книги из ГПНТБ / Лебедев, Н. Н. Электротехника и электрооборудование учеб. пособие [для монтаж. и строит. спец. техникумов]

I H. H. ЛЕБЕДЕВ |, С. С. ЛЕВИ

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

ИЗДАНИЕ ВТОРОЕ, ПЕРЕРАБОТАННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ

Допущено Главным управлением кадров

нучебных заведений Минмонтажспецстроя ССОР

вкачестве учебного пособия

для монтажных н строительных специальных техникумов

МОСКВА «ВЫСШАЯ ШКОЛА* 197*

6П2.1

л з з УДК 621.3

Лебедев Н. Н., Леви С. С.

Электротехника и электрооборудование. Учебн. посо­ бие для учащихся строит, и монтажных специальностей техникумов. М., «Высшая школа», 1974.

312 с. с ил.

В книге излагаются основные сведения но электротехнике, по устройству электроизмерительных приборов, электрических машин и трансформаторов; приводятся краткие сведения по электронике; электровакуумным, ионным и полупроводниковым приборам и аппаратам; освещаются вопросы электропри­ вода строительных машин, устройства электрического освещения и электри­ ческих сетей на строительных площадках.

6П2.1

Рецензент — профессор Всесоюзного заочного инженерно-строительного института

докт, техн. наук Д. С. Чукаев

© Издательство «Высшая школа» 1974 г,

ПРЕДИСЛОВИЕ КО ВТОРОМУ ИЗДАНИЮ

Объем строительно-монтажных работ в нашей стране возрас­ тает с каждым годом. Согласно Директивам XXIV съезда КПСС по пятилетнему плану развития народного хозяйства СССР на 1971—1975 годы предусматривается увеличение капитальных вложений на строительство по сравнению с прошлым пятилетием на 30—40 процентов.

Увеличение объема строительных работ сопровождается ком­ плексной механизацией производственных процессов на стройках. С каждым годом все шире применяются машины и механизмы с электрическим приводом и управлением, а также электронные устройства различного назначения. На стройках все больше ис­ пользуют различные устройства автоматики. Это предъявляет требования к уровню подготовки работников строительных орга­ низаций, независимо от их специальности.

Книга является учебным пособием для строительных и мон­ тажных специальностей техникумов по предмету «Общая электро­ техника с основами электроники». При ее написании авторы стре­ мились к тому, чтобы учащиеся помимо кратких сведений по те­ оретическим основам электротехники и промышленной электро­ ники приобрели конкретные знания в области электрохозяйства строек, необходимые техпикам-монтажникам и строителям в их дальнейшей практической работе.

С учетом назначения учебного пособия для подготовки техни­ ков неэлектриков и неспециалистов по автоматике теоретиче­ ская часть предмета изложена кратко и в наиболее простой форме. При этом предусматривалось, что учащиеся уже усвоили курс физики с разделом «Электричество», поэтому в первых главах книги вопросы, касающиеся учения об электричестве, изложены кратко. Предполагалось также, что учащиеся в достаточной мере знакомы с действующей Международной системой единиц СИ (по курсу физики).

Второе издание книги дополнено в разделе первом главой «Электрическое поле» и в разделе четвертом главой «Безопасность обслуживания электроустановок на строительстве». Расширены сведения по сварочному электрооборудованию. Дополнен также материал И в других главах.

Весь материал учебного пособия приведен в соответствие с вновь изданными за последние годы нормативными документами и ГОСТами.

Замечания и пожелания по учебному пособию просим направ­ лять по адресу: Москва, К-51, Неглинная ул., 29/14, издатель­ ство «Высшая школа».

Автор

В В Е Д Е Н И Е

Широкое внедрение электроэнергии во всех отраслях народного хозяйства — необходимое условие технического прогресса. Программа Коммунистической партии Советского Союза называет электрификацию стержнем строительства экономики коммунистического общества.

С первых лет Советской власти и до настоящего времени в нашей стране вопросам электрификации придается огромное значение. По инициативе В. И. Ленина еще в тяжелые годы гражданской войны был разработан Государственный план электрификации России — план

ГОЭЛРО. К его составлению были привлечены крупные ученые и ин­ женеры нашей страны.

План ГОЭЛРО был утвержден VIII Всероссийским съездом Советов в декабре 1920 г. В своем докладе па съезде В. И. Ленин говорил: «Мы имеем перед собой результаты работ Государственной комиссии по электрификации России ... На мой взгляд, это— паша вторая програм­

(что для того времени было крупнейшей и нелегкой задачей), был успешно выполнен за Шлет.

Это послужило началом широчайшей работы по электрификации страны. Строительство электрических станций и электрических сетей производилось и производится в настоящее время все нарастающими темпами. Электрическая энергия проникает в самые глухие и отдален­ ные районы нашей Родины.

Уже к 1935 г. Советский Союз по выработке электроэнергии занял третье^ место в мире, а к 1950 г., несмотря на огромный ущерб, нане­ сенный народному хозяйству нападением фашистской Германии, наша страна вышла на второе место в мире (после США).

В 1971 г. выработка электроэнергии в СССР составила 800 млрд.

ГРЭС, Воронежская АЭС (атомная электростанция) и многие другие.

В 1975 г. годовое производство электроэнергии в нашей стране будет доведено до 1030—1070 млрд. кВт • ч.

Все больше насыщается электроэнергией строительное производ­ ство. Современное механизированное строительство не может сущест­ вовать без электроэнергии. На строительной площадке работают раз­ личные машины и механизмы, приводимые в действие электрическими

4

РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ

ОБЩАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

ГЛАВА ПЕРВАЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ

§ 1.1. Общие сведения

Элементарные материальные частицы, несущие электрические за­ ряды, или какие-либо заряженные электричеством физические тела создают в окружающей части пространства особое состояние материи, которое называется э л е к т р и ч е с к и м п о л е м .

Электрическое поле, создаваемое электрическими зарядами, не изменяющимися во времени и неподвижными в пространстве, носит на­ звание электростатического поля. В дальнейшем, говоря в настоящей главе об электрическом поле, будем подразумевать именно такое элек­ тростатическое поле.

Проявляет себя электрическое поле прежде всего действующими в нем электрическими силами (притяжения и отталкивания). Как известно из курса физики, одноименные электрические заряды (т. е. «плюс» и «плюс» или «минус» и «минус») отталкиваются друг от друга,

уме, различных газообразных, жидких или твердых веществах. Возни­

т р и ч е с к о й п р о н и ц а е м о с т ь ю . Чем меньше абсолютная диэлектрическая проницаемость среды (ее обозначают еа'—греческой буквой «эпсилон» со значком «а»), тем в большей мере проявляют себя электрические силы в данной среде. Наименьшую еа имеет вакуум. Измеряется еа в особых единицах — в «фарадах на метр» (сокращенно Ф/м). Значение величины «фарада» будет дано в § 1.5.

В настоящее время принято величину еа представлять в виде про­ изведения двух величин, а именно:

6

еотп — относительная диалектическая проницаемость, показыва­ ющая во сколько раз еа данной среды больше абсолютной диэлектрической проницаемости вакуума е0; еотн— величи­ на безразмерная (отвлеченное число).

Численное значение электрической постоянной е0 очень мало. Она составляет 8,86 • 10~12 Ф/м. Численные значения еотн для разных ве­ ществ различны: для воздуха оно близко к единице; для трансформа­

§ 1-6).

Величина электрического заряда в системе единиц СИ-* измеряется в кулонах (сокращенно Кл) или ампер-секундах (сокращенно А • с). При неизменяемом электрическом токе в один ампер через поперечное сечение проводника за одну секунду протекает один кулон электри­ чества. Кулон — величина очень большая. Поэтому во многих случаях применяют дробные (меньшие) единицы: милликулон (0,001 Кл), микрокулон (0,000001 Кл). Обозначаются электрические заряды ла­ тинскими буквами q и Q («ку» строчные или прописные).

§ 1.2. Закон Кулона. Силовые линии поля

Закон Кулона. Взаимодействие между двумя несущими электри­ ческий заряд частицами или заряженными электричеством телами определяется законом Кулона: сила взаимодействия (притяжения или отталкивания) между двумя электрическими зарядами прямо пропор­ циональна произведению их величин и обратно пропорциональна квад­ рату расстояния между ними, а также абсолютной диэлектрической проницательности среды, в которой возникло электрическое поле. От­ сюда математически закон Кулона выражается следующей формулой (в единицах системы СИ):

ющие заряды.

Следует иметь в виду, что закон Кулона справедлив для тех случаев, когда линейные размеры взаимодействующих частиц или физических тел, несущих электрические заряды, много меньше расстояния между ними.

*Международная система единиц СИ. Две буквы «С» и «И» (или латинские «S» и «I») — начальные буквы слов: «система» и «интернациональная».

**Н — сокращенное обозначение ньютона; (Н — 0,102 кГ).

7

Силовые линии электрического поля. Закон Кулона дает возмож­ ность вычислить величину электрической силы. Вместе с тем из курса физики известно, что электрические силы являются величинами век­ торными. Это значит, что их характеризует не только величина (чис­ ленное ее значение), но и направление.

Направление действия сил в разных точках электрического поля,

Пунктирная кривая проведена так, что силы поля, дествующие на варяд q0, в любой ее точке направлены по касательной к ней. Такая линия (понятно, только воображаемая) называется силовой линией электрического поля. Принято считать, что силовые линии имеют на­

чало на положительно заряженном теле и конец па отрицательно за­ ряженном теле.

На рис. 1.1, б и в показаны силовые линии электрического поля

двух типов. На рис. 1.1,6 показано (в разрезе) электрическое поле двух • шариков, заряженных положительно и отрицательно. Такой же вид имеет электрическое поле двух параллельных стержней или проводов электрической линии, несущих разноименные заряды. На рис. 1.1, в представлено электрическое поле двух параллельно поставленных плас­ тин, одна из которых заряжена положительно, другая —отрицательно. Легко видеть, что в этом случае расположение электрических силовых линий много проще: все они прямолинейны и параллельны друг другу

8

(за исключением искривленных линий у края пластин). Такое электри­ ческое поле называют р а в н о м е р н ы м. В дальнейшем изложе­ нии будем рассматривать в основном равномерные электрические поля.

§ 1.3. Основные параметры электрического поля

Основными параметрами (показателями), характеризующими элек­ трическое поле, являются напряженность, потенциал и напряжение.

Напряженность электрического поля

Электрическое поле в разных его точках с различной силой воздей­ ствует на один и тот же заряд -rq0. В связи с этим интенсивность электрического поля в той или иной точке характеризуется отно­ сительной величиной силы воздействия, приходящейся на единицу за­ ряда. Она называется н а п р я ж е н н о с т ь ю п о л я и обозна­ чается 6 } кеой Е. Из определения вытекает, что

где Е — напряженность.электрического поля, В/м, F — электрическая сила, Н; q — электрический заряд, Кл.

Следовательно, напряженность электрического поля равна единице в такой его точке, где на заряд, равный одному кулону, действует си­ ла, равная одному ньютону. Однако в качестве единицы измерения на­ пряженности принята несколько иная величина: 1 В/м. Путем неслож­ ных преобразований* можно показать, что 1 Н/Кл (ньютон на кулон) равен 1 вольту на метр.

Напряженность поля также векторная величина; его направление в любой точке поля совпадает с направлением вектора электрической силы поля.

Одной из существенных особенностей равномерного электрическо­ го поля является то, что вектор напряженности во всех точках поля одинаков по величине и направлению (иными словами, во всех точках равномерного поля напряженность одна и та же).

Потенциал

Слово «потенциал» можно-перевести, как «способность к действию». Из курса физики известно понятие потенциальной энергии. Напри­ мер, груз весом GH (ньютонов), поднятый на высоту hv м над какимлибо нулевым уровнем, обладает потенциальной энергией, равной С/?, Н • м, и л и , что то же, — С/г,Дж (джоулей.) При опускании этого

9