1. Основные понятия и определения электротехники. Топологические параметры. Что такое u в электротехникеОсновные понятия электротехники - ТОЭ, РЗА
К основным понятиям электротехники можно отнести:Электрическая цепь – это совокупность устройств, которые образуют замкнутый путь для протекания электрического тока. Электромагнитные процессы в электрических цепях могут быть описаны с помощью таких понятий: ток, напряжение сопротивление, индуктивность, емкость, проводимость. Ветвь электрической цепи – это участок цепи, по которому протекает один и тот же ток. В ветвь может входить один или несколько последовательно соединенных элементов. Количество ветвей в электрической цепи обозначают буквой “p”. Узел – это точка соединения, куда входит три и более тока. Количество числа узлов обозначается буквой “q”. Контур – это замкнутый путь, проходящий через несколько ветвей, в котором начальный конечный узел совпадают. Независимый контур – это контур, в который входит хотя бы одна ветвь, не принадлежащая другим контурам. Линейная электрическая цепь – это цепь, все элементы которой являются линейными. Нелинейная электрическая цепь – это цепь, содержащая как минимум один нелинейный элемент. Линейный элемент – это элемент цепи, сопротивление которого не зависит от тока, протекающего в нем и напряжения приложенного к нему. Нелинейный элемент – это элемент цепи, сопротивление которого зависит от тока, протекающего в нем и напряжения приложенного к нему. Количество независимых контуров в электрической схеме определяется: n=p-(q-1). Электрическая схема – это графическое изображение электрической цепи с помощью условных обозначений ее элементов и способы их соединения. Электрический ток – это направленное движение частиц, которые несут электрический заряд. Носители зарядов в металлах – свободные электроны, в жидкостях – ионы. Постоянный ток – это ток, значение которого не изменяется во времени (обозначается большой буквой I). Источники электрической энергии осуществляют преобразование химической, механической и других видов энергии в электрическую. К источникам питания (рис. 1.1) цепи постоянного тока можно отнести гальванические элементы, электрические аккумуляторы, электромеханические генераторы, термо-электрические генераторы, фотоэлементы и др. Источники питания имеют свое внутреное сопротивление, значение которого небольшое по сравнению с сопротивлением других элементов, которые входят в электрическую цепь.
К электроприемникам постоянного тока можно отнести электродвигатели, которые преобразуют электрическую энергию в механическую, приборы освещения, электролизные установки и др. Как пример на рис. 1.2 приведены некоторые условные обозначение. Элементы электрической цепи делят на активные и пассивные. К активным элементам относят те, в которых наводится ЭДС (источники ЭДС, электрические двигатели, аккумуляторы в процессе зарядки и т.п.). Все прочие электроприемники и соединительные провода относят к пассивным элементам. Внутри источника ЭДС постоянного тока положительным принимается направление ЭДС от отрицательного к положительному полюсу, т.е. от полюса с низким потенциалом к полюсу с высоким потенциалом. Это соответствует определению электродвижущей силы как величины, характеризующей способность стороннего поля и индуцированного электрического поля вызывать электрический ток.
По отношению к источнику ЭДС все элементы, которые входят в состав цепи, называют внешним участком цепи. Положительным направлением тока в цепи принимают такое направление, которое совпадает с направлением ЭДС. Условным положительным направлением падения напряжения, или просто напряжения, на элементе цепи или между двумя узлами цепи принимают направление, которое совпадает с условным положительным направлением тока в этом элементе или в этой ветви. elekt.com.ua Электричество. Основные понятия2013-05-13 В этой статье предлагаю вам вспомнить базовые понятия в электрике, без которых любая работа, связанная с электричеством становится проблематичной. Итак, любая электрическая цепь представляет собой совокупность различных устройств, образующих путь для прохождения электрического тока. Простейшая электрическая цепь может состоять из источника энергии, нагрузки и проводников.
Проводники — вещества, проводящие электрический ток. Они обладают малым удельным сопротивлением( т.е оказывают наименьшее сопротивление прохождению тока) и способны проводить электрический ток практически без потерь. Лучшими проводниками являются золото, серебро, медь и алюминий. Наибольшее распространение, вследствии дороговизны золота и серебра, получили медь и алюминий. Медь наиболее часто встречающийся проводник, в отличии от алюминия, обладающий большей устойчивостью к окислению и физическим воздействиям: изгибу, скручеванию. Недостатком меди, по сравнению с алюминием, является более высокая стоимость. Помимо проводников существуют также диэлектрики — вещества которые обладают большим удельным сопротивлением электрическому току (т.е являются непроводящими электрический ток). К ним относятся пластмассы, дерево, текстолит и т.д Также надо отметить и еще один тип — полупроводники. По своему удельному сопротивлению они занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Проводимость этих материалов существенно меняется под влиянием внешних факторов. К числу полупроводников относятся многие химические элементы, но наибольшее распространение получили кремний и германий. Источник энергии — это устройство, преобразующее механическую, химическую, тепловую и другие виды энергии в электрическую. Нагрузка — потребитель электрической энергии, т.е любой электроприбор, который преобразовывает электрическую энергию в механическую, тепловую, химическую и т.д Прохождение электрического тока возможно только при замкнутой цепи. Электрическим током в электротехнике называют направленное движение заряженных частиц под действием электрического поля, создаваемого источником питания. Величина, характеризующая ток называется сила тока. Сила тока измеряется в Амперах и обозначается буквой А. Различают постоянный и переменный токи. Постоянный ток ( DC, по-английски Direct Current) — это ток, свойства которого и направление не меняются с течением времени. Обозначается постоянный ток и напряжение в виде короткой горизонтальной черточки или двух параллельных, одна из которых штриховая.
Переменный ток (AC по-английски Alternating Current) — это ток, который изменяется по величине и направлению с течением времени. На электроприборах обозначается отрезком синусоиды « ~ ». Основными параметрами переменного тока являются период, амплитуда и частота.
Период — промежуток времени, в течение которого ток совершает одно полное колебание. Частота — величина, обратная периоду, число периодов в секунду, измеряется в герцах (Гц). Ток и напряжение в нагрузке увеличиваются и уменьшаются, а разница между минимальным и максимальным их значением называется амплитудой.
Измерение тока проводится амперметром, который подключается последовательно нагрузке. Любой проводник в цепи, в зависимости от сечения, длины, материала, оказывает сопротивление прохождению электрического тока. Свойство проводника препятствовать прохождению электрического тока называют сопротивлением. Сопротивление измеряется в Омах (Ом). Разность потенциалов на концах источника питания называется напряжением. Напряжение измеряют в Вольтах и обозначают буквой В (V). В трехфазной электрической сети различают такие понятия, как линейное и фазное напряжения. Линейное напряжение ( или иначе межфазное) — это напряжение между двумя фазными проводами (380V). Фазное напряжение — это напряжение между нулевым проводом и одним из фазных (220V). Измеряется напряжение вольтметром, который подключается параллельно нагрузке. Еще одним важным понятием в электротехнике является понятие мощности. Мощность источника характеризует скорость передачи или преобразования электроэнергии. Мощность измеряется в Ваттах (Вт, W). Суммарная мощность всех подключенных потребителей равна сумме потребляемых мощностей каждым потребителем. Робщ = Р1+Р2+...Рn Различают понятия активной и реактивной мощности. P – активная мощность (эффективная), связана с той электрической энергией, которая может быть преобразована в другие виды энергии – тепловую, световую, механическую и др., измеряется в ваттах (Вт), представляет собой полезную мощность, которую можно использовать для выполнения работы. P = IUcosф – для однофазной цепи, P = √3IUcosф – для трехфазной цепи, P = U*I — в цепи, где есть только активное сопротивление. Q – реактивная мощность, связана с обменом электрической энергией между источником и потребителем, измеряется в вольт-амперах реактивных (вар), когда среднее значение мощности за период равно нулю, активная мощность равна нулю, энергия накопленная магнитным полем индуктивности, возвращается назад к источнику, ток в цепи не совершает работы, реактивный ток бесполезно загружает источники энергии и провода линии передач. Источниками реактивной энергии могут являться элементы, обладающие индуктивностью — электродвигатели, трансформаторы. Для того, чтобы уменьшить реактивную мощность на зажимах потребителей подключают конденсаторы (последовательно или параллельно). Q = IUsinф – для однофазной цепи, Q = √3IUsinф – для трехфазной цепи Сдвиг по фазе между током и напряжением обозначается углом φ. Коэффициент мощности — это соотношение активной мощности к полной, величина cosф равная углу сдвига фаз между напряжением и током. Чем выше cos φ, тем меньше тока требуется для преобразования электроэнергии в другие виды энергии. Это приводит к уменьшению потерь электроэнергии, ее экономии. На этом пока все, а в следующей части познакомимся с основными законами электротехники, которые необходимо знать любому человеку, связанному с электричеством. electric-blogger.ru Статьи - Учебное пособие - самоучитель по электротехнике для студентов электротехнических специальностей (Часть 1)Автор: Измайлов Ш.Л. Ты начал изучение первого раздела электротехники “Электрические цепи постоянного тока” Тема 1.1 Электрический ток и электрическая цепь. Тема1.1.1 Электронная теория строения металлов. Валентные электроны атомов в металлах слабо связаны с ядром. В металлах атомы, потерявшие электроны из валентного слоя, становятся положительными ионами и располагаются в узлах кристаллической решётки, совершая тепловые колебания. Свободные электроны участвуют в хаотическом тепловом движении. На заряженные частицы в электрическом поле действуют электрические силы Fэ. Если электрическое поле поддерживается в проводнике (в металле), то свободные заряженные частицы (электроны) приобретают составляющие скорости, направленные вдоль силовых линий поля. Проверь себя! Ответь на вопросы!
1.1.2. Электрический ток, электрическое сопротивление.
Интенсивность электрического тока оценивается силой электрического тока. В электротехнике силу электрического тока называют просто током.
I=Q/t; [I]=Кл/с=А (Ампер) В электротехнике применяются производные единицы от ампера: 1 килоампер=103 А 1 миллиампер=10-3А 1 микроампер=10-6А За положительное направление тока принимают направление перемещения положительных зарядов, это направление противоположно движению электронов Положительные заряды перемещаются от точки с большим потенциалом “А” к точке с меньшим потенциалом “B”. Источник электрической энергии при перемещении заряда Q из точки “А” в точку “B”. совершает работу А, которая определяется разностью потенциалов U между точкамА” и “B”. (Если тебе не понятно как получилась эта формула, повтори определения потенциала и разности потенциалов.)
Если из этой формулы выразить Q и подставить в формулу A=Q*U, то получим Работа, совершаемая источником при перемещении заряда через поперечное сечение проводника за единицу времени, называется мощностью электрического тока P. [P]=В*А=Вт (Ватт) Проверь себя! Ответь на вопросы!
Ответ:4 - A=200 Дж; 5 - P=2 Вт В электротехнике пользуются понятием плотности тока J ,где S - площадь поперечного сечения проводника.
Сечение проводников в электротехнике измеряют в квадратных миллиметрах, поэтому размерностью плотности тока является [J]=А/мм(2). О наличии тока можно судить по его действиям: тепловому, магнитному, механическому, электродинамическому, химическому.
Физическая сущность сопротивления состоит в том, что при движении по проводнику свободные электроны на своём пути сталкиваются с атомами, из которых состоит проводник, и передают им часть своей энергии. При этом энергия движущихся электронов превращается в тепловую, в результате чего проводник нагревается. Сопротивление проводника определяется по формуле:
[R]=В/А=Ом
В электротехнике применяются производные единицы от Ома: 1 килоом=10(3) Ом 1 мегаом=10(6) Ом Сопротивление проводника зависит от материала, из которого он изготовлен, от его геометрических размеров (длины, площади поперечного сечения) и температуры. Зависимость сопротивления от материала и размеров определяется формулой:
При повышении температуры в металлах и сплавах металлов увеличивается количество столкновений свободных электронов с атомами. Поэтому уменьшается скорость упорядоченного движения электронов, а следовательно, увеличивается сопротивление. При изменении температуры от 20 до +200°С сопротивление металлов и сплавов можно определить по формуле:
В цепях постоянного тока под проводимостью G понимается величина, обратная сопротивлению: [G]=1/Ом=См (Сименс) Рассмотри внимательно таблицы. Они пригодятся тебе при выполнении контрольного задания. Таблица значений удельных сопротивлений наиболее применяемых материалов при t=20°С.
Таблица значений температурных коэффициентов.
Проверь себя! Ответь на вопросы!
Ответ: 3 - R=5 Ом Если ответы на вопросы вызвали затруднения, изучи раздел 1.1.2 повторно. При протекании тока часть работы источника затрачивается на перемещение зарядов внутри источника, а часть - на перемещение на внешнем участке цепи. Следовательно, работа источника по перемещению единичного положительного заряда по замкнутому контуру электрической цепи (электродвижущая сила)E=U+U0, гдеU- падение напряжения на внешнем участке цепи (R); U0- падение напряжения внутри источника, Отсюда можно сделать вывод, имеющий большое практическое значение в электротехнике.
Закон Ома - основной из законов электротехники, широко применяется для анализа и расчёта электрических цепей.
Закон Ома применяется и для участка цепи:
Учитывая, что U=I*R, U0=I*rПриPист= E*I=(U+U0)*I=U*I+U0*I ПолучимPист= I2*R+I2*r Мощность потребителя называется полезной мощностью. P=U*I= I2*R Мощность, бесполезно расходуемая на нагрев источника, называется мощностью потерь.P0=U0*I=I2*r
Выполни задания!
Выбери значение ЭДС источника E= , внутреннего сопротивления источника r= , несколько значений сопротивлений нагрузки R1=0, R2= , R3= , R4= , R5= , R6= (бесконечность) . Если выполнение заданий вызвало затруднение, изучи раздел 1.1.3 повторно! Ответь на вопросы и выполни задания по теме “Электрический ток и электрическая цепь”!
1 мм2.
13.Укажите номер правильного ответа на вопрос: как измерить ЭДС источника?
17.1 сопротивление медного проводника длиной 20 м и сечением 1 мм2.
1 мм2. 17.3 сопротивление манганинового проводника длиной 20 м и сечением 1 мм2. 17.4 сопротивление золотого проводника длиной 10 м и сечением 1 мм2.
18.1 какой материал при длине 20 м и сечением 1 мм2 обладает сопротивлением 0,35 Ом. 18.2 какой материал при длине 10 м и сечением 1 мм2 обладает сопротивлением 0,57 Ом. 18.3, какой материал при длине 20 м и сечением 1 мм2 обладает сопротивлением 8 Ом. 18.4 какой материал при длине 10 м и сечением 1 мм2 обладает сопротивлением 0,23 Ом.
19.1 медный (1) или молибденовый (2). 19.2 стальной (1) или манганиновый (2). 19.3 вольфрамовый (1) или стальной (2) 19.4 серебряный (1) или алюминиевый (2).
Ответ: 1 – Да; 2 – 10A; 3 – 0,1Кл; 4 – 400 Вт; 5 – 2,5 А/мм2; 6 – увеличится; 7 – 0,29 Ом; 8 – 12; 9 – 1; 10 – 1; 11 – на 1,1 Ома; 12 – Да; 13 – 2; 14 – Да; 15 - 1; 16 - Да; 17.1 – 0,35 Ом; 17.2 – 0,57 Ом; 17.3 – 8 Ом; 17.4 – 0,23 Ом; 18.1 – медь; 18.2 – молибден; 18.3 – никелан; 18.4 – золото; 19.1 – 2; 19.2 - 2; 19.3 – 2; 19.4 – 2; 20.1 – на 44 Ом; 20.2 – на 33; 20.3 - на 42; 20.4 – на 4,5. Тема 1.2 Расчет простых электрических цепей постоянного тока. Узлы, ветви и контуры электрических цепей.
Проверь себя! Ответь на вопросы кРис.1: Рисунок 1.
Ответ: 1 – 3; 2 - 5; 3 – 6 . Законы Кирхгофа Первый закон Кирхгофа устанавливает соотношение между токами, втекающими в узел и вытекающими из узла. Поскольку заряды не могут накапливаться в узле, то первый закон Кирхгофа формируется следующим образом.
Второй закон Кирхгофа устанавливает связь между электродвижущими силами, действующими в контуре электрической цепи и падениями напряжений на всех участках этого контура. I=I1+I2+I3 I-I1-I2-I3=0 Определим потенциалы точек контура электрической цепи с элементами Е1, R1, E2, R3. Потенциал каждой последующей точки выразим относительно предыдущей. Начнем с точки 1, потенциал которой равен 1. Будь внимателен! j2=j1+E1; j3=j2-I1*R1 знак “-“ появится из-за того, что ток направлен от точки с большим потенциалом 2к точке с меньшим потенциалом 3, следовательно, j3 меньше j2 на разность потенциалов (напряжения) между точками 3 и 2. j4=j3-E2; j1=j4-I3*R3 Обойдем контур от точки 1 по часовой стрелке и проследим за изменением потенциала от точке к точке и закончим обход контура снова в точке 1. j1+Е1-I1*R1-E2-I3*R3=j1 Отсюда:E1-I1*R1-E2-I3*R3=0; izmvpt.nethouse.ru 1. Основные понятия и определения электротехники. Топологические параметры.Электротехника - это область науки и техники, изучающая электрические и магнитные явления и их использование в практических целях получения, преобразования, передачи и потребления электрической энергии. Электроника - это область науки и техники, изучающая электрические и магнитные явления и их использование в практических целях получения, преобразования, передачи и потребленияинформации. Электромагнитное поле - это особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между заряженными частицами. Магнитное поле - это одна из форм электромагнитного поля. Оно создается движущимися электрическими зарядами и спиновыми магнитными моментами (момент количества движения микрочастиц) атомных носителей магнетизма. Взаимосвязь магнитного и электрического полей описывает уравнение Максвелла. Электрическое поле - это частная форма проявления электромагнитного поля. Оно создаётся электрическими зарядами или переменным магнитным полем. Магнитная цепь - это совокупность источников магнитного потока (постоянных магнитов, электромагнитов) и ферромагнитных или других тел и сред, через которые магнитный поток замыкается. Электрический ток - это направленное движение электрических зарядов в веществе или вакууме под воздействием электрического поля. Ток характеризуется силой, измеряемой в амперах (А). Для установившихся режимов различают два вида токов: постоянный и переменный. Постоянным называют ток, который может изменяться по величине, но не меняется по знаку сколь угодно долгое время. Переменным называют ток, который периодически изменяется как по величине, так и по знаку. Переменные токи подразделяются на синусоидальные и несинусоидальные. Гармонические колебания характеризуются изменением колеблющейся величины во времени по синусоидальному закону. По синусоидальному закону изменяется напряжение, ЭДС, магнитный поток. Синусоидально изменяющиеся величины изображают синусоидами, показывающими мгновенные их значения в любой момент времени, или вращающимися векторами. Скорость изменения переменного тока характеризуется его частотой, определяемой как число полных повторяющихся колебаний в единицу времени. Частота обозначается буквой / и измеряется в герцах (Гц). В России (как и во многих странах мира) частота тока в электрической сети 50 Гц соответствует 50 полным колебаниям (периодам) в секунду. Электродвижущая сила (ЭДС) - это сила, способная совершать работу по перемещению в электрической цепи электрических зарядов. ЭДС измеряется в вольтах (В) и обозначается латинской буквой Е. Электрическое напряжение (U) - это величина, численно равная работе по перемещению единицы электрического заряда между двумя произвольными точками электрической цепи. Напряжение, как и ЭДС, измеряется в вольтах (В). Если источник ЭДС подключить к замкнутой цепи, то она окажется под воздействием электромагнитного поля, а на её участках установятся разности электрических потенциалов или напряжения. Электрической цепью называется, в общем виде, совокупность определенным образом соединенных источников, преобразователей и потребителей электрической энергии, через которые может протекать электрический ток. Электрическое сопротивление - это способность элемента электрической цепи противодействовать в той или иной степени прохождению по нему электрического тока. Сопротивление, в общем случае, зависит от материала элемента, его размеров, температуры, частоты тока и измеряется в омах (Ом). Различают активное (омическое), реактивное и полное сопротивления. Они обозначаются чаще всего соответственно: R, X, Z. Активное сопротивление элемента - это сопротивление постоянному току. Индуктивное сопротивление - это сопротивление элемента, связанное с созданием вокруг него переменного или изменяющегося магнитного поля. Оно зависит от конфигурации и размеров элемента, его магнитных свойств и частоты тока. Индуктивность можно определить как меру магнитной инерции элемента в отношении электромагнитного поля. По смыслу индуктивность в электротехнике можно уподобить массе в механике. Например, чем больше индуктивность элемента, тем медленнее и тем большую энергию магнитного поля он запасает. Индуктивностью обладают в разной мере все элементы электрической цепи переменного тока: провода, шины, кабели и т.п., но в большей степени обмотки электрических машин и разного рода многовитковые катушки. Ёмкостное сопротивление - это сопротивление элемента, связанное с созданием внутри и вокруг него электрического поля. Оно зависит от материала элемента, его размеров, конфигурации и частоты тока. Фаза (от греч. - появление) - в теории колебаний и волн переменного тока определяет состояние колебательного процесса в каждый момент времени. Однофазная цепь - это электрическая цепь переменного тока, в которой действует одно синусоидальное напряжение. Трёхфазная цепь - это электрическая цепь переменного тока, в которой действуют три синусоидальных напряжения сдвинутых по фазе обычно на 120°. Трёхфазные цепи экономичнее однофазных, дают существенно меньшие пульсации тока после выпрямления в постоянный ток, позволяют простыми средствами получать вращающееся магнитное поле в электродвигателях. Фазное напряжение источника (приёмника, сети) электрического тока - это разность потенциалов между выводом фазы и нейтральной точкой (проводом). Линейное напряжение источника (приёмника, сети) электрического тока - это разность потенциалов между выводами смежных фаз. Электромагнитная индукция есть возникновение ЭДС в проводнике, движущемся в магнитном поле или в замкнутом проводящем контуре вследствие движения контура в магнитном поле или в результате изменения самого поля. Взаимная индукция - это явление возбуждения ЭДС в одной электрической цепи при изменении электрического тока в другой цепи или при изменении взаиморасположения этих двух цепей. Самоиндукция - наведение ЭДС в электрической цепи при изменении протекающего в ней электрического тока. Магнитодвижущая сила (МДС) - ранее часто называлась намагничивающей силой - это величина, характеризующая магнитное действие электрического тока. МДС вводится при расчётах магнитных цепей по аналогии с ЭДС в электрических цепях. Электрическая энергия - это способность электромагнитного поля производить работу, преобразовываясь в другие виды энергии (механическую, тепловую, световую, химическую и др.). Электрическая мощность - это работа по перемещению электрических зарядов в единицу времени. Единица измерения мощности -ватт (Вт), киловатт (кВт), мегаватт (МВт). Различают активную и реактивную мощности. Активная мощность (Р) - это мощность, связанная с преобразованием электроэнергии в тепловую или механическую энергию. Диэлектрики - это вещества практически не проводящие электрический ток. Диэлектрики бывают твёрдые, жидкие и газообразные. Важнейшими характеристиками диэлектриков являются: диэлектрическая восприимчивость, диэлектрическая проницаемость и электрическая прочность. Диэлектрические потери есть мощность, выделяющаяся в диэлектрике при воздействии на него переменного электрического поля. Потери мощности в диэлектриках, работающих в переменном поле, оцениваются тангенсом угла диэлектрических потерь. Конденсатор электрический - это электрическая ёмкость, представляющая собой устройство из двух или более электродов (обкладок), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок. Электрическая изоляция - это устройство, выполненное из диэлектрических материалов и предназначенное для изоляции частей электрооборудования, находящихся под разными электрическими потенциалами с целью предотвращения коротких замыканий на землю, на корпус машин, на сооружения и конструкции. Наиболее распространенные материалы: фарфор, слюда, бумага, минеральное масло, эпоксидные смолы, стекло и другие. Изоляторы - из фарфора и стекла - одни из основных элементов для изоляции электроустановок и наиболее широко распространены. По своему назначению изоляторы подразделяются на опорные, проходные и линейные с нормированными соответствующими стандартами электрическими и механическими нагрузками. Опорные изоляторы предназначены для крепления и изоляции токоведущих частей. Проходные изоляторы служат для изоляции и соединения токоведущих частей, находящихся в закрытых помещениях, баках трансформаторов с открытыми токоведущими частями электроустановок и ЛЭП. Линейные изоляторы служат для изоляции и крепления проводов и грозозащитных тросов воздушных ЛЭП и подстанций. Изоляционное масло - это минеральное масло повышенной степени очистки, обладающее диэлектрическими свойствами. Пробивное напряжение - это напряжение, при котором происходит пробой (разрушение), т.е. наступает предел электрической прочности диэлектрика, а соответствующее значение напряженности электрического поля называется электрической прочностью диэлектрика. Электролиты - это растворимые химические вещества, в которых прохождение постоянного электрического тока осуществляется в результате движения ионов и сопровождается электролизом - распадом. Положительно заряженные ионы (катионы) движутся к катоду, отрицательно заряженные ионы (анионы) движутся к аноду. Короткое замыкание (КЗ) - это образование электрического контакта вследствие соединения проводников электрической цепи, не предусмотренного нормальными условиями работы. Это явление в электрической части ГЭС относится к числу самых опасных случаев. В сети переменного тока КЗ может быть между фазами (2-х и 3-х -фазное) или вследствие замыкания фазы на землю (однофазное). В сети постоянного тока КЗ бывает между полюсами или полюсом и землёй. КЗ возникает из-за нарушения изоляции частей электрической установки и обычно сопровождается значительным увеличением силы тока в цепи, что создаёт опасность повреждения оборудования. У потребителей электроэнергии в момент КЗ резко снижается электрическое напряжение. Для предотвращения опасных последствий КЗ применяют релейную защиту или устанавливают плавкие предохранители, которые обеспечивают быстрое отключение участка с КЗ. Релейная зашита - это комплекс электрических устройств, содержащих релейные элементы (реле), способные выявлять скачкообразное изменение контролируемых параметров (тока, напряжения, частоты тока, мощности и др.), и при достижении их недопустимых значений выдавать командные импульсы на отключение поврежденных участков электроустановки или на остановку агрегатов, машин, механизмов. Переходный процесс в электрических установках представляет собой переход от одного устачовившегося состояния к другому установившемуся состоянию в результате планового включения или отключения генераторов, а также при возникновении КЗ либо при внезапных изменениях нагрузки (мощности). Электрическая машина - это электромеханическое устройство, осуществляющее взаимное преобразование механической и электрической энергии (электрогенератор и электродвигатель). Электрической цепью называют совокупность тел и сред, образующих замкнутые пути для протекания электрического тока. Обычно физические объекты и среду, в которой протекает электрический ток, упрощают до условных элементов и связей между ними. Тогда определение цепи можно сформулировать как совокупность различных элементов, объединенных друг с другом соединениями или связями, по которым может протекать электрический ток. Элементами электрической цепи являются источники электрической энергии, активные и реактивные сопротивления. Связи в электрической цепи изображаются линиями и по смыслу соответствуют идеальным проводникам с нулевым сопротивлением. Связи цепи, наряду с элементами, определяют ее свойства и для одних и тех же элементов можно создать множество различных электрических цепей различающихся только связями. Связи элементов электрической цепи обладают топологическими свойствами, т.е. они не изменяются при любых преобразованиях, производимых без разрыва связей. Пример такого преобразования показан на рис. 1.
Возможность взаимно однозначного преобразования электрической цепи позволяет использовать его до начала анализа для приведения схемы к наиболее простому и легко воспринимаемому виду. Так схема на рис. 1 б) выглядит значительно проще, чем схема а).
Для описания топологических свойств электрической цепи используются топологические понятия, основными из которых являются узел, ветвь и контур. Узлом электрической цепи называют место (точку) соединения трех и более элементов. Графически такое соединение может изображаться различными способами. Обратите внимание на точку в месте пересечения линий схемы. Если она отсутствует, то это означает отсутствие соединения. Точка может не ставиться там, где при пересечении линия заканчивается (рисунок а)). Узел не обязательно имеет вид точки. На рис. 1 б) вся нижняя линия связи, соединяющая R2, E, R5 и R3 , является узлом, а на рис. 1 а) этот же узел представлен диагональной связью. Ветвью называют совокупность связанных элементов электрической цепи между двумя узлами. Ветвь по определению содержит элементы, поэтому вертикальные связи рис. 2 а) и б) ветвями не являются. Не является ветвью и диагональная связь рис. 1 а). Контуром (замкнутым контуром) называют совокупность ветвей, образующих путь, при перемещении вдоль которого мы можем вернуться в исходную точку, не проходя более одного раза по каждой ветви и по каждому узлу. По определению различные контуры электрической цепи должны отличаться друг от друга по крайней мере одной ветвью. Количество контуров, которые могут быть образованы для данной электрической цепи ограничено и определено. studfiles.net Основные законы электротехники | Онлайн журнал электрика
Закон Ома является главным законом электротехники, без которого нельзя обойтись при расчете электронных цепей. Связь меж падением напряжения на проводнике, его сопротивлением и силой тока просто запоминается в виде треугольника, в верхушках которого размещены знаки U, I, R.  К закону Ома Самый главный закон электротехники — закон Ома ЗАКОН ДЖОУЛЯ-ЛЕНЦА (по имени британского физика Дж.П.Джоуля и российского физика Э.Х.Ленца) – закон, характеризующий термическое действие электронного тока. Согласно закону, количество теплоты Q (в джоулях), выделяющейся в проводнике при прохождении по нему неизменного электронного тока, находится в зависимости от силы тока I (в амперах), сопротивления проводника R (в омах) и времени его прохождения t (в секундах): Q = I2Rt. Преобразование электронной энергии в термическую обширно употребляется в электронных печах и разных электронагревательных устройствах. Тот же эффект в электронных машинах и аппаратах приводит к непроизвольным энергозатратам (энергопотере и понижении КПД). Тепло, вызывая нагрев этих устройств, ограничивает их нагрузку. При перегрузке увеличение температуры может вызвать повреждение изоляции либо сокращение срока службы установки. ЗАКОН КИРХГОФА (по имени германского физика Г.Р.Кирхгофа (1824-1887)) – два главных закона электронных цепей. 1-ый закон устанавливает связь меж суммой токов, направленных к узлу соединения (положительные), и суммой токов, направленных от узла (отрицательные). Алгебраическая сумма сил токов In, сходящихся в любой точке разветвления проводников (узле), равна нулю, т.е. SUMM(In)= 0. К примеру, для узла A можно записать: I1 + I2 = I3 + I4 либо I1 + I2 – I3 – I4 = 0.  Узел тока 2-ой закон устанавливает связь меж суммой электродвижущих сил и суммой падений напряжений на сопротивлениях замкнутого контура электронной цепи. Токи, совпадающие с произвольно избранным направлением обхода контура, числятся положительными, а не совпадающие – отрицательными.  Контур тока Алгебраическая сумма моментальных значений ЭДС всех источников напряжения в любом контуре электронной цепи равна алгебраической сумме моментальных значений падений напряжений на всех сопротивлениях такого же контура SUMM(En)=SUMM(InRn). Переставив SUMM(InRn) в левую часть уравнения, получим SUMM(En) – SUMM(InRn) = 0. Алгебраическая сумма моментальных значений напряжений на всех элементах замкнутого контура электронной цепи равна нулю. ЗАКОН ПОЛНОГО ТОКА — один из главных законов электрического поля. Устанавливает связь меж магнитной силой и величиной тока, проходящего через поверхность. Под полным током понимается алгебраическая сумма токов, пронизывающих поверхность, ограниченную замкнутым контуром. Намагничивающая сила вдоль контура равна полному току, проходящему через поверхность, ограниченную этим контуром. В общем случае напряженность поля на разных участках магнитной полосы может иметь различные значения, тогда и намагничивающая сила будет равна сумме намагничивающих сил каждой полосы. ЗАКОН ЛЕНЦА — основное правило, обхватывающее все случаи электрической индукции и позволяющее установить направление возникающей э.д.с. индукции. Согласно закону Ленца это направление во всех случаях такое, что ток, сделанный появившейся э.д.с., препятствует тем изменениям, которые вызвали возникновение э.д.с. индукции. Этот закон является высококачественной формулировкой закона сохранения энергии в применении к электрической индукции. ЗАКОН Электрической ИНДУКЦИИ, закон Фарадея – закон, устанавливающий связь меж магнитными и электронными явлениями. ЭДС электрической индукции в контуре численно равна и обратна по знаку скорости конфигурации магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром. Величина ЭДС поля находится в зависимости от скорости конфигурации магнитного потока. ЗАКОНЫ ФАРАДЕЯ (по имени британского физика М.Фарадея (1791-1867)) – главные законы электролиза. Устанавливают связь меж количеством электричества, проходящего через электропроводящий раствор (электролит), и количеством вещества, выделяющегося на электродах при пропускании через электролит неизменного тока I в течение секунды q = It, m = kIt. 2-ой закон ФАРАДЕЯ: химические эквиваленты частей прямо пропорциональны их хим эквивалентам. ПРАВИЛО БУРАВЧИКА — правило, позволяющее найти направление магнитного поля, зависящее от направления электронного тока. При совпадении поступательного движения буравчика с протекающим током направление вращения его ручки показывает направление магнитных линий. Либо при совпадении направления вращения руки буравчика с направлением тока в контуре поступательное движение буравчика показывает направление магнитных линий, пронизывающих поверхность, ограниченную контуром.  Правило буравчика ПРАВИЛО ЛЕВОЙ РУКИ — правило, позволяющее найти направление электрической силы. Если ладонь левой руки размещена так, что вектор магнитной индукции заходит в нее (вытянутые четыре пальца совпадают с направлением тока), то отогнутый под прямым углом большой палец левой руки указывает направление электрической силы.  Правило левой руки ПРАВИЛО ПРАВОЙ РУКИ — правило, позволяющее найти направление наведенной эдс электрической индукции. Ладонь правой руки располагают так, чтоб магнитные полосы входили в нее. Отогнутый под прямым углом большой палец совмещают с направлением движения проводника. Вытянутые четыре пальца укажут направление индуктированной эдс.  Правило правой руки elektrica.info Комплексные числа в электротехникеГоспода, в сегодняшней статье я хотел бы вам немного рассказать про комплексные числа и сигналы. Данная статья будет в основном теоретической. Ее задача – подготовить некоторый фундамент для возможности понимания дальнейших статей. Просто когда речь заходит про фазу или, допустим, про поведение конденсатора в цепи переменного тока, так сразу и начинаю лезть все эти комплексности. А про фазу все-таки хочется поговорить, штука важная. Нет, эта статья ни в коем случае не будет кратким курсом ТФКП, мы рассмотрим только лишь очень узкую область из этой вне всякого сомнения интересной и обширной темы. Итак, поехали! Но прежде чем начать говорить непосредственно про комплексные числа, я бы хотел еще рассказать про такую любопытную штуку, как тригонометрический круг. Господа, вот мы с вами уже на протяжении аж трех (раз, два, три) статей говорим про синусоидальный ток. Но как вообще формируется функция синуса? Да и косинуса тоже? Можно по-разному ответить на этот вопрос, но в контексте данной статьи я выбрал следующее объяснение. Взгляните, пожалуйста, на рисунок 1. На нем изображен так называемый тригонометрический круг.
Рисунок 1 – Тригонометрический круг Там много всего намалевано, поэтому давайте разбираться постепенно что там есть что. Во-первых, там есть, собственно, некоторая окружность, центр которой совпадает с центром системы координат с осями Х и Y. Радиус этой окружности равен единице. Просто единице, без всяких вольт, ампер и прочего. Далее из центра этой окружности проведены два радиус-вектора ОА и ОЕ. Очевидно, длина этих векторов равна единице, потому что у нас окружность единичного радиуса. Угол между вектором ОА и осью Х равен φ1, угол между вектором ОЕ и осью Х равен φ2 А теперь самое интересное, господа. Давайте рассмотрим, чему равны проекции этих векторов на оси Х и Y. Проекция вектора ОА на ось Х – это отрезок ОВ, а на ось Y – это отрезок ОС. И все вместе (сам вектор ОА и его проекции ОВ и ОС) образует прямоугольный треугольник ОАВ. По правилам работы с прямоугольным треугольником мы можем найти его стороны ОВ и ОС, то есть проекции радиус вектора ОА на оси Х и Y:
Абсолютно аналогично можно найти соотношения для вектора OE:
Если не понятно почему так, советую погуглить про соотношения сторон в прямоугольном треугольнике. Ну а мы для себя сейчас выносим один немаловажный вывод – проекция единичного вектора на ось Х равна косинусу угла между вектором и осью Х, а проекция на ось Y – синусу этого угла. А теперь давайте начнем вращать радиус-вектор против часовой стрелки с некоторой частотой. Ну, так, чтобы он своим концом вычерчивал окружность. И, как вы уже, вероятно, догадались, при таком вращении проекция вектора на ось Х будет вырисовывать функцию косинуса, а проекция на ось Y – функцию синуса. То есть, если этот наш радиус-вектор делает за секунду, например, 50 оборотов (то есть вращается с частотой 50 Гц), то это значит, что его проекция на ось Х формирует функцию
а его проекция на ось Y – вырисовывает функцию
Довольно интересный факт на мой взгляд. И вообще тригонометрический круг – любопытная штука. Рекомендую познакомиться с ним поближе, погуглив на эту тему. Он позволяет многое лучше понять. Мы же сейчас рассмотрели только немногие из фич, которые нам будут нужны. Сейчас давайте пока временно оставим этот факт и поговорим непосредственно про комплексные числа. Итак, господа, комплексное число – это выражение вида
a – это действительная часть комплексного числа z. b – это мнимая часть комплексного числа z. На самом деле в серьезных книжках по математике комплексное число определяют несколько по-другому, однако нас вполне устроит и такой вариант. По-научному – это алгебраическая форма записи комплексного числа. Есть еще и другие, с ними познакомимся чуть позже. а и b – это обычные числа, к которым мы с вами все привыкли. Например, 42, 18, -94, 100500, 1.87 ну и так далее. То есть абсолютно любые. Например, могут иметь место вот такие записи
А число j – это так называемая мнимая единица. Часто ее обозначают не j, а i, но i – это обычно ток в электротехнике, поэтому мы будем использовать буковку j. Что это такое? Формально, это можно записать так
Немного не понятно, как это может быть корень из отрицательного числа То есть мы видим, что комплексное число само по себе как бы просто состоит из двух самых обычных чисел. Да, перед втором стоит некоторое мифическое j, но сути дела это не меняет. Давайте теперь познакомимся с графическим представление комплексных чисел. Господа, взгляните на рисунок 2. Там как раз-таки это представление и изображено.
Рисунок 2 – Комплексная плоскость Итак, в чем здесь, собственно, фишка? А фишка в том, что мы берем и рисуем систему координат. В ней мы ось Х обзываем Re, а ось Y – Im. Re – это ось действительных чисел, а Im – это ось мнимых чисел. Теперь на оси Re мы откладываем величину a, а на оси Im – величину b нашего комплексного числа z. В итоге мы получаем точку на комплексной плоскости с координатами (а, b). И теперь можно провести радиус вектор из начала координат в эту точку. Собственно, этот вектор и можно считать комплексным числом. Интересный факт: давайте представим, что b равно 0. Тогда получается, что комплексное число вырождается в самое обыкновенно, «одномерное»: мнимая часть просто обнуляется. И, естественно, вектор в этом случае будет лежать на оси Re. То есть, можно сказать, что все числа, которые нас окружают в обычной жизни, находятся на оси Re, а комплексное число – это выход за пределы этой оси, в некотором роде расширение границ. Ну да не будем углубляться в это Давайте лучше углубимся в другое. А именно в то, как еще можно представить комплексные числа. Только что мы пришли к выводу, что комплексное число – по сути это вектор. А вектор можно характеризовать длинной и углом наклона, например, к оси Х. Действительно, эти два параметра полностью определяют любой вектор при условии, что у нас двумерное пространство, само собой. Для объема или какого-нибудь многомерного пространства (ужас какой) это не верно, а для двумерного – это так. Давайте теперь выразим сказанное математически. Итак, давайте теперь исходить из того, что нам известна длина вектора (обзовем ее |z|) и угол φ1. Что мы можем найти, исходя из этих знаний? Да вообще говоря, довольно много. По сути нам известна гипотенуза прямоугольного треугольника и один из его углов, то есть, согласно каким-то там теоремам геометрии, прямоугольный треугольник полностью определен. Поэтому давайте найдем его катеты а и b:
А теперь, господа, можно сделать небольшой финт ушами? Помните алгебраическую запись комплексного числа? Ну, вот эту
Давайте-ка подставим сюда a и b, представленные через синусы с косинусами. Получим
Мы получили интересное выражение. Выражение вида
называется тригонометрической формой записи комплексного числа. Она хороша, если нам известна длина нашего вектора |z| и угол его наклона φ1. Когда речь пойдет об электротехнике, длина вектора внезапно превратится в амлитуду сиганала, а угол наклона – в фазу сигнала. Кстати, обратите внимание, что тригонометрическая форма записи комплексного числа чем-то близка к тригонометрическому кругу, который мы нарисовали в начале статьи. Но к этому сходству мы вернемся чуть позже. Господа, теперь нам осталось познакомиться с последней формой записи комплексного числа – показательной. Для этого необходимо знать так называемую формулу Эйлера. С вашего позволения я не буду затрагивать вывод этой формулы и рассматривать, откуда она взялась. Это немного выходит за рамки статьи и, к тому же, есть много источников, где, вне всякого сомнения, вам расскажут про вывод этой формулы гораздо более профессионально, чем это смогу сделать я. Мы же просто приведем готовый результат. Итак, формула Эйлера имеет вид
где е – это экспонента или, как ее еще называют, показательная функция. Для математиков это некоторый предел при стремлении чего-то там к бесконечности, а если по-простому – обычное число
Да, просто две целых и семь десятых А теперь сравните формулу Эйлера и тригонометрической записью комплексного числа. Не замечаете интереснейшего сходства? Скрестив эти два выражения, можно получить как раз-таки показательную форму записи комплексного числа:
Как ни странно, эта мудреная запись используется в электротехнике не так уж и редко. Итак, мы познакомились с основными вариантами записи комплексных числе. Теперь давайте постепенно продвигаться к нашей любимой электротехнике. Запишем закон изменения косинусоидального напряжения.
Мы уже записывали этот закон неоднократно, например, в самой первой статье, посвященной переменному току. Правда, там был синус, а здесь косинус, но это абсолютно ничего не меняет по сути, просто тут косинус немного удобнее для объяснения. А сейчас внимание, господа. Очень хитрая последовательность действий. Во-первых, никто нам не мешает рассмотреть косинус, который стоит в этом выражении, на тригонометрическом круге, который мы чертили на рисунке 1 в самом начале статьи. А что? Почему нет? Будем представлять себе, что некоторый вектор Ám, равный амплитуде нашего косинусоидального напряжения, вращается в прямоугольной системе координат с круговой частотой ω. И тогда в силу выше изложенных обстоятельств его проекция на оси Х будет вырисовывать как раз наш закон v(t). Вроде бы никакого подвоха пока нет. Смотрим дальше. На оси Х проекция рисует нашу функцию времени, а ось Y пока что вообще не при делах. А что б она просто так не простаивала – давайте-ка считать, что это не просто абы какая ось Y, а ось мнимых чисел. То есть мы сейчас вводим то самое комплексное пространство. В этом пространстве при вращении вектора Ám (вектора обычно обозначаются буквой с точкой или стрелочкой сверху) в то время как его проекция на оси Х рисует косинус, на оси Y у нас будет рисоваться функция синуса. Вся фишка в том, что мы сейчас как бы скрещиваем тригонометрический круг с комплексной плоскостью. И в результате получаем что-то типа того, что показано на рисунке 3 (картинка кликабельна).
Рисунок 3 – Представление напряжения на комплексной плоскости Что мы на нем видим? Собственно, то, о чем только что говорили. Вектор, равный по длине амплитуде нашего напряжения, вращается в системе координат, на оси Х (которая Re) вырисовывается закон косинуса (он полностью совпадает нашим сигналом v(t)). А на оси Y (которая Im) вырисовывается закон синуса. Итого на основе вышесказанного наш исходный сигнал
мы можем представить в тригонометрической форме вот так
или в показательной форме вот так
Давайте представим теперь, что у нас не косинусоидальный сигнал, а синусоидальный. К нему мы как-то больше привыкли. То есть, пусть напряжение изменяется вот по такому закону
Проведем все рассуждения аналогичным образом. Единственное отличие будет в том, что теперь наш сигнал «рисуется» на мнимой оси Im, а ось Re как бы не при делах. Но вводя комплексное пространство, мы внезапно получаем, что комплексная запись сигнала для данного случая точно такая же, как и для случая косинуса. То есть и для сигнала
мы можем записать комплексное представление в тригонометрической форме вот так
или в показательной форме вот так
Выходит, что комплексное представление для случая синусоидального и косинусоидального сигнала имеет один и тот же вид. Кстати, это довольно очевидно, если вспомнить, что при вращении вектора по окружности и синус и косинус вырисовываются одновременно на разных осях. А само комплексное число описывает именно этот вращающийся вектор и, таким образом, содержит в себе инфу как про ось Х, так и про ось Y. Давайте теперь пойдем от обратного и представим, что у нас есть запись некоторого комплексного сигнала в виде
Или, например, в таком виде
Как понять – что он описывает: синус или косинус? Ответ – да никак. Он описывает и то, и то одновременно. И если мы имеем косинусоидальный сигнал, то мы должны взять действительную часть этого комплексного сигнала, а если синусоидальный – мнимую. То есть для случая косинуса это выглядит как-то так:
или так
А для случая синуса это выглядит вот так
или так
Здесь Re() и Im() – функции взятия действительной или мнимой части комплексного числа. Кстати, они определены во многих математических САПРах и их можно прям вот в таком виде использовать. То есть передавать им комплексное число, а на выходе получать дейтсвительную или мнимую часть. Возможно, вы спросите: а зачем так все усложнять? Какая с этого выгода? В чем профит? Профит, безусловно, есть, но о нем мы поговорим чуть позже, в следующих статьях. На сегодня пока все, господа. Спсибо что прочитали и пока! Вступайте в нашу группу Вконтакте Вопросы и предложения админу: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. myelectronix.ru Закон Ома для участка цепи и полной цепи: формулы и объяснениеДля электрика и электронщика одним из основных законов является Закон Ома. Каждый день работа ставит перед специалистом новые задачи, и зачастую нужно подобрать замену сгоревшему резистору или группе элементов. Электрику часто приходится менять кабеля, чтобы выбрать правильный нужно «прикинуть» ток в нагрузке, так приходится использовать простейшие физические законы и соотношения в повседневной жизни. Значение Закона Ома в электротехники колоссально, к слову большинство дипломных работ электротехнических специальностей рассчитываются на 70-90% по одной формуле. Историческая справка  Год открытия Закон Ома — 1826 немецким ученым Георгом Омом. Он эмпирически определил и описал закон о соотношении силы тока, напряжения и типа проводника. Позже выяснилось, что третья составляющая – это не что иное, как сопротивление. Впоследствии этот закон назвали в честь открывателя, но законом дело не ограничилось, его фамилией и назвали физическую величину, как дань уважения его работам. Величина, в которой измеряют сопротивление, названа в честь Георга Ома. Например, резисторы имеют две основные характеристики: мощность в ваттах и сопротивление – единица измерения в Омах, килоомах, мегаомах и т.д. Закон Ома для участка цепиДля описания электрической цепи не содержащего ЭДС можно использовать закон Ома для участка цепи. Это наиболее простая форма записи. Он выглядит так: I=U/R Где I – это ток, измеряется в Амперах, U – напряжение в вольтах, R – сопротивление в Омах. Такая формула нам говорит, что ток прямопропорционален напряжению и обратнопропорционален сопротивлению – это точная формулировка Закона Ома. Физический смысл этой формулы – это описать зависимость тока через участок цепи при известном его сопротивлении и напряжении. Внимание! Эта формула справедлива для постоянного тока, для переменного тока она имеет небольшие отличия, к этому вернемся позже. Кроме соотношения электрических величин данная форма нам говорит о том, что график зависимости тока от напряжения в сопротивлении линеен и выполняется уравнение функции: f(x) = ky или f(u) = IR или f(u)=(1/R)*I Закон Ома для участка цепи применяют для расчетов сопротивления резистора на участке схемы или для определения тока через него при известном напряжении и сопротивлении. Например, у нас есть резистор R сопротивлением в 6 Ом, к его выводам приложено напряжение 12 В. Необходимо узнать, какой ток будет протекать через него. Рассчитаем: I=12 В/6 Ом=2 А Идеальный проводник не имеет сопротивления, однако из-за структуры молекул вещества, из которого он состоит, любое проводящее тело обладает сопротивлением. Например, это стало причиной перехода с алюминиевых проводов на медные в домашних электросетях. Удельное сопротивление меди (Ом на 1 метр длины) меньше чем алюминия. Соответственно медные провода меньше греются, выдерживают большие токи, значит можно использовать провод меньшего сечения. Еще один пример — спирали нагревательных приборов и резисторов обладают большим удельным сопротивлением, т.к. изготавливаются из разных высокоомных металлов, типа нихрома, кантала и пр. Когда носители заряда движутся через проводник, они сталкиваются с частицами в кристаллической решетке, вследствие этого выделяется энергия в виде тепла и проводник нагревается. Чем больше ток – тем больше столкновений – тем больше нагрев.
Чтобы снизить нагрев проводник нужно либо укоротить, либо увеличить его толщину (площадь поперечного сечения). Эту информацию можно записать в виде формулы: Rпровод=ρ(L/S) Где ρ – удельное сопротивление в Ом*мм2/м, L – длина в м, S – площадь поперечного сечения. Закон Ома для параллельной и последовательной цепиВ зависимости от типа соединения наблюдается разный характер протекания тока и распределения напряжений. Для участка цепи последовательного соединения элементов напряжение, ток и сопротивление находятся по формуле: I=I1=I2 U=U1+U2 R=R1+R2 Это значит, что в цепи из произвольного количества последовательно соединенных элементов протекает один и тот же ток. При этом напряжение, приложенное ко всем элементам (сумма падений напряжения), равно выходному напряжению источника питания. К каждому элементу в отдельности приложена своя величина напряжений и зависит от силы тока и сопротивления конкретного: Uэл=I*Rэлемента Сопротивление участка цепи для параллельно соединённых элементов рассчитывается по формуле: I=I1+I2 U=U1=U2 1/R=1/R1+1/R2 Для смешанного соединения нужно приводить цепь к эквивалентному виду. Например, если один резистор соединен с двумя параллельно соединенными резисторами – то сперва посчитайте сопротивление параллельно соединенных. Вы получите общее сопротивление двух резисторов и вам остаётся сложить его с третьим, который с ними соединен последовательно.
Закон Ома для полной цепиПолная цепь предполагает наличие источника питания. Идеальный источник питания – это прибор, который имеет единственную характеристику:
Такой источник питания способен выдать любую мощность при неизменных выходных параметрах. В реальном же источнике питания есть еще и такие параметры как мощность и внутреннее сопротивление. По сути, внутреннее сопротивление – это мнимый резистор, установленный последовательно с источником ЭДС.
Формула Закона Ома для полной цепи выглядит похоже, но добавляется внутренне сопротивление ИП. Для полной цепи записывается формулой: I=ε/(R+r) Где ε – ЭДС в Вольтах, R – сопротивление нагрузки, r – внутреннее сопротивление источника питания. На практике внутреннее сопротивление является долями Ома, а для гальванических источников оно существенно возрастает. Вы это наблюдали, когда на двух батарейках (новой и севшей) одинаковое напряжение, но одна выдает нужный ток и работает исправно, а вторая не работает, т.к. проседает при малейшей нагрузке. Закон Ома в дифференциальной и интегральной формеДля однородного участка цепи приведенные выше формулы справедливы, для неоднородного проводника необходимо его разбить на максимально короткие отрезки, чтобы изменения его размеров были минимизированы в пределах этого отрезка. Это называется Закон Ома в дифференциальной форме.
Иначе говоря: плотность тока прямо пропорциональной напряжённости и удельной проводимости для бесконечно малого участка проводника.
В интегральной форме:
Закон Ома для переменного токаПри расчете цепей переменного тока вместо понятия сопротивления вводят понятие «импеданс». Импеданс обозначают буквой Z, в него входит активное сопротивление нагрузки Ra и реактивное сопротивление X (или Rr). Это связано с формой синусоидального тока (и токов любых других форм) и параметрами индуктивных элементов, а также законов коммутации:
Таким образом, ток начинает отставать или опережать напряжение, и полная мощность разделяется на активную и реактивную. U=I/Z
XL и XC – это реактивные составляющие нагрузки. В связи с этим вводится величина cosФ:
Здесь – Q – реактивная мощность, обусловленная переменным током и индуктивно-емкостными составляющими, P – активная мощность (выделяется на активных составляющих), S – полная мощность, cosФ – коэффициент мощности. Возможно, вы заметили, что формула и её представление пересекается с теоремой Пифагора. Это действительно так и угол Ф зависит от того, насколько велика реактивная составляющая нагрузки – чем её больше, тем он больше. На практике это приводит к тому, что реально протекающий в сети ток больше чем тот, что учитывается бытовым счетчиком, предприятия же платят за полную мощность. При этом сопротивление представляют в комплексной форме:
Здесь j – это мнимая единица, что характерно для комплексного вида уравнений. Реже обозначается как i, но в электротехнике также обозначается и действующее значение переменного тока, поэтому, чтобы не путаться, лучше использовать j. Мнимая единица равняется √-1. Логично, что нет такого числа при возведении в квадрат, которого может получиться отрицательный результат «-1». Как запомнить закон ОмаЧтобы запомнить Закон Ома – можно заучить формулировку простыми словами типа: Чем больше напряжение – тем больше ток, чем больше сопротивление – тем меньше ток. Или воспользоваться мнемоническими картинками и правилами. Первая это представление закона Ома в виде пирамиды – кратко и понятно.
Мнемоническое правило – это упрощенный вид какого-либо понятия, для простого и легкого его понимания и изучения. Может быть либо в словесной форме, либо в графической. Чтобы правильно найти нужную формулу – закройте пальцем искомую величину и получите ответ в виде произведения или частного. Вот как это работает:
Вторая – это карикатурное представление. Здесь показано: чем больше старается Ом, тем труднее проходит Ампер, а чем больше Вольт – тем легче проходит Ампер.
Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео, в котором простыми словами объясняется Закон Ома и его применение: Закон Ома – один из основополагающих в электротехнике, без его знания невозможна бОльшая часть расчетов. И в повседневной работе часто приходится переводить амперы в киловатты или по сопротивлению определять ток. Совершенно не обязательно понимать его вывод и происхождение всех величин – но конечные формулы обязательны к освоению. В заключении хочется отметить, что есть старая шуточная пословица у электриков: «Не знаешь Ома – сиди дома». И если в каждой шутке есть доля правды, то здесь эта доля правды – 100%. Изучайте теоретические основы, если хотите стать профессионалом на практике, а в этом вам помогут другие статьи из нашего сайта. samelectrik.ru |
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
Теория 
ОМ (по имени германского физика Г. Ома (1787-1854)) – единица электронного сопротивления. Обозначение Ом. Ом – сопротивление проводника, меж концами которого при силе тока 1 А появляется напряжение 1 В. Определяющее уравнение для электронного сопротивления R= U / I.
. Все мы с детства привыкли, что под корнем у нас только лишь положительные числа. Но математики ввели вот такую вот абстракцию, которая позволяет извлечь корень и из отрицательных чисел. И, как ни странно, подобная абстракция неплохо помогает описывать вполне себе реальные, а вовсе никакие не абстрактные процессы в электротехнике.
. 
