Электротехника. Что такое j в электротехнике

Электротехника - это... Что такое Электротехника?

Электротехника — область технических наук, изучающая получение, распределение, преобразование и использование электрической энергии.

Электротехника выделилась в самостоятельную науку из физики в конце XIX века.

В настоящее время электротехника включает в себя несколько наук: электроэнергетику, электронику, системы управления, обработку сигналов и телекоммуникации. Основное отличие от электроники заключается в том, что электротехника изучает проблемы, связанные с силовыми крупногабаритными электронными компонентами: линии электропередачи, электрические приводы, в то время как в электронике основными компонентами являются компьютеры и интегральные схемы[1]. В другом смысле, в электротехнике основной задачей является передача электрической энергии, а в электронике — информации.

История

Разделы

Электротехника имеет множество разделов, самые важные из которых описаны ниже. Хотя инженеры работают каждый в своей области, но многие из них имеют дело с комбинацией из нескольких наук.

Электроэнергетика

Электроэнергетика — наука о выработке, передаче и потреблении электроэнергии, а также о разработке устройств для этих целей. К таким устройствам относят: трансформаторы, электрические генераторы, ТЭНы, электродвигатели, низковольтную аппаратуру и электронику для управления силовыми приводами. Многие государства мира имеют электрическую сеть, называемую электроэнергетической системой, которая соединяет множество генераторов с потребителями энергии. Потребители получают энергию из сети, не тратя ресурсы на выработку своей собственной энергии. Энергетики работают как над проектированием и обслуживанием сети, так и над энергетическими системами, присоединёнными к сети. Такие системы называются внутрисетевыми и могут как поставлять энергию в сеть, так и потреблять её. Энергетики работают также и над системами не присоединёнными к сети, называемыми внесетевыми, которые в некоторых случаях являются более предпочтительными, чем внутрисетевые системы. Имеется перспектива создания энергетических систем, контролируемых со спутника, имеющих обратную связь в реальном времени, что позволит избежать скачков напряжения и предотвратить нарушения энергоснабжения.

Системы автоматического управления

Задачами автоматических систем управления (и автоматизации в целом) является моделирование различных динамических систем и разработка систем управления, которые заставляют работать динамические системы нужным образом. Для создания таких устройств могут использоваться электрические схемы, процессоры цифровой обработки сигналов, микроконтроллеры и программируемые логические контроллеры. Системы управления имеют широкую область применения от систем, встраиваемых в энергетические установки (например, на коммерческих авиалайнерах), автоматов постоянной скорости (имеющихся во множестве современных автомобилей) и ЧПУ в станках до систем управления на базе промышленных ПК в автоматизации промышленного производства.

Инженеры часто используют обратную связь при проектировании систем управления. Например в автомобиле с автоматом постоянной скорости скорость транспортного средства постоянно отслеживается и данные передаются системе, которая соответственно регулирует выходную мощность двигателя. Если имеется стандартная система обратной связи, можно использовать теорию управления для определения того, как система должна реагировать на поступающую информацию.

Микроэлектроника

Микроэлектроника занимается разработкой и изготовлением очень малых компонентов электронных цепей для использования в интегральных схемах или, в некоторых случаях, для использования в качестве основных электронных компонентов. Самыми распространенными микроэлектронными компонентами являются полупроводниковые транзисторы, хотя все основные электронные компоненты (резисторы, конденсаторы, индукторы) могут быть созданы на микроскопическом уровне.

Микроэлектронные компоненты создаются химическим изготовлением пластин из полупроводников, например, кремния (при более высоких частотах — полупроводниковых соединений, таких как арсенид галлия, фосфид индия, нитрид галлия), чтобы получить желаемую передачу заряда и управлять током. Микроэлектроника затрагивает существенную часть химии и материаловедения, и требует от инженера-электроника, работающего в данной области, хороших практических знаний квантовой механики.

Литература

См. также

Примечания

Ссылки

dal.academic.ru

Электротехника - это... Что такое Электротехника?

Электротехника выделилась в самостоятельную науку из физики в конце XIX века.

История

Разделы

Электроэнергетика

Системы автоматического управления

Микроэлектроника

Литература

См. также

Примечания

Ссылки

ushakov.academic.ru

Что такое переменный ток и чем он отличается от тока постоянного

Переменный ток, в отличие от тока неизменного, безпрерывно меняется как по величине, так и по направлению, при этом конфигурации эти происходят временами, т. е. точно повторяются через равные промежутки времени.

Чтоб вызвать в цепи таковой ток, употребляются источники переменного тока, создающие переменную ЭДС, временами изменяющуюся по величине и направлению.Такие источники именуются генераторами переменного тока.

На рис. 1 показана схема устройства (модель) простого генератора переменного тока.

Прямоугольная рамка, сделанная из медной проволоки, укреплена на оси и с помощью ременной передачи крутится в поле магнита. Концы рамки припаяны к медным контактным кольцам, которые, вращаясь совместно с рамкой, скользят по контактным пластинам (щеткам).

Схема простого генератора переменного тока

Набросок 1. Схема простого генератора переменного тока

Убедимся в том, что такое устройство вправду являетсяисточником переменной ЭДС.

Представим, что магнит делает меж своими полюсами равномерное магнитное поле, т. е. такое, в каком плотность магнитных силовых линий в хоть какой части поля однообразная.вращаясь, рамка пересекает силовые полосы магнитного поля, и в каждой из ее сторон а и б индуктируются ЭДС.

Стороны же в и г рамки — нерабочие, потому что при вращении рамки они не пересекают силовых линий магнитного поля и, как следует, не участвуют в разработке ЭДС.

В хоть какой момент времени ЭДС, возникающая в стороне а, обратна по направлению ЭДС, возникающей в стороне б, но в рамке обе ЭДС действуют согласно и в сумме составляют обшую ЭДС, т. е. индуктируемую всей рамкой.

В этом несложно убедиться, если использовать для определения направления ЭДС известное нам правило правой руки.

Для этого нужно ладонь правой руки расположить так, чтоб она была обращена в сторону северного полюса магнита, а большой отогнутый палец совпадал с направлением движения тойстороны рамки, в какой мы желаем найти направление ЭДС. Тогда направление ЭДС в ней укажут вытянутые пальцы руки.

Для какого бы положения рамки мы ни определяли направление ЭДС в сторонах а и б, они всегда складываются и образуют общую ЭДС в рамке. При всем этом с каждым оборотом рамки направление общей ЭДС меняется в ней на оборотное, потому что любая из рабочих сторон рамки за один оборот проходит под различными полюсами магнита.

Величина ЭДС, индуктируемой в рамке, также меняется, потому что меняется скорость, с которой стороны рамки пересекают силовые полосы магнитного поля. Вправду, в то время, когда рамка подходит к собственному вертикальному положению и проходит его, скорость скрещения силовых линий сторонами рамки бывает большей, и в рамке индуктируется большая ЭДС. В те моменты времени, когда рамка проходит свое горизонтальное положение, ее стороны вроде бы скользят повдоль магнитных силовых линий, не пересекая их, и ЭДС не индуктируется.

Таким макаром, при равномерном вращении рамки в ней будет индуктироваться ЭДС, временами изменяющаяся как по величине, так и по направлению.

ЭДС, возникающую в рамке, можно измерить прибором и использовать для сотворения тока во наружной цепи.

Используя явление электрической индукции, можно получить переменную ЭДС и, как следует, переменный ток.

Переменный ток для промышленных целей и для освещения вырабатывается сильными генераторами, приводимыми во вращение паровыми либо водяными турбинами и движками внутреннего сгорания.

Что такое переменный ток и чем он отличается от тока неизменного

Графическое изображение неизменного и переменного токов

Графический способ дает возможность наглядно представить процесс конфигурации той либо другой переменной величины зависимо от времени.

Построение графиков переменных величин, меняющихся со временем, начинают с построения 2-ух взаимно перпендикулярных линий, именуемых осями графика. Потом на горизонтальной оси в определенном масштабе откладывают отрезки времени, а на вертикальной, также в неком масштабе, — значения той величины, график которой собираются выстроить (ЭДС, напряжения либо тока).

На рис. 2 графически изображены неизменный и переменный токи. В этом случае мы откладываем значения тока, при этом ввысь по вертикали от точки скрещения осей О откладываются значения тока 1-го направления, которое принято именовать положительным, а вниз от этой точки — обратного направления, которое принято именовать отрицательным.

Графическое изображение неизменного и переменного тока

Набросок 2. Графическое изображение неизменного и переменноготока

Сама точка О служит сразу началом отсчета значений тока (по вертикали вниз и ввысь) и времени (по горизонтали на право). По другому говоря, этой точке соответствует нулевоезначение тока и тот исходный момент времени, от которого мы намереваемся проследить, как в предстоящем будет изменяться ток.

Убедимся в корректности построенного на рис. 2, а графика неизменноготока величиной 50 мА.

Потому что этот ток неизменный, т. е. не меняющий со временем собственной величины и направления, то разным моментам времени будут соответствовать одни и те же значения тока, т. е.50 мА. Как следует, в момент времени, равный нулю, т. е. в исходный момент нашего наблюдения за током, он будет равен 50 мА. Отложив по вертикальной оси ввысь отрезок, равный значению тока 50 мА, мы получим первую точку нашего графика.

То же самое мы должны сделать и для последующего моментавремени, соответственного точке 1 на оси времени, т. е. отложить от этой точки вертикально ввысь отрезок, также равный 50 мА. Конец отрезка обусловит нам вторую точку графика.

Проделав схожее построение для нескольких следующих моментов времени, мы получим ряд точек, соединение которых даст прямую линию, являющуюся графическим изображением неизменного тока величиной 50 мА.

Что такое переменный ток и чем он отличается от тока неизменного

Построение графика переменной ЭДС

Перейдем сейчас к исследованию графика переменной ЭДС. На рис. 3 в верхнейчасти показана рамка, крутящаяся в магнитном поле, а понизу дано графическоеизображение возникающей переменной ЭДС.

Построение графика переменной ЭДС

Набросок 3. Построение графика переменной ЭДС

Начнем умеренно крутить рамку по часовой стрелке и проследим за ходом конфигурации в ней ЭДС, приняв за исходный момент горизонтальное положение рамки.

В этот исходный момент ЭДС будет равна нулю, потому что стороны рамки не пересекают магнитных силовых линий. На графике это нулевое значение ЭДС, соответственное моментуt = 0, изобразится точкой 1.

При предстоящем вращении рамки в ней начнет появляться ЭДС и будет возрастать по величине до того времени, пока рамка не достигнет собственного вертикального положения. На графике это возрастание ЭДСизобразится плавной поднимающейся ввысь кривой, которая добивается собственной верхушки(точка 2).

По мере приближения рамки к горизонтальному положению ЭДС в ней будет убывать и свалится до нуля. На графике это изобразится спадающей плавной кривой.

Как следует, за время, соответственное половине оборота рамки, ЭДС в ней успела возрасти от нуля до большей величины и вновь уменьшиться до нуля (точка 3).

При предстоящем вращении рамки в ней вновь возникнет ЭДС и будет равномерно возрастать по величине, но направление ее уже поменяется на оборотное, в чем можно убедиться, применив правило правой руки.

График учитывает изменение направления ЭДС тем, что кривая, изображающая ЭДС, пересекает ось времени и размещается сейчас ниже этой оси. ЭДС растет опять-таки до того времени, пока рамка не займет вертикальное положение. Потом начнется убывание ЭДС, и величина ее станет равной нулю, когда рамка возвратится в свое первоначальное положение, совершив один полный оборот. На графике это выразится тем, что кривая ЭДС, достигнув в оборотном направлении собственной верхушки (точка 4), повстречается потом с осью времени (точка 5).

На этом завершается один цикл конфигурации ЭДС, но если продолжать вращение рамки, тотчас же начинается 2-ой цикл, в точности повторяющий 1-ый, за которым, в свою очередь, последует 3-ий, а позже 4-ый, и так до того времени, пока мы не остановим вращение рамки.

Таким макаром, за каждый оборот рамки ЭДС, возникающая в ней, совершает полный цикл собственного конфигурации.

Если же рамка будет замкнута на какую-либо внешнюю цепь, то по цепи потечет переменный ток, график которого будет по виду таким же, как и график ЭДС.

Приобретенная нами волнообразная кривая именуется синусоидой, а ток, ЭДС либо напряжение, изменяющиеся по такому закону, именуютсясинусоидальными.

Что такое переменный ток и чем он отличается от тока неизменного

Сама кривая названа синусоидой поэтому, что она является графическим изображением переменной тригонометрической величины, именуемой синусом.

Синусоидальный нрав конфигурации тока — часто встречающийся в электротехнике, потому, говоря о переменном токе,почти всегда имеют в виду синусоидальный ток.

Для сопоставления разных переменных токов (ЭДС и напряжений) есть величины, характеризующие тот либо другой ток. Они именуютсяпараметрами переменного тока.

Период, амплитуда и частота — характеристики переменного тока

Переменный ток характеризуется 2-мя параметрами — периодом иамплитудой, зная которые мы можем судить, какой это переменный ток, и выстроить график тока.

Кривая синусоидального тока

Набросок 4. Кривая синусоидального тока

Просвет времени, в протяжении которого совершаетсяполный цикл конфигурации тока, именуется периодом. Период обозначается буковкойТ и измеряется в секундах.

Просвет времени, в протяжении которого совершается половина полного цикла конфигурации тока, именуется полупериодом.Как следует, период конфигурации тока (ЭДС либо напряжения) состоит из 2-ух полупериодов.Совсем разумеется, что все периоды 1-го и такого же переменного тока равны меж собой.

Как видно из графика, в течение 1-го периода собственного конфигурации ток добивается два раза наибольшего значения.

Наибольшее значение переменного тока (ЭДС либо напряжения) именуется его амплитудой либо амплитудным значением тока.

Im, Em и Um — принятые обозначения амплитуд тока, ЭДС и напряжения.

Мы сначала направили внимание на амплитудное значение тока, но, как это видно из графика, существует бессчетное огромное количество промежных его значений, наименьших амплитудного.

Значение переменного тока (ЭДС, напряжения), соответственное хоть какому избранному моменту времени, именуется его моментальным значением.

i, е и u — принятые обозначения моментальных значений тока, ЭДС и напряжения.

Секундное значение тока, как и амплитудное его значение, просто найти при помощи графика. Для этого из хоть какой точки на горизонтальной оси, соответственной интересующему нас моменту времени, проведем вертикальную линию до точки скрещения с кривой тока; приобретенный отрезок вертикальной прямой обусловит значение тока на этот момент, т. е. секундное его значение.

Разумеется, что секундное значение тока по истечении времениТ/2 от исходной точки графика будет равно нулю, а по истечении времени —T/4 его амплитудному значению. Ток также добивается собственного амплитудного значения; но уже в оборотном направлении, по истечении времени, равного 3/4 Т.

Итак, график указывает, как со временем изменяется ток в цепи, и что каждому моменту времени соответствует только одно определенное значение как величины, так и направления тока. При всем этом значение тока на этот момент времени в одной точке цепи будет точно таким же в хоть какой другой точке этой цепи.

Число полных периодов, совершаемых током в 1 секунду, именуетсячастотой переменного тока и обозначается латинской буковкойf.

Чтоб найти частоту переменного тока, т. е. выяснить, сколько периодов собственного конфигурации ток сделал в течение 1 секунды, нужно 1 секунду поделить на время 1-го периодаf = 1/T. Зная частоту переменного тока, можно найти период:T = 1/f

Частота переменного тока измеряется единицей, именуемой герцем.

Если мы имеем переменный ток, частота конфигурации которогоравна 1 герцу, то период такового тока будет равен 1 секунде. И, напротив, еслипериод конфигурации тока равен 1 секунде, то частота такового тока равна 1 герцу.

Итак, мы обусловили характеристики переменного тока — период, амплитуду и частоту, — которые позволяют отличать друг от друга разные переменные токи, ЭДС и напряжения и строить, когда это нужно, их графики.

При определении сопротивления разных цепей переменному току использовать еще одна вспомогательную величину, характеризующую переменный ток, так именуемую угловую либо радиальную частоту.

Радиальная частота обозначается буковкой ω и связана с частотойf соотношением ω= 2πf

Поясним эту зависимость. При построении графика переменной ЭДС мы лицезрели, что за время 1-го полного оборота рамки происходит полный цикл конфигурации ЭДС. По другому говоря, для того чтоб рамке сделать один оборот, т. е. оборотиться на 360°, нужно время, равноеодному периоду, т. е. Т секунд. Тогда за 1 секунду рамка совершает 360°/Tоборота. Как следует, 360°/T есть угол, на которыйповорачивается рамка в 1 секунду, и выражает собой скорость вращения рамки, которую принято именовать угловой либо радиальный скоростью.

Но потому что период Т связан с частотой f соотношением f=1/T,то и радиальная скорость может быть выражена через частоту и будет равна ω = 360°f.

Итак, мы сделали вывод, что ω = 360°f. Но для удобства использования радиальный частотой при различных расчетах угол 360°, соответственный одному обороту, подменяют его круговым выражением, равным 2π радиан, где π=3,14.Таким макаром, совсем получим ω = 2πf.Как следует, чтоб найти радиальную частоту переменного тока (ЭДС либо напряжения), нужно частоту в герцах помножить на неизменное число 6,28.

elektrica.info

Электротехника - это... Что такое Электротехника?

Электротехника выделилась в самостоятельную науку из физики в конце XIX века.