Постоянным называется ток, значение и наиравлаше которого щ>и неизменных параметрах электротехнической установки остаются постоянными. В отлитас от этого под переменным понимается обычно ток, значение и направление кошрого периодически изменяются.

На основе технико-экономических соображений электрическая энергия вырабатывается, на электросташшях, распределяется между приемниками н потребляется последаими прснмуще-сгвенно в виде энергии переменного тока (см. гл. 2). Одааяк? широкое применение имеет в настоящее время также и постоянный TDK.

Для некоторых прнем1шков постоянный ток является единственно возможным родом тока, а иногда его применение позволяет существенно улучшить технические и эксплуатационные свойства установок.

Электрическая энергия постоянного тока используется, например, для питания электролитических ванн, двигателей постоянного тока многих производственных матгшн и механизмов, различных устройств промышленной элекгроники, авю-матики и т. д.

Электрическую энергию постоянного тока получают в настоящее время чаще всего из электрической энергии переменного тока с помощью полупроводниковых преобрезовательных устройств. Реже для этой цели используют генераторы, приводимые во вращение электрическими и нелектрическвми двигателями, аккумуляторы, гальванические элементы и термогенераторы.

1.г ЭЛЕМЕНТЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ УСТАНОВОК, ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ И СХЕМЫ

Основными элементами электротехнических установок являются источники и приемники электрической энергии, а также преобразовательные устройства.

С помощью жггочников тот ют иной вид энерган (энергия сжигаилого топлива, падающей воды, атомная и химическая энергия в т. д.) преобразуется в электритескую энергию. Приемники, наоборот, преобразуют электрическую энергию в щ-гие ее виды (механичесжую, тепловую, химическую, энергию светового излучения и т. д.). С помощью преобразовательных установок электрическая энергия одного вида преобразуется в электрическую энергию другого вида (энергия переменного тока - в энергию постоянного тока, энергия переменного тока одной частоты - в энергию переменного тока других частот и I. д.).

Кроме основных элементов электротехнические установки содержат 6о.тьшое число вспомогательных элементов, выполняющих разнообразные функции. К ним относятся, например, выключатели н переключатели различного назначения, аппараты автаматнзмрован-HOI0 >правления, электроизмерительные приборы, резисторы для регу-ииронании Мка, напряжения и ыо1л.но(ли ириемникок, -iaii№ i ные устройства.

Вспомогательные элементы, не являясь в прямом смысле приемниками, потребляют некоторое количество энергии, что ухудшает коэффициент полезного действия (КПД) установок.

Основные и вспомогательные элементы соединяются между собой с помощью проводов и образуют в совокупности электрическую пепь установки.

Различные элементы электрических цепей обозначаются в технической документации и литературе согласно ГОСТ с помощью условных обозначений, некоторые из которых будут приведены по мере изложения материала книга

Графическое изображегше электрической цепн с помощью условных обозначении ее элементов называется электрической схемой цепи.

1.3. ЗАДАЧИ РАСЧЕТА И АНАЛИЗА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ. ПАРАМЕТРЫ. ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ РАСЧЕТЕ И АНАЛИЗЕ

Задачи, возникающие ирт расчете электрических цепей, нают весьма разнообразными. Одной из наиболее часто встречающихся задач расчета является определение напряжений, токов и мощностей различных элементов цепей при заданных их параметрах. Нередко возникает и другая задача, когда бывает необходимо найти значения параметров тех или иных элементов, например электродвнжзщнх сил (ЭДС) источников, обеспечивающих получение требугалых напряжений, токов или мощностей.

Во многих слутаих при расчете нризодп гея определшъ не шльео значения ЭДС, напряжений и токов, но и их направления. О&ъясняегтся это тем, что направления указанных величин характеризуют ряд показателей, которые могут представлять интерес при изучении электротехнического устройства. Например, направление тока в намагничивающей обмотке некоторого электромагнитного устройства, включенной в данную пспь, определяет направление магнитного полк, возбуждаемого этой катушкой. Определив при расчете электрической цепи направления ЭДС и тока или напряжения и тока некоторых элементов цепи, можно легко определить, какие из них являются источниками, а какие тфиемниками.

Кроме расчета электрических цепей часто возникают задачи их а1[ализа, которые бывают также весьма разнообразными. Так, иногда требуется установить характер изменения значений различных величин или соотногпений между ними при изменении параметров пепи.

При рассмотрении вопроса о параметрах различных элементов электрических целей необходимо учитывать следующее. Каждый элемент электрической цепн имеет в общем случае несколько параметров, с помощью которых могут быть учтены электромагнитные в тепловые явления, свойственные данному элементу. Однако далеко не всегда необходимо принимать во внимание наличие всех параметров.

Например, при расчете в anajiHBe установимпсос режима работ цепи постоянного тока, содержащей катушку индуктивности, такой раметр, как нпдуктивность, учитывать не следует. Объясняется это тем, что при постоянном токе индуктивность не влияет па значени* напряжений, токов н мощностей.

На значения напряжений, токов н мопшостей при установившемся режиме в цепях постоянного тока оказывают влияние, а поэтому используются при расче-е и анализе следующие параметры:

ЭДС Е всготаиков электрической энергнн, являющиеся причиной воз1П1К1юве1шя напряжений, токов в мощвостен;

ЭДС электродвигателей и аккумуляторов (при зарядке последних), яв.1ЯЮЩИХСЯ приемниками электрической знергии;

сопротивления г различных элементов электрических цепей, в том числе и внутренние сопротивления Источников, а taK-же приемников, имеющих в качестве параметра ЭДС. Вместо сопротивлений могут быть нсвользованы соответствующие им проводимости g=l/r в go = lAo.

Элементы электрических цепей, имеющие в качестве параметров ЭДС, называются активными элементами, не имеющие ЭДС - пассивными элементами. Во многих случаях вместо

ЭДС и внутренних сопротивлений элементов указывается напряжение, подводимое от них к данной электрической цепи (см. рис. 1.1,д).

При определенных условиях активные элементы могут быть либо источниками, либо приемниками электрической энергии. Соотношение между ЭДС и напряжениями активных элементов рассматривается в § 1.10 и 1.12.

В этом случае, когда при расчете и анализе ве ясно, источниками или приемниками являются активные элементы, будем называть их исючниками ЭДС и исючниками с указаншлм напряжением.

Многие вспомогательные элементы электрических цепей имеют такие сопротивления, что они не влияют практически на значения напряжений, токов и мощностей. К ним относятся, например, контакты коммутационных а других аппаратов, электроизмерительные приборы, некоторые защи11кые устройства, соединительные провода небольшой протяженности и лр- Подобные элементы на лектрическик схемах, предназначенных лля расчета и анализа электрических непей, обытао не изображают.

Элемент эле1(трической цепи, характеризуемый 0£щим параметром (при ншшчии у него и других параметров),-либо отдельные части элемента, каждая из которых характеризуется одним параметром и изображается на схеме с помощью соответствующего условного обозначения от других частей, называются часто идеальными элементами. А электрические схемы, содержащие идеа.1ьные элементы, называют иногда схемами замещения.

1.4. НЕКОТОРЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ. ПОНЯТИЕ О ДВУХ ПОЛЮСНИКАХ

С топсн зрения расчета и анализа электрических цепей не имеет значения, с какими именно источниками, приемниками и вспомогательными элементами приходится иметь дело. Важно знать только их пара\1стры н способ соединения друг с другом. Учитывая это, при нзучен1ги методов расчета и анализа цепей будем использовать в основном одни и те же условные обозначения для различных эла ентов, имеющих одшгаковые параметры. Активные элементы будем обозна-ча1ь в основном кружочками со стрелками внутри, указывающими направ.1ение ЭДС (рис. 1.1); для батареи из гальианическнх цементов используем обозначение, приведенное на рис. 1.1, о.

В сопротивлениях различных элементов электрических испей происходит процесс преобразования электрической энергии в теплоту. Такие злементы называются рсзнстивнымн и обозначаются прямоугольничками (см. рис 1.1).

Рис. 1,1. примеры схем электрических цепей

Электрические иепи постоянного тока (как и переменного) и соответственно ик электрические схемы бывают весьма разнообразными. Так, встречаются .члектрические цели ыеразветвленные (рис, 1.1, д и разветвленные (риа 1Л,в-д], с одним активным элементом (ряс. 1.1, а, е,д]ис двумя (рис. 1.1, б. г) или с большим количеством акгнвных элементов, линейные н нелинейные.

Линейной называется электрическая пень, па[имстры которой не зависят от напряжений или токов в иепи. Если параметр яотя бы одно, го из элементов не остается постоянным при изменении напряже или токов в цепи, то данный элемент и вся электрическая цепь называются нелинейными. Некоторые нелинейные элементы а цепн постоянного тока рссматриваются в § 1.16.

Часть электрической цепн, имеющая два вывода, с помощью которых она соединяется с другой частью цепи, называется дпухполюо-виком. Рахтичают пассивные н активные двухполюсники. Пассивные двухполюсники содержат только пассивные элементы, ак1ивные - яящ. пассивные, так и активные элементы. Например, справа от точек а в b на рис. 1.1, в расположена схема пассивного двухполюсника, соеда-ненного с активным двухполюсником, схта которого дана сяета от указанных ючек. Справа и слева от точек с н <i на рнй 1.1,г располо жены схемы двух активных двухполюсников, а между этими точж -ми - пассивный двухполюсник.

tX ПРОВОДНИКОВЫЕ И ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ. СОПРОТИВЛЕНИЕ ПРОВОДНИКОВ И ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ ДИЭЛЕКТРИКОВ

Токовелущне части различных элементов электрических цепей изготовляются Mi проводниковых материалов, которые бывают тв-дымн, жидкими и газообразными. Основными проводниковыи материалами являются металлы н их сплавы.

В большинстве случаев токоведуище тасш (проводш и) t ляются из щюволоки круглого или прямоугольного сеченяя. Такие проводники используются, наимер, щш сооруж 1ИН линий электропередачи и элсктричс<жих сетей, нагревательных устройств, обмоток элек]рических машин, различных электротехнических аппаратов и измерительных приборов.

Если проводник имеет одну и ту же площад]

I всей длине, го его сопротивление. Ом,

(1.1)

где / - длина проводника, м; S - площадь поперечного сечения проводника, м; р -удельное сопротивление материала щюводника, Омм.

На щ)актике часто пользуются единицами /, 6 и р в 1 м, 1 мм и

тветственно. Других из указанных единиц следует ; удельные сопротивления не равны и на-1м = 10* Om-mmVm.

1 Ом часто используют более /1 кОм-10* Ом) и 1 мегаом (1 МОм-

1 Ом.мм> = 1 мкОм

При использован! помнить, что в обоих случ ходятся в соотношении 1 I Кроме сдиниоы сопр. кр>пные единицы: 1 к = 10 Ом). /

Единицей проводимости g = 1/г явлнеьсн 1/Ом = 1 См (1 симено). Единицы удельной проводимости у = 1/р зависят от единиц удельного сопротивления. Когда единицей удельного сопротивления является 1 Ом м, единица удельной проводимости будет 1Д0м - м) - 1 Си/и. Когда же единицей сопротивления является 1 OMMmVm= 1 мкОм-м, единила удельной проводимости будет 1 м/(Ом-мм) = 1 Смм/мм. Гоотношение между указанными единицами пр<жоцимости таково : 1 См/ы 1 См м/м = 10* См м/мм.

Сопротивление металлических проводников при повышении температуры возрастает. Зависимость сощютивления от температуры выражается следующ формулой:

г,=г,[1-Ьа(;,-10], (1-2)

где t, и 12-вачальная и конечная температуры, С; и г. - сопротивления при температурах г, и f. Ом; т - хемлературный коэффициент сопротивления, °С .

Сведения об удельных сопротивлениях и температурных коэффн-циеггтах проводниковых материалов приводятся в справочной литературе,

В зависимости от требований, предъявляемых в отношении значений удельного сопротивления, темпера ту реог о к<нффтщента сопроти-BjiCHHH, допустимой температуры нагревания, механический прочности и ряда других свойств, для изготовления токове,аущкх частей электротехнических устройств применяются весьма разнообразные металлы и их сплавы.

Так, зля многих устроите находвт применение материалы с относительно малым удельным сопротивлением. В первую очередь к та-к-им материалам огнося1-1:я медь и алюминий, имсюшие при комнат-