- •Электрическая цепь и ее основные законы
- •Электромагнетизм и электромагнитная индукция
- •Электрические машины постоянного тока
- •Химические источники тока
- •Переменный ток
- •Трансформаторы и Реакторы
- •Электрические машины переменного тока
- •Физические основы работы электрических аппаратов
- •§1. Основные сведения о строении вещества и физической природе электричества
- •§ 2. Напряженность электрического поля, электрическое поле, электрический потенциал и напряжение
- •§ 3. Электрический ток и электропроводность вещества
- •§ 4. Электрическое сопротивление и проводимость
- •§ 5. Электродвижущая сила и напряжение источника электрической энергии
- •§ 6. Электрическая цепь и ее элементы
- •§ 7. Закон Ома
- •§ 8. Использование резисторов для регулирования тока в электрической цепи
- •Режимы работы электрической цепи
- •§ 10. Законы Кирхгофа
- •§ 11. Последовательное, параллельное и смешанное соединения резисторов (приемников электрической энергии)
- •§ 12. Мостовая схема соединения резисторов и ее применение
- •§ 13. Работа и мощность электрического тока
- •§ 14. Тепловое действие тока
- •§ 15. Передача электрической энергии по проводам
- •Электромагнетизм и электромагнитная индукция §16. Магнитное поле и его характеристики и свойства
- •§17. Магнитное поле проводника с током и способы его усиления
- •§18. Магнитные свойства различных веществ
- •§19. Магнитная цепь
- •§20. Электромагнитные силы, создаваемые магнитным полем
- •§21. Электромагнитная индукция
- •§22. Вихревые токи
- •§23. Самоиндукция
- •§24. Взаимоиндукция
- •Электрические машины постоянного тока §25. Процесс преобразования энергии в электрических машинах. Режимы их работы
- •§26. Принцип действия
- •§27. Основные части электрических машин и их назначение
- •§28. Обмотки якоря
- •§29. Реакция якоря
- •§30. Коммутация
- •§31. Основы работы генераторов
- •§32. Схемы генераторов и их характеристики
- •§33. Основы работы электродвигателей
- •§34. Схемы электродвигателей и их характеристики
- •§35. Пуск в ход электродвигателей постоянного тока
- •§36. Регулирование частоты вращения якоря электродвигателя
- •§37. Электрическое торможение
- •§38. Мощность и коэффициент полезного действия электрических машин
- •§39. Особенности работы машин постоянного тока при пульсирующем напряжении
- •Химические источники тока §40. Электрический ток в жидких проводниках
- •§41. Понятие о гальванических элементах
- •§42. Кислотные аккумуляторы
- •§43. Щелочные аккумуляторы, принцип действия и устройство
- •§44. Электрические характеристики аккумуляторов
- •§45. Способы соединения аккумуляторов в батареи
- •§46. Получение переменного тока
- •§47. Основные параметры переменного тока
- •§48. Векторные диаграммы
- •§49. Виды сопротивлений в электрической цепи переменного тока
- •§50. Активное сопротивление в цепи переменного тока
- •§51. Индуктивность в цепи переменного тока
- •§52. Конденсаторы, их назначение и устройство
- •§53. Емкость в цепи переменного тока
- •§54. Последовательное соединение активного сопротивления, индуктивности и емкости
- •§55. Параллельное соединение сопротивлений в цепи переменного тока
- •§56. Резонанс напряжений и резонанс токов
- •§57. Мощность переменного тока и коэффициент мощности
- •§58. Передача электрической энергии по проводам при переменном токе
- •§59. Трехфазный переменный ток
- •§60. Схема соединения «звездой»
- •§61. Схема соединения «треугольником»
- •§62. Мощность трехфазной системы
- •§63. Назначение и принцип действия трансформатора
- •§65. Режимы работы трансформатора и его характеристики
- •§66. Мощность, к. П. Д. И коэффициент мощности трансформатора
- •§67. Автотрансформатор и трехфазный трансформатор
- •§68. Трансформаторы для вентильных преобразователей
- •§69. Регулирование напряжения трансформаторов
- •§70. Реакторы
- •§71. Подключение трансформаторов и реакторов к источнику переменного тока
- •§72. Магнитные усилители
- •§73. Стабилизаторы напряжения
- •§74. Вращающееся магнитное поле
- •§75. Принцип действия асинхронного двигателя
- •§76. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
- •§77. Асинхронный двигатель с фазным ротором
- •§78. Режимы работы асинхронных двигателей
- •§79. Характеристики асинхронных двигателей
- •§80. Пуск в ход асинхронных двигателей
- •§81. Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей
- •§82. Однофазные и двухфазные асинхронные двигатели
- •§83. Асинхронный расщепитель фаз
- •§84. Асинхронный тахогенератор
- •§85. Сельсины
- •§86. Назначение и принцип действия синхронной машины
- •§87. Устройство синхронной машины
- •§88. Режимы работы синхронного генератора и его характеристики
- •§89. Синхронный двигатель, принцип действия и устройство синхронного двигателя
- •§90. Назначение и классификация электрических аппаратов
- •§91. Контакты электрических аппаратов
- •§92. Электрическая дуга и методы ее гашения
- •§93. Приводы электрических аппаратов
- •§94. Основы работы плавких предохранителей
- •§ 95. Назначение и типы электроизмерительных приборов
- •§ 96. Магнитоэлектрические приборы
- •§ 97. Электромагнитные приборы
- •§ 98. Электродинамические и ферродинамические приборы
- •§ 99. Индукционные приборы
- •§100. Логометры и электронные приборы
- •§101. Измерение тока и напряжения
- •§102. Измерение мощности и электрической энергии
- •§103. Измерение электрического сопротивления
- •§104. Измерение частоты переменного тока
- •§105. Измерение электрическими методами неэлектрических величин
§ 14. Тепловое действие тока
Выделение тепла при прохождении электрического тока. При прохождении электрического тока по проводнику в результате столкновений свободных электронов с его атомами и ионами проводник нагревается. Количество тепла, выделяемого в проводнике при прохождении электрического тока, определяется законом Ленца — Джоуля. Его формулируют следующим образом. Количество выделенного тепла Q равно произведению квадрата силы тока I2, сопротивления проводника R и времени t прохождения тока через проводник:
Q = I2Rt (34)
Если в этой формуле силу тока брать в амперах, сопротивление в омах, а время в секундах, то получим количество выделенного тепла в джоулях. Из сравнения формул (29) и (34) следует, что количество выделенного тепла равно количеству электрической энергии, полученной данным проводником при прохождении по нему тока.
Допустимая сила и плотность тока. Превращение электрической энергии в тепловую нашло широкое применение в технике. Оно происходит, например, в различных производственных и бытовых электронагревательных приборах (электрических печах, электроплитах, электрических паяльниках и пр.), в электрических лампах накаливания, аппаратах для электрической сварки и пр. Однако во многих электрических устройствах, например в электрических машинах и аппаратах, электрических проводах и т. д., превращение электрической энергии в тепло вредно, так как это тепло не только не используется, а наоборот, ухудшает работу этих машин и аппаратов, а в некоторых случаях может вызвать повреждения и аварии. Каждый проводник в зависимости от условий, в которых он находится, может пропускать, не перегреваясь, ток силой, не превышающей некоторое допустимое значение. Для определения токовой нагрузки проводов часто пользуются понятием допустимой плотности тока J (сила тока I, приходящаяся на 1 мм2 площади s поперечного сечения проводника):
J = I/s (35)
Допустимая плотность тока зависит от материала провода (медь или алюминий), вида применяемой изоляции, условий охлаждения, площади поперечного сечения и пр. Например, допустимая плотность тока в проводах обмоток электрических машин не должна превышать 3—6 А/мм2, в нити осветительной электрической лампы — 15 А/мм2. В проводах силовых и осветительных сетей плотность тока может быть различной в зависимости от площади поперечного сечения провода и его изоляции. Например, для медных проводов с резиновой изоляцией и площадью поперечного сечения 4 мм2 допускается плотность тока 10,2 А/мм2, а 50 мм2 — только 4,3 А/мм2; для неизолированных проводов тех же площадей сечения — 12,5 и 5,6 А/мм2. Уменьшение допустимой плотности тока при увеличении площади поперечного сечения провода объясняется тем, что в проводах с большей площадью сечения отвод тепла от внутренних слоев затруднен, так как сами они окружены нагретыми слоями. Для неизолированных проводов допускается большая температура нагрева, чем для изолированных. Превышение допустимого значения силы тока в проводнике может вызвать чрезмерное повышение температуры, в результате этого изоляция проводов электродвигателей, генераторов и электрических сетей обугливается и даже горит, что может привести к короткому замыканию и пожару. Неизолированные же провода могут при высокой температуре расплавиться и оборваться. Для того чтобы предотвратить недопустимое увеличение силы тока, во всех электрических установках должны приниматься меры для автоматического отключения от источников электрической энергии тех приемников или участков цепи, в которых имеет место перегрузка или короткое замыкание. Для этой цели в технике широко используют плавкие предохранители, автоматические выключатели и другие устройства.
Нагрев в переходном сопротивлении. Повышенный нагрев проводника, как следует из закона Ленца — Джоуля, может происходить г не только вследствие прохождения по нему тока большой силы, но и вследствие повышения сопротивления проводника. Поэтому для надежной работы электрических установок большое значение имеет значение сопротивления в месте соединения отдельных проводников. При неплотном электрическом контакте и плохом соединении проводников (рис. 32) электрическое сопротивление в этих местах (так называемое переходное сопротивление электрического контакта) сильно возрастает, и здесь происходит усиленное выделение тепла. В результате место неплотного соединения проводников будет представлять собой опасность в пожарном отношении, а значительный нагрев может привести к полному выгоранию плохо соединенных проводников. Во избежание этого при соединении проводов на э. п. с. и тепловозах концы их тщательно зачищают, облуживают и впаивают в кабельные наконечники, ко-
Рис. 32. Схемы выделения тепла и возникновения искрения при неплотном электрическом контакте
торые надежно прикрепляют болтами к зажимам электрических машин и аппаратов. Специальные меры принимают и для уменьшения переходного сопротивления между контактами электрических аппаратов, осуществляющих включение и выключение тока.