Предисловие. 
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА- Хотунцев Ю.Л.

Электротехника в широком понимании — это область науки и техники, охватывающая производство, передачу, распределение и использование электроэнергии. Для производства электрической энергии используются электромагнитные генераторы переменного и постоянного тока, солнечные и другие батареи. По линиям электропередач электрическая энергия подается на распределительные устройства, а затем к потребителям. Среди основных областей использования электрической энергии следует назвать: электропривод — для приведения в движение двигателей станков, электротягу — для обеспечения движения электротранспорта (поездов метро, электропоездов, трамваев, троллейбусов), электроосвещение, электронагрев, электропитание различных приборов и устройств.

Зарождение электротехники относится к первой половине XVIII в., когда рядом ученых были заложены ее теоретические и практические основы. В первую очередь это открытие Фарадеем закона электромагнитной индукции (в 1831 г.). Первый промышленный генератор электрического тока (генератор Грамма) был создан в 1870 г. С 1882 г. начинается строительство электростанций. В 1882 г. Томас Эдисон создал систему электрического освещения Нью-Йорка, изумившую весь мир. Первые электростанции вырабатывали постоянный ток и обслуживали небольшое количество объектов. Стремление использовать переменный однофазный ток не дало эффективных результатов, так как двигатели однофазного тока не удовлетворяли потребностей развивающейся промышленности. Поэтому применение однофазного тока ограничилось областью электроосвещения и электропитания ряда устройств с помощью выпрямителей.

Широкое распространение получила трехфазная система переменного тока, разработанная выдающимся русским электротехником М.О. Доливо-Добровольским. Эта система имеет огромные преимущества по сравнению с системами постоянного и однофазного переменного токов благодаря тому, что она позволяет комплексно решить проблему экономной передачи электрической энергии на большие расстояния и создания простых, надежных в работе асинхронных двигателей, получивших широкое применение в промышленности и используемых уже более 100 лет.

Первая передача электрической энергии трехфазной системой токов была произведена в 1891 г. М.О. Доливо-Добровольским в Германии на расстояние 170 км при напряжении 15 кВ с КПД 75%. Эта передача положила начало этапу бурного развития электроэнергетики.

Электрическая энергия — основа современной цивилизации. Во всем мире электрическая энергия рассматривается сегодня как самый предпочтительный вид энергии, наиболее универсальный и широко применяемый. Подавляющее большинство машин и устройств, используемых человечеством, содержит электрические цепи и соответствующие узлы, работа которых невозможна без применения электрической энергии.

В жизни современного общества последствия глобального отключения электроэнергии подобны катастрофе. Такая катастрофа века произошла 9 ноября 1965 г. на территории США и Канады. В течение 11 минут на территории более 200 тыс. квадратных километров, на которой расположены такие гигантские города, как НьюЙорк, Бостон и Монреаль, полностью отключилось электричество. На 12 часов улицы погрузились во мрак, остановились поезда в метро, в которых находилось более 1 млн. человек, электропоезда, троллейбусы, нарушилось автомобильное движение из-за отключения светофоров. Самолеты не могли совершить посадки на погруженные в темноту аэродромы. Остановились все фабрики и заводы, застыл металл в электропечах.

Широкое распространение электрической энергии объясняется ее преимуществами по сравнению с другими видами энергии, важнейшими из которых следует считать:

относительную простоту и экономичность концентрированного ее получения на электрических станциях в очень больших количествах;

возможность передачи на дальние расстояния с малыми потерями;

возможность легкого преобразования в другие виды энергии: механическую, тепловую, химическую и др.;

беспредельную делимость, что позволяет распределять ее любым образом между потребителями.

Изучение электротехники является важной частью политехнической подготовки будущих учителей физики и технологии. Учитель должен знать принципы генерации, передачи, распределения и использования электрической энергии, основные свойства линейных и нелинейных электрических цепей, принципы выпрямления переменного тока, принципы действия и устройство трансформаторов и измерительных приборов (амперметров, вольтметров, фазометров, омметров), свойства трехфазных электрических цепей, принципы действия и устройство электрических машин переменного и постоянного тока, принципы действия систем токовой защиты, систем автоматического управления и регулирования, а также современные тенденции развития электротехники и электроэнергетики.

Учитель должен уметь подбирать элементы электрической цепи и измерительные приборы при проведении демонстраций и лабораторных работ, знать характеристики электрических машин малой мощности, используемых в бытовой технике и демонстрационном эксперименте, схемы их пуска и способы регулирования числа оборотов.

Предлагаемое пособие написано в соответствии с действующей программой одноименного курса. Особое внимание в нем уделено физическому содержанию рассматриваемых явлений. Широко используется комплексный метод описания гармонических колебаний и процессов в электрических цепях и машинах.

Учебное пособие состоит из двух частей. Первые пять глав, включенные в первую часть пособия, посвящены электрическим и магнитным цепям, следующие шесть глав, включенные во вторую часть, — электрическим машинам: двигателям и генераторам, и проблемам производства и передачи электрической энергии, элементам автоматических устройств в электроэнергетике, элементам техники безопасности и современным тенденциям развития мировой энергетики и электроэнергетики. Во второй части пособия приведен практикум по электротехнике, предназначенный для овладения практическим навыками сборки и исследования электрических цепей и электрических машин.

В результате изучения данного пособия студент должен:

знать

• • предмет, цели и задачи курса «Электротехника»;
• • теоретические основы построения электротехнических цепей и устройств;
• • понятийный аппарат электротехники;
• • профессиональные требования к электротехнической подготовке учителей физики и технологии;
• • современные представления об экологических проблемах производства, передачи и использования электрической энергии;
• • историю и тенденции развития электротехники;

уметь

• • идентифицировать и классифицировать электрические цепи и машины;
• • анализировать процессы в электрических цепях и машинах;
• • решать задачи, связанные с процессами в электрических цепях;
• • использовать полученные знания при сборке электрических цепей;
• • грамотно ориентироваться в электрических схемах;
• • давать самостоятельную оценку возможности реализации электрических систем;

владеть

• • методами расчета и сборки электрических цепей;
• • современными технологиями соединения элементов электрических цепей;
• • навыками системного анализа электрических систем;
• • навыками поиска информации о современном состоянии, развитии и экологических проблемах электрических систем и устройств;
• • навыками работы с учебной и научной электротехнической литературой.