Екзаменаційні квитки з електротехніки та електроніки спо. Квитки екзаменаційні з електротехніки. Нерозгалужені та розгалужені електричні ланцюги

1. Основні елементи електричного ланцюга(Активні, пасивні). Позначення струму, потенціалів та напруги в електричному ланцюзі.

Електричний ланцюг - Сукупність джерел, приймачів електричної енергії і проводів, що з'єднують їх. Крім цих елементів, в Е. ц. можуть входити вимикачі, перемикачі, запобіжники та інші електричні апарати захисту та комутації, а також виміряє контрольні прилади.

Активні елементи – джерела електричної енергії, у яких неелектричні види енергії перетворюються на електричну.

Розрізняють два основні активні елементи: джерело напруги (ЕРС) та джерело струму.

Пасивні елементи - Приймачі електромагнітної енергії. Електрична енергія у яких перетворюється на неелектричні види енергії – активний опір (провідність), або накопичується як енергії електричного поля (ємність) чи енергії магнітного поля (індуктивність). Ємність та індуктивність є реактивними приймачами енергії або реактивними елементами.

Струмпозначається через I із напрямком течії.

На схемах поруч із точкою вищого потенціалу ставиться знак +, а поруч із точкою нижчого – знак -. Різниця потенціалів позначається через U . Різниця потенціалів у двох точках a та b позначається через U ab.

Напругапозначається U.

2. Ідеальні джерела струму та ЕРС, позначення та основні характеристики.

Ідеальний джерело струму ( I), величина струму, що протікає через який, не залежить від напруги на його затискачі. Внутрішнє опір такого джерела можна умовно прийняти рівним нескінченності. Позначення ідеального джерела струмута його вольт-амперна характеристика наведено на рис.

Ідеальний джерелонапруги (E), напруга на затискачах якого не залежить від величини протікає через ньогоструму . Внутрішній опірідеального джерела напруги можна умовно прийняти рівним нулю. Позначення такого джерела та його вольт-амперна характеристика наведено на рис.

3. Закон Ома для ділянки ланцюга без джерела ЕРС та закон Ома для замкнутого ланцюга. Рисунок.4. Закон Ома для ділянки ланцюга, що містить ЕРС. Малюнок.

5. Перший закон Кірхгофа. Приклад застосування. 6. Другий закон Кірхгофа. Приклад застосування.

Крім простих ланцюгів, існують складні ланцюги.Складним електричним ланцюгомназивають ланцюг, який може бути безпосередньо розрахована за законом Ома.

Складний ланцюг зазвичай містить кілька джерел ЕРС у різних гілках. Число гілок електричного ланцюга позначають черезq, число вузлів - черезq, а число незалежних контурів - черезп,деп = р -q+ 1.

Для розрахунку складних ланцюгів використовують закони Кірхгофа, які формулюються для розгалужених та складних електричних ланцюгів; при їх розгляді використовують поняття гілки, вузла та контуру.

Гілкуназивають частину електричного ланцюга, що складається тільки з послідовно з'єднаних джерел ЕРС (або струму) і опорів і має два затискачі для підключення дорешти ланцюга. На схемах електричних ланцюгів кожну гілка зазвичай зображують у вигляді послідовного з'єднання одного еквівалентного джерела ЕРС (або струму) та одного еквівалентного опору. Гілка безпосередньо з'єднує два вузли. У гілки через всі елементи протікає той самий струм.

Взломназивають точку електричної ланцюга, у якій з'єднано щонайменше трьох гілок. На схемах вузол позначають крапкою.

Контуромназивають послідовність гілок електричного ланцюга, що утворює замкнутий шлях, у якому одне із вузлів одночасно є початком і кінцем шляху, інші ж зустрічаються лише один раз.

Перший закон Кірхгофависловлює той факт, що в жодній точці ланцюга не відбувається накопичення електричних зарядів. Відповідно до цього закону (закону Кірхгофа для струмів) алгебраїчна сума струмів у будь-якому вузлі електричного ланцюга дорівнює нулю:

де зі знаком плюс записують струми з позитивними напрямками від вузла, зі знаком мінус – із позитивними напрямками до вузла чи навпаки. Інакше: сума струмів, спрямованих від вузла, дорівнює сумі струмів, спрямованих до вузла. Так, наприклад, для вузла 1 (рис. 1.4) отримаємо рівняння

I 1 - I 2 + I 3 - I 4 =0,

Другий закон Кірхгофа встановлює зв'язок між ЕРС, струмами та опорами у будь-якому замкнутому контурі. Відповідно до цього закону (закону Кірхгофа для напруг), алгебраїчна сума напруг ділянок будь-якого контуру електричного ланцюга дорівнює нулю:

де т- Число ділянок контуру.

Зі знаком плюс записують напруги, позитивні напрямки яких збігаються з довільно обраним напрямом обходу контуру, зі знаком мінус - протилежно спрямовані або навпаки. Зокрема, для контуру схеми заміщення ланцюга, що містить тільки джерела ЕРС та резистивні елементи, алгебраїчна сума напруг на резистивних елементах дорівнює сумі алгебри ЕРС:

Де т- Число резистивних елементів; п- Число ЕРС в контурі.

Зі знаком плюс записують ЕРС і струми, позитивні напрямки яких збігаються з довільно обраним напрямом обходу контуру, зі знаком мінус - протилежно спрямовані або навпаки. Так, наприклад, для контуру, наведеного на рис. 1.5,

7. Баланс потужностей у ланцюгах постійного струму.

8. Перетворення схем з послідовним, паралельним та змішаним з'єднанням опорів.

Елементи ланцюга часто з'єднують чи трикутником, чи зіркою (рис. 1.11).

Для спрощення розрахунку електричних ланцюгів у ряді випадків доцільно застосовувати перетворення трикутника опорів на еквівалентну зірку або зірки на еквівалентний трикутник.

Умови еквівалентного перетворення вимагають, щоб перетворення, що виробляються в одній частині ланцюга, не викликали змін у розподілі струмів та напруг в іншій частині ланцюга. Згідно з цими умовами, потенціали однойменних точок трикутника і зірки і струми, що підходять до вузлів, повинні бути однаковими.

Формули переходу від опорів трикутника до опорів зірки і навпаки відповідно до позначень на рис. 1.11 мають вигляд:

Використовуючи еквівалентні перетворення, складний ланцюг іноді можна звести до простого. Часто перетворення призводять до зменшення кількості гілок і вузлів складного ланцюга і, отже, спрощення його розрахунку.

6. Метод контурних струмів. Приклад застосування.

Метод контурних струмів- метод скорочення розмірності системи рівнянь, що описує електричний ланцюг.

Основні принципи

Будь-який електричний ланцюг, що складається з Рребер (гілок, ділянок) та Увузлів, може бути описана системою рівнянь відповідно до . Число рівнянь у такій системі дорівнює Р, з них У-1 рівнянь складається за 1-м законом Кірхгофа для всіх вузлів, крім одного; а решта Р–У+1 рівнянь – за 2-м законом Кірхгофа для всіх незалежних контурів. Оскільки незалежними змінними в ланцюзі вважаються струми ребер, число незалежних змінних дорівнює кількості рівнянь, і система можна розв'язати.

Існує кілька методів скоротити кількість рівнянь у системі. Одним із таких методів є метод контурних струмів.

p align="justify"> Метод використовує той факт, що не всі струми в ребрах ланцюга є незалежними. Наявність у системі У-1 рівнянь для вузлів означає, що залежні У-1 Струмів. Якщо виділити в ланцюзі Р–У+1 незалежних струмів, то систему можна скоротити до Р–У+1 рівнянь. Метод контурних струмів заснований на дуже простому та зручному способі виділення в ланцюгу Р–У+1 незалежних струмів.

Метод контурних струмів заснований на припущенні, що в кожному Р–У+1 незалежних контурів схеми циркулює певний віртуальний контурний струм. Якщо деяке ребро належить лише одному контуру, реальний струм у ньому дорівнює контурному. Якщо ж ребро належить кільком контурам, струм у ньому дорівнює сумі відповідних контурних струмів (з урахуванням напрямку обходу контурів). Оскільки незалежні контури покривають собою всю схему (тобто будь-яке ребро належить хоча б одному контуру), то струм у будь-якому ребрі можна виразити через контурні струми, і контурні струми становлять повну системуструмів.

Побудова системи рівнянь

Для побудови системи рівнянь необхідно виділити в ланцюзі P – У+ 1 незалежні контури. По кожному з цих контурів буде складено одне рівняння за 2-м Законом Кірхгофа. У кожному контурі необхідно вибрати напрямок обходу (наприклад, за годинниковою стрілкою).

Струм у всіх ребрах схеми необхідно представити як суму (з урахуванням знаків) контурних струмів, які протікають по цих ребрах.

За наявності ланцюга джерел струму, їх попередньо перетворюють на джерела напруги.

Правило побудови рівняння є таким. Обходячи контур відповідно до обраного напрямку, записуємо в ліву частину рівнянь суму (з урахуванням знаків) струмів у ребрах, помножених на опір ребра. У правій частині рівняння записуємо всі джерела ЕРС, що є в контурі (зі знаком «плюс», якщо напрям обходу контуру збігається з напрямком ЕРС, і навпаки).

Склавши рівняння для всіх незалежних контурів, отримуємо спільну систему P – У+ 1 рівнянь щодо P – У+ 1 невідомих контурних струмів.

Метод контурних струмів

Припустимо, що у лівому контурі за годинниковою стрілкою тече контурний струм I 11 а в правому (також за годинниковою стрілкою) - контурний струм I 22 . Для кожного з контурів складемо рівняння по другому . При цьому врахуємо, що за суміжною гілкою (з опором R 5) тече зверху вниз струм I 11 –I 22 . Напрямки обходу контурів приймемо також за годинниковою стрілкою.

Для першого контуру

або

Для другого контуру

або

Перепишемо ці рівняння наступним чином:

Тут

Повний опір першого контуру;

Повний опір другого контуру;

Опір суміжної гілки між першим та другим контурами, взяті зі знаком мінус;

Контурна ЕРС першого контуру;

Контурна ЕРС другого контуру.

7. Метод еквівалентного генератора. Приклад застосування.

8. Метод еквівалентного опору. Приклад застосування.

9. Закон Джоуля-Ленца. Приклад застосування.

Закон Джоуля – Ленца - .

При проходженні електричного струмучерез металевий провідник електрони стикаються то з нейтральними молекулами, то з молекулами, що втратили електрони. Рухомий електрон або відщеплює від нейтральної молекули новий електрон, втрачаючи свою кінетичну енергію і утворюючи новий позитивний іон, або з'єднується з молекулою, що втратила електрон (з позитивним іоном), утворюючи нейтральну молекулу. При зіткненні електронів з молекулами витрачається енергія, що перетворюється на тепло. Будь-який рух, у якому долається опір, вимагає витрати певної енергії. Так, наприклад, для переміщення якогось тіла долається опір тертя і робота, витрачена на це, перетворюється на тепло.

Електричний опір провідника грає ту ж роль, шануючи і опір тертя. Таким чином, для проведення струму через провідник джерело струму витрачає деяку енергію, яка перетворюється на тепло. Перехід електричної енергії в теплову відображає закон Ленца – Джоуля або закон теплової дії струму.

Російський учений Ленц та англійський фізик Джоуль одночасно і незалежно один від одного встановили, що при проходженні електричного струму провідником кількість теплоти, що виділяється провідником, прямо пропорційно квадрату струму, опору провідника і часу, протягом якого електричний струм протікав провідником. Це становище називається законом Ленца – Джоуля.

Якщо позначити кількість теплоти, що створюється струмом, літероюQ, силу струму, що протікає провідником,-I, опір провідникаrі час, протягом якого струм протікав провідником,t, то закону Ленца - Джоуля можна надати таке вираз:

приклад 1.Визначити кількість теплоти, виділену в нагрівальному приладі протягом 0,5 год, якщо він увімкнений в мережу з напругою 110 ві має опір 24 ом.

Рішення. Час проходження за секунди:

t=0,5 год =30 хв =30х60=1800 сік.

Кількість теплоти, виділена в приладі,

приклади 2.В електричному окропі вода, споживаючи кількість теплоти 400 000 дж, закипає через 15 хв. Визначити опір нагрівального елемента цього кип'ятильника, а також потужність, якщо кип'ятильник працює під напругою 220 вта його к. п. д. дорівнює 80%.

Рішення. Оскільки к. п. д. кип'ятильника дорівнює 80%, виділена нагрівальним елементом кількість теплоти.

Q = 400 000: 0,8 = 500 000 дж.

Силу струму, що протікає через кип'ятильник, знайдемо зі сльуючою формулою

звідки

Опір нагрівального елемента

Потужність, що споживається кип'ятильником,

10. Виділяється і споживана потужність.

Знаючи роботу, що здійснюється струмом за деякий проміжок часу, можна розрахувати і потужність струму, під якою, так само як і в механіці, розуміють роботу, що здійснюється за одиницю часу. З формули A=UIt, що визначає роботу постійного струму, випливає, що його потужність
(58.1)
Таким чином, потужність постійного струму на будь-якій ділянці ланцюга виражається добутком сили струму на напругу між кінцями ділянки.

Нерідко говорять про потужність електричного струму, що споживається з мережі, бажаючи цим висловити думку, що за допомогою електричного струму («за рахунок струму») відбувається робота моторів, нагріваються плитки і т. д. Відповідно на приладах нерідко позначається їх потужність, тобто потужність струму, необхідна нормальної дії цих приладів. Так, наприклад, 220-вольтова електроплитка потужності 500 Вт є плитка, для нормальної роботи якої потрібен струм близько 2,3 А при напрузі 220 В (оскільки 2,3 А 220 В »500 Вт).

Якщо формулі (58.1) струм виражений в амперах, а напруга у вольтах, то потужність вийде в джоулях за секунду (Дж/с), т. е. у ватах (Вт) (див. том I). Насправді використовують також більшу одиницю потужності кіловат: 1 кВт=1000 Вт. Таким чином, один ват є потужністю, що виділяється струмом один ампер у провіднику, між кінцями якого підтримується напруга один вольт. У електротехніці застосовується одиниця роботи, звана кіловат-годиною (кВт год): одна кіловат-година дорівнює роботі, що здійснюється струмом потужності один кіловат протягом однієї години. Неважко порахувати, що 1 кВт год = 3600000 Дж. У кіловат-годинах зазвичай виражають енергію, яку електростанції подають рахунки споживачам електроенергії. Звичайно, такою одиницею роботи можна користуватися не тільки в електротехніці, але й для оцінки роботи будь-якої машини, наприклад, пароплавного або автомобільного двигуна.

11. Визначення показань приладів (амперметр та вольтметр) при послідовному та паралельному з'єднанні провідників.

12. Режими роботи ланцюга (узгодження, холостого ходу тощо)

· У режимі холостого ходу джерело живлення від'єднане від навантаження і працює '' вхолосту”. Опір зовнішньої ділянки ланцюга струм струм дорівнює 0.

· У режимі короткого замикання джерело живлення замкнене коротко. Режим є аварійним. Струм короткого замикання Iк.з. багато разів перевищує значення номінального струму.

· Номінальним режимом називають такий режим, на який розраховані джерело живлення та приймачі електроенергії заводом-виробником. Процес перетворення електроенергії на інші види йде без стороннього нагріву, тобто. у допустимих межах за паспортом (U н; I н; P н тощо)
У цьому режимі дотримуються найкращі умовироботи: економічність, довговічність тощо.

· Під узгодженим режимом розуміють такий режим коли джерело або приймач працюють з максимально можливою потужністю. На практиці цей режим застосовується в радіотехнічних установках та схемах, де низький коефіцієнт корисної дії.

13. Сила струму короткого замикання.

Режим короткого замикання(Рис. 21). Коротким замиканням (к. з.) називають такий режим роботи джерела, коли його затискачі замкнуті провідником, опір якого можна вважати рівним нулю. Майже к. з. виникає при з'єднанні один з одним проводів, що зв'язують джерело з приймачем, так як ці дроти зазвичай мають незначний опір і його можна прийняти рівним нулю. К. з. може відбуватися внаслідок неправильних дій персоналу, який обслуговує електротехнічні установки (рис. 22, а), або при пошкодженні ізоляції проводів (рис. 22, б, в); в останньому випадку ці дроти можуть з'єднуватися через землю, що має дуже малий опір, або через металеві деталі, що оточують (корпуси електричних машин і апаратів, елементи кузова локомотива тощо).
При короткому замиканні струм

Iк.з =E /R 0 (15)

З огляду на те, що внутрішній опір джерела Ro зазвичай дуже мало, струм, що проходить через нього, зростає до дуже великих значень. Напруга ж у місці к. з. стає рівним нулю (точка К на рис. 20), тобто електрична енергія на ділянку електричного ланцюга, розташований за місцем к. з., надходити не буде.

Якщо точки a та b замкнути провідником, опір якого мало порівняно з внутрішнім опором джерела (R<< r), тогда в цепи потечет струм короткого замикання

Сила струму короткого замикання – максимальна сила струму, яку можна отримати від джерела з електрорушійною силою e та внутрішнім опором r.

14. Провідність електричного кола.

Будь-який провідник можна характеризувати як його опором, а й так званої провідністю - здатністю проводити електричний струм. Провідність є величина, обернена опору. Одиниця провідності називається сименсом. 1 Див дорівнює 1/1 Ом. Провідність позначають літерою G(g). Отже,

G = 1/R(4)

Питомий електричний опір та провідність. Атоми різних речовин надають проходженню електричного струму неоднаковий опір.

Курсова

Електричний струм - рух заряджених частинок провідником у певному напрямку; величина, що показує, скільки заряджених частинок пройшло через провідник за одиницю часу. Постійний струм - це електричний струм, який не змінює свого напряму з часом. Змінний струм - з часом у певній закономірності змінює як свою величину

Електротехніка

Постійний та змінний електричний струм. Е.Д.С., напруга, опір електричного ланцюга. Позначення та одиниці виміру.

Електричний струм [ A] - рух заряджених частинок по провіднику у певному напрямку; величина, що показує, скільки заряджених частинок пройшло через провідник за одиницю часу. Постійний струм - це електричний струм, який не змінює свого напряму з часом. Змінний струм - з часом у певній закономірності змінює як свою величину, так і напрямок. Причому ці зміни повторюються через певні проміжки часу - тобто вони періодичні.

Електрорушійна сила [В]характеризує роботу сторонніх сил – будь-яких сил неелектричного походження, які у ланцюгах струму. Електрична напруга [В] - це величина, чисельно рівна роботі з переміщення одиниці електричного заряду між двома довільними точками електричного кола. Електричне опір [Ом]- це фізична величина, чисельно рівна відношенню напруги на кінцях провідника до сили струму, що проходить через провідник.

Закон Ома для ділянки ланцюга та повного електричного ланцюга.

Закон Ома для ділянки ланцюга: струм прямо пропорційний напрузі і обернено пропорційний опору. Для повного ланцюга: сила струму в ланцюгу пропорційна діючої в ланцюгу ЕРС і обернено пропорційна сумі опорів ланцюга і внутрішнього опору джерела. I = E/(R+r).

Закони Кірхгофа. Приклад використання.

Перший закон Кірхгофа: алгебраїчна сума струмів, що сходяться в будь-якому вузлі, дорівнює нулю

Другий закон Кірхгофа: алгебраїчна сума падінь напруг на окремих ділянках замкнутого контуру, довільно виділеного в складному розгалуженому ланцюгу, дорівнює сумі алгебри ЕРС в цьому контурі

Робота та потужність електричного струму.

Робота електричного струму [Дж]показує, яка робота була виконана електричним полем під час переміщення зарядів по провіднику. A = UIt; t-час перебігу струму в ланцюзі. Потужність електричного струму [Вт]показує роботу струму, досконалу в одиницю часу і дорівнює відношенню досконалої роботи на час, протягом якого ця робота була виконана. P = A / t або P = UI.

Перетворення електричних кіл.

Виконується перетворення пасивної частини електричного кола, тобто. приймачів електричної енергії Якщо з'єднання трьох опорів має загальний вузол і має зовнішній вигляд трипроменевої зірки, таке з'єднання опорів називається зіркою. Якщо три опори з'єднані так, що утворюють собою сторони трикутника, таке з'єднання опорів називають трикутником опорів. Види перетворення:

1) «зірка» у «трикутник». Якщо в електричному ланцюзі знайшли з'єднання опорів зіркою, між кінцями променів підставляємо опори у вигляді трикутника. Видаляємо з'єднання зіркою. Виходить еквівалентне перетворення зірки на трикутник.

2) «трикутник» у «зірку». Якщо електричного ланцюга знайшли з'єднання опорів трикутником, то вузли з'єднання опорів підставляємо кінці променів з'єднання опорів як зірки. Далі прибираємо з'єднання трикутником. В результаті виходить еквівалентне з'єднання зіркою.

Подання змінних величин електричних ланцюгах змінного струму.

1. Аналітичний метод. Для струму: i(t) = Im sin(ωt + i); для напруги: u(t) = Um sin (?t +?u); для ЕРС e(t) = Em sin (?t +?e). Im, Um, Em – амплітуда; значення у дужках – повна фаза; ψi, ψu, ψe – початкова фаза залежить від початку відліку часу t = 0. 2. Тимчасова діаграма. Тимчасова діаграма представляє графічне зображення синусоїдальної величини заданому масштабі залежно від часу. i (t) = Im sin (ωt - ψi).

Чинне значення змінного струму та напруги.

Чинне значення змінного струму- це величина постійного струму, який може виконати ту саму роботу (нагрів). Чинне значення напруги- Ефективне значення напруги (220В - приклад).

Властивості RL С-елементи в електричних ланцюгах.

1) При послідовному підключенні елементів через них протікає однаковий струм.

2) Відповідно до закону Ома та другого закону Кірхгофа сумарна напруга на ділянці послідовно з'єднаних опорів дорівнює сумі напруг на кожному елементі. Uобщ = U1 + U2 + U3 + U4.

Трифазні електричні кола. Принципи побудови та основні співвідношення величин.

Трифазна електрична ланцюг– три взаємно пов'язані електричні ланцюги з ЕРС однакової частоти та амплітуди, але зсунуті по фазі одна щодо іншої на 120°. Для того, щоб з'ясувати, як отримують трифазний змінний струм, розглянемо пристрій трифазного генератора. Трифазний генератор складається з трьох однакових ізольованих один від одного обмоток, розташованих на статорі та рознесених у просторі на 120°. У центрі статора обертається електромагніт. При цьому форма магніту така, що магнітний потік, що пронизує кожну котушку, змінюється за косинусоїдальним законом. Тоді за законом електромагнітної індукції в котушках індукуватимуть ЕРС рівної амплітуди та частоти, що відрізняються один від одного по фазі на 120°.

Активна та реактивна потужність трифазних ланцюгів.

Частина повної потужності, яку вдалося передати у навантаження за період змінного струму, називається активною потужністю. Вона дорівнює добутку діючих значень струму та напруги на косинус кута зсуву фаз між ними (cos φ). Потужність, яка не була передана в навантаження, а призвела до втрат на нагрівання та випромінювання, називається реактивною потужністю. Вона дорівнює добутку діючих значень струму та напруги на синус кута зсуву фаз між ними (sin φ). Активна та реактивна потужності трифазного ланцюга, що дорівнює сумам відповідних потужностей окремих фаз.

Перехідні процеси у лінійних електричних ланцюгах. Основні відомості.

При всіх змінах в електричному ланцюзі: включенні, вимиканні, короткому замиканні, коливаннях величини будь-якого параметра – у ньому виникають перехідні процеси, які не можуть протікати миттєво, тому що неможлива миттєва зміна енергії, що запасається в електромагнітному полі ланцюга. Таким чином, перехідний процес обумовлений невідповідністю величини запасеної енергії в електричному полі її значення для нового стану ланцюга.

При перехідних процесах можуть бути великі перенапруги, надструми, електромагнітні коливання, які можуть порушити роботу пристрою до виходу його з ладу. З іншого боку, перехідні процеси знаходять корисне практичне застосування, наприклад, електронних генераторах.

Розрахунок перехідних процесів у електричних ланцюгах.

Класичний метод розрахунку перехідних процесівполягає у безпосередньому інтегруванні диференціальних рівнянь, що описують зміни струмів та напруг на ділянках ланцюга в перехідному процесі. У випадку складаються рівняння електромагнітного стану ланцюга за законами Ома і Кірхгофа для миттєвих значень напруг і струмів, пов'язаних між собою окремих елементах ланцюга співвідношеннями.

Ідеальний активний опір. Ідеальна індуктивність.

Ідеальна ємність конденсатора.

Обчисливши значення струму через конденсатор, отримаємо лінійне диференціальне рівняння другого порядку щодо Uc.

Магнітні ланцюги та принципи їх розрахунку.

Магнітним ланцюгом називається шлях, яким замикається магнітний потік. Магнітний ланцюг проходить через повітря. Магнітний опір повітря дуже великий, тому навіть при великій силі, що намагнічує, магнітний лоток малий. Для збільшення магнітного потоку до складу магнітного ланцюга вводять феромагнітні матеріали (зазвичай лита сталь), що мають менший магнітний опір. Розрахунок магнітного ланцюга. Розбивають магнітний ланцюг на ділянки, що мають однакові поперечні перерізи та однорідний матеріал, і для кожної ділянки визначають величину магнітної індукції за формулою B = F/S. F – сила, що діє з боку магнітного поля на провідник із струмом, S – площа провідника із струмом.

Індукційна та електромеханічна дії магнітного поля.

Індукційна діямагнітного поля у тому, що у провіднику, поміщеному в змінне магнітне полі, наводиться ЭРС. Якщо магнітне поле постійне, то ЕРС у провіднику наводитиметься при переміщенні провідника у магнітному полі. На індукційній дії магнітного поля засновано роботу електричних генераторів, трансформаторів, електровимірювальних приладів тощо.

Електромеханічна діямагнітного поля полягає в тому, що поміщені в полі провідник зі струмом або феромагнітне тіло зазнають дії сили з боку цього поля. На силовій дії магнітного поля засновано роботу електричних двигунів, електромагнітних муфт, реле, тягових пристроїв та ін.

Феромагнетики та гістерезис.

Феромагнетики - речовини, у яких внутрішнє магнітне поле в сотні і тисячі разів перевищує зовнішнє магнітне поле, що викликало його. Феромагнетики мають намагніченість без магнітного поля. Феромагнетизм спостерігається у кристалів перехідних металів Fe, Co, Ni та у ряду сплавів. Феромагнетизм – результат дії обмінних сил.

Магнітний гістерезисполягає в тому, що намагнічування та розмагнічування феромагнетика описується різними кривими (намагніченість відстає у своєму зменшенні від поля). При зменшенні зовнішнього поля до нуля феромагнетик має намагніченість, яка називається залишковою.

Електричні машини та апарати. Загальні відомості та класифікація.

Електричний апарат– це пристрій, що керує споживачами та джерелами електрики, а також використовує електричну енергію для керування неелектричними процесами. Електричні апарати загальнопромислового призначення, електропобутові апарати та пристрої випускаються напругою до 1 кВ, високовольтні – понад 1 кВ.

За принципом дії електроапарати класифікуються залежно від характеру імпульсу, що впливає на них.

1. Комутаційні апаратидля замикання та розмикання електричних ланцюгів за допомогою контактів, з'єднаних між собою для забезпечення переходу струму з одного контакту до іншого (рубильники, перемикачі).

2. Електромагнітні апарати, Дія яких залежить від електромагнітних зусиль, що виникають при роботі апарату (контактори, реле).

3. Індукційні апарати, дія яких заснована на взаємодії струму та магнітного поля (індукційне реле).

4. Котушки індуктивності(Реактори, дроселі насичення).

Електродвигуни постійного струму. Принципи побудови та режими роботи.

Електродвигун постійного струму (ДПТ)- Електрична машина, що перетворює електричну енергію постійного струму в механічну енергію.

Робота електричного двигуна постійного струму ґрунтується на явищі електромагнітної індукції. На провідник зі струмом, поміщений у магнітне поле, діє сила, яка визначається за правилом лівої руки: F = BIL, I - струм, що протікає по провіднику, - індукція магнітного поля; L - Довжина провідника. При перетині провідником магнітних силових ліній машини в ньому наводиться ЕРС, яка по відношенню до струму у провіднику спрямована проти нього, тому вона називається зворотною чи протидією. Електрична потужність у двигуні перетворюється на механічну і частково витрачається на нагрівання провідника.

Електродвигун складається зі статора та ротора, розділених між собою повітряним простором. Активними частинами електродвигуна є обмотки та магнітопровід; решта — конструктивні, що забезпечують необхідну міцність, жорсткість, охолодження, можливість обертання тощо.

Асинхронні електродвигуни Особливості конструкції та режими роботи.

В основі принципу роботи асинхронного електродвигуналежить фізична взаємодія магнітного поля статора зі струмом, наведеним цим полем в обмотці ротора. До обмотки статора, виконаної у вигляді трьох груп котушок, прикладено електричну напругу, під дією якого по ній проходить трифазний змінний струм, який і створює магнітне поле, що обертається. Перетинаючи замкнуту обмотку ротора, це поле наводить у ньому струм. В результаті взаємодії обертового магнітного поля статора зі струмами ротора виникає обертовий електромагнітний момент, що приводить ротор у рух. Тепер ротор здатний виконувати механічну роботу, тобто. повідомляти рух сполученої з його валом технологічної машини (насоса, вентилятора та ін.). Так у електродвигуні відбувається перетворення електричної енергії на механічну.

Магнітне поле обертається у просторі з частотою 60f/p де f – частота змінного струму; p – число пар полюсів обмотки статора. Промислова частота змінного струму дорівнює 50 Гц. Отже, частота обертання валу електродвигуна залежить від кількості пар полюсів.

Синхронні електродвигуни Принцип дії асинхронної машини та основні режими.

Синхронний двигунвиконаний так само, як і синхронний генератор. Його обмотка якоря підключена до джерела трифазного змінного струму; в обмотку подається від стороннього джерела постійний струм. Завдяки взаємодії магнітного поля, що обертається, створеного трифазною обмоткою якоря, і поля, створеного обмоткою збудження, виникає електромагнітний момент М, що приводить ротор у обертання. Однак у синхронному двигуні на відміну від асинхронного ротор буде розганятися до частоти обертання, з якої обертається магнітне поле (до синхронної частоти обертання). Пояснюється це тим, що струм в обмотку ротора подається від стороннього джерела, а чи не індукується у ньому магнітним полем статора і, отже, залежить від частоти обертання валу двигуна. Характерною особливістю синхронного двигуна є стала частота обертання його ротора незалежно від навантаження.

Електричні апарати Принципи роботи та основні види.

Електроніка

Основні напрямки розвитку та технології.

Електроніка - це наука, що вивчає явища взаємодії електронів та інших заряджених частинок з електричними, магнітними та електромагнітними полями, що є фізичною основою роботи електронних приладів та пристроїв, що використовуються для передачі, обробки та зберігання інформації.

Існує інформаційна електроніка, що займається пристроями для передачі, обробки та відображення інформації та енергетична електроніка, Що займається перетворенням одного виду електричної енергії на інший.

Види інтегральних мікросхем, їх конструктивне оформлення та порівняльні оцінки.

Інтегральна мікросхема (ІМС)є мікросхемою, всі або частина елементів якої неподільно пов'язані і електрично з'єднані між собою так, що пристрій розглядається як єдине ціле.

За методом одержання розрізняють три види ІМС.

У плівкових ІМС деталі і з'єднання здійснюють шляхом одержання плівок малої товщини з різними властивостями, виконаних з матеріалу, що не проводить електричний струм. Плівкові мікросхеми поділяють на дві групи: тонкоплівкові та товстоплівкові. Відмінність тонкоплівкових і товстоплівкових ІМС полягає не тільки в кількісній товщині плівок, але й у технології їх нанесення.

В напівпровідникових ІМСдеталі та з'єднання утворені технологічними методами у кристалі напівпровідника.

У поєднаних ІМС одна частина деталей виконана методом тонкоплівкової, а інша частина – методом напівпровідникової технології.

У гібридних ІМС пасивні компоненти отримують на діелектричній підкладці методом тонкоплівкової технології, а активні компоненти розташовують поруч на підкладці та з'єднують дротом із контактними майданчиками.

Загальні відомості про напівпровідники. створіння PN -переходу в напівпровідникових структурах

Напівпровідник - речовина, у якої питомий опір може змінюватися в широких межах і дуже швидко зменшується з підвищенням температури, а це означає, що електрична провідність (1/R) збільшується; спостерігається у кремнію, германію, селену. Механізм провідності у напівпровідників. Кристали напівпровідників мають атомні кристалічні ґрати, де зовнішні електрони пов'язані із сусідніми атомами ковалентними зв'язками. При низьких температурах у чистих напівпровідників вільних електронів немає і вони поводяться як діелектрики.

Електронно-дірковий перехідстворюється шляхом легування пластинки монокристалічного напівпровідникового матеріалу домішкою з певним типом провідності (p-або n-типу), яка забезпечує створення поверхневого пласта з провідністю протилежного типу. Концентрація легуючої домішки у цьому пласті повинна нейтралізувати наявні у первинному матеріалі основні вільні носії заряду та створити провідність протилежного знака. На межі n- та p-шарів у результаті перетікання зарядів утворюються збіднені зони з об'ємним позитивним зарядом у n-пласті та об'ємним негативним зарядом у p-пласті. Ці зони разом і утворюють p-n-перехід.

Напівпровідникові діоди. Призначення, структури, класифікація та основні характеристики.

Діод – напівпровідниковий прилад з одним електричним переходом та двома висновками (електродами). Якщо взяти пластинку напівпровідника, наприклад германію, і в його ліву половину ввести акцепторну домішку, а в праву донорну, то з одного боку вийде напівпровідник типу P відповідно з іншого типу N. На стику напівпровідників з P і N провідностями виходить P-N перехід, який є основою всіх напівпровідникових приладів. Призначені для перетворення змінного струму на постійний, для застосування в імпульсних режимах роботи, в пристроях управління рівнем надвисокочастотної потужності.

За призначенням напівпровідникові діоди поділяються на випрямні діоди малої (прямий струм до 300мА), середньої (300мА – 10А) та великої (до 100000А) потужності, імпульсні діоди та напівпровідникові стабілітрони.

Транзистори: класифікація, структури, характеристики та галузі використання.

Транзистор — це радіоелектронний компонент з напівпровідникового матеріалу з трьома висновками, що дозволяє вхідним сигналом керувати струмом в електричному ланцюзі. Зазвичай використовується для посилення, генерації та перетворення електричних сигналів.

У більшості підсилювальних схем транзистори або електронні лампи використовуються як змінний резистор, опір якого змінюється під дією вхідного слабкого сигналу. Цей «змінний резистор» є складовою частиною електричного ланцюга постійного струму, який отримує живлення, наприклад, від гальванічних елементів або акумуляторів, тому в ланцюзі починає протікати постійний струм. В аналоговій техніці найчастіше використовують біполярні транзистори. У цифровій техніці (цифровий зв'язок, пам'ять, процесори), навпаки, найчастіше використовуються польові транзистори.

Біполярні транзистори. Режими роботи та основні схеми включення.

В роботі біполярного транзистораодночасно беруть участь два типи носіїв заряду – електрони та дірки. Цим він відрізняється від уніполярного (польового) транзистора, у якого бере участь лише один тип носіїв заряду.

У біполярного транзистора три контакти (електроди). Контакт, що виходить із центрального шару, називається база. Крайні електроди носять назви колектор та емітер. Прошарок бази дуже тонка щодо колектора та емітера. На додаток до цього шар напівпровідника з боку колектора трохи товщі, ніж з боку емітера. Якщо збільшити напругу на основі, то в прошарку збереться ще більше електронів. В результаті трохи посилиться струм бази, і значно посилиться струм колектора. Таким чином, при невеликій зміні струму бази сильно змінюється струм колектора. Так відбувається посилення сигналу в біполярному транзисторі.

Відповідно до рівнів напруги на електродах транзистора, розрізняють чотири режими його роботи: режим відсікання, активний режим, режим насичення та інверсний режим.

Складові та польові транзистори. Особливості побудови та роботи. Області використання.

Польовий транзистор– транзистор, у якому сила струму, що проходить через нього, регулюється зовнішнім електричним полем, тобто напругою. Це важливе різницю між ним і біполярним транзистором, де сила основного струму регулюється управляючим струмом.

Область напівпровідника N-типу формує канал між зонами P-типу. Електроди, що підключаються до кінців N-каналу, називаються стік та витік. Напівпровідники P-типу електрично з'єднуються між собою і є одним електродом - затвор. Поблизу стоку та витоку знаходяться зони з підвищеною концентрацією електронів. Це покращує провідність каналу.

Оптоелектронні пристрої. Основні види, призначення та властивості.

Оптоелектронний прилад- це пристрій, в якому при обробці інформації відбувається перетворення електричних сигналів на оптичні і назад. Істотна особливість оптоелектронних пристроїв у тому, що елементи у яких оптично пов'язані, а електрично ізольовані друг від друга. Основні види:

оптовипромінювачі - перетворювачі електричної енергії у світлову; фотоприймачі – перетворювачі світлової енергії на електричну; оптопари – прилади для ізоляції ел-ва під час передачі енергії та інформації по світловому каналу.

Транзисторні ключі та багатокаскадні підсилювачі. Призначення та принципи побудови.

Транзисторний ключслужить для комутації ланцюгів навантаження під впливом зовнішніх сигналів, що управляють. Відповідно до функцій ключа транзистор може знаходитися в одному з двох статичних режимів: режим відсікання, коли транзистор закритий і режим насичення, коли транзистор відкритий і насичений. Електронні ключі ґрунтуються на роботі біполярних транзисторів. Коли основі транзистора відсутність напруги щодо емітера, транзистор закритий, струм через нього йде, на колекторі вся напруга харчування, тобто. максимальний сигнал. Коли на базу транзистора надходить електричний сигнал, він відкривається, виникає струм колектор-емітер та падіння напруги на колекторі, а з ним і напруга на виході зменшується до низького рівня. Транзисторні ключі знаходять широке застосування силових перетворювачах частоти.

На практиці у пристроях промислової електроніки для отримання необхідної корисної вихідної потужності в навантаженні недостатньо одного каскаду. Тому застосовуютьбагатокаскадні підсилювачі, що збираються з декількох послідовно з'єднаних одиночних підсилювальних каскадів У блок-схемі як датчики, що перетворюють майже будь-який неелектричний сигнал у вхідний електричний сигнал, можуть використовуватися різні джерела ЕРС: мікрофон, антена і т.д. Перший вхідний каскад призначений для узгодження опору датчика вхідного сигналу з вхідним опором підсилювача при одночасному посиленні сигналу. Останній - вихідний каскад є каскадом посилення потужності, що передається в корисне навантаження. Всі інші проміжні каскади забезпечують посилення корисного сигналу до величини, необхідної для оптимальної роботи вихідного каскаду, при якій відбирається навантаження максимально можлива корисна потужність каскаду при допустимій величині нелінійних спотворень.

Диференціальні та операційні підсилювачі (ОУ).

Диференціальний підсилювач- це схема, використовувана посилення різниці напруг двох вхідних сигналів. В ідеальному випадку вихідний сигнал не залежить від рівня кожного з вхідних сигналів, а визначається лише їхньою різницею. Коли рівні сигналів на обох входах змінюються одночасно, таку зміну вхідного сигналу називають синфазним.

Вихідна напруга вимірюється одному з колекторів щодо потенціалу землі; такий підсилювач називають схемою з однополюсним виходом. Цей підсилювач можна як пристрій, яке посилює диференціальний сигнал і перетворює їх у несиметричний сигнал, з яким можуть працювати звичайні схеми. Якщо ж потрібен диференціальний сигнал, його знімають між колекторами. Диференціальні підсилювачі використовують у випадках, коли слабкі сигнали можна втратити і натомість шумів. Прикладами таких сигналів є цифрові сигнали, що передаються довгими кабелями.

Операційний посилювач- це електронний підсилювач напруги з високим коефіцієнтом підсилення, що має диференціальний вхід та зазвичай один вихід. Диференціальні входи підсилювача складаються з двох висновків - V+ і V-, ідеальний операційний підсилювач посилює тільки різницю напруг між цими двома входами, ця різниця називається диференціальною напругою на вході. Напруга на виході операційного підсилювача визначається формулою Vout = k (V+ - V- ), де V+ - напруга на прямому вході, V- - напруга на інверсному вході, і k - коефіцієнт посилення підсилювача з розімкнутою петлею зворотного зв'язку. Операційні підсилювачі є найбільш затребуваними приладами серед сучасних електронних компонентів, вони знаходять своє застосування в споживчій електроніці, застосовуються в індустрії та наукових приладах.

Зворотній зв'язок у підсилювальних схемах. Основні схеми підсилювачів на ОУ, особливості роботи.

Зворотний зв'язок – явище передачі частини енергії посилених коливань із вихідного ланцюга підсилювача у вхідний. Ланцюг зворотного зв'язку виконується у вигляді лінійного пасивного чотириполюсника, що характеризується коефіцієнтом передачі. Якщо коливання джерела складаються з сигналом зворотний зв'язок отже амплітуда коливань на вході і виході підсилювача збільшується, такий зворотний зв'язок – позитивна. Позитивний зворотний зв'язок дозволяє створювати нові класи електронних схем із різними функціональними характеристиками. Якщо коливання від джерела вхідного сигналу та сигналу зворотного зв'язку надходять на вхід підсилювача в протифазі, що призводить до зменшення амплітуди коливань на вході та виході підсилювача, зворотний зв'язок буде негативним.

Інвертуючий підсилювач(ліворуч) .
Коефіціент посилення.

K = U вих / U вх = - R 2 / R 1.

Неінвертуючийпідсилювач (праворуч). Коефіцієнт посилення K=Uвих/Uвх=1+ R 2/ R 1.

Активні фільтри: призначення, класифікація, характеристики та приклади побудови.

Активний фільтр - один з видів аналогових електронних фільтрів, в якому є один або кілька активних компонентів, наприклад, транзистор або операційний підсилювач. У активних фільтрах використовується принцип відокремлення елементів фільтра з інших електронних компонент схеми. Часто буває необхідно, щоб вони не впливали на роботу фільтра. Застосування підсилювачів в активних фільтрах дозволяє збільшити нахил частотної характеристики смуги придушення, що недосяжно при з'єднанні пасивних ланцюжків.

Типи активних фільтрів: фільтр високих частот - послаблює амплітуди гармонік сигналу нижче від частоти зрізу; фільтр низьких частот - послаблює амплітуди гармонік сигналу вище за частоту зрізу; смуговий фільтр - послаблює амплітуди гармонік сигналу вище та нижче деякої смуги; режекторний фільтр - послаблює амплітуди гармонік сигналу певній смузі частот.

Генератори електричних сигналів Призначення, класифікація та приклади побудови.

Електронний генератор– пристрій, за допомогою якого енергія сторонніх джерел живлення перетворюється на електричні коливання необхідної форми, частоти та потужності. Електронні генератори входять складовою в багато електронні прилади та системи. Складається з джерела (пристрої з самозбудженням, наприклад, підсилювача, охопленого ланцюгом позитивного зворотного зв'язку) та формувача (наприклад, електричного фільтра). Використовуються у вимірювальних приладах, осцилографах. За формою коливань їх поділяють на генератори гармонійних та негармонічних (імпульсних) сигналів.

Компаратори напруги, ЦАП та АЦП. Принципи побудови та галузі використання.

Компаратор – це пристрій, який порівнює дві різні напруги та силу струму, видає кінцевий силовий сигнал, вказуючи на більшу з них, одночасно роблячи розрахунок співвідношення. Він має дві аналогові вступні клеми з позитивним і негативним сигналом і один двійковий цифровий вихід. Для відображення сигналу використовується спеціальний індикатор. Використовуючи аналоговий сигнал + вході (неинвертируемый) і виході (инвертируемый), пристрій використовує два аналогічних різнополярних сигналу. Якщо аналоговий вхід більше, ніж аналоговий вихід, вихід буде «1», і це включить відкритий колектор транзистора. Якщо вхід знаходиться на негативному рівні, сигнал буде дорівнювати «0» і колектор перебуватиме в закритому вигляді. Застосовується в схемах, де потрібно порівнювати сигнали напруги, що входить: зарядний пристрій, мікроконтролер.

ЦАП — пристрій для перекладу цифрових даних аналоговий сигнал, своєрідний міст між аналогової і цифрової частинами схеми. Принцип роботи ЦАП полягає у підсумовуванні аналогових сигналів. Підсумовування проводиться з коефіцієнтами, рівними нулю або одиниці, залежно від значення відповідного розряду цифрового коду. Вихідний сигнал ЦАП може мати форму струму, напруги чи заряду. Область застосування: підсилювач звуку, обробка відео, пристрої відображення.

АЦП - електронний пристрій, що перетворює напругу на двійковий цифровий код. Найпростішим однорозрядним двійковим АЦП є компаратор. Для перетворення будь-якого аналогового сигналу на цифрову форму необхідно виконати три основні операції: дискретизацію, квантування та кодування.

Джерела вторинного електроживлення (ІВЕЗ). Принципи побудови та область використання.

Джерела вторинного електроживлення (ІВЕП)призначені для отримання напруги, необхідної для живлення різних електронних пристроїв. Найчастіше перед вторинними джерелами живлення стоїть завдання перетворення електроенергії з мережі змінного струму промислової частоти - 220В 50 Гц. Трансформатор Тр призначений для зміни рівня змінної напруги та гальванічної розв'язки випрямляча та мережі живлення. Випрямлячі служать для перетворення змінної напруги мережі живлення в постійне. Основними компонентами випрямлячів є вентилі – елементи з явно вираженою нелінійною вольтамперною характеристикою. Як такі елементи використовують кремнієві діоди. Згладжуючий фільтр зменшує пульсацію напруги на виході випрямляча. Стабілізатор зменшує коливання напруги на навантаженні.

ІВЕП має великі вага і габарити, що визначаються розмірами трансформатора і фільтра, що згладжує. Зараз ІВЕП витісняються перетворювальними пристроями, що працюють на частотах, що становлять десятки та сотні кілогерців. При цьому вдається значно зменшити розміри та вагу пристрою.

Випрямлячі ІВЕП. Методи покращення вихідних параметрів випрямлячів.

___________________________________________________________________________________________

Цифрові логічні елементи. Класифікація, основні параметри та характеристики.

Логічні елементи- Пристрої, призначені для обробки інформації в цифровій формі. Основні параметри. Коефіцієнт об'єднання по входу- Число входів, за допомогою яких реалізується логічна функція. Коефіцієнт розгалуження після виходу– число логічних входів пристроїв цієї серії, які можуть бути одночасно приєднані до виходу даного логічного елемента. Швидкодія характеризується часом затримки поширення сигналів через ЛЕ. Розрізняють час затримки розповсюдження сигналу при включенні ЛЕ, час затримки сигналу при вимкненні та середній час затримки розповсюдження.

Усі логічні функції будь-якої кількості логічних змінних можна утворити за допомогою трьох основних операцій: логічне заперечення (інверсія, операція НЕ); логічне складання (диз'юнкція, операція АБО); логічне множення (кон'юнкція, операція І);

Тригерні пристрої: класифікація, принципи побудови та робота.

Тригери - клас електронних пристроїв, що володіють стійкими станами електричної рівноваги і здатних під дією зовнішніх сигналів переключатися в будь-який з цих станів і перебувати в них скільки завгодно після припинення їх дії. Стан тригера - це значення, що у ньому зберігається нині. Схема тригера складається з елемента пам'яті (самого тригера з двома стійкими станами) та схеми управління з низкою входів. Схема управління перетворює що надходить її входи інформацію на одну з комбінацій сигналів 00,01,10,11 діючих безпосередньо на входи власне тригера.

Типи тригерів залежно від способів управління: асинхронні (не тактовані) та синхронні (тактовані). Зміна стану асинхронного тригера відбувається відразу після зміни сигналів з його управляючих входах. У синхронного тригера зміна стану під дією керуючих сигналів можлива лише за наявності сигналу на спеціальному тактовому вході. Найбільше застосування тригери знаходять у лічильниках, регістрах, елементах пам'яті.

Реєстрові структури. Особливості побудови та призначення.

У всіх процесорах використовуються регістри загального призначення (РОН)і регістри спеціального призначення. РОН у складі ЦП використовуються для зберігання операндів, що найчастіше використовуються при обчисленнях, що скорочує кількість звернень до ВП за операндами, що дозволяє підвищити продуктивність ЦП. Чим більша ємність РОН, тим більше проміжних даних можна зберігати без звернення до ОП. Також РОН можна використовувати для зберігання адрес при виконанні процесором адресації. До спеціальних регістрів входять покажчик команд (використовується як зміщення щодо адреси наступної виконуваної команди), регістр прапорів (обробка переривань, послідовність викликуваних завдань, ввод/вывод), і регістри сегментів (поточні адресовані сегменти пам'яті).

Двійкові лічильники: види лічильників, принципи побудови та робота.

Двійковий лічильник– функціональний вузол, призначений для підрахунку числа вхідних сигналів та запам'ятовування двійкового коду цього числа відповідними тригерами. Кожен розряд лічильника включає тригер. За призначенням лічильники діляться на підсумовують і віднімають.

У початковий час всі тригери встановлюються у стан “0”. Після приходу першого лічильного імпульсу тригер Тг1 перейде в стан "1" і в лічильнику зафіксується код 001. Другий імпульс, що прийшов на вхід, переведе Тг1 знову на стан "0". При цьому виникає імпульс перенесення, який встановлює наступний тригер Тг2 стан "1" і в лічильнику зафіксується код 010. Після третього вхідного сигналу Тг1 знову перейде в стан "1", а інші тригери залишаться в колишньому стані. Так продовжуватиметься доти, доки лічильник не підсумує максимальне для трьох розрядів число 710 =1112 . Восьмий імпульс переведе Тг1 у стан "0", що виник перенесення надійде на Тг2 і також переведе його в стан "0". У свою чергу, імпульс перенесення з другого розряду переведе у стан "0" та Тг3. В результаті цього лічильник встановиться у вихідний нульовий стан (000)

Мультиплексори та демультиплексори.

Мультиплексор – перемикач сигналів, керований двійковим кодом і має кілька входів та один вихід, перетворює паралельний код на послідовний. До виходу підключається той вхід, номер якого відповідає двійковому коду. Демультіплексор– це перемикач сигналів, керований двійковим кодом і має один вхід та кілька виходів, працює протилежно мультиплексору, перетворюючи послідовний код на паралельний.

Шифратори та дешифратори.

Шифратор (кодер) – електронний пристрій, який перетворює код однієї системи числення на код іншої системи. Розглянемо шифратор з прикладу калькулятора. Оскільки всі дії в калькуляторі виконуються з двійковими числами, то після клавіатури стоїть шифратор, який перетворює цифри, що вводяться в двійкову форму. Всі кнопки калькулятора з'єднуються із загальним дротом і, натиснувши, наприклад, кнопку 5 на вході шифратора, ми отримаємо двійкову форму цього числа на його виході.

Дешифратори відносяться до тієї ж групи, що тільки працюють за протилежним принципом. Вони перетворюють паралельний двійковий код на десятковий позиційний. Розглянемо дешифратор з прикладу цифрового світлодіодного індикатора. На ньому відображаються десяткові цифри, оскільки цифрова електроніка працює з двійковими числами, які представляють комбінацію 0 і 1, ці числа повинні бути перетворені в десяткову форму.

Суматори та арифметико-логічні пристрої.

Суматор - логічний операційний вузол, що виконує арифметичне додавання кодів двох чисел. При арифметичному додаванні виконуються інші додаткові операції: облік знаків чисел, вирівнювання порядків доданків. Операції виконуються в арифметично-логічних пристроях (АЛУ)– процесорні елементи, ядром яких є суматори.

За кількістю входів та виходів однорозрядних двійкових суматорів:

– чвертьсуматори, що характеризуються наявністю двох входів, на які подаються два однорозрядні числа, та одним виходом, на якому реалізується їх арифметична сума;

– напівсуматори, що характеризуються наявністю двох входів, на які подаються однойменні розряди двох чисел, та двох виходів: на одному реалізується арифметична сума в даному розряді, а на іншому – перенесення до наступного, старшого розряду);

- Повні однорозрядні суматори, що характеризуються наявністю трьох входів, на які подаються однойменні розряди двох чисел, що складаються, і перенесення з попереднього (молодшого) розряду, і двома виходами: на одному реалізується арифметична сума в даному розряді, а на іншому - перенесення в наступний (більше старший розряд).

Запам'ятовуючі пристрої: класифікація, основні характеристики та принципи побудови.

Запам'ятовуючий пристрій- Комплекс технічних засобів, що реалізують функцію пам'яті. Запам'ятовуючий елемент (ЗЕ) – частина пам'яті, використовувана зберігання даних у бітах.

Основні параметри ЗП. Інформаційна ємністьвизначається найбільшою кількістю інформації, яка може бути зафіксована на ЗУ. Швидкодія пам'яті визначається тривалістю операції звернення, тобто. тривалістю процесів, необхідні записи чи зчитування інформації.

У випадку ЕОМ містить зовнішні і внутрішні ЗУ. Зовнішні ЗУ служить зберігання великих обсягів інформації: запасів даних, і програмного забезпечення системи. Використовуються ЗУ із прямим доступом на дисках, на магнітних стрічках. Внутрішні ЗУ за функціями, що виконуються, діляться на оперативні і постійні. Оперативні (ОЗУ) виконують запис, зберігання та зчитування довільної двійкової інформації, забезпечують зберігання програм, що визначають поточний процес, та масивів даних, що обробляються. Постійні (ПЗУ) здійснюють зберігання та видачу постійно записаної інформації, зміст якої не змінюється під час роботи системи.

Архітектура мікропроцесорів, принципи роботи та класифікація.

Мікропроцесор – процесор, реалізований у вигляді однієї мікросхеми або комплекту з кількох спеціалізованих мікросхем. Мікропроцесор характеризується тактовою частотою, що визначає максимальний час виконання перемикання елементів в ЕОМ, і розрядністю - максимальним числом двійкових розрядів, що одночасно обробляються.

Архітектура мікропроцесора- Система команд та способи адресації, можливість поєднання виконання команд у часі, наявність додаткових пристроїв у складі мікропроцесора, принципи та режими його роботи. Виділяють поняття мікроархітектури та макроархітектури. Мікроархітектура- це апаратна організація та логічна структура мікропроцесора, регістри, керуючі схеми, арифметико-логічні пристрої, що запам'ятовують пристрої та пов'язують їх шини. Макроархітектура- це система команд, типи даних, режими адресації і принципи роботи мікропроцесора.

Мікропроцесор координує роботу всіх пристроїв за допомогою шин управління (ШУ). Крім ШУ є 16-розрядна адресна шина (ША), яка служить для вибору певного осередку пам'яті, порту введення або виведення порту. За 8-розрядною інформаційною шиною або шиною даних (ШД) здійснюється двонаправлене пересилання даних між мікропроцесорами. МП може надсилати інформацію в пам'ять або одного з портів виведення, а також отримувати інформацію з пам'яті або від одного з портів введення. Постійне запам'ятовуючий пристрій (ПЗП) містить деяку програму ініціалізації ПК. Програми користувача можуть бути завантажені в оперативний запам'ятовуючий пристрій (ОЗУ) та із зовнішнього запам'ятовуючого пристрою (ВЗУ).

«Узгоджено» « Стверджую»

МК спецдисциплінЗам. директора з УПР

Голова МК___________В.І.Бураков

_________ Н.В.Бабріхіна

«_____»________2013 р.

«____» _______ 2013 р.

Квитки з дисципліни

«Електротехніка та електронна техніка».

Професія 110809 «Механізація сільськогосподарського виробництва»

2013 рік.

Кількість квитків – 30

Викладач____________ Зайцева В.В. ____

( підпис)(розшифровка підпису)

ЕКЗАМЕНАЦІЙНИЙ КВИТОК № 1

з дисципліни " ».

1. Одиниці виміру опору. Формула для розрахунку опору дроту

3. Вкажіть схему, де немає |помилок

Викладач___________Зайцева В.В.

ДБОУ СПО КО «Гусівський агропромисловий коледж»

ЕКЗАМЕНАЦІЙНИЙ КВИТОК № 2

з дисципліни " Електротехніка та електронна техніка ».

1. Дайте визначення поняттю зовнішньої характеристики трансформатора.

2. Дайте визначення другого закону Кірхгофа для магнітного кола.

3. Перерахуйте умови, необхідні для включення трансформаторів у паралельну роботу.

Викладач___________Зайцева В.В.

(підпис) (розшифровка підпису)

ДБОУ СПО КО «Гусівський агропромисловий коледж»

ЕКЗАМЕНАЦІЙНИЙ КВИТОК № 3

з дисципліни " Електротехніка та електронна техніка ».

1. Сформулюйте та запишіть перший закон Кірхгофа.

2. Дайте визначення ланцюга змінного струму із послідовним з'єднанням резисторів.

3. Як зміниться опір провідника, якщо діаметр його збільшитив два рази?

1. зменшиться у 2 рази4. збільшиться у 2 рази

2. збільшиться у 4 рази5. зменшиться вчетверо

3. не зміниться

Викладач___________Зайцева В.В.

(підпис) (розшифровка підпису)

ДБОУ СПО КО «Гусівський агропромисловий коледж»

ЕКЗАМЕНАЦІЙНИЙ КВИТОК № 4

з дисципліни " Електротехніка та електронна техніка ».

1. Одиниці виміру опору

2. Сформулюйте та запишіть другий закон Кірхгофа.

ВеличинанапругиUзменшилася вдвічі, одночасно

cопірR збільшилося в 4 рази. Як зміниться сила струму?
1. зменшиться у 2 рази4. зменшиться у 8 рази

2. збільшиться у 4 рази5. зменшиться вчетверо

3. не зміниться

Викладач___________Зайцева В.В.

(підпис) (розшифровка підпису)

ДБОУ СПО КО «Гусівський агропромисловий коледж»

ЕКЗАМЕНАЦІЙНИЙ КВИТОК № 5

з дисципліни " Електротехніка та електронна техніка ».

1. Дайте визначення вольтметра.

2. Сформулюйте та запишіть узагальнений закон Ома.

3. Вкажіть правильну формулу загальної напруги при послідовномуз'єднанні резисторів

Викладач___________Зайцева В.В.

(підпис) (розшифровка підпису)

ДБОУ СПО КО «Гусівський агропромисловий коледж»

ЕКЗАМЕНАЦІЙНИЙ КВИТОК № 6

з дисципліни " Електротехніка та електронна техніка ».

1. Дайте визначення поняття трансформатора.

2. Сформулюйте та запишіть другий закон Кірхгофа

3. Визначте силу струму в даному ланцюгу.

Викладач___________Зайцева В.В.

(підпис) (розшифровка підпису)

ДБОУ СПО КО «Гусівський агропромисловий коледж»

ЕКЗАМЕНАЦІЙНИЙ КВИТОК № 7

з дисципліни " Електротехніка та електронна техніка ».

1. Дайте визначення поняття «електричний ланцюг». Намалюйте одну із можливих схем електричного ланцюга.

2. Яке з'єднання елементів електричного ланцюга називається послідовним паралельним з'єднанням? Зобразіть. Ланцюг.

3. Накресліть електричний ланцюг з паралельно увімкненими резисторами.

Викладач___________Зайцева В.В.

(підпис) (розшифровка підпису)

ДБОУ СПО КО «Гусівський агропромисловий коледж»

ЕКЗАМЕНАЦІЙНИЙ КВИТОК № 8

з дисципліни " Електротехніка та електронна техніка ».

1. Дайте визначення поняття «заземлення», «занулення»

2. Основною характеристикою для вибору дроту та...

3. Визначте напругу мережіU= ? якщоI= 2 0 А,R= 20 Ом

Викладач___________Зайцева В.В.

(підпис) (розшифровка підпису)

ДБОУ СПО КО «Гусівський агропромисловий коледж»

ЕКЗАМЕНАЦІЙНИЙ КВИТОК № 9

з дисципліни " Електротехніка та електронна техніка ».

1. Дайте визначення поняттю – постійний електричний струм.

Одиниці його виміру

2. Яке з'єднання елементів електричного кола називається послідовним з'єднанням?

3. Зобразіть схему з'єднання трьох послідовно з'єднаних резисторів та двох паралельно приєднаних до цього ланцюга.

Викладач___________Зайцева В.В.

(підпис) (розшифровка підпису)

ДБОУ СПО КО «Гусівський агропромисловий коледж»

ЕКЗАМЕНАЦІЙНИЙ КВИТОК № 10

з дисципліни " Електротехніка та електронна техніка ».

1. Основною характеристикою для вибору номінального струму є...

2. Вольт амперна характеристика - це залежність.

3. Накресліть електричний ланцюг із чотирма паралельно увімкненими резисторами. Вольтметр вимірює напругу 3-го резистора.

Викладач___________Зайцева В.В.

(підпис) (розшифровка підпису)

ДБОУ СПО КО «Гусівський агропромисловий коледж»

ЕКЗАМЕНАЦІЙНИЙ КВИТОК № 11

з дисципліни " Електротехніка та електронна техніка ».

1. Основним даними для вибору автоматичного вимикача є

2. Призначення трансформатора

3. Зобразити схему підключення трансформатора до електричного ланцюга 220В, елю. лампа 36В, джерело живлення.

Викладач___________Зайцева В.В.

(підпис) (розшифровка підпису)

ДБОУ СПО КО «Гусівський агропромисловий коледж»

ЕКЗАМЕНАЦІЙНИЙ КВИТОК № 12

з дисципліни " Електротехніка та електронна техніка ».

1. СформулюйтеЗакон Ома для ділянки ланцюга

2. Дайте поняття «занулення», «заземлення»

3. Визначте силу струмуI= ? якщоU=220В,R= 100 Ом

Викладач___________Зайцева В.В.

(підпис) (розшифровка підпису)

ДБОУ СПО КО «Гусівський агропромисловий коледж»

ЕКЗАМЕНАЦІЙНИЙ КВИТОК № 13

з дисципліни " Електротехніка та електронна техніка ».

Сформулюйте 1-ий Закон Кірхгофа

Послідовне з'єднання об'єктів.

Визначте потужність ел. струму Р=? якщоU= 220В.I= 3 А

Викладач___________Зайцева В.В.

(підпис) (розшифровка підпису)

ДБОУ СПО КО «Гусівський агропромисловий коледж»

ЕКЗАМЕНАЦІЙНИЙ КВИТОК № 14

з дисципліни " Електротехніка та електронна техніка ».

2. Основним даними для вибору запобіжника є

3. Чому дорівнює струм ділянки № 3, якщо струм № 2 = 10А, струм № 1 = 5А, струм № 4 = 20А.

Викладач___________Зайцева В.В.

(підпис) (розшифровка підпису)

ДБОУ СПО КО «Гусівський агропромисловий коледж»

ЕКЗАМЕНАЦІЙНИЙ КВИТОК № 15

з дисципліни " Електротехніка та електронна техніка ».

1. Вольт амперна характеристика - це залежність

3. За наведеним зразком дайте визначення характеристики приладу.

Викладач___________Зайцева В.В.

(підпис) (розшифровка підпису)

ДБОУ СПО КО «Гусівський агропромисловий коледж»

ЕКЗАМЕНАЦІЙНИЙ КВИТОК № 16

з дисципліни " Електротехніка та електронна техніка ».

1. Дайте визначення потужності. Формула

2. Паралельне поєднання споживачів - це...

3. За наведеним зразком дайте визначення характеристики приладу.

Викладач___________Зайцева В.В.

(підпис) (розшифровка підпису)

ДБОУ СПО КО «Гусівський агропромисловий коледж»

ЕКЗАМЕНАЦІЙНИЙ КВИТОК № 17

з дисципліни " Електротехніка та електронна техніка ».

1. Основним даними для вибору запобіжника є...

2. Послідовне поєднання об'єктів - це...

3. Визначити напругу ланцюга, якщо струм дорівнює 100 А, опір одно; 45 Ом.

Розрахунок. Форлула.

Викладач___________Зайцева В.В.

(підпис) (розшифровка підпису)

ДБОУ СПО КО «Гусівський агропромисловий коледж»

ЕКЗАМЕНАЦІЙНИЙ КВИТОК № 18

з дисципліни " Електротехніка та електронна техніка ».

1 Закон Кірхгофа

2. Визначте силу струмуI= ? якщоU=220В,R= 100 Ом

3. Основною характеристикою для вибору дроту та кабелі є...

Викладач___________Зайцева В.В.

(підпис) (розшифровка підпису)

ДБОУ СПО КО «Гусівський агропромисловий коледж»

ЕКЗАМЕНАЦІЙНИЙ КВИТОК № 19

з дисципліни " Електротехніка та електронна техніка ».

1. Дайте визначення електробезпеки персоналу.

2. Дайте визначення Закону Ома для ділянки ланцюга

Викладач___________Зайцева В.В.

(підпис) (розшифровка підпису)

ДБОУ СПО КО «Гусівський агропромисловий коледж»

ЕКЗАМЕНАЦІЙНИЙ КВИТОК № 20

з дисципліни " Електротехніка та електронна техніка ».

1. Дайте пояснення послідовному та паралельному з'єднанню резисторів

2. Залежність сили струму від напруги, опору. Закон Ома.

3. Визначте силу струмуI= ? якщоU=220В,R= 100 Ом

Викладач___________Зайцева В.В.

(підпис) (розшифровка підпису)

ДБОУ СПО КО «Гусівський агропромисловий коледж»

ЕКЗАМЕНАЦІЙНИЙ КВИТОК № 21

з дисципліни " Електротехніка та електронна техніка ».

1. Дайте поняття «транформатори»

2. Залежність опору від перерізу, довжини, матеріалу провідника

3. Розрахувати перетин дроту, якщо він живить установку потужністю 50КВт.

Викладач___________Зайцева В.В.

(підпис) (розшифровка підпису)

ДБОУ СПО КО «Гусівський агропромисловий коледж»

ЕКЗАМЕНАЦІЙНИЙ КВИТОК № 22

з дисципліни " Електротехніка та електронна техніка ».

1. Що вивчає електротехніка?

2. Розрахувати запобіжник, якщо номінальна сила струму 10 А.

Викладач___________Зайцева В.В.

(підпис) (розшифровка підпису)

ДБОУ СПО КО «Гусівський агропромисловий коледж»

ЕКЗАМЕНАЦІЙНИЙ КВИТОК № 23

з дисципліни " Електротехніка та електронна техніка ».

1. Дайте визначення Другому закону Кірхкофа

2. Визначте напругу мережіU= ? якщоI= 2 0 А,R= 20 Ом

3. Розрахувати перетин дроту, якщо він живить установку потужністю 10КВт.

Викладач___________Зайцева В.В.

(підпис) (розшифровка підпису)

ДБОУ СПО КО «Гусівський агропромисловий коледж»

ЕКЗАМЕНАЦІЙНИЙ КВИТОК № 24

з дисципліни " Електротехніка та електронна техніка ».

1. Дайте визначення поняття «занулення»

2. Основною характеристикою вибору номінального струму є...

Викладач___________Зайцева В.В.

(підпис) (розшифровка підпису)

ДБОУ СПО КО «Гусівський агропромисловий коледж»

ЕКЗАМЕНАЦІЙНИЙ КВИТОК № 25

з дисципліни " Електротехніка та електронна техніка ».

2. Паралельне сполучення споживачів - це...

1. У чому вимірюється електричний струм?

Викладач___________Зайцева В.В.

(підпис) (розшифровка підпису)

ДБОУ СПО КО «Гусівський агропромисловий коледж»

ЕКЗАМЕНАЦІЙНИЙ КВИТОК № 26

з дисципліни " Електротехніка та електронна техніка ».

1. У чому вимірюється напруга?

2. Дайте визначення електровимірювальних приладів.

Викладач___________Зайцева В.В.

(підпис) (розшифровка підпису)

ДБОУ СПО КО «Гусівський агропромисловий коледж»

ЕКЗАМЕНАЦІЙНИЙ КВИТОК № 27

з дисципліни " Електротехніка та електронна техніка ».

1. Перерахуйте електровимірювальні прилади

2. За представленим зразком ел. вимірювального приладу визначте його характеристики.

Викладач___________Зайцева В.В.

(підпис) (розшифровка підпису)

ДБОУ СПО КО «Гусівський агропромисловий коледж»

ЕКЗАМЕНАЦІЙНИЙ КВИТОК № 28

з дисципліни " Електротехніка та електронна техніка ».

1. Закон Ома для ділянки ланцюга.

2. За представленим зразком дати визначення характеристики ел. вимірювального приладу.

Викладач___________Зайцева В.В.

(підпис) (розшифровка підпису)

ДБОУ СПО КО «Гусівський агропромисловий коледж»

ЕКЗАМЕНАЦІЙНИЙ КВИТОК № 29

з дисципліни " Електротехніка та електронна техніка ».

1.Дайте визначення трансформатора

2. Розрахувати перетин дроту, якщо він живить установку потужністю 450 кВт.

3. Дайте визначення векторної діаграми.

Викладач___________Зайцева В.В.

(підпис) (розшифровка підпису)

ДБОУ СПО КО «Гусівський агропромисловий коледж»

ЕКЗАМЕНАЦІЙНИЙ КВИТОК № 30

з дисципліни " Електротехніка та електронна техніка».

1. Потужність - це ....

2. Визначте одиниці вимірювання електричного струму.

3. Розрахувати перетин дроту, якщо він живить установку потужністю 145 кВт.

Викладач___________Зайцева В.В.

(підпис) (розшифровка підпису)

Майєр Р.В., Кощеєв Г.В. Навчальні експериментальні дослідження з електротехніки та електроніки (Документ)

Шпаргалка - Будівельні конструкції (Шпаргалка)

Шпори по металорізальних верстатах (Шпаргалка)

Магетто Г. Тірістор в електротехніці (Документ)

Шпора з електротехніки та електротехнічних матеріалів (Шпаргалка)

n1.docx

Змінний синусоїдальний струм. 220В, 50Гц.

Переваги: простота перетворення на іншу напругу, простота перетворення електричної енергії на механічну.

Переваги синусоїдальної: при перетворенні виходить теж синусоїдальний струм, простіше перетворювати на механічну енергію.

Чому 50Гц: якщо менше, то збільшуються розміри трансформатора, більше – більше втрат при перетворенні.

i = I m sin ( ?t + ? i ), i - миттєве значення струму;

I m - Амплітудне значення; ( ?t + ? i ) - фаза коливань; ? – циклічна частота;

Т - період; ? Т = 2?; ? = 2?/Т = 2??; ?(з -1 ); ? i – Початкова фаза струму.

U=U m sin(?t+? U ); e=E m sin(?t+? e ).

Миттєве, чинне та середнє значення

i ( t ) – миттєве значення струму.

Чинне - значення постійного струму, що надає таку ж теплову дію, як змінний.

Q = = I RT; Q ~ = ; Q = = Q ~ ;

Перетворимо квадрат sin у напівсуму cos: I ~ = I = = I m / - Чинне значення.

Для U та E теж саме.

Середнє значення - Середнє значення величини за позитивний напівперіод:

I ср = 2 I m / ? .
2

Зображення основних параметрів змінного струму
- i = I m sin ( ?t + ? i ) – аналітичний, незручний на обчислення, т.к. тригонометричні функції;

- графічний (графік) - наочніший, але неточний і грамоздок;

- табличний (t(i)) – треба будувати графік.

Метод векторних діаграм

Будуємо вектор довжиною = амплітудному значенню, розташовуємо під кутом = поч.фазе, обертаємо проти годин.стрілки з кутовою швидкістю = циклічною частотою?. Тоді будь-якої миті часу вектор буде розташований до осі під кутом ?t + ? i , проекція на вертикальну вісь – миттєве значення

Дії над синусоїдальними величинами замінюються дії над векторами.

Спрощення: 1) частота змінного струму у всіх елементах ланцюга однакова, вектори обертаються разом, їх замінюють нерухомі.

2) замість амплітудного значення часто використовується чинне.

Переваги : простота та наочність;

Недоліки : невелика точність

Символічний метод

Кожному вектору (кожній синусоїд.величині) ставиться у відповідність компл.число, модуль якого = чинному (амплітудному) значенню, а аргумент - початковій фазі.

J 2 = -1; 1/j=-j.

По одній осі дійсні числа, по іншій – уявні. Комплексні значення – з точкою.

Дії над синусоїд.величинами замінюються на дії з компл. числами.

Простий та наочний метод.
3.

Резистор R, Ом - здатність чинити опір ел.току.

U = = RI = ; R = U/I; U=U m sin(?t+? U ).

Усі закони та правила пост.струму справедливі для змінного струму для миттєвих значень – принцип квазістаціонарності.

i = U/R = I m sin(?t+? i )

I m = U m / R – зак. Ома для амплітудних значень; /

I ~ = U ~ / R – зак. Ома для дій.

? U =? i - Струм на резисторі збігається по фазі з напругою.

U” = U*e i?U

I”= I*e j? = U*e j? /R

I ”= U ”/ R - Зак. Ома для компл.

Індуктивність L, Гн

E = - L di / dt

U = - e = L di / dt = L I m ? cos ( ?t + ? i )= L I m ? sin ( ?t + ? i + ? /2)= U m sin ( ?t + ? U )

U m = I m *?L

I m = U m /X L - Зак. Ома для амплітудних значень;

I ~ = U ~ / X L - Зак. Ома для діючих значень.

? U = ? i + ? /2 напруга випереджає струм фазою на Т/4

U ”= Ue j? - Комплексне значення U.

I”= I*e j? = (U*e j? / X L ) * 1/e j?/2 = U”/j X L = U”/j?L = U”/X” L

X ” L = j?L - Компл. Значення індукційного опору.

Ємність С – властивість тіла накопичувати електричний заряд

q = CU (Ф)

1Ф – при доданій напрузі 1 В накопичується заряд 1 Кл (це дуже багато).

q= CU m sin(?t+? U )

i = dq / dt = CU? cos(?t+? U ) = C?U m sin(?t+? U + ?/2)

I m = U m / X c - зак. Ома для амплітудних значень;

X c = 1/ ?C

I ~ = U ~ / X c – для чинних значень.

? i = ? U + ? /2 ; ? U = ? i - ? /2 напруга відстає від струму фазою на Т/4.

U ”= Ue j? - Комплексне значення U.

I”= I*e j? = (U*e j? / X З ) * e j?/2 = - U”/j X З = U”/X” З

X ” З = - j - Компл. Значення ємнісного опору опору.
4.

Послідовне з'єднання резистора, індуктивності та ємності

Правило Кірхгофа: i R = i C = i L = i 0 ; I” 0 = I” R + I” C +I” L

U 0 = U R + U C + U L ; U” 0 = U” R + U” C + U” L

Закон Ома: U” 0 = I” 0 R + I” 0 X” C + I” 0 X” L = I” 0 (R + X” C + X” L ) ;

I ” 0 = U ” 0 / ( R + X ” C + X ” L ) ; ( R + X ” C + X ” L ) – загальний опір ланцюги Z ” , при послід. з'єднанні опору складаються.

Z ”= R + X ” C + X ” L = R + j ( ?L –1/ ?C )

Z = - Імпеданс

I ” = U ”/ Z ” ; Z ”= Ze jϕ ; Z ” = Ue j? ( u ) / Ie j? ( i ) =( U / I )* e j ( ? ( u )- ? ( i )) ; I = U / Z - Для дій. значень; ϕ= ? U – ? i - зсув фаз між струмом та напругою.

Трикутник напружень та опорів

Паралельне з'єднання елементів

Правило Кірхгофа: i R = i C + i L + i 0 ; I” 0 = I” R + I” C + I” L

U 0 = U R = U C = U L ; U” 0 = U” R = U” C = U” L

Закон Ома: I” 0 = U” 0 /R + U” 0 /X C + U” 0 /X L = U” 0 / Z”

1/ Z ” = 1/ R + 1/ X ” C +1/ X ” L - Повний опір

Y ” = 1/ Z ” - Провідність

g = 1/R ; b” C = 1 / X " C = j?C; b” L = 1/X” L = -j/? L;

Y ” = g + b ” C + b ” L - повна провідність

I” 0 = U” 0 Y”; Y”= I 0 e j?(i) /U 0 e j?(u) = (I 0 /U 0 ))* e j(?(i)-?(U)) = y e jϕ

ϕ = ? i – ? U
векторна діаграма

трикутник струмів та провідностей

Змішане з'єднання елементів ланцюга змінного струму. Приклад ланцюга:

Перший закон(ЗТК, Закон струмів Кірхгофа) говорить, що алгебраїчна сума струмів в будь-якому вузлі будь-якого ланцюга дорівнює нулю (значення струмів, що витікають, беруться зі зворотним знаком):

Іншими словами, скільки струму втікає у вузол, стільки з нього і витікає. Цей закон випливає із закону збереження заряду. Якщо ланцюг містить pвузлів, то вона описується p? 1 рівняннями струмів. Цей закон можна застосовувати і інших фізичних явищ (наприклад, водяні труби), де є закон збереження величини і потік цієї величини.

Другий закон(ЗНК, Закон напруг Кірхгофа) свідчить, що алгебраїчна сума падінь напруг за будь-яким замкненим контуром ланцюга дорівнює алгебраїчній сумі ЕРС, що діють уздовж цього ж контуру. Якщо контурі немає ЭРС, то сумарне падіння напруг дорівнює нулю: для змінних напруг . Розрахунок ланцюга:

1) все од. наводяться в СІ

2) обчислюються комплексні знач. Реактивного опору

3) Ланцюг розбивають на ділянки з одним видом соед.-я. Обчислюються Компл. значення опорів ділянок.

4) З'ясовується хар.-р з'єднання ділянок і є повне компл. опір ланцюга

Імпеданс

5) Знайти компл. значення струму та напруги на всіх елементах ланцюга.

Резонанс у ланцюгах змінного струму

Послідовний резонанс (резонанс напряж-й)

Це різке зростання амплітуди коливань. при збігу частоти вимушених коливань та власної частоти системи.

Маємо ланцюг, що складається з активного опору, ємнісного та індуктивного.

U 0; I 0 =I R =I C =I L Якщо сила струму буде максимальна Т.к. то ; це резонансна частота системи. Напруга на активному опорі буде Напруги на ємності та індуктивності будуть: ; Ці значення перевищують U 0 але загальна напруга на елементах буде дорівнює нулю. Векторна діаграма:

Це може бути використане для фільтрації коливань потрібної частоти. При невдалому підборі номіналів елементів, напруги на L і C можуть виявитися дуже великими.

Резонанс струмів (паралельний резонанс).

Маємо ланцюг, що складається з активного опору, котушки та конденсатора, з'єднаних паралельно один одному. де g, b C і b L величини обернені опорам (провідності). I = Ug; Якщо b L = b C , то I 0 =U/R; ; Векторна діаграма:

потужність ланцюга змінного струму.

Потужність у ланцюзі постійного струму визначається як: Потужність у ланцюзі змінного струму в загальному випадку визначається як:

Це коефіцієнт потужності, що показує витрату потужності в ланцюгу.

Трикутник потужностей:

Це повна (здається) потужність.

Це реактивна (обмінна) потужність

Коефіцієнт потужності.

cos називається коеф. потужності. Він показує, яка частина потужності витрачається в ланцюзі.

Якщо cosϕ=1, то

Якщо cosϕ=0,5, то

Потужність втрат визначається як. При зменшенні коеф. потужності зменшується ККД. Щоб цього уникнути, доводиться збільшувати діаметр дроту, і як наслідок збільшується маса ЛЕП.

Способи збільшення коеф. потужності.

cosі по суті косинус зсуву фаз U і I. Якщо зсув фаз зменшити, то cos збільшиться.

1)Природний метод: оптимізація режиму роботи трансформаторів на електростанції, тобто. їх використання у номінальному режимі (повне завантаження).

Штучний спосіб: підключення компенсуючих пристроїв, ємнісного навантаження.

G-генератор, R1+L1-споживач.

Місткість – батарея конденсаторів або синхронний компенсатор або синхронні двигуни.

Багатофазні ланцюги: трифазна система.

Багатофазною системою називається система з кількох ланцюгів із незалежними джерелами енергії (фаз).

Найбільше застосування отримала 3-х фазна система, завдяки своїм перевагам:

вищий ККД
простота перетворення електричної енергії на механічну
компактність трифазних машин

Принцип отримання 3-х фазної системи ЕРС:

Це синхронний генератор. Щоб отримати 3-х фазну систему треба використовувати 3 рамки (обмотки):

Для однофазної системи:

Для 3х фазної:

Отже Е 1 =220В, Е 2 =-110-190i, E 3 =-110+190i.

З'єднання трифазної системи Зіркою (Y):

Лінійна напруга – це напруга між лінійними проводами, фазова напруга – це напруга між кожним з фазових проводів і нульовим проводом. У «зірці», комплексні значення лінійних струмів дорівнюють фазовим, і сума компл. знач. лінійних струмів дорівнює компл. значення струму в нульовому дроті.

У симетричній Зірці зникає потреба у нульовому дроті, т.к. та сума лінійних струмів дорівнює нулю.

З'єднання трикутником:

Сума комплексних значень ЕРС у цій схемі дорівнює нулю.

Компл. знач. фазних та лінійних напруг відповідно рівні. Компл. знач. лінійного струму визначається за законом Кірхгофа (на малюнку). Якщо навантаження симетричне, тобто. і

Електричні виміри.

Засоби вимірювань електричних величин дають можливість не тільки отримувати вимірювальну інформацію про значення електричних величин, але також забезпечують отримання вимірювальної інформації практично будь-які фізичні величини.

Електричні величини

Величина	Назва	позначення	СІ
Сила струму	Ампер	I	А
Електрична напруга, різницю потенціалів, ЕРС	Вольт	U	В
Кільк.електрики	Кулон	Q	Кл
Електрична потужність	Ватт	W	Вт
Електричний опір	Ом	R	Ом
Електрична провідність	Сіменс	G	Див
Електрична ємність	Фарада	З	?
Індуктивність	Генрі	L	Гн
Імпеданс	Ом	Z	Ом
Частота	Герц	f	Гц

Класифікація ел. змін. приладів.

за принципом дії (Електромеханічні, електронні, термоелектричні);

за точністю вимірювань

за родом струму постійний, змінний струм.

за методом вимірювального перетворення (прямий, прямий диференціальний, врівноважуючий, у тому числі статичний та астатичний, програмний врівноважуючий);

за способом представлення величин (Аналогові, цифрові, аналого-цифрові);

за способом подання показань (показують, реєструють, у тому числі самописуючі та друкуючі);

за наявністю у складі мікропроцесорів ;

за вимірюваною електричною величиною (амперметри, вольтметри, омметри, ватметри, частотоміри тощо).

Похибки вимірів.

А іст (справжнє значення); А дійств. - величина отримана найточніше на даний момент.

Абсолютна похибка?, ?=|А іст-А ізм |?|А дійств. -А змін | Відносна похибка

Наведена відносна похибка; А н-макс. значення змін. прилад. ? пр-ісп. для опису приладів.

Клас точності-це максимально допустиме значення наведеної похибки (виражене у відсотках).

8 класів точності від 0.25.. 4.

Електровимірювальні прилади магнітоелектричної системи.

Принцип дії МЕП
Принцип дії МЕП полягає у взаємодії магнітного поля провідника, яким протікає вимірюваний електричний струм, з магнітним полем постійного магніту.

Найбільш поширеними є МЕП в яких провідник є легкою рухомою рамкою (котушкою), укріпленою на осі і що складається з декількох десятків витків тонкого покритого лаком мідного дроту. Рамка розміщена в кільцевому зазорі, в якому за допомогою сильного постійного магніту створюється магнітне однорідне поле за рахунок відповідної конструкції полюсних наконечників та сердечника. Вимірюється сигнал підводиться до рамки через пружини. При взаємодії магнітного поля рамки з магнітним полем постійного магніту на рамку діє момент, що обертає M x .

Чи значення вимірюваної величини визначається кутом повороту? рамки, осі та стрілки та відраховується за положенням стрілки на шкалі. Моменти M1 та M2 описуються виразами:
(3.1) (3.2) де k 1 - коефіцієнт, що залежить від ширини, довжини та числа витків рамки; В - магнітна індукція у зазорі між сердечником та полюсними наконечниками; I- сила струму, що протікає через рамку; k 2 - коефіцієнт, що залежить від розмірів пружин; E - модуль пружності.

У положенні рівноваги M1 = M2. З цієї умови та виразів (3.1) та (3.2) знаходимо: (3.3) де - чутливість магнітоелектричного приладу струму; Е-модуль пружності.

Застосування амперметри шунт ставиться паралельно амперметру.

Вольтметри.

переваги , притаманні магнітоелектричному вимірювальному механізму, який має високу чутливість, малу власну споживану потужність, малу чутливість до зовнішніх магнітних полів, пропорційну статичну характеристику [вираз (3.3)] та високу точність.

Недоліки складність конструкції, висока вартість та чутливість до перевантажень.

Вимірювальні електромагнітні прилади. (ЕМП)

Принцип дії ЕМП полягає у взаємодії магнітного поля, створюваного нерухомою котушкою, через яку протікає вимірюваний електричний струм, з феромагнітним сердечником, укріпленим на осі. На рис. 3.4 показано одну з найпоширеніших конструкцій електромагнітних приладів. Тут до котушки, що містить обмотку з покритого лаком мідного дроту і має повітряний зазор, подається струм, що вимірюється. I. Під дією цього струму навколо котушки

Виникає магнітне поле, яке змушує втягуватися в повітряний проміжок феромагнітний сердечник, укріплений на осі. В результаті на цій осі виникає крутний момент, який зростає зі збільшенням значення струму. Протидіючий момент утворюється спіральними пружинами. Для заспокоєння рухомої системи приладу до осі жорстко приєднується повітряний заспокоювач. КонструкціяЕМП : 1 - котушка;2- стрілка;3- шкала;4- підп'ятник; 5- противагу; б-спіральна пружина; 7-повітряний заспокоювач8 - феромагнітний сердечник;9 - вісь

У статиці кут повороту? осі та закріпленої на ній стрілки описується виразом? = k L I 2 , де k L - Постійний коефіцієнт, що залежить від конструкції приладу.

Шкала ЕМП квадратичний. Спочатку вона стиснута, а в кінці розтягнута.

Кут повороту не залежить від напрямку струму в котушці, тому електромагнітні прилади придатні для вимірювання в ланцюгах постійного та змінного струму, причому при вимірюванні змінного синусоїдального струму кут повороту стрілки залежить від середньоквадратичного значення цього струму.

ЕМП частіше використовують для вимірювань змінного струму та напруги. Для розширення діапазону вимірювань їх застосовують у комплекті із вимірювальним трансформатором струму або напруги.

Переваги ЕМП : придатність роботи на постійному та змінному струмі, простота та надійність конструкції.

Недоліки : нерівномірна шкала, чутливість до зовнішніх магнітних полів і велика споживана потужність.

Електромагнітні амперметри випускають із діапазоном вимірювань від 0-100 мА до 0-500 А, а в поєднанні з вимірювальним трансформатором струму - до 0-15 кА. У електромагнітних вольтметрів діапазон вимірювань від 0-7,5 до 0-750, а в поєднанні з вимірювальним трансформатором напруги - до 0-15 кВ. Робоча частота може становити 50, 200, 800, 1000 та 1500 Гц. Класи точності електромагнітних пристроїв 1-2,5.

Цифрові електронні прилади

ВПУ-вхідне преобр.устр.-во: преобр. напруга до потрібної форми.

СС-схема порівняння

УІ-упр. імпульс

ГЛИН- генератор напруги, що лінійно змінюється (компаратор)

ДСЛ – генератор стандартної частоти.

Позитивні якості: висока точність, зручність зчитування показань, універсальність.

Недолік: складність, висока вартість, потребує джерела живлення.
17. досвід холостого ходу- Робота трансформатора без навантаження.

U 1 ?U H (U 1 від 0 до U H); W? Р 1 = Р 0 (втрати сталі);

V 1; V 2? U 1; U 2 k U = U 1 / U 2;

mA ?I xx; Z xx = U H / I xx; P=U*I = U 2 /r = I 2 r

Z xx = U H / I xx; r xx = U H 2 / P 0? X Lxx

I Axx = U H /r xx; I Pxx

I 1? I 1H (I 2 ? I 2H)

W? P 1 = P k (втрати сталі)

A 1 I 1, A 2 I 2 ? k = I 1 / I 2

Z кз = U 1 / I 1 Н

I 1 акз = U 1 / Z кз

Z кз? r 1; X Lp1; r 2; X Lp2? r 1; X Lp1

Робочий режим

U 1 = U H; I? I H; I від 0 до I H

W? P 1 = P 2 +P втрат

V 1; V 2? U 1; U 2; K L = I 1 /I 2

A 1; A 2? I 1; I 2; K I = I 1 / I 2

ККД = P 2 / P 1 = I 2 U 2 / P 1

Трифазні трансформатори

Трифазний трансформатор може бути складений із трьох однакових однофазних; у разі він називається груповим. Первинні обмотки трьох однофазних трансформаторів з'єднують між собою по одній із трифазних схем, так само як і вторинні обмотки.

Групові трифазні трансформатори застосовують при дуже великих потужностях (3x630 ква і вище). Це тим, що кожен однофазний трансформатор групи менше за габаритами і масою, ніж один трифазний трансформатор на повну потужність групи. Однак груповий трансформатор дещо дорожчий за трифазний трансформатор на ту ж потужність, займає більше місця і має менший к. п. д. Трифазні трансформатори зі зв'язаною магнітною системою виконуються головним чином стрижневими (рис. 2). Отримання такого магнітопроводу можна уявити наступним чином. Три однакових однофазних трансформатора виконані так, що їх первинні та вторинні обмотки розміщені на одному стрижні сердечника магнітопроводу, а інший стрижень кожного трансформатора не має обмотки. Якщо ці три трансформатори розташувати так, щоб стрижні, що не мають обмоток, знаходилися поруч, то три стрижні можна об'єднати в один – нульовий.

Через об'єднаний стрижень замикатимуться магнітні потоки трьох однофазних трансформаторів, які рівні за величиною і зсунуті по фазі на одну третину періоду. Оскільки сума трьох рівних по амплітуді і зрушених по фазі на 1/3 періоду магнітних потоків дорівнює нулю у час (Фа + Фb + Фс = 0), то об'єднаному стрижні немає магнітного потоку і потреба у цьому стрижні відпадає.

Таким чином, для магнітопроводу достатньо мати три стрижні, які з конструктивних міркувань розташовуються в одній площині. На кожному стрижні трифазного трансформатора розміщуються обмотки вищої та нижчої напруги однієї фази. Стрижні з'єднуються між собою ярмом зверху та знизу. Довжина магнітних ліній потоку середнього стрижня менша, ніж крайніх стрижнів. Тому магнітний потік середнього стрижня зустрічає своєму шляху менший магнітний опір, ніж магнітні потоки крайніх стрижнів. Отже, у фазі, обмотка якої вміщена на середньому стрижні, протікає менший струм, що намагнічує, ніж у фазах, обмотки яких вміщені на крайніх стрижнях

Трифазний броньовий трансформатор (рис. 12-5) можна розглядати як три однофазні броньові трансформатори, поставлені поруч або один над одним. При цьому середня фаза має

зворотне включення щодо крайніх, що в стикаються частинах магнітної системи потоки фаз складалися, а не

віднімали.

Схеми з'єднання обмоток трифазних трансформаторів.Найчастіше обмотки трифазних трансформаторів з'єднуються або в зірку, або в трикутник, або зигзаг.

Групи з'єднань обмоток.

Для включення трансформатора паралельну роботу з іншими трансформаторами має значення зсув фаз між е. д. з первинної та вторинної обмоток. Для характеристики цього зсуву вводиться уявлення про групу з'єднань обмоток. Бувають гвинтові (ліві та праві)
19.

Автотрансформатор- варіант трансформатора, У якому первинна і вторинна обмотки з'єднані безпосередньо, і мають рахунок цього як електромагнітну зв'язок, а й електричну. Обмотка автотрансформатора має кілька висновків (як мінімум 3), підключаючись до яких можна отримувати різні напруги. Перевагою автотрансформатора є вищий ККД, Оскільки лише частина потужності піддається перетворенню - це особливо суттєво, коли вхідна та вихідна напруги відрізняються незначно. Недоліком є відсутність електричної ізоляції між первинним та вторинним ланцюгом. У промислових мережах, де наявність заземлення нульового дроту обов'язково, цей чинник не грає. Зате суттєвою є менша витрата сталі для сердечника, міді для обмоток, менша вага та габарити, і в результаті – менша вартість.

Основні співвідношення для трансформатора зберігаються для автотрансформатора. Так, відношення напруг одно U 1 / U 2 = U ВН / U ПН = ? 1 / ? 2 =n , а відношення струмів I 1 / I 2 = I ВН / I ПН = ? 1 / ? 2 =1/n , де ? 1 - повне число витків обмотки (між крапками Аі X); ? 2 - Число витків частини обмотки, що знаходиться між точками а і X(або аі х).

Лабораторний автотрансформатор регульований (ЛАТР), На відміну від простого автотрансформатора має рухливий струмознімальний контакт до обмотки, що дозволяє плавно змінювати число витків, включених у вторинний ланцюг, і, отже, вихідна напруга, практично від нуля до максимального значення для даної моделі ЛАТРа. Застосовуються ЛАТР для живлення лабораторних установок, для стабілізації напруги в електромережі та інших потреб. Однак ЛАТР має одну неприємну властивість: як і всякий автотрансформатор, він не забезпечує електричну розв'язку високовольтної (мережевої) і низьковольтної (або вихідної) сторони. Іншими словами - на виході ЛАТР може бути (зазвичай присутній) мережна фаза. Це може призвести до ураження електричним струмом. Для запобігання цьому за чинними правилами техніки безпеки для лабораторних робіт слід застосовувати безпечне регульоване джерело змінного струму, що представляє собою комбінацію автотрансформатора ЛАТР і відсікаючого трансформатора, що забезпечує електричну розв'язку з освітлювальною мережею. Трансформатор електричної розв'язки може бути як знижуючий - і з коефіцієнтом трансформації 1: 1 (один одного).

16. Однофазний трансформатор. Пристрій та принцип дії. Еквівалентна схема, рівняння електронного стану, векторна діаграма.

Магнітний пускачє найпростішим комплектом апаратів для дистанційного керування електродвигунами і крім самого контактора часто має кнопкову станцію та апарати захисту.

Схема підключення нереверсивного магнітного пускача

На рис. 1, а б показані відповідно монтажна і принципова схеми включення нереверсивного магнітного пускача для управління асинхронним електродвигуном з короткозамкненим ротором. На монтажній схемі межі одного апарату обводять штриховою лінією. Вона зручна для монтажу апаратури та пошуку несправностей. Читати ці схеми важко, тому що вони містять багато ліній, що перетинаються.

Рис. 1. Схема включення нереверсивного магнітного пускача: а – монтажна схема включення пускача, електрична принципова схема включення пускача

На важливій схемі всі елементи одного магнітного пускача мають однакові буквено-цифрові позначення. Це дозволяє не пов'язувати разом умовні зображення котушки контактора та контактів, домагаючись найбільшої простоти та наочності схеми.

Нереверсивний магнітний пускачмає контактор КМ з трьома головними замикаючими контактами (Л1 - С1, Л2 - С2, Л3 - С3) та одним допоміжним замикаючим контактом (3-5).

Головні ланцюги, якими протікає струм електродвигуна, прийнято зображати жирними лініями, а ланцюги живлення котушки пускача (чи ланцюга управління) з найбільшим струмом - тонкими лініями.
Принцип дії схеми увімкнення нереверсивного магнітного пускача

Для увімкнення електродвигуна М необхідно швидко натиснути кнопку SB2 «Пуск». При цьому по ланцюгу котушки магнітного пускача потече струм, якір притягнеться до сердечника. Це призведе до замикання основних контактів у ланцюзі живлення електродвигуна. Одночасно замкнеться допоміжний контакт 3 - 5, що створить паралельний ланцюг живлення котушки магнітного пускача.

Якщо відпустити кнопку «Пуск», то котушка магнітного пускача буде включена через власний допоміжний контакт. Таку схему називають схемою самоблокування. Вона забезпечує так званий нульовий захист електродвигуна. Якщо в процесі роботи електродвигуна напруга в мережі зникне або значно знизиться (зазвичай більш ніж на 40% номінального значення), то магнітний пускач відключається і його допоміжний контакт розмикається.

Після відновлення напруги для увімкнення електродвигуна необхідно повторно натиснути кнопку "Пуск". Нульовий захист запобігає непередбачуваному, мимовільному запуску електродвигуна, який може призвести до аварії.

Апарати ручного управління (рубильники, кінцеві вимикачі) нульового захисту не мають, тому в системах управління верстатним приводом зазвичай застосовують управління з використанням магнітних пускачів.

Для відключення електродвигуна достатньо натиснути кнопку SB1 "Стоп". Це призводить до розмикання ланцюга саможивлення та відключення котушки магнітного пускача.
27.

Небезпека Ураження електричним струмом

Зразкові питання до іспиту з електротехніки. 1. Поняття електричного кола. Сила струму, напруга, опір. 2.Призначення та класифікація електровимірювальних приладів. 3. Завдання на застосування закону Ома для повного ланцюга: до полюсів батареї з ЕРС 120 В та внутрішнім опором 10 Ом підключені два паралельні дроти опором 20 Ом кожен. Знайдіть силу струму в ланцюзі. 4. Закон Ома для ділянки ланцюга. 5.Робота та потужність струму. 6.Паралельне з'єднання провідників. 7. Завдання застосування законів паралельного з'єднання провідників: два провідника опором 4 і 8 Ом з'єднані паралельно. Напруга на провідниках 4 В. Знайдіть силу струму в кожному провіднику та загальному ланцюзі. 8.Послідовне з'єднання провідників. 9.Електрорушійна сила. 10.Магнітне поле. 11. Електромагнітна індукція. 12. Завдання застосування закону електромагнітної індукції: за 5 мс магнітний потік змінився на 4 мВб. Знайти ЕРС індукції у контурі. 13. Сила Ампера. Правило лівої руки. 14. Завдання застосування сили Ампера: в однорідному магнітному полі з індукцією 0,1 Тл перпендикулярно лініям індукції знаходиться провідник довжиною 70 см, яким тече струм силою 50 А. Визначте силу, що діє провідник. 15.Сила Лоренца. Правило лівої руки. 16. Завдання застосування сили Лоренца: в однорідному магнітному полі з магнітною індукцією 0,1 Тл у вакуумі рухається електрон зі швидкістю 3·106 м/с. Чому дорівнює сила, що діє на електрон, якщо кут між напрямком швидкості електрона та лініями індукції дорівнює 90°? 17. ЕРС індукції в провідниках, що рухаються. 18. Завдання застосування законів послідовного з'єднання провідників: два провідника опором R1=2 Ом і R2=3 Ом з'єднані послідовно. Сила струму в ланцюзі 1 А. Визначити опір ланцюга, напругу на кожному провіднику та повну напругу всієї ділянки ланцюга. 19.Електричні станції. Їхній вплив на навколишнє середовище. 20.Генератор постійного струму. 21. Завдання на розрахунок полюсів двигуна: двигун постійного струму обертається із частотою 1500 об/хв, магнітний потік полюса 0,01 Вб. Скільки полюсів у двигуна, якщо відношення N/а = 440. ЕРС двигуна 220 В. 22. Завдання на розрахунок потужності електричного струму: визначте потужність струму у провіднику опором 44 Ом, підключеному до джерела струму напругою 220 В. 23. Пристрої промислової електроніки: запобіжники, електронні підсилювачі. 24. Типи електричних станцій. 25. Завдання визначення коефіцієнта посилення: визначити коефіцієнт посилення четырехкаскадного підсилювача, якщо коефіцієнт посилення кожного каскаду дорівнює 5. 26.Вплив електричних станцій на довкілля. 27. Конденсатори. 28. Завдання на визначення заряду конденсатора: який заряд має конденсатор ємністю 1 мкФ, якщо напруга між його пластинами 50 В? 29.Проблеми та перспективи виробництва електроенергії. 30. Типи джерел світла (конструкція, переваги, недоліки). 31. Проблеми енергозбереження. 32. Завдання на з'єднання провідників: У освітлювальний ланцюг включені паралельно чотири лампи опором 120 Ом кожна. Знайдіть загальний опір ділянки ланцюга. 33.Напівпровідники: основні поняття, типи електропровідності, властивості. 34. Стабілізатори напруги. 35.Провідники: основні поняття, властивості. 36. Завдання на розрахунок напруги стабілітрона: чому дорівнює напруга стабілітрона, якщо напруга анодного живлення 50 В, анодний струм 30 мА, а опір навантаження 1 кОм? 37.Виробництво, передача та розподіл електричної енергії. 38. Завдання на розрахунок потужності: Електроплитка розрахована на напругу 220 В та силу струму 5 А. Визначте потужність струму в плитці. 39. Діелектрики: основні поняття, властивості. 40. Типи джерел світла. 41. Завдання на розрахунок частоти обертання якоря двигуна постійного струму: "ЕРС чотириполюсного генератора постійного струму дорівнює 250 В. Яка частота обертання якоря, якщо магнітний потік полюса 1,5 мВб, а відношення числа активних провідників обмотки якоря до 0 пар ? 42. Пристрої промислової електроніки: запобіжники, стабілізатори. 43. Завдання на індуктивність: "Чому дорівнює індуктивність котушки із залізним сердечником, якщо за час 1 із сила струму в ланцюзі змінилася на 5 А, а ЕРС індукції при цьому дорівнює 15 В"? 44. Генератор постійного струму (пристрій, принцип дії). 45. Завдання на ЕРС індукції в провідниках, що рухаються: "Знайдіть ЕРС індукції в провіднику з довжиною активної частини 0,5 м, що переміщується в однорідному магнітному полі з індукцією 6 мТл зі швидкістю 8 м/с під кутом 600 до вектора магнітної індукції". 46.Проблеми та перспективи виробництва електроенергії. 47. Завдання на обчислення потужності: "Потужність електричної праски дорівнює 0,6 кВт. Обчисліть роботу струму в ньому за 2 год". 48. Альтернативні джерела електричної енергії, їх переваги та недоліки. 49. Завдання на обчислення потужності втрат у генераторі: "При корисній потужності генератора постійного струму, що дорівнює 10 кВт, його ККД становив 90%. Визначте сумарну потужність втрат у генераторі". 50. Електроізоляційні матеріали (поняття, властивості, види, призначення). 51. Завдання на закон Ома для повного ланцюга: "До полюсів батареї з ЕРС 125 В та внутрішнім опором 15 Ом підключені два паралельні проводи опором 20 Ом кожен. Знайдіть силу струму в ланцюгу". 52. Виробництво, передача та розподіл електричної енергії. Квиток 1.Електричний ланцюг... Електричний ланцюг - сукупність пристроїв, елементів, призначених для протікання електричного струму, електромагнітні процеси в яких можуть бути описані за допомогою понять сила струму та напруга. Зображення електричного ланцюга за допомогою умовних знаків називають електричною схемою: Нерозгалужені та розгалужені електричні ланцюги. На малюнку 1 представлена схема найпростішого нерозгалуженого ланцюга. У всіх елементах її тече один і той самий струм. Найпростіший розгалужений ланцюг зображений на малюнку 2. У ньому є три гілки і два вузли. У кожній гілки тече свій струм. Гілку можна визначити як ділянку ланцюга, утворену послідовно з'єднаними елементами (через які тече однаковий струм) і укладена між двома вузлами. У свою чергу, вузол є точка ланцюга, в якій сходяться не менше трьох гілок. Якщо місці перетину двох ліній на електричної схемі поставлена точка (рисунок 2), то тут є електричне з'єднання двох ліній, інакше його немає. Силою струму називається фізична величина, що показує, який заряд проходить через поперечний переріз провідника за 1 с. Нехай, наприклад, протягом t=2 з через поперечний переріз провідника носії струму переносять зарядq=4 Кл. Заряд, що переноситься ними за 1 с, буде вдвічі меншим. Розділивши 4 Кл на 2 с, отримаємо 2 Кл/с. Це сила струму. Позначається вона літерою І: I – сила струму. Отже, щоб знайти силу струму І, треба електричний заряд q, що пройшов через поперечний переріз провідника за час t, розділити на цей час: Одиниця сили струму називається ампером (А) на честь французького вченого А. М. Ампера (1775-1836). Напруга характеризує електричне поле, створюване струмом. Напруга (U) дорівнює відношенню роботи електричного поля з переміщення заряду до величини заряду, що переміщується на ділянці ланцюга. Одиниця виміру напруги в системі СІ: [U] = 1 B 1 Вольт дорівнює електричному напрузі на ділянці ланцюга, де при протіканні заряду, що дорівнює 1 Кл, відбувається робота, що дорівнює 1 Дж: 1 В = 1 Дж/1 Кл. ЦЕ ЦІКАВО! У 1979 р. США було отримано в лабораторних умовах найвищу напругу. Воно склало 32 ± 1,5 млн В. Електричний опір - фізична величина, що характеризує властивості провідника перешкоджати проходженню електричного струму і рівна відношенню напруги на кінцях провідника до сили струму, що протікає по ньому: Опір (часто позначається буквою R або r) вважається, певних межах, постійною величиною даного провідника; її можна розрахувати як де R - опір; U – різниця електричних потенціалів на кінцях провідника; I - сила струму, що протікає між кінцями провідника. 2. Електровимірювальні прилади. Вимір - це визначення фізичної величини дослідним шляхом за допомогою вимірювальних приладів. Класифікація приладів: 1. За призначенням: Амперметри Вольтметри Омметри Ваттметри 2. За принципом дії: Електромагнітні Магнітоелектричні Термоелектричні Індукційні Вібраційні 3. За формою корпусу: Круглі Квадратні Прямокутні 4. За характером застосування: Перехідні. Вимірювання: Вертикальні Горизонтальні Під кутом. Види: * амперметри – для вимірювання сили електричного струму; * вольтметри – для вимірювання електричної напруги; * Омметри - для вимірювання електричного опору; * мультиметри (інакше тестери, авометри) - комбіновані прилади * частотоміри - для вимірювання частоти коливань електричного струму; * Ватметри та варметри - для вимірювання потужності електричного струму; * Електричні лічильники - для вимірювання спожитої електроенергії * та безліч інших видів Умовні позначення. Квиток 3. Закон Ома для ділянки ланцюга. ГЕОРГ ОМ Формулювання закону Ома Сила струму в ділянці ланцюга прямо пропорційна напрузі на кінцях цього провідника і обернено пропорційна його опору: I = U/R; I - величина струму, що протікає через ділянку ланцюга; U – величина прикладеної напруги до ділянки ланцюга; R - величина опору ділянки ланцюга, що розглядається. Ом встановив, що опір прямо пропорційно довжині провідника і обернено пропорційно площі його поперечного перерізу і залежить від речовини провідника. R = ρl/S, де ρ – питомий опір, l – довжина провідника, S – площа поперечного перерізу провідника. Досить часто доводиться стикатися з необхідністю знизити напругу, наприклад, з 12 до 3 вольт. Зробити це можна за допомогою двох резисторів. Завдання, загалом, не складне. Потрібно підібрати два резистори таким чином, щоб падіння напруги на одному з них становило 3 вольти, а на другому - (12 - 3) = 9 вольт (для нашого прикладу). Крім того, необхідно знати струм, який має протікати в ланцюзі. Припустимо, що в нашому випадку струм повинен дорівнювати 50 мА (0,05 А). Тоді, використовуючи закон Ома для ділянки ланцюга, обчислимо повний опір ланцюга, тобто загальний опір резисторів R1 і R2: R = U/I = 12 В / 0,05 А = 240 Ом Нагадаю, що всі одиниці виміру повинні відповідати прийнятим СІ , тобто напруга вимірюється у вольтах, струм - в АМПЕРАХ, а опір - в ОМАХ. Оскільки на будь-якій ділянці ланцюга з послідовно включених елементів струм однаковий, то обчислити опір резисторів R2 і R1 не важко: R1 = U1 / I = 9 / 0,05 = 180 Ом R2 = U2 / I = 3 / 0,05 = 60 Ом. Квиток 4.Робота та потужність струму. Робота струму - це робота електричного поля з перенесення електричних зарядів вздовж провідника; Робота струму на ділянці ланцюга дорівнює добутку сили струму, напруги та часу, протягом якого робота відбувалася. Застосовуючи формулу закону Ома для ділянки ланцюга, можна записати кілька варіантів формули для розрахунку роботи струму: За законом збереження енергії: робота дорівнює зміні енергії ділянки ланцюга, тому енергія, що виділяється провідником, дорівнює роботі струму. У системі СІ: А = 1 (Дж). При проходженні струму провіднику нагрівається, і відбувається теплообмін з навколишнім середовищем, тобто. провідник віддає теплоту оточуючим його тілам. Кількість теплоти, що виділяється провідником із струмом у навколишнє середовище, дорівнює добутку квадрата сили струму, опору провідника та часу проходження струму по провіднику. За законом збереження енергії кількість теплоти, що виділяється провідником чисельно дорівнює роботі, яку здійснює протікає по провіднику струм за цей же час. У системі СІ: [Q] = 1 Дж ПОТУЖНІСТЬ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ - відношення роботи струму за час t до цього інтервалу часу. В системі СІ: Прямий вимір потужності струму 1.Візьміть ватметр, приєднайте його до споживача, на якому необхідно виміряти потужність. Підключіть його клеми до місць виведення споживача до мережі. На аналоговій шкалі або екрані цифрового ватметра відобразиться потужність даного споживача. Залежно від налаштувань приладу значення потужності можна буде отримати у ватах, кіловатах, міліватах тощо. 2.Зміна потужності за допомогою вольтметра та амперметра Зберіть ланцюг, увімкнувши в нього споживача електричного струму та амперметр. Вольтметр приєднайте паралельно до споживача. Вимірювальні прилади підключайте, дотримуючись полярності, якщо постійний струм. Пустіть електричний струм, підключивши джерело, і зніміть показання приладів з амперметра значення сили струму в амперах, а з вольтметра значення напруги у вольтах. Помножте значення сили струму на напругу P=U I. Результатом буде потужність споживача у ватах. 3.Визначення потужності струму при відомому опорі споживача Якщо опір споживача відомий (знайдіть його значення на корпусі або виміряйте омметром), і він розрахований на відому напругу, його номінальну потужність можна знайти, звівши це напруга в квадрат і поділивши на значення опору (P = U ² / R). Наприклад, у лампочки з опором 484 Ома і при номінальній напрузі 220 В, потужність дорівнюватиме 100 Вт. 4. Якщо напруга джерела струму не відома, увімкніть послідовно в ланцюг споживача амперметр. Виміряйте з його допомогою силу струму через споживач. Для розрахунку потужності зведіть силу струму квадрат і помножте на значення опору (P=I² R). Якщо сила струму виміряна в амперах, а опір в Омах, значення потужності буде отримано у ватах. Квиток 5. Паралельне з'єднання. Провідники в електричних ланцюгах можуть з'єднуватися послідовно та паралельно. При паралельному з'єднанні (рис. 1.9.2) напруги U1 і U2 на обох провідниках однакові: U1 = U2 = U. Сума струмів I1 + I2, що протікають по обох провідниках, дорівнює струму в нерозгалуженому ланцюгу: випливає з того, що в точках розгалуження струмів (вузли A і B) в ланцюзі постійного струму не можуть накопичуватися заряди. Наприклад, до вузла A за час Δt підтікає заряд IΔt, а витікає від вузла за той самий час заряд I1Δt + I2Δt. Отже, I = I1 + I2. Малюнок 1.9.2. Паралельне з'єднання провідників Записуючи на підставі закону Ома де R - електричний опір всього ланцюга, отримаємо При паралельному з'єднанні провідників величина, обернена до загального опору ланцюга, дорівнює сумі величин, зворотних опорам паралельно включених провідників. У випадку, якщо провідників декілька: Квиток 6. Послідовне з'єднання. При послідовному з'єднанні провідників (рис. 1.9.1) сила струму у всіх провідниках однакова: I1 = I2 = I. Рисунок 1.9.1. Послідовне з'єднання провідників За законом Ома, напруги U1 і U2 на провідниках рівні U1 = IR1, U2 = IR2. R - електричний опір всього ланцюга. Звідси випливає: R = R1 + R2. При послідовному з'єднанні повний опір ланцюга дорівнює сумі опорів окремих провідників. Цей результат справедливий для будь-якої кількості послідовно з'єднаних провідників. Квиток 7. Електрорухаюча сила. Якщо у провіднику створити електричне поле і не вжити заходів для його підтримки, то, як було встановлено, переміщення носіїв заряду призведе дуже швидко до того, що поле всередині провідника зникне і, отже, струм припиниться. Для того щоб підтримувати струм досить довго, потрібно від кінця провідника з меншим потенціалом (носії струму передбачаються позитивними) безперервно відводити заряди, що приносяться сюди струмом, а до кінця з великим потенціалом безперервно їх підводити. Тобто. необхідно здійснити кругообіг зарядів, при якому вони рухалися б по замкнутому шляху (17.1). Циркуляція вектора напруженості електростатичного поля, як дорівнює нулю. Тож у замкнутої ланцюга поруч із ділянками, у яких позитивні заряди рухаються у бік зменшення потенціалу, повинні бути ділянки, у яких перенесення позитивних зарядів відбувається у напрямі зростання, тобто. проти сил електростатичного поля. Переміщення зарядів на цих ділянках можливе лише за допомогою сил не електростатичного походження, званих сторонніми силами. Таким чином, для підтримки струму необхідні сторонні сили, що діють або протягом усього ланцюга, або на окремих її ділянках. Вони можуть бути обумовлені хімічними процесами, дифузією носіїв заряду в неоднорідному середовищі або через кордон двох різнорідних речовин, електричними (але не електростатичними) полями, породженими мінливими в часі магнітними полями і т.д. Сторонні сили можна охарактеризувати роботою, яку вони здійснюють над зарядами, що переміщуються по ланцюгу. Ця робота складається з роботи, що здійснюється проти електричного поля всередині джерела струму (Аїст і роботи, що здійснюється проти сил опору середовища (А"), тобто Аст = Аїст + А" Величина, що дорівнює відношенню роботи, яку здійснюють сторонні сили при переміщенні точкового позитивного заряду вздовж усього ланцюга, включаючи і джерело струму, до заряду, називається електрорушійною силою джерела струму: АБО: Електрорушійна сила (ЕРС) - Робота, що здійснюється сторонніми силами всередині джерела при переміщенні між його полюсами одиничного заряду Електродвигуна сила , як і напруга, вимірюється в вольтах.Можна говорити про електрорушійну силу на будь-якій ділянці ланцюга.Це питома робота сторонніх сил не у всьому контурі, а тільки на даній ділянці.ЕДС гальванічного елемента є робота сторонніх сил при переміщенні одиничного позитивного заряду всередині елемента одного полюса до іншого. Робота сторонніх сил може бути виражена через різницю потенціалів, оскільки сторонні сили непотенціальні та його робота залежить від форми траєкторії. Так, наприклад, робота сторонніх сил при переміщенні заряду між клем струму поза самим джерелом дорівнює нулю. У формулі ми використовували: - електрорушійна сила (ЕРС) - робота (Дж) - заряд (Кл) - напруженість поля сторонніх сил (В) - різниця потенціалів джерела - робота сторонніх сил проти механічного опору середовища джерела (Дж) Квиток 8.Магнітне поле . Взаємодія струмів. Магнітні явища були відомі ще у стародавньому світі. Компас був винайдений понад 4500 років тому. У Європі він виник приблизно в XII столітті нової ери. Однак лише в XIX столітті було виявлено зв'язок між електрикою та магнетизмом і виникло уявлення про магнітне поле. Першими експериментами (проведені в 1820 р.), що показали, що між електричними та магнітними явищами є глибокий зв'язок, були досліди датського фізика Х. Ерстеда. Ці досліди показали, що на магнітну стрілку, розташовану поблизу провідника зі струмом, діють сили, які прагнуть її повернути. У тому ж році французький фізика. Ампер спостерігав силову взаємодію двох провідників із струмами та встановив закон взаємодії струмів. За сучасними уявленнями, провідники зі струмом надають силову дію один на одного не безпосередньо, а через навколишні магнітні поля. Джерелами магнітного поля є електричні заряди (струми), що рухаються. Магнітне поле виникає в просторі, що оточує провідники зі струмом, подібно до того, як у просторі, що оточує нерухомі електричні заряди, виникає електричне поле. Магнітне поле постійних магнітів також створюється електричними мікрострумами, що циркулюють усередині молекул речовини (гіпотеза Ампера). Вчені XIX століття намагалися створити теорію магнітного поля за аналогією з електростатикою, вводячи в розгляд так звані магнітні заряди двох знаків (наприклад, північний і південний S полюси магнітної стрілки). Проте досвід показує, що ізольованих магнітних зарядів немає. Магнітне поле струмів відрізняється від електричного поля. Магнітне поле, на відміну від електричного, надає силову дію тільки на заряди (струми), що рухаються. Для опису магнітного поля необхідно ввести силову характеристику поля, аналогічну вектор напруженості електричного поля. Такою характеристикою є вектор магнітної індукції, який визначає сили, що діють на струми або заряди, що рухаються, в магнітному полі. За позитивний напрямок вектора приймається напрямок від південного полюса S до північного полюса N магнітної стрілки, що вільно орієнтується в магнітному полі. Таким чином, досліджуючи магнітне поле, створюване струмом або постійним магнітом, за допомогою маленької магнітної стрілки, можна в кожній точці простору визначити напрямок вектора Таке дослідження дозволяє наочно уявити просторову структуру магнітного поля. Аналогічно силовим лініям в електростатиці можна побудувати лінії магнітної індукції, у кожній точці яких вектор спрямований на дотичній. Приклад ліній магнітної індукції полів постійного магніту та котушки зі струмом наведено на рис. 1.16.1. Малюнок 1.16.1. Лінії магнітної індукції полів постійного магніту та котушки зі струмом. Індикаторні магнітні стрілки орієнтуються за напрямком до ліній індукції Зверніть увагу на аналогію магнітних полів постійного магніту і котушки зі струмом. Лінії магнітної індукції завжди замкнуті, вони ніде не обриваються. Це означає, що магнітне поле немає джерел - магнітних зарядів. Силові поля, що мають цю властивість, називаються вихровими. Картину магнітної індукції можна спостерігати за допомогою дрібної залізної тирси, яка в магнітному полі намагнічується і, подібно до маленьких магнітних стрілок, орієнтується вздовж ліній індукції. Одиниця виміру В (Тл)-Тесла (на честь англ.фізика) Взаємодія струмів: МАГНІТНЕ ПОЛЕ - це особливий вид матерії, за допомогою якої здійснюється взаємодія між зарядженими частинками, що рухаються електрично. ВЛАСТИВОСТІ (стаціонарного) МАГНІТНОГО ПОЛЯ Постійне (або стаціонарне) магнітне поле - це магнітне поле, що незмінюється в часі. 1. Магнітне поле створюється зарядженими частинками і тілами, що рухаються, провідниками зі струмом, постійними магнітами. 2. Магнітне поле діє на заряджені частинки і тіла, що рухаються, на провідники зі струмом, на постійні магніти, на рамку зі струмом. 3. Магнітне поле вихрове, тобто. немає джерела. МАГНІТНІ СИЛИ - це сили, із якими провідники зі струмом діють друг на друга. .................. МАГНІТНА ІНДУКЦІЯ - це силова характеристика магнітного поля. Вектор магнітної індукції спрямований завжди так, як зорієнтована магнітна стрілка, що вільно обертається, в магнітному полі. Одиниця виміру магнітної індукції в системі СІ: ЛІНІЇ МАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ - це лінії, що стосуються якої у будь-якій її точці є вектор магнітної індукції. Однорідне магнітне поле - це магнітне поле, у якого в будь-якій його точці вектор магнітної індукції незмінний за величиною та напрямом; спостерігається між пластинами плоского конденсатора, усередині соленоїда (якщо його діаметр набагато менше його довжини) або всередині смугового магніту. Магнітне поле прямого провідника зі струмом: або де напрямок струму в провіднику на нас перпендикулярно площині листа, - напрям струму в провіднику від нас перпендикулярно площині листа. Магнітне поле соленоїда: Магнітне поле смугового магніту: - аналогічно магнітному полю соленоїда. ВЛАСТИВОСТІ ЛІНІЙ МАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ * мають напрямок; * безперервні; * замкнуті (тобто магнітне поле є вихровим); * Не перетинаються; * за їх густотою судять про величину магнітної індукції. НАПРЯМОК ЛІНІЙ МАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ - визначається за правилом буравчика або за правилом правої руки. Правило буравчика (в основному для прямого провідника зі струмом): Якщо напрямок поступального руху буравчика збігається з напрямком струму у провіднику, то напрямок обертання ручки буравчика збігається з напрямком ліній магнітного поля струму. Правило правої руки (в основному для визначення напрямку магнітних ліній усередині соленоїда): Якщо обхопити соленоїд долонею правої руки так, щоб чотири пальці були направлені вздовж струму у витках, то відставлений великий палець покаже напрямок ліній магнітного поля всередині соленоїда. Квиток 9. Електромагнітна індукція. Явище електромагнітної індукції - виникнення електричного струму в замкненому провідному контурі, який або спочиває в змінному в часі магнітному полі, або рухається в постійному магнітному полі так, що кількість ліній магнітної індукції, що пронизують контур, змінюється. Чим швидше змінюється кількість ліній магнітної індукції, тим більший індукційний струм. Способи отримання індукційного струму........... 1. переміщення магніту та котушки щодо один одного; 2. переміщення однієї котушки щодо іншої; 3. зміна сили струму в одній із котушок; 4. замикання та розмикання ланцюга; 5. переміщення сердечника; МАГНІТНИЙ ПОТІК (або потік магнітної індукції) Магнітним потоком через поверхню площею S називають величину, рівну добутку модуля вектора магнітної індукції на площу S і косинус кута між векторами В і n. Магнітний потік пропрціональний числу ліній магнітної індукції, що пронизують поверхню площею S. Магнітний потік характеризує розподіл магнітного поля поверхнею, обмеженою контуром. Магнітний потік 1Вб створюється однорідним магнітним полем з індукцією 1Тл через поверхню площею 1м2, розташованої перпендикулярно вектору магнітної індукції. НАПРЯМОК ІНДУКЦІЙНОГО СТРУМУ Прямолінійний провідник Напрямок індукційного струму визначається за правилом правої руки: Якщо поставити праву руку так, щоб вектор магнітної індукції входив у долоню, відставлений на 90 градусів великий палець вказував напрямок вектора швидкості, то випрямлені 4 . Замкнений контур Напрямок індукційного струму в замкнутому контурі визначається за правилом Ленца. Правило Ленца Індукційний струм, що виникає в замкнутому контурі, своїм магнітним полем протидіє зміні магнітного потоку, яким він викликаний. Застосування правила Ленца 1. показати напрямок вектора зовнішнього магнітного поля; 2. визначити збільшується або зменшується магнітний потік через контур; 3. показати напрямок вектору Ві магнітного поля індукційного струму (при зменшенні магнітного потоку вектора В зовнішнього м.поля і Вi магнітного поля індукційного струму повинні бути спрямовані однаково, а при збільшенні магнітного потоку В і Вi повинні бути спрямовані протилежно); 4. за правилом буравчика визначити напрямок індукційного струму в контурі. Квиток 10. Сила Ампера. Правило лівої руки. СИЛА АМПЕРА – це сила, з якою магнітне поле діє на провідник зі струмом. Модуль сили Ампера дорівнює добутку сили струму у провіднику на модуль вектора магнітної індуції, довжину провідника та синус кута між вектором магнітної індукції та напрямком струму у провіднику. Сила Ампера максимальна, якщо вектор магнітної індукції перпендикулярний до провідника. Якщо вектор магнітної індукції паралельний провіднику, то магнітне поле не має жодного на провідник зі струмом, тобто. сила Ампера дорівнює нулю. Напрямок сили Ампера визначається за правилом лівої руки: Якщо ліву руку розташувати так, щоб перпендикулярна провіднику складова вектора магнітної індукції входила в долоню, а 4 витягнуті пальці були направлені у напрямку струму, то відігнутий на 90 градусів великий палець покаже напрямок сили, що діє зі струмом. Приклади: або ДІЯ МАГНІТНОГО ПОЛЯ НА РАМКУ З СТРУМОМ Однорідне магнітне поле орієнтує рамку (тобто створюється момент, що обертає, і рамка повертається в положення, коли вектор магнітної індукції перпендикулярний площині рамки). Неоднорідне магнітне поле орієнтує + притягує або відштовхує рамку зі струмом. Квиток 11. Сила Лоренца. Правило лівої руки Сила Лоренца - сила, що діє з боку магнітного поля на електричну заряджену частинку, що рухається. де q – заряд частинки; V – швидкість заряду; B – індукції магнітного поля; a - кут між вектором швидкості заряду та вектором магнітної індукції. Напрямок сили Лоренца визначається за правилом лівої руки: Якщо поставити ліву руку так, щоб перпендикулярна швидкості складова вектора індукції входила в долоню, а чотири пальці були б розташовані у напрямку швидкості руху позитивного заряду (або проти напрямку швидкості негативного заряду), то відігнутий великий палець вкаже напрямок сили Лоренца. Оскільки сила Лоренца завжди перпендикулярна швидкості заряду, вона не виконує роботи (тобто. не змінює величину швидкості заряду та її кінетичну енергію). Якщо заряджена частка рухається паралельно силовим лініям магнітного поля, то Fл = 0 і заряд у магнітному полі рухається рівномірно і прямолінійно. Якщо заряджена частка рухається перпендикулярно силовим лініям магнітного поля, то сила Лоренца є відцентровою і створює відцентрове прискорення рівне У цьому випадку частка рухається по колу. . Відповідно до другого закону Ньютона: сила Лоренца дорівнює добутку маси частки на доцентрове прискорення тоді радіус кола, а період звернення заряду в магнітному полі. . Квиток 12.ЭДС індукції в провідниках, що рухаються. Прямолінійний провідник АВ рухається в магнітному полі з індукцією по провідних шинах, які замкнені на гальванометр. На електричні заряди, що переміщуються разом із провідником у магнітному полі, діє сила Лоренца: Fл = /q/vB sin a q – заряд (Кл) V – швидкість (м/с) B – магнітна індукція (Тл) Її напрямок можна визначити за правилом ліву руку. Під дією сили Лоренца всередині провідника відбувається розподіл позитивних та негативних зарядів уздовж усієї довжини провідника l. Сила Лоренца є у разі сторонньої силою, й у провіднику виникає ЕРС індукції, але в кінцях провідника АВ виникає різницю потенціалів. Причина виникнення ЕРС індукції в провіднику, що рухається, пояснюється дією сили Лоренца на вільні заряди. ЗАВДАННЯ. 1. При якому напрямку руху контуру в магнітному полі в контурі виникатиме індукційний струм? 2. Вкажіть напрямок індукційного струму в контурі під час введення його в однорідне магнітне поле. 3. Як зміниться магнітний потік у рамці, якщо рамку повернути на 90 градусів із положення 1 до положення 2? 4. Чи виникатиме індукційний струм у провідниках, якщо вони рухаються так, як показано на малюнку? 5. Визначити напрямок індукційного струму у провіднику АБ, що рухається в однорідному магнітному полі. 6. Вказати правильний напрямок індукційного струму в контурах. Квиток 13. Електричні станції. Електростанція - електрична станція, сукупність установок, обладнання та апаратури, що використовуються безпосередньо для виробництва електричної енергії, а також необхідні для цієї споруди та будівлі, розташовані на певній території. 1.ТЕС Відповідно до загальноприйнятого визначення, теплові електростанції - це електростанції, що виробляють електроенергію за допомогою перетворення хімічної енергії палива на механічну енергію обертання валу електрогенератора. Перші ТЕС з'явилися ще наприкінці XIX століття в Нью-Йорку (1882), а в 1883 перша теплова електростанція була побудована в Росії (С.Петербург). З моменту своєї появи, саме ТЕС набули найбільшого поширення, враховуючи дедалі більшу енергетичну потребу техногенного століття. Аж до середини 70-х років минулого століття саме експлуатація ТЕС була домінуючим способом отримання електроенергії. Наприклад, США та СРСР частка ТЕС серед усієї отримуваної електроенергії становила 80%, тоді як у всьому світі - близько 73-75%. Це вище визначення хоч і ємне, але не завжди зрозуміле. Спробуємо пояснити загальний принцип роботи теплових електростанцій будь-якого типу. Вироблення електрики в ТЕС відбуватися з участю безлічі послідовних етапів, але загальний принцип роботи дуже простий. Спочатку паливо спалюється в спеціальній камері згоряння (паровому котлі), при цьому виділяється велика кількість тепла, яке перетворює воду, що циркулює за спеціальними системами труб розташованими всередині котла, в пару. Постійно наростаючий тиск пари обертає ротор турбіни, яка передає енергію обертання на вал генератора, і в результаті виробляється електричний струм. Система пар/вода замкнена. Пара, після проходження через турбіну, конденсується і знову перетворюється на воду, яка додатково проходить через систему підігрівачів і знову потрапляє до парового казана. Існує кілька типів теплових електростанцій. В даний час серед ТЕС найбільше теплових паротурбінних електростанцій (ТПЕМ). В електростанціях такого типу, теплова енергія палива, що спалюється, використовується в парогенераторі, де досягається дуже високий тиск водяної пари, що приводить в рух ротор турбіни і, відповідно, генератор. Як паливо, на таких теплоелектростанціях використовується мазут або дизель, а також природний газ, вугілля, торф, сланці, тобто всі види палива. ККД ТПЕС становить близько 40 %, які потужність може досягати 3-6 ГВт. 2.ГЕС Гідроелектростанція (ГЕС) - електростанція, яка як джерело енергії використовує енергію водного потоку. Гідроелектростанції зазвичай будують на річках, споруджуючи греблі та водосховища. Для ефективного виробництва електроенергії на ГЕС необхідні два основні фактори: гарантована забезпеченість водою цілий рік і можливі великі ухили річки, сприяють гідробудівництву каньйоноподібні види рельєфу. Принцип роботи Принцип роботи ГЕС є досить простим. Ланцюг гідротехнічних споруд забезпечує необхідний напір води, що надходить на лопаті гідротурбіни, що приводить у дію генератори, що виробляють електроенергію. Необхідний тиск води утворюється за допомогою будівництва греблі, і як наслідок концентрації річки в певному місці, або деривацією - природним струмом води. У деяких випадках для отримання необхідного напору води використовують спільно і греблю, і деривацію. Безпосередньо у самому будинку гідроелектростанції розташовується все енергетичне устаткування. Залежно від призначення воно має свій певний поділ. У машинному залі розташовані гідроагрегати, що безпосередньо перетворюють енергію струму води в електричну енергію. Є ще різноманітне додаткове обладнання, пристрої управління та контролю за роботою ГЕС, трансформаторна станція, розподільні пристрої та багато іншого. Гідроелектричні станції поділяються залежно від вироблюваної потужності: потужні - виробляють від 25 МВт і вище; * Середні - до 25 МВт; * малі гідроелектростанції - до 5 МВт. Потужність ГЕС залежить від напору та витрати води, а також від ККД використовуваних турбін та генераторів. Через те, що за природними законами рівень води постійно змінюється, залежно від сезону, а також ще з низки причин, як вираз потужності гідроелектричної станції прийнято брати циклічну потужність. Наприклад, розрізняють річний, місячний, тижневий чи добовий цикли роботи гідроелектростанції. Типова для гірських районів Китаю мала ГЕС (ГЕС Хоуцзибао, повіт Сіншань округу Ічан, пров. Хубей). Вода надходить з гори чорним трубопроводом Гідроелектростанції також діляться залежно від максимального використання напору води: * Високонапірні - понад 60 м; * Середньонапірні - від 25 м; * низьконапірні – від 3 до 25 м. і комплекс необхідних систем, пристроїв, обладнання та споруд з необхідними працівниками (персоналом) Принцип дії атомних електростанцій багато в чому схожий на дію електростанцій на органічному паливі. Головна відмінність – це паливо. На атомній електростанції застосовується уран - попередньо збагачена природна руда, і пар виробляється у вигляді розщеплення ядра, а чи не спалювання нафти, газу чи вугілля. Атомні електростанції не спалюють паливо, завдяки чому не забруднюється атмосфера. Процес відбувається так: Крихітні частки урану, які називаються атоми, розщеплюються. Під час розщеплення вивільняються ще малі елементи атома - нейтрони. Нейтрони зіштовхуються з атомами урану, у результаті виділяється тепло, необхідне вироблення електрики. Квиток 14. Типи ЕС. Вплив ЕС на оточ. середу. Навколишнє середовище - основа життя людини, а викопні ресурси і енергія, що виробляється з них, є основою сучасної цивілізації. Без енергетики людство не має майбутнього, це очевидний факт. Проте сучасна енергетика завдає відчутної шкоди довкіллю, що погіршує умови життя людей. Основа сучасної енергетики – різні типи електростанцій. На зорі розвитку вітчизняної індустрії, 70 років тому, основна ставка була зроблена на великі ТЕС. На той час про вплив ТЕС на довкілля замислювалися мало, оскільки першочерговим завданням було отримання електроенергії та тепла. Технологія виробництва електричної енергії на ТЕС пов'язана з великою кількістю відходів, що викидаються у навколишнє середовище. Сьогодні проблема впливу енергетики на природу стає особливо гострою, оскільки забруднення навколишнього середовища, атмосфери та гідросфери з кожним роком дедалі зростає. Якщо врахувати, що масштаби енергоспоживання постійно збільшуються, то відповідно збільшується негативний вплив енергетики на природу. Якщо в період становлення енергетики в нашій країні насамперед керувалися доцільністю з погляду економічних витрат, то сьогодні все частіше під час будівництва та експлуатації об'єктів енергетики на перший план висуваються питання їх впливу на екологію. Теплові електростанції працюють на відносно дешевому органічному паливі – вугіллі та мазуті, це непоправні природні ресурси. Сьогодні основними енергетичними ресурсами у світі є вугілля (40%), нафта (27%) та газ (21%). За деякими оцінками цих запасів вистачить на 270, 50 і 70 років відповідно і за умови збереження нинішніх темпів споживання. При спалюванні палива на ТЕС утворюються продукти згоряння, в яких містяться: летюча зола, частки незгорілого пилоподібного палива, сірчаний та сірчистий ангідрид, оксид азоту, газоподібні продукти неповного згоряння. При запаленні мазуту утворюються сполуки ванадію, коксу, солі натрію, частинки сажі. У золі деяких видів палива присутні миш'як, вільний діоксид кальцію, вільний діоксид кремнію, які завдають значної шкоди всьому живому. Забруднюють довкілля та стічні виробничі води ТЕС, що містять нафтопродукти. Ці води станція скидає після хімічних промивок обладнання, поверхонь нагрівання парових котлів та систем гідрозоловидалення. Окис сірки, що потрапляє з викидами в атмосферу, завдає великої шкоди тварині та рослинному світу, вона руйнує хлорофіл, наявний у рослинах, ушкоджує листя та хвою. Окис вуглецю, потрапляючи в організм людини та тварин, з'єднується з гемоглобіном крові, внаслідок чого в організмі виникає нестача кисню, і, як наслідок, відбуваються різні порушення нервової системи. Оксид азоту знижує прозорість атмосфери та сприяє утворенню смогу. Пентаксид ванадію, що є у складі золи, відрізняється високою токсичністю, при попаданні в дихальні шляхи людини і тварин, він викликає сильне роздратування, порушує діяльність нервової системи, кровообіг і обмін речовин. Своєрідний канцероген бензапірен може спричинити онкологічні хвороби. ГЕС. Найбільшою галуззю водокористування є гідроенергетика. При спорудженні рівнинних ГЕС негативним моментом є затоплення великих територій. Для зниження площі затоплення земель потрібне спорудження захисних дамб. Необхідно стежити за рівнем води у водосховищах, щоб уникнути тимчасового затоплення берегів; очищати ложе майбутнього водосховища від чагарників, дерев, тощо; на водосховищах створювати умови у розвиток рибних господарств, оскільки ГЕС завдають шкоди як сільському господарству, а й рибальському промислу. Всі гідроелектростанції завдають колосальної шкоди рибному промислу. Раніше події йшли у постійній еволюційній послідовності: весняна повінь, хід риби на нерест, скочування молоді у море. А зараз гідроелектростанції цей порядок порушують. Повінь, звана попуском води, походить серед зими, до весни крижаний шар осідає на затоплені острови, придушує зимуючу рибу в зимувальних ямах, порушуючи біологічні терміни дозрівання ікри. А це означає, що пройде два роки, перш ніж незріла ікра розсмокчеться і закладеться нова. Водосховища підвищують вологість повітря, сприяють зміні вітрового режиму в прибережній зоні, а також температурний і крижаний режим водостоку. Це призводить до зміни природних умов, що позначається на господарській діяльності населення та життя тварин. Виробництво робіт з будівництва ГЕС слід проектувати з мінімальним екологічним збитком природи. При розробці необхідно раціонально вибирати кар'єр, розташування доріг і т.д. По завершенню будівництва мають бути проведені роботи з рекультивації порушення земель та озеленення території. Найефективнішим природоохоронним заходом є інженерний захист. Будівництво гребель скорочує територію затоплення земель, зберігаючи її для сільськогосподарського використання; зменшує площу мілководій; зберігає природні комплекси; покращує санітарні умови водосховища. Якщо будівництво дамби економічно не виправдалося, то мілководдя можна використовуватиме розведення птахів чи інших господарських потреб. АЕС. Зазвичай, коли говорять про радіаційне забруднення, мають на увазі гамма-випромінювання, яке легко вловлюється лічильниками Гейгера та дозиметрами на їх основі. У той же час є чимало бета-випромінювачів, які погано виявляються наявними масовими приладами. Також як радіоактивний йод концентрується в щитовидній залозі, викликаючи її ураження, радіоізотопи інертних газів, які в 70-ті роки вважалися абсолютно нешкідливими для всього живого, накопичуються в деяких клітинних структурах рослин (хлоропластах, мітохондріях та клітинних мембранах). Одним з основних інертних газів, що викидаються, є криптон-85. Кількість криптону-85 в атмосфері (переважно за рахунок роботи АЕС) збільшується на 5% на рік. Ще один радіоактивний ізотоп, що не вловлюється ніякими фільтрами і у великих кількостях виробляється будь-якою АЕС - вуглець-14. Є підстави припускати, що накопичення вуглецю-14 в атмосфері (як CO2) веде до різкого уповільнення зростання дерев. Нині у складі атмосфери кількість вуглецю-14 збільшено на 25% порівняно з доатомною ерою. Важливою особливістю можливого впливу АЕС на навколишнє середовище є необхідність демонтажу та поховання елементів обладнання, що мають радіоактивність, після закінчення терміну служби або з інших причин. Досі такі операції проводилися лише на кількох експериментальних установках. При нормальній роботі у навколишнє середовище потрапляють лише деякі ядра газоподібних і летких елементів типу криптону, ксенону, йоду. Розрахунки показують, що навіть при збільшенні потужностей атомної енергетики в 40 разів її внесок у глобальне радіоактивне забруднення становитиме трохи більше 1% рівня природної радіації планети. На електростанціях з киплячими реакторами (одноконтурними) більшість радіоактивних летких речовин виділяється з теплоносія в конденсаторах турбін, звідки разом з газами радіолізу води викидаються ежекторами у вигляді парогазової суміші в спеціальні камери, бокси або газгольдери витримки для первинної обробки або спалювання. Решта газоподібних ізотопів виділяється при дезактивації розчинів у баках витримки. На електростанціях з реакторами, що охолоджуються водою під тиском, газоподібні радіоактивні відходи виділяються у баках витримки. Газоподібні та аерозольні відходи з монтажних просторів, боксів парогенераторів та насосів, захисних кожухів обладнання, ємностей з рідкими відходами виводяться за допомогою вентиляційних систем з дотриманням нормативів щодо викиду радіоактивних речовин. Повітряні потоки з вентиляторів очищаються від більшої частини аерозолів на тканинних, волокнистих, зернових та керамічних фільтрах. Перед викидом у вентиляційну трубу повітря проходить через газові відстійники, у яких відбувається розпад короткоживучих ізотопів (азота, аргону, хлору та ін.). Крім викидів, пов'язаних з радіаційним забрудненням, для АЕС, як і для ТЕС, характерні викиди теплоти, що впливають на навколишнє середовище. Прикладом може бути атомна електростанція " Вепко Саррі " . Її перший блок було пущено у грудні 1972 р., а другий - у березні 1973 р. У цьому температура води біля поверхні річки поблизу електростанції 1973г. була на H4єC вище за температуру в 1971р. і максимум температур спостерігався місяць пізніше. Виділення тепла відбувається у атмосферу, навіщо на АЕС використовуються т.зв. градирні. Вони виділяють 10-400 МДж/(мІ·год) енергії в атмосферу. Широке застосування потужних градирень висуває радий нових проблем. Витрата охолоджуючої води для типового блоку АЕС потужністю 1100 МВт з випарними градирнями становить 120 тис. т/год (при температурі води 14єC). При нормальному солевмісті підживлювальної води за рік виділяється близько 13,5 тис. т солей, що випадають на поверхню навколишньої території. До цього часу немає достовірних даних про вплив на довкілля цих факторів. На АЕС передбачаються заходи для виключення скидання стічних вод, забруднених радіоактивними речовинами. У водоймища дозволяється відводити строго певну кількість очищеної води з концентрацією радіонуклідів, що не перевищує рівень для питної води. Дійсно, систематичні спостереження за впливом АЕС на водне середовище за нормальної експлуатації не виявляють істотних змін природного радіоактивного фону. Інші відходи зберігаються в ємностях у рідкому вигляді або попередньо переводять у твердий стан, що підвищує безпеку зберігання. Квиток 15. Елементи промиш. електроніки – конденсатори. Конденсатор - це пристрій накопичення заряду. Складається з двох провідників – обкладок, розділених діелектриком. Позначення на схемі: Властивість конденсатора - накопичувати та утримувати електричні заряди характеризується його ємністю. Чим більша ємність конденсатора, тим більший накопичений ним заряд. Електроємністю системи з двох провідників називається фізична величина, яка визначається як відношення заряду q одного з провідників до різниці потенціалів Δφ між ними: У системі СІ одиниця електроємності називається фарад (Ф): Найпростіший конденсатор - система з двох плоских провідних пластин, розташованих паралельно один одному на малому в порівнянні з розмірами пластин відстані і розділених шаром діелектрика. Такий конденсатор називається плоским. Залежно від діелектрика, що застосовується, конденсатори бувають паперовими, слюдяними, повітряними. Використовуючи як діелектрик замість повітря слюду, папір, кераміку та інші матеріали з високою діелектричною проникністю, вдається при тих же розмірах конденсатора збільшити в кілька разів його ємність. Для того, щоб збільшити площі електродів конденсатора, його роблять багатошаровим. Рис. 182. Плоский (а) та циліндричний (б) конденсатори В електротехнічних установках змінного струму зазвичай застосовують силові конденсатори. У них електродами служать довгі смуги з алюмінієвої, свинцевої або мідної фольги, розділені декількома шарами спеціального (конденсаторного) паперу, просоченого нафтовими маслами або синтетичними рідинами. Стрічки фольги 2 і паперу 1 змотують в рулони (рис. 185), сушать, просочують парафіном і поміщають у вигляді однієї або декількох секцій металевий або картонний корпус. Необхідна робоча напруга конденсатора забезпечується послідовною, паралельною або послідовно-паралельною сполуками окремих секцій. Способи з'єднання конденсаторів. Конденсатори можна з'єднувати послідовно та паралельно. При послідовному Мал. 187. Послідовне (а) та паралельне (б) з'єднання конденсаторів. Конденсатори знаходять застосування практично у всіх галузях електротехніки. 1.Конденсатори (спільно з котушками індуктивності та/або резисторами) використовуються для побудови різних ланцюгів з частотно-залежними властивостями, зокрема, фільтрів, ланцюгів зворотного зв'язку, коливальних контурів тощо. 2.При швидкому розряді конденсатора можна отримати імпульс великий потужності, наприклад, у фотоспалахах, електромагнітних прискорювачах, імпульсних лазерах з оптичним накачуванням, генераторах Маркса, (ГІН; ГІТ), генераторах Кокрофта-Уолтона і т.д. п. 3. Оскільки конденсатор здатний тривалий час зберігати заряд, його можна використовувати як елемент пам'яті або пристрою зберігання електричної енергії. 4.Вимірювача рівня рідини. Непровідна рідина заповнює простір між обкладками конденсатора, і ємність конденсатора змінюється в залежності від рівня 5.Акумуляторів електричної енергії. В цьому випадку на обкладках конденсатора має бути достатньо постійне значення напруги та струму розряду. При цьому сам розряд має бути значним за часом. В даний час йдуть досвідчені розробки електромобілів та гібридів із застосуванням конденсаторів. Так само існують деякі моделі трамваїв, в яких конденсатори застосовуються для живлення тягових електродвигунів при русі по знеструмлених ділянках. Квиток 16. Діелектрики. Діелектрики (ізолятори) – речовини, які погано проводять або зовсім не проводять електричний струм. До діелектриків відносять повітря, деякі гази, скло, пластмаси, різні смоли, багато видів гуми. У таких тілах немає вільних заряджених електричних частинок, здатних переміщатися в тілі під дією зовнішнього електричного поля. Речовини, що не містять вільних електрично заряджених частинок, називають діелектриками або ізоляторами. Види: 1. Тверді (скло, кераміка, пластмаса, гума та ін.) 2. Рідкі (трансформаторне масло, яким заливають силові трансформатори, з усіх рідких електроізоляційних матеріалів знаходить найбільше застосування в електротехніці; Конденсаторне масло служить для просочування паперових конденсаторів, силових, призначених для компенсації індуктивного зсуву фаз.При просоченні паперового діелектрика підвищується як його діелектрична проникність, так і електрична міцність, те й інше дає можливість зменшити габарити, масу та вартість конденсатора при заданих робочій напрузі, частоті та ємності; силових електричних кабелів, просочуючи паперову ізоляцію цих кабелів, вони підвищують її електричну міцність, а також сприяють відводу тепла втрат.Кабельні масла бувають різних типів. силу своєї загальної поширеності навіть крім нашої волі часто входить до складу електричних пристроїв і грає в них роль електричної ізоляції, додаткової до твердих або рідких електроізоляційних матеріалів. В окремих частинах електричних установок, наприклад, на ділянках повітряних ліній електропередачі між опорами, повітря утворює єдину ізоляцію між голими проводами лінії. При недостатньо ретельно проведеному просочення ізоляції електричних машин, кабелів, конденсаторів у ній можуть залишатися повітряні включення, часто дуже небажані, так як вони при високій робочій напрузі ізоляції можуть стати осередками утворення іонізації, азот). Властивості: 1.Електричні - електропровідність(Будь-який радіотехнічний матеріал - провідник, напівпровідник або діелектрик - проводить електричний струм. Але в діелектриках протікають струми дуже малої величини, якщо навіть вони знаходяться під впливом великої напруги (500 В і вище).Електричний струм у діелектриках - це спрямований рух електронів та іонів: позитивних та (або) негативних іонів). 2.Теплові (Нагрівостійкість - здатність електроізоляційних матеріалів та виробів без шкоди для них витримувати вплив високої температури та різких змін температури. Визначають за температурою, при якій спостерігається суттєва зміна механічних та електричних властивостей, наприклад, в органічних діелектриках починається деформація розтягування або вигину під навантаженням .Теплопровідність - процес передачі тепла в матеріалі). 3.Вологові (Вологостійка - це надійність експлуатації ізоляції при знаходженні її в атмосфері водяної пари близької до насичення. Вологостійкість оцінюють по зміні електричних, механічних та інших фізичних властивостей після знаходження матеріалу в атмосфері з підвищеною і високою вологістю; за волого- і водопроникністю; Вологопроникність - здатність матеріалу пропускати пари вологи при наявності різниці відносних вологостей повітря з двох сторін матеріалу. у воду.Тропикостійкість та тропікалізація обладнання - захист електрообладнання від вологи, цвілі, гризунів). Особливий клас - тверді діелектрики - матеріали, які у вихідному стані є рідинами, а в процесі виготовлення ізоляції - твердіють (лаки, емалі, компаунди). Квиток 17. Типи джерел світла. Джерело світла - будь-який об'єкт, що випромінює енергію у світловому спектрі. Джерела світла поділяються на: 1. Теплові (лампи розжарювання, інфрачервоні нагрівачі та ін.) ) 2. Газорозрядні (люмінесцентні лампи та ін.) Важливою характеристикою є термін служби, який вимірюється в годиннику (від 200 до 20 000 год). Розглянемо конструкцію деяких джерел. 1. Лампи розжарювання. Лампа розжарювання - електричне джерело світла, в якому тіло накалу (тугоплавкий провідник), поміщене в прозору вакуумовану або заповнену інертним газом посудину, нагрівається до високої температури за рахунок протікання через нього електричного струму, внаслідок чого випромінює в широкому спектральному діапазоні, у тому числі видиме світло. Як тіло розжарення в даний час використовується в основному спіраль зі сплавів на основі вольфраму. Дизайн сучасної лампи. На схемі: 1 – колба; 2 – порожнина колби (вакуумована або наповнена газом); 3 - тіло напруження; 4, 5 - електроди (струмові введення); 6 - гачки-тримачі тіла розжарення; 7 – ніжка лампи; 8 - зовнішня ланка струмівводу, запобіжник; 9 – корпус цоколя; 10 – ізолятор цоколя (скло); 11 - контакт денця цоколя. Переваги та недоліки ламп розжарювання Переваги: * налагодженість у масовому виробництві * мала вартість * невеликі розміри * відсутність пускорегулюючої апаратури * швидкий вихід на робочий режим * невисока чутливість до збоїв у живленні та стрибках напруги * відсутність токсичних компонентів і як наслідок відсутність необхідності в інфраструктур збору та утилізації * можливість роботи на будь-якому роді струму * можливість виготовлення ламп на різну напругу (від часток вольта до сотень вольт) * відсутність мерехтіння при роботі на змінному струмі (важливо на підприємствах). * відсутність гудіння при роботі на змінному струмі * безперервний спектр випромінювання * приємний і звичний у побуті спектр * не бояться низької та підвищеної температури навколишнього середовища, стійкі до конденсату Недоліки: * низька світлова віддача * відносно малий термін служби * крихкість, чутливість до удару та вібрації * кидок струму при включенні (приблизно десятикратний) * при термоударі або розриві нитки під напругою можливий вибух балона * різка залежність світлової віддачі та термін служби від напруги * лампи розжарювання становлять пожежну небезпеку. Через 30 хвилин після включення ламп розжарювання температура зовнішньої поверхні досягає залежно від потужності наступних величин: 25 Вт – 100 °C, 40 Вт – 145 °C, 75 Вт – 250 °C, 100 Вт – 290 °C, 200 Вт – 330 °C. При дотику ламп із текстильними матеріалами їх колба нагрівається ще сильніше. Солома, що стосується поверхні лампи потужністю 60 Вт, спалахує приблизно 67 хвилин. 2.Люмінесцентні лампи. Гідності й недоліки. До переваг люмінесцентних ламп відносяться висока світлова віддача (до 77 лм/Вт) і велика довговічність. Недоліки - висока початкова вартість лампи та світильника, шум дроселя стартера та мерехтіння. Хоча список недоліків більший, переваги настільки великі, що вже до 1952 лампи розжарювання в США були витіснені люмінесцентними лампами як основне електричне джерело світла. Квиток 18. Запобіжники, стабілізатори. Запобіжники-електричний апарат, що виконує захисну функцію (захищає електрич. ланцюг та його елементи від перегріву та займання при протіканні струму високої сили). Види: 1.Плавкий запобіжник – компонент силової електроніки одноразової дії, що виконує захисну функцію. В електричному ланцюзі плавкий запобіжник є слабкою ділянкою електричного кола, що згорає в аварійному режимі, тим самим розриваючи ланцюг і запобігаючи подальшому руйнуванню високою температурою. Запобіжники з плавкими вставками складаються з пустотілого керамічного корпусу з різьбленням на цоколі і змінною трубчастою вставкою, в яку впаяний тонкий зволікання. Автоматичні запобіжники та автоматичні вимикачі містять електромагнітний розчіплювач, що захищає мережу від коротких замикань, та біметалічний розчіплювач від тривалих перевантажень по струму. Недоліки 1. Можливість використання лише один раз. 2.Великим недоліком плавких запобіжників є конструкція, що дає можливість шунтування, тобто використання "жучків", що призводять до пожеж. 3.В ланцюгах трифазних електродвигунів при згорянні одного запобіжника ініціюється пропадання однієї фази, що може призвести до виходу з експлуатації електродвигуна (рекомендується використовувати реле контролю фаз). 4. Можливість необґрунтованої заміни на запобіжник номіналом вище. 5. Можливий перекіс фаз у трифазних електроланцюжках при великих струмах. Переваги 1.В асиметричних трифазних ланцюгах при аварії на одній фазі, харчування пропаде тільки на одній фазі, а решта дві фази продовжать далі постачати навантаження (не рекомендується таке практикувати при великих струмах, так як це може призвести до перекосу фаз) 2.Із- за більш простої конструкції, ніж у автомата захисту, майже виключена можливість т.з. "поломки механізму" - у разі аварійної ситуації запобіжник повноцінно знеструмить ланцюг. 2. Автоматичний запобіжник Основна стаття: Автоматичний вимикач Пристрій автоматичного запобіжника 1 - тумблерний вкл/вимикач 2 - механічний привід 3 - контактна система 4 - роз'єми (2 шт) 5 - тепловий розчіплювач 6 - калібрувальний гвинт 7 - електромагнітний розчіплювач 8 - ду запобіжник (правильна назва: Автоматичний вимикач, також називається "автомат захисту", "захисний автомат" або просто "автомат") складається з діелектричного корпусу, всередині якого розташовуються рухомий і нерухомий контакти. Рухомий контакт підпружинений, пружина забезпечує зусилля швидкого розчеплення контактів. Механізм розчеплення приводиться в дію одним із двох розчіплювачів: тепловим або електромагнітним. Застосування: запобіжники використовуються у додатках, де можливі навантаження: для захисту трансформаторів, двигунів, джерел живлення постійного струму, схем освітлення, контакторів, реле та іншого електрообладнання. Стабілізатори - перетворювач електричної енергії, що дозволяє отримати на виході напругу, що знаходиться в заданих межах при значно більших коливаннях вхідної напруги та опору навантаження. Види стабілізаторів: 1. Газорозрядний стабілізатор (стабілітрон) є лампою з двома холодними електродами, заповненою аргоном або неоном. При певному напрузі на електродах стабілітрона в лампі виникає розряд, що тліє, і частина катода починає світитися. При збільшенні напруги площа світіння зростає, опір лампи падає і струм, що проходить через неї, збільшується. Допустимі межі зміни вхідної напруги залежать від допустимих меж зміни струму в стабілітроні, величину яких вказують у паспорті. 2. Кремнієвий Квиток 19. Генератор постійного струму. Генератор постійного струму перетворює механічну енергію на електричну. Якір генератора приводиться у обертання будь-яким двигуном, як якого можуть бути використані електричні двигуни внутрішнього згоряння і т.д. Генератори постійного струму знаходять застосування у галузях промисловості, де за умовами виробництва необхідний чи є переважним постійний струм (на підприємствах металургійної та електролізної промисловості, на транспорті, на судах та ін.). Використовуються вони і на електростанціях як збудники синхронних генераторів і джерел постійного струму. Останнім часом у зв'язку з розвитком напівпровідникової техніки для отримання постійного струму часто застосовуються випрямні установки, але незважаючи на це генератори постійного струму продовжують знаходити широке застосування. Генератори постійного струму випускаються на потужності від кількох кіловат до 10 000 кВт. Якір має форму циліндра та набирається з окремих штампованих листів електротехнічної сталі товщиною 0,5 мм. Листи ізольовані один від одного шаром лаку або тонкого паперу. Впадини, виштамповані по колу кожного аркуша, при складанні якоря та стисканні аркушів утворюють пази, куди укладаються ізольовані провідники обмотки якоря. На валу якоря зміцнюється колектор, що складається з відділених мідних пластин, припаяних до певних місць обмотки якоря. Пластини колектора ізольовані одна від одної міканітом. Колектор служить для випрямлення струму та відведення його за допомогою нерухомих щіток у зовнішню мережу (див. далі). Електромагніти генератора постійного струму складаються із сталевих полюсних сердечників, пригорнутих болтами до станини. Станина генератора відливається із сталі. У машин дуже малої потужності станина відливається разом із полюсними сердечниками. В інших випадках сердечники полюсів набираються з окремих листів електротехнічної сталі. На сердечники надягають котушки, виготовлені із мідного ізольованого дроту. Пропущений через обмотку збудження (електромагніт) постійний струм створює магнітний потік полюсів. Для кращого розподілу магнітного потоку повітряному зазорі до ярму прикріплюють полюси з наконечниками, зібрані з окремих сталевих листів. Зовнішній ланцюг з'єднується з ланцюгом якоря машини постійного струму за допомогою щіток, укріплених у щіткотримачах, які розміщуються на щіткових болтах траверси. Болти ізолюються від траверси за допомогою ізолюючих втулок та шайб. При обертанні якоря обмотка його перетинає магнітні лінії полюсів. За законом електромагнітної індукції. Квиток 20. Проблеми та перспективи виробництва електроенергії. Одним з основних факторів, які зумовили можливість досягнення людством його нинішнього рівня техніки та технологій, стало відкриття електрики та основних способів її отримання. Електроенергію сьогодні використовують повсюдно: житлові будинки, заміська нерухомість, промислові підприємства, автомобілі, літаки тощо. Однак така висока залежність від електрики здатна в найближчому майбутньому стати однією з найбільших проблем суспільства, оскільки запаси горючих копалин і матеріалів неухильно виснажуються, а шкода, яку завдають здоров'ю людей та екології атомними та тепловими електростанціями величезний. Тому практично кожна людина, яка купує ділянку під будівництво котеджу або власний будинок, намагається вибрати місце якнайдалі від промислових об'єктів або електростанцій. Все це стало причиною активних пошуків альтернативних джерел електроенергії, які б дозволяли забезпечити електрикою всіх його споживачів, і в той же час забезпечували б якщо і не повну екологічну чистоту виробництва, то хоча б мінімальний рівень шкоди, що завдається навколишньому середовищу. Найбільш популярними сьогодні альтернативними джерелами електрики є використання сили води – гідроелектростанціями, а також енергії сонця та вітру. Однак лише ГЕС здатні дати відносно достатню кількість електроенергії, оскільки вітрогенератори займають надто велику площу, а сонячні батареї у похмурий день марні. Його суть полягає в тому, що на ряді островів слід побудувати кілька низинних басейнів, встановити вітрогенератори, сонячні панелі і звести кілька гідроелектростанцій. Отримувана від вітру і сонця електроенергія буде використана для того, щоб з цих басейнів викачувалась вода, і потім знову заповнювала їх, проходячи через лопаті гідротурбін ГЕС. Різниця температур та тиску над водою та сушею дозволить забезпечити стабільний вітер, і таким чином одержання енергії практично повністю перестане залежати від природи. Перевага такого способу видобутку електроенергії в тому, що не порушується екологія, а коефіцієнт корисної дії кожного циклу може перевищувати 75%. Перспективи розвитку енергетики Можливість енергетики народного господарства наполегливо зростає. Вона виникає внаслідок концентрації потужностей в лініях електропередачі та на електростанціях, централізації електропостачання, економному та комплексному застосуванню енергетичних ресурсів, використанню, а також розробці нових джерел енергії. Всупереч випереджальному розвитку енергетики формується непогана основа у прогресі у всіх сферах промисловості, транспорту, будівництва, сільського господарства, і звичайно ж у галузі зростання культурного рівня та достатку людей. Однак, зростаюча потреба у різних видах енергії закликає до реалізації чималих заходів щодо підвищення ефективності роботи енергетичних установок та підприємств, а також пошуку шляхів застосування та утворення нових джерел енергії. Глави держав виявляють чималу турботу про своєчасне введення в дію великих енергетичних об'єктів, більш результативного використання наявних електростанцій, прискорення спорудження ліній електропередачі, а також безперебійне забезпечення енергією населення країни та народного господарства. Для найбільш раціонального застосування енергетичних ресурсів знижують частку нафти як палива, замінюючи її вугіллям і газом, неймовірно швидко розвивається атомна енергетика, йде пошук принципово нових джерел енергії. В наш час у нашій країні та країнах ближнього зарубіжжя досягли високого рівня розвитку всі сфери енергетики – вітроенергетика, електроенергетика, гідроенергетика, теплоенергетика, ядерна та атомна енергетика. Техніки, інженери, вчені, а також передові робітники ведуть розробки та вивчення нових методів придбання та застосування енергії. На основі відкриттів у галузі ядерної фізики народилася атомна енергетика. Поява новітньої, перспективної галузі народного господарства - ядерної енергетики - було ознаменовано 1951 р. 27 червня запуском першої світі атомної електростанції потужністю 5 тис. кВт, зведеної Обнинске. Після закінчення часу в різних країнах було включено в дію понад сто атомних електростанцій спільною потужністю близько 40 млн. кВт. Також почали діяти серед них Кольська та Ленінградська атомні електростанції та інші. Потім велося будівництво ще низки атомних електростанцій. Завдяки використанню атомної енергії, на думку провідних фахівців, у перспективі працюватиме половина всіх електростанцій. До формування нових типів реакторів на швидких нейтронах спричинило розвиток техніки застосування ядерного поділу. У цих реакторах крім виробництва електроенергії, також здійснюється відтворення ядерного пального. Атомні електростанції робить економічнішими будівництво реакторів на швидких нейтронах. Вчених навели вивчення властивостей атомних ядер для відкриття технології придбання ядерної енергії, образ якого присутній синтез легких елементів. Наприклад, у злитті ядер ізотопів водню (тритію і дейтерію) утвориться ядро атома гелію і від цього видається колосальна енергія. Тим не менш, певні труднощі лежать на шляху промислового застосування енергії ядерного синтезу: потрібна висока температура (до 100 млн. ° С); необхідність реалізувати управління процесом ядерного синтезу. Вчені різних країн займаються цими проблемами. Ще одне поліпшення процесу виробництва теплових електростанціях електроенергії визначається внесенням бінарних енергетичних агрегатів. Наприклад, теплота, що виділяється на момент згоряння палива, в ртутно-водяних енергетичних установках подається парам ртуті, які, у свою чергу, роблять корисно-необхідну роботу в ртутній турбіні. Далі пари ртуті визначаються в конденсатор-випарник і всю енергію, що залишилася, дають пару, що проводить роботу в пароводяній турбіні. Наша країна досягла гігантських успіхів у розвитку гідроенергетики. Наступні поліпшення гідроенергетичної техніки спрямоване на розробку конструкцій ще більш потужних гідротурбін, а також збільшення їх корисної дії, доцільне застосування енергії води і зменшення витрат на спорудження гідротехнічних споруд. Чимала увага відводиться комплексному застосуванню гідроенергетичних ресурсів з результатом отримання електроенергії, виконання робіт з іригації земель, у створенні умов ефективності рибництва, з його збільшенням, з обов'язковим використанням заходів для охорони навколишнього середовища. Перспективною є і робота над новими гідроресурсами - енергії відливів та припливів. У ході перетворення теплоти на механічну енергію, а після механічної енергії на електричну проходять чималі втрати енергії. Внаслідок чого економніший перспективний шлях отримання електричної енергії проводиться шляхом прямого перетворення теплоти в електричну енергію. Це втілюється насправді в магніто-гідродинамічних генераторах, термоелектронних та термоелектричних елементах. На момент високих температур відбувається іонізація газів, деякі гази в цей час перетворюються на плазму. Якщо ж пропустити плазму при великій швидкості в тісно-обмеженому каналі всередині полюсів магніту, то на протилежних стінках каналу з'явиться електрична напруга. Цим самим виходить магніто-гідродинамічний генератор. Виробляються потужні такі генератори, але час їх промислового застосування стоїть радий вирішення проблем у створенні не дорогих матеріалів, і видачі сильних магнітних полів. Також прогресивні методи отримання електроенергії рахунок прямого перетворення енергії хімічних зв'язків. Акумулятори та гальванічні елементи, де здійснюється таке перетворення, використовують давно. Тим не менш, їх не застосовують з метою енергетичних установок, тому що вони не забезпечують необхідне безперервне отримання електроенергії і мають занадто обмежений запас хімічного пального. У цьому плані найпрогресивнішими є паливні елементи як значні частини електрохімічних генераторів. Електрична енергія в паливному елементі утворюється рахунок окислювача у присутності каталізатора і окислювально-відновної реакції палива. Наприклад, як каталізатор може бути срібло, платина, як окислювач кисень, як паливо водень; тоді виходить киснево-водневий паливний елемент. Резерв хімічного пального в киснево-водневих паливних елементах постійно поповнюється: металеві пластини вміщені у розчині електроліту, що пропускають у свою чергу водень та кисень; реакція з'єднання водню з киснем відбувається у цьому розчині, після чого на пластинах утворюється електрична напруга. Вчені продовжують працювати над подальшим удосконаленням: зміною водню природним газом, збільшенням потужності елементів. Застосування напівпровідникових матеріалів у термоелектричній технології отримання електроенергії є перспективним у енергетичних цілях, перетворення сонячної енергії на електроенергію. Пошук нових джерел енергії продовжують здійснювати інженери та вчені, що найбільш надають та ефективні методи її отримання, вживання та передачі. Квиток 21. Альтернативні джерела електричної енергії. Альтернативна енергетика - сукупність перспективних способів одержання енергії, які поширені не так широко, як традиційні, проте цікаві через вигідність їх використання і, як правило, низький ризик заподіяння шкоди навколишньому середовищу. 1. Вітряна електростанція - кілька вітрогенераторів, зібраних в одному або кількох місцях. Великі вітряні електростанції можуть складатися зі 100 і більше вітрогенераторів. Іноді вітряні електростанції називають вітряними фермами. Дослідження швидкості вітру Вітряні електростанції будують у місцях із високою середньою швидкістю вітру - від 4,5 м/с і від. Попередньо проводять дослідження потенціалу місцевості. Анемометри встановлюють на висоті від 30 до 100 метрів, і протягом одного-двох років збирають інформацію про швидкість та напрям вітру. Отримані відомості можуть поєднуватися в карти доступності енергії вітру. Такі карти (і спеціальне програмне забезпечення) дозволяють потенційним інвесторам оцінити швидкість окупності проекту. Звичайні метеорологічні відомості не підходять для будівництва вітряних електростанцій: ці відомості про швидкості вітру збиралися на рівні землі (до 10 метрів) та в межах міст, або в аеропортах. У багатьох країнах карти вітрів для вітроенергетики створюються державними структурами, або з державною допомогою. Наприклад, у Канаді Міністерство розвитку та Міністерство Природних ресурсів створили Атлас вітрів Канади та WEST (Wind Energy Simulation Toolkit) – комп'ютерну модель, що дозволяє планувати встановлення вітрогенераторів у будь-якій місцевості Канади. У 2005 році Програма Розвитку ООН створила карту вітрів для 19 країн, що розвиваються. Швидкість вітру зростає із висотою. Тому вітряні електростанції будують на вершинах пагорбів або височин, а генератори встановлюють на вежах заввишки 30-60 метрів. Приймаються до уваги предмети, здатні впливати на вітер: дерева, великі будинки тощо. д. Екологічний ефект При будівництві вітряних електростанцій враховується вплив вітрогенераторів на довкілля. Закони, прийняті у Великій Британії, Німеччині, Нідерландах та Данії, обмежують рівень шуму від працюючої вітряної енергетичної установки до 45 дБ у денний час і до 35 дБ уночі. Мінімальна відстань від установки до житлових будинків – 300 м. Сучасні вітряні електростанції припиняють роботу під час сезонного перельоту птахів. 2. Сонячна електростанція - інженерна споруда, що служить перетворення сонячної радіації на електричну енергію. Способи перетворення сонячної радіації є різними і залежать від конструкції електростанції. Дані електростанції ґрунтуються на принципі отримання водяної пари з використанням сонячної радіації. У центрі станції стоїть вежа висотою від 18 до 24 метрів (залежно від потужності та деяких інших параметрів висота може бути більшою або меншою), на вершині якої знаходиться резервуар з водою. Цей резервуар пофарбований у чорний колір для поглинання випромінювання. Також у цій вежі знаходиться насосна група, що доставляє пар на турбогенератор, що знаходиться поза вежею. По колу від вежі на деякій відстані розташовуються геліостати. Геліостат - дзеркало площею кілька квадратних метрів, закріплене на опорі і підключене до загальної системи позиціонування. Тобто, залежно від положення сонця, дзеркало змінюватиме свою орієнтацію у просторі. Основне і найважче завдання - це позиціонування всіх дзеркал станції так, щоб будь-якої миті часу всі відбиті промені від них потрапили на резервуар. У ясну сонячну погоду температура у резервуарі може досягати 700 градусів. Такі температурні параметри використовуються більшості традиційних теплових електростанцій, тому для отримання енергії використовуються стандартні турбіни. Фактично на станціях такого типу можна отримати порівняно великий ККД (близько 20%) та високі потужності.<Солнечная башня, Севилья, Испания. Построена в 2007 году. На возобновляемые (альтернативные) источники энергии приходится всего около 5 % мировой выработки электроэнергии в 2010г.(без ГЭС). Речь идет прежде всего о геотермальных электростанциях (ГеоТЭС), которые вырабатывают немалую часть электроэнергии в странах Центральной Америки, на Филиппинах, в Исландии; Исландия также являет собой пример страны, где термальные воды широко используются для обогрева, отопления. Приливные электростанции (ПЭС) пока имеются лишь в нескольких странах - Франции, Великобритании, Канаде, России, Индии, Китае. Солнечные электростанции (СЭС) работают более чем в 30 странах. В последнее время многие страны расширяют использование ветроэнергетических установок (ВЭУ). Больше всего их в странах Западной Европы (Дания, ФРГ, Великобритания, Нидерланды), в США, в Индии, Китае. Дания получает 25 % энергии из ветра В качестве топлива в Бразилии и других странах все чаще используют этиловый спирт. Перспективы использования возобновляемых источников энергии связаны с их экологической чистотой, низкой стоимостью эксплуатации и ожидаемым топливным дефицитом в традиционной энергетике. По оценкам Европейской комиссии к 2020 году в странах Евросоюза в индустрии возобновляемой энергетики будет создано 2,8 миллионов рабочих мест. Индустрия возобновляемой энергетики будет создавать 1,1 % ВВП. Россия может получать 10 % энергии из ветра По сравнению с США и странами ЕС использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в России находится на низком уровне. Сложившуюся ситуацию можно объяснить доступностью традиционных ископаемых энергоносителей, а также слабой озабоченностью экологической обстановкой в стране властей, бизнеса и населения. Один из основных барьеров для строительства крупных электростанций на ВИЭ - отсутствие положения о стимулирующем тарифе, по которому государство покупало бы электроэнергию, производимую на основе ВИЭ. Билет 22. Генератор постоянного тока. Генератор постоянного тока преобразует механическую энергию в электрическую. Принцип действия. Якорь генератора приводится во вращение каким-либо двигателем, в качестве которого могут быть использованы электрические двигатели внутреннего сгорания и т.д. Генераторы постоянного тока находят применение в тех отраслях промышленности, где по условиям производства необходим или является предпочтительным постоянный ток (на предприятиях металлургической и электролизной промышленности, на транспорте, на судах и др.). Используются они и на электростанциях в качестве возбудителей синхронных генераторов и источников постоянного тока. В последнее время в связи с развитием полупроводниковой техники для получения постоянного тока часто применяются выпрямительные установки, но несмотря на это генераторы постоянного тока продолжают находить широкое применение. Генераторы постоянного тока выпускаются на мощности от нескольких киловатт до 10 000 кВт. Якорь имеет форму цилиндра и набирается из отдельных штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Листы изолированы друг от друга слоем лака или тонкой бумаги. Впадины, выштампованные по окружности каждого листа, при сборке якоря и сжатии листов образуют пазы, куда укладываются изолированные проводники обмотки якоря. На валу якоря укрепляется коллектор, состоящий из отдельных медных пластин, припаянных к определенным местам обмотки якоря. Пластины коллектора изолированы друг от друга миканитом. Коллектор служит для выпрямления тока и отвода его при помощи неподвижных щеток во внешнюю сеть (см. дальше). Электромагниты генератора постоянного тока состоят из стальных полюсных сердечников, привернутых болтами к станине. Станина генератора отливается из стали. У машин очень малой мощности станина отливается вместе с полюсными сердечниками. В остальных случаях сердечники полюсов набираются из отдельных листов электротехнической стали. На сердечники надеваются катушки, изготовленные из медной изолированной проволоки. Пропущенный через обмотку возбуждения (электромагнитов) постоянный ток создает магнитный поток полюсов. Для лучшего распределения магнитного потока в воздушном зазоре к ярму прикрепляют полюсы с наконечниками, собранные из отдельных стальных листов. Внешняя цепь соединяется с цепью якоря машины постоянного тока при помощи щеток, укрепленных в щеткодержателях, которые располагаются на щеточных болтах траверсы. Болты изолируются от траверсы при помощи изолирующих втулок и шайб. При вращении якоря обмотка его пересекает магнитные линии полюсов. По закону электромагнитной индукции. ротор (якорь) статор Билет 23.Электроизоляционные материалы. Электроизоляционные материалы или диэлектрики - это материалы, которые не проводят электрический ток. В настоящее время человечество использует в качестве диэлектриков различные жидкие, твердые и газообразные материалы (см. Билет.16), которые кардинально отличаются друг от друга и все же служат одной и той же цели. Простейшим газообразным изолятором является воздух, который характеризуется нормальной температурой и атмосферным давлением. Самыми распространенными твердыми диэлектриками являются: стекло, фарфор, различные пластики, резина, а также кварц. Лине́йный изоля́тор - устройство для подвешивания и изоляции проводов и кабелей на опорах воздушной линии электропередачи (ВЛ). По материалу применяемого диэлектрика изоляторы делятся на фарфоровые, стеклянные и полимерные. Самыми распространенными изоляторами, в настоящее время, являются фарфоровые и стеклянные, причем изоляторов из закаленного стекла в настоящее время выпускают больше, чем фарфоровых. Это объясняется тем, что изоляторы из закаленного стекла имеют ряд преимуществ перед фарфоровыми: технологический процесс их изготовления может быть полностью автоматизирован и механизирован; прозрачность стекла позволяет легко обнаружить при внешнем осмотре мелкие трещины и различные внутренние дефекты; применение стеклянных изоляторов позволяет отказаться от проведения в процессе эксплуатации периодических профилактических испытаний гирлянд под напряжением, так как каждое повреждение закаленного стекла приводит к разрушению изолирующей тарелки, которое легко обнаружить при обходе линии электропередачи эксплуатационным персоналом. НО: основными недостатками стеклянных изоляторов являются ненадежная транспортировка, недостаточная антивандальная устойчивость и низкая ударопрочность. Причем ударопрочность стеклянных изоляторов повысить практически невозможно. Изолента используются для электрической изоляции проводов, деталей и соединений, находящихся под напряжением. Применяются, как в промышленности, так и в быту. Изоляционные ленты изготавливаются из мягкого поливинилхлорида (ПВХ) с нанесённым на одну сторону клеевым слоем на каучуковой основе. Хорошая изоляция при высоких напряжениях (до 5кВ), высокая устойчивость к температурным изменениям (от -20 °С до +40 °С), высокая огнестойкость. Билет 24.Электротехнические материалы. Электротехнические материалы - это те материалы, которые предопределены для действия в магнитных и электрических полях. То есть электротехнические материалы являются совокупностью магнитных, проводниковых, полупроводниковых и электроизоляционных материалов. Также к электротехническим материалам можно определить и такую электротехническую продукцию как конденсаторы, трансформаторы, электроизоляторы, кабеля и т.п. Проходя в ногу со временем необходимо понимать, что электротехнические материалы это основной ключ в получении современной электротехники. Как правило, качественные материалы определяют долговечность и надёжность любого типа электрических аппаратов, машин, установок и т.д. Магнитные материалы непосредственно имеют главное место в электротехнике, так как свойствами магнитных материалов определяются потери и получение энергии. Далее идут материалы полупроводникового типа (кремний, германий, селен), которые лежат в основе изготовления полупроводниковых приборов (платы, микросхемы, транзисторы и др.). Тем не менее, стоит отметить для получения необходимого электрооборудования с такими качествами как надёжность, прочность, долговечность, нужно разумно использовать любой электротехнический материал. Конечно же, для этого потребуются знание характеристик и свойств электротехнических материалов как физических, так и химических, что далее будет описано в данном разделе. Проводниковые материалы Проводниковым материалом считаются в основном металлы, а также различного вида сплавы из них. Так скажем чистые металлы, то есть металлы без примесей, как правило, обладают малым удельным сопротивлением. Однако ртуть обладает довольно высоким удельным сопротивлением и является исключением. Различного типа сплавы имеют высокое удельное сопротивление. Их применение осуществляется в виде ленточного и проволочного материала. Металлы без примесей используются в производстве кабелей, монтажных и обмоточных проводов, и т.п. Электроизоляционные материалы Электроизоляционные материалы обладают очень большим электрическим сопротивлением. При помощи электроизоляционных материалов осуществляют изоляцию, их ещё называют диэлектриками. Диэлектрик необходим для препятствия протекания электричества между токоведущими частями, неся в себе разный электрический потенциал, а также для защиты от короткого замыкания. Такой материал как диэлектрики делятся по химическому составу на два типа: органические и неорганические. Для всех органических диэлектриков главным элементом на молекулярном уровне является углерод. В диэлектриках неорганического типа углерод не находится. Электроизоляционные лаки и эмали Лак, по своей сути, это раствор для образования плёночно защитного вещества. Его задача заключается в создании защитной лаковой плёнки, способствует этому его физико-химический процесс. Разделяются электроизоляционные лаки на три типа: клеящие, пропиточные и покровные. Электроизоляционные компаунды Изоляционные составы - компаунды, имеют высокие электроизоляционные свойства. Сам состав во время применения бывает жидкий, а после отвердевает и становится более устойчивым. Однако в составе компаундов не находится растворителей и они делятся на несколько типов - одними из них являются заливочный и пропиточный тип. Пропиточные компаунды используют в пропитке обмоток трансформаторов, электрических аппаратов и машин. Заливочные применяют для заливки полостей с целью герметизации в электромашинах и т.п. См. предмет "Электроматериаловедение" 1 курс. Билет 25. Производство, передача и распределение электрической энергии. Электричество, потребляемое в жилых домах, учреждениях и на заводах, вырабатывается на электростанциях, большинство из них работает на угле или природном газе, используя мазут в качестве резервного топлива. Некоторые электростанции работают на основе ядерной энергии или используют энергию воды, низвергающейся с высоких плотин. В России в 2002 году теплоэлектростанциями выработано 65,6 % электроэнергии, на долю гидроэлектростанций и атомных станций пришлось 18,4 % и 16 % соответственно. (см. Билет 13,14) Необходимость Передачи электроэнергии на расстояние обусловлена тем, что электроэнергия вырабатывается крупными электростанциями с мощными агрегатами, а потребляется сравнительно маломощными электроприёмниками, распределёнными на значительной территории. Тенденция к концентрации мощностей объясняется тем, что с их ростом снижаются относительные затраты на сооружение электростанций и уменьшается стоимость вырабатываемой электроэнергии. Размещение мощных электростанций производится с учётом целого ряда факторов, таких, например, как наличие энергоресурсов, их вид, запасы и возможности транспортировки, природные условия, возможность работы в составе единой энергосистемы и т.п. Часто такие электростанции оказываются существенно удалёнными от основных центров потребления электроэнергии. От эффективности Передачи электроэнергии на расстояние зависит работа единых электроэнергетических систем, охватывающих обширные территории. Передача электроэнергии по воздуху на неограниченные расстояния является давней мечтой человечества. В настоящее время используют воздушные линии электропередач (ВЛ или ВЛЭП) и подземные (подводные) кабельные линии (КЛ). У каждого из двух способов передачи электроэнергии есть свои достоинcтва и недостатки. У ВЛ основным достоинством является относительная дешевизна строительства и хорошая ремонтопригодность. Недостатками ВЛЭП являются широкая полоса отчуждения, уязвимость для внешних воздействий и внешняя непривлекательность. У КЛ основным достоинством является отсутствие вредного воздействия на людей. Несмотря на высокую стоимость передавать электроэнергию по кабелю в земле часто бывает предпочтительно, так как опоры ЛЭП громоздки, а провода под напряжением излучают вредное электромагнитное излучение. Строительство ВЛ в черте города вообще практически невозможно из-за высокой стоимости земли и плотности застройки. Для снабжения электричеством отдаленных территорий предпочтительно использовать воздушные линии, а для снабжения электроэнергией объектов внутри границ населенных пунктов лучше использовать кабельные линии в земле. Электроэнергия должна быть безопасной! Энергетическая система (энергосистема) представляет собой совокупность электростанций, линий электропередачи, подстанций и тепловых сетей, связанных в одно целое общностью режима и непрерывностью процесса производства, преобразования и распределения электрической и тепловой энергии при общем управлении этим режимом. Частью энергетической системы является электрическая система, представляющая собой совокупность электроустановок электрических станций и электрических сетей энергосистемы. Электрическая сеть - это совокупность электроустановок для передачи и распределения электрической энергии, состоящая из подстанций, распределительных устройств, токопроводов, воздушных и кабельных линий электропередачи, работающих на определенной территории. Электроприемник - аппарат, агрегат, механизм, предназначенный для преобразования электрической энергии в другой вид энергии. Потребитель электроэнергии - один или группа электроприемников, объединенных технологическим процессом и размещающихся на определенной территории. Электроустановки, в которых производится, преобразуется, распределяется и потребляется электроэнергия, делятся в зависимости от рабочего напряжения на электроустановки напряжением до 1000 и выше 1000 В. ЖЕЛАЮ УСПЕХОВ НА ЭКЗАМЕНАХ!!!