Электромагнетизм. Электромагнитная индукция.

Билет 1.

1. Постоянный ток: определение, характеристика. Закон Ома.

Постоянный ток – это ток, у которого скорость движения электрических зарядов во времени неизменна.

Закон Ома: Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на этом участке и обратно пропорционально его сопротивлению.

, где I-сила тока [A]-ампер, U-напряжение [В]-вольт, R-сопротивление [Ом].

Что входит в состав электрической сети.

Эл. сеть – это система производства, передачи и преобразования электроэнергии в другие виды энергии. В электрическую сеть входят следующие электротехнические устройства (генераторы, трансформаторы, аппараты управления и защиты, линии электропередач, приемники электроэнергии).

Билет 2.

Электромагнетизм. Электромагнитная индукция.

Электромагнетизм – это явление, в результате взаимодействия электрического тока и магнетизма (на этом явлении основана работа электродвигателей).

Электромагнитная индукция – это явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного поля, пронизывающие контур (то есть возникает Э.Д.С. индукции).

2. Асинхронный двигатель (А.Д.): устройство и принцип работы.

А.Д. состоит из 2-х основных частей:

- подвижная часть – РОТОР: вал, сердечник, обмотка (короткозамкнутая или фазная);

- неподвижная часть – СТАТОР: станина, сердечник, обмотка, подшипники, щиты, вентилятор.

В основе принципа работы А.Д. лежит получение вращающегося магнитного поля в обмотке статора, которое наводит Э.Д.С. в активных проводниках обмотки ротора. Эти электромагнитные силы создают суммарный момент приводящий ротор в движение в направлении вращения магнитного поля статора. При этом частота вращения ротора меньше частоты вращения магнитного поля статора.

Для этого необходимо выполнения 2-х условий:

- обмотки статора (фазы) сдвинуты в пространстве на 120⁰;

- токи в обмотках должны иметь одинаковую частоту и амплитуду.

Билет 3.

1. Электрическая цепь: элементы, режимы работы.

Электрической цепью называют совокупность электротехнических устройств, образующих путь для электрического тока, электромагнитные процессы в которой могут быть описаны с помощью электрических величин (электродвижущая сила, сила тока, напряжение). Свойства эл. цепей характеризуются значениями сопротивлений, индуктивностей и емкостей всех элементов (ист. питания, нагрузка).

Режимы работы:

- Холостого хода: сопротивление нагрузки R_н = ∞, I = 0.

- Номинальный режим: при этом режиме от ист. питания отбирается номинальная мощность, т.е. та наибольшая мощность, которую может длительно развивать генератор, не перегреваясь. I_ном, U_ном для каждого источника и приемника и соответствуют номинальной нагрузке эл. цепи.

- Короткого замыкания: когда R_н = 0, ток в цепи будет ограничен только внутренним сопротивление источника электроэнергии. Это аварийный режим для аккумуляторов, генераторов, потому что у них малое внутреннее сопротивление.

2. Синхронный двигатель (С.Д.): устройство и принцип работы.

С.Д. состоит из 2-х основных частей:

- подвижная часть – РОТОР: якорь, обмотка возбуждения, коллектор возбудителя, траверса, контактные кольца, вентилятор.

- неподвижная часть – СТАТОР: станина, сердечник, обмотка, подшипники, щиты, щеткодержатели.

Синхронным является двигатель, у которого частота вращения ротора равна частоте вращения магн. поля статора.

Принцип работы С.Д: после запуска (когда эл. двигатель наберет обороты и будет работать как А.Д.), установить в обмотке возбуждения ротора постоянный ток и подождать пока ротор войдет в синхронизацию с магн. полем, после чего двигатель можно нагружать.

Билет 4.

1. Мощность электроцепи: определение, коэффициент, формулы, единицы измерения.

Мощность эл. цепи – это работа развиваемая на участке эл. цепи, в единицу времени t.

Обозначается: Р [Вт] – Ватт. Формула:

Коэффициент мощности ( cos φ) показывает, какую долю всей вырабатываемой источником мощности составляет активная мощность. Численно равен отношению активной мощности (Р) к полной мощности (S).

Формула:

2. Двигатель постоянного тока: принцип работы, устройство.

Состоит из 2-х основных частей:

- подвижная часть – РОТОР: вал, сердечник якоря (в пазы которого уложена обмотка якоря), коллектор, к поверхности коллектора прилегают графитовые щетки (скользящий контакт).

- неподвижная часть – СТАТОР: станина (выполнен из электротехнической стали, т.к. является частью магнитопровода), полюсы с полюсными наконечниками, обмотка возбуждения размещается на полюсах.

Принцип работы: между двумя полюсами вращается якорь с шестью пазами, в которых помещены изолированные провода обмотки якоря в два слоя. Обмотки якоря замкнуты на себя и состоит из одинаковых частей – секций, присоединённых к двум соседним коллекторным пластинам. В проводах секции, лежащих в пазах при вращении якоря наводится Э.Д.С. поэтому они называются активными сторонами секции. В частях провода, расположенного на торцах якоря («лобовые»), Э.Д.С. не наводится. Таким образом, при вращении якоря напряжение на зажимах якоря постоянно по направлению, но изменяется от U1 до U2. Чем больше секций включено в параллельную ветвь, тем меньше пульсация напряжения.

Билет 5.

1. 3-х фазная система: определение, мощность, единицы измерения.

3-х фазная система – это совокупность трех электрических цепей, источники электрической энергии (э.д.с.) которых имеют одинаковую частоту, амплитуду и сдвинуты по фазе относительно друг друга на угол 2π/3=120⁰

Мощность 3-х фазной системы).

Полная мощность

(ВА) вольт-амперы

Коэф. мощности:

Мощность, потребляемая нагрузкой от сети трехфазного тока, равна сумме мощностей, потребляемых отдельными фазами, т. е.

P=P_A+P_В+P_С

При равномерной нагрузке мощность, потребляемая каждой фазой

P_Ф=U_Ф I_Ф cos φ, Вт

где

Uф — фазное напряжение, В

Iф — фазный ток, А

cos φ — коэффициент мощности нагрузки.

Мощность, потребляемая всеми тремя фазами,

P=3U_Ф I_Ф cosφ, Вт

или

, Вт

2. Пускатель марки ПМЕ: принцип работы, устройство и технические данные.

В нижней части пластмассового корпуса размещены сердечник и, насаженная на него, втягивающая катушка с возвратной пружиной. В верхней части находится траверса, на которой закреплены якорь с подвижными и неподвижными силовыми и блокировочными контактами. Магнитопровод собран из листов электротехнической стали, изолированных друг от друга, чтобы уменьшить вихревые токи (токи Фуко). Места примыкания сердечника и якоря имеют гладкие поверхности для уменьшения гудения во время работы пускателя. Кроме того, сердечник имеет короткозамкнутые витки для снижения вибраций при пуске и при работе магнитного пускателя. Работает по следующему принципу. При подаче переменного напряжения на катушку в ней начинает протекать переменный электрический ток, который, в свою очередь, создает магнитный поток в сердечнике и якоре. В результате, намагниченный якорь притягивается к сердечнику, замыкая силовые и блокировочные контакты пускателя. Основные технические характеристики пускателя приводятся на табличке пускателя либо на верхней крышке.

ПМЕ-211-УХЛ4В.

— переменное напряжение катушки магнитного пускателя 220 В (380 В);

— номинальное напряжение и ток силовой цепи: при 380 В — 25 А, при 660 В – 14 А;

— климатическое исполнение УХЛ4 и износостойкость категории В.

ПМE- Х1 Х2 Х3 Х4 Х5 Х6 Х7, где

ПМE — серия магнитного пускателя

Х1 – номинальный ток: 0 – 4А, 1- 10А, 2 – 25А, 3 – 40А, 4 – 60А, 5 – 100А, 6 – 150А, 7 – 200А.

Х2 – исполнение пускателей по назначению и наличию теплового реле;

Х3- исполнение по степени защиты и наличию кнопок;

Х4 – исполнение по роду тока (переменный или постоянный) цепи управления, напряжению главной цепи и числу контактов вспомогательной цепи;

Х5 – климатическое исполнение: У, УХЛ, О, Т;

Х6 – категория размещения: 2, 3, 4;

Х7 – исполнение по износостойкости: А, Б, В.

Билет 6.

1. Закон Джоуля-Ленца: единицы измерения, количество тепла.

Закон Джоуля-Ленца: это закон, который позволяет дать количественную оценку выделяемого тепла в результате воздействия электрического тока на проводник. Числено количество теплоты, выделяемое при этом, равно работе тока.

Формула: Q[ Дж оуль] = U[ В ольт]*I[ А мпер]*t[сек].

2. Пускатель серии ПАЕ: устройство, принцип работы, технические данные, их выбор.

Устройство:

1 - металлическое основание;

2 и 3- неподвижные и подвижные мостиковые контакты;

4 - контактная пружина;

5 - закрытая дугогасительная камера;

6 - траверса;

7 - якорь электромагнита;

8 - катушка электромагнита;

9 - магнитопровод электромагнита;

10 - амортизирующие пружины;

11 - тепловое реле;

12 - отключающая пружина.

Работа магнитных пускателей ПАЕ основана на смыкании и размыкании контактов электрической цепи. Когда пускатель включается, по катушке поступает электроток. При этом намагничивается сердечник и якорь притягивается, что приводит к замыканию контакта и протеканию тока по основной электроцепи. Если пускатель отключается, то катушка обесточивается, возвратная пружина возвращает якорь в исходное положение, благодаря чему происходит размыкание контактов.

При маркировке магнитных пускателей ПАЕ применяется не только аббревиатура, обозначающая серию прибора, но и величину пускателя, зависимую от номинального тока. Так, число 3 указывает на 40 А, 4 – на 63 А, 5 – на 100 А, а 6 – на 160 А. также числом может быть показан тип исполнения прибора: 1 – открытое исполнение, 2 – защищенное, 3 – пылезащищенное, 4 – пылебрызгонепроницаемое. В конце маркировки могут быть указаны дополнительные признаки исполнения прибора: для нереверсивных магнитных пускателей обозначение могут быть 1 — без реле теплового или 2 — с реле тепловым; для реверсивных это 3 — без реле теплового, 4 — с реле тепловым, 5 — без реле теплового, 6 — с реле тепловым. На пример ПАЕ-422.

Билет 7.

1. Индуктивность: определение, единицы измерения.

Индуктивность – характеризует зависимости потокосцепления (ψ), в замкнутой цепи, от её формы и магнитных свойств среды, в которой находится проводник.

Таким образом, индуктивность катушки прямо пропорциональна квадрату числа ее витков, магнитной проницаемости материала сердечника катушки, площади сечения ее каркаса и обратно пропорциональна длине катушки.

Обозначается: L, Генри [Гн].

;

2. Автоматы серии АП-50: устройство, принцип работы, технические данные, их выбор.

Автоматические выключатели серии АП-50 предназначены для защиты электрических установок, в том числе асинхронных электродвигателей, от перегрузок и коротких замыканий, а также для нечастых (до 6 в час) включений и отключений электрических цепей или пусков и остановок электродвигателей.

Автоматические выключатели АП-50 изготавливают:

- двухполюсные на напряжение переменного тока до 500 В, постоянного тока до 220 В и трехполюсные — на напряжение переменного тока до 500 В;

- на токи фазных расцепителей максимального тока: 1,6; 2,5; 4; 6.4; 10; 16; 25; 40; 50; 63А.

- по наличию фазных расцепителей максимального тока: с тепловыми и электромагнитными расцепителями, только с тепловыми расцепителями, только с электромагнитными расцепителями, без расцепителей - неавтоматические выключатели на номинальный ток 50 А;

- с токами отсечки электромагнитных расцепителей- 3,5 Iн, 8 Iн, 11 Iн.

- по наличию расцепителя максимального тока в нулевом проводе: без расцепителя — к нулевом проводе, с расцепителем в нулевом проводе.

- по наличию расцепителей минимального напряжения 110; 127; 220; 380; 400и 415 В переменного тока с возможностью включения катушки расцепителя для питания от постороннего источника;

- без расцепителя минимального напряжения, с расцепителем минимального напряжения;

- по наличию и роду блок-контактов: без блок-контактов, с одним переключающим, с двумя переключающими.

Автоматический выключатель АП-50 состоит из следующих основных узлов: механизма управления, контактной системы, дугогасительного устройства, расцепителей максимального тока.

Узлы автоматического выключателя размещены на пластмассовом цоколе. Сверху цоколь закрыт крышкой, снизу - дном. Механизм управления, построенный на принципе свободного расцепления, обеспечивает мгновенное размыкание контактов.

Отключение автомата при токах перегрузки и токах короткого замыкания происходит автоматически и не зависит от того, удерживается или не удерживается кнопка во включенном положении.

Блок-контакты являются самостоятельным узлом, кинематически связанным с траверсой подвижных главных контактов.

Тепловой расцепитель обеспечивает обратно зависимую от тока выдержку времени срабатывания в зоне перегрузок, а электромагнитный расцепитель — мгновенное срабатывание (отсечку) в зоне токов короткого замыкания.

Билет 8.

1. Переменный ток: определение, период, фаза, частота.

Переменным называется ток изменяющийся с течением времени.

Период (Т, сек) – это интервал времен, через который повторяются мгновенные значения электрической величины.

Частота (ν, Гц) – это величина показывающая кол-во периодов за 1 секунду.

Фазой – называют величину ωt+φ_i. Где ω – угловая частота [рад/сек]; φ_i – начальная фаза тока.

2. Предохранители: устройство, принцип работы, технические характеристики, их выбор.

Для защиты электрической проводки и дорогостоящей радиоаппаратуры от короткого замыкания, бросков тока в питающей сети и обеспечения безопасной эксплуатации электроприборов широко используются плавкие вставки – предохранители. При прохождении через плавкую вставку предохранителя тока, превышающего ее номинальный ток, вставка перегорает и разрывает электрическую цепь, отключая таким образом защищаемый участок от остальной части электроустановки. При выборе предохранителя для аппаратуры пользуются простым законом. Ток предохранителя должен быть больше максимально потребляемым изделием. Например, если максимальный ток потребления усилителя составляет 5 ампер, то предохранитель выбирается на 10 ампер.

Состоит из:

- патрона (колбы) из диэлектрического материала (керамика, стекло, пластик),

- контактные поверхности (ножи, колпачки, клеммы)

- плавкой вставки,

- наполнителя (кварцевый песок).

Билет 9.

1. Переменный ток: мощность, коэффициент, единицы измерения однофазной системы.

Мощность в цепи переменного тока так же является переменной величиной на любом участке цепи в любой момент времени t. Определяется как произведение мгновенных значений тока и напряжения.

Активная мощность P[Вт]=U*I*cosφ. Реактивная мощность Q[Вар]=U*I*sinφ.

2. Реле электромагнитной системы: устройство, принцип работы, технические характеристики.

Реле - электрический аппарат, предназначенный для коммутации электрических цепей (скачкообразного изменения выходных величин) при заданных изменениях электрических или не электрических входных величин.

Реле обычно состоит из трех основных функциональных элементов:

Воспринимающий (первичный) элемент воспринимает контролируемую величину и преобразует её в другую физическую величину.

Промежуточный элемент сравнивает значение этой величины с заданным значением и при его превышении передает первичное воздействие на исполнительный элемент.

Исполнительный элемент осуществляет передачу воздействия от реле в управляемые цепи. Все эти элементы могут быть явно выраженными или объединёнными друг с другом.

Воспринимающий элемент выполнен в виде электромагнита. По устройству исполнительного элемента, реле подразделяются на контактные и бесконтактные. Характеризуются:

1. Величиной срабатывания.

2. Мощностью срабатывания.

3. Управляемой мощностью.

4. Временем срабатывания.

Работа электромагнитных реле основана на использовании электромагнитных сил, возникающих в металлическом сердечнике при прохождении тока по виткам его катушки. Детали реле монтируются на основании и закрываются крышкой. Над сердечником электромагнита установлен подвижный якорь (пластина) с одним или несколькими контактами. Напротив них находятся соответствующие парные неподвижные контакты.

В исходном положении якорь удерживается пружиной. При подаче напряжения электромагнит притягивает якорь, преодолевая её усилие, и замыкает или размыкает контакты в зависимости от конструкции реле. После отключения напряжения пружина возвращает якорь в исходное положение.

Билет 10.