Лекция 3. Электрический ток. Электрическое поле

Г71

Конспект лекций

ИСТОРИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ

ЛЕКЦИЯ 10

ПОДСИСТЕМЫ СИСТЕМЫ «КОРАБЛЬ»

ПОДСИСТЕМА "ДВИЖЕНИЕ" ДВИЖИТЕЛИ

Омск 2005

УДК

ББК

Рецензенты:

Щербаков В.С., д-р техн. наук, проф., зав. каф. «Автоматизация производственных процессов и электротехники» СибАДИ;

Федоров В.К., д-р техн. наук, проф. каф. физики СибАДИ.

Г71

История электроэнергетики: Конспект лекций / В.Н. Горюнов, В.А Ощепков, А.Г. Лютаревич, Д.Г. Сафонов. Омск: Из-во ОмГТУ, 2005.­– 56 с.

Конспект лекций по дисциплине «История электроэнергетики» предназначен для студентов 1-го курса дневной, вечерней, заочной, а также дистанционной форм обучения по специальности 140211 – «Электроснабжение промышленных предприятий».

Печатается по решению редакциооно-издательского совета ОмГТУ.

УДК

ББК

Предисловие

Конспект лекций по дисциплине «История электроэнергетики» составлен в соответствии с типовым учебным планом по специальности «Электроснабжение». Конспект рассчитан на 34 лекционных часа и охватывает материал по 19 темам, который необходим для подготовки будущего инженера-электроэнергетика.

В конспекте лекций по данной дисциплине собраны фундаментальные знания об основах электротехники, с которых следует начинать изучение электроэнергетики. Необходимость выпуска данного конспекта связана с относительным разбросом нужного материала по различным изданиям.

Труд современного инженера в значительной мере вновь приобретает творческую направленность, что вызывается потребностями развития техники, необходимостью внедрения в производство новейших научных достижений. Инженер должен быть широко эрудированным специалистом, способным оценить различные аспекты принимаемых решений, знающим историю развития техники в своей области и умеющим видеть перспективы.

Конечно, в данном конспекте лекций не ставилась задача подробного, глубокого рассмотрения процессов или принципов работы и конструктивного выполнения электрического оборудования. Эти вопросы обстоятельно изучаются в специальных дисциплинах. Основная цель заключалась в создании общих впечатлений об электроэнергетических системах, их отдельных элементов, основных процессах и о роли энергетики в жизни современного общества. Кроме того, ставилась цель выработки у студентов первого курса навыков работы в вузе с учетом применения современных методических средств активизации учебных занятий.

Лекция 1. Назначение курса «История электроэнергетики»

Курс лекций "История электроэнергетики" преследует сле­дующие цели:

- ознакомление студента-первокурсника с современным состоянием энергетики как науки, с ее историей, возникающими проблемами и перспектива­ми, с запасами энергетических ресурсов, способами получения электроэнергии, ее передачи, распределения, преобразования и экономии;

- дать характеристики изучаемых дисциплин по специальности и сведения о будущей практической деятельности в этой области науки и техники, которая выбрана студентами и выбрана порой недостаточно осознанно, без ясного понимания своей дальнейшей деятельности;

- раскрыть квалификационную характеристику инженера-электрика по выбранной специальности в соответствии с ее требованиями;

- дать широкое представление об энергетической стратегии России на длительную перспективу;

- ознакомить студентов с особенностями обучения в университете с новыми, отличными от школьных, формами и рекомендациями по организации самостоятельной работы, усвоению материала лекций, с особенностями проведения лабораторных и практических занятий, выполнения курсового и дипломного проектирования;

- мобилизовать усилия студентов на глубокое и творческое овладение будущей специальностью и сознательное изучение преподаваемых им научных и технических дисциплин, главным образом вычислительной техники и системы автоматизированного проектирования.

После изучения дисциплины студент должен знать:

· основные понятия теоретических основ электротехники. Однофазные цепи;

· трехфазные электрические цепи. Основные величины трехфазных цепей;

· силовые трансформаторы. Принцип действия, конструкция. Основные величины, характеристики и обозначения;

· электрические двигатели. Основные понятия и принцип действия;

· измерительные трансформаторы;

· особенности обучения в ВУЗе, сдачи зачетов и экзаменов, работы на лекционных, практических и лабораторных занятиях.

Обучающийся также должен четко ориентироваться в области избранной специальности, знать структуру университета, факультета, кафедры, постановку учебного процесса, научно-исследовательской, воспитательной работы и эффективные способы усвоения преподносимой информации. Он должен твердо представлять свою роль после окончания университета и требования, которые предъявляются к специалисту в отноше­нии его знаний и умений.

Омский государственный технический университет был организован в ноябре 1942 года. Сначала он назывался машиностроительным институтом. Его создание было вызвано необходимостью готовить инженерные кадры для предприятий ма­шиностроительной промышленности Сибири и Дальнего Востока.

В то время в институте было два факультета: дневной и вечерний, на которых обучалось около 500 студентов. Институт быстро развивался и вскоре стал крупным современным вузом, насчитывающим около 10 тысяч студентов. С 1963 г. он стал именоваться политехническим.

Кафедра «Электроснабжение промышленных предприятий», как и другие кафедры, является основным учебно-научным структурным подразделением университета, осуществляющим учебную, методическую, научно-исследовательскую и воспитательную работу среди студентов, а также подготовку научно-педагогических кадров и повышение их квалификации.

Кафедра "Электроснабжение промышленных предприятий", входящая в электротехнический факультет, состоит достаточно большая и включает:

- преподавательский состав – профессор – 3, доцент – 12, ст. преподавате-
ли – 2, ассистенты – 6;

- аспирантуру – аспиранты –18;

- сотрудники научно-исследовательского сектора – инженеры, ст. инженеры, младшие научные сотрудники, старшие научные сотрудники, всего – 5;

- учебно-вспомогательный состав – заведующие лабораториями, старшие инженеры, инженеры, учебные мастера, лаборанты, всего – 7.

Для подготовки научно-педагогических кадров на кафедре открыта аспирантура по специальностям «Электростанции и электроэнергетические системы», «Электромеханика и электрические аппараты», «Электротехнические комплексы и системы».

Приказом № 47-в от 13 февраля 2004 г. был утверждён состав диссертационного совета № К212.178.05 при Омском государственном техническом университете. Совет состоит из докторов технических наук, профессоров, доцентов, кандидатов технических наук, количественный состав 16 человек. Председателем совета является заведующий кафедрой "Электроснабжение промышленных предприятий" Омского государственного технического университета, доктор технических наук, профессор Горюнов Владимир Николаевич. Диссертационному совету разрешено проводить защиту диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук по специальностям:

05.09.01 – электромеханика и электрические аппараты – по техническим наукам;

05.14.02 – электростанции и электроэнергетические системы – по техническим наукам.

Для выполнения лабораторного практикума и проведения научных исследований кафедра ЭсПП располагает восьмью специальными лабораториями, оснащенными современным электротехническим оборудованием и занимающими общую площадь 400 кв.м. Это лаборатория электрических станций; электрических сетей, промышленного электроснабжения, переходных процессов в системах электроснабжения, техники высоких напряжений, релейной защиты и автоматики, вычислительной техники и научно-исследовательская.

История кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» тесно связана с развитием Омского государственного технического университета.

В послевоенное время стали интенсивно развиваться энергетическая, нефтеперерабатывающая, нефтехимическая, машиностроительная, приборостроительная и радиотехническая промышленности. Учитывая большую потребность в инженерах-электроэнергетиках, Министерство высшего и среднего специального образования РСФСР приказом № 183 от 23 февраля 1964 г. организовало при Омском политехническом институте специальность «Электроснабжение промышленных предприятий».

Первый набор студентов был произведен в 1964г. в количестве 50 человек на дневную и 50 человек на вечернюю формы обучения.

Так как ощущалась постоянная нехватка инженеров-электриков по этой специальности, особенно в Западно-Сибирской, Уральской, Восточно-Сибирской и Северо-Казахстанской зонах, Минвуз РСФСР в последующие годы систематически увеличивал план набора студентов, который в 1983 г. составил 175 чел. по дневной форме обучения, сохранив прежний уровень по вечерней.

По специальности «Электроснабжение промышленных предприятий» готовятся специалисты с очень широкой областью дальнейшей работы, что является одним из важных достоинств данной специальности. Основными местами работы по окончании института являются:

- отделы главного энергетика промышленных предприятий различных отраслей, электроцехи, электротехнические лаборатории – инженер, мастер;

- цехи промышленных предприятий – энергетик цеха, мастер-электрик;

- энергосистемы – дежурный диспетчер сетевого района, инженер
электролаборатории (электростанция, сетевой район), мастер;

- строительно-монтажные организации – инженер, прораб по монтажу и наладке электрооборудования;

- научно-исследовательские и проектно-конструкторские институты, разрабатывающие системы электроснабжения промышленных предприятий и гражданских объектов – инженер, ст.инженер, руководитель группы;

- высшие и средние учебные заведения – ассистент, преподаватель, инженер кафедры.

В настоящий момент на кафедре готовятся специалисты с квалификацией бакалавр техники и технологии.

Нормативный срок освоения основной образовательной программы подготовки бакалавра по направлению 551700 «Электроэнергетика» при очной форме обучения 4 года.

Квалификационная характеристика выпускника

1. Область профессиональной деятельности – электроэнергетика.

2. Объектами профессиональной деятельности выпускника являются:

Ø электрические станции и подстанции, линии электропередачи, электроэнергетические системы;

Ø системы электроснабжения объектов техники и отраслей хозяйства;

Ø электроэнергетические, технические, физические и технологические установки высокого напряжения;

Ø устройства автоматического управления и релейной защиты в электроэнергетике;

Ø энергетические установки, электростанции и комплексы на базе нетрадиционных и возобновляемых источников энергии;

Ø гидроэлектростанции и гидроэнергетические установки.

Бакалавр по направлению «Электроэнергетика» в соответствии с фундаментальной и специальной подготовкой может выполнять следующие виды деятельности:

- конструкторско-технологическая;

- научно-исследовательская;

- организационно-управленческая и эксплуатационная.

Конкретные виды деятельности определяются содержанием образовательно-профессиональной программы, разрабатываемой вузом.

Бакалавр подготовлен к продолжению образования:

- в магистратуре по направлению 551700 «Электроэнергетика»;

- освоению в сокращенные сроки основных образовательных программ по направлению подготовки дипломированного специалиста 650900 «Электроэнергетика».

Основная образовательная программа подготовки магистра состоит из программы подготовки бакалавра по соответствующему направлению (4 года) и специализированной подготовки магистра (2 года).

Квалификационная характеристика выпускника

1. Магистр подготовлен к деятельности, требующей углубленных фундаментальных и профессиональных знаний и навыков к научно-исследовательской работе, а при условии освоения соответствующей образовательно-профессиональной программы педагогического профиля – к педагогической деятельности.

2.Область профессиональной деятельности - электроэнергетика. Основная сфера профессиональной деятельности - научно- производственные учреждения и организации любой формы собственности

Объектами профессиональной деятельности выпускника являются:

Ø электрические станции и подстанции, линии электропередачи, электроэнергетические системы;

Ø системы электроснабжения объектов техники и отраслей хозяйства;

Ø электроэнергетические, технические, физические и технологические установки высокого напряжения;

Ø устройства автоматического управления и релейной защиты в электроэнергетике;

Ø энергетические установки, электростанции и комплексы на базе нетрадиционных и возобновляемых источников энергии;

Ø гидроэлектростанции и гидроэнергетические установки.

Магистр подготовлен к обучению в аспирантуре преимущественно по научным специальностям:

05.14.01 – Энергетические системы и комплексы;

05.14.02 – Электростанции и электроэнергетические системы;

05.14.08 – Энергоустановки на основе возобновляемых видов энергии;

05.14.12 – Техника высоких напряжений.

За 35 лет кафедрой подготовлено более 2 тысяч инженеров-электриков. Выпускники кафедры работают практически во всех регионах России. Среди них: Авданин В.В. – главный энергетик АО «Транссибнефть», Бальчугов С.Ф. – начальник управления по технологическому и экологическому надзору, Вырва А.А. – главный энергетик предприятия «Нефтеюганские электрические сети», Голубев П.В. – зам. директора по техническим вопросам МУПЭП «Омскэлектро», Дугин В.И. – глава администрации Ленинского округа г. Омска, Лясковец Н.В. – директор Западных электрических сетей АК «Омскэнерго», Мясников А.И. – генеральный директор МУПЭП «Омскэлектро», Попов С.Г. – директор ООО «Электросервисцентр», Рид В.Ф. – генеральный директор «Тюменьнефтепродукт» АК «Сибнефть», Смородин С.Н. – директор ООО ПМФ «ЗапСибЭлектроМонтаж», Чихарин А.М. – директор Омского предприятия магистральных электрических сетей ОАО «Федеральная сетевая компания».

Лекция 2. Электрическая цепь. Схема замещения

Электрическая цепь – совокупность устройств и соединяющих их проводников, образующих путь для прохождения электрического тока.

Электрическая цепь – совокупность устройств для получения электрической энергии, передачи ее на расстояние и преобразование в другие виды энергии.

Таким образом, электрическую цепь можно представить состоящей из источника электрической энергии, приемника электрической энергии и вспомогательных устройств.

Графическое изображение электрической цепи называется электрической схемой.

Принципиальными схемами (рис. 2.1) называют графическое изображение электрической цепи, составленное из условных обозначений элементов электрической цепи в соответствии с ГОСТ.

Рис. 2.1. Принципиальная схема

Но по принципиальной схеме невозможно проводить количественный анализ электрической цепи и рассчитывать режимы ее работы. Строго математически это можно сделать с позиции теории электромагнитного поля.

Однако этот путь чрезвычайно трудоемок из-за сложности решения уравнений электромагнитного поля. Поэтому для упрощения математического описания процессов в электрической цепи вводится понятие «электрическая схема замещения».

Схема замещения – это схема, которая содержит идеализированные элементы, удобная для математического описания, но выбрана таким образом, чтобы с хорошим приближением можно было описывать реальные элементы и процессы в электрической цепи.

Схеме, изображенной на рис. 2.1, соответствует следующая схема замещения (рис. 2.2):

Рис. 2.2. Схема замещения

Для математического описания процессов в электрической цепи на основе схемы замещения вводятся понятия электрического тока, потенциала, напряжения, ЭДС.

Электрический ток – это упорядоченное движение электрических зарядов.

Для возникновения электрического тока необходимо (рис. 3.1):

1) наличие свободных зарядов;

2) наличие электрического поля, за счет энергии которого положительные заряды перемещаются по полю, а отрицательные – против.

На рис. (3.1) Е – напряженность электрического поля (силовая характеристика электрического поля), численно равная силе, действующей со стороны электрического поля на единичный положительный заряд, помещенный в данную точку поля:

. (3.1)

Единица напряженности электрического поля:

Для графического изображения электрического поля используют линии напряженности (силовые линии) электрического поля.

Линии напряженности – это линии, касательные к которым в каждой точке совпадают по направлению с вектором напряженности электрического поля в данной точке (рис. 3.2).

За направление электрического тока принято движение положительных зарядов.

Основные характеристики электрического тока:

1) сила тока;

2) плотность тока.

Сила электрического тока – это количественная характеристика электрического тока, которая численно равна заряду, протекающему через поперечное сечение проводника в единицу времени, т. е.

или (3.2)

Единица силы тока: .

1А численно равен такому току, при котором через поперечное сечение проводника за 1 с протекает заряд равный 1 Кл.

В зависимости от силы тока электрический ток подразделяется:

а) постоянный ; график представлен на рис. 3.3;

Рис. 3.3. График постоянного электрического тока

б) пульсирующий; меняет величину, но не меняет направление (рис. 3.4);

  или    

Рис. 3.4. График пульсирующего электрического тока

в) переменный; меняет величину и направление (рис. 3.5);

  синусоидальный ток Рис. 3.5. Графики электрического тока

Плотность электрического тока – это физическая величина, определяемая силой электрического тока, проходящего через единицу площади поперечного сечения проводника, расположенную перпендикулярно направлению тока.

, (3.3)

Единица плотности тока:

.

Потенциал электрического поля – это скалярная характеристика (энергетическая) электрического поля. Потенциал электрического поля φ_М в некоторой точке М численно равен работе, которую совершает сила электрического поля по перемещению единичного положительного заряда из точки М в бесконечно удаленную точку (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Потенциал электрического поля

, (3.4)

где (;) ­– скалярное произведение векторов и .

Численное значение потенциала определяется по формуле:

d , (3.5)

где – вектор, характеризующий бесконечно малый участок пути, на котором можно считать постоянной.

Единица измерения потенциала: [φ] = В (Вольт).

Разностью потенциалов между двумя точками 1 и 2 называется физическая величина, численно равная работе сил электрического поля по перемещению единичного положительного заряда из точки 1 в точку 2.

– предел суммы бесконечно малых величин. (3.6)

Дата добавления: 2014-10-23