Измерения в электротехнике

Введение

     Электротехника  является областью науки, которая занимается изучением электротехнических и  магнитных явлений и их техническим  использованием в практических целях.

     Интенсивное использование электрической энергии  связано со следующими ее особенностями: возможностью достаточно простого и экономичного преобразования в другие виды энергии (механическую, тепловую, лучистую и т.д.); возможность централизованного и экономичного получения на различных электростанциях; простой передачи с помощью линий электропередачи с малыми потерями на большие расстояния к потребителям.

     Высокая рентабельность и конкурентоспособность  современных предприятий базируется на полной механизации и автоматизации  производственных процессов. Решение  этих задач требует создания автоматизированных систем управления на основе современной электротехнической и электронной аппаратуры и электрооборудования. Во всех отраслях производства с помощью электротехнической аппаратуры осуществляется управление производственными механизмами, автоматизация их работы, контроль за ведением производственного процесса, обеспечение безопасности обслуживания и т.д. Следовательно, функции электротехнических устройств машин настолько значительны по сравнению с их механической частью, что именно они во многом определяют такие важные показатели, как производительность, качество и надежность создаваемой продукции.

     В курсе "Общая электротехника" осуществляется анализ явлений, происходящих в электрических и магнитных  цепях. Изучаются вопросы связанные  с установившимися и переходными процессами, с расчетами цепей постоянного переменного тока, с устройством и принципом действия трансформаторов, электромагнитных устройств, электрических машин постоянного и переменного тока, информационных электрических машин.

     Знание  перечисленного материала дает возможность будущим специалистам в области приборостроения и информационно-измерительной техники свободно разбираться в устройстве и принципе действия разнообразной электротехнической аппаратуры, электрических машин и оборудования и грамотно использовать их в практической деятельности.

 

     1 Измерения в электротехнике

     1.1 Измерение  

     Познавательный  процесс, заключающийся в экспериментальном  сравнении измеряемой величины с  некоторым ее значением принятым за единицу.

     Средство  измерения (СИ) – это техническое средство используемое для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики (мера, измерительный прибор, измерительный преобразователь, электроизмерительная установка, электроизмерительная информационная система).

     Мера. Средство измерения воспроизводящее физическую величину заданного значения.

     Измерительный прибор. Средство измерения предназначенное для выработки сигналов измерительной информации в форме доступной для визуального восприятия наблюдателем.

     Измерительный преобразователь. Средство измерения предназначенное для выработки сигналов измерительной информации в форме удобной для дальнейшей обработки, преобразования, хранения и передачи.

     Погрешность средства измерения. Разница между фиксируемым средством измерения значением физической величины и её истинной величиной. Классификация погрешностей представлена в таблице 1.

     Талица 1 – Классификация погрешностей

Классификация погрешностей
Δ —  Абсолютные	γ — Приведенные	δ — Относительные
Систематические	↔	Случайные
Аддитивные	↔	Мультипликативные
Статические	↔	Динамические
Основные	↔	Дополнительные

     1.2 Однофазные электрические цепи переменного тока

     Большинство потребителей электрической энергии  работает на переменном токе. В настоящее  время почти вся электрическая энергия вырабатывается в виде энергии переменного тока.

 

      В современной технике широко используют разнообразные по форме переменные токи и напряжения: синусоидальные, прямоугольные, треугольные и др. Значение тока, напряжения, ЭДС в  любой момент времени t называется мгновенным значением и обозначается малыми строчными буквами, соответственно:

• i = i(t);
• u = u(t);
• e = e(t).

     Токи, напряжения и ЭДС, мгновенные значения которых повторяются через равные промежутки времени, называют периодическими, а наименьший промежуток времени, через который эти повторения происходят, называют периодом Т.

     При расчете и анализе электрических  цепей применяют несколько способов представления синусоидальных электрических величин:

1. Аналитический способ.

     Для тока рассчитывают по формуле 

                                 i(t) = I_m sin(ωt + ψ_i), (1) 

     где I_m– амплитуда тока;

         ω – циклическая частота,

         ψ_i– начальная фаза тока;

         t – момент времени.

     Величина  ψ_i зависит от начала отсчета времени t = 0. Положительное значение откладывается влево, отрицательное – вправо.

2. Временная диаграмма.

      Временная диаграмма представляет графическое изображение синусоидальной величины в заданном масштабе в зависимости от времени, рисунок 1.

     Рисунок 1- Временная диаграмма

 

     2 Трансформаторы

     2.1 Назначение и области применения

     Трансформатором называют статическое электромагнитное устройство, имеющее две или большее  число индуктивно-связанных обмоток  и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной (первичной) системы переменного  тока в другую (вторичную) систему переменного тока. Трансформаторы широко используются в промышленности и быту для различных целей:

1. Для передачи и распределения электрической энергии.
2. Для обеспечения нужной схемы включения вентилей в преобразовательных устройствах и согласования напряжения на выходе и входе преобразователя.
3. Для различных технологических целей: сварки (сварочные трансформаторы), питания электротермических установок (электропечные трансформаторы) и др.
4. Для питания различных цепей радиоаппаратуры, электронной аппаратуры, устройств связи и автоматики, электробытовых приборов и пр.
5. Для включения электроизмерительных приборов и некоторых аппаратов (реле и др.) в электрические цепи высокого напряжения.

     2.2 Принцип действия трансформатора

     Электромагнитная  схема однофазного двухобмоточного трансформатора состоит из двух обмоток, размещенных на замкнутом магнитопроводе, который выполнен из ферромагнитного материала. Применение ферромагнитного магнитопровода позволяет усилить электромагнитную связь между обмотками, т.е. уменьшить магнитное сопротивление контура, по которому проходит магнитный поток трансформатора.

 

     3 Асинхронные машины

     3.1 История создания и область применения асинхронных двигателей

     В настоящее время асинхронные  машины используются в основном в  режиме двигателя. Машины мощностью больше 0.5 кВт обычно выполняются трёхфазными, а при меньшей мощности – однофазными.

     Впервые конструкция трёхфазного асинхронного двигателя была разработана, создана  и опробована нашим русским инженером  М. О. Доливо-Добровольским в 1889-91 годах.

     За  прошедшие годы асинхронные двигатели  нашли очень широкое применение в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства.

     Широкое применение асинхронных двигателей объясняется их достоинствами по сравнению с другими двигателями:

• высокая надёжность;
• возможность работы непосредственно от сети переменного тока;
• простота обслуживания.

     3.2 Устройство трёхфазной асинхронной машины

     Неподвижная часть машины называется статор, подвижная – ротор. Сердечник статора набирается из листовой электротехнической стали и запрессовывается в станину.

     На  рисунке 2 показан сердечник статора в сборе. Станина (1) выполняется литой, из немагнитного материала. Чаще всего станину выполняют из чугуна или алюминия. На внутренней поверхности листов (2), из которых выполняется сердечник статора, имеются пазы, в которые закладывается трёхфазная обмотка (3). Обмотка статора выполняется в основном из изолированного медного провода круглого или прямоугольного сечения, реже – из алюминия.

 

     

1. - Станина
2. - Листы
3. - Обмотка

     Рисунок 2 --- Сердечник статора в сборе 

     Обмотка статора состоит из трёх отдельных  частей, называемых фазами. Начала фаз обозначаются буквами с₁, с₂, с₃, концы – с₄, с₅, с₆.

 

Список  используемой литературы 

     

1. Электротехника: Учебник для неэлектротехнических специальностей вузов/ Зейдель Х. Э., Коген-Далин В. В., Крымов В. В. и др.; Под ред. В. Г. Герасимова. — М.: Высш. шк.., 1985. — 480 с., ил.
2. Данилов А. И., Иванов П.М. Общая электротехника с основами электроники: Учебное пособие для студентов неэлектротехнических специальностей средних специальных учебных заведений. — 4-е изд., стер. — М.: Высш. шк.., 2000. — 752 с., ил.
3. Липатов Д. Н. Вопросы и задачи по электротехнике для программированного обучения: Учеб. пособие для студентов вузов. — 3-е изд., испр. и доп. — М.: Энергоатомизадт, 1984. — 360 с., ил.
4. Задачник по электротехнике: Учеб. пособие/ П. Н. Новиков, В. Я. Кауфман, О. В. Толчеев и др. — 2-е изд., стер. — М.: ИРПО; Изд. центр «Академия», 1999. — 336 с., ил.
5. Электротехника с основами электроники: Руководство к лабораторным работам на стендах ЭВ-4/ Составители: Н. П. Блинова, Г. И. Волович, Ю. А. Губочкин, Г. П. Дубовицкий, И. М. Коголь, В. П. Кормухов, Г. А Машихина, Л. В. Мурзина, Л. В. Розенфельд, А. Я. Эргард, В. Я. Яковлев; Под ред. В. П. Кормухова. — Челябинск: ЧГТУ, 1992. — 67 с., ил.
6. Электротехника, электроника, электрооборудование: Методические указания к выполнению лабораторных работ   /     Составители: Волков Ю. К., Дубовицкий Г. П., Клиначёв Н. В., Коголь И. М., Кормухов В. П. и д.р.; Под редакцией Губочкина Ю. А. – Челябинск: ЮУрГУ, 1999. – 128с.
7. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство/ Пер. с нем. - М.: Мир, 1982. – 356с.

 

Лист  замечаний