1. Основные данные.
1.1. Электричество проистекает от того что на разных концах возникает разница потенциалов.
Потенциал появляется от избытка или недостатка электронов.
1.2.Для понимания процесса электричества надо знать что такое:
- НАПРЯЖЕНИЕ это разница потенциалов измеряется в вольтах (дома в розетке между двумя клеммами - 220 вольт)
- ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК это направленное движение электронов по проводнику.Считается что электроны "бегут" туда где их нет.Ток возникает если замкнуть электрическую цепь между контактами с разным потенциалом, измеряется в амперах.
- СОПРОТИВЛЕНИЕ это свойство проводника оказывать препятствие движению тока по проводнику.
Сопротивление зависит:
- от сечения проводника (чем больше сечение тем меньше сопротивление)
общее сопротивление проводника зависит также от его длины.
- его температуры ( чем меньше температура металла тем меньше сопротивление) и
- материала из которого он сделан (лучше всего проводят ток золото,затем серебро, медь и алюминий)
Сопротивление измеряется в омах.
Ток в проводнике находится в прямой зависимости от напряжения и в обратной зависимости от сопротивления цепи - Закон Ома.
Ток в амперах вычисляется делением напряжения в вольтах на сопротивление в омах.
МОЩНОСТЬ - определяется как произведение напряжения на ток. Измеряется в ваттах.
Бытовой потребитель (утюг) мощностью в 1000 ватт (один киловатт ) при напряжении в 220 вольт дает ток 4,545 ампер. Сопротивление цепи у такого потребителя будет 48,8 ом.
2. Электрический ток.
2.1. Электрический ток бывает двух видов:
постоянный - ( DC ) и переменный - ( AC ).
При этом имеется ввиду его величина и направление движения.
Постоянный ток имеет постоянное направление, а величина зависит от сопротивления цепи.Источниками постоянного тока являются например аккумуляторы и батарейки. Постоянный ток используется во многих электронных схемах, в машинах, его преимущества - он легко управляем и более безопасен для человека, чем переменный. Но,у него большие потери при передачи на расстояния. Постоянный ток используется при двухпроводной схеме - ток (условно) бежит от минуса к плюсу.
2.2.Переменный ток это обычно трехфазный. Трехпроводная (трехфазная) схема самая распространенная. Она представляет из себя три изолированных провода идущих от источника тока. Напряжение между любыми двумя линейными проводами ( линейное напряжение)среднее 380 вольт.
При этом потенциал и направление тока на каждом проводе колеблется и меняется на противоположное с частотой в 50 герц т.е 50 раз в секунду. (это можно заметить если посмотреть на лампочку.)
2.3. При трехфазной системе используется четвертый нейтральный (нулевой) провод. Его потенциал равен нулю - потенциалу земли. Между любым из фазных проводов и нулевым проводом разница потенциалов (фазное напряжение) 220 вольт.Это напряжение бытовой сети и всех бытовых приборов.
Сейчас в сети используется еще пятый заземляющий провод (желто-зеленый)он присоединяется на корпус.
2.4. Ток может двигаться в проводнике, в газах, в электролите и даже в вакууме.
Что происходит при движении тока по проводнику?
Много чего происходит. Например. 1. электроэнергия передается на расстояние.
2. возникает электрическое поле, которое взаимодействует с магнитным и электромагнитным полем - это используется в эл. машинах.
3. при движении электротока проводник нагревается.Это используется с пользой, например, в утюге. Но других случаях этого не нужно. Например при передаче тока на большие расстояния это потери. Для того чтобы избежать потерь используют большое и очень большое напряжение.
4. в электротехнике вместе с эл.током передается сигнал или информация.
2.5. Ток по проводнику бежит аналогично тому как течет река. Т.е.если один проводник
разделяется в цепи на два или более то, сумма токов в разделенных проводниках равна току в общем.
Это называется правило Киргофа.
3. Электрические машины и устройства.
3.1. ТРАНСФОРМАТОРЫ. Это электрическое устройство для преобразования напряжения (без изменения мощности). Трансформатор имеет замкнутый сердечник и две катушки (первичная и вторичная) намотанные на этот сердечник. Работает он так. Ток,протекая по первичной катушке, наводит в сердечнике магнитную индукцию, которая в свою очередь возбуждает вторичную катушку и наводит в ней ток(при замкнутой цепи). При этом напряжение меняется в зависимости от числа витков на первичной и вторичной обмотке (коэффициент трансформации)
Чем больше витков - тем больше напряжение.
Конечно число витков должно соответствовать рабочему напряжению, а сечение провода витков - рабочему току.
Трансформироваться может только напряжение переменного тока.
3.2.ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ. Электродвигатель имеет статор он неподвижен - выполнен вместе с корпусом, и ротор - вращающаяся на подшипниках подвижная цилиндрическая часть.
3.3 Асинхронный трехфазный электродвигатель переменного тока.
Имеет три обмотки (катушки) уложенные в пазы статора. Номинальное напряжение каждой обмотки 220 вольт. Каждая обмотка имеет начало и конец. Обычно (при соединении звездой) три конца обмоток соединены вместе в центральный узел это выполняется в клеммнике. На три других свободных конца (начало обмотки) подается(подключается) через пусковую аппаратуру трехфазное напряжение - 380 вольт.
При этом в статоре возникает вращающееся электромагнитное поле.
Ротор асинхронного электродвигателя выполнен в виде короткозамкнутых стержней (беличье колесо). Это называется коротко замкнутый ротор. В роторе возникают большие токи, которые взаимодействуют со полем статора и происходит
асинхронное вращение ротора,которое состоит в том что ротор постоянно отстает или догоняет вращение поля статора- здесь используется выражение "скольжения".
3.4 Нормальная работа асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором это работа с нормальным скольжением.
Ток в его обмотке и частота вращения обычно не регулируются.
Но иногда используются частотные регуляторы скорости вращения асинхронных двигателей.
3.5 При торможении ротора ( в следствии например большой нагрузки) происходит отставание ротора, разрыв связи электрического поля и ток в обмотке статора растет. Это может привести к выходу двигателя из строя. Для защиты от этого используются ограничители по току,отключатели нагрузки (автоматы и тепловая защита)
3.6. В двигателе ток во всех обмотках должен быть номинальным и одинаковым. Выход из строя двигателя может произойти при витковом замыкании в одной обмотке. Это определяется
токоизмерительными клещами по разнице токов. Такой двигатель надо перематывать.
3.7. Асинхронный двигатель может иметь фазный ротор.В его ротор вмонтирована обмотка, которая через коллектор и щетки снимается и подключается к реостату (регулируемому сопротивлению). Цель - управлять током в роторе и регулировать вращение двигателя.
4. Как работает электрическая лампочка накаливания.
Внутри запаянной стеклянной колбы находится газ Азот. Он отличается тем что абсолютно инертен и не вступает в реакцию даже при больших температурах. Внутри колбы в среде Азота помещена вольфрамовая спиралька -нить накаливания. Вольфрам имеет среди других металлов самую высокую температуру плавления (3000гр) При пропускании тока через спираль
она нагревается и начинает испускать свет.
5. Как работает люминесцентная лампа.
Это стеклянная колба с откаченным воздухом и парами ртути и люминофором на стенках. чтобы лампа светилась. нужно ее зажечь. Для этого нужно высокое напряжение. Для этого используют или дроссель в виде катушки или электронную схему.
Для зажигания через дроссель используется стартер, который включает дроссель, а потом размыкает его. При этом возникает большое напряжение.