Monter_sieci_i_urz_telekom_725[02]_O1.05

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MINISTERSTWO EDUKACJI

NARODOWEJ

Artur Bielawski
Jerzy Bulski

Analiza działania podstawowych maszyn i urządzeń
elektrycznych 725[02].O1.05

Poradnik dla ucznia

Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy

Radom 2006

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Recenzenci:

mgr inż. Anna Górska
mgr inż. Beata Miętus

Opracowanie redakcyjne:

mgr inż. Artur Bielawski

Konsultacja:

mgr inż. Andrzej Zych

Korekta:

Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 725[02].O1.05
Analiza działania podstawowych maszyn i urządzeń elektrycznych zawartej w modułowym
programie nauczania dla zawodu monter sieci i urządzeń telekomunikacyjnych.

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2006

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SPIS TREŚCI

1. Wprowadzenie

2. Wymagania wstępne

3. Cele kształcenia

4. Materiał nauczania

4.1. Transformator jednofazowy

4.1.1. Materiał nauczania

4.1.2. Pytania sprawdzające

4.1.3. Ćwiczenia

4.1.4. Sprawdzian postępów

4.2. Maszyny prądu stałego

4.2.1. Materiał nauczania

4.2.2. Pytania sprawdzające

4.2.3. Ćwiczenia

4.2.4. Sprawdzian postępów

4.3. Maszyny prądu zmiennego

4.3.1. Materiał nauczania

4.3.2. Pytania sprawdzające

4.3.3. Ćwiczenia

4.3.4. Sprawdzian postępów

4.4. Mikrosilniki

4.4.1. Materiał nauczania

4.4.2. Pytania sprawdzające

4.4.3. Ćwiczenia

4.4.4. Sprawdzian postępów

4.5. Sterowniki

4.5.1. Materiał nauczania

4.5.2. Pytania sprawdzające

4.5.3. Ćwiczenia

4.5.4. Sprawdzian postępów

4.6. Urządzenia radiowe i telewizyjne

4.6.1. Materiał nauczania

4.6.2. Pytania sprawdzające

4.6.3. Ćwiczenia

4.6.4. Sprawdzian postępów

5. Sprawdzian osiągnięć

6. Literatura

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1. WPROWADZENIE

Poradnik będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy o maszynach i urządzeniach

elektrycznych, ich budowie, zasadzie działania, parametrach oraz zastosowaniu.

W poradniku zamieszczono:

−

wykaz literatury, z jakiej możesz korzystać podczas nauki,

−

wykaz umiejętności, jakie powinieneś mieć przed przystąpieniem do nauki wybranym
przez Ciebie zawodzie,

−

wykaz umiejętności, jakie ukształtujesz podczas pracy z tym poradnikiem,

−

materiał nauczania- czyli wiadomości dotyczące obwodów prądu stałego,

−

zestawy pytań, które pomogą Ci sprawdzić, czy opanowałeś podane treści o obwodach
prądu stałego,

−

ćwiczenia, które umożliwią Ci nabycie umiejętności praktycznych,

−

sprawdzian postępów.

W materiale nauczania zostały omówione zagadnienia dotyczące transformatora

jednofazowego, maszyn prądu stałego, maszyny prądu zmiennego, mikrosilników,
sterowników, urządzeń radiowych i telewizyjnych.

Z rozdziałem Pytania sprawdzające możesz zapoznać się:

−

przed przystąpieniem do rozdziału Materiał naucznia (poznasz przy okazji wymagania
wynikające z potrzeb zawodu), a po przyswojeniu wskazanych treści, odpowiadając na te
pytania sprawdzisz stan swojej gotowości do wykonania ćwiczeń,

−

po zapoznaniu się z rozdziałem Materiał naucznia, aby sprawdzić stan swojej wiedzy,
która będzie Ci potrzebna do wykonania ćwiczeń.

Kolejnym etapem poznawania maszyn i urządzeń elektrycznych będzie wykonanie

ćwiczeń, których celem jest uzupełnienie i utrwalenie informacji o poznanych zagadnieniach.

Wykonując ćwiczenia przedstawione w poradniku lub zaproponowane przez nauczyciela,

poznasz podstawowe właściwości wyżej wymienionych maszyn i urządzeń.

Po wykonaniu ćwiczeń, sprawdź poziom swoich postępów rozwiązując test Sprawdzian

postępów, zamieszczony po ćwiczeniach. W tym celu:

−

przeczytaj uważnie pytania,

−

podaj odpowiedź wstawiając X w odpowiednie miejsce (w miejscu TAK jeżeli Twoja
odpowiedz jest prawidłowa, w miejscu NIE jeżeli odpowiedz na pytanie jest negatywna).

Odpowiedzi NIE wskazują na luki w Twojej wiedzy, informują Cię również, jakiego
materiału dobrze nie poznałeś. Oznacza to powrót do treści, które nie są dostatecznie
opanowane.

Poznanie przez Ciebie wszystkich lub określonej części wiadomości będzie stanowiło dla

nauczyciela podstawę przeprowadzenia sprawdzianu poziomu przyswojonych wiadomości
i ukształtowanych umiejętności. Zestaw zadań testowych zamieszczony jest w rozdziale 5,
obejmujący także:

−

instrukcję, w której omówiono tok postępowania podczas przeprowadzania sprawdzianu,

−

przykładową kartę odpowiedzi, w której, w przeznaczonych miejscach wpisz odpowiedzi
na pytania; będzie to stanowić dla Ciebie trening przed sprawdzianem zaplanowanym
przez nauczyciela.

Bezpieczeństowo i higiena pracy

W czasie pobytu na pracowni musisz przestrzegać regulaminów, przepisów

bezpieczeństawa i higieny pracy oraz instrukcji przeciwpożarowych, wynikających z rodzaju
wykonywanych prac. Przepisy te pozanasz podczas trwania nauki.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

2. WYMAGANIA WSTĘPNE

Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

–

rozróżniać podstawowe wielkości elektryczne,

–

stosować podstawowe jednostki wielkości elektrycznych w układzie SI,

–

interpretować przedrostki przed nazwami jednostek,

–

przeliczać jednostki,

–

stosować podstawowe prawa elektrotechniki,

–

interpretować podstawowe zjawiska z zakresu elektrotechniki występujące w obwodach
prądu stałego,

–

rozróżniać typy oporników,

–

obliczać rezystancję zastępczą oporników połączonych równolegle, szeregowo
i w sposób mieszany,

–

rozpoznawać symbole źródeł napięcia i prądu stałego,

–

analizować proste układy prądu stałego,

–

obliczać i oszacować podstawowe wielkości elektryczne w układach prądu stałego,

–

oceniać wpływ zmian rezystancji na napięcie, prąd, moc,

–

określać warunki dopasowania odbiornika do źródła,

–

obsługiwać woltomierz, amperomierz prądu stałego, omomierz oraz miernik uniwersalny,

–

organizować stanowisko pomiarowe,

–

łączyć układy prądu stałego zgodnie ze schematem,

–

wykonywać pomiary podstawowych wielkości elektrycznych w układach prądu stałego,

–

przewidywać zagrożenia dla życia i zdrowia w czasie realizacji ćwiczeń,

–

rozróżniać parametry charakteryzujące przebieg prądu przemiennego,

–

rozróżniać różne typy kondensatorów i cewek,

–

analizować proste układy prądu przemiennego,

–

obliczać i oszacować podstawowe wielkości elektryczne w układach prądu
przemiennego,

–

dobierać przyrządy pomiarowe do pomiaru wielkości elektrycznych w obwodach prądu
przemiennego,

–

łączyć układy do pomiaru podstawowych wielkości w układach prądu przemiennego,

–

wykonywać pomiary podstawowych wielkości elektrycznych w układach prądu
przemiennego,

–

analizować i interpretować wyniki pomiarów w układach prądu stałego i zmiennego oraz
wyciągać wnioski praktyczne,

–

przedstawiać wyniki w formie tabeli i wykresu,

–

odczytywać informację z tabeli lub wykresu,

–

demonstrować efekty wykonywanych pomiarów,

–

rozpoznawać na podstawie symbolu graficznego i wyglądu podstawowe elementy
elektroniczne,

–

wskazywać podstawowe zastosowania elementów i układów elektronicznych,

–

analizować działanie prostych układów analogowych na podstawie schematów ideowych,

–

rozpoznawać na schematach ideowych bloki funkcjonalne: zasilacze, generatory, układy
wzmacniające,

–

analizować działanie układów analogowych na podstawie schematów blokowych,

–

korzystać z katalogów układów elektronicznych,

–

przewidywać zagrożenia dla życia i zdrowia w czasie realizacji ćwiczeń,

–

udzielać pierwszej pomocy w przypadkach porażenia prądem elektrycznym,

–

stosować procedurę postępowania w sytuacji zagrożeń,

–

stosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3. CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

rozróżnić funkcje i zastosowanie podstawowych maszyn i urządzeń elektrycznych,

−

zinterpretować podstawowe zjawiska zachodzące w maszynach i urządzeniach
elektrycznych,

−

scharakteryzować podstawowe maszyny i urządzenia elektryczn,e

−

rozpoznać na schematach ideowych podstawowe bloki funkcjonalne urządzeń
elektrycznych,

−

rozpoznać elementy i podzespoły maszyn i urządzeń na podstawie wyglądu,

−

zidentyfikować zaciski maszyn elektrycznych,

−

zinterpretować zapisy na tabliczkach znamionowych,

−

sporządzić wykaz przyrządów pomiarowych,

−

przygotować stanowisko pomiarowe,

−

przeanalizować i zinterpretować wyniki pomiarów oraz wyciągać wnioski praktyczne,

−

zademonstrować poprawność wykonywania pomiarów,

−

uporządkować stanowisko pomiarowe,

−

obsłużyć urządzenia na podstawie instrukcji,

−

obsłużyć maszyny i urządzenia elektryczne z zachowaniem zasad BHP.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4. MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1. Transformator jednofazowy

4.1.1. Materiał nauczania

Maszyna

elektryczna

jest

urządzenie

działające

zasadzie

indukcji

elektromagnetycznej i służące do przetwarzania energii.
Do tak zdefiniowanych maszyn elektrycznych nie zalicza się maszyn działających na zasadzie
indukcji elektrostatycznej. Wyróżnia się dwie zasadnicze grupy maszyn:
transformator, czyli urządzenie statyczne (bez udziału ruchu mechanicznego)działające na
zasadzie indukcji elektromagnetycznej i służące do przetwarzania energii;
maszyna elektryczna wirująca, czyli urządzenie działające na zasadzie indukcji
elektromagnetycznej

służące

przetwarzania

energii

przy

udziale

ruchu

mechanicznego.
W tej części materiału zajmijmy się tylko pierwszą z nich i przedstawiamy dwie definicje:

−

Transformator przetwarza energię elektryczną na energię elektryczną o innych (na ogół)

parametrach, np. o innym napięciu, innym prądzie itp.

−

Transformator jest urządzeniem elektroenergetycznym przetwarzającym energię

elektryczną za pośrednictwem pola magnetycznego bez udziału energii mechanicznej.
Przy przetwarzaniu uzyskuje się w nim zmianę wartości napięcia i prądu przy stałej
wartości częstotliwości.

Podstawowe elementy transformatora to:
1. rdzeń wykonany z blach stalowych z dodatkiem krzemu,
2. uzwojenia wykonane z przewodów miedzianych lub aluminiowych:

−

uzwojenie pierwotne, do którego doprowadzana jest energia,

−

uzwojenie wtórne zasilające odbiorniki.

Transformator, którego rdzeń i uzwojenia zanurzone są w oleju znajdującym się w kadzi,

nazywa się transformatorem olejowym. Olej w transformatorze spełnia rolę czynnika
chłodzącego i wzmacniającego izolację elektryczną. Transformatory bez oleju, chłodzone
powietrzem, nazywane są transformatorami suchymi.

Szkic poglądowy najprostszego - bo jednofazowego, dwuuzwojeniowego transformatora

przedstawiono na rys.1

Rdzeń

magnetyczny

transformatora

wykonywany

jest

reguły

blachy

transformatorowej  o  grubości  0,3-0,5mm.  Do  celów  specjalnych  wykonuje  się
transformatory  bez  rdzenia  stalowego,  tak  zwane  transformatory  powietrzne  (na  przykład
transformatory wielkiej częstotliwości). Rdzeń powinien  być składany z blach wzajemnie od
siebie  odizolowanych  cienkimi  (rzędu  5%  do  10%  grubości  blachy)  warstwami  papieru,
lakieru  lub  szkła  wodnego,  aby  nie  dopuścić  do  nadmiernego  grzania  się  wskutek
powstawania  prądów  wirowych;  przy  rdzeniu  litym  (pełnym),  wykonanym  z  tego  samego
gatunku  materiału  co  blacha,-  praca  transformatora  byłaby  w  ogóle  niemożliwa.  Rdzeń
magnetyczny  transformatora  nie  zawiera  żadnych  części ruchomych (wirujących),  ponieważ
transformator nie przetwarza energii mechanicznej.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 1. Transformator jednofazowy, dwuuzwojeniowy 1-uzwojenie pierwotne, 2- uzwojenie wtórne, 3 – rdzeń.

Na rdzeniu jednofazowego transformatora nawinięte są dwa uzwojenia nie połączone ze

sobą galwanicznie. Jedno z nich (uzwojenie 1 na rys.1) zasilane jest ze źródła napięcia
zmiennego

U i dlatego nazywa się uzwojeniem pierwotnym. Prąd zmienny

I płynący

w tym uzwojeniu wytwarza zmienne pole magnetyczne

, które sprzęgając się z drugim

uzwojeniem (uzwojenie 2 na rys.1) indukuje w nim napięcie

U . Jeżeli do zacisków tego

uzwojenia przyłączymy odbiorniki, to w zamkniętym obwodzie tego uzwojenia popłynie prąd

I . Uzwojenie to nazywamy uzwojeniem wtórnym. W ten sposób przetwarza się energia

elektryczna  prądu  zmiennego  w  energię  elektryczną  prądu  zmiennego  o  innej  (lub
w szczególnym  przypadku  tej  samej)  wartości  napięć  i  prądów.  Pośrednikiem  w  tym
przetwarzaniu  jest  zmienne  pole  magnetyczne.  W  stanie  jałowym  -  to  jest  wtedy,  gdy  do
zacisków  uzwojenia  wtórnego  nie  są  przyłączone  żadne  odbiorniki  -  strumień  magnetyczny
jest  wytwarzany  jedynie  przez  prąd  płynący  w  uzwojeniu  pierwotnym,  nazywany  w  tych
warunkach prądem stanu jałowego

I .

Transformator może pracować jedynie przy zasilaniu ze źródła napięcia (prądu)

zmiennego, albowiem jedynie zmienny strumień może zaindukować w uzwojeniu wtórnym
napięcie. Gdybyśmy (przez pomyłkę lub dla próby) przyłączyli transformator do źródła
napięcia (prądu) stałego, wówczas proces transformowania nie wystąpiłby: powstający w tych
warunkach stały strumień magnetyczny nie indukuje bowiem napięcia w uzwojeniu wtórnym.

Podstawowe zależności ilościowe dla pracy transformatora

Jeżeli w rdzeniu transformatora występuje zmienny strumień Φ, którego wszystkie linie

sprzęgają się z każdym zwojem zarówno uzwojenia pierwotnego jak i wtórnego, to w każdym
zwoju obu uzwojeń indukuje się taka sama (siła elektromotoryczna) SEM, którą oznaczamy
literą E .

Jeżeli ograniczymy się do rozpatrzenia jedynie sinusoidalnych przebiegów wszystkich

wielkości (U , I ,

), to skuteczną wartość SEM indukowanej w każdym zwoju określa

wzór:

⋅

w którym:

E siła elektromotoryczna,

f - częstotliwość przebiegu,

- strumień zmienny.

Jeżeli uzwojenie pierwotne składa się z z

szeregowo połączonych zwojów to indukującą

się w nim SEM określa zależność:

⋅

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

i analogicznie w uzwojeniu wtórnym o z

zwojach

⋅

Jeżeli pominiemy spadki napięć na opornościach czynnych uzwojeń i opornościach

biernych rozproszenia to możemy przyjąć, że napięcia na zaciskach uzwojeń są równe
indukowanym SEM

⋅

≈

⋅

≈

Porównując te napięcia, zauważymy, że stosunek ich zależy od stosunku liczby zwojów.

≈

Przekładnia

Wielkością charakteryzująca transformator (określona wg PN-56/E-06040 § 1.3.28) jako

stosunek napięć występujących jednocześnie na zaciskach transformatora w stanie jałowym
nazywany przekładnią i oznaczany literą

ϑ .

Wynika stąd, że w uzwojeniu wyższego napięcia (tak zwanego górnego napięcia) płynie

prąd  mniejszy,  podczas  gdy  w  uzwojeniu  niższego  (dolnego)  napięcia  płynie  prąd  większy.
Przy  obniżaniu  napięcia  za  pomocą  transformatora  powiększa  się  prąd,  przy  podwyższaniu
napięcia  zmniejsza  się  prąd.  Tak,  więc  transformator  spełnia  zadanie  zmiany  wartości
napięcia i prądu (zmiennego) przy zachowaniu tej samej częstotliwości.

Moc pozorna

Wielkościami najbardziej charakteryzującymi niektóre typy odbiorników i urządzenia

elektroenergetyczne, przetwarzające energię elektryczną i niektóre typy odbiorników są
napięcie i prąd.

Wartość skuteczna napięcia w transformatorze ograniczona jest wielkością amplitudy

indukcji magnetycznej, a wartość skuteczna prądu dopuszczalną temperaturą nagrzewania się
uzwojeń. O rozmiarach transformatora decyduje iloczyn wartości skutecznych napięcia
i prądu zwany mocą pozorną. Wielkość ta oznaczana jest literą S i podawana jest na
tabliczkach znamionowych transformatorów.
Moc pozorna jest to iloczyn wartości skutecznych napięcia i prądu:

⋅

Jednostką mocy pozornej jest woltamper:

[ ]

⋅

Sprawność transformatora

Miarą jakości transformatora jest jego sprawność określana jako stosunek mocy

oddawanej

P do mocy pobieranej

P i oznaczaną literą grecką eta η .

Jeżeli uwzględnimy fakt, że w transformatorze zachodzą straty mocy w rdzeniu

oznaczane

∆

a straty w uzwojeniu

∆

wówczas możemy napisać:

∆

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

stąd sprawność :

∆

Przy obciążeniu znamionowym sprawność jest bliska jedności, np. dla mocy znamionowej:

100

⋅

sprawność

≈

1000

⋅

sprawność

≈

100000

⋅

sprawność

995

≈

4.1.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  Co to jest transformator?
2.  Jakie zadanie spełnia transformator?
3.  Jakie są podstawowe elementy transformatora?
4.  Przy jakim zasilaniu ze źródła napięcia transformator może pracować?
5.  Co nazywamy przekładnią?
6.  Co to jest moc pozorna?
7.  Jaka jest jednostka mocy pozornej?
8.  Co jest miarą jakości transformator?
9.  Jak określamy sprawność transformatora?

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Zmierz opór uzwojeń pierwotnego i wtórnego przy użyciu mostka. Zmierz megomierzem

opór  izolacji  między  uzwojeniami.  W  tym  celu  należy  połączyć  zacisk  omomierza
induktorowego  z  dowolnym  zaciskiem  (rys.  2)  uzwojenia  pierwotnego,  a drugi  zacisk
z dowolnym  zaciskiem  uzwojenia  wtórnego  (r).  Kręcąc  równomiernie  korbką  omomierza
induktorowego odczytuj na skali wartość oporu w MΩ.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zgromadzić następujące przyrządy pomiarowe i materiały: mostek Thomsona, przewody,

megaomomierz indukcyjny ,

2)  połączyć wyżej wymienione elementy zgodnie ze schematem pokazanym na rys. 2.,
3)  ustawić odpowiednie zakresy pomiarowe na miernikach,
4)  po podłączeniu układ pokazać nauczycielowi w celu sprawdzenia,
5)  zmierzyć opór uzwojeń pierwotnego i wtórnego przy użyciu mostka,
6)  zapisać wyniki pomiaru:

1-1

= ..............

2-2

.................

3-5

................

7) obliczyć przekładnię transformatora,

8) wykonać pomiar oporu izolacji między uzwojeniami pierwotnym i wtórnym,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

9) zapisać wyniki pomiaru:

1-2

= ....................,

1-3

= ....................,

10) wykonać pomiar oporu izolacji między uzwojeniem pierwotnym a rdzeniem,
11) zapisać wyniki pomiaru:

1-R

= ....................,

2-R

= ....................,

12) wykonać pomiar oporu izolacji między uzwojeniem wtórnym a rdzeniem,
13) zapisać wyniki pomiaru:

3-R

= ....................,

14) po sprawdzeniu rozłączyć układ,
15) porównać otrzymane wyniki i zapisać wnioski.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

poradnik dla ucznia, zeszyt, przybory do pisania, kalkulator,

−

mostek Thomsona Mt,

−

megaomomierz indukcyjny MΩ,

−

transformator.

a)Błąd!

Rys. 2. Schemat transformatora a) pomiar oporów uzwojeń, b) pomiar oporów izolacji.

Ćwiczenie 2

Włącz transformator bezpośrednio do sieci (rys. 3), zmierz napięcie na uzwojeniach nie

obciążonego transformatora.
Przekładnię napięciową transformatora oblicz ze wzoru:

′

′′

w którym:

U – napięcie na uzwojeniu wtórnym (zaciski 2-2),

′

– napięcie na jednej połowie uzwojenia wtórnego (zaciski 3-4),

′′

– napięcie na drugiej połowie uzwojenia wtórnego (zaciski 4-5),

U – napięcie doprowadzone do uzwojenia pierwotnego.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 3. Pomiar przekładni napięciowej transformatora.

Tabela 1. Tabela wyników pomiarów i obliczeń – ćwiczenie 1.

Pomiary

Obliczenia

′

′′

[V]

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zgromadzić następujące przyrządy pomiarowe i materiały: woltomierze, wyłącznik,

przewody,

2)  połączyć wyżej wymienione elementy zgodnie ze schematem pokazanym na rys. 3,
3)  ustawić odpowiednie zakresy pomiarowe na miernikach,
4)  zmierzyć napięcia uzwojeń pierwotnego i wtórnego przy użyciu woltomierza,
5)  zapisać wyniki pomiaru:

U ,

′

′′

w tabeli 1,

6) obliczyć przekładnię transformatora,
7) zapisać wyniki pomiaru:

ϑ ,

w tabeli 1,

8) po sprawdzeniu rozłączyć układ,
9) porównać otrzymane wyniki i zapisać wnioski.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

poradnik dla ucznia, zeszyt, przybory do pisania, kalkulator,

−

woltomierz – 2 szt.,

−

przewody laboratoryjne,

−

wyłącznik,

−

transformator.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.1.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) zdefiniować pojęcie transformatora?



2) zdefiniować przekładnię transformatora?



3) określić jaką funkcję pełnią, uzwojenia w transformatorze?



4) rozróżnić uzwojenia pierwotne i wtórne?



5) zmierzyć rezystancję uzwojeń transformatora?



6) zmierzyć rezystancję izolacji uzwojeń transformatora?



7) ustawić odpowiednie zakresy pomiarowe na miernikach?



8) określić na podstawie pomiaru rezystancji sprawność uzwojenia?



9) określić na podstawie pomiaru rezystancji sprawność izolacji uzwojenia?



10) zdefiniować pojęcie stanu jałowego?



11) zdefiniować pojęcie stanu obciążenia znamionowego?



12) zmierzyć moc dostarczaną do transformatora?



13) obliczyć moc dostarczaną do transformatora?



14) obliczyć sprawność transformatora?



15) określić parametry transformatora na podstawie tabliczki?



„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2. Maszyny prądu stałego

4.2.1. Materiał nauczania

W poprzedniej części zajmowaliśmy się maszyną statyczną, która nazwaliśmy

transformatorem. Maszyna elektryczna wirująca jest to maszyna elektryczna, której część
ruchoma wykonuje ruch obrotowy.

Klasyfikując elektryczne maszyny wirujące w zależności od postaci energii wydawanej

i pobieranej wyróżniamy:
1. prądnicę (generator), tj. elektryczną maszynę wirującą, przetwarzającą energię

mechaniczną na elektryczną;

2. silnik (motor), tj. elektryczną maszynę wirującą, przetwarzającą energię elektryczną na

mechaniczną;

3. przetwornicę, tj. elektryczną maszynę wirującą, przetwarzającą energię elektryczną na

energię elektryczną o innych parametrach.

Wyróżniamy następujące podstawowe części elektrycznych maszyn wirujących:

−

stator (stojan), tj. nieruchomą część maszyny,

−

rotor (wirnik), tj. ruchomą część maszyny,

−

twornik, tj. część maszyny (stator albo rotor), do której doprowadza się energię
elektryczną do przetworzenia w maszynie, albo od której odprowadza się energię
elektryczną przetworzoną w maszynie,

−

magneśnicę, tj. część maszyny służącą do wytworzenia strumienia magnetycznego, ale
w której nie następuje przetwarzanie energii.

W maszynie elektrycznej można wyróżnić dwa obwody:

−

obwód strumienia magnetycznego,

−

obwód prądu.

Obwodem dla strumienia magnetycznego jest rdzeń wykonany z materiału

ferromagnetycznego.  Elementy  rdzenia,  wykonuje  się  najczęściej  z  litej  stali  lub  z  blach
elektrotechnicznych.  Ma  to  na  celu  zmniejszenie  strat  w  rdzeniu.  Dla  zmniejszenia  strat
z prądów wirowych blachy są odpowiednio cienkie (np. 0,5 mm lub 0,35 mm), izolowane od
siebie  i  mają  dużą  rezystywność,  uzyskaną  np.  przez  odpowiednią  zawartość  krzemu.  Dla
zmniejszania  strat  z  histerezy,  blachy  elektrotechniczne  przechodzą  odpowiedni  proces
obróbki  (np.  proces  zimnego  walcowania),  w  celu  uzyskania  odpowiedniej  struktury
krystalicznej.

Obwodem dla prądu są w maszynie elektrycznej uzwojenia wykonane z miedzi

(najczęściej) lub z aluminium.

Uzwojenia oddzielone są od siebie i od rdzenia izolacją. Izolacja w maszynie elektrycznej

musi mieć dużą wytrzymałość elektryczną i mechaniczną, dużą termo-stabilność (odporność
na odkształcenia pod wpływem cykli termicznych), wolno przebiegający proces starzenia się
oraz, co jest bardzo często trudne do zrealizowania, mały opór termiczny.

Rotor jest oddzielony od statora szczeliną przywirnikową, która w maszynach

chłodzonych powietrzem nazywa się także szczeliną powietrzną. Szczelina przywirnikowa
jest

odcinkiem

drogi

strumienia

magnetycznego,

przebiegającym

ośrodku

niemagnetycznym, a więc jest odcinkiem drogi strumienia, na którym występuje największa
część napięcia magnetycznego. Szczelina przywirnikową ma, więc duży wpływ na
właściwości maszyny elektrycznej.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Silniki prądu stałego

Podstawowe elementy silnika prądu stałego w sposób uproszczony przedstawia rys. 4.

W  części  nieruchomej  –  zwanej  stojanem  –  można  wyróżnić  jarzmo,  bieguny  główne  wraz
z nabiegunnikami  oraz  bieguny  komutacyjne.  Jarzmo  jest  najczęściej  odlewem  żeliwnym.
Stanowi  ono  część  obwodu  magnetycznego  oraz  jest  jednocześnie  obudową  maszyny.  Do
jarzma przytwierdzone są bieguny.

Wirnik to element obracający się, zwany również twornikiem, wykonany jest z blach

stalowych z dodatkiem krzemu. Na obwodzie wirnika, w żłobkach, ułożone jest uzwojenie.
Pręty

uzwojenia

zabezpieczone

są

przed

wypadnięciem

klinami

materiału

niemagnetycznego. Końce elementów uzwojenia przyłączone są do wycinków komutatora,
umocowanego obok żelaza wirnika na wspólnym wale. Wycinki komutatora są izolowane od
siebie i od wału .

Rys. 4. Podstawowe elementy silnika prądu stałego: 1 - jarzmo, 2 - bieguny główne, 3 - wirnik, 4 –

tabliczka zaciskowa, 5 - bieguny komutacyjne [4, s. 368].

Podział silników

Ze względu na sposób połączenia uzwojenia elektromagnesów (biegunów głównych)

z uzwojeniem wirnika silniki prądu stałego dzieli się na:

−

silniki bocznikowe (równoległe połączenie uzwojeń),

−

silniki szeregowe (szeregowe połączenie uzwojeń),

−

silniki bocznikowo-szeregowe (w tym przypadku bieguny mają dwa uzwojenia – jedno

połączone równolegle i drugie szeregowo).

Oznaczenia zacisków uzwojeń maszyn prądu stałego

Maszyna prądu stałego ma zawsze na rotorze uzwojenie twornika, a w statorze jedno

lub kilka uzwojeń:

−

uzwojenie wzbudzenia,

−

uzwojenie komutacyjne,

−

kompensacyjne,

−

dodatkowe.

Uzwojenie wzbudzenia może być:

−

niezależne, czyli obce, tj. zasilane z obcego źródła,

−

szeregowe, tj. połączone szeregowo z uzwojeniem twornika,

−

bocznikowe, tj. dołączone bocznikowo do uzwojenia twornika.

Oznaczenia zacisków i uzwojeń przedstawiono w tabeli 2.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 5. Schemat połączeń silników prądu stałego a) szeregowy, b)bocznikowy, c)szeregowo-bocznikowy.

Tabela 2. Oznaczenia zacisków i uzwojeń silników prądu stałego (wg obowiązującej normy PN-88/E-06708)

Uzwojenie twornika z 2 zaciekami

Uzwojenie  kompensacyjne  w  dwóch
sekcjach  (dla  połączenia  po  obu
stronach  uzwojenia  twornika)  z  4
zaciskami

Uzwojenie

wzbudzenia

niezależne

(uzwojenie

obcego

wzbudzenia)

z 2 zaciskami

Uzwojenie biegunów komutacyjnych z
2 zaciskami

Uzwojenie

szeregowe

wzbudzenia

z 2 zaciskami

Uzwojenie bocznikowe z 2 zaciskami

4.2.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  Co to maszyna prądu stałego?
2.  Jakie znasz rodzaje maszyn prądu stałego?
3.  Jaki znasz podstawowe elementy maszyny prądu stałego?
4.  Czy potrafisz wyjaśnić jak działa silnik prądu stałego?
5.  Jak dzielimy silniki prądu stałego?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Zmierz opór uzwojeń twornika i uzwojenia wzbudzenia przy użyciu mostka. Rezystancja

uzwojenia twornika maszyny o mocy rzędu pojedynczych kW ma wartość rzędu
pojedynczych Ω, natomiast rezystancja wzbudzenia ma wartość setek omów.

Wyniki

pomiarów wpisać w tabeli 3.

Tabela 3. Tabela wyników pomiarów ćwiczenie 1.

R [A1-A2]

R [A-B]

R [B1-B2]

R [G-H]

R [E1-E2]

R[C-D]

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  zgromadzić następujące przyrządy pomiarowe i materiały: mostek Thomsona, przewody,
2)  połączyć wyżej wymienione elementy zgodnie ze wskazówkami nauczyciela,
3)  ustawić odpowiednie zakresy pomiarowe na mierniku,
4)  po podłączeniu układ pokazać nauczycielowi w celu sprawdzenia,
5)  zmierzyć opór uzwojeń przy użyciu mostka,
6)  zapisać wyniki pomiaru.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

poradnik dla ucznia, zeszyt przybory do pisania, kalkulator,

−

silnik prądu stałego

−

mostek Thomsona Mt,

−

przewody laboratoryjne,

Ćwiczenie 2

Rozłóż na części wskazany silnik. Sporządź niezbędne szkice. Zapoznaj się z układem

wyjść i połączeń uzwojeń na tabliczce silnika.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zgromadzić następujące przyrządy i materiały: silnik prądu stałego, komplet kluczy

oczkowych i płaskich, ściągacz do łożysk, imadło, czyściwo.

2)  zamontować silnik w imadle
3)  rozłożyć silnik zgodnie ze wskazówkami nauczyciela,
4)  rozpoznać części silnika,
5)  złożyć ponownie silnik,
6)  zapisać wnioski i uwagi.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

poradnik dla ucznia, zeszyt przybory do pisania, kalkulator,

−

silnik prądu stałego,

−

komplet kluczy oczkowyh i płaskich,

−

ściągacz do łożysk,

−

czyściwo,

−

imadło.

4.2.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) zdefiniować pojęcie maszyna prądu stałego?



2) określić jakie funkcje pełnią uzwojenia w silniku prądu stałego?



3) rozróżnić uzwojenia w maszynie prądu stałego?



4) określić na podstawie pomiaru rezystancji sprawność uzwojenia ?



5) ustawić odpowiednie zakresy pomiarowe na miernikach ?



6) określić parametry silnika prądu stałego na podstawie tabliczki?



„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3. Maszyny prądu zmiennego

4.3.1. Materiał nauczania

Silniki jednofazowe są budowane na stosunkowo niewielkie moce. Uzwojeniem

głównym silnika indukcyjnego jednofazowego jest znajdujące się w stojanie uzwojenie
jednofazowe. Wirnik silnika jest klatkowy, w wyjątkowych wypadkach pierścieniowy.

Mając do dyspozycji silnik asynchroniczny 3-fazowy możemy zastosować go jako

jednofazowy, zasilając w odpowiedni sposób z sieci. Należy zauważyć, że przy jednofazowej
pracy dopuszczalne jest znacznie mniejsze (~ 60%) obciążenie niż obciążenia znamionowe
przy pracy trójfazowej.

Opis pracy silnika jednofazowego

Zasilane prądem przemiennym uzwojenie stojana indukuje w szczelinie maszyny pole

zmienne (rys. 6).

Rys. 6. Przebieg podstawowej harmonicznej przestrzennej pola wytworzonego przez uzwojenie

jednofazowe dla różnych chwil czasowych.

Pole to można rozłożyć na dwa pola wirujące w przeciwnych kierunkach. Na rys. 7
przedstawiono przebiegi momentów od obu pól wirujących (MI, MII) oraz moment
wypadkowy (M) w zależności od prędkości obrotowej (n).

Przy n=0 silnik indukcyjny jednofazowy nie wytwarza momentu rozruchowego. Jeżeli

jednak  wirnikowi  nada  się  pewną  prędkość obrotową  w  dowolnym  kierunku,  to  pojawia  się
różny od zera moment powodujący dalszy rozruch silnika.
Silnik  jednofazowy  może wytwarzać  moment rozruchowy, jeżeli zmieni się rozkład  indukcji
w szczelinie. W tym celu w stojanie umieszcza się uzwojenie dodatkowe pracujące bądź tylko
w  chwili  rozruchu  (uzwojenie  rozruchowe),  bądź  też  w  sposób  ciągły  (uzwojenie
pomocnicze).

Rys. 7. Charakterystyka mechaniczna silnika indukcyjnego jednofazowego.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Budowa silnika

Małe silniki jednofazowe są często budowane z uzwojeniem pomocniczym zwartym rys. 8.

Rys. 8. Silnik z uzwojeniem pomocniczym zwartym, 1 – uzwojenie główne, 2 – uzwojenie pomocnicze [6].

Mają one wirnik klatkowy i uzwojenie stojana skupione w postaci cewek (1) nałożonych

na  bieguny  stojana.  Na  każdym  biegunie  znajduje  się  żłobek,  który  dzieli  nabiegunnik  na
dwie  nierówne części. Uzwojenie pomocnicze (2) stanowi zwój zwarty obejmujący  mniejszą
część  nabiegunnika.  Powstaje  w  ten  sposób  dodatkowy  strumień

wywołany sumą

przepływów

(

– przepływ uzwojenia głównego,

– przepływ uzwojenia

pomocniczego). Przesunięte względem siebie w czasie i przestrzeni strumienie

tworzą wirujące pole eliptyczne powodujące powstanie

niewielkiego

momentu

rozruchowego, wystarczającego do uruchomienia silnika. Wadą tego rozwiązania jest mała
sprawność silników, duże straty stałe w zwoju zwartym i mały moment rozruchowy - około
0,25·Mn (Mn – moment rozruchowy znamionowy).

Schemat połączeń

Lepszym rozwiązaniem jest nawinięcie dodatkowego uzwojenia (umieszczonego

w stojanie w żłobkach nie wykorzystanych przez uzwojenie główne) tak, aby osie obu
uzwojeń były przesunięte względem siebie o kąt

/2. Jeżeli prądy płynące w uzwojeniu

głównym i pomocniczym są przesunięte o kąt

/2, to przy jednakowych przepływach obu

uzwojeń wytworzone pole wirujące jest kołowe, a więc moment rozruchowy jest największy.

Przesunięcie fazowe prądów uzyskuje się przez włączenie w szereg z uzwojeniem

pomocniczym kondensatorów (rys. 9a, b) lub powiększenie rezystancji tego uzwojenia rys. 9c.
a)

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 9. Schemat połączeń i wykres momentów silnika jednofazowego, a) z uzwojeniem rozruchowym
kondensatorowym, b) z uzwojeniem pomocniczym kondensatorowym, c) z uzwojeniem rozruchowym

rezystancyjnym.

Uzwojenie wykorzystywane tylko podczas rozruchu wyłączane jest za pomocą

wyłącznika  odśrodkowego  W,  umieszczonego  na  wale  silnika.  Czasem  stosuje  się  silniki
z dwoma  kondensatorami  (rys.  9b),  z  których  jeden  jest  załączony  tylko  na  czas  rozruchu,
natomiast  drugi  pracuje  ciągle.  Rozwiązanie  takie  stosuje  się  po  to,  aby  uzyskać  pole  jak
najbardziej zbliżone do kołowego zarówno podczas rozruchu (większy moment rozruchowy),
jak  i  podczas  obciążenia  (większy  współczynnik  mocy),  kiedy  to  potrzebna  pojemność
kondensatora  maleje  kilkakrotnie.  W  celu  uproszczenia  konstrukcji  często  rezygnuje  się  ze
zmiany  pojemności  i  wówczas  uzwojenie  pomocnicze  współpracuje  z  jednym,  stale
załączonym, kondensatorem.

Zwiększenie momentu rozruchowego przez zwiększenie rezystancji uzwojenia

dodatkowego (rys. 9c) uzyskuje się najczęściej po nawinięciu tego uzwojenia przewodem
o odpowiednio zmniejszonym przekroju.

Jeżeli w sieci zasilającej silnik trójfazowy powstanie przerwa w jednej z faz, to silnik taki

nie zatrzymuje się, lecz pracuje nadal jako silnik jednofazowy. Jego moc w takim przypadku
maleje około dwukrotnie. Stosując odpowiedni układ połączeń faz silnika trójfazowego
i odpowiednio dobranych elementów RLC można, przy zasilaniu go napięciem
jednofazowym, uzyskać moc zbliżoną do jego mocy znamionowej.

Istotną wadą silnika jednofazowego jest brak momentu rozruchowego. W celu

wytworzenia momentu rozruchowego stosujemy różne metody, co obrazuje rys. 11.
W  stojanie  maszyny  umieszczamy  oprócz  uzwojenia  fazy  roboczej  uzwojenie  dodatkowe,
tzw. fazę rozruchową, której oś tworzy w przestrzeni z osią fazy roboczej kąt elektryczny, np.
równy ~ 90°. Jeżeli prądy płynące w tych dwu uzwojeniach będą przesunięte względem siebie
w  fazie  o  kąt  bliski  80°,  to  powstanie  pole  wirujące  niemal  o  stałej  wartości  (ściśle  pole
eliptyczne).  W  chwili  zasilenia  nieruchomego  silnika  napięciem  pojawi  się,  więc  moment
rozruchowy.  Aby  uzyskać  przesunięcie  fazowe  pomiędzy  prądami  w  fazie  roboczej
i rozruchowej,  włączamy  w  szereg  z  fazą  rozruchową  kondensator  (rys.  9)  lub  oporność
czynną.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Porównując silniki trójfazowe i jednofazowe o tych samych wymiarach należy

stwierdzić, że zarówno moc znamionowa silnika jednofazowego jak i współczynnik mocy
oraz sprawność wykazują mniejsze wartości.

Charakterystyki biegu jałowego

Charakterystyki biegu jałowego umożliwiają, podobnie jak przy badaniu silnika

trójfazowego, określenie strat jałowych i wyznaczenie przybliżonej wartości strat
mechanicznych oraz pozwalają ocenić poprawność konstrukcji silnika, szczelinę maszyny itp.

Prąd biegu jałowego ma dwie składowe. Pierwsza odpowiadająca prądowi wirnika jest,

podobnie  jak  w  silniku  trójfazowym,  bardzo  mała.  Druga  natomiast odpowiadająca  prądowi
wirnika  ma  znaczną  wartość.  Dlatego  wypadkowy  prąd  biegu  jałowego  silnika
jednofazowego  może  być  znacznie  większy  (do  3  razy)  niż  prąd  biegu  jałowego
odpowiadającego mu silnika trójfazowego.

Prąd biegu jałowego silników jednofazowych z kondensatorowym uzwojeniem

pomocniczym jest mniejszy, ponieważ wytwarzane w tym silniku pole jest polem wirującym.

Rys. 10. Charakterystyki biegu jałowego.

4.3.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  Co to jest maszyna pradu zmiennego?
2.  Jakie znasz rodzaje maszyn prądu zmiennego?
3.  Jaki znasz podstawowe elementy maszyny prądu szmiennego?
4.  Czy potrafisz wyjaśnić jak działa silnik prądu zmiennego?
5.  W jakim celu w stojanie umieszcza się uzwojenie dodatkowe?
6.  W jakim celu włączamy w szereg z fazą rozruchową kondensator?
7.  W jaki sposób uzyskuje się zwiększenie momentu rozruchowego silnika jednofazowego?
8.  Jak wyglądają charakterystyki biegu jałowego silnika jednofazowego?

4.3.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

W celu zbadania wpływu wartości oporu czynnego oraz pojemności na warunki

rozruchowe włączyć w fazę rozruchową silnika indukcyjnego opornik regulacyjny

R oraz

baterie kondensatorów

C o zmiennej pojemności (rys. 11).

Zmierzyć dla każdej wartości R

i C

(przy zahamowanym wirniku) prąd rozruchowy I

oraz moment rozruchowy. Moment rozruchowy mierzy się hamulcem Prony'ego.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys 11. Układ do pomiaru natężenia prądu rozruchowego silnika indukcyjnego jednofazowego.

Zanotować wynik pomiaru w tabeli 4. Wyłączyć silnik, zwolnić hamulec, włączyć silnik

ponownie. Należy przy tym zmierzyć czas rozruchu

t , tj. czas, jaki upływa od momentu

włączenia silnika do osiągnięcia prędkości maksymalnej.

Tabela 4. Tabela wyników pomiarów – ćwiczenie 2.

Parametry fazy

Ω

.........

…….μF

[A]

[kGm]

[s]

Sposób wykonania ćwiczenia:

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zgromadzić następujące przyrządy pomiarowe i materiały: silnik indukcyjny

jednofazowy, opornik rozruchowy, baterie kondensatorów o regulowanej pojemności,
przewody laboratoryjne, wyłącznik,

2)  połączyć wyżej wymienione elementy zgodnie z schematem rys. 11,
3)  ustawić odpowiednie zakresy pomiarowe na miernikach,
4)  po podłączeniu układ pokazać nauczycielowi w celu sprawdzenia,
5)  zmierzyć prąd rozruchowy, moment rozruchowy oraz czas rozruchu,
6)  zapisać wyniki pomiarów w tabeli,
7)  po sprawdzeniu przez nauczyciela wyników pomiaru rozłączyć układ,
8)  porównać otrzymane wyniki i zapisać wnioski.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

poradnik dla ucznia, zeszyt przybory do pisania, kalkulator,

−

silnik indukcyjny jednofazowy,

−

opornik rozruchowy,

−

bateria kondensatorów o regulowanej pojemności,

−

hamulec Prony'ego,

−

amperomierz, woltomierz, sekundomierz,

−

przewody laboratoryjne,

−

wyłącznik.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 2

Przed właczeniem silnika należy zmierzyć mostkiem Thomsona rezystancję uzwojenia

fazy głównej

R . Następnie należy włączyć silnik do sieci poprzez autotransformator

regulacyjny, zgodnie z rys. 12.

Rys. 12. Układ do pomiaru prądu, mocy,

cos

, oraz prędkości obrotowej w funkcji obciążenia silnika

indukcyjnego jednofazowego.

W momencie włączenia układu do sieci napięcie doprowadzone do silnika powinno być

równe zeru. Silnik należy uruchomić podnosząc napięcie do wartości znamionowej

Po uruchomieniu silnika otworzyć wyłącznik

W . Zmierzyć prąd jałowy

I , moc

P pobraną

przez silnik oraz prędkość obrotową n . Wynik pomiarów zanotować w tabeli 5. Na podstawie
danych z tabeli 5 obliczyć:
straty mocy w uzwojeniu stojana P

∆

z wzoru:

⋅

∆

w którym:

R – rezystancja uzwojenia fazy głównej,

I – prąd pracy jałowej,

współczynnik mocy

cos z wzoru:

⋅

cos

Tabela 5. Tabela wyników pomiarów i obliczeń ćwiczenie 3.

Pomiary

Obliczenia

∆

cos

[V]

[A]

[W]

[obr/min]

[W]

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zgromadzić następujące przyrządy pomiarowe i materiały: silnik indukcyjny

jednofazowy, autortansformator jednofazowy, obrotomierz bezdotykowy, przyrządy
pomiarowe, wyłącznik, przewody laboratoryjne,

2) zmierzyć rezystancję fazy głównej silnika za pomocą mostaka Thomsona – wynik

zanotować,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3)  połączyć wyżej wymienione elementy zgodnie z schematem (rys. 12),
4)  ustawić odpowiednie zakresy pomiarowe na miernikach,
5)  po podłączeniu układ pokazać nauczycielowi w celu sprawdzenia,
6)  zmierzyć prąd jałowy, moc, pobraną przez silnik oraz prędkość obrotową,
7)  zapisać wyniki pomiarów w tabeli 5,
8)  po sprawdzeniu przez nauczyciela wyników pomiaru rozłączyć układ,
9)  porównać otrzymane wyniki i zapisać wnioski.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

poradnik dla ucznia, zeszyt przybory do pisania, kalkulator,

−

silnik indukcyjny jednofazowy,

−

autortansformator jednofazowy,

−

obrotomierz bezdotykowy, amperomierz, woltomierz, watomierz, mostek Thomsona,

−

przewody laboratoryjne,

−

wyłączniki.

4.3.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) określić co to jest uzwojenie główne?



2) zlokalizować gdzie znajduje się uzwojenie główne?



3) przedstawić zasadę pracy silnika jednofazowego?



4) narysować

charakterystykę

mechaniczną

silnika

indukcyjnego

jednofazowego?



5) uzasadnić dlaczego przy prędkości n=0 silnik indukcyjny jednofazowy nie

wytwarza momentu rozruchowego?



6) przedstawić w jakim celu w stojanie umieszcza się uzwojenie dodatkowe?



7) scharakteryzować budowę silniki jednofazowego?



8) wyjaśnić skutek przerwy w sieci zasilającej silnik trójfazowy w jednej z

faz?



9) określić wady silników jednofazowych?



10) przedstawić

schemat

połączeń

wykres

momentów

silnika

jednofazowego?



11) opisać jakie korzyści daje nam znajomość charakterystyki biegu jałowego

silnika?



12) obliczyć straty mocy w uzwojeniu stojana?



„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4. Mikrosilniki

4.4.1. Materiał nauczania

Najprostszym zdefiniowaniem mikrosilnika jest stwierdzenie, że jest to silnik małej

mocy.  Jednak  jest  to  niekompletna  definicja,  ponieważ  obecnie  jest  bardzo  ciężko
zdefiniować pojęcie mikrosilnika.
Przyczyną tego stał się szybki postęp technologiczny w zakresie elektroniki i budowy maszyn
elektrycznych,  obserwowany  od  początku  lat  70-tych  ubiegłego  wieku.  Po  wynalezieniu
i wdrożeniu do masowej produkcji układów scalonych (pierwsze układy scalone wytworzono
w  1958  w  USA),  a  następnie  mikroprocesorów  (pierwszy  w  historii  mikroprocesor
wyprodukowała  firma  Intel  Corporation  w  końcu  1970)  oraz  pamięci  półprzewodnikowych
o dużych  pojemnościach,  wystąpiło  na  niespotykaną  w  przeszłości  skalę  zjawisko
decentralizacji  napędów.  Stosowany  dotychczas  w  urządzeniu  jeden  „duży”  silnik
i towarzyszące  mu  mechanizmy  przetwarzania  ruchu  zastępować  zaczęto  lokalnymi
mikrosilnikami,  zasilanymi  tylko  na  czas  wykonywania  pracy.  Decentralizacja  napędu  była
możliwa,  gdy  funkcje  sterowania  działaniem  urządzeń  można  było  przekazać  tanim
i niezawodnym układom elektronicznym.

Mikrosilniki elektryczne występują w trzech głównych odmianach: jako silniki prądu

stałego lub  silniki  skokowe oraz  jako miniaturowe silniki prądu przemiennego. Silniki prądu
stałego  mogą  być  komutowane  mechanicznie (szczotkowo)  lub  elektronicznie.  Silniki  prądu
przemiennego  mogą  być  również  komutowane  szczotkowo.  Część  z  nich  nie  posiada
komutatora wykorzystując wirujące pole magnetyczne. Silniki skokowe z reguły komutowane
są elektronicznie.

Zastosowania mikrosilników elektrycznych

Mikrosilniki mają zastosowanie w następujących urządzeniach:

−

komputerze, drukarce i skanerze, łącznie około 15,

−

radiomagnetofonie z odtwarzaczem płyt kompaktowych lub wieży Hi-Fi (3 do 10),

−

magnetowidzie,

−

kamerze wideo,

−

aparacie fotograficznym analogowym lub cyfrowym,

−

telefaxie,

−

kwarcowym zegarze wskazówkowym, budziku i zegarku naręcznym, a także wielu

innych.

Po zsumowaniu otrzymuje się 30 do 100 mikrosilników. Oczywiście więcej w domach

nowoczesnych. Do tej liczby dodać należy kilka do kilkunastu mikrosilników w każdym
nowoczesnym samochodzie i około 20 w urządzeniach biurowych, jakimi posługujemy się
w pracy.

Silnik krokowy – wiadomości wstępne

Silnik krokowy jest urządzeniem elektromechanicznym, które przekształca impulsy

elektryczne  w  dyskretne  ruchy  mechaniczne.  Oś  silnika  krokowego  obraca  się  o  niewielkie
przyrosty  kąta  pod  wpływem  impulsów  elektrycznych,  podawanych  w  odpowiedniej
kolejności.  Obroty  silnika  są  związane  bezpośrednio  z  podawanymi  impulsami  na  kilka
sposobów.  Kierunek obrotów  osi  jest ściśle związany z sekwencją podawanych  impulsów,
prędkość obrotów zależy od częstotliwości tych impulsów, a kąt obrotu - od ich ilości.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Zalety i wady silników krokowych.

Zalety:

−

kąt obrotu silnika jest proporcjonalny do ilości impulsów wejściowych,

−

silnik pracuje z pełnym momentem w stanie spoczynku (o ile uzwojenia są zasilane),

−

precyzyjne pozycjonowanie i powtarzalność ruchu – dobre silniki krokowe mają

dokładność ok. 3 – 5% kroku i błąd ten nie kumuluje się z kroku na krok,

−

możliwość bardzo szybkiego rozbiegu, hamowania i zmiany kierunku,

−

niezawodność – ze względu na brak szczotek. Żywotność silnika zależy, zatem tylko od

żywotności łożysk,

−

zależność obrotów silnika od dyskretnych impulsów umożliwia sterowanie w pętli

otwartej, przez co silnik krokowy jest łatwiejszy i tańszy w sterowaniu,

−

możliwość osiągnięcia bardzo niskich prędkości synchronicznych obrotów z obciążeniem

umocowanym bezpośrednio na osi,

−

szeroki zakres prędkości obrotowych uzyskiwany dzięki temu, że prędkość jest

proporcjonalna do częstotliwości impulsów wejściowych.

Wady:

−

rezonanse mechaniczne pojawiające się przy niewłaściwym sterowaniu,

−

trudności przy pracy z bardzo dużymi prędkościami.

Podział silników krokowych

Obecnie istnieje duża liczba różnorodnych typów silników krokowych i jest możliwe
pojawienie się nowych.

Najbardziej ogólny podział silników krokowych dotyczy podziału ze względu na rodzaj

ruchu na silniki wirujące i liniowe. Natomiast podstawowymi rodzajami wirujących silników
krokowych są:

−

silniki z magnesem stałym,

−

silniki o zmiennej reluktancji,

−

silniki hybrydowe.

Silniki z magnesem trwałym PM (od ang. Permanent Magnet)

Silniki krokowe o magnesach stałych mogą być wykonane w wersji jednosegmentowej

i wielosegmentowej. Silnik jednosegmentowy może mieć na wirniku podobnie do klasycznej
maszyny synchronicznej bieguny jawne lub utajone.
Silniki krokowe o magnesach trwałych na wirniku można również podzielić na magnesowane
osiowo  lub  promieniowo.  Silnik  krokowy o  wirniku  czynnym często  nazywany  jest  również
silnikiem  kubkowymi.  Jest  to  silniki  o  wirniku  wytwarzającym  strumień  magnetyczny
i o stojanie  z  uzwojeniem  sterującym.  Wirnik  silnika  stanowią  magnesy  trwałe.  Silnik  tego
typu jest tani, charakteryzuje  się niską rozdzielczością o typowych wartościach kąta 7,5

-15

tj.  24-48  kroków  na  obrót.  Rotor  silnika  nie  posiada  zębów,  lecz  jest  namagnesowany
naprzemiennie  biegunami N  i S tak,  iż bieguny te są usytuowane w  linii prostej równoległej
do  osi  rotora  Namagnesowane  bieguny  rotora  wpływają  na  zwiększenie  indukcji
magnetycznej,  dlatego  silnik  z  magnesem  trwałym  w  porównaniu  z  silnikami  o  zmiennej
reluktancji ma lepszą charakterystykę momentową.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 13. Silnik krokowy o magnesach trwałych z biegunami a) jawnymi b) utajonymi [7].

Silniki o zmiennej reluktancji VR (od ang. Variable Reluctance)

Oprócz szeroko stosowanych jednosegmentowych silników krokowych często bywają

stosowane  silniki  wielosegmentowe.  Wśród  jednosegmentowych  silników  krokowych
o wirniku reluktancyjnym rozróżnić można takie, w których na jeden biegun stojana przypada
jeden ząb wirnika  i  takie,  w  których  na  jeden  biegun stojana  przypada  kilka zębów wirnika.
Obydwie  odmiany  mogą  być  wykonana  w  wariancie  symetrycznym  bądź  niesymetrycznym.
W  budowie  symetrycznej  uzwojenia  dwóch  przeciwległych  biegunów  tworzą  pasmo
natomiast  budowa  niesymetryczna  charakteryzuje  się  tym,  że  całe uzwojenie  jednego  pasma
jest umieszczone na jednym biegunie. Działanie silnika skokowego o wirniku reluktancyjnym
opiera się  na wykorzystaniu  momentu reluktancyjnego. Silnik ten składa się z rotora o wielu
zębach  wykonanego  z  miękkiej  stali  i  uzwojonego  stojana.  Kiedy  uzwojenia  stojana  są
zasilane  stałym  prądem,  bieguny  namagnesowują  się.  Ruch  pojawia  się  na  skutek
przyciągania  zębów  rotora  przez  zasilane bieguny  stojana.  Zasadę  działania przedstawia  rys.
14.

Rys. 14. Powstawanie momentu reluktancyjnego [7].

Strumień w obwodzie magnetycznym opisany jest wzorem

w którym:

I – prąd zasilania

R – reluktancja magnetyczna (opór magnetyczny).

Linie pola magnetycznego wykazują dążenie do zamknięcia w obwodzie o jak najmniejszej
reluktancji. W ten sposób powstaje moment obrotowy, który dąży do ustawienia wirnika
w położeniu

Widok silnika reluktancyjnego przedstawia rys. 15.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 15. Silnik krokowy o wirniku reluktancyjnym - przekrój poprzeczny [8].

Silniki hybrydowe HB (od ang. HyBrid)

Są najnowocześniejszym typem silników krokowych. Silnik hybrydowy jest bardziej

kosztownym  niż  silnik  z  magnesem  trwałym  cechuje  się  za  to  lepszymi  parametrami,  jeśli
chodzi  o  rozdzielczość  i  szybkość.  Zasada  działania  silnika  opiera  się  na  tym,  że  magnes
trwały  umieszczony  na  wirniku  lub  na  stojanie  wytwarza  jednako  biegunowy  strumień
magnetyczny, który zamyka się w obwodzie magnetycznym: stojan – szczelina  powietrzna –
wirnik.  Po  zasileniu  uzwojenia  stojana  impulsem  sterującym,  wzbudzony  strumień
magnetyczny  pod  jednym  biegunem  stojana  dodaje  się  do  strumienia  magnesów  trwałych,
pod drugim zaś odejmuje się. Wirnik zostaje wprowadzony w ruch tak, by osie zębów stojana
i wirnika bieguna o strumieniu wzmacniającym pole magnetyczne pokryły się.

Typowe kąty silnika hybrydowego mieszczą się w zakresie 3,6

-0,9

tj. 100- 400 kroków

na obrót. Silnik hybrydowy łączy w sobie zalety silnika ze zmienną reluktancją i silnika
z magnesem stałym. Rotor silnika ma wiele zębów i posiada osiowa namagnesowane
magnesy umieszczone koncentrycznie wokół osi (rys. 16).

Zęby rotora zapewniają lepszą drogę przepływowi magnetycznemu, co polepsza

charakterystyki momentu spoczynkowego i dynamicznego w porównaniu z silnikami
z magnesem stałym i reluktancyjnym.

Rys. 16. Silnik hybrydowy – przekrój poprzeczny [8].

Krokowe silniki liniowe

Najczęściej są stosowane liniowe silniki skokowe reluktancyjne i hybrydowe, znaczne

rzadziej elektrodynamiczne. Liniowy reluktancyjny silnik krokowy jest odpowiednikiem

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

wielosegmentowego wirującego reluktancyjnego silnika skokowego. Rdzeń stojana
i nabiegunniki są wykonane z blachy elektrotechnicznej. Hybrydowy, liniowy silnik krokowy
składa się z ruchomego biegunnika i nieruchomego stojana. Stojan stanowi uzębiona płyta
z materiału

ferromagnetycznego.

Część

ruchoma

składa

się

dwu

rdzeni

ferromagnetycznych,  pomiędzy  którymi  znajduje  się  magnes  trwały.  Na  każdym  rdzeniu
znajduje  się  uzwojenie.  Rdzenie  mają  zęby,  które  znajdują  się w takiej  odległości od siebie,
by  odpowiadały  podziałce  zębowej  stojana.  Zaletą  liniowego  silnika  skokowego  jest
bezpośrednia  zamiana  impulsowych  sygnałów  wejściowych  na  przemieszczenie  liniowe.
Stwierdzono,  że  liniowe  silniki  skokowe  mają  większą  dokładność  i  sprawność  oraz  lepsze
charakterystyki dynamiczne w porównaniu z wirującymi silnikami krokowymi w połączeniu
z mechanizmami przetwarzania ruchu obrotowego na postępowy.

4.4.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  Jaka jest definicja mikrosilnika?
2.  Jakie są rodzaje mikrosilników?
3.  Jakie znasz zastosowanie mikrosilników?
4.  Co to jest silnik krokowy?
5.  Jakie są rodzaje silników krokowych?
6.  Jaka jest zasada działania poszczególnych silników krokowych.

4.4.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Mając do dyspozycji 10 mikrosilników wydanych przez nauczyciela, na podstawie

katalogu podaj rodzaj mikrosilnika i jego najważniejsze parametry.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) pobrać od nauczyciela 10 różnych mikrosilników,
2) obejrzeć oznaczenia zawarte przez producenta na obudowie mikrosilników i w katalogu

wyszukać każdy,

3) zapisać w zeszycie jaki jest to rodzaj mikrosilnika wraz z jego najważniejszymi

parametrami.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

poradnik dla ucznia, zeszyt, przybory do pisania,

−

katalog mikrosilników,

−

10 szt. różnego typu mikrosilników.

Ćwiczenie 2

Dla dwóch wybranych przez siebie mikrosilników wykonaj przegląd oraz próbne

uruchomienie zgodnie z instrukcją przygotowaną przez nauczyciela i dołączoną do
stanowiska.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) z pośród mikrosilników otrzymanych w ćwiczeniu 1 wybrać dwa,
2) korzystając z instrukcji stanowiskowej danej przez nauczyciela wykonać przegląd

i próbne uruchomienie,

3) po zakończeniu zaprezentować nauczycielowi czy wybrane mikrosilniki są sprawne

i działają.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

poradnik dla ucznia, zeszyt, przybory do pisania,

−

katalog mikrosilników,

−

instrukcja stanowiskowa,

−

10 szt. różnego typu mikrosilników,

−

zasilacz napięcia stabilizowany regulowany 0-30V,

−

multimetry, przewody laboratoryjne.

4.4.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) zdefiniować pojęcie mikrosilnika?



2) podać rodzaje mikrosilników?



3) podać zastosowania mikrosilników?



4) zdefiniować pojęcie silnika krokowego?



5) wymienić typy silników krokowych?



6) wyjaśnić

zasadę

działania

poszczególnych

typów

silników

krokowych?



7) wyszukać z katalogu parametry wybranego mikrosilnika?



8) wykonać przegląd i próbne uruchomienie wybranego mikrosilnika?



„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.5. Sterowniki

4.5.1. Materiał nauczania

Sterownikiem nazywa się układ, który reguluje pracą innego urządzenia za pomocą

sygnałów wejściowych (sterujących). Wyróżnia się, więc obiekt regulowany (urządzenie)
układ sterujący (sterownik) i układ wejściowy podający sygnały wejściowe.
W zależności od tego, z jakich elementów sterowniki są wykonane oraz od tego, jakiego
rodzaju urządzeniem sterujemy, rozróżniamy wiele typów sterowników, takich jak:

−

sterowniki prądu zmiennego,

−

sterowniki prądu stałego,

−

sterowniki stycznikowo przekaźnikowe,

−

sterowniki programowalne PLC.

Sterowniki prądu zmiennego

Sterowniki prądu zmiennego służą do ciągłej zmiany wartości skutecznej napięcia, prądu lub

mocy czynnej odbiornika.  Funkcję tę może spełniać każdy z układów prostowniczych,  lecz
w  przebiegach  wyjściowych  występuje  wówczas  składowa  stała.  Składowa  stała  jest
najczęściej  niepożądana  i  dlatego  w  sterownikach  jest  ona  wyeliminowana.  Sterowniki
charakteryzują się symetrycznymi przebiegami napięć zasilania i prądów obciążenia.

W sterownikach załączenie tyrystora odbywa się przez doprowadzenie impulsu do

jego  bramki.  Wyłączenie  w  obwodach  prądu  zmiennego  następuje  w  chwili  zmiany
polaryzacji napięcia anoda-katoda.
Najprostszym  układem  sterownika  prądu  zmiennego  jest  tzw.  układ  odwrotnie-równoległy
(rys.  17).  Do  obwodu  zasilania  są  dołączone  przeciwsobnie  dwa  tyrystory  połączone
równolegle.  Obydwa  elementy  są  sterowane  w  taki  sposób,  że  jeden  z  nich  przewodzi
prąd  w  czasie  dodatniej,  drugi  zaś  w  czasie  ujemnej  półfali  napięcia  zasilania.  Przebiegi
sterujące bramką muszą być więc zsynchronizowane z napięciem zasilania.

a)

Rys.17. Sterownik prądu zmiennego: a) schemat, b) przebiegi czasowe napięcia i prądów [1, s.89].

Jeżeli obciążeniem jest rezystancja

R , to prąd ma kształt wycinków sinusoidy

zgodnej w fazie z napięciem zasilania (rys. 18b). Regulacja kąta opóźnienia załączania

powoduje zmianę kąta przepływu prądu, a tym samym jego wartości skutecznej.
Jednocześnie składowa stała prądu jest równa zeru.
Przy obciążeniu sterownika odbiornikiem rezystancyjno-indukcyjnym (rys. 18), a z takim
charakterem odbiorników najczęściej mamy do czynienia, zwiększenie kąta

α opóźnienia

załączenia tyrystora powoduje zmniejszenie wartości skutecznej prądu w obwodzie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 18. Sterownik prądu przemiennego obciążonego odbiornikiem rezystancyjno-indukcyjnym: a) schemat;

b), c) przebiegi czasowe napięcia i prądu dla różnych kątów wysterowania [1, s89].

Na rysunku 18b pokazano przebiegi czasowe napięcia i prądu w obwodzie dla kąta

wysterowania tyrystora (kąt opóźnienia załączenia) odpowiadającego kątowi fazowemu

odbiornika  (przesunięcia  fazowego  napięcia  i  prądu  na  odbiorniku).  Oba  wykresy  (prądu
i napięcia)  są  takie,  jak  gdyby  nie  było  w  obwodzie  sterownika,  prąd  ma  przebieg
ciągły.  Dla

nie uzyskuje się żadnego efektu sterowniczego, ponieważ niezależnie

od sterownika prąd i tak jest opóźniony względem napięcia, co wynika z charakteru
odbiornika. Dla

otrzymuje się prąd nieciągły, odkształcony, którego wartość

skuteczna jest mniejsza (rys. 18c).

Jednofazowe sterowniki prądu przemiennego można również stosować do zasilania

odbiorników trójfazowych, wówczas sterowniki są przyłączane do obwodu każdej fazy
(rys. 19).

Rys. 19. Schemat trójfazowego sterownika odwrotnie równoległego [1, s.90].

Ze względu na dużą niezawodność i sprawność, a także małe wymiary, sterowniki

prądu przemiennego znalazły zastosowanie w układach regulacji natężenia oświetlenia
pomieszczeń mieszkalnych (ściemniaczach światła) i regulacji, w sposób ciągły, natężenia
oświetlenia w salach teatralnych i kinowych oraz w układach automatyki napędu
elektrycznego.

Sterowniki prądu stałego

Głównymi układami należącymi do sterowników prądu stałego są łączniki tyrystorowe

prądu stałego. Działają podobnie  jak  łączniki prądu zmiennego.  Jednakże  w  tym  przypadku
niezbędny  jest  obwód  umożliwiający  przejście  tyrystora  ze  stanu  przewodzenia  w  stan
nieprzewodzenia  (blokowania)  i  tym  samym  odłączenie  obciążenia  od  źródła  napięcia
stałego.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 20. Schemat tyrystorowego łącznika prądu stałego [3, s. 142].

Jedno z podstawowych rozwiązań łącznika prądu stałego pokazuje rys. 20. Tyrystor

i obciążenie

R tworzą obwód szeregowy, zasilany ze źródła napięcia stałego

U .

Kondensator C , rezystor R i tyrystor

Ty służą do wyłączania tyrystora

Ty . Załączenie

tyrystora

Ty następuje po doprowadzeniu impulsu do jego bramki. Tyrystor

Ty przy tym

nie przewodzi, kondensator C ładuje się przez rezystor R do napięcia równego prawie
napięciu zasilania. Załączenie tyrystora

Ty przez doprowadzenie do jego bramki impulsu

wyzwalającego powoduje dołączenie kondensatora C równolegle do tyrystora

Ty , wskutek

czego tyrystor

Ty zostaje spolaryzowany w kierunku wstecznym i wyłączony.

Łączniki tyrystorowe prądu stałego spełniają funkcje:

−

łączników manewrowych o praktycznie dowolnej częstości łączeń;

−

sterowników impulsowych;

−

szybkich wyłączników zwarciowych.

Najczęściej są stosowane w napędach prądu stałego, w technice zabezpieczeń, a także do

zasilania i sterowania zgrzewarek punktowych i liniowych oraz do stabilizacji napięcia.

W układach napędowych prądu stałego łączniki tyrystorowe stosuje się do łagodnego

rozruchu i hamowania oraz regulacji prędkości wirowania. Pełnią one funkcje sterowników.
Używa się ich w nowoczesnych trakcjach kopalnianych, miejskiej (tramwaje, trolejbusy),
w wózkach akumulatorowych i samochodach elektrycznych.

Sterowniki stycznikowo-przekaźnikowe

Sterowniki stycznikowo – przekaźnikowe są nazywane obwodami sterowania

i sygnalizacji urządzeń elektrycznych W obwodach sterowania i sygnalizacji maszyn
i urządzeń stosuje się przekaźniki, styczniki, oraz różnego rodzaju zabezpieczenia, które są
uruchamiane przez przyciski sterujące. Podstawowymi układami tej grupy są:

−

układy START – STOP,

−

układy kolejnościowe,

−

układy z blokadami,

−

układ gwiazda – trójkat,

−

układ Dahlandera.

Układy START – STOP

W układach tych funkcje sterujące uzyskuje się przez dołączenie kolejnych przycisków.

Funkcję przycisku STOP można powielić łącząc szeregowo styki bierne wszystkich tego typu
przycisków, np. S1, S2(rys. 21).
Funkcję przycisku START można powielić łącząc równolegle styki czynne wszystkich tego
typu przycisków, np. S3, S4.
Przyciski STOP łączy się szeregowo, przyciski START równolegle.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 21. Układy START STOP [1, s. 95].

W układzie z podtrzymaniem (rys.21) doprowadza się napięcie do cewki stycznika przez

krótkie  naciśnięcie  przycisku  załączającego  S2.  Pod  wpływem  powstającego  pola
magnetycznego  zostaje  przyciągnięta  kotwica,  która  porusza  styki  główne  i  pomocnicze.
Zestyk czynny 13, 14, połączony równolegle z przyciskiem S2, mostkuje go. Gdy przycisk S2
powróci  do  położenia  spoczynkowego,  stycznik  podtrzymuje  swoje  zasilanie  przez  własny
zestyk  pomocniczy  (podtrzymujący).  W  celu  wyłączenia  stycznika  należy  krótko  nacisnąć
przycisk wytaczający S1.
Styki  podtrzymujące,  czyli  pomocnicze,  są  to  styki  czynne.  Włącza  się  je  równolegle  do
przycisków START.
Przy  zaniku  napięcia  zasilającego  stycznik  się  wyłącza.  Można  go  później  znowu  załączyć
przez  ponowne  naciśnięcie  przycisku  START.  Silniki  nie  mogą  po  zaniku  napięcia  ruszać
samoczynnie.

Układy kolejnościowe

W układach kolejnościowych łączenia mogą nastąpić tylko w ustalonym porządku.

W układzie przedstawionym  na rys. 25 stycznik  K2 może załączyć tylko pod warunkiem, że
styk czynny 23, 24 stycznika K1 w obwodzie 3 jest zamknięty. W układzie sterowania trzech
taśmociągów  (rys.  22),  taśmociąg  1  (K1)  jest  włączany  bezpośrednio.  Taśmociąg  2  można
uruchomić  dopiero  wtedy,  gdy  taśmociąg  1  jest  już  w  ruchu,  a  taśmociąg  3  dopiero  po
uruchomieniu taśmociągów 1 i 2.

Rys. 22. Układ sterowania kolejnościowego [1, s. 95].

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Układ z blokadami

Układy te zabezpieczają przed jednoczesnym wykonaniem dwóch załączeń, przykładem

jest układ nawrotny (rys. 23). W układzie nawrotnym styczniki K1 (bieg w prawo) i K2 (bieg
w  lewo)  nie  mogą  być  załączone  jednocześnie.  W  tym  wypadku  jednoczesne  załączenie
styków  głównych,  zamieniające  miejsca  przyłączenia  przewodów  L1  i  L3,  spowodowałoby
zwarcie.  Jeżeli  stycznik  K1  jest  włączony,  to  jego  zestyk  blokady  (zestyk  bierny  21,  22)
w obwodzie 3 uniemożliwia załączenie stycznika K2.

Rys.23. Układ nawrotny a) obwód główny, b) układ sterowania z blokadą [1, s. 95,96].

Układ gwiazda–trójkąt

Przy załączaniu silników trójfazowych prąd rozruchu przekracza wielokrotnie wartość prądu

znamionowego. Dlatego przy mocach silników od 5,2 kW dostawca energii wymaga stosowania
metody rozruchu zmniejszającej prąd rozruchowy, np. rozruchu w układzie gwiazda-trójkąt (rys.
24a).
Rozruch metodą gwiazda-trójkąt można wykonać przy użyciu przełączników ręcznych, np.
łącznika krzywkowego, albo w układzie stycznikowym.

Wyzwalacze nadprądowe, umieszczone w układzie Y-

∆

przed zaciskami silnika, powinny być

nastawione na wartość 0,58 prądu znamionowego silnika.

Rys. 24. Układ gwiazda trójkąt, a) obwód główny, b) układ sterowania automatycznego [1, s. 96].

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W stycznikowym układzie gwiazda–trójkąt ze sterowaniem automatycznym (rys. 24b), przez
naciśnięcie  przycisku  S2  załączy  się  stycznik  K1  w  obwodzie  1  i  jednocześnie  na  cewkę
przekaźnika  czasowego  K4T  w  obwodzie  2  podane  jest  napięcie.  Zestyki  główne  stycznika
K1  (1-2,  3-4  i  5-6)  łączą  uzwojenia  silnika  w  gwiazdę.  Zestyk  czynny  13-14  stycznika  K1
w obwodzie  3  załącza  napięcie  wzbudzenia  na  cewkę  stycznika  K2  znajdującego  się
w obwodzie 4. Podtrzymanie  załączenia styczników K1  i  K2 realizowane jest w obwodzie  4
przez zestyk czynny 13-14 stycznika K2. Dzięki zwarciu zestyków głównych styczników K1
i K2 silnik pracuje w układzie gwiazdowym.
Po  kilkusekundowej  zwłoce  czasowej  (ustawionej  na  przekaźniku  czasowym)  przekaźnik
K4T  załącza,  czyli  otwiera  zestyk  bierny  15-16  i  odłącza  w  obwodzie  1  napięcie  zasilające
cewkę stycznika K1. Zestyk czynny 21 -22 stycznika K1 w obwodzie 3 załącza stycznik K3,
który realizuje połączenie uzwojeń silnika w trójkąt. Silnik pracuje teraz w układzie trójkąta.
Blokady  uniemożliwiają  jednoczesne  załączenie  styczników  realizujących  połączenie
uzwojeń silnika w gwiazdę i w trójką

Układ Dahlandera

W silnikach trójfazowych o dwóch prędkościach obrotowych w stosunku 1:2, np.

1440/2880 obr/min, uzwojenie stojana jest wykonywane w układzie Dahlandera (rys. 25).
Przy małej prędkości uzwojenie to jest połączone w trójkąt, zaś przy dużej prędkości
w podwójną gwiazdę.

Rys. 25. Układ Dahlandera, a) obwód główny, b) obwód sterujący [1, s. 97].

Po naciśnięciu przycisku S1 załącza stycznik K3, zestyk 13-14 realizuje podtrzymanie.

Zestyki główne  stycznika  K3 podają  napięcie  na  zaciski silnika 1U, 1V i 1W.  Wskutek tego
silnik  pracuje  z  małą  prędkością.  Po  naciśnięciu  przycisku  S2  włącza  się  duża  prędkość.
Stycznik  K2  (stycznik  podwójnej  gwiazdy)  załącza  się,  a  przez  jego  zestyk  13-14  załącza
również  stycznik  K1  (stycznik  sieciowy  dla  dużej  prędkości).  Stycznik  K2  łączy  zaciski
silnika  1U,  1V  i  1W  w  punkt  środkowy  gwiazdy.  Podtrzymanie  załączenia  styczników  K1
i K2 odbywa się przez zestyk 13-14 stycznika K1 w obwodzie 4. Zaciski silnika 2U, 2V i 2W
są  połączone  z  siecią  zasilającą  przez  zestyki  główne  stycznika  K1.  Silnik  pracuje  z  dużą
prędkością.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Oznaczenia zacisków silnika:

−

Mała prędkości 1U, 1V, 1W,

−

Duża prędkość 2U, 2V, 2W.

Bezpośrednie  przełączenie  z  malej  prędkości  na  dużą  nie  jest  możliwe,  ponieważ  zestyk
podtrzymujący 13–14 stycznika K3 mostkuje zestyk bierny 21–22 przycisku S3. Przełączanie
prędkości każdorazowo wymaga użycia przycisku S1.
W  celu  bezpośredniego  przełączania  prędkości  należy  tak  włączyć  styki  pomocnicze  13–14
stycznika  K3  oraz  13–14  stycznika  K1,  żeby  mostkowały  tylko  zestyki  czynne  przycisków
S2 i S3.
W  układzie  Dahlandera  pobór  prądu  silnika

przy

obydwu prędkościach jest

różny. Z

tego

względu dla

każdej prędkości należy zastosować

oddzielny

wyzwalacz

nadprądowy

Sterowniki programowalne PLC

Sterowniki logiczne PLC (PLC – ang. Programmable Logic Controller) są to układy

elektroniczne,  które  za  pomocą  programu  zawartego  w  ich  pamięci  sterują  pracą  urządzeń.
Sterowniki  te  można  swobodnie  przeprogramować  –  zmiana  programu.  Dlatego  mają  tak
wielką  przewagę  nad  klasycznymi  stycznikowo-przekaźnikowymi  układami  sterowania,  które
można  zmienić  jedynie  przez  zmianę  schematu  okablowania  (programowanymi  przez
okablowanie).

Na rys. 26 pokazano budowę programowalnego sterownika logicznego PLC. Procesy

zachodzące  wewnątrz  są  sterowane  przez  mikroprocesor.  Mikroprocesor  jest  połączony  za
pośrednictwem  magistrali  z  blokami  wejść  i  wyjść,  znacznikami,  licznikami  czasu  (timerami),
licznikami  zdarzeń  i  pamięcią  programu.  Program  użytkowy  (program  działania  układu
sterującego) wpisuje się do pamięci za pomocą urządzenia programującego.

Znaczniki są to wewnętrzne bloki pamięci służące do przechowywania częściowych

i końcowych wyników operacji logicznych. Liczniki zdarzeń i liczniki czasu (timery) sterowane
są przez jednostkę centralną i w razie potrzeby mogą być wykorzystane przez program sterujący,
Sygnały z czujników, np. przycisków, sterują blok wejściowy. Elementy wykonawcze (aktory),
np. styczniki, są sterowane przez blok wyjściowy.

Rys. 26. Budowa sterownika PLC [1, s. 100].

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sterownik programowalny jest zasilany z zasilacza napięcia stałego (rys. 27a). Napięcie

wyjściowe zasilacza (24 V DC) jest wykorzystywane do zasilania czujników i elementów
wykonawczych.

Każde źródło sygnału (czujnik) jest indywidualnie połączone z jednym z wejść sterownika
programowalnego i z napięciem zasilającym.

Sygnały  z  czujników  sterują  przez  transoptory  wejścia  sterownika  (rys.  27b).  Producenci
sterowników  logicznych  oferują  do  wyboru  wyjścia  zaopatrzone  w  łączniki  półprzewodnikowe
(np.  tranzystory)  albo  w  przekaźniki.  W  wypadku  przekaźników  doprowadzenia  styków  są
wyprowadzone bezpośrednio na zewnątrz; styki mają izolację galwaniczną.

Rys. 27. Sterownik PLC a) połączenie sterownika, b) bloki wejść i wyjść [1, s. 100].

4.5.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  Jaka jest definicja sterownika?
2.  Jaka jest zasada działania sterownika prądu zmiennego?
3.  Jakie znasz układy należące do grupy sterowników stycznikowo-przekaźnikowych?
4.  Jaka jest zasada działania poszczególnych układów stycznikowo-przekaźnikowych?
5.  Co to jest sterownik PLC?
6.  Jaka jest budowa sterownika PLC?
7.  Jakie są zastosownia poszczególnych sterowników?

4.5.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Zmontuj układ sterownia włączaniem i wyłączaniem dwóch odbiorników. Odbiornik A

musi być włączony jako pierwszy, odbiornik B włączany drugi. Wyłączenie odbiorników
odbywa się jednocześnie. Montaż wykonaj w oparciu o instrukcję i dokumentację daną przez
nauczyciela.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) pobrać materiały, narzędzia, mierniki, instrukcję i dokumentację,
2) stosować przepisy BHP podczas pracy,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3) wykonać montaż zgodnie z dokumentacją i instrukcją,
4) zaprezentować wykonane ćwiczenie.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

poradnik dla ucznia, zeszyt, przybory do pisania,

−

instrukcja, dokumentacja,

−

materiały: styczniki, przewody, listwy monatażowe,

−

narzędzia, mierniki.

Ćwiczenie 2

Zaprojektuj sposób zastąpienia układu sterowania z ćwiczenia 1 sterownikiem PLC.

Ćwiczenie wykonaj korzystając z poradnika dla ucznia (rozdział 4.4.1.), katalogu
sterowników PLC, instrukcji.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  wyszukać odpowiedni sterownik z katalogu,
2)  wypisać w zeszycie parametry wybranego sterownika,
3)  narysować  w  zeszycie  schemat  połączeń  wybranego  sterownika  na  podstawie  instrukcji

stanowiskowej,

4) zaprezentować wykonanie ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

poradnik dla ucznia, zeszyt, przybory do pisania,

−

katalog sterowników PLC,

−

instrukcja stanowiskowa.

4.5.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak Nie

1) zdefiniować pojęcie sterownika?



2) podać rodzaje sterowników?



3) wyjaśnić zasadę działania sterowników prądu zmiennego i stałego?



4) podać przykłady sterowników prądu zmiennego i stałego?



5) podać podstawowe układy stycznikowo przekaźnikowe?



6) wyjaśnić zasadę działania układów stycznikowo przekaźnikowych?



7) wyjaśnić co to jest sterownik PLC?



8) podać zasadę działania i budowę sterownika PLC?



„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.6. Urządzenia radiowe i telewizyjne

4.6.1. Materiał nauczania

Modulacja sygnału

Sygnał akustyczny (np. mowy, muzyki) występuje w postaci drgań mechanicznych. Za

pomocą  przetwornika  (np.  mikrofonu)  przetwarzany  jest  na  sygnał  elektryczny.  Sygnał
elektryczny wychodzący z mikrofonu charakteryzuje się małą częstotliwością i nazywamy go
sygnałem  m.cz.  Do  przesyłania  otrzymanego  sygnału  drogą  radiową  używa  się  innego
sygnału  elektrycznego  (sygnału  fali  nośnej)  o  znacznie  większej  częstotliości,  na  który
nakłada się  sygnał akustyczny pochodzący z przetwornika (mikrofon). Proces ten nazywamy
modulacją. Wyróżniamy trzy typy modulacji:

−

modulacja AM (amplitudy) – sygnał fali nośnej jest zmieniany zgodnie ze zmianą

amplitudy sygnału m.cz.,

−

modulacja FM (częstotliwości) – sygnał fali nośnej jest zmieniany zgodnie ze zmianą

częstotliwości sygnału m.cz.,

−

modulacja PM (fazy) – sygnał fali nośnej jest zmieniany zgodnie ze zmianą fazy m.cz.

Urządzenia radiowe nadawcze

Na rys. 28 przedstawiono schemat nadajnika radiowego, w którym modulacja amplitudy

odbywa  się  w  stopniu  małej  mocy.  Sygnał  akustyczny  mowy  lub  muzyki  jest  przetwarzany
przez  mikrofon  na  sygnał  elektryczny  i  następnie  wzmacniany.  W  stopniu  małej  mocy
moduluje  się  sygnałem  m.cz.  (akustycznym)  amplitudę  sygnału  w.cz.  Zmodulowany  sygnał
w.cz.  jest  wzmacniany  przez  wzmacniacz  mocy  w.cz.  Wzmacniacz  mocy  w.cz.  musi  mieć
liniową charakterystykę amplitudową.
Wzmacniacze w.cz. mogą pracować jako wzmacniacze selektywne lub jako wzmacniacze
aperiodyczne. Selektywne wzmacniacze mocy w.cz. o liniowej charakterystyce amplitudowej
mogą pracować w klasie B, AB lub A. Wzmacniacze aperiodyczne o liniowej charakterystyce
muszą pracować w klasie A.

Rys. 28. Schemat blokowy nadajnika radiowego.

W  stopniach  końcowych  jako  wzmacniacze  mocy  w.cz.  o  liniowej  charakterystyce
amplitudowej są stosowane najczęściej wzmacniacze selektywne.
W  rozwiązaniach  praktycznych  nadajników  radiowych  najczęściej  stosuje  się  modulację
amplitudy sygnału w.cz. w stopniu mocy w.cz. (rys. 29). Wzmacniacz mocy w.cz., w którym
jest modulowana  amplituda sygnału  w.cz.  może pracować w klasie  B  lub C. Między  anteną
a wzmacniaczem mocy znajduje się obwód sprzęgający.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 29. Nadajnik z modulacja w stopniu dużej mocy.

Obwód sprzęgający pozwala na dopasowanie impedancji anteny do impedancji wyjściowej
wzmacniacza mocy w.cz. Obwód sprzęgający dodatkowo tłumi niepożądane składowe
harmoniczne sygnału w.cz.

Urządzenia radiowe odbiorcze

Na rys. 30 przedstawiono schemat funkcjonalny typowego odbiornika radiowego

superheterodynowego.  W  stosunku  do  schematu  przedstawionego  w  części  pierwszej
podręcznika  zawiera  on  dodatkowo  układy:  ARW  (automatycznej  regulacji  wzmocnienia)
i ARCz (automatycznej regulacji częstotliwości). W antenie indukują się sygnały pochodzące
od  różnych  nadajników.  Prawie  zawsze  widmo  każdego  z  tych  sygnałów  przypada  na  inny
zakres  (pasmo)  częstotliwości.  W  układach  wejściowych  odbiornika  radiowego  (w  filtrze
środkowoprzepustowym FPP) następuje wydzielenie sygnału interesującej nas stacji o paśmie
częstotliwościowym skupionym wokół częstotliwości

f .

Rys. 30. Schemat blokowy odbiornika radiowego [5, s. 358].

We  wzmacniaczu  w.cz.  amplituda  sygnału  jest  wzmacniana  kilkakrotnie,  nie  zmienia  się
natomiast jego częstotliwość.
Wzmocniony sygnał jest podawany na wejście układu przemiany częstotliwości, składającego
się  z  mieszacza,  heterodyny  (lokalnego  generatora  przebiegu  sinusoidalnego)  i  filtru
środkowoprzepustowego.  W  układzie  tym  sygnału  jest  zamieniany  z  częstotliwości

f ,

w częstotliwość

f . Wartość częstotliwości pośredniej

f jest stała dla danego rodzaju

modulacji i wynosi: 465 kHz dla modulacji AM, i 10,7 MHz dla modulacji FM. Aby układ
ten działał prawidłowo, należy tak dobrać częstotliwość

f generowaną przez heterodynę do

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

częstotliwości

f (do jakiej są dostrojone obwody wejściowe), by spełnione zostało

równanie:

−

Wynika z powyższego, że układy wejściowe muszą być przestrajane jednocześnie

z generatorem  lokalnym  (heterodyna),  aby  powyższy  warunek  był  spełniony  w  całym
zakresie odbieranych częstotliwości.
Z wyjścia  układu  przemiany  częstotliwości  sygnał  jest podawany  na  wzmacniacz  pośredniej
częstotliwości,  w  którym  następuje  kolejne  jego wzmocnienie. Ze wzmacniacza  p.cz.  sygnał
przesyłany  jest  na  demodulator  (AM  lub  FM,  w  zależności  od  rodzaju  modulacji  użytej
w nadajniku),  gdzie  przywraca  mu  się  pierwotny  kształt  (i  widmo)  w  zakresie  małych
częstotliwości.  We  wzmacniaczu  mocy  m.cz.  sygnał  ten  (elektryczny)  jest  wzmacniany,
a następnie w głośniku przetwarzany na drgania mechaniczne (akustyczne).

Układ ARW.

Jego zadaniem jest taka regulacja wzmocnienia wzmacniacza w.cz. i p.cz., aby sygnał

wyjściowy  z  demodulatora  przyjmował  stałą  wartość  niezależnie  od  tego,  z  jakiej  stacji
nadawczej  pochodzi  odbierany  sygnał  (tzn.  by  dźwięk  odbierany  ze  wszystkich  stacji
radiowych  miał  jednakowy  poziom  głośności).  Układ  ARW  steruje  wzmocnieniem
wzmacniaczy  w  taki  sposób,  że  małej  wartości  sygnału  wyjściowego  z  demodulatora
odpowiada  duże  wzmocnienie  wzmacniaczy  w.cz.  i  p.cz.  Dzięki  temu  uzyskuje  się
stabilizację poziomu napięcia wyjściowego z demodulatora.

Układ ARCz

Przy niewielkich zmianach częstotliwości sygnału podawanego na wejście demodulatora

FM, na wyjściu odbiornika radiowego uzyskuje się sygnał akustyczny o dużych
zniekształceniach. Układ automatycznej regulacji częstotliwości (ARCz) koryguje dostrojenie
odbiornika radiowego, tzn. dostraja częstotliwości heterodyny tak, aby do demodulatora
docierał sygnał o częstotliwości nośnej

f . Regulacja ta jest możliwa w niewielkim zakresie

częstotliwości.

Wzmacniacz w.cz.

Wzmacniacze wielkiej częstotliwości stosowane są w odbiornikach radiowych jako

jednostopniowe układy szerokopasmowe

Wzmczniacz p.cz.

Wzmacniacze pośredniej częstotliwości są to zazwyczaj trzy lub czterostopniowe,

ponieważ sygnał na ich wyjściu musi być znacznie bardziej wzmocniony niż we
wzmacniaczach w.cz.

Mieszacz.

Zadaniem mieszacza jest zmiana częstotliwości nośnej na inną

Demodulator.

Realizuje proces odwrotny do modulowania.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Urządzenia telewizyjne – odbiorcze

Na rysunku 31 przedstawiono schemat blokowy odbiornika telewizyjnego.

Antena odbiera wiele nadawanych sygnałów. Obwody wejściowe wydzielają z nich całkowity
sygnał wizji (CSW) żądanej stacji telewizyjnej oraz towarzyszący mu sygnał fonii. Należy
podkreślić, że głowica w.cz. i tor p.cz. przetwarzają współbieżnie dwa sygnały:

−

całkowity sygnał wizji zmodulowany amplitudowo,

−

sygnał fonii zmodulowany częstotliwościowo.

Układ automatycznej regulacji wzmocnienia (ARW) utrzymuje stały poziom sygnału na
wejściu układu syntezy obrazu i dźwięku. Natomiast układ automatycznej regulacji
częstotliwości (ARCz) koryguje dostrojenie obwodów wejściowych i heterodyny do wybranej
stacji telewizyjnej.

Rys. 31. Schemat blokowy odbiornika telewizyjnego [5, s. 375].

Rys. 32 przedstawia sygnał podawany na wejście układu syntezy obrazu i dźwięku. Sygnał
ten składają się z zsumowanych sygnałów.

−

Zmodulowanego częstotliwościowo (FM) sygnału fonii (tzw. sygnał różnicowy fonii)

o częstotliwości nośnej 6,5 MHz (zawiera się on od 6,25 do 6,75 MHz).

−

Całkowitego sygnał wizyjnego, składającego się z sygnału wizji i sygnału synchronizacji,

zawartego od 0 do 6,25 MHz.

Rys. 32. Sygnał podawany na układ syntezy obrazu i dźwięku [5, s. 375].

Sygnały te rozdziela się, stosując filtry częstotliwościowe. Układ syntezy obrazu i dźwięku
składa się z (rys. 33):

−

toru fonii,

−

toru wizji,

−

toru odchylania i synchronizacji.

Rys. 33. Schemat blokowy układu syntezy obrazu i dźwięku [5, s. 376].

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W torze fonii następuje wydzielenie sygnału fonii z całkowitego sygnału wizyjnego

i przetworzenie  go  na  sygnał  akustyczny.  Tor  ten  jest  w  zasadzie  odbiornikiem  radiowym
bezpośredniego  odbioru  przystosowanym  do  odbioru  tylko  sygnału  FM  o  częstotliwości
nośnej równej 6,5 MHz. Na jego wejściu stosuje się ceramiczne filtry środkowoprzepustowe.
Dalsza  część  toru  fonii  jest  taka  sama  jak  w  odbiornikach  radiowych.  Zwykle  są  one
wykonywane jako jeden moduł (w odbiornikach o budowie modułowej).

Tor wizji służy do przetworzenia wejściowego całkowitego sygnału wizyjnego w obraz.

Informacja  o  jaskrawości  (luminacji)  obrazu  jest  przekazywana  kolejno  jako  informacja
o jaskrawości  poszczególnych  (kolejno  następujących  po  sobie)  punktów  na  analizowanej
linii,  to  synteza  obrazu  następuje  w  wyniku  zmiany  jaskrawości  świecącego  punktu
przesuwającego się po ekranie kineskopu zgodnie z fazą odbieranego sygnału.
W  torze  wizji  składowa  stała  całkowitego  sygnału  wizji  moduluje  jaskrawość  świecącego
punktu – wzmocniony sygnał luminancji zmienia wydajność wiązki elektronowej emitowanej
w  kineskopie,  natomiast  w  torze  synchronizacji  wiązka  elektronowa  jest  odchylana
w poziomie (z częstotliwością 15 625 Hz) i w pionie (z częstotliwością 50 Hz) współbieżnie
z nadchodzącym  sygnałem  luminancji.  Sygnał  zawierający  treść  obrazu  jest  oddzielony  od
sygnału synchronizacji, określającego, która linia będzie aktualnie wyświetlona (rys. 34).

Rys. 34. Sygnał wizji i synchronizacji [5, s. 377].

Na przykład, ta część sygnału wizji, której napięcie jest większe od napięcia progowego
U

=0,3U

jest sygnałem luminancji, natomiast ta część sygnału wizji, której napięcie jest

mniejsze od napięcia U

jest sygnałem synchronizacji. Sygnały luminacji i synchronizacji są

rozdzielone w czasie. W czasie przeznaczonym na przesłanie jednej linii obrazu (64

sygnał luminancji jest przesyłany przez 52

s, a sygnał synchronizacji przez 12

W  czasie  przeznaczonym  na  przesłanie  sygnału  luminacji  w  jednej  linii  obrazu  wiązka
elektronowa kreśli daną  linię, przesuwając świecący punkt od prawej do lewej  strony ekranu
kineskopu.  W tym  samym  czasie  jest ona tak odchylana, aby  zapewnić  liniowe  przesuwanie
świecącego punktu proporcjonalne do upływu czasu. W czasie przeznaczonym na przesłanie
sygnału synchronizacji wiązka elektronowa musi być wygaszona, aby impulsy synchronizacji
nie były widoczne na ekranie, a układy odchylające tak ustawione, aby z początkiem przyjścia
sygnału  luminancji  następnej  linii  rozpoczęło  się  kreślenie  znowu  od  prawej  strony  ekranu
o jedną  linię  niżej  niż  poprzednio.  Ruchy  powrotne  odbywają  się,  więc  przy  wagaszonej
plamce i są niewidoczne.
Wiązka elektronowa jest jednocześnie odchylana w pionie i w poziomie. W celu zmniejszenia
zjawiska migotania obrazu został on podzielony na dwa półobrazy. W jednym półobrazie są
przesyłane  linie  parzyste,  a  w  drugim  nieparzyste.  Jeden  pełen  obraz  jest  przekazywany  za
pomocą 625 linii (podzielonych na dwa półobrazy), z czego bezpośrednio wyświetlanych jest
575 linii, a pozostałe 50 linii służy do przesyłania impulsów synchronizacji półobrazów (tzw.
impulsów synchronizacji ramki) i sygnałów dodatkowych (np. sygnałów testowych i sygnału

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

teletekstu). Półobrazy są transmitowane z częstotliwością 50 półobrazów na sekundę. W celu
wytworzenia obrazu na ekranie, do kineskopu należy doprowadzić:

−

wzmocniony sygnał luminancji,

−

sygnał wygaszania,

−

a do cewek odchylających:

−

sygnał odchylania poziomego,

−

sygnał odchylania pionowego.

Odchylanie wiązki elektronowej następuje w wyniku:

−

wytworzenia w cewkach odchylania poziomego liniowo narastającego przebieguprądu

o częstotliwości 15 625 Hz (o czasie narastania 52

s i opadania 12

s),

−

wytworzenia w cewkach odchylania pionowego liniowo narastającego przebiegu

prądu o częstotliwości 50 Hz.

Przebiegi  prądu  w  cewkach  odchylających  powstają  przez  odpowiednie  sterowanie  ich
z generatorów  przebiegów  odchylających.  Generatory  te  są  synchronizowane  sygnałem
synchronizacji,  wydzielonym  przez  układ  ogranicznika  (obcinacza)  z  całkowitego  sygnału
wizyjnego.  Do  wzmacniacza  wizyjnego  jest  doprowadzony  sygnał  wejściowy,  z  którego  za
pomocą filtru dolnoprzepustowego został usunięty sygnał różnicowy fonii.
Sygnał  wygaszania  jest  wynikiem  przetworzenia  (logicznego)  sygnałów  z  obu  generatorów
przebiegów odchylających.

4.6.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  Wyjaśnij, co to jest modulacja?
2.  Czym się różni modulacja AM od FM od PM?
3.  Jaki jest schemat blokowy nadajnika radiowego?
4.  Na przykładzie schematu blokowego, wyjaśnij jak działa nadajnik radiowy?
5.  Jaki jest schemat blokowy odbiornika radiowego?
6.  Na przykładzie schematu blokowego, wyjaśnij jak działa odbiornik radiowy?
7.  Jaki jest schemat blokowy odbiornika telewizyjnego?
8.  Na przykładzie schematu blokowego, wyjaśnij jak działa odbiornik telewizyjny?

4.6.3 Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Rozmontuj odbiornik radiowy i na płytce drukowanej wyodrębnij poszczególne bloki

funkcjonalne. Ćwiczenie wykonaj w oparciu o materiał zawarty w poradniku oraz instrukcję
i dokumentację demontowanego odbiornika danego przez nauczyciela.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  pobrać materiały, narzędzia, mierniki, instrukcję i dokumentację
2)  pobrać odbiornik radiowy do demontażu,
3)  stosować przepisy BHP podczas pracy,
4)  wykonać demontaż zgodnie z dokumentacją i instrukcją,
5)  wyodrębnić  na  płycie  drukowanej  bloki  funkcjonalne  na  podstawie  dokumentacji

odbiornika i instrukcji,

6) zaprezentować wykonane ćwiczenie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

poradnik dla ucznia, zeszyt, przybory do pisania,

−

instrukcja, dokumentacja odbiornika,

−

materiały: odbiornik radiowy do demontażu,

−

narzędzia, mierniki.

Ćwiczenie 2

Rozmontuj odbiornik telewizyjny i na płycie drukowanej wyodrębnij poszczególne bloki

funkcjonalne. Ćwiczenie wykonaj w oparciu o materiał zawarty w poradniku oraz instrukcję
i dokumentację demontowanego odbiornika danego przez nauczyciela.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  pobrać materiały, narzędzia, mierniki, instrukcję i dokumentację
2)  pobrać odbiornik telewizyjny do rozmontowania,
3)  stosować przepisy BHP podczas pracy,
4)  wykonać demontaż zgodnie z dokumentacją i instrukcją,
5)  wyodrębnić  na  płycie  drukowanej  bloki  funkcjonalne  na  podstawie  dokumentacji

odbiornika i instrukcji,

6) zaprezentować wykonane ćwiczenie.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

poradnik dla ucznia, zeszyt, przybory do pisania,

−

instrukcja, dokumentacja odbiornika,

−

materiały: odbiornik telewizyjny do demontażu,

−

narzędzia, mierniki.

4.6.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) zdefiniować pojęcie modulacji?



2) podać rodzaje modulacji?



3) wyjaśnić różnice między rodzajami modulacji?



4) narysować schemat blokowy odbiornika radiowego?



5) wyjaśnić na schemacie blokowym zasadę działania odbiornika

radiowego?



6) narysować schemat blokowy nadajnika radiowego?



7) wyjaśnić na schemacie blokowym zasadę działania nadajnika

radiowego?



8) narysować schemat blokowy odbiornika telewizyjnego?



9) wyjaśnić na schemacie blokowym zasadę działania odbiornika

telewizyjnego?



„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

1.  Przeczytaj uważnie instrukcję.
2.  Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.
3.  Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.
4.  Test zawiera 20 zadań wielokrotnego wyboru i tylko jedna odpowiedź jest prawidłowa.
5.  Za każde poprawnie rozwiązane zadanie uzyskasz 1 punkt.
6.  Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi

−

prawidłową odpowiedź zaznacz X ( w przypadku pomyłki należy błędną odpowiedź
zaznaczyć kółkiem, a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową)

7. Pracuj samodzielnie bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.
8. Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, wtedy odłóż jego

rozwiązanie na później i wróć do niego, gdy zostanie Ci wolny czas. Trudności mogą
przysporzyć Ci zadania 15, 19, 20, gdyż są one na poziomie trudniejszym niż pozostałe.

9. Na rozwiązanie testu masz 60 minut.

Powodzenia!

Po rozwiązaniu testu, sprawdź swoje wyniki razem z kolegą lub nauczycielem, a następnie
sprawdź w tabeli, poniżej, jaki stopień mógłbyś sobie wystawić. Ogółem możesz uzyskać 20
punktów.

Ocena

dopuszczający

dostateczny

dobry

bardzo dobry

Ilość punktów

11-12

13-16

17-18

19-20

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

1. Stan pracy transformatora w którym uzwojenie pierwotne zasilane jest napieciem

znamionowym,  a  w  obwodzie  wtórnym  włączony  jest  odbiornik  nazywamy  stanem
pracy:
a)  jałowym,
b)  obciążenia,
c)  zwarcia,
d)  znamionowym.

2. Moc znamionową transformatora określa się mocą:

a)  czynną,
b)  bierną,
c)  pozorną,
d)  chwilową.

3. Moc znamionową transformatora wyrażamy w:

a)  W,
b)  V A,
c)  war,
d)  kWh.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4. Wytworzenie napięcia umożliwiającego przepływ odpowiedniego prądu w maszynie

prądu stałego należy do zadań:
a)  stojana,
b)  wirnika,
c)  uzwojenia komutacyjnego,
d)  magneśnicy.

5. W maszynie prądu stałego uzwojenie twornika oznaczmy symbolem literowym:

a)  B1 B2,
b)  A1 A2,
c)  D1 D2,
d)  C1 C2.

6. Zmiana kierunku prędkości obrotowej w maszynie prądu stałego jest:

a) niemożliwa,
b) możliwa poprzez zmianę kierunku przyłączenia napięcia w obwodzie wzbudzenia

i w obwodzie twornika,

c) możliwa poprzez zmianę kierunku przyłączenia napięcia w obwodzie wzbudzenia lub

w obwodzie twornika,

d) możliwa poprzez zmianę polaryzacji napięcia w obwodzie komutacji.

7. Uzwojeniem głównym silnika indukcyjnego jednofazowego jest uzwojenie jednofazowe

znajdujące się:
a)  w stojanie,
b)  w wirniku,
c)  na zewnątrz w urządzeniu rozruchowym,
d)  w magneśnicy.

8. Przy prędkości obrotowej n=0 silnik indukcyjny jednofazowy wytwarza moment

rozruchowy:
a)  maksymalny,
b)  minimalny,
c)  nominalny,
d)  równy zero.

9. Określenie strat jałowych i wyznaczenie przybliżonej wartości strat mechanicznych

silnika indukcyjnego jednofazowego umożliwia znajomość charakterystyki:
a)  wyjściowej,
b)  obciążeniowej,
c)  biegu jałowego,
d)  wejściowej.

10. Czy silnik krokowy z magnesem trwałym oznaczmy:

a)  PM,
b)  VR,
c)  HB,
d)  żadna z powyższych odpowiedzi.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

11. Typową rozdzielczością silników krokowych z magnesem trwałym jest:

a) 7,5

-30

b) 7,5

-15

c) 100

-300

d) 1

-3

12. W silnikach krokowych kąt obrotu jest:

a)  odwrotnie proporcjonalny do ilości obrotów,
b)  proporcjonalny do ilości obrotów,
c)  proporcjonalny do ilości obrotów i mocy silnika,
d)  proporcjonalny do mocy silnika.

13. Sterownik prądu zmiennego to:

a)  układ który służy do zmiany parametrów odbiornika,
b)  układ który służy do sterowania pracą odbiorników prądu stałego,
c)  układ który służy do sterowania oświetleniem,
d)  układ który zmienia wartość skuteczną napięcia, prądu lub moc czynną.

14. W sterowniku prądu stałego musi znajdować się:

a)  filtr przeciwzakłóceniowy,
b)  układ wyłączania tyrystora,
c)  układ przeciwzwarciowy,
d)  układ stabilizujący napięcie.

15. W układach START – STOP funkcję STOP realizuje się:

a)  łącząc równolegle styki czynne przycisków w układzie zasilania przekaźnika,
b)  łącząc szeregowo styki czynne przycisków w układzie zasilania przekaźnika,
c)  łącząc szeregowo styki bierne przycisków w układzie zasilania przekaźnika,
d)  łącząc równolegle styki bierne przycisków w układzie zasilania przekaźnika.

16. Nadajnik radiowy składa się z:

a)  generatora w.cz., modulatora, anteny,
b)  generatora w.cz., modulatora, wzmacniacza w.cz., anteny,
c)  generatora w.cz., modulatora, wzmacniacza w.cz., układu sprzęgającego, anteny,
d)  generatora w.cz., wzmacniacza w.cz., układu sprzęgającego, anteny.

17. Modulacja sygnału to:

a)  inaczej wzmocnienie jego wartości,
b)  inaczej odfiltrowanie zakłóceń zawartych w nim,
c)  inaczej stłumienie jego amplitudy,
d)  inaczej nałożenie sygnału akustycznego na sygnał fali nośnej.

18. Odbiornik telewizyjny składa się z:

a) głowicy w.cz., toru p.cz., układu syntezy obrazu i dźwięku, głośnika, kineskopu,
b) głowicy w.cz., toru p.cz., modulatora, układu syntezy obrazu i dźwięku,
c) głowicy w.cz., toru p.cz., układu sprzęgającego, układu syntezy obrazu i dźwięku,
d) głowicy w.cz., toru p.cz., układu sprzęgającego, układu syntezy obrazu i dźwięku,

głośnika, kineskopu.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

KARTA ODPOWIEDZI

Imię i nazwisko........................................................

Analiza działania podstawowych maszyn i urządzeń elektrycznych

Zakreśl poprawną odpowiedź.

zadania

Odpowiedź

Punkty

Razem: