Методичка элетротехника 2013

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Приложение 4

Образцы оформления рисунков в абсолютных и относительных единицах

Рис. 1 Характеристики двигателя постоянного тока

а

б

при полном магнитном поле при ослабленном магнитном поле

123

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Приложение 5

Образец анализа полученных результатов и информации о применявшихся приборах и оборудовании

Анализ полученных результатов и выводы по работе:

Выполняется в соответствии с последним пунктом программы работ.

Перечень применявшихся приборов и машин:

Подпись выполнившего работу____________

124

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Приложение 6

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ

Развитие научной мысли привело в конце ХIХ века к практическому использованию электрической энергии. Это было началом научнотехнической революции. Развитие электроэнергетики и сегодня является основным условием научно-технического прогресса и технического совершенствования производства. Такая важнейшая роль электроэнергии обусловлена следующим:

в электрическую энергию легко преобразуются любые виды энергии (тепловая, атомная, механическая, химическая, лучистая, энергия водного потока), и, наоборот, электрическая энергия может быть легко преобразована в любой другой вид энергии;

электроэнергию можно передавать практически на любое рас-

стояние;

ее можно легко дробить на любые части (мощность электроприемников может быть от долей ватта до тысяч киловатт);

процессы получения, передачи, распределения и потребления можно просто и эффективно автоматизировать;

управление процессами, в которых используют электроэнергию, обычно очень простое (нажатие кнопки управления, выключателя и т. п.);

использование электрической энергии способствует созданию комфортных условий труда и быта.

Единственным недостатком электроэнергии является отсутствие «склада готовой продукции». Запасать электроэнергию и сохранять эти запасы в течение больших сроков человечество еще не научилось. Запасы электроэнергии в аккумуляторах, гальванических элементах и конденсаторах достаточны лишь для работы сравнительно маломощных установок, причем сроки хранения этих запасов ограничены. Поэтому электроэнергия должна быть произведена тогда и в таком количестве, когда и в каком количестве ее требует потребитель.

Применение электрической энергии позволило повысить производительность труда во всех областях деятельности человека, внедрить и

125

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

автоматизировать целый ряд технологических процессов в промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве и быту, основанных на новых принципах, ускоряющих, облегчающих и удешевляющих процесс получения окончательного продукта, а также создать комфорт в производственных, общественных и жилых помещениях.

Преобразование электрической энергии в механическую осуществляется электродвигателями, которые используют для привода станков и вращающихся машин в различных отраслях промышленности, сельского хозяйства, в подъемно-транспортных устройствах и т. д. Благодаря преимуществам электродвигателей перед другими типами двигателей их мощность в промышленности по отношению к общей мощности установленных двигателей в настоящее время составляет почти 100 % (в 1890 г. —

5 %, в 1927 г. — 75 %).

Электрическую энергию также широко используют в технологических установках для нагрева изделий, плавления металлов, сварки, электролиза, для получения плазмы, новых материалов с помощью электрохимии, для очистки материалов и газов и т. д. Работа современных средств связи (телеграфа, телефона, радио, телевидение) основано на применении электрической энергии. Без нее невозможно было бы развитие кибернетики, вычислительной и космической техники и т. д. Электрическая энергия является сейчас практически единственным видом энергии для искусственного освещения.

Продолжается расширение области использования электроэнергии и вместе с этим повышается электровооруженность труда, зависимость производства от квалификации работников, от степени надежности электроснабжения. Следовательно, обеспечение электротехнического образования всех специалистов технических и экономических направлений является важнейшей задачей высшей школы.

В России первые опыты передачи электрической энергии на расстояние были произведены в 1874 г. Мощность передачи составляла всего 6 л.с., а дальность передачи - сначала 200 м, а затем 1 км. Только разработка трансформатора, позволившего повысить напряжение передачи, и разработка элементов трехфазной системы русским электротехником М. О. Доливо-Добровольским в конце ХIХ века позволила повысить

126

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

мощность и дальность передачи. И все же до 1913 г. были только зачатки электрификации страны.

По предложению В. И. Ленина в 1920 г. был разработан Государственный план электрификации России (ГОЭЛРО). В разработке плана под руководством крупного энергетика Г. М. Кржижановского принимали участие передовые ученые и инженеры России: К. А.Круг, Р. Э. Классон, М. А. Шателен, Т. Ф. Макарьев и др. Тысячи людей были увлечены этим планом хозяйственного переустройства

Практически план ГОЭЛРО был первым планом развития народного хозяйства страны. Предполагалось за 10…15 лет построить 30 электростанций общей мощностью1750 МВт. Это Каширская ГЭС (1922 г.), ГЭС «Красный Октябрь» под Ленинградом (1922 г.), Шатурская ГЭС (1925 г.), Волховская ГЭС (1925 г.), каскад Свирских ГЭС и др. Планом ГОЭЛРО предусматривалось также строительство линий электропередач высокого напряжения, электрификация железных дорог, развитие электрифицированных промышленных комплексов. В 1931 г. план ГОЭЛРО был выполнен по всем основным показателям.

В планах дальнейшего развития народного хозяйства предусматривались опережающие темпы развития электроэнергетики. Выработка электроэнергии увеличивалась с каждым годом.

Выработка электроэнергии в СССР (млрд. кВт-ч в год):

К концу 1980 г. мощность всех электростанций страны составляла 350 млн. кВт. Мощность отдельных тепловых электростанций достигла 3,8 млн. кВт, атомных — 3,8 млн., гидравлических — 6,4 млн. кВт.

Мощность отдельных энергоблоков составила 1200 МВт (турбогенератор Костромской ГРЭС) и 640 МВт (гидрогенератор Саяно-Шушенской ГЭС). Доля атомных электростанций в выработке электроэнергии достигла примерно 13 процентов.

127

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Происходит изменение структуры энергетических ресурсов, используемых для производства электроэнергии. Кроме энергии органического топлива, воды и атома для производства электроэнергии используют энергию термальных вод, ветра, приливов и отливов океана и солнечную энергию. Но в наши дни эти источники еще не играют существенной роли в развитии большой энергетики. Перспективным видом энергии является термоядерная энергия, получаемая при синтезе легких элементов. Ее использование решит проблему обеспечения человечества энергией на исторически обозримое время.

Как известно, электростанции объединяют в энергосистемы для совместной работы. Все электростанции Советского Союза были объединены в 95 энергосистем, которые входили в 11 объединенных энергосистем (ОЭС). ОЭС Средней Азии и Востока работали изолированно, а остальные ОЭС, в которых параллельно работали 79 энергосистем, входили в состав Единой энергосистемы (ЕЭС) СССР. Осуществленный развал СССР в 1991 г. не позволил продолжить работу по включению в ЕЭС объединенных энергосистем Средней Азии и Востока. Были прекращены работы по строительству мощных линий электропередач высокого напряжения (1150 кВ постоянного тока и 1500 кВ переменного тока) из района КанскоАчинского топливно-энергетического комплекса в европейскую часть страны.

Выработка электроэнергии электростанциями Российской Федерации характеризуется следующими данными (млрд. кВт-ч в год):

В1994 г. около 17 % всей электроэнергии было выработано на атомных электростанциях (Минатомэнерго), а остальная часть — РАО «ЕЭС России». В 1998 г. установленная мощность на ТЭС составляла 68,7 %, на ГЭС — 10,6 % и на АЭС — 20,7 % от общей установленной мощности 204,9 млн. кВт.

Внастоящее время выработка электрической энергии в России постоянно увеличивается. Так, например, в 2005 г. выработано 952 млрд. кВт-ч, а на конец 2012 г. выработка составила 1053,9 млрд. кВт-ч.

128

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Приложение 7

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ОДНОФАЗНЫЕ ЦЕПИ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА

1. Основные понятия и определения

Широкое применение в электрических цепях электро-, радио- и других установок находят периодические ЭДС, напряжения и токи. Периодические величины изменяются во времени по значению и направлению, причем эти изменения повторяются через некоторые равные промежутки времени Т (рис. П7.1), называемые периодом.

На практике все источники энергии переменного тока (генераторы электростанций) создают ЭДС, изменяющуюся по синусоидальному закону

(рис. П7.1, д).

Рис. П7.1. Переменные периодические ЭДС различной формы:

а— прямоугольной, б — трапецеидальной,

в— треугольной, г — произвольной,

д— синусоидальной

Основное преимущество такого закона изменения ЭДС и напряжения заключается в том, что в процессе передачи электроэнергии на большие расстояния (сотни и даже тысячи километров) от источника до потребителя при многократной трансформации (изменении) напряжения временная зависимость напряжения остается неизменной, т. е. синусоидальной.

129

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Синусоидальные ЭДС, напряжения и токи начали широко применять в электротехнике во второй половине прошлого века. В настоящее время практически вся вырабатываемая электроэнергия является энергией синусоидального тока. Лишь некоторую долю этой электроэнергии при использовании преобразуют в энергию постоянного тока.

Любая периодическая величина имеет ряд характерных значений. Максимальное значение или амплитуду ЭДС., напряжения и тока обозначают соответственно Еm, Um, Im (рис. П7.1, д). Значение периодически изменяющейся величины в рассматриваемый момент времени называют мгновенным ее значением и обозначают е, и, i – ЭДС, напряжение и ток соответственно. Максимальное значение — частный случай мгновенного значения.

Величину, обратную периоду и равную числу полных изменений периодической величины за 1 с, называют частотой:

f = 1 / T. (П7.1)

В качестве единицы измерения частоты принят герц (Гц). Во всех энергосистемах нашей страны и других европейских стран в качестве стандартной промышленной частоты принята f = 50 Гц, в США и Японии f = 60 Гц. Это обеспечивает получение оптимальных частот вращения электродвигателей переменного тока и отсутствие заметного для глаза мигания осветительных ламп накаливания.

Некоторые электротехнические устройства работают при более высокой частоте. Повышенная частота (обычно 175-200 Гц) позволяет снизить вес электродвигателей, применяемых для привода электроинструмента и средств автоматики. В установках сквозного нагрева металлов для горячей штамповки и ковки применяют частоту от 500 до 10 000 Гц, а в установках поверхностного нагрева металлов — от 2000 до 106 Гц. В радиотехнических устройствах применяют частоты от 105 до 3·1010 Гц.

Находят применение также синусоидальные токи пониженной частоты. Частоту f = 5 - 10 Гц применяют в металлургической промышленности. В некоторых странах для электротяги на железных дорогах применяют частоту 16⅔ Гц.

Электрические цепи, в которых действуют синусоидальные ЭДС и токи, называют электрическими цепями синусоидального тока.

130

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

2. Получение синусоидальной ЭДС

Поместим прямоугольную рамку в однородное магнитное поле с магнитной индукцией В = const (рис. П7.2, а). Площадь рамки Sm = bl, где b — ее ширина, а l — длина. При вращении рамки с постоянной угловой скоростью сцепленный с нею магнитный поток будет изменяться в зависимости от угла поворота = t рамки по закону (рис. П7.2, б):

где S Sm cos — площадь рамки, сцепленная с магнитным потоком,

Фm ВSm — максимальный магнитный поток рамки, когда она занимает горизонтальное положение.

Рис. П7.2. К принципу получения синусоидальной ЭДС

Согласно закону электромагнитной индукции в рамке будет индуцироваться ЭДС, изменяющаяся по синусоидальному закону:

где Em Фm — амплитудное (максимальное) значение ЭДС. Направление ЭДС в проводниках определяют по правилу правой руки.

131

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

В простейшем генераторе концы витка присоединяют к вращающимся вместе с ним кольцам 1 и 2, по которым скользят неподвижные щетки 1' и 2'. От щеток отходят проводники к зажимам щитка генератора. Время одного оборота витка соответствует периоду Т, а угол поворота равен Т.

где 2 п/60 — угловая скорость вращения; п — угловая частота вращения, об/мин.

На основании равенства T = 2 (см. рис. П7.1, д) и с учетом формулы (П7.1) можно получить соотношение между угловой скоростью и частотой f:

причем f = pn/60.

У современных генераторов синусоидального тока обмотка состоит из большого числа последовательно соединенных витков. В каждом из них индуцируются синусоидальные ЭДС, которые, складываясь, образуют также синусоидальную ЭДС, определяемую выражением (П7.3). Обычно обмотка расположена на неподвижной части генератора - статоре, а вращающиеся магнитные полюсы вместе с обмоткой возбуждения, питаемой от источника постоянного тока, являются ротором (рис. П7.4). Постоянный по отношению к ротору магнитный поток вращается вместе с ним. Магнитная индукция в воздушном зазоре между статором и ротором не-

132