Современный справочник электрика

РостовнаДону

«Феникс»

2014

СОВРЕМЕННЫЙ
СПРАВОЧНИК

ЭЛЕКТРИКА

«Профессиональное мастерство»

А. В. Суворин

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •

Èçäàíèå пятое , ñòåðåîòèïíîå

УДК 621.3(0.35)
ББК 31.293я2
КТК 277

С89

Суворин А. В.

Современный справочник электрика / А. В. Суворин. —

Изд. 5е, стер. — Ростов н/Д : Феникс, 2014. — 510 с. :
ил. — (Профессиональное мастерство).

С89

ISBN 978522222021-4

В справочнике в доступной форме кратко изложены основные общетехнические положения, необходимые электротехнику. В книгу включены сведения по теоретической электротехнике, электротехническим материалам,
электроснабжению потребителей, дано краткое описание
силового и осветительного оборудования, их технические
характеристики и справочные данные, рассмотрены однофазные и трехфазные трансформаторы, асинхронные и
синхронные машины, машины постоянного тока. Даны
сведения по качеству электроэнергии, электронным приборам и их практическому применению. Кроме того,
в справочнике представлены схемы различных полезных
устройств для самостоятельного изготовления понравившейся конструкции.

Справочник предназначен для инженеров и техников

по специальности электроснабжение по отраслям (городов,
промышленных предприятий и сельского хозяйства),
а также для электриков и электромонтеров, занимающихся монтажом, эксплуатацией и ремонтом электрооборудования и различных электрических сетей. Кроме того, он
будет полезен и широкому кругу домашних мастеров.

УДК 621.3(0.35)

ББК 31.293я2

ISBN 978522222021-4

©
©

Суворин А. В., 2011
Оформление: ООО «Феникс», 2014

ПРЕДИСЛОВИЕ

Работа электрика на любом производстве сводится к поддержанию в работоспособном и безопасном состоянии обслуживаемых им электроустановок и электрооборудования,
как то: электрические осветительные и силовые сети; устройства сигнализации и автоматики, точного и силового
оборудования.
В настоящем справочнике приведены необходимые сведения из курса общей электротехники, о законах, на которых основана работа электрооборудования; материалы, применяемые в системах электроснабжения; требования к
выбору и монтажу электропроводов и кабелей; информация
об устройстве и ремонте электрических аппаратов, применяемых как в сельскохозяйственном, так и в промышленном производстве.
Для начинающих электриков имеется раздел, посвященный азам электроники и использованию ее в электроустановках.
Завершается справочник приложениями, в которых помещены таблицы физических величин, применяемых в электротехнике, и маленькими хитростями умного электрика,
с помощью которых можно без особого труда выполнить ту
или иную работу как на производстве, так и дома.
Автор выражает искреннюю благодарность инженерам
Шалыгину В. П. и Мисюревой В. П. за полезные советы,
ценные замечания и предложения, сделанные ими в процессе подготовки и редактирования рукописи.

ВВЕДЕНИЕ

При свечах, конечно, хорошо встретить и провести день
рождения или Новый год, однако даже самые красивые свечи не заменят нам электрическую лампочку. Без нее, пожалуй, теперь и жизни не представить. Но то, что невидимый
электрический ток дает нам свет, является лишь одним из
маленьких его достоинств. Наряду с этим он каждодневно
увеличивает наши силы в сотни тысяч раз — в городе и деревне, в науке и технике, в быту, на любом производстве.
Работа электрика по монтажу и обслуживанию электротехнического оборудования является одной из востребованных и сводится к обеспечению работоспособного и безопасного состояния осветительных сетей и установок,
пускорегулирующих и защитных аппаратов, электрических машин, сигнализации и автоматики, а также проводов и кабелей, соединительных элементов и т. д.
В схемные решения устройств, как правило, входят различные элементы: транзисторы, тиристоры, резисторы, конденсаторы, микросхемы и еще многие другие. Электрику необходимо знать устройство и назначение всех этих элементов,
более того, он должен быть знаком с электрическими аппаратами и устройствами, знать их конструктивные особенности
и работу.
Больше всего затруднений возникает у молодого работника, когда им еще не наработаны профессиональные навыки и интуиция. Эта книга послужит хорошим помощником и консультантом в приобретении не только знаний,
но и опыта.
Целью данного справочника является помощь электрику при работе с электрооборудованием различного назначения: сельскохозяйственного, бытового, а также промышВведение
5

ленного в части безотказной и безопасной работы и увеличения срока службы. Более того, в справочнике один из разделов посвящен знакомству с несложными электронными самоделками различного назначения. Возможностями
электроники пользуются в настоящее время исключительно во всем. Одним словом, электроника прочно вошла в нашу
жизнь.
На страницах книги вы найдете не только необходимый
теоретический материал, но и получите практическое знакомство с возможностями как электротехники, так и электроники. Предлагаемый материал доступен и полезен как
начинающему электрику или радиолюбителю, так и специалистам с определенным стажем. Знания, полученные с помощью данного справочника, и их практическое использование — это гарантия успеха в вашей работе.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

И ЗАКОНЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

1.1. Электрический ток и его действие

С электричеством люди познакомились очень давно.
Электричество в природе существует в виде положительных и отрицательных зарядов. Согласно электронной теории вещества, атом состоит из ядра, представляющего собой положительно заряженные частицы — протоны,
вокруг которого вращаются отрицательно заряженные частицы — электроны. Если атомы вещества теряют электроны, то оно будет заряжено положительно. Если же атомы вещества приобретают электроны, то оно заряжается
отрицательно.
В атомах многих тел электроны слабо связаны с ядром,
отчего такие электроны часто покидают атом и находятся в
беспорядочном движении. Тела, имеющие свободные электроны, называют проводниками первого рода. К ним относятся
все металлы и их сплавы. Когда же на свободные электроны
проводника начинает действовать внешнее электрическое
поле, то беспорядочное перемещение свободных электронов
приобретает направленное движение в одну сторону. В таком случае говорят, что по проводнику движется ток. Электрический ток будет протекать только в замкнутой цепи
(рис. 1.1).
Электроны представляют собой отрицательные заряды,
они будут перемещаться в сторону положительного полюса
источника. Но в электротехнике принято считать, что электрический ток всегда направлен от положительного полюса
к отрицательному (рис. 1.1).
Электрический ток характеризуется его величиной — это
количество электричества, протекающее через поперечное

1. Основные положения и законы электротехники
7

сечение проводника за 1 сек. Математически это будет выглядеть так: 1 А = 1 k / 1 сек,

t
Q
I =
,
(1.1)

где 1 k (кулон) — количество электричества k = 6,3•1018

электронов. За единицу величины электрического тока принимается Ампер (А). Когда с течением времени электрический ток в проводнике не меняет свое направление, его называют постоянным.

Электрический ток еще характеризуется плотностью. Она
выражает отношение его величины к площади поперечного
сечения его проводника:

S
I
i =
,
(1.2)

где i — плотность тока, А/мм2; S — площадь поперечного
сечения проводника, мм2.

Для характеристики электрического поля существует понятие электрического потенциала.
Потенциалом любой точки рассматриваемого электрического поля называется работа, результатом которой является

Рис. 1.1. Направление тока:
1 — источник электрической энергии; 2 — электроны; 3 — нагрузка;
4 — замкнутый контур

Современный справочник электрика
8

перемещение положительной единицы заряда из бесконечности в данную точку поля, и обозначается буквой ϕ (Фи).
Так, например, для перемещения заряда +Q из бесконечности в заданную точку поля необходимо произвести работу
А на преодоление электрических сил поля. Тогда потенциал
данной точки поля можно рассчитать по формуле:

Q
A
=
ϕ
.
(1.3)

Единицей измерения потенциала является вольт. Разность потенциалов двух точек электрического поля называется напряжением. Оно измеряется в вольтах и обозначается буквой U.
Если потенциалы точек поля А и В соответственно равны ϕА и ϕВ, то напряжение между ними будет равно их разности:

UАВ = ϕА — ϕВ.
(1.4)

Сила, которая устанавливает и поддерживает разность
потенциалов, вызывая электрический ток в цепи, называется электродвижущей силой (ЭДС) и обозначается буквой
Е. ЭДС, как и напряжение, измеряется в вольтах.
Устройства, создающие ЭДС и поддерживающие ток в цепи, называют источниками электрической энергии, или источниками тока. Самым распространенными источниками
постоянного тока являются аккумуляторы разных типов и
генераторы разных конструкций.
У источников постоянного тока имеется два контакта,
которые называются полюсами. Один положительный (+),
другой отрицательный (–). Электрическая энергия от источника к потребителям передается по проводам (рис. 1.2).
ЭДС источника тока можно определить только при разомкнутой внешней цепи, а напряжение — при замкнутой.
Внешняя цепь — это участок цепи между зажимами источника, расположенный вне его.
Напряжение источника тока всегда меньше его ЭДС, так
как какаято часть электрической энергии теряется внутри
источника тока и называется внутренним падением напря1. Основные положения и законы электротехники
9

жения (U0), а другая часть, которая расходуется во внешней цепи (нагревается сопротивление, горит лампочка), называется внешним падением напряжения (U). Тогда ЭДС
источника тока будет равна:

Е = U0 + U.
(1.5)

Например, если на зажимах источника тока напряжение
равно 220 В, а внутреннее напряжение 5 В, то ЭДС источника тока будет равна:

Е = U0 + U = 5 + 220 = 225 В.

1.2. Постоянный ток

Как уже было сказано ранее, электрический ток — направленное движение электронов или ионов в проводнике.
Если электрический ток с течением времени сохраняет
неизменными свою величину и направление, то такой ток
называется постоянным.
Источниками постоянного тока являются приборы,
создающие электрическое напряжение, благодаря которому течет ток при замкнутой электрической цепи. Источниками постоянного тока служат генераторы, батареи, заряженные аккумуляторы.
Генератор вырабатывает ток при вращении якоря в магнитном поле. При этом проводники якоря пересекают магРис. 1.2. Простая электрическая схема:
1 — источник тока; 2 — сопротивление; 3 — электрическая лампа

Современный справочник электрика
10

нитные силовые линии, благодаря чему механическая энергия преобразуется в электрическую, которая снимается с
клемм генератора.
Генератор постоянного тока (ГПТ) представляет собой
электрическую машину, преобразующую механическую
энергию в электрическую. ГПТ работает на принципе электромагнитной индукции. Он состоит из электромагнитов,
которые предназначены для создания магнитного поля; якоря — вращающейся части генератора, выполненной в форме цилиндра, в пазы которого укладывается обмотка; коллектора, служащего для выпрямления тока и отвода его во
внешнюю сеть. Коллектор состоит из отдельных медных
пластин, по которым скользят щетки.
На рис. 1.3 показан простейший генератор, якорь которого состоит из одного витка, а коллектор — из двух полуколец К1 и К2. В качестве индуктора использован постоянный магнит NS. Виток обмотки можно представить себе
состоящим из двух проводников АВ и CD. При вращении
витка в магнитном поле проводник АВ проходит под северным полюсом, а CD — под южным. При этом в первом проводнике будет индуктироваться ЭДС одного направления,
а во втором — противоположного. В этот момент эти ЭДС
складываются и действуют в одном направлении так, что во
внешней цепи генератора появляется электрический ток,
направленный от одной щетки к другой (от Щ1 к Щ2).

Рис. 1.3. Схема простейшего генератора постоянного тока

1. Основные положения и законы электротехники
11

При прохождении проводников через нейтральную плоскость наведенная ЭДС будет равна нулю. При прохождении
же этих проводников под другими полюсами направление
ЭДС в них будет противоположным, но и при этом положении витка в первом проводнике ЭДС будет направлена к той
же щетке, так как щетки неподвижны, а коллектор вместе с
витком вращается вокруг оси.
Благодаря подвижному коллектору ток во внешней цепи
генератора течет всегда в одном направлении, но при этом
изменяется по величине. Такой ток называется пульсирующим. Чтобы пульсация тока была небольшой, на якоре
генератора равномерно размещают много таких витков, которые располагаются один относительно другого на определенный угол.
При подключении генератора постоянного тока к источнику электрической энергии он станет работать как электрический двигатель, т. е. преобразовывать электрическую
энергию в механическую работу. Это свойство электрических машин работать как в качестве генератора, так и в качестве двигателя без изменения конструкции называется
обратимостью.
Когда генератор постоянного тока работает по принципу
электромагнитной индукции, т. е. при пересечении проводниками обмотки якоря магнитных силовых линий в его обмотке индуктируется ЭДС, то двигатель работает на принципе взаимодействия проводников обмотки якоря с током и
магнитным полем, в котором они находятся. В результате
такого взаимодействия проводники обмотки якоря перемещаются в зависимости от направления тока. Но так как
проводники обмотки составляют одно целое с якорем, то он
начинает вращаться. Направление вращения якоря можно
определить по правилу левой руки.
Батареи — это несколько элементов, последовательно соединенных между собой. Имеющиеся в продаже низковольтные батареи представляют собой, как правило, заполненные
электролитом цинковые стаканчики, в которые вставлены
угольные стержни. Во время работы этих химических элементов идет разложение цинковой оболочки, и энергия химической реакции преобразуется в электрическую.

Современный справочник электрика
12

Цинкоугольный элемент дает напряжение в 1,5 В. При последовательном соединении таких элементов напряжение будет
суммироваться, и таким образом можно получить батарею с выходным напряжением на 3; 4,5; 6 и т. д. до 100 В и выше.
Аккумуляторы дают ток лишь в том случае, если были
предварительно заряжены электрическим током. При зарядке они превращают электрическую энергию в химическую
(пластины аккумулятора при этом изменяют химическое состояние) и при включении прибора в цепь отдают поглощенную энергию в виде электрического тока. Каждая аккумуляторная ячейка имеет напряжение 2 В. Аккумуляторы, как и
химические элементы, можно соединять последовательно в
батареи и таким образом получать любое напряжение.
Энергия, отдаваемая аккумулятором, может быть рассчитана. Поэтому на аккумуляторных батареях кроме указания
уровня напряжения и допустимой силы тока, который можно отбирать в сеть, указывают и продолжительность работы
при таком токе. Она выражается в Ач. Например, на аккумуляторе указано 15 Ач, это означает, что от него можно отбирать в сеть 15 часов по 1 амперу, или 30 часов по 0,5 ампера,
или 150 часов по 0,01 А и т. д. При этом должна учитываться
допустимая сила тока. В случае если она достигает, например, 1 ампера при 15 Ач, это значит, что нельзя подключать
нагрузку, которая забирает больше 1 ампера, так как могут
пострадать пластины и аккумулятор выйдет из строя.

1.3. Переменный ток

Ток, изменяющийся по величине и направлению, называется переменным. Если проводник пересекает магнитные
силовые линии, то в последнем появляется индуктированная ЭДС, ее величина зависит от величины магнитной индукции В, активной длины проводника l, скорости пересечения проводником магнитных силовых линий v и sin угла
α между направлением движения проводника и направлением магнитных силовых линий поля.
Аналитическая зависимость будет иметь вид:

E = Blv sin α.
(1.6)