливо-Добровольского положили начало коренным изменениям в электротехнике, так как трехфазная система имеет огромные технические и экономические преимущества перед постоянным и однофазным переменным током.

• В 1896 г. А. С. Попов (1859 -1906) изобрел радио, которое явилось началом нового периода в технике связи и началом всей современной электроники. • Успехи современной электротехники явились результат том творческой деятельности ученых и инженеров многих стран в течение XIX и XX веков.

• При этом нельзя не отметить труды зарубежных ученых, среди которых видное место занимают: Деви, впервые осуществивший в 1807 г. электролиз; А. Ампер, установивший в 1820 г. взаимодействие токов; Г. Ом, сформулировавший в 1827 г. закон, носящий его имя; М. Фарадей, открывший в 1831 г. явление электромагнитной индукции; Г. Кирхгоф, установивший в 1845 г. законы для разветвленных электрических цепей, имеющие огромное значение для электротехники, названные его именем; 3. Грамм, создавший в 1870 г. первый промышленный генератор постоянного тока; Дж. Максвелл, опубликовавший в 1873 г. трактат об электричестве и магнетизме, в котором дал теоретическую разработку электромагнитных явлений.

• Таким образом, с начала прошлого века начали создаваться и развиваться: электромагнитный телеграф, электрохимия, гальванопластика, электрическое освещение, устройства для применения электричества в военном деле, электрические двигатели, электроизмерительная техника. • Однако отсутствие надежного, экономичного источника питания - генератора в значительной степени тормозило развитие и применение электрической энергии. До 1870 г. применялись или химические источники тока, или различные весьма несовершенные магнитоэлектрические генераторы, не получившие промышленного значения.

• Разработка и применение в 1891 г. трехфазных генераторов, трансформаторов и электродвигателей, имевших неоспоримые, преимущества перед другими видами производства, передачи и использования электроэнергии, явились началом современного периода развития электротехники. • С этого времени начинается бурное строительство электрических станций (преимущественно трехфазного тока) и линий электропередачи. Электрическая энергия все шире используется в самых различных отраслях промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве, в быту.

• Первая в мире атомная электростанция в СССР в г. Обнинске мощностью 5000 к. Вт была пущена в 1954 г. Эксплуатация ее показала возможность устойчивой выработки электроэнергии на базе тепла управляемой реакции деления ядер урана.

• Атомная электростанция - это по существу тепловая электростанция, у которой паровой котел заменен парогенератором с атомным реактором. Так как 1 кг атомного горючего, например урана, по теплоте сгорания эквивалентен примерно 2700 т каменного угля, то целесообразно АЭС строить в районах, не располагающих достаточными топливными ресурсами и в которые топливо надо доставлять из далеко расположенных районов. Примером могут служить Билибинская АЭС, расположенная в отдаленном районе Чукотского национального округа, или Шевченковская АЭС.

• Электротехника наряду с производством и передачей электрической энергии рассматривает вопросы применения электрической энергии для практических целей. • Широкое применение электрической энергии во всех областях народного хозяйства и быта или, как говорят, их электрификация сопровождается внедрением в производство передовой техники и комплексной механизации и автоматизации производственных процессов. Применение электричества создает новые технологические процессы, например электросварку, электролиз, закалку токами высокой частоты и т. д. Изобилие дешевой электроэнергии позволяет поновому решать вопросы технологии производства и внедрять в жизнь достижения передовой науки, обеспечивающие рост производительности труда.

• Электроника, ставшая самостоятельной областью электротехники, рассматривает принцип действия, устройство и применение полупроводниковых электронных и ионных приборов в науке, различных областях промышленности и техники. Например, нашли широкое применение в энергетике полупроводниковые и ионные вентили для преобразования переменного тока в постоянный, который необходим для электропривода, электрической тяги, электрохимического и других производств. • Автоматизация производственных и технологических процессов немыслима без широчайшего применения полупроводниковых, электронных и ионных приборов для контроля, регулирования и управления указанными процессами.

• Современная техника позволяет использовать в сложных электрических устройствах огромное количество миниатюрных приборов (диодов, транзисторов, резисторов, индуктивностей, конденсаторов и др. ), выполняемых как пленочные микросхемы. Для производства этих микросхем используется электронно-лучевая и лазерная техника. С помощью электронной технологии осуществляется получение таких материалов, как вольфрам, молибден, тантал, ниобий в сверхчистом состоянии, необходимом для современной техники. • Естественно, что даже для ознакомления с современной техникой надо прочно овладеть основами прикладных наук, в частности электротехникой и электроникой.

Содержание курса: 1. Электрические цепи постоянного тока. 2. Электромагнетизм и электромагнитные явления. 3. Электрические цепи переменного тока. 4. Трехфазные цепи. 5. Трансформаторы. 6. Электрические измерения. 7. Электрические машины: А) машины постоянного тока; Б) асинхронные машины; В) синхронные машины. 8. Электронные устройства. 9. Аппараты управления и защиты. 10. Электропривод. 11. Электробезопасность.