История развития электротехники
Электротехника - отрасль науки, изучающая процессы, связан¬ные с практическим применением электрических и магнитных явлений.
Становлению электротехники, как самостоятельной отрасли науки предшествовал очень длительный период накопления знаний об электрических явлениях, в течении которых были сделаны попытки использования тока для передачи сигнала, а также в медицине. В 17 и 18 веках изучению электрических явлений были посвящены работы Кулона, Ломоносова, Франклина и других ученых. Настоящим прорывом стало появление первого непрерывного источника электрического тока - вольтова столба, изобретенного Вольтом в 1800 году, также решающую роль сыграло появление более совершенных гальванических элементов. Данные события поспособствовали увеличению исследований электрического тока в начале 19 века, такими учеными, как Ом, Араго, Фарадей, Ампер, Генри и другие. В 1832 году была открыта электромагнитная индукция, что стало причиной появления первых генераторов и двигателей.
Создание надежных источников электрического тока сделало возможным удовлетворение потребностей в электрической энергии. Особую роль в этом сыграли изобретения и открытия Столетова, Ленца, Кирхгофа, Якоби, Гопкинсона и других. Дальнейшее развитие электротехники было связано с появлением электротехнической промышленности и массовым распространением электрического освещения, заменившее во второй половине 19 века газовое. Первым, кто в 1802 году, после открытия электрической дуги, предложил использовать электрическую энергию для освещения, был Петров. Первым доступным источником энергии была свеча Яблочкова. В 1875 году Лодыгин разработал несколько типов ламп накаливания, впоследствии усовершенствованных Эдисоном. Широкое распространение такие лампы получили в 90-х годах 19 века.
В 80-х годах 19 века электрическая энергия начала применяться для получения высококачественных сталей, алюминия, цинка. В 1878 году Сименс создал первую электроплавильную печь. В 70-х годах принимались первые попытки использования электрической энергии на транспорте:
- Испытания электрического тягового двигателя Пироцким.
- Строительство электрической дороги в Берлине Сименсом.
- Открытие первых трамвайных линий в Америке.
- Использование тяги дороги на подземных железных дорогах.
В начале 20 века использование электроэнергии стало комплексной технико-экономической проблемой, из-за необходимости в создании электрического двигателя, который должен был удовлетворять требованиями электропривода. Решение появилось после создания многофазных систем переменного тока. В конце 80-х годов Доливо-Добровольский смог решить эту проблему комплексно, благодаря созданию трехфазных трансформаторов и трехфазных асинхронных двигателей.
Переменный электрический ток
Переменный электрический ток – это электрический ток, направление и величина которого изменяются с течением времени (в редких случаях может изменяться только величина).
Основными параметрами переменного электрического тока являются:
- Период.
- Частота.
- Амплитуда.
Самым распространенным в электротехнике является синусоидальный переменный ток, график которого изображен на рисунке ниже.
Рисунок 1. Синусоидальный переменный ток. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Im - максимальное значение; Т - период; i - значение тока в любой момент времени t.
Синусоидальный переменный ток изменяется по закону синуса
$i = Im + sin(wt+j)$
где, w - угловая скорость; j - начальная фаза переменного синусоидального тока.
Если два синусоидальных тока достигают нулевых и максимальных значений одновременно, то это означает, что они совпадают по фазе. Если фазы различны, то токи сдвинуты по фазе. Самой распространенной является трехфазная электрическая схема, состоящая из трех однофазных электрических цепей. Электродвижущие силы, которые действуют в каждой из них, обладают одинаковой частотой, но сдвинуты относительно друг друга на 120 градусов.
Однофазная электрическая цепь, входящая в состав многофазной, называется фазой. Если все фазы связаны между собой (электрически), то такая система называется электрически связанной. Фазы могут соединяться между собой треугольником, звездой без нейтрального провода, а также звездой с нейтральным проводом.
Переменный синусоидальный ток так же, как и постоянный электрический ток, обладает тепловым действием. По закону Ленца количество теплоты, которое выделяется на участке электрической цепи можно рассчитать по следующей формуле:
Рисунок 2. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
I - величина тока; t - время; R - электрическое сопротивление.
Промышленный переменный электрический ток вырабатывается электрическими станциями. К потребителям он поступает по линиям электропередач. Из-за большой протяженности этих линий, потери энергии в них велики. Для их уменьшения уменьшают силу тока, посредством повышения электрического напряжения при помощи трансформаторов.
