Установочная лекция по электротехнике. Вебинар презентация

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА УСТАНОВОЧНАЯ ЛЕКЦИЯ
Проводит преподаватель
Набиркина Татьяна Ильинична

СТРУКТУРА ДИСЦИПЛИНЫ
Общее количество часов - 186
3 курс - 94
Аудиторные часы - 10
В том числе практические занятия - 4
Самостоятельная работа - 82
Выполняется контрольная работа
Аттестация в форме зачета
4 курс - 92
Аудиторные часы - 16
В том числе практические занятия - 6
Самостоятельная работа - 76
Выполняется контрольная работа
Аттестация в форме экзамена
(для СЛО Россия - электротехника только на 3 курсе, выполняется только одна контрольная работа)

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Электрическое поле. Начальные сведения об электрическом поле.
Электрические цепи постоянного тока.
Электромагнетизм.
Электрические цепи переменного тока.
Электрические машины.

В авиации широко используется электрическая энергия, носителем которой является электромагнитное поле.
Главная особенность электромагнитного поля состоит в силовом воздействии на электрически заряженные частицы.
Эта особенность является основой электрических и магнитных явлений.
Электротехника изучает применение электрических и магнитных явлений для получения, передачи и преобразования электрической энергии.

Электромагнитное поле окружает элементарные частицы, обладающие электрическим зарядом
(протоны и электроны).
Атом состоит из ядра, вокруг которого вращаются электроны. В состав ядра входят протоны и нейтроны. Количество электронов определяет атомный номер элемента.

Атомы электрически нейтральны,
если количество протонов равно количеству электронов.
Электрон и протон имеют равный по величине, но противоположный по знаку заряд 1,6*10-19 Кл.

Согласно электронной теории атомы при определенных условиях могут терять электроны или приобретать их от соседних атомов. В этом случае они перестают быть нейтральными, так как нарушается равновесие их электрических зарядов.
Атомы, потерявшие часть своих электронов, становятся положительно заряженными и называются положительными ионами
Атомы, получившие избыточные электроны, становятся отрицательно заряженными и называются отрицательными ионами

Электрически заряженные тела взаимодействуют между собой. Сила взаимодействия определяется законом Кулона.
Одноименно заряженные тела отталкиваются.
Разноименно заряженные тела притягиваются.
Сила взаимодействия между двумя точечными зарядами возрастает при увеличении этих зарядов и уменьшается при увеличении расстояния между зарядами.

Электрическое напряжение или разность потенциалов определяется как отношение изменения потенциальной энергии (совершённой работы поля по перемещению заряда) к величине заряда.
Единица измерения - вольт (В).
Отношение количества заряда, проходящего через поперечное сечение проводника за единицу времени, называется силой тока.
Единица измерения - ампер (А).
Электрическое сопротивление проводника зависит от его геометрических размеров и физических свойств. Измеряется в омах (Ом).
ρ – удельное электрическое сопротивление материала проводника; l – длина проводника; S – площадь поперечного сечения проводника.

Величина, характеризующая способность сторонних сил вызывать электрический ток, называется электродвижущей силы (ЭДС). Измеряется так же, как и электрическое напряжение в вольтах.
ЭДС вне выводов источника равно нулю. Напряжение и ЭДС нужно уметь отличать.

Для определения способности материала проводить электрический ток была введена величина удельная электропроводность Измеряется в сименсах (Сим).
Чем больше величина электропроводности, тем большей способностью проводить электрический ток обладает материал.
По величине электропроводности все материалы делятся на три группы: проводники (обладают большой удельной электропроводностью), полупроводники (обладают средним значением удельной электропроводности) и диэлектрики (обладают низкой величиной удельной электропроводности и очень плохо проводят электрический ток).

Проводники
Серебро
Медь
Железо
Свинец
Полупроводники
Германий
Кремний
Арсенид галлия
Диэлектрики/
изоляторы
Бакелит
Стекло
Слюда
Резина

Электрическая мощность характеризует выполненную работу за единицу времени.
Работа электрического тока равна произведению силы тока на напряжение
и на время протекания тока в цепи.
Величина электрической мощности измеряется в ваттах (Вт) или в вольт-амперах (ВА).
Величина работы измеряется в джоулях (Дж).
Эти формулы выражают так называемую постоянную мощность. Кроме неё, можно дать характеристику мгновенной мощности, которая в различные моменты времени может изменять своё значение.
Мгновенной работы не существует. Мгновенная мощность зависит от выбранного момента времени и внешних факторов: изменения температуры, влияния внешнего поля, нестабильности ЭДС источника питания и т.д.

Сила электрического тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на концах проводника и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.
Правило использования диаграммы простое: достаточно закрыть искомую величину и два других символа дадут формулу для её вычисления.
З
А
К
О
Н
О
М
А

Пример 1
Определить напряжение, ток, сопротивление, используя закон Ома.
U=I*R , I=U/R , R= U/I

1 закон Кирхгофа
Сумма токов, входящих в узел электрической цепи, равна сумме токов, выходящих из узла.
I1+I3+I5 = I2+I4

Пример 2
Определить токи в ветвях электрической цепи, используя 1 закон Кирхгофа
I1=I2+I3=2+4=6 A , I4=I5-I2=3-2=1 A , I6=I3-I4=4-1=3 A , I7=I5+I6=3+3=6 A

2 закон Кирхгофа
Алгебраическая сумма ЭДС в замкнутом контуре электрической цепи равна алгебраической сумме падений напряжений на всех участках этой цепи
ΣE = ΣIR.
E1-E2+E3-E4 = I1(R1+R01+R02)+I2(R2+R3+R03)-I3(R4+R04)-I4R5

В контуре электрической цепи алгебраическая сумма напряжений на его участках равна нулю ΣU=0

Пример 3
Определить напряжения на участках электрической цепи, используя 2 закон Кирхгофа
U2=US-U1=120-45=75 B , U3=U2-U4=75-35=40 B

Виды соединений резисторов
Различают последовательное и параллельное соединение резисторов

Пример 4
Определить напряжения на участках электрической цепи.
1. Определяется эквивалентное сопротивление цепи
R = R1+R2+R3 = 2+4+5 = 11 Ом
2. Определяется ток, протекающий по цепи,
I = U/R = 110/11 = 10 A
3. Определяются напряжения на участках цепи
U1=I*R1=10*2=20 B, U2=I*R2=10*4=40 B, U3=I*R3=10*5=50 B

Пример 5
Определить токи на участках электрической цепи.
1. Определяется эквивалентное сопротивление цепи
R = R1*R2/(R1+R2 ) = 3*5/(3+5) = 1,875 Ом
2. Определяется напряжение, приложенное к резисторам,
U =I*R = 16*1,875 = 30 В
3. Определяются токи на участках цепи
I1=U/R1=30/3=10 А, I2=U/R2=30/5=6 А

Пример 6
При смешанном соединении резисторов проводятся эквивалентные преобразования схемы

Электрические цепи переменного тока
Переменным называется ток, изменяющийся с течением времени и по величине и по направлению.
Основная часть электрической энергии используется в виде энергии переменного тока. Это объясняется двумя причинами:
Переменный ток и переменное напряжение могут быть легко изменены при помощи трансформатора.
Генераторы и двигатели переменного тока значительно проще и надежнее в эксплуатации, чем генераторы и двигатели постоянного тока.

Характеристики переменного тока
На практике наибольшее применение нашел переменный ток и напряжение, изменяющиеся по синусоидальному закону
i = Imsin(ωt +ψi) u = Umsin(ωt + ψu)
- Период (T) (сек) - длительность времени в течение которого электрический ток или напряжение совершает один полный цикл изменений, возвращаясь к своей начальной величине;
- Частота (f) (Гц) - параметр, определяющий количество полных колебаний за одну секунду ( f =1/T ; ω=2πf =2π/T рад/сек);
- Амплитуда (Im ,Um ) - максимальное достигаемое мгновенное значение величины тока или напряжения за период;
- Фаза - состояние переменной синусоидальной величины: мгновенное значение, изменение направления, возрастание (убывание) в цепи. Переменный ток может быть как однофазным, так и многофазным;
- Угол сдвига фаз (град) - ϕ = ψu – ψi

Векторная диаграмма
Синусоидальная величина может быть представлена разными способами.
Расчет цепи переменного тока упрощается, если использовать векторные диаграммы. Длина вектора пропорциональна амплитудному или действующему значению синусоидальной величины I=0,7Im , U=0,7Um

Параметры электрических цепей переменного тока
Для характеристики цепи переменного тока необходимо учитывать влияние трех параметров: активного сопротивления R , индуктивности L и емкости C

Трехфазные цепи
Многофазной системой называется совокупность электрических цепей, в которых действуют синусоидальные ЭДС одной и той же частоты, сдвинутые друг относительно друга по фазе и создаваемые общим источником энергии.
Отдельные цепи, составляющие многофазную цепь, называются ее фазами.
Из всех многофазных цепей наиболее простыми и распространенными являются трехфазные цепи.