книги из ГПНТБ / Сафонов А.С. Специальная электротехника учеб. для воен.-мор. команд.-инженер. училищ

П Р Е Д И С Л О В И Е

Настоящий учебник является первой частью курса основ электротехники и специального электрооборудова­ ния, читаемого в высших военно-морских учебных заведе­ ниях командно-инженерного профиля.

При составлении учебника перед автором стояла за­ дача изложить основные положения электротехники сжато и в возможно доступной форме, но с достаточно полным раскрытием физической сущности рассматривае­ мых явлений. Применяемый математический аппарат со­ ответствует курсу высшей математики, излагаемому в училищах. Основному материалу книги предшествует первая глава, в которой дается общий обзор основных понятий и характеристик цепей, необходимых при изу­

Считаю своим долгом выразить глубокую призна­ тельность докт. техн. наук проф. А. И. Хожаинову, канд. техн. наук доц. Ю. П. Воронцову, проф. А. Д. Яблоч­ кову, доц. Б. А. Топору, канд. военно-морских наук В. А. Ломову, ст. преп. Е. М. Зйнкевич и В. В. Шубину, инж. В. Г. Алексееву, Р. А. Бакланову и О. С. Лука­ шенко, внимательно просмотревшим рукопись книги и сделавшим ряд ценных замечаний. Особо выражаю бла­ годарность инж. А. В. Федорову, выполнившему боль­ шую работу по редактированию рукописи, и ст. преп.

ВВЕДЕНИЕ

Электротехникой принято называть науку, изучаю­ щую производство, передачу и использование электри­ ческой энергии для практических целей, а в широком смысле слова — науку, изучающую электромагнитные яв­ ления в целях их технического использования.

Электрическая энергия используется во всех обла­ стях современной техники. Широкое применение элек­ трической энергии объясняется простотой ее получения и преобразования в другие виды энергии, легкостью пе­ редачи на значительные расстояния, высоким коэффи­ циентом полезного действия электрических машин и а п ­ паратов, возможностью распределения в любых вели­ чинах, т. е. легкой делимостью, исключительным удоб­ ством управления и регулирования. Весьма важным об­ стоятельством является и то, что источники получения электрической энергии практически неисчерпаемы. В электрическую энергию можно превратить тепло от сжигания угля, нефти, газа и других видов топлива. Электрическую энергию можно получить, используя на­ пор воды и силу ветра, тепловую и световую энергии солнца, ядерную энергию.

Наступившая эпоха ядерной энергии еще более уси­ ливает значение электрической энергии в развитии про­ изводительных сил общества. Объясняется это тем, что техническое использование внутриядерной энергии пока наиболее перспективно через ее преобразование в элек­ трическую. Кроме того, процесс выделения внутриядер­ ной энергии неотделим от электромагнитных явлений.

Основные положения о роли и значении электриче­ ской энергии в развитии производительных сил общест­ ва В. И. Ленин выразил основополагающей формулой

5

«Коммунизм — это есть Советская власть плюс электри­ фикация всей страны».

Советский народ, претворяя в жизнь идеи В. И. Ленина об электрификации страны, последовательно и настой­ чиво развивал электроэнергетику. В 1930 г. выработка электроэнергии в СССР составляла около 8,3 млрд. кВт-ч, а в 1971 г. она достигла 800 млрд. кВт- ч. Уста­

огромных масштабах осуществить электрификацию про­ мышленности, транспорта и других отраслей народного хозяйства. Электрификация является той базой, на кото­ рой развиваются все самые совершенные технические средства производства. Научно-технический прогресс не­ мыслим без электрификации всей страны.

Директивами XXIV съезда КПСС по девятому пяти­ летнему плану предусматривается дальнейшее опере­ жающее развитие электроэнергетики. В 1971—1975 гг. будет введено в действие электростанций общей мощ­ ностью 65—67 млн. кВт, а выработка электроэнергии в 1975 г. составит 1030—1070 млрд. кВт-ч. Величина этих цифр особенно наглядна, если сравнить, что по плану

10 планов ГОЭЛРО . Успешное осуществление девятого пятилетного плана позволит вплотную подойти к созда­ нию материально-технической базы коммунизма.

На современном военном корабле электрическая энергия применяется весьма широко. Она используется в системах вооружения и в различных корабельных си­ стемах и устройствах, в приборах управления кораблем и в многочисленных электронных устройствах связи и локации. Подавляющее большинство корабельных вспо­ могательных механизмов и систем специального назна­ чения электрифицировано. Они приводятся в действие с помощью электрических машин или управляются и контролируются с помощью электрических аппаратов. Это объясняется тем, что электрические машины способ­ ны выдерживать значительные перегрузки и практиче-

6

ски всегда готовы к действию, а электрическая энергия позволяет по существу автоматизировать все операции по управлению механизмами, повышая их быстродейст­ вие, надежность, точность, а также облегчает труд эки­ пажа корабля.

Современная электротехника создавалась на основе исследований электрических и магнитных явлений уче­

новление наличия связи между электрическими и маг­

ными исследованиями электрического тока. Вольт соз­ дал первый источник постоянного тока — гальваниче­ ский элемент. Петров открыл электрическую дугу, а Ам­ пер — закон взаимодействия электрических токов. Ому принадлежит открытие основного закона электрической цепи, связывающего сопротивление цепи, электродвижу­ щую силу и силу тока.

Английский ученый М. Фарадей в 1831 г. открыл яв­ ление электромагнитной индукции. В 1833 г. русский уче­ ный Э. X. Ленц сформулировал закон электромагнитной инерции и установил общность явлений электромагнит­ ной индукции и электромеханических проявлений. От­ крытие Фарадея и исследования Ленца~ знаменуют на­ чало эры электричества.

Огромное значение для развития электротехники имели исследования английского ученого Д . Максвелла (1831—1879), немецкого ученого Г. Р. Кирхгофа (1824— 1887) и изобретения русского академика Б. С. Якобя (1801 —1874). Максвелл разработал классическую тео­ рию электромагнитных явлений. Кирхгоф сформулиро­ вал основные законы для электрических цепей. Якоби изобрел первый электродвигатель постоянного тока, соз-

7

РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

ГЛАВА ПЕРВАЯ

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦЕПЕЙ

§ 1.1. ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ

являются структурными элементами вещества. Эти ча­ стицы обладают электрическими зарядами, поэтому дей­ ствие их наблюдается практически во всех явлениях природы в виде электрических и магнитных явлений.

Материальные заряженные частицы создают в окру­ жающем пространстве электромагнитное поле, которое проявляется в виде силового действия на другие заря­ женные частицы. Естественно, что заряженные частицы и их электромагнитное поле представляют собой единое целое. Вместе с тем заряженные частицы немыслимы без своего электромагнитного поля, а электромагнитное поле может существовать в свободном состоянии, отделенное от частиц. Таковы фотоны, а также электромагнитные волны, излученные антенной. Электромагнитное поле в свободном состоянии распространяется в пустоте в от­ сутствии сильных гравитационных полей со скоростью, близкой к 3 - Ю 8 м/с. В веществе, а также при наличии сильных гравитационных полей электромагнитное поле распространяется с меньшей скоростью.

9