Сведения по электротехнике

Понятие об электронных явлениях.

Электрический ток – это упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц (электронов). Электроны – мельчайшие частицы, которые вращаются вокруг атомного ядра. Существует два рода электрических зарядов: положительные и отрицательные. Носителями положительных зарядов являются протоны, носителями отрицательных зарядов являются электроны.

Свойства этих зарядов.

Одноимённые заряды отталкиваются, а разноимённые притягиваются.

Электрические заряды не создаются и не исчезают, они могут перемещаться от одного тела к другому, или смещаться внутри тела или молекул, атомов – закон сохранения электрических зарядов.

Электрические заряженные тела всегда окружены электрическим полем.

Проводники тока и изоляторы.

Вещества, которые проводят электрический ток, называют проводниками; вещества, не проводящие электрический ток, называют изоляторами.

Проводниками электрического тока являются: все металлы; углерод (уголь, графит); водные растворы кислот, щелочей, солей, а также расплавы солей (криолит-глиноземный расплав).

Электроизоляционные материалы классифицируются:

– по агрегатному состоянию:

1) Твёрдые: а) слоистые пластики; б) бумага и ткани; в) лакоткани; г) слюда; д) керамика.

2) Жидкие: а) нефтяные; б) синтетические; в) растительные.

3) Газообразные: а) воздух; б) фреон.

– по химическому составу:

1) Слюда; 2) Керамика; 3) Стекло; 4) Дерево;

5) Текстолит; 6) Асбест; 7) Резина; 8) Винипласт.

При электролитическом получении алюминия широкое применение нашли электроизоляционные материалы: асбест, текстолит, слюда, кирпич, стеклопластик, резина, глинозём, асфальт, бетон.

Переменный и постоянный ток.

Электрический ток подразделяется на ток постоянного напряжения – постоянный и переменного напряжения – переменный. Мы выяснили, что условием возникновения электрического тока является всякое упорядоченное движение носителей зарядов. За направление тока условно принимают направление, противоположное движению отрицательных зарядов.

Постоянный ток – такой ток, при котором за любые равные промежутки времени через поперечное сечение проводника проходят одинаковые количества электричества.

Переменный ток – такой ток, сила и направление которого изменяются во времени.

Преобразование переменного тока в постоянный.

Чтобы поддерживать движение электронов, т.е. электрический ток, необходимо приложить определённую энергию. Эта энергия получается при помощи генераторов – источников постоянного электрического тока.

Так же источником постоянного тока являются аккумуляторы, гальванические элементы – источники малой мощности.

Постоянный ток большой мощности получают преобразованием переменного тока с помощью преобразователей электрического тока переменного направления. Эти преобразователи называются выпрямителями.

Выпрямитель – преобразователь электрического тока переменного направления в ток постоянного направления.

По видам выпрямители подразделяются на: электроконтактные, газотронные, тиратронные ртутные, полупроводниковые, тиристорные.

На КПП ИркАЗа ранее применялись ртутные выпрямители (ядовитые). Сейчас применяются полупроводниковые (кремниевые), улучшились условия труда, повысился КПД.

Электрическая цепь.

Электрическая цепь – это совокупность источников, приёмников электрической энергии и соединяющих их проводов.

Кроме этого в электрическую цепь могут входить выключатели, предохранители, контрольно-измерительные приборы. В электрической цепи осуществляется передача, распределение и преобразование электроэнергии.

Способы подключения проводников.

1. Последовательное подключение:

R1, U1, I1

R2, U2, I2

I

Если два проводника R₁ и R₂ соединены последовательно, то их общее сопротивление будет слагаться, тогда ток, протекающий по электрической цепи последовательного соединения, будет одинаков. I = I₁ = I₂. Общее напряжение в цепи складывается из напряжений каждого проводника.

Электролизёры рассчитываются на определённую силу тока и соединяются последовательно и образуют серию. Напряжение в корпусе складывается из напряжения всех его электролизёров.

2. Параллельное соединение:

I

R2, I2

R_x =

Общее сопротивление цепи всегда меньше величины наименьшего из двух сопротивлений.

Закон Ома.

Основной закон электрического тока был сформулирован немецким физиком Омом.

Сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению:

I = ,

где I – сила тока (Ампер, кА), U – напряжение (Вольт, кВ), R – сопротивление (Ом, кОм).

Т.е. чем выше напряжение при одном и том же сопротивлении, тем выше сила тока и наоборот, чем выше сопротивление при одном и том же напряжении, тем меньше сила тока.

Закон Ома для электролизёра.

U_раб. = I·R_эл-ра = I·(R_a + R_ош + R_к) = I· ,

где ρ – удельное электрическое сопротивление;

l – длина проводника (МПР);

S – площадь сечения электролита.

Тепловое действие электрического тока.

Проводник, по которому проходит электрический ток – нагревается.

Движущиеся заряды обладают определённым запасом кинетической энергии. При столкновении с частицами не участвующими в движении, свободные заряды отдают им свою энергию. В результате внутренняя энергия тела повышается, т.е. повышается его температура. Это явление впервые открыли физики Э.Х.Ленц и Дж.Джоуль.

Этими учёными было установлено, что:

Количество тепла, выделяющееся в проводнике при прохождении по нему электрического тока пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока:

Q = K·I²·R·t,

где К = 0,24 – тепловой эквивалент,

I – сила тока (А),

R – сопротивление (Ом).

t – время (час).

Q_эл-ра = K·I²_серии·R_эл-ра·t

Или Q_эл-ра = K·I²_серии·(R_а + R_р + R_п + R_ош)·t,

где R_а – сопротивление анода;

R_р – сопротивление расплавов;

R_п – сопротивление подины;