Основа
Перед началом работы с электричеством следует хотя бы в теории понимать с чем имеешь дело, знать необходимые для начинающего формулы, понятия и обозначения. И пусть не пугает объем написанного – это всего лишь часть необходимых знаний специалиста.
Электрический ток – это направленное движение заряженных частиц в проводнике, возникающее под действием электромагнитного поля. Различают постоянный ток и переменный ток.
Напряжение – это работа, совершаемая электрическим полем по перемещению единичного положительного заряда на данном участке цепи или по другому: разность потенциалов на концах проводника.
Постоянный ток – из названия понятно, что он постоянный, а означает это, что он не меняет своего направления и силу тока, а протекает от минуса к плюсу (например, обычная пальчиковая батарейка, аккумулятор телефона и т.п.).
Переменный ток в отличии от постоянного меняет свое направление и величину с частотой, определяемой для каждой сети по разному (например, частота сети в России 50 Гц – это означает, что за 1 секунду ток меняет вое направление 50 раз, а в США – принято 60 Гц электрическая сеть).
Частота переменного тока – это параметр электрической цепи, выражающий отношение числа полных колебаний (периодов) электрической синусоиды к единице, величина, обратная периоду изменения тока. Или проще говоря, величина, показывающая сколько полных циклов (периодов) сделает синусоида за 1 секунду.
Различают также однофазную и трехфазную систему электрических цепей.
Трехфазную систему электрических цепей образуют три одинаковых по частоте и амплитуде тока, сдвинутых по фазе на одну треть периода или на 120 градусов.Широкое применения трехфазная система получила благодаря свои преимуществам, таким как:
- Возможность распределения нагрузки между фазами;
- Низкие потери при передачи электроэнергии на расстояние в сравнении с однофазной системой;
- Уравновешенность системы;
- Подключение электродвигателей и 3х фазных электрических машин (более экономичные и производительные показания работы в сравнении с одно- и двухфазными электрическими машинами);
- Получение двух напряжений – фазного и линейного.
Фаза – проводник, ЭДС которого не равен нулю (на котором присутствует напряжение).
Линейное напряжение – напряжение между двумя фазами [Uл].
Фазное напряжение – напряжение между фазой и нулевым проводником [Uф].
Теперь, зная немного теории про электрический ток, следует перейти к основополагающим законам электрики. По крайней мере тем, что необходимо знать начинающим и без которых не обойтись.
Закон Ома (для участка цепи)
Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению участка цепи.
I = U / R , где
I – сила тока на участке цепи, измеряется в амперах [А];
U – напряжение на участке цепи, измеряется в вольтах [В];
R – сопротивление на участке цепи, измеряется в омах [Ом].Из этого законы вытекают следующие формулы:
U = I * R; R = U / I
Делаем выводы из закона:
Чем выше сопротивление на участке цепи, тем меньше ток, учитывая что напряжение на участке цепи не менялось;
Чем выше напряжение на участке цепи, тем выше и ток на участке цепи, учитывая что сопротивление участка цепи не менялось.
Мощность электрическая
Электрическая мощность – это работа, которую совершает электромагнитное поле для перемещения электрических зарядов за единицу времени, измеряется в ваттах [Вт]. Различают активную, реактивную, а также полную мощность.
Активная мощность – мощность, которая преобразуется в другие виды энергии (механическую, тепловую, световую и т.д.), измеряется в ваттах [Вт]. для однофазной системы питания:
P = U * I * cos(f), где f – угол сдвига между U и I (на практике cos(f) = 0.8 – 0.9).
Если нагрузка активная (не содержащая в своем составе ни конденсаторов, ни трансформаторов и т.п. например электрический чайник, электроплита и т.д.),то угол между напряжением и током равен нулю, а значит мощность считается по формуле: P = U * I
- Для трехфазной симметричной системы питания: P = 3 * Uф * Iф * cos(f) = 1.732 * Uл * Iл * cos(f)
Реактивная мощность – вид электрической нагрузки, создающий в электроустановках колебания энергии электромагнитного поля индуктивного и емкостного характера, измеряется в вольт-амперах реактивных [ВАР].
- для однофазной системы питания: Q = U * I * sin(f)
- для трехфазной симметричной системы питания: Q = 3 * Uф * Iф * sin(f) = 1.732 * Uл * Iл * sin(f)
Полная мощность – соответственно величина содержащая и активную и реактивную мощности, измеряется в вольт-амперах [ВА].
- для однофазной системы питания:
- для трехфазной симметричной системы питания:
Сопротивление
Сопротивление тоже бывает нескольких видов: активное, емкостное (конденсаторы) и индуктивное (электромагнитные катушки и т.п.). Но сейчас мы остановимся на конкретных понятиях: резистор и сопротивление.
Резистор – это активное сопротивление постоянного неизменного значения, которое определяется номиналом изделия (рис. 2.1).
Сопротивление (переменные резисторы) – это активное сопротивление, значение которого можно изменить (например, латтер, катушка сопротивления и т.д.).
Резисторы можно подключать в цепь как последовательно, так и параллельно, причем сопротивление данного участка цепи можно вычислить по следующим формулам:
- последовательное соединение:
, где Z – полное сопротивление, [Ом]. - параллельное соединение:
Если параллельно соединены только 2 резистора, то сопротивления можно вычислить по формуле:
Проводники и диэлектрики
Проводник – вещество или тело, в котором под воздействием электромагнитного поля возникает электрический ток. Проводниками являются металлы, некоторые жидкие и газообразные вещества.
Диэлектрики – материалы, не проводящие электрический ток, т.к. имеют большое сопротивление. Диэлектриками являются сухая древесина, пластмасса, стекло, резина, бумага, сухая ткань, керамика, текстолит и т.д.