Электрический ток. Проводники, изоляторы.

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА всего - 10

---------------------------------------------------------------------------------------------------------

Электрический ток. Проводники, изоляторы.

Электрические цепи. 2

Работа и мощность электрического тока. Свойства электрического тока.

Магнетизм. Электромагнетизм. Ферромагнетизм. 2

Проводник с током в магнитном поле. Электромагнитная индукция.

Самоиндукция. 2

Способы возбуждения электрических машин.

Противо-ЭДС двигателя. 2

Полупроводниковые приборы. 2

---------------------------------------------------------------------------------------------------------

Тема – «Электрический ток. Проводники, изоляторы. Электрические цепи».

 

 

Электрическим током называют упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц по замкнутому контуру.

Токи бывают постоянные и переменными.

Переменный ток изменяется по величине и направлению, Его характеристиками являются период и частота.

 

Период – это полное колебание тока. Частота – это количество колебаний в секунду.

Промышленная частота переменного тока – 50 герц.

Постоянный ток не меняет своего направления в течение времени.

За направление постоянного тока условно принято считать движение заряженных частиц от «+» плюса источника тока к его «-» минусу по внешнему контуру.

 

Величина тока (сила тока или ток) – физическая величина, характеризующая направленное движение заряженных частиц и измеряемая величиной заряда, протекающего через поперечное сечение проводника в единицу времени. I – сила тока; единица измерения - «АМПЕР»; Контрольно-измерительный прибор – «амперметр» В условное обозначение схеме – В электрическую цепь включается «последовательно».

 

Электрическое напряжение является одной из характеристик электрического поля, создающего в проводнике ток. U – электрическое напряжение; единица измерения - «ВОЛЬТ»; Контрольно-измерительный прибор – «вольтметр» В условное обозначение в схеме – В цепь включается параллельно. E – ЭДС- электродвижущая сила измеряется на зажимах источника тока. ЭДС – характеристика источника тока, показывающая какую работу совершают сторонние силы по перемещению единицы положительного заряда.

 

Электрическое сопротивление - свойство проводников оказывать препятствие прохождению электрического тока. Сопротивление проводника зависит от его длины, площади поперечного сечения, рода вещества и температуры. R – электрическое сопротивление; единица измерения - «ОМ»; Контрольно-измерительный прибор – «Омметр» В условное обозначение сопротивления в схеме –

Закон Ома

	I–	сила тока на участке цепи, А
U –	приложенное напряжение, В
R –	сопротивление участка цепи, Ом

 

Сила тока на участке электрической цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к концам рассматриваемого участка цепи и обратно пропорциональна сопротивлению.

 

Проводники и изоляторы.

 

По способности проводить электрический ток все материалы подразделяются на «проводники» и «непроводники».

Непроводники называют «изоляторами» или «диэлектриками».

Проводники разделяют на: проводники 1 -го рода, 2 -го рода и полупроводники.

* К проводникам 1-го рода относятся все твердые проводники: металлы, графит, уголь, т.е. они обладают «электронной» проводимостью.

* К проводникам 2-го рода относятся жидкие проводники. Они называются электролитами. Это водные растворы солей, щелочей и кислот. Они обладают «ионной» проводимостью.

* Полупроводники проводят ток только при определенных условиях. Самым простым искусственным полупроводником является диод. Он пропускает ток только в одну сторону.

* К изоляторам относятся: фарфор, керамика, пластмасса, резина, сухое дерево, дисцилированная вода и т. д.

 

Электрическая цепь.

Источник тока и потребители электроэнергии, соединенные проводниками, образуют электрическую цепь.

 

В простейшую электрическую цепь должны входить:

1. – источник тока;

2. – потребитель тока;

3. – выключатель;

4. – соединительные провода.

 

Источниками тока на троллейбусе являются – контактная сеть; аккумуляторная батарея и генератор.

Потребителями тока на троллейбусе являются – эл. двигатели; сопротивления; катушки контакторов и реле вентилей; лампочки; нагревательные приборы эл. звонок и т.д.

Выключателями в электрических цепях являются все контакты: кнопок; педалей; реверсора; контроллера водителя; групповой реостатного контроллера, автоматов, реле и контакторов.

 

Работа электрического тока

При любом действии тока происходит превращение электроэнергии в другие виды энергии. Под выражением "ток совершает работу" мы будем понимать превращение электроэнергии в другие виды энергии. В таком случае работа тока – есть величина, показывающая количество электроэнергии, превращенной потребителем тока в другие виды энергии – тепло, свет, движение и др.

 

Работа А сил электрического поля или работа электрического тока на участке цепи с электрическим сопротивлением R за время ∆t равна:

А = I–U– t = I² –R– t

 

Скорость этого превращения принято характеризовать специальной величиной – мощностью тока.

Мощность тока – физическая величина, характеризующая скорость превращения электроэнергии в другие виды энергии.

Мощность электрического тока равна отношению работы тока А ко времени ∆t. за которое эта работа совершена:

где,

P –	мощность тока, Вт
I–	сила тока, А
U –	электрическое напряжение, В

Работа электрического тока выражается в джоулях, мощность – в ваттах.

Прохождение тока по проводнику всегда сопровождается хотя бы одним из особых явлений – действий тока. Известно три действия тока: химическое, магнитное и тепловое.

Тепловое действие тока.

 

Если на участке цепи под действием электрического тока не совершается механическая работа, и не происходят химические превращения, то работа электрического тока приводит только к нагреванию проводника. При этом работа электрического тока равна количеству теплоты, выделяемому проводником с током:

Q = А = I² R ∆t коллорий

1 коллория = количеству тепла, которое необходимо для нагрева воды с массой 1 грамм за 1 секунду.

 

Режим короткого замыкания

При коротком замыкании в цепи резко падает общее сопротивление (т.к образуется параллельная цепь) в цепи появляется большой ток, который вызывает нагрев цепи, что может привести к возгоранию.

 

Плавкие предохранители

Высоковольтный предохранитель Изоляционная трубка Наполнитель (среда для дугогашения – мраморная крошка или кварцевый песок) Плавкая вставка (легкоплавкий проводник) Контактный наконечник

Плавкие предохранители, как аппараты защиты предназначены для защиты электрической цепи от больших токов. Действие плавких предохранителей основано на использовании теплового действия тока. При повышении тока выше допустимого выделяется большое количество теплоты, проводник плавится и разрывает цепь, предохраняя цепь от тока перегрузки или короткого замыкания.

Нормальный ток, на который рассчитай плавкий предохранитель, обычно указан на латунном колпачке. Такой ток предохранитель может выдерживать в течение длительного времени.

Плавкие предохранители высоковольтных цепей установлены в кабине водителя слева по ходу на перегородке, отделяющей кабину от пассажирского салона, в следующем порядке:

верхний ПП 6 (35А) - общий предохранитель вспомогательных цепей,

ПП1 (10А) — цепи двигателя вентилятора и катушки РН1,

ПП 2 (10А) — цепь мотора компрессора,

ПП З (10А) - электропечи обогрева кабины,

ПП 5 (20А) — цепи электропечи обогрева салопа.

Каждый предохранитель закрыт индивидуальным кожухом из изоляционного материала: на кожухе указана цепь, которую предохранитель защищает.

Низковольтные предохранители установлены на панели предохранителей, расположенной между приборным щитком водителя и контактной панелью, и закрыты общей крышкой.

 

П12 П11 П10 П1 П6 П13 Пл-7

П7

П12 (20А) – подсветка приборов, указатель поворотов, габариты и софиты.

П11 (20А) – свет фар (под левой ногой переключатель света фар В3).

П10 (10А) – двигатель вентилятора кабины и катушки контактора печи кабины, цепи

Химическое действие тока.

Электролит – это водный раствор кислоты или щелочи. Если в электролит поместить два электрода и подать на них напряжение, то к положительному электроду- «АНОДУ», начнут двигаться отрицательные ионы, а к отрицательному электроду – «КАТОДУ» положительные. Это движение ионов создаёт ток в электролите. При достижении электрода происходит химическая реакция. Когда на электродах скапливается достаточное количество ионов, то возникает разность потенциалов. Если теперь к электродам подключить потребитель, то по цепи потечёт ток. На этом принципе основана работа химического источника тока-аккумулятора. Чтобы аккумулятор стал источником тока, его надо зарядить, для этого через аккумулятор пропускают постоянный ток от выпрямителя, при этом повышается химическая энергия аккумулятора. При разряде аккумулятора химическая энергия превращается в электрическую энергию. Основной характеристикой аккумулятора является его емкость – это то количество электричества, которое может отдать заряженный аккумулятор при его разряде до минимально допустимого значения напряжения. Емкость измеряется в ампер-часах. Самые распространённые аккумуляторы это щелочные и кислотные. На электротранспорте используют щелочные аккумуляторы.

На современных троллейбусах отечественного производства применяются щелочные аккумуляторные батареи. На троллейбусе ЗИУ-9Б установлены никель-кадмиевые аккумуляторные батареи типа 9НКЛБ-70. Общее напряжение аккумуляторных батарей 24В. Условное обозначение батареи расшифровывается следующим образом:

9 — количество последовательно соединенных аккумуляторов в батарее;

НК — система аккумуляторов (никель-кадмиевая);

Л — конструкция электродов (ламельная);

Б — назначение батареи (для работы в буферном режиме);

Магнетизм

Материалы, обладающие свойством притягивать к себе железные тела, называют – «постоянными магнитами» или просто «магнитами», а само свойство притягивать ферро материалы – «магнетизмом».

Опытным путём установлено, что наибольшей силой магнетизма (притяжения) обладают концы магнита, которые называют «полюсами» (северным и южным). Вокруг магнита существует магнитное поле, силовые линии которого замкнуты на полюсах и никогда друг с другом не пересекаются. Магнитные силовые линии вне магнита имеют направление от северного полюса к южному полюсу. Общее число силовых линий называются магнитным потоком Ф данного магнита.

Магнитное действие тока.

 

Из опыта получено: При прохождении электрического тока через проводник вокруг проводника образуется магнитное поле.

 

	Силовые линии магнитного поля располагаются в плоскостях перпендикулярных проводнику и имеют форму концентрических окружностей.
	Направление силовых линий магнитного поля вокруг проводника с током можно определить, например, «правилом буравчика». т.е. – «если буравчик ввинчивать по направлению тока, то рукоятка будет вращаться по направлению силовых линий магнитного поля».
	Если проводник изогнуть в форме кольца и по данному кольцу пропустить ток, то все магнитные силовые линии внутри кольца будут направлены в одну сторону, а вне кольца в другую сторону (противоположную)
	Если намотать несколько витков проводника в одну сторону, то получится катушка. И по этой катушке пропустить ток, то вокруг неё так же образуется магнитное поле, по форме полностью совпадающее с магнитным полем прямолинейного магнита.   «направление силовых линий магнитного поля» зависит от направления тока.
	Если во внутрь катушки поместить стальной сердечник (ферромагнетик), то он будет значительно усиливать начальное значение магнитного потока, и значит усиливать силу притяжения.
Катушка со стальным сердечником - это электромагнит.

Электромагнитная индукция

Если проводник поместить в магнитном поле и двигать его (с помощью какой-либо механической силы) так чтобы он пересекал силовые линии магнитного поля, то в проводнике появится электродвижущая сила, т.е. произойдёт разделение зарядов и на конце проводника появится разность потенциалов.

Если к концам проводника подключить потребитель, то к потребителю потечёт ток. Это явление называется - принципом электромагнитной индукции.

В проводнике появится индукционный ток и ЭДС - индукции. Направление ЭДС – индукции и индукционного тока определяется правилом правой руки.

 

Правило правой руки Если ладонь правой руки расположить так, чтобы магнитные линии входили в неё, и отогнутый под прямым углом большой палец совместить с направлением движения проводника, тогда вытянутые четыре пальца укажут направление индуктированной ЭДС.

 

Физический принцип действия машины постоянного тока как генератора основан на явлении возникновения ЭДС индукции в рамке из проводника при вращении её в магнитном поле.   В проводнике, помещённом в магнитное поле, произошло преобразование механической энергии в электрическую энергию.

 

Примечание: ИНДУКЦИЯ [лат. < induction – возбуждение] – возбуждение электрического тока в каком-либо проводнике или изменение вокруг него магнитного поля.

 

Ф – Магнитный поток

с - постоянный коэффициент (конструкции двигателя)

Вывод:

Якоря двигателя.

Реостатный пуск двигателя

 

При пуске двигателя в начальный момент скорость вращения равна нулю, значит

и «противо ЭДС» равна нулю.

Поэтому пусковой ток в этом случае равен I_якоря = U

r _якоря

и поскольку r _якоря (сопротивление якоря) мало, то в период пуска через якоря идёт очень большой ток.

Поэтому, для предотвращения токовых перегрузок, в цепь обмотки якоря последовательно включают дополнительное сопротивление (т. наз. пусковой реостат), что даёт возможность уменьшить величину пускового тока.

 

После отключения тягового двигателя от источника электропитания (контактной сети) троллейбус продолжает движение, за счет запасенной кинетической энергии разгона. Теперь колесная пара будут вращать вал якоря тягового двигателя.

Якорь вращается в магнитном поле (шунтовых отмоток возбуждения), и в обмотках якоря появляется Э.Д.С. индукции. Цепь якоря замкнута на тормозные реостаты и создана цепь тормозного контура, то по данной цепи потечет «тормозной» ток. Направление этого тока будет противоположно тяговому режиму.

Под воздействием Э.Д.С. индукции ток якоря изменяет направление (т.е. направление этого тока в якоре противоположно направлению току в тяговом режиме), и генераторный электромагнитный момент тормозит якорь (появиться вращающий момент, который будет пытаться развернуть якорь, а вмести с ним и ось колесной пары в обратном направление). Правило P N и Q I.

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА всего - 10

---------------------------------------------------------------------------------------------------------

Электрический ток. Проводники, изоляторы.

Электрические цепи. 2