Основы электротехники

1.

Основы электротехники
Безопасная эксплуатация электрических
установок ОАО «РЖД»
Ростовское подразделение СК УЦПК
Майстренко Елена Тимофеевна

2.

Тема: Электрический ток и его
основные законы

3.

Всякое вещество состоит из отдельных очень маленьких частиц.
Для большинства веществ эти частицы представляют собой
молекулы. Молекулы в свою очередь состоят из атомов.
Молекула—наименьшая частица вещества, обладающая его
химическими свойствами. Молекулы образованы из нескольких
атомов одного или различных химических элементов.
Например, молекулы воды содержат атомы водорода и атомы
кислорода (Н2О), молекулы поваренной соли—атомы хлора и
атомы натрия (NaCl)и т.д.
Атом — наименьшая частица химического элемента,
обладающая его химическими свойствами. Каждый
химический элемент — водород, гелий, кислород,
углерод, железо, медь, алюминий, золото, радий, уран и
пр.- состоит из атомов определенного вида.

4.

Упрощенно атом можно представить
в виде ядра, окруженного оболочкой.
Оболочка образована из постоянно
движущихся с чрезвычайно большой
скоростью мельчайших частиц —
электронов, ядро — из протонов и
нейтронов.
Валентный
электрон
Нейтрон
Протон
Электрон

5.

Ряд простых веществ имеют атомное строение, т. е.
состоят не из молекул, а из атомов.
К таким простым веществам относятся инертные газы и
металлы.
Атомы, отдавшие часть
электронов, приобретают
положительный заряд и
становятся
положительно
заряженными ионами.
Атомы, присоединившие
электроны, превращаются
в отрицательно
заряженные ионы.

6.

Основные характеристики электрического поля
6

7.

1. Напряженность электрического поля.
Электрическое поле действует на внесенный в него
заряд q с некоторой силой F. Напряженность
электрического поля Е характеризует силовое
воздействие поля на электрический заряд.
Под напряженностью понимают отношение силы F,
действующей на заряженное тело в данной точке
поля, к заряду q этого тела:

8.

2. Потенциал φ(фи), [В, V] (вольт) –
характеризует энергию поля в данной точке.
Физический смысл имеет не сам потенциал, а разность
потенциалов, которую называют напряжением.
3. Напряжение U = φ1 – φ2, [В, V] (вольт) –
это разность потенциалов между двумя точками
электрического поля.
Если в двух точках электрические заряды различаются
(неважно по знаку или по величине), значит, между этими
точками имеется разность потенциалов.
В электрических цепях постоянного тока принято точку с
большим потенциалом
обозначать «+», а точку с меньшим «–».

9.

Добавить в требованиях недостающие пояснения
разность потенциалов между двумя
Напряжение - это…….................................................
точками
электрического поля.
U = φ1 – φ2, [В, V]
.................................................
и упорядоченное
Электрический ток - это направленное
…………………………………………………
движение заряженных частиц под действием сил
……………………………………………………………………………………………..
электрического
поля
…………………………………..
1· 10-6 А = 0,000001 А
1 мкА (µА) = …………………...
1·10-3 А = 0,001 А
1 мА (mА) = …….……………...
1· 106 Ом = 1000000 Ом
1 МОм = …..…….……………...
1·103 Ом = 1000 Ом
1 КОм = ….….……………...

10.

имеют ..............
Проводниками называют вещества которые ..............
высокую электропроводность обусловленную высокой
.........................................................,
свободных электронов
(«-»заряд) (металлы
концентрацией …......................
..................................
и их сплавы, графит) или положительных и отрицательных
ионов (электролиты).
...........

11.

За направление электрического тока в металлах
«плюса» к «минусу» .
принимается направление, от ………………………………..

12.

изоляторами называют вещества
Диэлектриками или ........................
очень плохо проводят электрический ток
которые
...............................................................................
(стекло, слюда, фарфор, пластмассы и др.).
Закон Ома для участка электрической цепи:
сила тока I на участке электрической
цепи прямо пропорционально падению
напряжения U на этом участке и
обратно
пропорциональна
его
сопротивлению R.
I=U/R

13.

Какой электрический ток называют постоянным, а
какой переменным?
Электрический ток, который с
течением времени не меняется
ни по величине, ни по
направлению называют
постоянным.
Электрический ток, который с
течением времени изменяется
и по величине и по
направлению называют
переменным.

14.

В чем кроется опасность поражения электрическим
током, назовите и охарактеризуйте виды поражений ?
Электрический ток не имеет ни цвета, ни запаха, ни
звука и поэтому его невозможно распознать до
начала действия. Кроме того, пострадавший, как
правило, не в состоянии оказать себе помощь
самостоятельно, а при неумелых действиях может
пострадать и тот, кто пытается помочь.

15.

Условия возникновения электрического тока
2.
Наличие свободных заряженных частиц.
Разность потенциалов (напряжение).
3.
Замкнутая цепь.
1.

16.

17.

18.

19.

Сколько контуров
(поясов) имеет
лейтер и как они
называются?
Шунтирующий контур (пояс);
Изолирующий контур;
Заземляющий контур.

20.

21.

22.

Дать определение электрического сопротивления,
как оно обозначается и в чём измеряется ?
Противодействие
проводника
электрического тока называется
сопротивлением (R,r) (Ом).
прохождению
электрическим

23.

Из формулы видно, что сопротивления проводника R зависит от:
ρ – удельного сопротивление материала провода, выраженное в
(значение для конкретного материала берется из справочных
таблиц),
l – длины провода, выраженная в м,
S – площади поперечного сечения проводника, выраженная в мм2 .

24.

Условные
обозначения
резисторов и сопротивлений
на
схемах
Резистор
(сопротивление)
Регулируемое сопротивление

25.

26.

Пояснить первый закон Кирхгофа
Первый закон Кирхгофа: сумма токов входящих в
узле электрической цепи равна сумме токов
выходящих из неё.
I1+ I2+ I3=I4 + I5

27.

Пояснить второй закон Кирхгофа
Второй закон Кирхгофа: во всяком замкнутом контуре
алгебраическая сумма э.д.с. равна алгебраической
сумме падений напряжений на сопротивлениях,
входящих в этот контур
Е = U1+U2+U3

28.

Какие существуют режимы работы электрической
цепи?
Номинальный нагрузочный режим это режим работы, установленный
заводом-изготовителем, режим на
который рассчитана электрическая
цепь.
Режим холостого хода. Внешняя цепь разомкнута, тока
в цепи нет.
Режим короткого замыкания.
Зажимы источника замкнуты
проводником с сопротивлением
равным нулю. Это аварийный
режим.

29.

Режим короткого замыкания. Зажимы источника замкнуты
проводником с сопротивлением равным нулю
Iк.з.= E/R0
Т.к. внутреннее сопротивление источника обычно мало,
проходящий через него ток возрастает до значительных
величин, что может привести в негодность, как сам источник,
так и приборы, провода. Это аварийный режим.

30.

Записать формулу определяющую мощность, в чём
она измеряется?
P=U·I (Вт, В·А).
Озвучить закон Джоуля-Ленца
Количество выделенного в проводнике тепла равно
произведению квадрата силы тока, сопротивления
проводника и времени прохождения тока через
проводник
Q=I2·R·t (Дж)

31.

Ток при последовательном соединении резисторов, независимо от
величины их сопротивления, одинаков для всех участков цепи
I = I1=I2=I3.
Напряжение на зажимах цепи равно сумме напряжений на её участках
U=U1+U2+U3.
Общее сопротивление цепи равно сумме сопротивлений её участков
Rэ=R1+R2+R3.

32.

Параллельное соединение нескольких резисторов
(приемников)
По первому закону Кирхгофа
При параллельном соединении нескольких приемников ко
всем резисторам приложено одинаковое напряжение
U =U1=U2=U3
Общее или эквивалентное сопротивление

33.

Если параллельно соединены два потребителя с
сопротивлениями R1 и R2. В этом случае их
эквивалентное сопротивление
R1 = R2 = 4 Ом
R = 4*4/4+4= 16/8=2 Ом

34.

330 кВ

35.

Тема: Электромагнетизм и
электромагнитная индукция

36.

Магнитное поле - это особый вид материи, который
образуется:
1.Вокруг магнитов;
2.Вокруг движущихся электрических зарядов, т.е.
проводников с током;
3.При изменении электрического поля.
Всякое изменение электрического поля образует магнитное
поле и, наоборот, изменение магнитного поля порождает
электрическое. Такое взаимодействие полей называется –
электромагнитным полем.

37.

1.Магнитная индукция В, [Тл] (тесла) - характеризует энергию
(интенсивность) магнитного поля в какой-либо точке. Чем гуще
силовые линии (обычно - ближе к полюсам), тем больше
магнитная индукция.
B=F/I∙ι
2. Магнитный поток Ф, [Вб] (вебер) - характеризует общую
энергию магнитного поля, т.е. общее число силовых линий,
проходящих через какую либо площадь S.
Ф = В∙S; В = Ф/ S .
3. Относительная магнитная проницаемость µ, [мю]характеризует магнитные свойства данного материала или среды
в сравнении с магнитными свойствами вакуума – пустого
пространства (µ=1), т.е. насколько хорошо материал пропускает
магнитный поток и намагничивается (по сравнению с вакуумом).

38.

В зависимости от значения µ все материалы по магнитным
свойствам делятся на три группы:
- ферромагнетики µ >>1 - хорошо пропускают магнитный
поток и намагничиваются (железо Fe, кобальт Cо, никель Ni и их
сплавы);
- парамагнетики µ ≥ 1 - намагничиваются слабо (алюминий Al,
олово Sn, платина Pt, магний Mg и пр.);
- диамагнетики µ< 1 – не намагничиваются (инертные газы,
германий Ge, кремний Si, медь Cu, золото Au, цинк Zn,серебро
Aq и др.);

39.

Ферромагнитные материалы применяют для того, чтобы
сосредоточить магнитное поле в определенной части
аппарата и уменьшить мощность, потребляемую катушкой
электромагнита. Элементы из ферромагнитных материалов с
разделяющими их воздушными зазорами составляет
магнитопровод (магнитную цепь).
Электромагнит
—
это
устройство,
состоящее
из
обмотки
и
ферромагнитного
сердечника
и
создающее
магнитное поле при прохождении
электрического тока по обмотке.

40.

41.

Если проводник движется в постоянном магнитном поле
(пересекает силовые линии), то в нем наводится
(индуцируется) э.д.с.
Если каким-либо образом изменять магнитный поток,
пронизывающий неподвижный виток, то также будет
индуцированная э.д.с.
e= - ΔΦ/Δt
Явление возникновения э.д.с., в результате воздействия
изменяющегося магнитного поля на проводник, с
разделением в нем электрических зарядов называют
электромагнитной индукцией.

42.

Взаимоиндукцией называется
явление индуцирования э.д.с.
в проводнике или катушке при
изменении магнитного потока
создаваемого другим
проводником или катушкой. От
э.д.с. взаимоиндукции во
втором проводнике появится
напряжение, называемое
наведенным напряжением.

43.

Величина индуцированной ЭДС зависит:
- от индукции (интенсивности) магнитного поля (В);
- от скорости изменения магнитного потока (V);
- от длины проводника (L);
- от угла α, под которым проводник пересекает магнитные
силовые линии, это значит, что если проводник
перемещается вдоль силовых линий, то α, sin α и э.д.с.
равны нулю.
E =В∙L∙v∙sinα – закон электромагнитной индукции
Фарадея.

44.

Магнитное влияние

45.

Тема: Переменный ток

46.

Параметры переменного тока

47.

Основные параметры переменного тока:
период, частота, амплитуда, мгновенное значение,
действующие значение, фаза.
Период Т, [c] – это промежуток времени, в течение которого
переменный ток (переменная ЭДС, переменное напряжение)
совершает полный цикл своих изменений.

48.

2. Частота f , [Гц] (Герц) – число полных периодов изменения
тока, напряжения или э. д. с. в одну секунду.
Частота – величина, обратная периоду, т.е. f = 1/T.
1кГц=10³Гц, 1МГц = 10⁶Гц.
3. Амплитудные значения Im, Em, Um
– это максимальное значение переменной величины за период.
4. Мгновенные значения i, u, e
– это значение переменной величины, в какой-либо момент
времени.

49.

Напряжение в сети в Америке 110 В 60 Гц, у нас и в
Европе 230 В 50 Гц.

50.

5. Действующие значения I, U, E
– под действующим значением переменного тока понимают
такую величину постоянного тока, при которой выделяется
столько же (энергии) тепла, сколько при переменном токе.
I
Im
2
=0,7∙Im,
U
Um
2
=0,7∙Um,

51.

6. Начальная фаза синусоидальной величины ψ (пси)
определяет смещение синусоиды относительно начала
координат.

52.

7. Угол сдвига фаз синусоидальных величин ϕ –
разность начальных фаз двух синусоидальных величин
одной частоты ϕ= ψ1-ψ2
На рисунке напряжение u
опережает по фазе ток i на
угол φ.

53.

Совпадение по фазе – когда две переменные
величины изменяются синхронно.
В противофазе – смещение физических величин
друг относительно друга на половину периода (на
1800).

54.

UR
I
R

55.

ХL = 2πfL

56.

57.

Электрическое влияние (наведённое напряжение)
обусловлено наличием электрической емкостной связи с
проводами находящимися под напряжением (провода
можно рассматривать как протяжённые обкладки
конденсатора).

58.

Система трех переменных ЭДС одной амплитуды и частоты,
сдвинутых по фазе на 120º, называется трехфазной
симметричной системой ЭДС.

59.

Существует два основных способа соединения обмоток
трехфазных генераторов, трансформаторов и потребителей:
«звезда» и «треугольник».

60.

Какими цветами и буквами обозначаются обмотки
трехфазных
генераторов,
трансформаторов
и
потребителей?
Начала катушек обозначают А, В, С (или С1,С2,С3 или
L1, L2, L3), а концы – X, Y, Z (или С4,С5,С6).

61.

Установка перемычек на клеммы для получения схем
соединения обмоток звездой и треугольником

62.

При соединение обмотки трехфазного генератора звездой концы
фаз (катушек) X, Y, Z соединяют в одну точку, называемую
нулевой точкой 0 или нейтралью генератора.
От нулевой точки к потребителям прокладывают нулевой провод.

63.

Ответить на вопрос
Какая схема соединения приведена на рисунке?
А
UФ=220 В
UЛ=380 B
PEN
UФ
В
С
PEN
UЛ
Схема соединения обмотки звезда с заземлённой
нейтралью
63

64.

Ответить на вопрос
Какая схема соединения приведена на рисунке?
Схема соединения обмотки звезда с изолированной
нейтралью
64

65.

Ответить на вопрос
Какими формулами связаны токи и напряжения в схеме
«звезда с нулевым проводом»(четырехпроводная система)?
65

66.

Ответить на вопрос
В каком случае в трехфазной сети по нулевому
проводу ток протекать не будет?
1.
При разных нагрузках в фазах.
2.
При отсутствии одной из фаз.
3.
При одинаковых напряжениях.
4.
При симметричной нагрузке.
При симметричной нагрузке.
66

67.

Звезда с нулевым проводом (четырехпроводная система)
380 / 220 В

68.

Напряжение между любым линейным и нулевым проводом (т.е.
между началом и концом любой фазы генератора) называют
фазным напряжением. Фазные напряжения обозначают UA, UB,
UC (в общем виде UФ).

69.

Тема: Трансформаторы

70.

Трансформатором называется статическое (не имеющее
подвижных частей) электромагнитное устройство,
предназначенное для преобразования переменного тока
одного напряжения в переменный ток другого напряжения
при неизменной частоте.

71.

u1~ (w1) → i1~ (w1) →Ф~ → е2(w2) → u2 (w2) → i2 (w2)

72.

Если на первичную обмотку с числом витков W1 подать
переменное напряжение u1, то протекающий по обмотке
переменный ток i1 создаст в магнитопроводе переменный
магнитный
поток
Ф,
пронизывающий
обе
обмотки
трансформатора и индуцирующий в них переменные э.д.с. е1
(э.д.с. самоиндукции) и е2 (э.д.с. взаимоиндукции). Если ко
вторичной обмотке подключить нагрузку, то под действием э.д.с.
е2 в цепи вторичной обмотки будет протекать переменный ток
i2.
Логическая цепочка, описывающая последовательность процесса
работы трансформатора
u1 (w1) → i1 (w1) →Ф~ → е2(w2) → u2 (w2) → i2 (w2)

73.

Коэффициентом трансформации трансформатора:
Отношений напряжения
первичной обмотки к
напряжению вторичной
обмотки, приблизительно
равно отношению чисел
их витков.

74.

Обозначения на
схемах
Наименование
трансформатор однофазный двухобмоточный
трансформатор трёхфазный двухобмоточный
с соединением обмоток звезда-звезда с
выделенной нейтралью
трансформатор трёхфазный трёхобмоточный
силовой с соединением обмоток звезда с
регулированием под нагрузкой – звезда –
треугольник – звезда с выделенной
нейтралью.

75.

76.

Основы электротехники
Безопасная эксплуатация электрических
установок ОАО «РЖД»
Ростовское подразделение СК УЦПК
Майстренко Елена Тимофеевна