Основы теоретической электротехники для начинающих

Основные токовые величины

При возникновении в цепи электрического тока, происходит постоянный перенос заряда через поперечное сечение проводника. Величина заряда, перенесенная за определенную единицу времени, называется силой тока. измеряемой в амперах .

Для того чтобы создать и поддерживать движение заряженных частиц, необходимо воздействие силы, приложенной к ним в определенном направлении. В случае прекращения такого действия, прекращается и течение электрического тока. Такая сила получила название электрического поля, еще она известна как напряженность электрического поля. Именно она вызывает разность потенциалов или напряжение на концах проводника и дает толчок движению заряженных частиц. Для измерения этой величины применяется специальная единица – вольт. Существует определенная зависимость между основными величинами, отраженная в законе Ома, который будет рассмотрен подробно.

Важнейшей характеристикой проводника, непосредственно связанной с электрическим током, является сопротивление. измеряемое в омах. Данная величина является своеобразным противодействием проводника течению в нем электрического тока. В результате воздействия сопротивления происходит нагрев проводника. С увеличением длины проводника и уменьшением его сечения, значение сопротивления увеличивается. Величина в 1 Ом возникает, когда разность потенциалов в проводнике составляет 1 В, а сила тока – 1 А.

Данный закон относится к основным положениям и понятиям электротехники. Он наиболее точно отражает зависимость между такими величинами, как сила тока, напряжение, сопротивление и мощность. Определения этих величин уже были рассмотрены, теперь нужно установить степень их взаимодействия и влияния друг на друга.

Для того чтобы вычислить ту или иную величину, необходимо воспользоваться следующими формулами:

1. Сила тока: I = U/R (ампер).
2. Напряжение: U = I x R (вольт).
3. Сопротивление: R = U/I (ом).

Зависимость этих величин, для лучшего понимания сути процессов, часто сравнивается с гидравлическими характеристиками. Например, внизу бака, наполненного водой, устанавливается клапан с примыкающей к нему трубой. При открытии клапана вода начинает течь, поскольку существует разница между высоким давлением в начале трубы и низким – на ее конце. Точно такая же ситуация возникает на концах проводника в виде разности потенциалов – напряжения, под действием которого электроны двигаются по проводнику. Таким образом, по аналогии, напряжение представляет собой своеобразное электрическое давление.

Силу тока можно сравнить с расходом воды, то есть ее количеством, протекающим через сечение трубы за установленный период времени. При уменьшении диаметра трубы уменьшится и поток воды в связи с увеличением сопротивления. Этот ограниченный поток можно сравнить с электрическим сопротивлением проводника, удерживающим поток электронов в определенных рамках. Взаимодействие тока, напряжения и сопротивления аналогично гидравлическим характеристикам: с изменением одного параметра, происходит изменение всех остальных.

Условия и порядок присвоения групп

Вне зависимости от группы допуска электриков, человек, который хочет занять должность конкретного производства, должен получить профессиональное образование, иметь соответствующий стаж работы и соблюдать предписанные законодательством нормы. Также он обязан повышать свою квалификацию.

Новые условия выдачи удостоверения

1 группы

Согласно новым правилам, низшее свидетельство выдается тем, кто пройдет инструктаж и будет иметь соответствующую отметку в журнале учета. При изменении характера труда организации, имеющихся технологий, на протяжении 2 суток электрик должен пройти специальное обучение и устный опрос.

Важно! Любой работник должен иметь понимание о том, как электробезопасно устроено производство, что делать можно и нельзя, знать, как оказывать первую помощь. Именно данные умения запрашиваются у первой группы

2 группы

Ко второй относится неэлектротехнический персонал, который может обслуживать оборудование, но не подключать ее без присмотра. К таким людям относятся электросварщики с машинистами и рабочими. Эти граждане получают специальное образование в течение 72 часов. При его наличии, все выдается автоматически

Важно, что вторая категория дается только совершеннолетним кадрам

3 группы

Третья группа это электротехнический персонал, в дополнение к теме, какую группу по электробезопасности должен иметь электротехнический кадр. Согласно новым правилам, каждый специалист должен иметь профессиональное образование, желательно опыт работы в конкретной области. Он обязан понимать элементарные электродинамические и физические законы, разбираться в работе конкретного оборудования, понимать, как что устроено и как работать безопасно.

4 группы

Четвертая категория присваивается лишь тем, кто досконально знает электротехнику, прошел профессиональное обучение, понимает тот факт, что работать на электрических установках опасно. Кроме того, дается право работать на производстве только тем, кто знает нормы пожарной безопасности, разбирается в теме квалификационные группы по электробезопасности порядок их присвоения и владеет знаниями правил безопасности, умеет читать электрические схемы, оперативно и быстро действовать в чрезвычайных ситуациях. Естественно, он обязан знать, как правильно освобождать того, кто попал под действия тока, и уметь правильно оказывать первую незамедлительную помощь. Лучше, чтобы все умения были зафиксированы на бумаге.

5 группы

Пятую группу получает инженерно-технический персонал руководства производства. Такие люди знают нормы, имеют четкое представление о том, чем вызваны требования сроков испытания. Имеют понимание пожарной безопасности и охраны труда. Умеют обучать сотрудников, как оказывать первую помощь.

Важно отметить, что занимается предоставлением той или иной категории комиссия Ростехнадзора Федерации. Правила присвоения отмечены приказом и описаны на законодательном плане

С 2018 года обучающие центры не имеют право на проведение аттестаций. Этим занимается сам общегосударственный орган.

Есть иной вариант развития ситуации. В соответствии с законодательством, предприятия могут обучать и проводить соответствующие экзамены с выдачей легитимных документов самостоятельно.

Важно! В комиссии должны быть 5 человек. Ее членами могут быть лишь те люди, которые сами прошли обучение и получили соответствующие документы

Председатель комиссии — это тот человек, который имеет пятую группу. Обычно в комиссии сидит инженер с главным и ведущим инженером, который после экзамена составляют протокол с фиксацией полученных оценок, датой и категорией.

Условия получения 5 группы

В целом, группа по электробезопасности — необходимое условие для допуска и работы на соответствующих электроустановках предприятия. Делится на категории. Бывает электротехнической, электротехнологической и неэлектротехнической. Присваивается по результатам проведенного обучения и вводного инструктажа.

1.1. Основные пояснения и термины

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 потребления информации.

Каждая наука имеет свою терминологию. Запомним термины, понятия электротехники и электроники.

Электрическая цепь
—
это совокупность устройств, предназначенных для производства, передачи, преобразования и использования электрического тока.

Все электротехнические устройства по назначению, принципу действия и конструктивному оформлению можно разделить на три большие группы.

Источники энергии, т.е. устройства, вырабатывающие электрический ток (генераторы, термоэлементы, фотоэлементы, химические элементы).

Электродвижущая сила
—
электрическая разность потенциалов, создаваемая источником электрической энергии (электрохимическим элементом, механическим генератором, термоэлементом, фотоэлементом и пр.).

Приемники, или нагрузка, т.е. устройства, потребляющие электрический ток (электродвигатели, электролампы, электрические механизмы и т.д.).

Проводники, а также различная коммутационная аппаратура (выключатели, реле, контакторы и т.д.).

Направленное движение электрических зарядов называют электрическим током. Электрический ток может возникать в замкнутой электрической цепи. Электрический ток, направление и величина которого неизменны, называют постоянным током и обозначают прописной буквой I.

Электрический ток, величина и направление которого не остаются постоянными, называется переменным током. Значение переменного тока в рассматриваемый момент времени называют мгновенным и обозначают строчной буквой i.

Для работы электрической цепи необходимо наличие источников энергии. В любом источнике за счет сторонних сил неэлектрического происхождения создается электродвижущая сила. На зажимах источника возникает разность потенциалов или напряжение, под воздействием которого во внешней, присоединенной к источнику части цепи, возникает электрический ток.
Различают активные и пассивные цепи, участки и элементы цепей. Активными называют электрические цепи, содержащие источники энергии, пассивными — электрические цепи, не содержащие источников энергии.

Линейная электрическая цепь
—
это такая цепь, в которой ни один параметр цепи не зависит от величины или направления тока, или напряжения.

Нелинейная электрическая цепь
—
это такая электрическая цепь, которая содержит хотя бы один нелинейный элемент. Параметры нелинейных элементов зависят от величины или направления тока, или напряжения.

Электрическая схема
—
это графическое изображение электрической цепи, включающее в себя условные обозначения устройств и показывающее соединение этих устройств. На рис. 1.1 изображена электрическая схема цепи, состоящей из источника энергии, электроламп 1 и 2, электродвигателя 3.

Рис. 1.1

Для облегчения анализа электрическую цепь заменяют схемой замещения.

Схема замещения
—
это графическое изображение электрической цепи с помощью идеальных элементов, параметрами которых являются параметры замещаемых элементов.

На рисунке 1.2 показана схема замещения.

Рис. 1.2

Реле времени для фотопечати

Исходя из названия, реле времени позволяет управлять включением и выключением приборов в автоматическом режиме с помощью временных интервалов. Самый простой вариант можно собрать на транзисторах (из восьми элементов).

Важно! Такие реле активно применяются в системе «умный дом» для автоматизации осветительных приборов. Состоит устройство из следующих элементов:

Состоит устройство из следующих элементов:

• Резисторы (2 штуки) на 100 Ом и 2.2 мОм;
• Транзистор биполярного типа КТ937А;
• Реле для переключения нагрузки;
• Резистор на 820 Ом;
• Конденсатор на 3300 мкФ;
• Диод выпрямительного типа;
• Переключатель для запуска отсчета времени.

Схема автоматического реле

Работает электросхема на батарейках  (9 Вольт) или на аккумуляторах (12 Вольт). Питать реле можно и обычным переменным током из домашней электрической сети. Последний способ возможен лишь при использовании специального преобразователя на постоянный ток с напряжением в 12 Вольт.

Внешний вид реле

В статье были приведены описания и подробно разобраны простые электрические схемы для детей и начинающих радиолюбителей. Они помогут понять основные принципы электроники, базовые обозначения радиоэлементов на схемах и, в конечном итоге, применить свои теоретические знания  на практике.

Общая электротехника

При изучении дисциплины «Электротехника» обеспечивается фундаментальная подготовка студента в области общей электротехники и электроники; соблюдается связь с дисциплинами «математика», «физика» и «химия» и непрерывность в использовании ЭВМ в учебном процессе, происходит знакомство со стержневыми проблемами получения, передачи и преобразования электрической энергии, базовыми положениями по электроприводу и современной электронной базы, используемой в схемах автоматического управления, навыками и понятиями профессиональной терминологии, обязательными для прочного усвоения последующих дисциплин и практического использования полученных знаний в решении профессиональных задач.

Содержание курса

1. Основные термины и определения электротехники
2. Электрическая цепь
3. Линейные электрические цепи постоянного тока
   1. Расчет электрической цепи методом эквивалентных преобразований
   2. Расчет электрической цепи по закону Кирхгофа
   3. Расчет электрической цепи методом контурных токов
   4. Расчет электрической цепи методом наложения
   5. Метод двух узлов
   6. Баланс мощности электрической цепи
   7. Расчет потенциальной диаграммы

1. Линейные электрические цепи однофазного синусоидального переменного тока
   1. Расчет электрических цепей переменного тока
   2. Алгебраические операции с комплексными числами
   3. Анализ электрического состояния цепи переменного тока
      1. Анализ цепи с резистивным элементом
      2. Анализ цепи с катушкой индуктивности
      3. Анализ цепи с конденсатором
      4. Анализ цепи с последовательным соединением элементов R, L, C
   4. Мощность цепи синусоидального тока
   5. Коэффициент мощности и его экономическое значение
   6. Резонанс в цепях переменного тока
   7. Характерные особенности резонанса напряжений
2. Трехфазные цепи
   1. Мощность трехфазной цепи
   2. Расчет трехфазных цепей
3. Трансформаторы
   1. Однофазные трансформаторы
   2. Трехфазные трансформаторы
4. Машины постоянного тока
   1. Принцип самовозбуждения генератора постоянного тока параллельного возбуждения
   2. Условия самовозбуждения генератора
   3. Принцип действия двигателя постоянного тока
   4. Способы регулирования частоты вращения
   5. Способы пуска двигателя в ход
5. Асинхронные машины
   1. Принцип действия асинхронного двигателя
   2. Особенности пуска в ход асинхронных двигателей
6. Синхронные машины
   1. Принцип действия синхронного генератора
   2. Принцип действия синхронного двигателя
   3. Особенности пуска в ход синхронного двигателя

Применяемые радиодетали

При изучении основ электромонтажа всегда происходит знакомство с основными деталями, использующимися в электронике. При их изготовлении применяются все перечисленные типы веществ. Из проводниковых материалов делают кабели, соединяющие устройства, входящие в схему. Также они подсоединяют источник питания к нагрузочному напряжению. Проводники наматывают на катушки, которые как эксплуатируются в самостоятельном виде, так и применяются в трансформаторах, электрических машинах, на печатных платах (последние сами делаются из диэлектрика). Транзисторные и диодные элементы включают в себя проводниковые и полупроводниковые детали из нескольких типов материалов с разным уровнем проводимости. Основные функции диэлектриков – защитная и изоляционная.

Что изучает электротехника

Что такое электротехника – это совокупность технических наук, одновременно она является отдельной отраслью промышленности. Такие научные направления, как электроэнергетика и электроника, системы управления, обработка сигналов – это то, что изучает электротехника.

Надо различать такие науки, как электротехника и электроника. Электротехника – это в основном передача электроэнергии, электроника полностью посвящена компьютерным технологиям и созданию интегральных электронных схем. В некоторых случаях сферы деятельности энергетики и электротехники тесно переплетены между собой.

Что изучает электротехника

Основа электрики формировалась в XIX веке. Те времена называют эпохой грандиозных открытий основополагающих законов, дающих все представления об электричестве. Электротехника (ЭТ) как наука начинала делать свои первые шаги. Теория стала подкрепляться практикой. Появились первые электротехнические устройства, совершенствовались коммуникационные системы доставки электроэнергии от источника потребителю.

Базой развития электротехники стали достижения в области физики, химии и математики. Новая наука изучала свойства электрического тока, природу электромагнитных излучений и другие процессы. По мере накопления знаний ЭТ становилась наукой прикладного характера.

Современная научная дисциплина изучает устройства, в которых используется электрический ток. На основании исследований создаются новые более совершенные электротехнические установки, приборы и устройства. ЭТ – одна из передовых наук, являющаяся одним из основных двигателей прогресса человеческой цивилизации.

Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. Издание двенадцатое исправленное и дополненное (2016)

ПРЕДИСЛОВИЕ

Двенадцатое исправленное и дополненное издание учебника по курсу «Теоретические основы электротехники» Л. А. Бессонова образуют два тома. Первый том — «Электрические цепи», второй — «Электромагнитное поле». Курс ТОЭ является базовым курсом, на который опираются многие профилирующие дисциплины высших технических учебных заведений.

Учебник соответствует программе курса ТОЭ, утвержденной Министерством образования и науки Российской Федерации. В него включены самые последние разработки по теории цепей и по теории электромагнитного поля.

В учебник «Электрические цепи» кроме традиционных вопросов теории электрических цепей — свойств цепей, их топологии, методов расчета токов и напряжений при постоянных, синусоидальных, периодических несинусоидальных, многофазных, импульсных воздействиях, теории двухполюсников, четырехполюсников и многополюсников, резонансных явлений, частотных характеристик, цепей со взаимоиндукцией, теории графов, электрических фильтров k, т и RС-типа, линий с распределенными параметрами, различных методов расчета переходных процессов (классического, операторного, интеграла Дюамеля по мгновенным значениям величин и по огибающим, метода пространства состояний, метода обобщенных функций), частотных преобразований цепей, преобразований Фурье, цепей с переменными во времени параметрами, включены следующие новые вопросы: свойства нелинейных цепей постоянного и переменного тока и методы их расчета в установившихся и переходных процессах работы, вопросы устойчивости автоколебаний и периодических процессов под воздействием периодических вынуждающих сил, субгармонические колебания, фазовая плоскость, случайные процессы.

В книге рассмотрены также основы теории сигналов, аналоговый, цифровой и аналитический сигналы, преобразования Фурье цифровых сигналов, дискретная свертка, цифровые фильтры, обобщенные формулы для расчета переходных процессов в линиях с распределенными параметрами при произвольных сопротивлениях генератора и нагрузки и многократных отражениях, магнитные линии с распределенными параметрами, имитированные элементы электрических цепей и их применение, преобразование Гильберта, преобразование Брутона, основы устойчивости сложных типов движений, электромоделирование, переходные процессы в цепях с управляемыми источниками напряжения и тока с учетом их нелинейных и частотных свойств, в цепях с термисторами, в электромеханических системах, передаточные функции активных RC-фильтров и методика их расчета.

Понятия и свойства электрического тока

Начальные курсы электрика в первых главах дают определения понятию и свойствам электрического тока, объясняют природу и свойства электроэнергии, законы электричества и их основные формулы. Основываясь на великих открытиях, зарождалась и получила грандиозное развитие такая научная дисциплина, как электротехника. Сущность электричества заключена в направленном перемещении электронов (заряженных частиц). Они переносят электрический заряд в теле металлических проводов.

Важно! Для транзита электрической энергии используют провода, жилы которых сделаны из алюминия или меди. Это самые экономичные проводные металлы

Делать жилы проводов из других материалов дорого, поэтому невыгодно.

Ток бывает постоянного и переменного направления. Постоянное движение энергии всегда осуществляется в одном направлении. Переменный энергетический поток ритмично меняет свою полярность. Скорость, с которой меняется направление движения электронов, называют частотой. Её измеряют в герцах.

Схемы электрических соединений

На схеме приведена типовая двухконтурная проводка. На объект через автомат (A2), УЗО (A3) и электрический счетчик (A4) заведено сетевое напряжение осветительной сети (O1). Далее это напряжение разводится на два контура — осветительный и силовой. Оба контура имеют отдельные автоматы (A4 — осветительный контур, A5 — силовой) для их защиты от перегрузок и раздельного отключения при ремонтных работах. Автомат осветительного контура обычно выбирается на меньшую силу тока, чем автомат силового контура. К осветительному контуру подключены лампы (L1 — LN) и две розетки (S1, S2) для подключения маломощных нагрузок, например, компьютера или телевизора. Эти розетки используются при ремонтных работах на силовом контуре для подключения электроинструмента. Силовой контур разведен на силовые розетки (S3 — SN).

На схемах место соединения проводников обозначается точкой. Если проводники пересекают друг друга, но точки нет, то это означает, что проводники не соединены, они пересекаются без соединения.

Параллельное и последовательное соединения

Электрические цепи могут быть соединены параллельно и последовательно.

При последовательном соединении электрический ток, выходящий из одной цепи, попадает в другую. Таким образом, через все цепи, соединенные последовательно, протекает одинаковый ток.

При параллельном соединении электрический ток разветвляется на все цепи, соединенные параллельно. Таким образом, суммарный ток равен сумме токов в каждой цепи. Зато на цепи, соединенные параллельно, подается одинаковое напряжение.

На приведенной схеме входной автомат, УЗО, счетчик и вся остальная схема соединены последовательно. В результате автомат может ограничивать силу тока во всей цепи, а счетчик — измерять потребляемую энергию. Оба контура и нагрузки в них соединены параллельно, что позволяет подвести к каждой нагрузке сетевое напряжение, на которое она рассчитана, независимо от других нагрузок.

Здесь приведена принципиальная электрическая схема. Бывают еще монтажные схемы. На них указывается на плане объекта, где должна пройти проводка, где установить щит, где поставить розетки, выключатели и осветительные приборы. Там совсем другие обозначения. Я — не специалист в этих схемах. Информацию о них поищите в других источниках.

(читать дальше…) :: (в начало статьи)

:: Поиск

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Если что-то непонятно, обязательно спросите!Задать вопрос. Обсуждение статьи.

Задать вопрос электрику онлайн Здесь Вы можете спросить меня про электропроводку, электрику и другие тонкости электромонтажа. Читать дальше…

Еще статьи

Стреляющий, дистанционный шокер, электрошокер, электрошок. Своими рука…
Как сделать самому стреляющий электрошокер…

Почему водопровод бьет током? Что делать?…
Почему может бить током от водопровода, водопроводных смесителей? Причины электр…

Самодельная приставная лестница. Своими руками. Сборная, разборная, ск…
Как самому сделать надежную складную лестницу….

Плюсы и минусы универсального клея Titan Wild. Свойства. Характеристик…
Мой опыт использования универсального клея Titan (Титан) Wild в строительстве, и…

Капельная подача печного топлива, отработанного масла, отработки…
Капельная подача топлива в самодельную отопительную горелку на отработке….

Ребра жесткости. Заделка углов. Решетка под матрац в самодельной крова…
Устанавливаем ребра жесткости в самодельной кровати, заделываем углы, изготавлив…

Двери теплицы, парника своими руками, сами, самостоятельно. Пленка. Кр…
Оригинальный способ крепления пленки на парник. Разборная конструкция. Теплицу м…

Отличия в установке окрашенной и лакированной вагонки….
План действий по отделке стен и потолка вагонкой. Варианты для окрашенной или ла…