,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
MINISTERSTWO EDUKACJI
NARODOWEJ
Piotr Ziółek
Obsługiwanie maszyn i urządzeń elektrycznych
723[03].O1.07
Poradnik dla ucznia
Wydawca
Instytut technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2007
,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
1
Recenzenci:
mgr inż. Tomasz Kacperski
mgr inż. Andrzej Kulka
Opracowanie redakcyjne:
inż. Piotr Ziółek
Konsultacja:
mgr inż. Andrzej Kacperczyk
Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 723[03].O1.07
,,Obsługiwanie maszyn i urządzeń elektrycznych”, zawartego w modułowym programie
nauczania dla zawodu mechanik operator pojazdów i maszyn rolniczych.
Wydawca
Instytut technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2007
,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
2
SPIS TREŚCI
1. Wprowadzenie
3
2. Wymagania wstępne
5
3. Cele kształcenia
6
4. Materiał nauczania
7
4.1. Pole magnetyczne i elektromagnetyczne
7
4.1.1. Materiał nauczania
7
4.1.2. Pytania sprawdzające
10
4.1.3. Ćwiczenia
10
4.1.4. Sprawdzian postępów
12
4.2. Budowa maszyn i urządzeń elektrycznych
13
4.2.1. Materiał nauczania
13
4.2.2. Pytania sprawdzające
21
4.2.3. Ćwiczenia
22
4.2.4. Sprawdzian postępów
23
4.3. Bezpieczeństwo pracy podczas obsługi maszyn i urządzeń elektrycznych
24
4.3.1. Materiał nauczania
24
4.3.2. Pytania sprawdzające
26
4.3.3. Ćwiczenia
26
4.3.4. Sprawdzian postępów
27
5. Sprawdzian osiągnięć
28
6. Literatura
32
,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
3
1. WPROWADZENIE
Poradnik ten pomoże Ci w przyswajaniu wiedzy o zasadach i sposobach obsługiwania
maszyn i urządzeń elektrycznych. Poradnik zawiera:
−
wymagania wstępne, czyli wykaz umiejętności, jakie powinieneś opanować przed
przystąpieniem do realizacji jednostki modułowej,
−
cele kształcenia, czyli wykaz umiejętności, jakie ukształtujesz podczas pracy z tym
poradnikiem,
−
materiał nauczania, który umożliwi samodzielne przygotowanie się do wykonywania
ćwiczeń i zaliczenia sprawdzianów,
−
pytania sprawdzające, które pomogą sprawdzić, czy opanowałeś podane materiał
nauczania
z zakresu naprawiania części maszyn i urządzeń rolniczych,
−
ćwiczenia, które ułatwią nabycie umiejętności praktycznych,
−
sprawdzian postępów,
−
sprawdzian osiągnięć.
W materiale nauczania zostały przedstawione zagadnienia dotyczące: pola magnetycznego
i zjawisk jemu towarzyszących, technologie budowy maszyn i urządzeń elektrycznych oraz
zasady bezpiecznej pracy podczas eksploatacji. Przy wyborze treści pomoże Ci nauczyciel,
który wskaże zagadnienia szczególnie ważne, jak i pomocnicze potrzebne do wykonywania
zadań określonych dla zawodu operator pojazdów i maszyn rolniczych. Do poszerzenia wiedzy
powinieneś korzystać z literatury zamieszczonej w wykazie oraz z innych źródeł informacji.
W przypadku trudności z opanowaniem materiału lub zrealizowaniem ćwiczenia poproś
nauczyciela o pomoc.
Kolejnym etapem poznawania oraz uzupełniania i utrwalania zagadnień dotyczących
obsługi maszyn i urządzeń elektrycznych będzie wykonywanie ćwiczeń. Po wykonaniu
ćwiczeń sprawdź poziom swoich postępów rozwiązując Sprawdzian postępów. W tym celu:
przeczytaj pytania i odpowiedz na nie wstawiając X w odpowiednie miejsce. Odpowiedzi NIE
wskazują na luki w Twojej wiedzy. Oznacza to powrót do treści, które nie są dostatecznie
opanowane.
Poznanie przez Ciebie wszystkich wiadomości i opanowanie umiejętności będzie
stanowiło dla nauczyciela podstawę do przeprowadzenia sprawdzianu przyswojonych
wiadomości i ukształtowanych umiejętności. W tym celu nauczyciel posłuży się zestawem
zadań testowych.
Przykładowy zestaw zadań testowych zamieszczony jest w rozdziale 5 tego poradnika.
Zawiera on instrukcję, w której wyjaśniono tok przeprowadzania sprawdzianu, przykładową
kartę odpowiedzi, w której, w odpowiednich miejscach zaznaczysz odpowiedzi na pytania.
Będzie to stanowić dla Ciebie trening przed sprawdzianem zaplanowanym przez nauczyciela
W czasie zajęć dydaktycznych musisz przestrzegać regulaminów, przepisów
bezpieczeństwa i higieny pracy, przepisów przeciwpożarowych i ochrony środowiska zgodnie
z obowiązującymi normami prawnymi.
,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
4
Schemat układu jednostek modułowych
723[03].01
Podstawy techniki
ogólnej
723[03].01.01
Stosowanie przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy,
ochrony przeciwpożarowej oraz ochrony środowiska
723[03].01.02
Posługiwanie się
dokumentacja techniczną
723[03].01.03
Stosowanie materiałów
konstrukcyjnych i eksploatacyjnych
723[03].01.04
Wykonywanie operacji
techniczno - technologicznych
723[03].01.05
Wykonywanie operacji
obróbki skrawaniem
723[03].01.06
Analizowanie obwodów
elektrycznych i elektronicznych
723[03].01.07
Obsługiwanie maszyn i urządzeń
elektrycznych
,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
5
2. WYMAGANIA WSTĘPNE
Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej obsługiwanie maszyn i urządzeń
elektrycznych powinieneś umieć:
−
czytać ze zrozumieniem informacje przedstawione w formie opisu, instrukcji, rysunków,
szkiców, wykresów, dokumentacji technicznej,
−
rozpoznawać elementy, zespoły i układy na rysunkach, schematach, zgodnie z instrukcją,
−
określać funkcje zespołów i układów,
−
dokonać weryfikacji podzespołów i części,
−
nazywać i użytkować narzędzia,
−
organizować stanowisko pracy do diagnostyki, naprawy i obsługi sprzętu technicznego
zgodnie z wymaganiami ergonomii,
−
radzić sobie w sytuacjach problemowych,
−
samodzielnie podejmować decyzje,
−
podejmować decyzje zawodowe zgodnie z przepisami bezpieczeństwa i higieny pracy,
ochrony przeciwpożarowej oraz ochrony środowiska,
−
skutecznie komunikować się z innymi uczestnikami procesu pracy,
−
oceniać własną prace,
−
korzystać z różnych źródeł informacji,
−
przewidywać i wskazywać zagrożenia dla zdrowia i życia ludzkiego oraz środowiska
przyrodniczego,
−
udzielać pomocy przed lekarskiej ofiarom wypadków przy procesie pracy.
,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
6
3. CELE KSZTAŁCENIA
W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:
−
wyjaśnić zjawiska dotyczące pola magnetycznego i indukcji elektromagnetycznej,
−
rozróżnić rodzaje maszyn elektrycznych oraz opisać ich budowę i zastosowanie
w pojazdach, maszynach i urządzeniach,
−
rozróżnić rodzaje i typy odbiorników elektrycznych stanowiących wyposażenie maszyn
i urządzeń,
−
wykonać badanie parametrów prądnicy i silnika prądu stałego i przemiennego,
−
obliczyć moc i energię zużywaną przez odbiorniki elektryczne,
−
sprawdzić stan połączeń osprzętu i urządzeń elektrycznych w obwodach elektrycznych,
−
wskazać elementy wyposażenia elektrycznego maszyn mające wpływ na bezpieczeństwo
pracy i wyjaśnić ich działanie,
−
określić wpływ czynników zewnętrznych na działanie urządzeń wyposażenia
elektrycznego,
−
przewidzieć zagrożenia i ich skutki podczas pracy z maszynami i urządzeniami
elektrycznymi.
,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
7
4. MATERIAŁ NAUCZANIA
4.1. Pole magnetyczne i elektromagnetyczne
4.1.1. Materiał nauczania
Pole magnetyczne jest przestrzenią, w której siły działają na poruszające się ładunki
elektryczne, a także na ciała mające moment magnetyczny niezależnie od ich ruchu. Pole
magnetyczne jest obok pola elektrycznego przejawem pola elektromagnetycznego.
W zależności od opisu (obserwatora), to samo zjawisko może być opisywane jako objaw
pola elektrycznego, magnetycznego lub obu jednocześnie. Pole magnetyczne jest polem
wektorowym, wielkości fizyczne używane do opisu pola magnetycznego to indukcja
magnetyczna B oraz natężenie pola magnetycznego H (te dwie wielkości są powiązane ze sobą
poprzez przenikalność magnetyczną).
Rys. 1. Linie pola magnetycznego uzyskane za pomocą opiłków żelaza i magnesu w postaci sztabki
W przyrodzie występuje minerał zwany magnetykiem który wykazuje właściwości
magnetyczne. Jest to magnes naturalny (trwały). Magnesy sztuczne są wykonywane z stali,
niklu, kobaltu, a ich magnesowanie przeprowadza się za pomocą prądu elektrycznego lub
magnesów stałych. Magnes posiada dwa bieguny, północny oznaczony N i południowy S.
Wokół magnesu wytwarza się pole magnetyczne. W polu magnetycznym występują siły
magnetyczne działające wzdłuż linii przedstawionych na rys 1. Obrazowo pole magnetyczne
przedstawia się jako linie pola magnetycznego. Kierunek pola określa ustawienie igły
magnetycznej lub obwodu, w którym płynie prąd elektryczny.
Stałe pole magnetyczne jest wywoływane przez ładunki elektryczne znajdujące się
w ruchu jednostajnym. Każdy przepływ prądu, który też jest ruchem ładunków elektrycznych,
wytwarza pole magnetyczne. Ładunki poruszające się ruchem zmiennym (np. hamowane)
wytwarzają zmienne pole magnetyczne, które rozchodzi się jako fala elektromagnetyczna.
Właściwości magnetyczne materiałów występujących w przyrodzie można podzielić na:
−
ciała diamagnetyczne np. srebro, krzem woda, które nie poddają się magnesowaniu,
−
ciała paramagnetyczne np. aluminium, platyna, które wykazują słabe właściwości
magnetyczne,
,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
8
−
ciała ferromagnetyczne np. żelazo, kobalt nikiel, które łatwo dają się magnesować
i zachowują silne właściwości magnetyczne.
Niektóre materiały magnetyczne, jak np. ferromagnetyki, wykazują istnienie stałego pola
magnetycznego. Jego istnienie spowodowane jest przez ruch ładunków elektrycznych głównie
elektronów w atomach takiego materiału. Pole magnetyczne jest też wytwarzane przez zmienne
pole elektryczne. Z kolei zmienne pole magnetyczne wytwarza pole elektryczne. Takie
wzajemnie indukowanie się pól zachodzi w fali elektromagnetycznej. Stałe w czasie pole
magnetyczne nie wytwarza pola elektrycznego. Pole magnetyczne kołowe jest to przestrzeń,
której linie pola magnetycznego układają się we współśrodkowe okręgi. Pole takie jest
wytwarzane przez prostoliniowy przewodnik. Indukcja magnetyczna takiego pola jest większa
bliżej źródła.
Podobnie, jak w polu elektrycznym pole magnetyczne definiuje się przez siłę, jaka działa
na poruszający się ładunek w polu magnetycznym. W układzie SI siła ta wyraża się wzorem:
gdzie:
F – to wektory siły
x – iloczyn wektorowy,
q – ładunek elektryczny,
v – wektor prędkości ładunku,
B – wektor indukcji magnetycznej.
Wzór na siłę zapisany skalarnie:
Gdzie:
α – to kąt pomiędzy wektorem prędkości a indukcji magnetycznej. Ogólnie pole magnetyczne
jest to przestrzeń, w której działają siły magnetyczne.
Właściwościami pola elekromagnetycznego, jego oddziaływaniem z materią bada dział
fizyki zwany elektrodynamiką. Właściwości pól elektrycznych i magnetycznych opisują
równania Maxwella. Z równań tych wynika że:
1) źródłem pola elektrycznego są ładunki elektryczne (linie pola elektrycznego mogą
rozpoczynać się i kończyć na ładunkach),
2) pole magnetyczne jest bezźródłowe (linie sił pola magnetycznego są zamknięte),
3) zmienne w czasie pole magnetyczne wytwarza wirowe pole elektryczne (linie tego pola są
zamknięte),
4) przepływający prąd oraz zmienne pole elektryczne wytwarzają wirowe pole magnetyczne
(linie tego pola są zamknięte).
Wielkością charakteryzującą pole magnetyczne w danym miejscu jest indukcja
magnetyczna B. Jednostką indukcji magnetycznej jest tesla (T), tzn. indukcja o takiej wartości
której odpowiada działanie siły 1 N na przewód długości 1m (umieszczony prostopadle do linii
pola magnetycznego) przez który płynie prąd o wartości 1 A.
Am
N
T
1
1
=
,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
9
gdzie:
T – jednostka indukcji magnetycznej (Tesla),
N – jednostka siły (Niuton),
A – jednostka natężenia prądu (Amper),
m – jednostka długości (metr).
Indukcja magnetyczna jest wielkością wektorową mającą zwrot zgodny ze zwrotem linii
sił pola magnetycznego. Kierunek siły F, oddziaływania pola magnetycznego na przewodnik
przez który płynie prąd, wyznacza się za pomocą reguły „lewej dłoni”. Jeżeli lewa dłoń
ułożymy tak, aby linie pola magnetycznego B były skierowane ku wewnętrznej stronie dłoni,
a palce wskazywały kierunek prądu (I), to odchylony kciuk wskaże kierunek siły F
oddziaływania pola magnetycznego. W polu magnetycznym równomiernym strumień
magnetyczny oblicza się wg wzoru
gdzie:
B – wektor indukcji magnetycznej,
S – wektor normalny do powierzchni S, którego długość jest równa polu powierzchni S,
Φ – strumień magnetyczny,
α – kąt między wektorami B i S.
Rys. 2. Zobrazowanie wektora indukcji magnetycznej B w stosunku do powierzchni S [www.pl.wikipedia.org ]
Jednostką strumienia magnetycznego jest weber.
2
1
1
1
m
Tx
Wb
=
gdzie:
T – jednostka indukcji magnetycznej (Tesla),
Wb – jednostka strumienia magnetycznego (Weber),
m – jednostka długości (metr).
Prąd przepływający w przewodniku wytwarza wokół tego przewodnika pole magnetyczne.
Jeżeli równolegle umieścimy drugi przewodnik z prądem, to oba te przewodniki zaczną
oddziaływać na siebie, gdyż każdy z nich będzie w zasięgu pola magnetycznego drugiego
przewodnika. W przewodzie poruszającym się w polu magnetycznym lub w obwodzie
zamkniętym indukuje się siła elektromotoryczna. Zjawisko to nazywamy indukcją
elektromagnetyczną.
Indukcja
własna
jest
to
zjawisko
indukowania
się
siły
elektromagnetycznej w cewce pod wpływem zmian prądu płynącego przez tą cewkę. Jednostką
indukcyjności własnej jest Henr (H).
A
Vs
H
1
1
=
gdzie:
H – indukcyjność własna,
Vs – jednostka strumienia magnetycznego (1Wb=1Vx1s),
A – jednostka natężenia prądu.
,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
10
Indukcja wzajemna jest to zjawisko polegające na tym, iż prąd płynący w jednym
obwodzie zamkniętym może spowodować powstanie prądu w drugim obwodzie zamkniętym
pomimo, iż nie są one ze sobą połączone. Jeśli na wspólnym rdzeniu są nawinięte dwa nie
połączone ze sobą uzwojenia – pierwotne przez które płynie prąd stały i uzwojenie wtórne,
stanowiące oddzielny obwód – to linie pola magnetycznego wytwarzanego przez uzwojenie
pierwotne będą przecinać uzwojenia obwodu wtórnego. Z chwilą przerwania przepływu prądu
w uzwojeniu pierwotnym jego pole magnetyczne zanika, a w uzwojeniu wtórnym powstaje
chwilowe napięcie (płynie prąd). Jeżeli uzwojenie wtórne ma więcej zwojów niż pierwotne to
powstałe w nim napięcie będzie większe niż w uzwojeniu pierwotnym.
4.1.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Co to jest magnes?
2. Jakie bieguny posiada magnes i jak je oznaczamy?
3. Co to jest indukcja?
4. Jak powstaje indukcja elektromagnetyczna?
5. Co to jest pole magnetyczne i jak powstaje?
6. Jaki wzór opisuje strumień magnetyczny?
7. Co to są ciała diamagnetyczne?
8. Co to są ciała ferromagnetyczne?
9. Co określa reguła lewej dłoni?
10. Jak brzmi reguła lewej dłoni?
4.1.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Jaką siłę wykorzystuje się w silniku elektrycznym prądu stałego? Określ kierunek tej siły
na poniższym rysunku oraz omów zastosowaną regułę do określenia tej siły.
N
I
S
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) przeanalizować materiał nauczania,
2) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
3) zapisać wnioski na arkuszu papieru,
4) zaprezentować wykonane ćwiczenie.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
arkusz papieru,
−
przybory kreślarskie.
,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
11
Ćwiczenie 2
Z przedmiotów przygotowanych przez nauczyciela wybierz elektromagnes, omów budowę
i wyjaśnij działanie.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) przeanalizować materiał nauczania,
2) rozpoznać elektromagnes,
3) wyjaśnić sposób powstawania sił elektromotorycznych,
4) scharakteryzować działanie, zastosowanie,
5) zaprezentować wnioski na forum grupy.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
elementy wykorzystywanych w elektroenergetyce,
−
elektromagnes.
Ćwiczenie 3
Samochód jedzie w stronę wskazaną przez strzałkę na rysunku. Igła kompasu
uruchomionego przez kierowcę ustawiła się jak pokazuje rysunek. Samochód porusza się na:
a) północny wschód,
b) północny zachód,
c) południowy zachód,
d) południowy wschód.
Wyjaśnij, dlaczego kompas wykorzystuje się do wskazywania kierunków geograficznych?
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) przeanalizować materiał nauczania,
2) przeanalizować rysunek,
3) określić prawidłowa odpowiedz,
4) udzielić odpowiedzi na dodatkowe pytanie,
5) zaprezentować wykonane zadanie.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
arkusz papieru,
−
przybory do pisania.
,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
12
4.1.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak
Nie
1) scharakteryzować materiały należące do grupy ferromagnetyków?
□
□
2) wyjaśnić regułę lewej dłoni?
□
□
3) określić kierunek przebiegania siły elektromotorycznej?
□
□
4) wyjaśnić, co to jest indukcja i jak powstaje?
□
□
5) oznaczyć bieguny magnesów?
□
□
6) wytłumaczyć, jak powstaje pole magnetyczne?
□
□
,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
13
4.2. Budowa maszyn i urządzeń elektrycznych
4.2.1. Materiał nauczania
Maszyna elektryczna jest urządzeniem, w którym za pośrednictwem pola magnetycznego
jest przetwarzana energia:
−
mechaniczna na elektryczną (w prądnicach),
−
elektryczna na mechaniczną (w silnikach),
−
elektryczna, o określonych parametrach, na energię elektryczną o innych parametrach
(np. w transformatorach).
Maszyny i urządzenia powinny być tak konstruowane i budowane aby zapewniały
bezpieczne i higieniczne warunki pracy, a w szczególności zabezpieczały pracownika przed
urazami, działaniem wibracyjnym, działaniem promieniowania, porażeniem prądem
elektrycznym itp.
Podstawowymi maszynami i urządzeniami elektrycznymi są:
−
transformatory,
−
prądnice,
−
silniki.
Transformator to maszyna elektryczna służąca do przenoszenia energii elektrycznej prądu
przemiennego drogą indukcji z jednego obwodu elektrycznego do drugiego. Oba obwody są
zazwyczaj odseparowane galwanicznie – co oznacza, że nie ma połączenia elektrycznego
pomiędzy uzwojeniami, a energia przekazywana jest przez pole magnetyczne. Wyjątkiem jest
autotransformator, w którym uzwojenie pierwotne i uzwojenie wtórne posiadają część wspólną
i są ze sobą połączone galwanicznie.
Rys. 3. Schemat budowy transformatora [12]
,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
14
Transformator zbudowany jest z dwóch lub więcej cewek (zwanych uzwojeniami)
nawiniętych na wspólny rdzeń magnetyczny wykonany z materiału ferromagnetycznego. Jedno
z uzwojeń (zwane pierwotnym), podłączone jest do źródła prądu przemiennego, co powoduje
w nim przepływ prądu przemiennego. Przemienny prąd wywołuje powstanie zmiennego pola
magnetycznego, pole to przenika przez pozostałe cewki (zwane wtórnymi) i w wyniku indukcji
elektromagnetycznej powstaje w nich zmienna siła elektromotoryczna (napięcia). Dla
transformatora idealnego pomijalny jest opór uzwojeń. Cały strumień magnetyczny
wytworzony w uzwojeniu pierwotnym przenika przez uzwojenie wtórne. Przy takich
założeniach obowiązuje wzór:
gdzie:
U – napięcie elektryczne,
I – prąd elektryczny,
n – liczba zwojów,
wej – strona pierwotna (stosuje się oznaczenie również 1),
wyj – strona wtórna (stosuje się oznaczenie również 2).
Poniższy stosunek nazywamy przekładnią transformatora:
gdzie:
z – przekładnia transformatora,
n – liczba zwojów,
n
wej
– strona pierwotna (stosuje się oznaczenie również 1),
n
wyj
– strona wtórna (stosuje się oznaczenie również 2).
Istnieją też transformatory, w których jedno uzwojenie jest częścią drugiego
(autotransformatory), o większej liczbie uzwojeń oraz o wielu wyprowadzeniach z tego samego
uzwojenia. Uzwojeń może być kilka.
W systemach prądu wielofazowego (np. trójfazowego) stosuje się transformatory
wielofazowe (trójfazowe). W transformatorach takich rdzenie poszczególnych faz mogą mieć
części wspólne. Nie jest to jednak warunek konieczny, ponieważ np. w sieciach wysokiego
napięcia stosuje się transformatory jednofazowe (po jednym na każdą fazę).
Transformatory elektroenergetyczne dla niskich napięć izolowane są powietrzem, dla
wyższych napięć stosuje się olej transformatorowy, pełniący równocześnie funkcje chłodzące.
Dodatkowo transformatory dużej mocy wyposażone są w radiatory (umożliwiają szybsze
odprowadzenie ciepła) oraz wentylatory, jak również wyposażane są w rozbudowane systemy
zabezpieczeń.
W urządzeniach gospodarstwa domowego transformatory wykorzystywane najczęściej są
jako przekładniki napięciowe z wyższego na niższe napięcie (z 230 V na np. 12 V) do zasilania
np. radiomagnetofonów, telewizorów, domofonów, alarmów, dzwonków itp. W maszynach
transformatory są wykorzystywane do zasilania np. tablic sterujących lub pulpitów sterujących
,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
15
tymi maszynami (obniżone napięcie uzyskane z transformatora steruje automatyką
i elementami elektrycznymi w maszynie).
Prądnice prądu stałego i zmiennego
Prądnica to maszyna elektryczna zamieniająca energię mechaniczną na energię
elektryczną. Wytwarzanie energii elektrycznej odbywa się w prądnicach w wyniku ruchu
przewodnika względem pola magnetycznego czyli indukcji elektromagnetycznej. Ze względu
na rodzaj wytwarzanego prądu, prądnice (maszyny elektryczne) klasyfikuje się na:
Rys. 4. Schemat podziału maszyn elektrycznych (silników, prądnic) [opracowanie własne]
Prądnica prądu przemiennego, (generator prądu przemiennego) to maszyna elektryczna
przetwarzająca energię mechaniczną, pobieraną z zewnętrznego urządzenia napędzającego
prądnicę, na energię elektryczną w postaci przemiennego prądu. Do tego celu wykorzystuje się
zjawisko indukowania siły elektromotorycznej w wyniku ruchu przewodnika w polu
magnetycznym indukcji elektromagnetycznej lub odwrotnie – ruchu pola magnetycznego
względem uzwojeń. Prądnice prądu przemiennego dzielą się ze względu na różnice
w konstrukcji: na asynchroniczne i synchroniczne oraz ze względu na liczbę faz na
jednofazowe i wielofazowe.
Prądu
stałego
Prądu
przemiennego
Asynchroniczne
Synchroniczne
Indukcyjne
Komutatorowe
Pierścieniowe
Klatkowe
Maszyny
elektryczne
,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
16
Rys. 5. Schemat budowy prądnicy synchronicznej [12]
Maszyna synchroniczna jest maszyną odwracalną to znaczy ze może pracować jako
prądnica, ale również jako silnik synchroniczny stosowany do napędu tam gdzie jest potrzebne
utrzymywanie stałej prędkości obrotowej. Maszyny synchroniczne występują w dwóch
odmianach konstrukcyjnych: obcowzbudne i samowzbudne. Maszyny obcowzbudne mają
doprowadzane napięcie na uzwojenie wzbudzenia z poza prądnicy. Maszyny samowzbudne
mają doprowadzane napięcie stałe na uzwojenie wzbudzenia, z tak zwanej wzbudnicy
zintegrowanej z prądnicą.
Prądnica prądu stałego – w skrócie często zwana prądnicą, składa się z części nieruchomej
zwanej stojanem oraz części ruchomej, zwanej wirnikiem. Wirnik służy do wytwarzania prądu
elektrycznego. Wiruje on w polu magnetycznym wytwarzanym przez magnes stały lub
elektromagnes - uzwojenie stojana zasilane zewnętrznym źródłem prądu stałego. Prąd
elektryczny jest odbierany z komutatora znajdującego się na osi wirnika poprzez szczotki
grafitowe, umieszczone w szczotkotrzymaczach przymocowanych do obudowy.
Prądnice prądu stałego były stosowane w pojazdach do zasilania urządzeń elektrycznych
pojazdu oraz ładowania akumulatora rozruchowego. Rozwój technologii półprzewodnikowych
stosowanych jako układy prostownicze spowodował, że zostały jednak stopniowo wyparte
przez alternatory, charakteryzujące się większą wydajnością i niezawodnością oraz mniejszymi
gabarytami. Alternator jest znacznie wydajniejszy i bardziej niezawodny od prądnicy prądu
stałego, gdyż w przeciwieństwie do prądnicy, główne uzwojenia robocze są umieszczone
w stojanie, a nie w wirniku, dzięki czemu nie ma potrzeby stosowania komutatora. Występują
jedynie, do których poprzez szczotki i pierścienie ślizgowe doprowadzany jest prąd do
uzwojenia wzbudzenia – w wirującej magneśnicy. Alternator jest wzbudzany podobnie do
prądnicy prądu zmiennego przez uzwojenia wirnika, ale w alternatorze jest jedno uzwojenie
nawinięte osiowo, a wykonane z ferromagnetyka elementy rdzenia kształtują odpowiednio pole
magnetyczne tak, aby podczas obrotu wirnika zmieniało się pole magnetyczne przenikające
przez uzwojenia statora (stojana).
Dla zapewnienia współpracy z akumulatorem, który wymaga napięcia stałego, alternator
posiada wbudowany prostownik na diodach krzemowych. W niektórych rozwiązaniach
konstrukcyjnych zawiera też wbudowany regulator napięcia.
,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
17
Silnik elektryczny to maszyna elektryczna, za pośrednictwem której następuje zamiana energii
elektrycznej na energie mechaniczną. Na naszym rynku występuje kilka rodzajów silników
elektrycznych. Można dokonać ich klasyfikacji, ze względu na:
−
sposób zasilania,
−
prędkość obrotową,
−
zastosowanie i budowę specjalną.
Wyróżniamy dwa sposoby zasilania silników zasilanie silników napięciem stałym
i przemiennym. Zastosowanie silników jest bardzo szerokie ze względu na wysoką ogólną
sprawność energetyczną. Silniki stosuje się powszechnie w gospodarstwach domowych,
przemyśle, transporcie, rolnictwie, itd. Silniki wykorzystywane są do napędzania maszyn,
pojazdów, jak i do sterowania mechanicznego różnymi rodzajami procesów np. taśmy
produkcyjne itp. Kolejnych etapem rozwoju układów napędowych jest zastosowanie
„hybrydowych napędów” w pojazdach mechanicznych. Połączenie silnika spalinowego
z silnikiem elektrycznym skutkuje pozytywnymi efektami ekonomicznymi, jak i również
ekologicznymi.
Silnik asynchroniczny (silnik prądu przemiennego) składa się z 2 podstawowych części:
nieruchomego stojana i ruchomego wirnika. Przemienny prąd w symetrycznym trójfazowym
uzwojeniu stojana powoduje powstanie zmiennego pola magnetycznego dla każdej z faz w taki
sposób, że wypadkowe pole magnetyczne jest polem wirującym. Pole to, w wyniku indukcji
elektromagnetycznej (stąd inna nazwa silnika silnik indukcyjny) wywołuje prąd elektryczny
w uzwojeniach wirnika. Oddziaływanie uzwojeń stojana i wirnika wywołuje powstanie
momentu elektromagnetycznego i ruch wirnika. W wirniku powstaje prąd indukcyjny, jeżeli
obraca się on z prędkością inną niż prędkość wirowania pola magnetycznego. W typowych
silnikach przy obciążeniu znamionowym, jest to o około 4% mniej niż szybkość wirowania
pola magnetycznego. Występuje zjawisko zwane poślizgiem. Silnik asynchroniczny bez
obciążenia uzyskuje obroty prawie równe obrotom silnika synchronicznego (poślizg=1%).
Efekt wirowania pola jest uzyskiwany automatycznie w instalacjach trójfazowych.
W instalacjach jednofazowych konstruuje się układy uzwojeń, w których płynie prąd
z przesunięciem fazowym, co uzyskuje się przez zasilanie jednej fazy uzwojenia przez
kondensator lub dodatkowe uzwojenie zwarte.
Prędkość obrotowa silnika zależy od prędkości wirowania pola stojana. Prędkość
wirowania pola stojana zależy od częstotliwości napięcia zasilania oraz od konstrukcji uzwojeń
(tzw. liczby par biegunów).
Uzwojenia wirnika mogą być wewnętrznie połączone (zwarte – silnik zwarty) lub ich
końcówki są przyłączone do pierścieni ślizgowych przekazujących przez szczotki prąd na
zewnątrz silnika (silnik pierścieniowy). Wyprowadzone na zewnątrz uzwojenia są połączone
przez oporniki lub zwarte. Oporniki podłącza się na czas rozruchu silnika, następnie zmniejsza
się opór i zwiera uzwojenia.
Oporniki ograniczające prąd uzwojeń wirnika stosuje się w celu zwiększenia momentu
obrotowego i zmniejszenia prądu pobieranego przez silnik, aby nie przeciążyć instalacji
zasilającej szczególnie podczas rozruchu silnika lub w celu uzyskania łagodnego startu silnika.
Szczególnym
przypadkiem
silnika
zwartego
(obecnie
najwięcej
jest
takich
produkowanych), jest silnik klatkowy. Rdzeń wirnika w takim silniku ma kształt klatki, stąd
angielska nazwa – squirrel cage motor. Rdzeń wirnika otrzymuje się poprzez zalanie klatki
aluminium lub szczególnie w silnikach większych mocy, klatka wykonana jest ze spawanych
mosiężnych prętów. Silnik klatkowy charakteryzuje wyjątkowo wysoka trwałość, brak
przekazywania prądu do części ruchomych przez styki. Takie rozwiązanie eliminuje iskrzenie,
a także zużywanie się szczotek. Jedynymi elementami podlegającymi zużyciu w silniku
klatkowym są łożyska. Jego wadą jest trudny rozruch: przy dużym (bliskim znamionowemu)
obciążeniu, silnik może w ogóle nie ruszyć z miejsca, natomiast przy niewielkim lub braku
,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
18
L1
L2
W1
L3
V1
U1
V2
U2
W2
L1
L2
W1
L3
V1
U1
V2
U2
W2
obciążenia rusza bardzo gwałtownie. Regulacja prędkości obrotowej przy zasilaniu
bezpośrednio z sieci jest niemożliwa.
W sieci energetycznej w Polsce prąd elektryczny ma częstotliwość 50 Hz, co odpowiada
prędkości synchronicznej 3000 obrotów na minutę, a obrotowa prędkość znamionowe silnika
asynchronicznego 2800 – 2900 obr/min. Najpopularniejsze są silniki o dwóch parach
biegunów, których prędkość obrotowa synchroniczna wynosi 1500 obr/min, zaś prędkości
znamionowe zawierają się w granicach 1410 -1480 obr/min.
Największymi wadami silnika asynchronicznego jest brak bezpośredniej możliwości
regulacji prędkości obrotowej, a w silnikach klatkowych także gwałtowny rozruch.
Zastosowanie silników pierścieniowych umożliwia regulowanie prędkości obrotowej
silnika podczas rozruchu, co umożliwia jej dostosowanie do warunków obciążenia.
Zastosowanie oporników włączanych w obwód uzwojeń wirnika umożliwiało łagodny rozruch.
Obecnie powszechnie stosowanym rozwiązaniem, mającym na celu ograniczenie prądu
podczas rozruchu, jest podłączanie uzwojeń silnika na czas rozruchu w gwiazdę, a po
uzyskaniu znamionowej prędkości obrotowej– przełączenie uzwojeń w trójkąt. Połączenie
w gwiazdę zmniejsza moc silnika i może być stosowane także podczas pracy silnika, jeżeli nie
ma zapotrzebowania na moc. Sposób połączenia zacisków końcówek uzwojeń silnika na
rysunku nr 6.
Rys. 6. Schemat połączenia końcówek zacisków uzwojenia maszyny w gwiazdę (rysunek A) i w trójkąt
(rysunek B) [opracowanie własne]
Aby poprawić parametry rozruchowe silników klatkowych, zmodyfikowano kształt klatki
wirnika, dlatego powstały wirniki dwuklatkowe i głębokożłobkowe. W silnikach
dwuklatkowych występują dwa zestawy prętów: zewnętrzne – mają mniejszą średnicę,
natomiast wewnętrzne, mają średnicę większą. Są to dwie klatki, jedna umieszczona wewnątrz
drugiej. W wirnikach głębokożłobkowych zasadniczą rolę odgrywa kształt zastosowanych
prętów. W silnikach z wirnikami dwuklatkowymi i głębokożłobkowymi w czasie rozruchu
występuje tzw. zjawisko wypierania prądu, powodujące zmniejszenie prądu rozruchowego.
Regulacji prędkości obrotowej można dokonać przez łączenie silników pierścieniowych
z prądnicą i silnikiem prądu stałego w układ Leonarda. Rozwiązanie to stosowane było tylko
w silnikach dużej mocy. Stosowane są też układy uzwojeń, w których, w zależności od
podłączenia uzyskiwano różną liczbę biegunów, a tym samym i różne obroty. Silniki z takimi
układami są stosowane w pralkach automatycznych, uzyskując małe obroty podczas prania,
a duże podczas wirowania.
Wraz z rozwojem elektroniki, a w szczególności tranzystorów mocy, mikroprocesorów,
zaczęto stosować układy łagodnego rozruchu (soft start) oraz regulować prędkość obrotową
przemiennikami częstotliwości. Rozwój technologiczny i spadek kosztów układów
falownikowych są przyczyną coraz częstszego stosowania tego typu urządzeń dla silników
klatkowych. Układy z regulacją obrotów, umożliwiają uzyskanie znacznych oszczędności
A
B
,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
19
energii, ponieważ zastępują układy, w których maszyna (pompa, wentylator) pracowała
cyklicznie, natomiast przepływ energii elektrycznej był dławiony lub tracony.
Maszyny prądu stałego są obecnie stosowane głównie jako silniki rozruchowe
(rozruszniki) w pojazdach mechanicznych. Spotyka się jeszcze w pojazdach starszych prądnice
jednak zostały one wyparte przez alternatory. Duże możliwości sterowania prędkością
obrotową i momentem w silniku prądu stałego powodują, że zainteresowanie tego typu
napędem elektrycznym nie maleje. Ograniczony jest jednak dostęp do źródeł prądu stałego
większej mocy. Ogólnie dostępna jest jedynie sieć elektroenergetyczna prądu przemiennego,
ale dzięki tyrystorowym układom prostowniczym uzyskuje się zasilanie silnika prądu stałego.
Maszyny i urządzenia rolnicze są wyposażane w odbiorniki prądu, wykorzystujące energię
elektryczną do napędzania elementów roboczych maszyny czy urządzenia, aby maszyna
wykonywała określone ruchy robocze (lub wirowe), zgodnie z jej założeniami
technologicznymi. Użycie w gospodarstwie maszyn powoduje usprawnienie procesów
produkcji i zwiększa wydajność. Typowymi odbiornikami elektrycznymi stanowiącymi
wyposażenie technologiczne maszyn i urządzeń są silniki elektryczne prądu stałego i prądu
przemiennego zasilane napięciem jednofazowym i trójfazowym oraz osprzęt maszyn w postaci
czujników lampek kontrolnych mierników i oświetlenia. Wszystkie te odbiorniki mają na celu
usprawnienie funkcjonowania maszyn i urządzeń rolniczych, wyeliminowania przenoszenia
napędów na znaczne odległości, zmniejszenie masy mechanizmów napędowych, zwiększenie
wydajności produkcji oraz uchronienie operatora przed wypadkiem. Osprzęt elektryczny
maszyn wymaga także zabezpieczenia przeciwporażeniowego, zwłaszcza gdy nie jest zasilany
napięciem bezpiecznym. Zabezpieczenia mają na celu uchronić operatora przed porażeniem
prądem elektrycznym, który jest używany do napędu odbiorników elektrycznych.
Takim podstawowym ochronnikiem porażeniowym jest uziemienie maszyny oraz
izolowanie elementów będących pod napięciem jak i ochrona maszyny przed nadmierną
wilgocią poprzez zastosowanie osłon i dodatkowej izolacji elementów będących pod
napięciem.
Analizując rodzaje i typy odbiorników w maszynach i pojazdach rolniczych posługujemy
się instrukcjami obsługi określonej maszyny czy też urządzenia. Instrukcja zawiera informacje
dotyczące obwodu elektrycznego maszyny, odbiorników elektrycznych, o parametrach pracy
odbiorników jak i całej maszyny oraz przedstawia sposób podłączenia maszyny do instalacji
elektrycznej, jak również informuje, kto może dokonać takiego podłączenia. Niekiedy
podłączenia maszyny do zasilania musi dokonać osoba mająca odpowiednie uprawnienia
elektryczne.
Odbiorniki elektryczne, takie jak prądnice i silniki prądu stałego i przemiennego, muszą
być diagnozowane i kontrolowane okresowo, aby sprawdzić poprawność ich funkcjonowania.
Do tego celu używa się mierników elektrycznych umożliwiających dokonanie pomiaru takich
wartości jak:
−
napięcie,
−
natężenie prądu,
−
oporność (rezystancja),
−
moc.
Pomiaru tych parametrów dokonujemy z zachowaniem przepisów bhp i zachowując
szczególną ostrożność. Pomiarów dokonujemy podczas gdy odbiorniki są zasilane napięciem
niekiedy bardzo wysokim będącym zagrożeniem dla zdrowia i życia człowieka. Przed
przystąpieniem do pomiarów należy zapoznać się z instrukcją obsługi oraz wzorcowymi
parametrami jakie odbiornik elektryczny powinien posiadać, zgodnie z zaleceniami producenta.
,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
20
Pomiarów wartości parametrów odbiorników elektrycznych dokonujemy, zgodnie ze sposobem
zalecanym przez producenta wybranego miernika. Odpowiedni dobór miernika, jego zakresu
pomiarowego, jest podstawą wykonania pomiaru. Napięcie mierzyny na zaciskach odbiornika
prądu za pomocą woltomierza, natężenie prądu mierzymy za pomocą amperomierza,
a oporność mierzymy na pomocą omomierza. Na rynku są dostępne mierniki uniwersalne
zwane multimetrami. Za pomocą tego miernika możemy dokonać wszystkich pomiarów.
Mierniki te często ulęgają uszkodzeniu na skutek złego przygotowania miernika do pomiaru
poprzez nieumiejętne dobranie zakresu pomiarowego, lub przełączenie mierzonej wielkości.
Pomiaru mocy odbiornika dokonujemy najczęściej pośrednio, poprzez pomiar napięcia
jakim jest odbiornik zasilany i natężenia prądu jakie pobiera odbiornik. Na początku należy
określić, jakim rodzajem prądu jest zasilany odbiornik (stały czy przemienny). Dokonujemy
pomiaru wartości napięcia jakim jest zasilany odbiornik poprzez podłączenie równoległe
woltomierza do zacisków, pod które jest podpięte zasilanie odbiornika i odczytujemy wynik
pomiaru, który należy zapisać. Następnie wykonujemy pomiar poboru prądu przez odbiornik,
podpinając szeregowo amperomierz do instalacji zasilającej i odczytujemy wynik pomiaru.
Znając te dwie wartości, podstawiamy do wzorów w zależności od rodzaju prądu. Dla prądu
stałego wzór na moc ma postać:
gdzie:
U – wartość napięcia,
I – wartość natężenia prądu,
R – rezystancja.
W odbiornikach prądu zmiennego, który może zawierać rezystancję i reaktancję, moc jest
iloczynem napięcia [U] i natężenia prądu [I] oraz cosinusa kąta przesunięcia fazowego [φ]
pomiędzy napięciem i natężeniem prądu, co określa wzór:
gdzie:
U – wartość napięcia,
I – wartość natężenia prądu,
cosΦ – przesuniecie fazowe.
Gdy odbiornik jest rezystancją i nie zawiera reaktancji, to Φ=0, z czego wynika, że cosΦ=1
wówczas:
Gdy odbiornik jest czystą reaktancją i nie zawiera rezystancji, to cosΦ=0 i wówczas moc
jest równa 0:
,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
21
Dokonując pomiaru mocy odbiornika prądu, aby ją określić, musimy dokonać pomiaru
napięcia i natężenia prądu jakie określony odbiornik pobiera z źródła zasilania i otrzymane
wartości podstawić do odpowiednich wzorów, a otrzymany wynik będzie określał moc
odbiornika wyrażoną w Watach.
Niejednokrotnie, aby dokonać pomiarów musimy usunąć obudowę lub izolację. Po
dokonaniu pomiarów należy pamiętać o sprawdzeniu stanu połączeń obwodów elektrycznych,
do których są podłączone odbiorniki elektryczne. Sprawdzenie stanu połączeń wykonujemy
głównie za pomocą wizualnej oceny, określając braki, przecięcia, zużycia izolacji. Czynności
te dokonujemy gdy obwód elektryczny nie jest zasilany. Należy zwrócić uwagę, czy wszystkie
zaciski są po zamocowane z odpowiednią siłą.. W przypadku uszkodzonej izolacji usuwamy
część starej i nakładamy nawą używając taśm izolacyjnych lub tworzyw termokurczliwych.
Sprawdzamy ułożenie przewodów instalacyjnych. Zaleca się, aby wszystkie przewody były
prowadzone w osłonach i mocowane do korpusów tak, aby nie drgały samoczynnie, co może
spowodować przetarcie lub przerwanie na skutek zmęczenia mechanicznego przewodu.
Niejednokrotnie, sprawdzenie poprawności połączeń obwodów elektrycznych nie
wystarczy. Należy sprawdzić również czynniki zewnętrzne, ponieważ mają one wpływ na
poprawne działanie maszyny elektrycznej.
Pierwszym takim czynnikiem jest źródło energii zasilania maszyny. W przypadku
niedomagań źródła energii mogą to być usterki objawiające się np. zbyt niskim napięciem
zasilania, brakiem napięcia zasilania w jednej z faz, dużym wahaniom napięcia. Maszyna
elektryczna (odbiornik) nie może pracować poprawnie i występuje zagrożenie uszkodzenia
maszyny. Z tego powodu oprócz sprawdzania parametrów maszyny należy sprawdzać
parametry źródła zasilania. Kolejnym czynnikiem zewnętrznym oddziaływującym na pracę
maszyny są warunki atmosferyczne. W przypadku, kiedy wilgotność przekracza 90%, może
nastąpić uszkodzenie maszyny lub mogą występować przebicia napięcia na obudowę maszyny,
co jest niebezpiecznym zjawiskiem dla operatora maszyny. Zaleca się aby maszyny były
chronione przed kontaktem z wodą (wilgocią i deszczem). Jeśli maszyna jest przeznaczona do
pracy w wyższej wilgotności powietrza, to taka informacja jest zamieszczona w instrukcji
obsługi maszyny. W takim przypadku konstrukcja maszyny musi być tak wykonana, aby jej
elementy będące pod napięciem były dokładnie zabezpieczone przed kontaktem z wodą.
Wyładowania atmosferyczne to kolejny czynnik zewnętrzny, który ma bardzo znaczący
wpływ na funkcjonowanie maszyn i urządzeń elektrycznych. W momencie gdy energia
elektryczna pochodząca z wyładowania elektrycznego dostanie się do sieci energetycznej
występują gwałtowne skoki napięcia zasilającego odbiorniki. Skutkiem takiego zjawiska są
najczęściej uszkodzenia izolacji odbiorników, w przypadku kiedy sieć nie jest odpowiednio
zabezpieczona. Podczas wyładowań atmosferycznych zaleca się przerwanie pracy maszyn
elektrycznych zasilanych z sieci, która nie posiada odpowiedniego zabezpieczenia
przepięciowego, aby uchronić maszynę przed uszkodzeniem.
4.2.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Co to jest maszyna elektryczna?
2. Jak klasyfikujemy maszyny elektryczne?
3. Co to jest maszyna odwracalna?
4. Co oznacza rozruch z przełącznikiem gwiazda/trójkąt?
5. W jakich warunkach stosuje się rozruch gwiazda /trójkąt?
6. Jakie znasz elementy konstrukcyjne prądnicy?
7. Jakie znasz elementy konstrukcyjne transformatora?
8. Jak klasyfikujemy silniki elektryczne?
,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
22
9. Co to jest przekładnia transformatora?
10. Jak obliczamy przekładnię transformatora?
11. Jaka jest zasada działania prądnicy?
12. Jaka jest zasada działania transformatora?
4.2.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Na rysunku pokazano zaciski końcówek uzwojenia maszyny elektrycznej asynchronicznej.
Narysuj połączenie zacisków, tak aby można było wykonać rozruch maszyny w układzie
zasilania połączeń w gwiazdę na pierwszym rysunku i w trójkąt na drugim rysunku. Wyjaśnij,
w jakich warunkach stosuje się taki rozruch w maszynach asynchronicznych.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) przeanalizować materiał nauczania,
2) narysować schemat połączeń,
3) dokonać analizy narysowanego schematu,
4) zaprezentować wykonane ćwiczenie na forum grupy.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
arkusz papieru,
−
przybory do pisania,
−
przybory kreślarskie,
−
materiały dydaktyczne przedstawiające przykładowe schematy.
Ćwiczenie 2
Uzwojenie pierwotne transformatora ma 1600 zwojów, a wtórne 400. Transformator ten:
a) zwiększa napięcie 2 razy,
b) zmniejsza napięcie 2 razy,
c) zwiększa napięcie 4 razy,
d) zmniejsza napięcie 4 razy.
Uzasadnij odpowiedź, wyjaśnij zasadę działania transformatora.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) przeanalizować materiał nauczania,
2) uzasadnić rozwiązanie ćwiczenia na arkuszu papieru,
3) zaprezentować wykonane ćwiczenie.
L1
L2
W1
L3
V1
U1
V2
U2
W2
L1
L2
W1
L3
V1
U1
V2
U2
W2
,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
23
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
arkusz papieru,
−
przybory do pisania.
Ćwiczenie 3
Rozpoznaj elementy prądnicy prądu stałego. Wyjaśnij jakie zadanie spełniają poszczególne
elementy.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) przeanalizować materiał nauczania,
2) rozpoznać elementy prądnicy,
3) scharakteryzować poszczególne elementy prądnicy,
4) zapisać charakterystykę elementów na arkuszu papieru,
5) zaprezentować wykonane ćwiczenie.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
arkusz papieru,
−
przybory do pisania,
−
przekrój prądnicy prądu stałego,
−
materiał nauczania.
4.2.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak
Nie
1) powiedzieć jakie wyróżniamy maszyny elektryczne?
□
□
2) powiedzieć jakie funkcje pełnia maszyny i urządzenia elektryczne?
□
□
3) wymienić elementy transformatora?
□
□
4) wymienić elementy prądnicy prądu stałego?
□
□
5) obliczyć przekładnię transformatora?
□
□
6) wykonać połączenia zacisków końców uzwojeń maszyny
asynchronicznej do rozruchy gwiazda/trójkąt?
□
□
,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
24
4.3. Bezpieczeństwo pracy podczas obsługi maszyn i urządzeń
elektrycznych
4.3.1. Materiał nauczania
W czasie użytkowania maszyn i urządzeń elektrycznych pracownik jest narażony na różne
zagrożenia należą do nich:
−
zagrożenia mechaniczne – zagrożenie czynnikiem fizycznym, które mogą być przyczyną
urazów powodowanych mechanicznym działaniem części maszyn narzędzi przedmiotów
obrabianych lub wyrzucanych materiałów stałych lub płynnych. Do podstawowych
rodzajów zagrożeń mechanicznych należą zagrożenia: zgniecenia, wplatania, uderzenia,
przekucia, starcia, obtarcia. Mogą one być stworzone przez części maszyn, lub obrabiane
przedmioty. Zagrożenia powstałe na skutek poślizgnięcia, potknięcia, upadku pracownika
związane z maszynami,
−
zagrożenia elektryczne – mogą spowodować uraz lub śmierć wskutek porażenia prądem
elektrycznym lub poparzenia a także powodować upadki osób w wyniku szoku
wywołanego porażeniem. Zagrożenie może mieć charakter bezpośredni gdy przez
organizm przepływa prąd lub pośredni np.: oparzenie łukiem elektrycznym, uszkodzenie
oczu itp. Najmniejszą odporność wykazuje organizm ludzki na prąd przemienny
o częstotliwości 15-100 z. Objawami rażenia przy tych wartościach częstotliwości, są
skurcze mięsni ludzkich i migotanie komór serca (fibrylacja). Prąd stały działa na
organizm ludzki słabiej niż prąd przemienny o częstotliwości 50 z (częstotliwość w sieci
energetycznej) i nie powoduje reakcji skurczowych – działa powierzchniowo i nie wnika
w głąb tkanek ciała. Skutki porażania prądem elektrycznym zależą od wartości czasu
trwania oraz drogi przepływu przez ciało człowieka. Prawdopodobieństwo szkodliwych
następstw jest tym mniejsze im mniejsza jest wartość prądu i im krótszy jest czas jego
przepływu przez organizm. Najbardziej niebezpieczna droga przepływu prądu przez
organizm człowieka jest droga rażenia przebiegająca przez serce i ośrodki nerwowe a więc
ręka – ręka, ręce – nogi, głowa – ręka,
−
zagrożenia termiczne – mogące spowodować spalenia i oparzenia powodowane
dotknięciem przedmiotów lub materiałów o bardzo wysokiej temperaturze, działaniem
płomienia, wybuchy i promieniowanie źródeł ciepła. Zagrożenia termiczne mogą
powodować pogorszenia stanu zdrowia powodowane gorącymi lub zimnymi
środowiskami,
−
zagrożenia powodowane hałasem – mogą spowodować trwałe upośledzenia słuchu, szum
w uszach, zmęczenie, stres oraz inne skutki jak zaburzenia równowagi obniżenie
świadomości, ograniczenie posługiwania się mową i odbierania sygnałów akustycznych,
−
zagrożenia powodowane wibracja – mogą powodować poważne zaburzenia jak np.
niedokrwienie palców, zaburzenia neurologiczne, kostno-stawowe, naczyniowe, lumbago
czy rwę kulszową,
−
zagrożenia
powodowane
promieniowaniem
–
wywołane
przez
różne
źródła
promieniowania
jonizującego
lub
nie
jonizującego (o niskiej częstotliwości,
o częstotliwości radiowej i mikrofalowej, podczerwonego, światła widzialnego,
nadfioletowego),
−
zagrożenia powodowane materiałami i substancjami – przetwarzanymi, zużywanymi lub
wyrzucanymi przez maszyny, a także materiały stosowane do budowy maszyn. Mogą one
spowodować zagrożenia wynikające z kontaktu lub wdychania cieczy i gazów, mgieł pary
i pyłów mających właściwości szkodliwe, trujące, drażniące.
,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
25
−
zagrożenia powodowane nieprzestrzeganiem ergonomii – w projektowaniu maszyn dobiera
się parametry i zasadę działania w taki sposób aby uwzględniając właściwości i zdolności
człowieka nie narazić go na nadmierny wysiłek oraz zapewnić wysoki komfort pracy.
Maszyny są tak konstruowane aby nie zagrażały życiu człowieka jednak nie są doskonałe
i wykorzystując je niezgodnie z przeznaczeniem możemy narazić się na zagrożenia
zdrowia i życia. Złe użytkowanie maszyn i urządzeń takie jak np. nieprawidłowa pozycja
przy maszynie, nadmierny powtarzający się wysiłek, nadmierne obciążenie umysłowe
podczas wykonywania pracy mogą spowodować zagrożenia zdrowia i życia.
Bezpieczeństwo podczas eksploatacji w dużej mierze zależy od przygotowania operatora
do pracy jak i od przestrzegania zasad bezpiecznej pracy wymaganych przy obsłudze danej
maszyny. Każda z maszyn powinna być wyposażona w instrukcje obsługi w języku polskim,
pozwalająca jasno określić zasady bezpiecznej pracy. W przypadku gdy maszyna nie jest
wyposażona w instrukcje obsługi i nie posiada certyfikatu na znak bezpieczeństwa zgodny
z EN oraz nie spełnia podstawowych wymagań technicznych nie może zostać dopuszczona do
eksploatacji. Odpowiedzialnością pod rygorem kary wynikającej z Kodeksu Pracy jest
obciążany pracodawca.
Najczęściej występującymi wypadkami przy obsłudze maszyn i urządzeń elektrycznych są
porażenia prądem. Dlatego też stosuje się wszystkie możliwe zabezpieczenia ograniczające
częstotliwość występowania zdarzeń. W poniższej tabeli przedstawiono objawy działania
prądu przemiennego na organizm człowieka.
Tabela 1. Objawy działania na człowieka prądu przemiennego 50-60 Hz [6, s. 200]
Skuteczna wartość
prądu 50-60 Hz [mA]
Czas działania
prądu
Objawy
0-1
nieokreślony
Prąd niewyczuwalny
do 15
nieokreślony
W miarę wzrostu prądu coraz silniejsze skurcze
mięśni aż do objawów bólu
15-30
do 0,5 min
Sliny skurcz ramion utrudniony oddech granice
wytrzymałości
30-50
do 1 min
Nieregularność pracy serca, utrata przytomności
migotanie komór serca
50 do kilkuset
ok. 0,75
Silny wstrząs, znamiona prądowe, zaburzenie
systemu nerwowego, utrata przytomności.
Podstawowymi przyczynami porażeń są wadliwa budowa urządzenia, uszkodzenie izolacji
i pojawienie się napięcia na elementach urządzenia na których w trybie normalnej pracy nie
występuje, nieprzestrzeganie przepisów o eksploatacji i bezpieczeństwie pracy. Z tego względu
stosuje się ochronę przeciwporażeniową w postaci:
−
zabezpieczeń przed dotykiem bezpośrednim (ochrona podstawowa),
−
zabezpieczeń przed dotykiem pośrednim,
−
zabezpieczenia
przez
zastosowanie
bardzo
niskich
napięć
(transformatory
bezpieczeństwa),
−
zabezpieczenia w postaci dodatkowego wyposażenia (zerowania ochronnego, uziemienia
ochronnego, wyłączniki przeciwporażeniowe).
,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
26
4.3.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do ćwiczeń.
1. Jakie znasz zagrożenia?
2. Jakie znasz przyczyny zagrożeń?
3. Co to jest porażenie prądem?
4. Jakie znasz skutki porażenia prądem?
5. Jakie stosuje się rodzaje ochrony przeciwporażeniowej?
4.3.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Wypisz, jakie znasz przypadki porażenia prądem elektrycznym i wskaż przyczyny
powstania wypadków. Wyjaśnij, w jaki sposób można było ich uniknąć.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) przeanalizować materiał nauczania,
2) określić zasady bezpiecznej pracy,
3) wypisać znane przypadki, określić przyczynę,
4) określić zaniedbania w skutek których doszło do wypadku,
5) zaprezentować wnioski.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
arkusz papieru,
−
przybory do pisania,
−
materiał nauczania.
Ćwiczenie 2
Wypisz jakie znasz zagrożenia wynikające z obsługi maszyn i urządzeń elektrycznych.
Omów je na podstawie obsługi szlifierki kontowej (przecinarki mechanicznej).
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) przeanalizować materiał nauczania,
2) przeanalizować instrukcję obsługi silnika,
3) wypisać zagrożenia wynikające z obsługi silnika elektrycznego,
4) zaprezentować wnioski na forum grupy.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
arkusz papieru,
−
instrukcja obsługi silnika,
−
przybory do pisania,
−
materiał nauczania.
,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
27
4.3.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak
Nie
1) scharakteryzować skutki porażenia prądem?
□
□
2) udzielić pierwszej pomocy poszkodowanemu który uległ porażeniu?
□
□
3) określić zagrodzenia porażeniem prądem elektrycznym?
□
□
4) określić przyczyny wypadków porażenia prądem elektrycznym?
□
□
5) wymienić zabezpieczenia przeciwporażeniowe?
□
□
6) posłużyć się sprzętem ratowniczym?
□
□
,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
28
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. Do każdego zadania dołączone są 4 możliwości odpowiedzi. Tylko
jedna jest prawdziwa.
5. Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi, stawiając w odpowiedniej
rubryce znak X. W przypadku pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć kółkiem,
a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową.
6. Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.
7. Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, wtedy odłóż jego rozwiązanie
na później i wróć do niego, gdy zostanie Ci wolny czas.
8. Na rozwiązanie testu masz 30 min.
ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH
1. Pole magnetyczne jest
a) przestrzenią w której siły działają na poruszające się ładunki elektryczne.
b) magnetykiem.
c) przestrzenią której ładunki elektryczne działają na siłę.
d) falą elektromagnetyczną.
2. Uwzględniając właściwości magnetyczne materiałów występujących w przyrodzie
klasyfikujemy je na
a) ciała diamagnetyczne, paramagnetyczne, ferromagnetyczne.
b) żelazo, kobalt, nikiel.
c) elektromagnetyczne i magnetyczne.
d) indukcje magnetyczna i elektromagnetyczna.
3. Magnetykiem nazywamy
a) magnes.
b) minerał wykazujący właściwości magnetyczne.
c) pole magnetyczne.
d) falę elektromagnetyczną.
4. Ciała diamagnetyczne to
a) żelazo, kobalt, nikiel.
b) aluminium, platyna.
c) srebro, krzem, woda.
d) złoto, srebro, platyna.
5. Poddają się magnesowaniu
a) ciała diamagnetyczne.
b) ciała ferromagnetyczne.
c) ciała paramagnetyczne.
d) ciała stałe.
,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
29
6. Polem magnetycznym kołowym jest
a) przestrzeń która łatwo daje się magnesować.
b) przestrzeń w której siły działają na poruszające się ładunki elektryczne.
c) przestrzeń której linie rozbiegają się w różne kierunki.
d) przestrzeń której linie układają się we współśrodkowe okręgi.
7. Jednostka miary indukcji magnetycznej to
a) Henr.
b) Weber.
c) Tesla.
d) Sekunda.
8. Indukcja elektromagnetyczna jest
a) siłą elektromotoryczną, powstałą podczas indukcji w obwodzie zamkniętym.
b) indukowaniem siły elektromagnetycznej w cewce.
c) powstaniem chwilowego napięcia w uzwojeniu wtórnym.
d) prądem przepływający w przewodniku.
9. Indukcja wzajemna oznacza
a) powstanie prądu w 1 obwodzie zamkniętym pomimo, że nie jest połączony z 2.
b) powstanie prądu w 2 obwodzie zamkniętym pomimo, że nie jest połączony z 1.
c) powstanie prądu w dwóch obwodach ze sobą połączonych.
d) powstanie prądu w dwóch obwodach ze sobą nie połączonych.
10. Maszyna elektryczna to urządzenie, w którym
a) przesyłana jest energia z urządzenia do urządzenia.
b) generuje się energia.
c) tworzona jest energia.
d) przetwarzana jest energia za pośrednictwem pola magnetycznego.
11. Transformatorem nazywamy
a) maszynę elektryczną.
b) zespół zezwojów.
c) zespół rdzeni.
d) prądnice.
12. Transformator służy do
a) przenoszenie energii elektrycznej drogą indukcji z jednego obwodu do drugiego.
b) przekazywania sił elektromotorycznych do innych urządzeń.
c) zabezpieczenia pracownika przed porażeniem.
d) zamiany energii mechanicznej na elektryczną.
13. Do zmiany parametrów prądu elektrycznego służy
a) przekaźnik.
b) zezwój.
c) przenośnik.
d) transformator.
,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
30
14. Prądnica to maszyna, która
a) zamienia energię elektromagnetyczną na mechaniczną.
b) zamienia energię elektryczną na mechaniczną.
c) zamienia energię mechaniczną na energię elektryczna.
d) zamienia energię elektryczną na elektromagnetyczną.
15. Maszyna synchroniczna to
a) maszyna nieodwracalna.
b) wirnik.
c) komutator.
d) maszyna odwracalna.
16. Silnik elektryczny to
a) maszyna odwracalna, synchroniczna.
b) maszyna, która zamienia energię elektryczną na energię mechaniczną.
c) maszyna do regulacji przepływu prądu.
d) maszyna, która zamienia energię mechaniczną na energię elektryczną.
17. Częstotliwość prądu przemiennego sieci energetycznej w Polsce wynosi
a) 20 Hz.
b) 50 Hz.
c) 55 Hz.
d) 70 Hz.
18. Porażenie prądem elektrycznym może spowodować u człowieka
a) szum w uszach, obniżenie świadomości.
b) rwę kulszową, niedokrwienie.
c) uraz śmierć lub poparzenie.
d) mdłości, zawroty głowy.
19. Przyczynami porażeń mogą być
a) wadliwa budowa maszyny.
b) brak napięcia w instalacji elektrycznej.
c) nadmiar zabezpieczeń przeciwporażeniowych.
d) nieczytelne instrukcje bhp.
20. Pierwsza pomoc w nagłych wypadkach porażenia prądem powinna rozpocząć się od
a) odejścia w podskokach.
b) odciągnięcia porażonego od instalacji za pomocą metalowej rurki.
c) natychmiastowego wyłączenia prądu w instalacji.
d) ratowania bezpośredniego.
,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
31
KARTA ODPOWIEDZI
Imię i nazwisko..........................................................................................
Obsługiwanie maszyn i urządzeń elektrycznych
Zakreśl poprawną odpowiedź.
Nr
zadania
Odpowiedź
Punkty
1.
a
b
c
d
2.
a
b
c
d
3.
a
b
c
d
4.
a
b
c
d
5.
a
b
c
d
6.
a
b
c
d
7.
a
b
c
d
8.
a
b
c
d
9.
a
b
c
d
10.
a
b
c
d
11.
a
b
c
d
12.
a
b
c
d
13.
a
b
c
d
14.
a
b
c
d
15.
a
b
c
d
16.
a
b
c
d
17.
a
b
c
d
18.
a
b
c
d
19.
a
b
c
d
20.
a
b
c
d
Razem:
,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
32
6. LITERATURA
1. Bocheński C.: Naprawa maszyn i urządzeń rolniczych. Podstawy. WSiP, Warszawa 1997
2. Chochowski A.: Elektrotechnika z automatyką. WSiP, Warszawa 1996
3. Chochowski A.: Elektrotechnika z automatyką ćwiczenia. WSiP, Warszawa 1996
4. Instrukcja obsługi ciągnika Newholand TL90. Warszawa 2005
5. Orlik W.: Egzamin kwalifikacyjny elektryka w pytaniach i odpowiedziach. WiHK „Kabe”,
Krosno 2003
6. Rączkowski B.: Bhp w praktyce. ODDK, Gdańsk 2006
7. Sokolnik J.: Elektrotechnika samochodowa. WSiP, Warszawa 1999
8. Uzdowski M.: Bramek K., Garczyński K.,: Eksploatacja techniczna i naprawa. WKiŁ,
Warszawa 2003
9. Waszkiewicz Cz.: Maszyny i urządzenia rolnicze. WSiP, Warszawa 1998
10. www.hip.agh.edu.pl/page/
11. www.pl.wikipedia.org.: Wolna encyklopedia
12. www.jeybi.republika.pl/pracownia.htm
13. www.cocodive.pl
Czasopisma:
−
Agroserwis
−
Farmer
−
Technika rolnicza – poradnik rolniczy