Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
1 ТОЭ.docx
Скачиваний:
0
Добавлен:
01.07.2025
Размер:
4.97 Mб
Скачать

Общие предметы:

Спецпредмет 3-4 розряд

1 ТОЭ

2 Электрические измерения

3 Материаловедение

4 Слесарное дело и технология монтажных работ

5 Электрические машины

6 Электрические аппараты

7 Электромонтажные работы

8 Основы управления електроприводами механизмов

9 Основы схемотехніки

10 Основы промышленной электроники и преобразоватильной техники

11 Обслуживание и ремонт оборудования електроустановок общего назначения

12 Обслуживание и ремонт оборудования електроустановок карьеров и горных машин

13 Обслуживание и ремонт оборудования електроустановок дробильных фабрик и дробильно-сортировочных комплексов

14 Обслуживание и ремонт оборудования електроустановок обогатительных фабрик

15 Обслуживание и ремонт оборудования електроустановок фабрик окомкования и аглофабрик

16 Обслуживание и ремонт оборудования електроустановок подземных комплексов

17 Электробезопастность на производстве

18 Основы пожарной безопасности и взрывобезопасности

19 Основы гигиены и промсанитарии

1 ТОЭ

Предлагается разработать электронный мультимедийный конспект.

1.1 Вводная тема. (Краткая история открытия электричества. Роль электричества в повседневной жизни человека и на производстве. Обзор достижений науки и промышленности в области электротехники, электроники и энергосбережении.)

Систематическое исследование электрических явлений и их практическое применение началось с изучения свойств не изменяющегося во времени тока - постоянного тока на рубеже 18-19 веков. Этому способствовали наличие и доступность источников электрической энергии постоянного тока – сначала гальванических элементов ( А. Вольта (1745-1827))

позднее аккумуляторов, а также первые успехи применения электричества для освещения (П.Н. Яблочков 1847-1894).

Экспериментальное исследование свойств постоянного тока позволило выявить и обосновать ряд закономерностей и понятий (А.М. Ампер 1775-1836; Г.С. Ом 1787- 1854; Ш.О. Кулон 1736-1806 и др.).

Первый химический источник тока был изобретён итальянским учёным Алессандро Вольта в 1800 году. Это был «элемент Вольта» — сосуд с солёной водой с опущенными в него цинковой и медной пластинками, соединёнными проволокой. Затем учёный собрал батарею из этих элементов, которая впоследствии была названа «вольтовым столбом». Это изобретение впоследствии использовали другие учёные в своих исследованиях. Так, например, в 1802 году русский академик В. В. Петров сконструировал вольтов столб из 2100 элементов для получения электрической дуги. В 1836 году английский химик Джон Даниель усовершенствовал элемент Вольта, поместив цинковый и медный электроды в раствор серной кислоты. Эта конструкция стала называться «элементом Даниеля».

В 1859 году французский физик Гастон Плантэ изобрёл свинцово-кислотный аккумулятор, поместив скрученную в рулон тонкую свинцовую пластину в серную кислоту. Этот тип элемента и по сей день используется в автомобильных аккумуляторах.

В 1865 году французский химик Ж. Лекланше предложил свой гальванический элемент (элемент Лекланше), состоявший из цинкового стаканчика, заполненного водным раствором хлористого аммония или другой хлористой соли, в который был помещён агломерат из оксида марганца(IV) MnO2 с угольным токоотводом. Модификация этой конструкции используется до сих пор в солевых батарейках для различных бытовых устройств.

Важным этапом в освоении электрической энергии стало изучение и применении переменного тока. Применение трёхфазного переменного тока позволило совершить прорыв в промышленности , а применение трёхфазных асинхронных двигателей обеспечило возможность простого и дешёвого способа преобразования электрической энергии в механическую.

Впервые конструкция трёхфазного асинхронного двигателя была разработана, создана и опробована русским инженером М. О. Доливо-Добровольским в 1889-91 годах. Демонстрация первых двигателей состоялась на Международной электротехнической выставке во Франкфурте на Майне в сентябре 1891 года. На выставке было представлено три трёхфазных двигателя разной мощности. Самый мощный из них имел мощность 1.5 кВт и использовался для приведения во вращение генератора постоянного тока. Конструкция асинхронного двигателя, предложенная Доливо-Добровольским, оказалась очень удачной и является основным видом конструкции этих двигателей до настоящего времени.

В 20-м веке развитие электротехники и электроники достигло уровня когда ни одно направление деятельности человека практически не обходиться без применения электричества.

Поскольку потребность в электрической энергии постоянно и стремительно возрастает то также стремительно возрастают и объёмы её производства. Традиционных источников электрической энергии становиться недостаточно и все чаще возникает необходимость прибегать к альтернативным.

1.2 Электрические цепи постоянного тока.

1.2.1 Электрическая цепь и её элементы.

Электрическая цепь постоянного тока в общем случае содержит источник электрической энергии, приёмник электрической энергии, измерительные приборы, коммутационную аппаратуру, соединительные линии и провода.

Пример цепи постоянного тока

(необходимо анимировать)

Схематическое изображение цепи постоянного тока

В источниках электрической энергии осуществляется преобразование в электрическую энергию каких-либо других форм энергии, например энергии химических процессов в гальванических элементах и аккумуляторах, тепловой энергии на теплоэлектростанциях.

Источники электрической энергии подразделяются на источники постоянного и переменного тока. В качестве источника переменного тока используют электромашинные устройства, источники постоянного тока – гальванические элементы, аккумуляторы и электромашинные генераторы.

В приёмниках электрической энергии электрическая энергия преобразуется, например, в механическую (двигатели постоянного тока), тепловую (электрические печи), химическую (электролизные ванны).

Коммутационная аппаратура, линии и измерительные приборы служат для передачи электрической энергии от источников, распределения её между приёмниками и контроля режима работы электротехнических устройств.

1.2.2 Основные понятия и определения для электрической цепи. (Термины и определения физических величин: электрический ток, удельное сопротивление материалов; сопротивление проводника и его проводимость; ЭДС, напряжение, мощность и их единицы измерения. Температурный коэффициент сопротивления и сопротивление проводника при температуре отличной от 200С.)

Согласно электронной теории электропроводности валентные (не принадлежащие конкретному атому) электроны в металлах легко отделяются от атомов, которые становятся положительными ионами. Ионы образуют в твёрдом теле кристаллическую решётку. Свободные электроны хаотически движутся в пространстве решётки между атомами (тепловое движение), сталкиваясь с ними.

(необходимо анимировать)

Если к проводнику длинной Ɩ подключить источник электрической энергии, то под действием продольного электрического поля напряжённостью ε свободные электроны приобретают добавочную скорость и начинают перемещаться в одном направлении вдоль проводника.

В общем случае постоянный ток в проводящей среде представляет собой упорядоченное движение положительных и отрицательных зарядов под действием электрического поля, например в электролитах и газах движутся на встречу друг другу ионы с положительными и отрицательными зарядами.

Принято считать направлением тока I направление движения положительных зарядов, т.е. направление, обратное направлению движения электронов в проводнике под действием электрического поля. Это направление показано стрелкой.

Единица измерения тока ампер (А). Единица измерения заряда кулон (Кл).

Постоянный ток I=|Q|/t , где t-время равномерного перемещения суммарного заряда |Q| через поперечное сечение рассматриваемого участка цепи.

Столкновения свободных электронов в проводниках с атомами кристаллической решётки тормозят их поступательное движение. Это противодействие направленному движению свободных электронов, т.е. постоянному току, составляет физическую сущность сопротивления проводника.

Проводящие свойства материала определяет его удельное сопротивление, ρ (ро), равное сопротивлению между противоположными сторонами куба с ребром 1м, изготовленного из данного материала.

Единица измерения удельного сопротивления в Международной системе единиц (СИ)Ом·м.

В технике часто применяется в миллион раз меньшая производная единица: Ом·мм²/м, равная 10−6 от 1 Ом·м: 1 Ом·м = 1·106 Ом·мм²/м. Физический смысл удельного сопротивления в технике: сопротивление однородного куска проводника длиной 1 м и площадью токоведущего сечения 1 кв.мм.

Величина, обратная сопротивлению, называется проводимостью:

Единица измерения проводимости сименс - (См).

Различные материалы обладают различным удельным сопротивлением, значения некоторых приведены в таблице:

Удельное электрическое сопротивление металлов и сплавов, применяемых в электротехнике:

Металл

Удельное сопротивление материала Ом·мм2

Серебро

0,016

Медь

0,0175

Золото

0,023

Алюминий

0,0271

Иридий

0,0474

Молибден

0,054

Вольфрам

0,055

Цинк

0,059

Никель

0,087

Железо

0,098

Платина

0,107

Олово

0,12

Свинец

0,205

Титан

0,5562 - 0,7837

Висмут

1,2

Сплав

Удельное сопротивление материала Ом·мм2

Сталь

0,1400

Никелин

0,42

Константан

0,5

Манганин

0,43…0,51

Нихром

1,05…1,4

Фехраль

1,15…1,35

Хромаль

1,3…1,5

Латунь

0,07…0,08

Другие вещества

Удельное сопротивление материала Ом·мм2

Сжиженные углеводородные газы

0,84·1010

Береза сухая

108

Лакоткань

109

Фарфор

1012

Значения даны при температуре t = 20° C. Сопротивления сплавов зависят от их точного состава и могут варьироваться.

Сопротивление однородного проводника постоянного сечения зависит от свойств вещества проводника, его длины, сечения и вычисляется по формуле:

(Ом)

где ρ — удельное сопротивление вещества проводника, l — длина проводника, а S — площадь сечения мм2.

Сечение голого круглого провода :

Где d-диаметр провода мм

Сопротивление однородного проводника также зависит от температуры.

Сопротивление проводника при температуре отличной от 200С:

Rt=R0+R0*α*(t-t0)

Где R0-сопротивление провода при t0=200С; α- температурный коэффициент электрического сопротивления (для меди αм=0,004, для алюминия αа=0,0042).

Температурный коэффициент сопротивления численно равен относительному изменению сопротивления при изменении температуры проводника на 10С.

Сопротивление металлов снижается при понижении температуры; при температурах порядка нескольких кельвинов (-273 0С = 0 К) сопротивление большинства металлов и сплавов стремится или становится равным нулю (эффект сверхпроводимости). Напротив, сопротивление полупроводников и диэлектриков при снижении температуры растёт.

Материал

Температурный коэффициент сопротивления ( на 1 0С )

Серебро

0,0035

Медь

0,004

Алюминий

0,0042

Сталь

0,0057

Железо

0,006

Чугун

0,001

Свинец

0,0039

Вольфрам

0,0048

Уголь

0,005

Манганин (сплав Cu-85% , Mn-12% Ni-3 )

0,00003

Константан

0,00005

Нихром ( сплав Cr-20%, Ni-80% )

0,0001

Сопротивление человека

  • Для расчёта величины силы тока, протекающего через человека при попадании его под электрическое напряжение частотой 50 Гц, сопротивление тела человека условно принимается равным 1 кОм. В реальности сопротивление человека не является омическим, так как эта величина, во-первых, нелинейна по отношению к приложенному напряжению, во-вторых меняется во времени, в третьих, гораздо меньше у человека, который волнуется и, следовательно, потеет и т. д.

  • Серьёзные поражения тканей человека наблюдаются обычно при прохождении тока силой около 100 мА. Совершенно безопасным считается ток силой до 1 мА. Удельное сопротивление тела человека весьма значительно (около 15 кОм). Поэтому опасные токи могут быть достигнуты только при значительном напряжении. Однако при наличии сырости сопротивление тела человека резко снижается и безопасным может считаться напряжение только ниже 12 В.

ЭДС и напряжение.

ЭДС ( электродвижущая сила Е ) – работа не электрических сил ( сторонних ) при перемещении единичного положительного заряда от одного зажима источника к другому, т.е. это работа сторонних сил, отнесённая к количеству электричества.

Для прямолинейного проводника перемещающегося в магнитном поле со скоростью v наводимая ЭДС равна :

Е=B v

где В-магнитная индукция Тс; -длина проводника находящегося в магнитном поле; v-скорость перемещения проводника в магнитном поле.

Правило правой руки.

Направление ЭДС, наводимой при движении провода, можно определить, пользуясь правилом правой руки:

Если правая рука расположена так, что линии поля входят в ладонь, а отогнутый большой палец совпадает с направлением движения, то четыре вытянутых пальца показывают направление наводимой ЭДС.

Направление наводимой ЭДС — это то направление, в котором под ее действием в замкнутой цепи должен про­текать ток.

Для гальванического элемента условно состоящего из двух разно полярных пластин ЭДС равна:

Е=Ɛ*d=Uabх (В)

Где Ɛ-напряжённость электрического поля; d-расстояние между пластинами; Uabхахbх -напряжение между пластинами равное разности потенциалов между выводами пластин в режиме холостого хода пластин.

Если частица с зарядом q переносится в электрическом поле вдоль некоторого пути, то действующие на неё силы поля совершают работу. Отношение этой работы к переносимому заряду представляет собой физическую величину, называемую электрическим напряжением. При перемещении частицы по пути силы поля совершают работу

Электри́ческое напряже́ние между точками A и B электрической цепи или электрического поля — физическая величина, значение которой равно отношению работы электрического поля, совершаемой при переносе электрического заряда из точки A в точку B, к величине этого заряда.

(В)

Разность потенциалов между двумя точками цепи называют напряжением или падением напряжения.

U=φ1-φ2 (В)

Работа и мощность. КПД.

Возникновение ЭДС во всех источниках связано с работой сторонних сил по перемещению заряженных частиц.

Работа сторонних сил Ан равна энергии источника:

Aи=EQ=EIt (Дж, ВАс, Втс)

Работа совершаемая электрическим полем при перемещении положительного электрического заряда Q вдоль неразветвленного участка А-В электрической цепи, не содержащего источников электрической энергии, равна произведению этого заряда на напряжение

Для того чтобы сравнить различные источники, важно знать, какое количество энергии вырабатывают они в единицу времени.

Энергия, вырабатываемая в единицу времени, т.е. скорость преобразования энергии в источнике называется мощностью источника (скорость преобразования энергии в приёмнике называется мощностью приёмника).