Лекции по "Слесарь-ремонтник"

Последовательное соединение

При последовательном соединении проводников  сила тока в любых частях цепи одна и та же:

I = I₁ = I₂

Полное напряжение в цепи при  последовательном соединении, или напряжение на полюсах источника тока, равно сумме напряжений на отдельных участках цепи:

U = U₁ + U₂

Общее сопротивление цепи равно суме сопротивлений всех проводников.

Параллельное соединение

Сила тока в неразветвленной части цепи равна сумме сил токов в отдельных параллельно соединенных проводниках:

I = I₁ + I₂

Напряжение на участках цепи и на концах всех параллельно соединенных  проводников одно и то же:

U = U₁ = U₂

Величина обратная общему сопротивлению цепи равна суме обратных величин сопротивлений всех параллельно включенных проводников.

.

 

Последовательное соединение

 

Резисторы

Катушка индуктивности

Электрический конденсатор

.

 

Параллельное соединение

 

Резисторы

.

Катушка индуктивности

.

Электрический конденсатор

.

 

1.4.7. Измерение напряжения, мощности, сопротивления, и силы тока, приборы применяемые для этих измерений.

Измерение - это процесс определения физической величины с помощью технических средств. Мера - это средство измерения физической величины заданного размера. Измерительный прибор - это средство измерения, в котором вырабатывается сигнал, доступный для восприятия наблюдателем. Меры и приборы подразделяются на образцовые и рабочие. Образцовые меры и приборы служат для поверки по ним рабочих средств измерений. Рабочие меры и приборы служат для практических измерений.

Классификация электроизмерительных приборов

Электроизмерительные приборы  можно классифицировать по следующим  признакам: методу измерения; роду измеряемой величины; роду тока; степени точности; принципу действия. Существует два метода измерения: 1) метод непосредственной оценки, заключающийся в том, что в процессе измерения сразу оценивается измеряемая величина;  
2) метод сравнения, или нулевой метод, служащий основой действия приборов сравнения: мостов, компенсаторов.

 По роду измеряемой величины  различают электроизмерительные  приборы: для измерения напряжения (вольтметры, милливольтметры, гальванометры); для измерения тока (амперметры, миллиамперметры, гальванометры); для измерения мощности (ваттметры); для измерения энергии (электрические счетчики); для измерения угла сдвига фаз (фазометры); для измерения частоты тока (частотомеры); для измерения сопротивлений (омметры), и т.д.

В зависимости от рода измеряемого  тока различают приборы постоянного, переменного однофазного и переменного трехфазного тока.

По степени точности приборы  подразделяются на следующие классы точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; и 4,0. Класс  точности не должен превышать приведенной  относительной погрешности прибора, которая определяется по формуле:

где А - показания поверяемого прибора; А₀ - показания образцового прибора; A_max - максимальное значение измеряемой величины (предел измерения).

В зависимости от принципа действия различают системы электроизмерительных приборов. Приборы одной системы  обладают одинаковым принципом действия. Существуют следующие основные системы приборов: магнитоэлектрическая, электромагнитная, электродинамическая, индукционная.

Измерение тока и напряжения.

Измерение тока производится прибором, называемым амперметром. Существуют четыре схемы включения амперметра в цепь. Первые две (рис. 3.7.1) предназначены для измерения постоянного тока, а две вторые схемы - для измерения переменного тока.

Вторая и четвертая схемы  применяются в тех случаях, когда  номинальные данные амперметра меньше измеряемой величины тока. В этом случае при определении истинного значения тока нужно учитывать коэффициент преобразования:

Где I_ист - истинное значение тока, I_изм - измеренное значение тока, k_пр - коэффициент преобразования. Измерение напряжения производится вольтметром. Здесь также возможны четыре различных схемы подключения прибора (рис. 3.7.2).

В этих схемах также используются методы расширения пределов измерения напряжения (вторая и четвертая схемы).

 

Измерение мощности.

Для измерения мощности постоянного  тока достаточно измерить напряжение и ток. Результат определяется по формуле:

Метод амперметра и вольтметра пригоден и  для измерения полной мощности, а  также активной мощности переменного тока, если cosj = 1. Чаще всего измерение мощности осуществляется одним прибором - ваттметром. Для измерения мощности лучшей является электродинамическая система. Ваттметр снабжен двумя измерительными элементами в виде двух катушек: последовательной и параллельной. По первой катушке течет ток, пропорциональный нагрузке, а по второй - пропорциональный напряжению в сети. 
Угол поворота подвижной части электродинамического ваттметра пропорционален произведению тока и напряжения в измерительных катушках:

На  рис. 3.8.1 показана схема включения  ваттметра в однофазную сеть.

В трехфазных сетях для измерения мощности используют один, два и три ваттметра. 
Если нагрузка симметричная и включена "звездой", то достаточно одного ваттметра (рис. 3.8.2, а). Если в этой же схеме нагрузка несимметрична по фазам, то используются три ваттметра (рис. 3.8.2, б). В схеме соединения потребителей "треугольником" измерение мощности производится двумя ваттметрами (рис. 3.8.2, в).

 

Измерение сопротивления.

Электрическое сопротивление в  цепях постоянного тока может  быть определено косвенным методом при помощи вольтметра и амперметра. В этом случае:

Можно использовать омметр - прибор непосредственного  отсчета. Существуют две схемы омметра: а) последовательная; б) параллельная (рис. 3.9.1).

Измерение не электрических  величин электрическими методами.

Широкое распространение измерения  неэлектрических величии (температуры, угловых и линейных размеров, механических усилий и напряжений, деформаций, вибраций, химического состава и т.д.) электрическими методами обусловлено теми преимуществами, которыми они обладают по сравнению с другими методами. При этом создается возможность дистанционного измерения и контроля неэлектрических величин с пульта управления; измерения быстро изменяющихся неэлектрических величин; автоматизации управления производственным процессом.

Такие приборы состоят из датчика  и измерительного устройства. В датчиках происходит преобразование неэлектрической величины в один из параметров электрической цепи (U, I, R и т.д.):

1. Реостатные преобразователи. Работают на изменении сопротивления реостата, движок которого перемещается под воздействием измеряемой неэлектрической величины.
2. Проволочные преобразователи (тензосопротивления). Их работа основана на изменении сопротивления проволоки при ее деформации.
3. Термопреобразователи (терморезисторы, термосопротивления). В них изменяется сопротивление датчика под воздействием температуры.
4. Индуктивные преобразователи. В них при изменении положения разъемных частей магнитопровода (например, под действием силы, давления, линейного перемещения) меняется индуктивность катушки.
5. Емкостные преобразователи. Могут быть использованы в качестве датчиков перемещения, влажности, химсостава воздуха и др.
6. Фотоэлектрические преобразователи. В них измерительный прибор реагирует на изменение освещенности, температура, перемещения и др.
7. Индукционные преобразователи. Работают на принципе преобразования неэлектрической величины (например, скорости, ускорения) в индуктированную ЭДС.
8. Термоэлектрические преобразователи. Основаны на возникновении термо ЭДС и ее зависимости от температуры.
9. Пьезоэлектрические преобразователи. Работают на принципе возникновения ЭДС при воздействии усилий на кристаллы некоторых материалов.

 

8. Работа и мощность электрического тока.

Способность тела производить работу называется энергией тела. Например, поднятый на высоту какой-либо груз обладает некоторым запасом энергии и при падении производит работу. Энергия тела тем больше, чем большую работу может произвести это тело при своем движении. Энергия не исчезает, а переходит из одной формы в другую. Например, электрическая энергия может быть превращена в механическую, тепловую, химическую, механическая — в электрическую и т. д.

Для переноса зарядов в замкнутой цепи источник электрической энергии затрачивает энергию, равную произведению э. д. с. источника на количество электричества, перенесенного через эту цепь, т. е. EQ.

Не вся работа, произведенная источником энергии, сообщается приемнику энергии, так как часть ее расходуется на преодоление внутреннего сопротивления источника и проводов. Таким образом, источник энергии производит полезную работу, равную

А = UQ

где U — напряжение на зажимах приемника.

Так как количество электричества  равно произведению силы тока в цепи на время его прохождения:

Q = It

формулу работы можно представить  в следующем виде

А = U It

т. е. электрическая энергия или  работа есть произведение напряжения, силы тока в цепи и времени его прохождения.

Если  выразить напряжение на зажимах участка цепи как произведение силы тока на сопротивление этого участка, т. е.

U = IR

то формулу работы можно записать и таким образом:

А = I²Rt

При наличии тока в проводнике совершается работа против сил сопротивления. Эта работа выделяется в виде тепла. Мощностью называется величина, равная количеству выделившегося тепла в единицу времени. Согласно закону Джоуля — Ленца мощность тепловых потерь в проводнике пропорциональна силе протекающего тока и приложенному напряжению:

Мощность измеряется в ваттах 

Если в формулах работы и мощности напряжение выражено в вольтах, сила тока — в амперах, сопротивление — в омах и время — в секундах, то работа выражается в ньютон-метрах или  в ватт-секундах (вт· с), т. е. в джоулях (дж), а мощность — в ваттах (вт). Для измерения малых мощностей применяют единицу, в тысячу раз меньшую одного ватта, называемую милливаттом (мвт); 1 вт  = 1000 мвт. Для выражения больших мощностей применяют единицу, в тысячу раз большую ватта, называемую киловаттом (квт); 1 квт =1000 вт.

Так как джоуль является малой единицей, то работа обычно .выражается в более крупных единицах: ватт-часах (вт·ч), гектоватт-часах (гвт· ч) и киловатт-часах (квт· ч). Соотношение между этими единицами   и   джоулем   следующее:    1 вт·ч = 3600  дж; 1 гвт·ч =100 вт·ч; 1 квт·ч = 1000 вт·ч.

 

9. Понятие об электромагнитной индукции.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ, возникновение электродвижущей силы (эдс индукции) в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока через площадь, ограниченную этим контуром; электрический ток, вызванный этой эдс, называется индукционным током. Явление электромагнитной индукции открыто М. Фарадеем в 1831. Направление индукционного тока определяется правилом, установленным российским ученым Э.Х. Ленцем в 1833; согласно правилу Ленца, индукционный ток направлен так, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока через контур.

 ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ, использование МАГНЕТИЗМА для  получения электричества. Если поместить магнитный стержень внутрь проволочной обмотки, в ней возникнет электрический ток (это и есть индукция как таковая), который будет поддерживаться, пока стержень движется. На этом явлении основан принцип действия ДИНАМО-МАШИНЫ, ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ и ТРАНСФОРМАТОРА.

 

1.4.10. Переменный ток.

Электрический ток, изменяющийся с  течением времени по величине и направлению, называется переменным током. Чаще всего применяется так называемый периодический синусоидальный переменный ток - ток, изменяющийся по синусоидальному закону. В этом случае потенциал каждого конца проводника изменяется по отношению к потенциалу другого конца проводника попеременно с положительного на отрицательный и наоборот, проходя при этом через все промежуточные потенциалы (включая и нулевой потенциал). В результате возникает ток, непрерывно изменяющий направление: при движении в одном направлении он возрастает, достигая максимума, именуемого амплитудным значением, затем спадает, на какой-то момент становится равным нулю, потом вновь возрастает, но уже в другом направлении и также достигает максимального значения, спадает, чтобы затем вновь пройти через ноль, после чего цикл всех изменений возобновляется.

Вынужденными электромагнитными  колебаниями называются незатухающие колебания заряда, напряжения, силы тока, вызванные периодически изменяющейся синусоидальной эдс.

Синусоидальная эдс возникает при вращении рамки с угловой скоростью w в стационарном магнитном поле с индукцией B. Согласно закону электромагнитной индукции

 

 

Т.е., если цепь замкнута, то возникает индукционный ток, который непрерывно меняется по модулю, а каждые полпериода – по направлению.

Источником переменного тока служат генераторы переменного тока, принцип действия которых основан на использовании явления электромагнитной индукции. Простейшая конструкция такого генератора - проводник в виде рамки, вращающийся в магнитном поле постоянного магнита или электромагнита.