Доатегорія:
Електроустаткування кранів
Загальні поняттяпро електричному струмі
Електричний струм є спрямоване рух електричних зарядів - електронів. Безперервний рухелектронів у замкнутому ланцюгу від джерела (генератора), що виробляє їх, до споживача (електродвигунів, лампочок освітлення і т. д.) по провіднику (проводу), що з'єднує ці елементи, називається електричним струмом.
Переміщення електронів відбувається під впливом електрорушійної сили струму, що підтримує різницю потенціалів або так звану напругу в різних точках ланцюга.
Електрорушійною силою (е. д. с.) називається робота, що витрачається джерелом електричної енергії на переміщення електронів по замкнутому ланцюзі. Електрорушійна сила і напруга вимірюються у вольтах (в), а сила струму - в амперах (а).
Кількість роботи, що здійснюється струмом в одиницю часу, що виражається добутком напруги (вольтах) на силу струму (в амперах), називається електричною потужністю. Одиницею потужності є 1 ват (вт); 1000 ват складають 1 кіловат (кет), який дорівнює 1,36 кінської сили(К. с.) л. с. дорівнює 736 вт. Твір потужності на якийсь час називається електричною роботою. Робота вимірюється у ват-годинах (вт-ч), кіловат-годинах (квт-ч).
Для живлення двигунів, встановлених на баштових кранах, застосовується трифазний змінний струм. Змінним він названий тому, що безперервно змінюється за величиною та напрямом. Сила струму, вироблюваного генератором протягом короткого проміжку часу, періодично змінюється від 0 до максимальної величини і потім знову падає до 0, після чого струм змінює напрямок, зберігаючи колишню закономірність зміни своєї сили.
Час, протягом якого струм проходить повний цикл зазначених змін, називається періодом його коливання. Число періодів за секунду називається частотою змінного струму. Одиницею частоти є герц (Гц). Стандартна частота змінного струму прийнята у нас 50 періодів за секунду.
Трифазний змінний струм отримують у спеціальних генераторах трифазного струму, У яких між полюсами електромагнітів обертаються три котушки, розташовані під кутом 120°. У цих котушках утворюються змінні струми однакові за величиною, але зрушені по фазі на 7з періоду Кінці обмоток котушок з'єднують один з одним у нульову точку і разом з початком виводять їх у зовнішній ланцюг.
У генераторі значення струму наступають трохи пізніше, ніж значення напруги на деяку частину періоду, що відповідає куту ф. Цей кут називається кутом зсуву фаз. В результаті зсуву фаз одержувана від генераторів потужність зменшується на величину так званого косинуса фі (соеф). Зі збільшенням кута зсуву фаз соеф, і з ним і корисна (активна) потужність зменшуються. У цьому випадку частина повної потужностізмінного струму є не активною, так як витрачається, наприклад, для перетворення в механічну потужністьв електродвигунах, за наявності індуктивності - на підтримку періодичних змін струму, що створюється. магнітного поля. Розмір соеф мережі залежить від індуктивності приймачів, зокрема електродвигунів будівельних машин, верстатів тощо.
ЕКСПЛУАТАЦІЯ ЕЛЕКТРИЧНИХ ПРИСТРІЙ І МЕРЕЖ
Сьогодні неможливо уявити життя людини без найширшого застосування електричного струму. Електричні мережі та прилади не просто оточують нас - вони звільняють нас від значної частини фізичної праці, рутинної розумової праці, роблять наше життя комфортним, стрімким, насиченим, плідним.
Електрична енергія має дуже цінні властивості:
1. електрична енергіяз невеликими втратами і досить просто перетворюється з інших видів енергії - механічної, ядерної, теплової, хімічної та ін Це лежить в основі отримання, накопичення та збереження електричної енергії;
2. своєю чергою вона легко перетворюється на інші види енергії – механічну, теплову, хімічну тощо. На цьому ґрунтується найширше застосуванняелектричної енергії;
3. електрична енергія порівняно простими засобами передається на великі відстаніза допомогою розгалужених мереж;
4. вона легко дробиться, регулюється та розподіляється по споживачам практично будь-якої потужності;
5. електрична енергія добре контролюється та враховується.
Експлуатація електричних мереж, приладів, обладнання, систем на підприємствах (об'єктах) соціально-культурної сфери та туризму пов'язана з вирішенням таких проблем:
· грамотна експлуатація, що максимізує термін служби, як електричних мереж, так і приладів, обладнання, систем тощо;
· Створення безпечних умов для персоналу та клієнтів;
· Мінімізація витрат на придбання, ремонт та експлуатацію електроустаткування.
Основні уявлення та поняття про електричний струм
Електричний струм – це потік заряджених частинок.Визначення не обумовлює середовище, в якому рухаються заряджені частинки (вона може бути твердою, рідкою та газоподібною), ні походження, ні конкретних характеристик заряджених частинок. Визначення, з одного боку, надзвичайно ємно - воно відноситься до всіх уявних випадків протікання електричного струму, а з іншого - дозволяє конкретизувати це протікання в певних умовах, що цікавлять нас. У повсякденному житті ми зустрічаємося з ситуаціями, коли носіями електричного струму виявляються електрони та іони (позитивно чи негативно заряджені атоми чи молекули). У деяких речовинах відсутні заряджені частинки або простими засобами не можуть бути звільнені для руху - вони не можуть проводити електричний струм, отже, вони - діелектрики, ізолятори.
Електронну провідність мають метали, сплави і багато напівпровідників. Розчини і розплави електролітів (речовин, що містять у своєму складі або утворюють у водному розчині, іони) мають іонну провідність.
Метали та сплави, що використовуються як електричних провідників, В основі своєї тонкої структури мають кристалічну решітку, у вузлах якої знаходяться атоми металу або елементів, що становлять сплав. Електрони (в сукупності своїй уподібнені до електронного газу) рухаються під дією електричного поляу порожнечах кристалічних ґрат, практично не зустрічаючи при своєму русі механічного опору (через нікчемність своїх розмірів у порівнянні з розмірами атомів). Тому електричний опірметалів та сплавів незначно.
Іони, що знаходяться в середовищі розчину або розплаву, відчувають механічне (в'язкісне) опір середовища, а крім того вони в тисячі разів більші і важчі електронів, тому вони менш рухливі в електричному полі, більш інерційні, слабше йдуть за змінами електричного поля. Тому електричний опір розчинів і розплавів електролітів у багато разів вищий за опір металевих провідників.
У людському організміміститься багато електролітів (іони калію та натрію та ін, іони хлору, органічні аніони та ін). Людина на 65 – 70% складається із води, у водному розчині відбуваються всі життєво важливі біохімічні процеси. Тому проходження електричного струму через тіло, органи, структури людини та ураження людини визначається іонною провідністю.
Носії електричного струму можуть переміщатися у постійному або змінному електричному полі. Постійне поле створюють джерела електрорушійної сили (електричні батареї), акумуляторні батареї, випрямляючі пристрої. Змінне поле утворюють електричні (електромагнітні) генератори.
Уявімо собі двопровідну електричну мережу змінного струму напругою 220 В (вольт) і частотою його коливань 50 Гц (1 Гц (герц) дорівнює одному коливанню в секунду). (У Росії ми найчастіше маємо справу з нею.) Електрична напругаодному з цих проводів дорівнює 220 У; цей провід називається фазним. На іншому дроті напруга дорівнює нулю і він називається нульовим (цей провід на найближчій до споживача трансформаторної підстанціїза допомогою спеціального пристроюфізично з'єднаний із землею - заземлений). Електричний ланцюг виявляється замкнутим і по ньому тече струм, коли ці дроти з'єднані (прямо – коротке замикання, або через якийсь або електричний пристрій, включений нами за своїм прямим призначенням, або через окремі ділянки тіла людини за нещасного випадку). Звідси стає зрозумілим, що електричний струм протікає навіть у таких умовах, коли фазний провід замикається на заземлений предмет (що не має прямого відношення до електричного ланцюга, наприклад, водопровідну або газову трубу та ін.) або саму землю.
Електричний ланцюг характеризується електричним опором. У ланцюгах змінного струму воно буває активним та реактивним. Активним опором Rмають провідники та елементи електричного ланцюга, які нагріваються при проходженні через них струму. Реактивний опір Xстворюють елементи, що мають індуктивність або ємність. Це будь-які пристрої, що містять електромотори та дроселі (котушки індуктивності) – електродвигуни, холодильники, кондиціонери, копіювальні або лазерні офісні прилади, галогенові та лазерні світильники, насоси, пральні та посудомийні машини, мікрохвильові печі, компресори, солярії, фотопроявну. . Повний опір нерозгалуженого ланцюга Zскладається з активного опору R,індуктивного опору X L, і ємнісного опору X C:
Z = (R 2 + (X L - X C) 2) ½.
Величина струму (сила струму) на всіх ділянках нерозгалуженого електричного ланцюга має однакове значення. Сила струму пов'язана з напругою і опором ланцюга законом Ома: I = U/Z, де I - Струм, А (ампер); U – напруга, (вольт); Z - Опір, Ом.
З закону Ома випливає, що величина струму тим менше, що менше напруга і більше електричний опір ланцюга.
З точки зору безпеки переважно використання низьковольтних мереж. Зрозуміло, чому в автомобілях, літаках, підводних човнах та інших об'єктах підвищеної безпеки використовують низьковольтні електричні ланцюги.
Якщо знаменнику висловлювання закону Ома буде нескінченно велика величина, то значення струму стане нульовим, що відповідає розриву електричної ланцюга. Виявляється, існують речовини, які мають такий нескінченно великий опір; вони називаються ізоляторами.
Ізолятори, а до них відносяться гума та прогумовані матеріали, скло, фарфор, повітря, сухе дерево, картон, папір, сухі тканини, полімерні матеріали та пластмаси та ін., не проводять електричний струм, тобто розривають електричний ланцюг. На цьому засноване застосування їх як захисних засобів(гумові рукавички, діелектричні килимки, покриття ручок інструментів, ізоляція дротів тощо).
У цій статті пропоную вам згадати базові поняття в електриці, без яких будь-яка робота, пов'язана з електрикою, стає проблематичною.
Отже, будь-яка електричний ланцюгє сукупність різних пристроїв, що утворюють шлях для проходження електричного струму. Найпростіший електричний ланцюг може складатися з джерела енергії, навантаження та провідників.
Провідники - Речовини, що проводять електричний струм. Вони мають малий питомий опір ( тобто надають найменший опір проходженню струму) та здатні проводити електричний струм практично без втрат. Найкращими провідниками є золото, срібло, мідь та алюміній. Найбільшого поширення, внаслідок дорожнечі золота та срібла, набули мідь та алюміній. Мідь провідник, що найчастіше зустрічається, на відміну від алюмінію, що володіє більшою стійкістю до окислення і фізичних впливів: вигину, скручування. Недоліком міді порівняно з алюмінієм є більш висока вартість.
Крім провідників, існують також діелектрики - речовини які мають великий питомий опір електричному струму ( тобто є непровідними електричний струм). До них відносяться пластмаси, дерево, текстоліт тощо
Також треба відзначити ще один тип — напівпровідники . За своїм питомим опором вони займають проміжне положення між провідниками та діелектриками. Провідність цих матеріалів суттєво змінюється під впливом зовнішніх факторів. До напівпровідників належать багато хімічні елементи, але найбільшого поширення набули кремній та германій.
Джерело енергії - Це пристрій, що перетворює механічну, хімічну, теплову та інші види енергії в електричну.
— споживач електричної енергії, тобто будь-який електроприлад, який перетворює електричну енергію на механічну, теплову, хімічну тощо.Проходження електричного струму можливе лише при замкнутому ланцюзі.
Електричним струмом в електротехніці називають спрямоване рух заряджених частинок під впливом електричного поля, створюваного джерелом живлення. Величина, що характеризує струм, називається сила струму. Сила струму вимірюється в Амперах і позначається буквою А. Розрізняють постійний та змінний струми.
Постійний струм (DC, англійською Direct Current) - це струм, властивості якого і напрямок не змінюються з часом. Позначається постійний струмі напруга у вигляді короткої горизонтальної риси або двох паралельних, одна з яких штрихова.
Змінний струм (AC англійською Alternating Current) - це струм, який змінюється за величиною та напрямком з часом. На електроприладах позначається відрізком синусоїди "~". Основними параметрами змінного струму є період, амплітуда та частота.
Період - Проміжок часу, протягом якого струм здійснює одне повне коливання.
Частота - Величина, зворотна періоду, число періодів в секунду, вимірюється в герцах (Гц).
Струм і напруга в навантаженні збільшуються і зменшуються, а різниця між мінімальним та максимальним їх значенням називається амплітудою .
Вимірювання струму проводиться амперметром, який послідовно підключається навантаженню.
Будь-який провідник у ланцюгу, залежно від перерізу, довжини, матеріалу, чинить опір проходженню електричного струму. Властивість провідника перешкоджати проходженню електричного струму називають опором . Опір вимірюється в Омах (Ом).
Різниця потенціалів на кінцях джерела живлення називається напругою . Напруга вимірюють у Вольтах і позначають буквою В (V). У трифазній електричної мережірозрізняють такі поняття, як лінійне та фазне напруження. Лінійна напруга(або інакше міжфазна) - це напруга між двома фазними проводами (380V). Фазна напруга- це напруга між нульовим проводом і одним із фазних (220V). Вимірюється напруга вольтметром, який підключається паралельно до навантаження.
Ще одним важливим поняттям у електротехніці є поняття потужності . джерела характеризує швидкість передачі чи перетворення електроенергії. Потужність вимірюється в Ваттах (Вт, W).
Сумарна потужність всіх підключених споживачів дорівнює сумі споживаних потужностей кожним споживачем. Робщ = Р1 + Р2 + ... Рn
Розрізняють поняття активної та ре активної потужності. P- активна потужність (ефективна), пов'язана з тією електричною енергією, яка може бути перетворена в інші види енергії - теплову, світлову, механічну та ін, вимірюється у ватах (Вт), є корисною потужністю, яку можна використовувати для виконання роботи.
P = IUcosф - для однофазного ланцюга, P = √3IUcosф– для трифазного ланцюга, P = U * I— у ланцюзі, де є лише активний опір.
Q– реактивна потужність, пов'язана з обміном електричною енергією між джерелом та споживачем, вимірюється у вольт-амперах реактивних (вар), коли середнє значення потужності за період дорівнює нулю, активна потужність дорівнює нулю, енергія накопичена магнітним полем індуктивності, повертається назад до джерела, струм в ланцюзі не здійснює роботи, реактивний струм марно завантажує джерела енергії та дроти лінії передач. Джерелами реактивної енергіїможуть бути елементи, що мають індуктивність - електродвигуни, трансформатори. Для того, щоб зменшити реактивну потужність на затискачах споживачів, підключають конденсатори (послідовно або паралельно).
Q = IUsinф– для однофазного ланцюга, Q = √3IUsinф– для трифазного ланцюга
Зсув фазою між струмом і напругою позначається кутом φ. Коефіцієнт потужності - це співвідношення активної потужності до повної, величина cosф дорівнює куту зсуву фаз між напругою і струмом. Чим вище cos φ, тим менше струму потрібно перетворення електроенергії в інші види енергії. Це призводить до зменшення втрат електроенергії, її заощадження.
На цьому поки що все, а в наступній частині познайомимося з основними законами електротехніки, які необхідно знати будь-якій людині, пов'язаній з електрикою.
Досвідчений електрик ніколи не каже - Я помилився, він каже: - Треба ж, як цікаво вийшло
Електричний струм – це електричний заряд у русі. Він може набувати форми раптового розряду статичної електрики, такого як, наприклад, блискавка. Або це може бути контрольований процес у генераторах, батареях, сонячних або паливних елементах. Сьогодні ми розглянемо саме поняття "електричний струм" та умови існування електричного струму.
Електрична енергія
Більша частинаелектроенергії, яку ми використовуємо надходить у вигляді змінного струму з електричної мережі. Він створюється генераторами, що працюють за законом індукції Фарадея, завдяки якому магнітне поле, що змінюється, може індукувати електричний струм у провіднику.
Генератори мають котушки проводи, що обертаються, які проходять через магнітні поля в міру їх обертання. Коли обертаються котушки, вони відкриваються і закриваються щодо магнітного поля і створюють електричний струм, що змінює напрямок на кожному повороті. Струм проходить через повний цикл вперед і назад 60 разів на секунду.
Генератори можуть харчуватися від парових турбін, нагрітих вугіллям, природним газом, нафтою чи ядерним реактором. З генератора струм проходить через ряд трансформаторів, де зростає його напруга. Діаметр проводів визначає величину та силу струму, яку вони можуть переносити без перегріву та втрати енергії, а напруга обмежена лише тим, наскільки добре лінії ізольовані від землі.
Цікаво відзначити, що струм переноситься лише одним дротом, а не двома. Дві його сторони позначаються як позитивна та негативна. Однак, оскільки полярність змінного струму змінюється 60 разів на секунду, вони мають інші назви - гарячі (магістральні лінії електропередач) і заземлені (що проходять під землею для замикання ланцюга).
Навіщо потрібний електричний струм?
Існує маса можливостей застосування електроструму: він може висвітлити ваш будинок, вимити та висушити одяг, підняти двері вашого гаража, змусити закипіти воду в чайнику та дати можливість працювати іншим побутовим предметам, які значно полегшують нам життя. Проте дедалі важливішим стає здатність струму передавати інформацію.
При підключенні до Інтернету комп'ютером використовується лише невелика частина електричного струму, але це те, без чого сучасна людина не уявляє свого життя.
Поняття про електричний струм
Подібно до річкової течії, потоку молекул води, електричний струм - це потік заряджених частинок. Що це таке, що його викликає і чому він не завжди йде в одному напрямку? Коли ви чуєте слово тече, про що ви думаєте? Можливо це буде річка. Це хороша асоціація, тому що саме через це електричний струм отримав свою назву. Він дуже схожий на потік води, тільки замість молекул води, що рухаються руслом, заряджені частинки рухаються провідником.
Серед умов, необхідних існування електричного струму, є пункт, що передбачає наявність електронів. Атоми у провідному матеріалі мають багато цих вільних заряджених частинок, які плавають навколо та між атомами. Їх рух є випадковим, тому потік у якомусь заданому напрямку відсутня. Що потрібно, щоб існував електричний струм?
Умови існування електричного струму включають наявність напруги. Коли воно застосовується до провідника, всі вільні електрони рухатимуться в одному напрямку, створюючи струм.
Цікаво про електричний струм
Цікаво, що коли електрична енергія передається через провідник зі швидкістю світла, самі електрони рухаються набагато повільніше. Насправді, якби ви не поспішаючи пройшли поряд із струмопровідним дротом, ваша швидкість була б у 100 разів швидше, ніж рухаються електрони. Це зумовлено тим, що їм не потрібно долати величезних відстаней, щоб передавати енергію один одному.
Прямий та змінний струм
Сьогодні широко використовуються два різні типи струму - постійний і змінний. У першому електрони рухаються в одному напрямку, з «негативної» сторони на «позитивну». Змінний струм штовхає електрони назад і вперед, змінюючи напрямок потоку кілька разів на секунду.
Генератори, що використовуються на електростанціях для електроенергії, призначені для виробництва змінного струму. Ви, напевно, ніколи не звертали уваги на те, що світло у вашому будинку насправді мерехтить, оскільки поточний напрямок змінюється, але це відбувається занадто швидко, щоб очі змогли це розпізнати.
Якими є умови існування постійного електричного струму? Навіщо нам потрібні обидва типи і який із них кращий? Це добрі питання. Той факт, що ми все ще використовуємо обидва типи струму, говорить про те, що вони служать певним цілям. Ще в XIX столітті було зрозуміло, що ефективна передача потужності на великі відстані між електростанцією та будинком була можлива лише за дуже високої напруги. Але проблема полягала в тому, що відправлення справді високої напруги було надзвичайно небезпечним для людей.
Вирішення цієї проблеми полягало в тому, щоб зменшити напругу поза домом, перш ніж відправляти її всередину. І до цього дня постійний електричний струм використовується для передачі на великі відстані, в основному через його здатність легко перетворюватися на інші напруги.
Як працює електричний струм
Умови існування електричного струму включають наявність заряджених частинок, провідника і напруги. Багато вчених вивчали електрику та виявили, що існує два його типи: статичне та поточне.
Саме друге відіграє величезну роль у повсякденному життібудь-якої людини, оскільки є електричний струм, який проходить через ланцюг. Ми щодня використовуємо його для харчування наших будинків та багато іншого.
Що таке електричний струм?
Коли ланцюги циркулюють електричні заряди з місця в інше, виникає електричний струм. Умови існування електричного струму включають, крім заряджених частинок, наявність провідника. Найчастіше це провід. Схема його є замкнутий контур, у якому струм проходить від джерела живлення. Коли ж ланцюг розімкнуто, він не може закінчити шлях. Наприклад, коли світло у вашій кімнаті вимкнене, ланцюг розімкнений, але коли ланцюг замкнутий, світло горить.
Потужність струму
На умови існування електричного струму у провіднику великий вплив має така характеристика напруги, як потужність. Це показник того, скільки енергії використовується протягом певного періоду часу.
існує багато різних одиниць, які можуть бути використані для вираження даної характеристики. Однак електрична потужністьмайже вимірюється у ватах. Один ват дорівнює одному джоулю в секунду.
Електричний заряд у русі
Якими є умови існування електричного струму? Він може набувати форми раптового розряду статичної електрики, такого як блискавка або іскра від тертя з вовняною тканиною. Однак частіше, коли ми говоримо про електричний струм, ми маємо на увазі більш контрольовану форму електрики, завдяки якій світиться світло і працюють прилади. Більша частина електричного зарядупереноситься негативними електронами та позитивними протонами всередині атома. Проте другі переважно іммобілізовані всередині атомних ядертому робота з перенесення заряду з одного місця в інше проходить електронами.
Електрони у провідному матеріалі, такому як метал, значною мірою вільні для переходу від одного атома до іншого вздовж їх зон провідності, які є вищими електронними орбітами. Достатня електрорушійна сила або напруга створює дисбаланс заряду, який може спричинити рух електронів через провідник у вигляді електричного струму.
Якщо провести аналогію з водою, візьмемо, наприклад, трубу. Коли ми відкриваємо клапан на одному кінці, щоб вода потрапила в трубу, то нам не потрібно чекати, поки ця вода прокладе весь шлях до кінця. Ми отримуємо воду на іншому кінці майже миттєво, тому що вода, що входить, штовхає воду, яка вже знаходиться в трубі. Це те, що відбувається у разі електричного струму у дроті.
Електричний струм: умови існування електричного струму
Електричний струм зазвичай сприймається як потік електронів. Коли два кінці батареї з'єднані один з одним за допомогою металевого дроту, ця заряджена маса через провід потрапляє з одного кінця (електрода або полюса) на протилежний батареї. Отже, назвемо умови існування електричного струму:
- Заряджені частинки.
- Провідник.
- Джерело напруги.
Однак не все так просто. Які умови потрібні для існування електричного струму? На це питання можна відповісти докладніше, розглянувши такі характеристики:
- Різниця потенціалів (напруга).Це одна з обов'язкових умов. Між двома точками має бути різниця потенціалів, що означає, що відштовхувальна сила, яка створюється зарядженими частинками в одному місці, повинна бути більшою, ніж їхня сила в іншій точці. Джерела напруги, як правило, не зустрічаються в природі, і електрони розподіляються у навколишньому середовищі досить рівномірно. Все ж таки вченим вдалося винайти певні типи приладів, де ці заряджені частинки можуть накопичуватися, тим самим створюючи ту необхідну напругу (наприклад, в батарейках).
- Електричний опір (провідник).Це друге важлива умова, що необхідне існування електроструму. Це шлях, яким переміщаються заряджені частки. Як провідники виступають тільки ті матеріали, які дають можливість електронам вільно переміщатися. Ті ж, які не мають цієї здібності, називаються ізоляторами. Наприклад, дріт із металу буде чудовим провідником, тоді як його гумова оболонка буде чудовим ізолятором.
Ретельно вивчивши умови виникнення та існування електричного струму, люди змогли приручити цю потужну та небезпечну стихію та спрямувати її на благо людства.