Общие предметы:

Спецпредмет 3-4 розряд

1 ТОЭ

2 Электрические измерения

3 Материаловедение

4 Слесарное дело и технология монтажных работ

5 Электрические машины

6 Электрические аппараты

7 Электромонтажные работы

8 Основы управления електроприводами механизмов

9 Основы схемотехніки

10 Основы промышленной электроники и преобразоватильной техники

11 Обслуживание и ремонт оборудования електроустановок общего назначения

12 Обслуживание и ремонт оборудования електроустановок карьеров и горных машин

13 Обслуживание и ремонт оборудования електроустановок дробильных фабрик и дробильно-сортировочных комплексов

14 Обслуживание и ремонт оборудования електроустановок обогатительных фабрик

15 Обслуживание и ремонт оборудования електроустановок фабрик окомкования и аглофабрик

16 Обслуживание и ремонт оборудования електроустановок подземных комплексов

17 Электробезопастность на производстве

18 Основы пожарной безопасности и взрывобезопасности

19 Основы гигиены и промсанитарии

1 ТОЭ

Предлагается разработать электронный мультимедийный конспект.

1.1 Вводная тема. (Краткая история открытия электричества. Роль электричества в повседневной жизни человека и на производстве. Обзор достижений науки и промышленности в области электротехники, электроники и энергосбережении.)

Систематическое исследование электрических явлений и их практическое применение началось с изучения свойств не изменяющегося во времени тока - постоянного тока на рубеже 18-19 веков. Этому способствовали наличие и доступность источников электрической энергии постоянного тока – сначала гальванических элементов ( А. Вольта (1745-1827))

позднее аккумуляторов, а также первые успехи применения электричества для освещения (П.Н. Яблочков 1847-1894).

Экспериментальное исследование свойств постоянного тока позволило выявить и обосновать ряд закономерностей и понятий (А.М. Ампер 1775-1836; Г.С. Ом 1787- 1854; Ш.О. Кулон 1736-1806 и др.).

Первый химический источник тока был изобретён итальянским учёным Алессандро Вольта в 1800 году. Это был «элемент Вольта» — сосуд с солёной водой с опущенными в него цинковой и медной пластинками, соединёнными проволокой. Затем учёный собрал батарею из этих элементов, которая впоследствии была названа «вольтовым столбом». Это изобретение впоследствии использовали другие учёные в своих исследованиях. Так, например, в 1802 году русский академик В. В. Петров сконструировал вольтов столб из 2100 элементов для получения электрической дуги. В 1836 году английский химик Джон Даниель усовершенствовал элемент Вольта, поместив цинковый и медный электроды в раствор серной кислоты. Эта конструкция стала называться «элементом Даниеля».

В 1859 году французский физик Гастон Плантэ изобрёл свинцово-кислотный аккумулятор, поместив скрученную в рулон тонкую свинцовую пластину в серную кислоту. Этот тип элемента и по сей день используется в автомобильных аккумуляторах.

В 1865 году французский химик Ж. Лекланше предложил свой гальванический элемент (элемент Лекланше), состоявший из цинкового стаканчика, заполненного водным раствором хлористого аммония или другой хлористой соли, в который был помещён агломерат из оксида марганца(IV) MnO₂ с угольным токоотводом. Модификация этой конструкции используется до сих пор в солевых батарейках для различных бытовых устройств.

Важным этапом в освоении электрической энергии стало изучение и применении переменного тока. Применение трёхфазного переменного тока позволило совершить прорыв в промышленности , а применение трёхфазных асинхронных двигателей обеспечило возможность простого и дешёвого способа преобразования электрической энергии в механическую.

Впервые конструкция трёхфазного асинхронного двигателя была разработана, создана и опробована русским инженером М. О. Доливо-Добровольским в 1889-91 годах. Демонстрация первых двигателей состоялась на Международной электротехнической выставке во Франкфурте на Майне в сентябре 1891 года. На выставке было представлено три трёхфазных двигателя разной мощности. Самый мощный из них имел мощность 1.5 кВт и использовался для приведения во вращение генератора постоянного тока. Конструкция асинхронного двигателя, предложенная Доливо-Добровольским, оказалась очень удачной и является основным видом конструкции этих двигателей до настоящего времени.

В 20-м веке развитие электротехники и электроники достигло уровня когда ни одно направление деятельности человека практически не обходиться без применения электричества.

Поскольку потребность в электрической энергии постоянно и стремительно возрастает то также стремительно возрастают и объёмы её производства. Традиционных источников электрической энергии становиться недостаточно и все чаще возникает необходимость прибегать к альтернативным.

1.2 Электрические цепи постоянного тока.

1.2.1 Электрическая цепь и её элементы.

Электрическая цепь постоянного тока в общем случае содержит источник электрической энергии, приёмник электрической энергии, измерительные приборы, коммутационную аппаратуру, соединительные линии и провода.

Пример цепи постоянного тока

(необходимо анимировать)

Схематическое изображение цепи постоянного тока

В источниках электрической энергии осуществляется преобразование в электрическую энергию каких-либо других форм энергии, например энергии химических процессов в гальванических элементах и аккумуляторах, тепловой энергии на теплоэлектростанциях.

Источники электрической энергии подразделяются на источники постоянного и переменного тока. В качестве источника переменного тока используют электромашинные устройства, источники постоянного тока – гальванические элементы, аккумуляторы и электромашинные генераторы.

В приёмниках электрической энергии электрическая энергия преобразуется, например, в механическую (двигатели постоянного тока), тепловую (электрические печи), химическую (электролизные ванны).

Коммутационная аппаратура, линии и измерительные приборы служат для передачи электрической энергии от источников, распределения её между приёмниками и контроля режима работы электротехнических устройств.

1.2.2 Основные понятия и определения для электрической цепи. (Термины и определения физических величин: электрический ток, удельное сопротивление материалов; сопротивление проводника и его проводимость; ЭДС, напряжение, мощность и их единицы измерения. Температурный коэффициент сопротивления и сопротивление проводника при температуре отличной от 20⁰С.)

Согласно электронной теории электропроводности валентные (не принадлежащие конкретному атому) электроны в металлах легко отделяются от атомов, которые становятся положительными ионами. Ионы образуют в твёрдом теле кристаллическую решётку. Свободные электроны хаотически движутся в пространстве решётки между атомами (тепловое движение), сталкиваясь с ними.

(необходимо анимировать)

Если к проводнику длинной Ɩ подключить источник электрической энергии, то под действием продольного электрического поля напряжённостью ε свободные электроны приобретают добавочную скорость и начинают перемещаться в одном направлении вдоль проводника.

В общем случае постоянный ток в проводящей среде представляет собой упорядоченное движение положительных и отрицательных зарядов под действием электрического поля, например в электролитах и газах движутся на встречу друг другу ионы с положительными и отрицательными зарядами.

Принято считать направлением тока I направление движения положительных зарядов, т.е. направление, обратное направлению движения электронов в проводнике под действием электрического поля. Это направление показано стрелкой.

Единица измерения тока ампер (А). Единица измерения заряда кулон (Кл).

Постоянный ток I=|Q|/t , где t-время равномерного перемещения суммарного заряда |Q| через поперечное сечение рассматриваемого участка цепи.

Столкновения свободных электронов в проводниках с атомами кристаллической решётки тормозят их поступательное движение. Это противодействие направленному движению свободных электронов, т.е. постоянному току, составляет физическую сущность сопротивления проводника.

Проводящие свойства материала определяет его удельное сопротивление, ρ (ро), равное сопротивлению между противоположными сторонами куба с ребром 1м, изготовленного из данного материала.

Единица измерения удельного сопротивления в Международной системе единиц (СИ) — Ом·м.

В технике часто применяется в миллион раз меньшая производная единица: Ом·мм²/м, равная 10⁻⁶ от 1 Ом·м: 1 Ом·м = 1·10⁶ Ом·мм²/м. Физический смысл удельного сопротивления в технике: сопротивление однородного куска проводника длиной 1 м и площадью токоведущего сечения 1 кв.мм.

Величина, обратная сопротивлению, называется проводимостью:

Единица измерения проводимости сименс - (См).

Различные материалы обладают различным удельным сопротивлением, значения некоторых приведены в таблице:

Удельное электрическое сопротивление металлов и сплавов, применяемых в электротехнике:

Металл	Удельное сопротивление материала Ом·мм2/м
Серебро	0,016
Медь	0,0175
Золото	0,023
Алюминий	0,0271
Иридий	0,0474
Молибден	0,054
Вольфрам	0,055
Цинк	0,059
Никель	0,087
Железо	0,098
Платина	0,107
Олово	0,12
Свинец	0,205
Титан	0,5562 - 0,7837
Висмут	1,2
Сплав	Удельное сопротивление материала Ом·мм2/м
Сталь	0,1400
Никелин	0,42
Константан	0,5
Манганин	0,43…0,51
Нихром	1,05…1,4
Фехраль	1,15…1,35
Хромаль	1,3…1,5
Латунь	0,07…0,08
Другие вещества	Удельное сопротивление материала Ом·мм2/м
Сжиженные углеводородные газы	0,84·1010
Береза сухая	108
Лакоткань	109
Фарфор	1012

Значения даны при температуре t = 20° C. Сопротивления сплавов зависят от их точного состава и могут варьироваться.

Сопротивление однородного проводника постоянного сечения зависит от свойств вещества проводника, его длины, сечения и вычисляется по формуле:

(Ом)

где ρ — удельное сопротивление вещества проводника, l — длина проводника, а S — площадь сечения мм².

Сечение голого круглого провода :

Где d-диаметр провода мм

Сопротивление однородного проводника также зависит от температуры.

Сопротивление проводника при температуре отличной от 20⁰С:

R_t=R₀+R_0*α_*(t-t₀)

Где R₀-сопротивление провода при t₀=20⁰С; α- температурный коэффициент электрического сопротивления (для меди α_м=0,004, для алюминия α_а=0,0042).

Температурный коэффициент сопротивления численно равен относительному изменению сопротивления при изменении температуры проводника на 1⁰С.

Сопротивление металлов снижается при понижении температуры; при температурах порядка нескольких кельвинов (-273 ⁰С = 0 К) сопротивление большинства металлов и сплавов стремится или становится равным нулю (эффект сверхпроводимости). Напротив, сопротивление полупроводников и диэлектриков при снижении температуры растёт.

Материал	Температурный коэффициент сопротивления ( на 1 0С )
Серебро	0,0035
Медь	0,004
Алюминий	0,0042
Сталь	0,0057
Железо	0,006
Чугун	0,001
Свинец	0,0039
Вольфрам	0,0048
Уголь	0,005
Манганин (сплав Cu-85% , Mn-12% Ni-3 )	0,00003
Константан	0,00005
Нихром ( сплав Cr-20%, Ni-80% )	0,0001

Сопротивление человека

• Для расчёта величины силы тока, протекающего через человека при попадании его под электрическое напряжение частотой 50 Гц, сопротивление тела человека условно принимается равным 1 кОм. В реальности сопротивление человека не является омическим, так как эта величина, во-первых, нелинейна по отношению к приложенному напряжению, во-вторых меняется во времени, в третьих, гораздо меньше у человека, который волнуется и, следовательно, потеет и т. д.

• Серьёзные поражения тканей человека наблюдаются обычно при прохождении тока силой около 100 мА. Совершенно безопасным считается ток силой до 1 мА. Удельное сопротивление тела человека весьма значительно (около 15 кОм). Поэтому опасные токи могут быть достигнуты только при значительном напряжении. Однако при наличии сырости сопротивление тела человека резко снижается и безопасным может считаться напряжение только ниже 12 В.

ЭДС и напряжение.

ЭДС ( электродвижущая сила Е ) – работа не электрических сил ( сторонних ) при перемещении единичного положительного заряда от одного зажима источника к другому, т.е. это работа сторонних сил, отнесённая к количеству электричества.

Для прямолинейного проводника перемещающегося в магнитном поле со скоростью v наводимая ЭДС равна :

Е=B v

где В-магнитная индукция Тс; -длина проводника находящегося в магнитном поле; v-скорость перемещения проводника в магнитном поле.

Правило правой руки.

Направление ЭДС, наводимой при движении провода, можно определить, пользуясь правилом правой руки:

^{Если правая рука расположена так, что линии} поля входят в ладонь, а отогнутый большой палец совпадает с направлением движения, то четыре вытянутых пальца показывают направление наводимой ЭДС.

Направление наводимой ЭДС — это то направление, в котором под ее действием в замкнутой цепи должен про­текать ток.

Для гальванического элемента условно состоящего из двух разно полярных пластин ЭДС равна:

Е=Ɛ*d=U_abх (В)

Где Ɛ-напряжённость электрического поля; d-расстояние между пластинами; U_abх=φ_ах-φ_bх -напряжение между пластинами равное разности потенциалов между выводами пластин в режиме холостого хода пластин.

Если частица с зарядом q переносится в электрическом поле вдоль некоторого пути, то действующие на неё силы поля совершают работу. Отношение этой работы к переносимому заряду представляет собой физическую величину, называемую электрическим напряжением. При перемещении частицы по пути силы поля совершают работу

Электри́ческое напряже́ние между точками A и B электрической цепи или электрического поля — физическая величина, значение которой равно отношению работы электрического поля, совершаемой при переносе электрического заряда из точки A в точку B, к величине этого заряда.

(В)

Разность потенциалов между двумя точками цепи называют напряжением или падением напряжения.

U=φ₁-φ₂ (В)

Работа и мощность. КПД.

Возникновение ЭДС во всех источниках связано с работой сторонних сил по перемещению заряженных частиц.

Работа сторонних сил А_н равна энергии источника:

A_и=EQ=EIt (Дж, ВАс, Втс)

Работа совершаемая электрическим полем при перемещении положительного электрического заряда Q вдоль неразветвленного участка А-В электрической цепи, не содержащего источников электрической энергии, равна произведению этого заряда на напряжение

Для того чтобы сравнить различные источники, важно знать, какое количество энергии вырабатывают они в единицу времени.

Энергия, вырабатываемая в единицу времени, т.е. скорость преобразования энергии в источнике называется мощностью источника (скорость преобразования энергии в приёмнике называется мощностью приёмника).