Електротехніка Лектор зав кафедри Енергетики в АПК к

Електротехніка Лектор: зав. кафедри “Енергетики в АПК” к. т. н. , доцент Лисенко Валерій Миколайович

Денна 3 5 18 18 72 108 5 екзамен Форми контролю (семестр) індивідуальні завдання курсова робота (проект) Диф. залік ВСЬОГО ГОДИН ЛПЗ семінар и самостійна робота навчальна практика Форми навчального процесу Види навчальн их занять лекції Форма навчанн я Курс Семестр РОЗПОДІЛ НАВЧАЛЬНОГО НАВАНТАЖЕННЯ

Місце дисципліни в освітньо професійній програмі Перелік дисциплін, які № п/п забезпечують вивчення даної дисципліни у межах програми Період вивчення, курс/семестр 1 Фізика 1 курс 2 семестр 2 Вища математика 1 курс 2 семестр Перелік дисциплін, вивчення № п/п яких базується на знанні даної дисципліни у межах програми 1 Технологічне обладнання підприємств галузі Кафедра Фізики і прикладної механіки Вищої математики Період вивчення, курс/семестр Кафедра 5 курс 9 семестр Технологічного обладнання харчових виробництв

Результати навчання Студенти повинні знати: Модуль 1: Зміст і структуру дисципліни. Роль електротехніки у розвитку автоматизованих систем керування технологічними процесами. Відомості з історії розвитку електротехніки і електрифікації виробничих процесів у сільському господарстві. Фізичні закони, покладені в основу дії електричних машин, електричних апаратів та іншого електротехнічного обладнання, що застосовується у сільськогосподарському виробництві. Модуль 2: Передбачене програмою детальне пояснення основних теоретичних законів, на яких ґрунтуються принципи роботи електрообладнання; будову та принцип дії основних видів електрообладнання; Основи виробництва, розподілу та застосування електричної енергії. Студенти повинні вміти: Модуль 1: Складати електричні схеми, вимірювати основні параметри електричних кіл. Правильно використовувати електрообладнання, здійснювати його технічне обслуговування і ремонт. Модуль 2: Читати електричні схеми, вимірювати основні електричні та неелектричні (за допомогою датчиків) величини; аналізувати роботу електричних улаштувань, включати їх в коло; ефективно використовувати електричну енергію, працювати з електротехнічною літературою.

Електротехніка – наука про теоретичне вивчення та практичне застосування електричних і магнітних явищ для виробництва, передачі, розподілу та перетворення електричної енергії в інші види енергії (світлову, теплову, хімічну механічну, тощо)

Тема 1. Електричне коло постійного струму 1. 1. Електричне коло і його складові елементи. 1. 2. Стандартні графічні позначення основних електротехнічних пристроїв. 1. 3. Послідовне, паралельне і змішане з'єднання споживачів, еквівалентний опір розгалуженого кола. 1. 4. Закон Ома для ділянки кола. Закон Ома для повного кола. 1. 5. Робота і потужність постійного струму. Закони Кірхгофа. 1. 6. Енергетичний баланс в електричному колі. Методи розрахунку електричних кіл за допомогою безпосереднього застосування законів Кірхгофа.

Основні поняття електротехніки Елементарні частинки матерії мають електричні заряди (електрон – ” ” , протон – “+”) Електричні заряди та електромагнітне поле є особливою формою руху матерії Електричний заряд елементарних частинок є важливою фізичною властивістю, яка характеризує їх взаємозв'язок з власним електромагнітним полем і взаємодією з зовнішнім електромагнітним полем. Будь яке електромагнітне явище має два прояви – електричне поле і магнітне поле. Електричне поле створюється електричними зарядами, а також змінним магнітним полем. Магнітне поле створюється рухомими електричними зарядами. А також змінним електричним полем.

Електростатичне поле – це окремий вид електромагнітного поля. Яке створюється сукупністю незмінних в часі нерухомих електричних зарядів. - напруженість електричного поля - вектор механічної сили - електричний заряд

Величини що характеризують електричне поле Електрична напруга є фізичною величиною, що характеризує роботу електричного поля вздовж заданого шляху й дорівнює лінійному інтегралові напруженості електричного поля вздовж цього шляху. Електричний потенціал точки а поля дорівнює роботі сил електричного поля при перенесенні одиничного додатного заряду з цієї точки до певної вибраної точки р.

Електрорушійною силою називають фізичну величину, яка викликає електричний струм у провідному контурі та дорівнює лінійному інтегралу вектора напруженості електричного поля вздовж цього контура.

Електричний струм це явище спрямованого руху носіїв електричних зарядів (струм вільних зарядів). Додатним на прямом електричного струму прийнято вважати напрям руху носіїв додатних зарядів. Сила електричного струму (чи просто електричний струм) визначається кількістю заряду, що проходить крізь деяку поверхню за одиницю часу, тобто

Якщо кількість носіїв заряду, що проходять через поперечний переріз, не змінюється в часі, то такий струм називають постійним (рис. 1. 6). У тому випадку, коли струм у часі змінюється гармонійно за синусоїдним законом (рис. 1. 9), його називають синусоїдним струмом. В зв'язку з цим часто періодичний несинусоїдний за формою струм називають несинусоїдним. Одиниця сили струму ампер [А] є однією з основних оди ниць системи СІ: де Q – кількість зарядів; t час

Властивість середовища, що характеризує його здатність проводити електричний струм, називають питомою провідністю γ. Величина, обернена до питомої провідності, називається питомим опором.

Величина, обернена до опору, називається провідністю: Одиниці виміру [См] Потужність – величина яка характеризує швидкість зміни (перетворення) електричної енергії в часі. Одиниці виміру [Вт]

Електричне коло і його складові елементи Електричне коло — це сукупність пристроїв, що генерують, передають, перетворюють та споживають електричну енергію. Пристрої призначені для генерування електричної енергії, називаються джерелами електричної енергії або джерелами живлення, або джерелами електрорушійної сили (ЕРС), або джерелами струму. Джерела живлення бувають: машинні (генератори постійного та змінного струму); електростатичні (хімічні, сонячні, атомні та інші). Пристрої, що споживають електричну енергію, називаються приймачами електричної енергії або навантаженням. Приймачами електричної енергії можуть бути: привiднi електродвигуни різних типів; лампи розжарювання, нагрiвальнi та освiтлювальнi прилади; електрохімічні та радiотехнiчнi прилади тощо. Перетворювачі електричної енергії можуть розглядатися для різних сторін електричного кола як джерела або як споживачі енергії (наприклад трансформатори). Кожний пристрій електричного кола має назву елемента електричного кола.

Структура електричного кола Рис. 2

ПАМ`ЯТАЙ • Джерела електричної енергії відносяться до групи активних елементів електротехнічних пристроїв. • До групи пасивних елементів відносять: активний опір R, індуктивність L і ємність С. • Опір залежить від температури: Rt=R 0[1+a(t t 0)]

Основні умовні позначення Ідеальне джерело ЕРС Е – електрорушійна сила, Е=const, R 0=0 – внутрішній опір Ідеальне джерело струму, І = cоnst, Rвн – внутрішній опір, Rвн>>Rзовн. Резистор R Катушка індуктивності L Конденсатор С

Закони електричних кіл • 1. Закон Ома: U=IR, I=U/R, R=U/I. Визначає зв’язок між основними електричними величини на ділянках кола з пасивними елементами. • 2. Перший закон Кірхгофа – закон балансу струмів у вузлі. Алгебраїчна сума струмів , що сходяться у вузлі, дорівнює 0, ∑Ік=0. Електричний заряд у вузлі не накопичується. • 3. Другий закон Кірхгофа. Алгебраїчна сума ЕДС джерел живлення в будь якому контурі дорівнює алгебраїчній сумі падіння напруги на елементах цього контура, ΣЕі=ΣІк. Rк • 4. Закон Джоуля –Ленца. Енергія, що виділяється на резисторі R при протіканні по ньому струму І, пропорційна добутку квадрата сили струму і величини опору та часу протікання W= І2 Rt.

Деякі поняття електричних кіл Ті чи інші з`єднання елементів R, L, C називаються електричним колом, а графічне зображення кола електричною схемою. Електрична схема показує, як відбувається з`єднання елементів досліджуваного кола. В електричній схемі з`єднання елементів утворює гілки, вузли, контури. Ділянка електричного кола, по якій проходить струм одного і того ж значення і напрямку, називається гілкою. Замкнуте електричне коло утворене одною або декількома гілками, називається контуром, а місце з`єднання трьох чи більше гілок – вузлом. На схемі вузол зображується точкою. Графічне зображення кола називається електричною схемою.

Класифікація електричних кіл По роду струму: -Постійний - Змінний По характеру елементів: -Лінійні - Нелінійні По зображенню: -Монтажні - Принципові - Заміщення По схемам з`єднання: -Прості - Складні

ПАМ`ЯТАЙ • В електричних колах постійного струму в наявності тільки джерела ЕДС, або струми активні елементи і приймачі резистори – пасивні елементи. • Простими колами постійного струму називаються кола з одним джерелом при послідовному (3 а), паралельному (3 б), і змішаному (3 в) з`єднанні приймачів.

Рис. 3 а. Послідовне з`єднання приймачів Рис. 3 б. Паралельне з`єднання приймачів Рис. 3 в. Перетворення схеми при змішаному з`єднанні приймачів

Послідовним з'єднанням елементів називається з'єднання декількох елементів один за одним без розгалужень , через який проходить один і той самий струм. Таке з'єднання утворює одну вітку. U 1=R 1 I, U 2=R 2 I, …Un=Rn. I. U=U 1+U 2+…+Un=(R 1 I+R 2 I+…Rn. I)=(R 1+R 2+…Rn)I=REI Отже , еквівалентний опір декількох послідовно з'єднаних елементів дорівнює сумі їх опорів, тобто: RE=R 1+R 2+…Rn=∑Rk

Паралельним з'єднанням елементів • Називається таке з'єднання, в якому до одних і тих самих двох вузлів електричного кола під`єднано декілька елементів. На тіких елементах однакова напруга. І1=U/R 1; І2=U/R 2; …Іn=U/Rn I=I 1+I 2+…+In U/RE=U/R 1+U/R 2+…+U/Rn RE=1/(1/R 1+1/R 2+…+1/Rn)=1/∑ 1/Rk Для паралельного з'єднання доцільно використовувати величину провідності. Тоді провідність еквівалентного елемента: 1/ RE=1/R 1+1/R 2+…+1/ Rn

Змішаним з'єднанням елементів • Називають сукупність послідовно паралельних з'єднань елементів або ділянок кола. • Пам'ятай: для змішаного з'єднання елементів схема спрощується.

Метод рівнянь Кірхгофа • Метод рівнянь Кірхгофа базується на використанні рівнянь Кірхгофа для запису рівноваги кола. Для цього треба визначити кількість вузлів і кількість віток електричної схеми. • Послідовність проведення розрахунку • 1) для заданої електричної схеми визначаємо кількість вузлів q, віток р і незалежних контурів n; • 2) задаємо умовно додатні напрямки струмів у вітках схеми; • 3) за першим законом Кірхгофа складаємо q-1 рівнянь, а за другим законом n рівнянь, при цьому рекомендується вибирати додатні напрями обходу для всіх контурів однаково, наприклад, всі за годинниковою стрілкою4 • 4) розв'язуємо сформовану систему рівнянь і одержуємо значення струмів віток.

Завдання для самостійної роботи Ознайомитися та записати в зошит наступні слайди

ЛІТЕРНІ ПОЗНАЧЕННЯ ТА ОДИНИЦІ ВИМІРЮВАННЯ ОСНОВНИХ ЕЛЕКТРИЧНИХ ТА МАГНІТНИХ ВЕЛИЧИН № Назва величини з/п 1 Заряд електричний Індуктивність власна 2 3 4 5 6 7 Індуктивність взаємна Коефіцієнт потужності при синусоїдних струмові та напрузі Коефіцієнт трансформації Потужність активна Позначення Q Одиниця вимірювання К (кулон) L Гн (генрі) M χ 1 м. Гн = 10 -3 Гн 1 мк. Гн = 10 -6 Гн Гн cosφ n P Вт (ват) 8 Потужність повна 9 Потужність реактивна 10 Потужність миттєва Напруга електрична 11 S Q P ВА Вар ВА U В (вольт) 12 13 14 15 UM J V ψ А (ампер) А/м 2 В Вб (вебер) R Ом Напруга магнітна Густина струму Потенціал електричний Потокозчеплення Опір електричний (постійного 16 струму) 17 Опір електричний активний Примітка 1 к. Вт = 103 Вт 1 МВт = 106 Вт 1 к. ВА = 103 ВА 1 к. Вар = 103 Вар 1 м. В = 10 -3 В 1 мк. В = 10 -6 В 1 мк. Вб = 10 -6 Вб 1 к. Ом = 103 Ом 1 МОм = 106 Ом

№ з/п 19 20 21 22 Назва величини Опір електричний реактивний Провідність електрична повна Провідність електрична активна Провідність електрична реактивна Сила магніто-рушійна вздовж 23 замкненого шляху 24 Опір магнітний Струм 25 26 27 28 29 30 31 32 Кількість витків Стала часу електрична Електрорушійна сила Частота коливань кутова Частота обертань Коефіцієнт корисної дії Ємність 33 34 35 36 37 38 39 X Y G B Одиниця вимірювання Ом См (сіменс) См См FM А RM 1/Гн Позначення I А (ампер) w τ E f ω n η 1 мк. А = 10 -6 А 1 мк. А = 10 -3 А с В Гц (герц) рад/с об/хв. C Енергія Магнітна індукція Магнітна проникність Діелектрична проникність Магнітний потік Напруженість магнітного поля Примітка Ф (фарад) W B μ ε Ф H Дж (джоуль) Тл (тесла) Гн/м Ф/м Вб А/м 1 мк. Ф = 10 -6 Ф 1 н. Ф = 10 -9 Ф 1 п. Ф = 10 -12 Ф 1 м. Тл = 10 -3 Тл 1 мк. Вб = 10 -6 Вб 1 к. А/м = 103 А/м

ОСНОВНІ ГРАФІЧНІ ПОЗНАЧЕННЯ ЕЛЕМЕНТІВ В ЕЛЕКТРИЧНИХ СХЕМАХ № з/п Вид елемента Літерне позначення 1 Джерело напруги Е 2 Джерело струму J 3 Елемент гальванічний чи акумулятор G 4 Резистор R 5 Резистор із змінним опором R 6 Конденсатор C 7 Конденсатор зі змінною ємністю C 8 Котушка індуктивності 9 Котушка індуктивності з осердям 10 Нелінійний елемент L L HE 11 Трансформатор 12 Асинхронний двигун із короткозамкненим ротором T АД Графічне позначення

№ з/п Вид елемента 13 Асинхронний двигун із фазним ротором 14 Машина постійного струму 15 Обвитка реле 16 17 18 19 20 Контакт на замикання Контакт на розмикання Перемикач Автоматичний вимикач Запобіжник Літерне позначення АД G(M) K K AB F 21 Амперметр 22 Вольтметр 23 Ватметр 24 Напівпровідниковий діод 25 Стабілізатор 26 Транзистор 27 Заземлення VD Графічне позначення