Файл: Лебедев, Н. Н. Электротехника и электрооборудование учеб. пособие [для монтаж. и строит. спец. техникумов].pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 16.10.2024
Просмотров: 85
Скачиваний: 0
слоя применяется чаще всего специальная конденсаторная бумага,
пропитанная парафином, |
минеральным маслом |
или синтетическим |
|
жидким диэлектриком; в |
отдельных |
случаях |
используется слюда |
и некоторые синтетические материалы. |
|
|
|
Особой конструкцией |
отличаются |
э л е к т р о л и т и ч е с к и е |
|
конденсаторы. У них диэлектрическим слоем служит чрезвычайно тон кая пленка окиси алюминия на алюминиевой фольге, а обкладками являются фольга и пропитанная электролитом (электролит — это про водник) бумага. Благодаря весьма тонкому изоляционному слою ем кость электролитических конденсаторов достигает больших величин при малых линейных размерах конденсатора.
В устройствах связи, электроники и автоматики находят примене ние конденсаторы в основном небольших емкостей и малых размеров;
в том числе широко используются указанные выше электролитические конденсаторы.
В силовых электроустановках промышленности и строительства применяются особые к о с и н у с н ы е конденсаторы. Назначение их —- улучшение одного из важнейших технико-экономических показа телей электроустановки — коэффициента мощности (подробнее об этом см. § 4.8). Обкладки этих конденсаторов выполняются из алюминиевой фольги, а изолирующий слой — из специальной конденсаторной бума ги, пропитанной или минеральным маслом, или синтетическим жидким
диэлектриком (соволом). Представление о наружном виде конденса торов дает рис. 1.3, б, в иг.
ГЛАВА ВТОРАЯ
ПОСТОЯННЫЙ то к
§ 2.1. Общие сведения. Источники электрического тока
Постоянным электрическим током, как это отмечалось выше — в гл. 1, называют направленное упорядоченное движение элементарных материальных частиц, несущих электрические заряды. Движение этих частиц в проводниках (или в вакууме) возникает под воздействием элек трического поля, создаваемого тем или иным источником электрической энергии. При этом в металлах (металлических проводниках), а также в вакууме движутся отрицательно заряженные частицы — электроны, а в жидкостях (растворах солей, щелочей и кислот) — как отри цательно, так и положительно заряженные материальные частицы — ионы, перемещающиеся в противоположных направлениях (навстре чу друг другу). В разреженных газах электрический ток может осущест вляться движением электронов и ионов.
Постоянный ток — не изменяется во времени, т. е. постоянен по направлению и величине. За направление постоянного тока принимают направление движения п о л о ж и т е л ь н о з а р я ж е н н ы х ч а с т и ц . Отсюда следует, что в металлических проводниках, а так же в вакууме и в газах направление тока принимается противополож ным направлению движения электронов.
Из курса физики известно, что энергия (способность физического тела совершать работу) не создается вновь из ничего и не исчезает, а лишь преобразуется из одного вида в другой.
В связи с этим все источники электрической энергии, каковы бы они ни были, имеют общее: получение того или иного количества электро энергии непременно связано с затратой соответствующего количества энергии другого вида (химической, гидравлической, тепловой, атомной
И т. д.).
Так, в процессе получения электрической энергии на электрических станциях происходит цепь преобразований энергии. На гидроэлектро станциях энергия движущейся воды в гидротурбинах преобразуется в механическую энергию вращения; турбины вращают специальные машины — электрические генераторы, в которых механическая энер гия преобразуется в электрическую. На тепловых электростанциях химическая энергия топлива (угля, газа и т. п.), сжигаемого под паро выми котлами, преобразуется в энергию сжатого пара; энергия сжа того пара в свою очередь преобразуется в паровых турбинах в механи ческую энергию вращения, которая далее — в электрических генера торах — превращается в электрическую. На атомных электростанциях происходит аналогичный процесс; но топки и паровые котлы в них от сутствуют, внутриатомная энергия преобразуется в тепловую в специ альных аппаратах — атомных реакторах.
При использовании электроэнергии происходят обратные ее преоб разования; в электродвигателях она преобразуется в механическую
энергию, в электрических печах и нагревательных приборах — в теп ловую энергию, в электрических лампах — в световую энергию.
Для всех видов энергии установлена единая единица измерения —
джоуль (Дж) и соответственно более |
крупные единицы: килоджоуль |
(кДж, мегаджоуль (МДж)*. |
t |
Примером простейших источников постоянного тока могут служить известные из курса физики гальванические элементы, в которых элек трическая энергия получается в результате некоторых химических процессов, т. е. за счет затраты химической энергии.
Однако с помощью этих элементов получаются лишь незначитель ные количества электроэнергии. Гальванические элементы находят широкое применение в устройствах электрической сигнализации, радиотехники, телефонии.
Для производства электроэнергии в больших количествах в про мышленных целях служат вращающиеся машины — электрические ге нераторы, описанные в гл. 7 и 8.
§ 2.2, Простейшие цепи постоянного тока
Простейшая цепь постоянного электрического тока состоит из трех элементов: источника электроэнергии, электроприемника (потребите ля энергии) и двух проводов, соединяющих их между собой. Кроме того, в цепь тока обычно включаются измерительные приборы и те или иные аппараты для включения и отключения тока.
Чертеж, на котором изображены электрические цепи с помощью условных графических обозначений (установленных ГОСТом), назы вают э л е к т р и ч е с к о й с х е м о й (рис. 2.1.).
Часть цепи, находящаяся вне источника тока, т. е. провода с вклю ченными приборами, и приемник энергии, называется внешней частью цепи, или внешней цепью.
Всякий источник электроэнергии обладает э л е к т р о д в и ж у щ е й с и л о й (сокращенно э. д. с.), под воздействием которой в нем возникает движение элементарных частиц, несущих электрические за
ряды, |
и создается разность потенциалов на его полюсах. Электродви |
|
жущая сила обозначется латинскими буквами Е или е. |
||
Разность электрических потенциалов между полюсами источника |
||
тока, |
под действием которой во внешней цепи |
протекает электриче |
ский |
ток, называется э л е к т р и ч е с к и м |
н а п р я ж е н и е м , |
действующим в данной цепи. Напряжение обозначается латинскими буквами U или и (латинское «у», прописное или строчное). Единица измерения э. д. с. и напряжения — вольт (В) и соответственно в тыся чу раз большая единица — киловольт (кВ). Приборы для их измерения называют вольтметрами. Между величиной э. д. с. и напряжением су ществует определенное соотношение, которое будет разбираться даль
* Для тепловой энергии сохранилась также прежняя единица калория и соответственно килокалория (1 ккал = 4186, 8 Дж). В атомной технике для изме рения энергии летящих элементарных частиц принята единица—электрон-вольт (эВ). 1 миллион электрон-вольт (Мэв) равен 1,6-10—13 Дж.
20
ше. Предварительно можно заметить, что при разомкнутой цепи напря жение на выводах источника тока равно его э. д. с., а при замкнутой цепи, т. е. когда по цепи протекает электрический ток, напряжение будет несколько меньше э. д. с.
По ГОСТу (Государственному стандарту) для промышленных уста новок постоянного тока (для сетей и электроприемников) предусмот
рены напряжения |
ПО, 220 и 440 В, кроме того, для всякого рода на- |
|||||||||||
реносных |
приборов |
и |
ламп — малые на |
|
|
|
|
|||||
пряжения 12, 24 и 36 В. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Для электрифицированного транспорта |
|
|
|
|
||||||||
применяют более высокие напряжения по |
|
|
|
|
||||||||
стоянного тока: 600, |
1500, 3000 В. |
|
|
|
|
|
||||||
Сила электрического |
тока, |
которую в |
|
|
|
|
||||||
настоящее |
время |
принято |
называть |
про |
|
|
|
|
||||
сто «ток», |
измеряется в амперах (А). |
При |
|
|
|
|
||||||
бор для |
измерения тока |
называют |
а м - |
|
|
|
|
|||||
п е р м е т р о м. |
В Международной |
си |
Рис. 2.1. Простейшая схе |
|||||||||
стеме единиц СИ ампер |
является одной из |
|||||||||||
ма |
цепи |
постоянного |
||||||||||
шести основных единиц |
измерения (нарав |
|
тока: |
|
||||||||
не с метром, килограммом, |
секундой, |
гра |
1 — |
источник |
тока; |
2 — |
||||||
дусом Кельвина и свечой). |
|
|
|
волы метр; 3 |
— амперметр; |
|||||||
|
|
или |
4 — электрическая |
лампа; |
||||||||
Ток принято обозначать буквами / |
5 — выключатель (рубиль |
|||||||||||
I (латинскими «и»). |
|
|
|
|
|
|
ник) |
|
||||
Рассмотрим схему, представленную на рис. 2.1. Электрический ток |
||||||||||||
может протекать по цепи только, |
когда она замкнута, т. |
е. когда обес |
||||||||||
печен непрерывный путь для электрических зарядов от плюса источни ка тока до минуса. Поэтому в данном случае, для того чтобы в цепи появился ток, необходимо включить рубильник 5. Наличие тока в це пи обнаружится по загоранию электрической лампы 4 и показанию амперметра 3. Величина напряжения, действующего в цепи, опреде ляется по показанию вольтметра 2. Если выключить рубильник 5 и этим разорвать электрическую цепь, ток в ней прекратится, лампа погаснет, стрелка амперметра станет на нуль, а вольтметр 2, включенный так, как показано на схеме, будет показывать наличие напряжения. При этом показание его будет несколько выше, чем при включенной цепи. Причина этого явления объяснена дальше, при разборе вопроса о падении напряжения в электрических цепях.
§ 2.3. Работа и мощность постоянного тока
Мощность постоянного электрического тока определяется произ ведением действующего в цепи напряжения U на ток /, протекающий по цепи. Единица измерения мощности —ватт (Вт) и, соответственно, в тысячу и миллион раз большие единицы: киловатт (кВт) и мегаватт
(МВт).
Мощность обозначается буквой Р и определяется формулой
Р 1Вт! — Щ , |
(2.1) |
21
При измерении напряжения в вольтах, а тока в амперах величина мощности выразится в ваттах.
Работа электрического тока, равная количеству затраченной за данное время электрической энергии, определяется произведением электрической мощности Р на время t, в течение которого эта мощность отдавалась. Отсюда формула для определения расхода электроэнер
гии или, что то же, работы электрического тока будет: |
|
А [Дж] = Pt = Ult. |
(2.2) |
При измерении мощности в ваттах, а времени в секундах расход энергии по формуле (1.2) выражается в джоулях (или ватт-секундах). Для практических целей обычно удобнее измерять мощность в киловат
тах, а время в часах. В этом случае расход энергии, |
определяемый по |
||||
формуле (2.2), |
получается также |
в |
более |
крупных единицах — |
|
в киловатт-часах (кВт . ч). Легко подсчитать, |
что |
1 кВт • ч равен |
|||
3 600 000 Дж. |
|
|
|
|
|
Пример 2.1. Электрический двигатель постоянного тока работает при на |
|||||
пряжении 220 В. Ток в двигателе равен 25 |
А. Чему равна электрическая мощ |
||||
ность двигателя (потребляемая из сети)? |
|
|
|
|
|
Р е ш е н и е . |
Определяем мощность по формуле (2.1), вставив в нее заданные |
||||
величины: |
|
|
|
|
|
|
Я =» UI = 220 • 25 = |
5500 Вт «= 5,5 кВт. |
|
||
Пример 2.2. Имеются две электрические лампочки мощностью по 40 Вт каждая; одна рассчитана на напряжение 12 В, а другая на 220 В. Определить ток, протекающий при горении первой и второй лампы.
Р е ш е н и е . Из формулы (2.1) находим / => PIU.
Подставляя в это выражение заданные величины, определяем токи в лампах!
для первой лампы: |
Я |
40 |
и |
= З.ЗЗА; |
|
|
12 |
|
. |
Р |
40 |
для второй лампы: |
Г — — |
= ----- = 0 , 18А. |
. v |
и" |
220 |
Из этого примера видно значение величины напряжения в электроустанов ках; при одной и той же мощности необходимая величина тока обратно пропор
циональна напряжению (чем выше напряжение, тем меньше необходимая величи на тока).
Пример 2.3. Восемь электрических ламп мощностью по 40 Вт каждая горели
втечение 150 ч. Сколько при этом было израсходовано электрической энергии^
Ре ш е н и е . Определяем общую мощность ламп:
40 • 8 ■= 320 Вт, или 0,32 кВт.
Находим расход электроэнергии:
А ■= Я/ =* 0,32 ■150 = 48 кВт • ч.
§ 2.4. Электрическое сопротивление проводников
Сопротивление и проводимость
Из курса физики известно, что проводники оказывают сопротивле ние протекающему через них электрическому току.
Электрическое с о п р о т и в л е н и е принято обозначать буквой R или г (латинские буквы «эр»). Для измерения электрического сопро
22