Operator_maszyn_i_urzadzen_metalurgicznych_812[02].O1.05

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SPIS TREŚCI

Wprowadzenie

Wymagania wstępne

Cele kształcenia

Materiał nauczania

4.1. Energia elektryczna. Pomiary energii elektrycznej

4.1.1. Materiał nauczania

4.1.2. Pytania sprawdzające

4.1.3. Ćwiczenia

4.1.4. Sprawdzian postępów

4.2. Obwód elektryczny

4.2.1. Materiał nauczania

4.2.2. Pytania sprawdzające

4.2.3. Ćwiczenia

4.2.4. Sprawdzian postępów

4.3. Podstawowe prawa elektrotechniki

4.3.1. Materiał nauczania

4.3.2. Pytania sprawdzające

4.3.3. Ćwiczenia

4.3.4. Sprawdzian postępów

4.4. Pomiary wielkości elektrycznych

4.4.1. Materiał nauczania

4.4.2. Pytania sprawdzające

4.4.3. Ćwiczenia

4.4.4. Sprawdzian postępów

4.5. Transformator

4.5.1. Materiał nauczania

4.5.2. Pytania sprawdzające

4.5.3. Ćwiczenia

4.5.4. Sprawdzian postępów

4.6. Silniki prądu stałego. Silniki indukcyjne

4.6.1. Materiał nauczania

4.6.2. Pytania sprawdzające

4.6.3. Ćwiczenia

4.6.4. Sprawdzian postępów

4.7. Instalacje elektryczne

4.7.1. Materiał nauczania

4.7.2. Pytania sprawdzające

4.7.3. Ćwiczenia

4.7.4. Sprawdzian postępów

4.8. Technika oświetleniowa. Urządzenia grzewcze

4.8.1. Materiał nauczania

4.8.2. Pytania sprawdzające

4.8.3. Ćwiczenia

4.8.4. Sprawdzian postępów

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3. CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

rozróŜnić podstawowe wielkości określające energię elektryczną oraz określić ich
jednostki,

−

rozpoznać elementy obwodu elektrycznego prądu stałego i przemiennego na podstawie
schematu,

−

scharakteryzować materiały: przewodzące, półprzewodzące, izolacyjne, magnetyczne,
konstrukcyjne,

−

dobrać materiał na izolator i przewodnik,

−

zmierzyć natęŜenie prądu i moc w obwodach prądu stałego oraz przemiennego
jednofazowego i trójfazowego,

−

rozróŜnić instalacje mieszkaniowe i przemysłowe,

−

rozróŜnić połączenia odbiorników szeregowo, równolegle, w gwiazdę i w trójkąt,

−

rozróŜnić: uziemienie ochronne, uziom, przewód uziemiający i zerowanie,

−

rozpoznać typowe usterki i uszkodzenia w obwodach instalacji i osprzęcie elektrycznym
maszyn i urządzeń,

−

przewidzieć zagroŜenia i ich skutki podczas pracy przy urządzeniach elektrycznych,

−

scharakteryzować przesył energii elektrycznej,

−

rozróŜnić napięcie przesyłowe i robocze,

−

wyjaśnić zasadę działania transformatora, prądnicy, silnika elektrycznego, prostownika,

−

wskazać róŜnice w budowie i pracy prądnicy i silnika,

−

określić parametry maszyn i urządzeń elektrycznych na podstawie tabliczki
znamionowej,

−

rozróŜnić podstawowe elementy elektroniczne,

−

rozróŜnić podstawowe elementy układu sterowania,

−

rozróŜnić elementy układów automatyki przemysłowej,

−

odczytać proste schematy układów automatycznej regulacji,

−

wykazać róŜnice między automatycznym sterowaniem, a automatyczną regulacją na
podstawie schematów blokowych,

−

wyjaśnić zadanie stycznika i przekaźnika w układach sterowania,

−

wyjaśnić przeznaczenie poszczególnych członów układów automatycznej regulacji,

−

określić funkcje sterownika w układach sterowania,

−

wykorzystać programy komputerowe do sterowania procesami technologicznymi,

−

posłuŜyć się PN, katalogami oraz poradnikami,

−

zastosować przepisy bhp, ochrony od poraŜeń prądem elektrycznym, ochrony
przeciwpoŜarowej podczas wykonywania pomiarów.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4. MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1.

Energia elektryczna. Pomiary energii elektrycznej

4.1.1. Materiał nauczania

Bezpieczeństwo i higiena pracy

Szczegółowe przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy dotyczące pracy z urządzeniami

elektrycznymi zostały szczegółowo omówione w jednostce modułowej 812[02].O1.01
„Przestrzeganie przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony przeciwpoŜarowej. Aby
zachować bezpieczeństwo podczas pracy przy urządzeniach elektrycznych i elektronicznych,
naleŜy zachować następujące podstawowe zasady:
1.

wyłączyć napięcie we wszystkich częściach urządzenia, przy którym będą prowadzone
prace,

zabezpieczyć wyłączniki przed ponownym załączeniem (np. taśmą samoprzylepną),
wyjąć bezpieczniki, wywiesić informację o zakazie załączania,

sprawdzić stan napięcia (do sprawdzenia uŜyciu dwubiegunowego próbnika napięć),

osłonić i oddzielić sąsiadujące elementy znajdujące się pod napięciem (moŜna
zastosować maty i folie izolacyjne).

Przed przystąpieniem do wykonywania ćwiczeń praktycznych polegających na wykonywaniu
pomiarów w układach elektrycznych, poprawność zmontowanego układu powinien sprawdzić
nauczyciel, a następnie powinien udzielić zgody na włączenie zasilania.

W czasie pobytu w pracowni musisz przestrzegać regulaminów, przepisów

bezpieczeństwa i higieny pracy oraz instrukcji przeciwpoŜarowych, wynikających z rodzaju
wykonywanych prac. Przepisy te poznasz podczas trwania nauki.

Podstawowe wielkości elektryczne

Podstawowe wielkości elektryczne to: prąd elektryczny, napięcie i związany z nim

potencjał elektryczny, rezystancja, pojemność kondensatora, indukcyjność cewki.

Pojęciem prądu elektrycznego określamy zjawisko uporządkowanego ruchu ładunków

elektrycznych przez przekrój poprzeczny środowiska pod działaniem pola elektrycznego.
Jednostką prądu elektrycznego (natęŜenia prądu elektrycznego) jest amper [A].
Prąd elektryczny moŜe nie zmieniać się w czasie, wtedy mówimy, Ŝe jest to prąd stały. Jeśli
natomiast prąd w czasie zmienia swoją wartość, kierunek przepływu (zwany teŜ zwrotem) lub
i wartość i kierunek przepływu, mówimy wtedy o prądzie zmiennym.

Rys. 1. Wykresy czasowe: a) prądu stałego; b), c) prądu zmiennego

W obwodach elektrycznych większości urządzeń powszechnego uŜytku oraz maszyn

przemysłowych płynie prąd sinusoidalnie zmienny. RozróŜniamy prąd sinusoidalnie zmienny
jednofazowy i trójfazowy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Prąd sinusoidalnie zmienny jednofazowy

Rys. 2. Wykres prądu sinusoidalnie zmiennego [5, s. 82]

Wielkości charakteryzujące prąd sinusoidalnie zmienny: i =

sin

⋅

−

i – wartość chwilowa,

−

– wartość maksymalna czyli amplituda,

−

– prędkość kątowa czyli tzw. pulsacja,

−

T – okres czyli czas jednego cyklu T =

2π

= [s],

−

f – częstotliwość określająca ilość cykli na sekundę f =

, f [Hz].

W praktyce posługujemy się wartością skuteczną prądu sinusoidalnie zmiennego, oznaczoną
symbolem I, której wartość mierzą mierniki elektryczne.

Tabela 1. Podstawowe wielkości elektryczne

wielkość elektryczna

symbol

nazwa jednostki

oznaczenie jednostki

prąd elektryczny

amper

napięcie elektryczne

wolt

potencjał elektryczny

wolt

rezystancja

Ω

pojemność

farad

indukcyjność

henr

moc elektryczna

wat

energia elektryczna

dŜul

Energia elektryczna

Energia elektryczna to energia jaką prąd elektryczny przekazuje odbiornikowi, który

zmieniają na inny rodzaj energii np. Ŝarówka jako odbiornik zamienia energię elektryczna na
ś

wietlna. Odbiornik moŜe równieŜ wykonywać określona prace pracę np. silnik elektryczny

porusza ramię robota przemysłowego. Energię elektryczną pobieraną przez urządzenie
oblicza się jako iloczyn natęŜenia prądu płynącego przez odbiornik, napięcia na odbiorniku
i czasu przepływu prądu przez odbiornik.

⋅

Jednostką energii elektrycznej jest dŜul [J].

[ ] [ ] [ ]

⋅

ZuŜycie energii elektrycznej w gospodarstwach domowych i zakładach przemysłowych

mierzone jest licznikiem energii elektrycznej, a wyraŜane w kilowatogodzinach [kWh].
Im większa jest moc urządzenia, tym więcej zuŜywa energii elektrycznej w jednostce czasu.
Informacja o mocy znamionowej, czyli takiej którą urządzenie pobiera podczas swojej pracy,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

jest podawana przez producenta w danych techniczne zamieszczonych w instrukcji obsługi,
na tabliczce znamionowej lub etykiecie energetycznej urządzeń.

Rodzaje źródeł energii elektrycznej

KaŜde źródło energii elektrycznej jest w istocie przetwornikiem innej postaci energii

w energię elektryczną. Ze względu na sposób tej przemiany źródła moŜemy podzielić na:
elektromechaniczne, chemiczne oraz cieplne.

ródła elektromechaniczne to przetworniki energii mechanicznej w elektryczną –

przykładem  jest  prądnica  zwana  teŜ  generatorem.  Wykorzystuje  ona  zjawisko  indukowania
się siły elektromotorycznej w przewodzie poruszającym się w polu magnetycznym. Prądnica
składa  się  z  dwóch  zasadniczych  części:  walca  z  nawiniętym  uzwojeniem  zwanego
twornikiem  (w  nim  indukuje  się  napięcie  elektryczne)  i  magneśnicy  na  biegunach  której,
nawinięte są uzwojenia magnesujące (wzbudzające). Zadaniem magneśnicy jest wytworzenie
pola  magnetycznego.  Jedna  z  części  prądnicy  jest  nieruchoma  –  zwana  jest  stojanem  (lub
statorem),  natomiast  druga  zwana  wirnikiem  (lub  rotorem)  wiruje.  Wartość  indukowanego
napięcia  zaleŜy  od  konstrukcji  prądnicy,  prędkości  z  jaką  porusza  się  wirnik  oraz  od
parametrów  pola  magnetycznego.  Prądnice  posiadają  moc  od  setek  megawatów
(w elektrowniach) do dziesiątek watów (do zasilania spawarek, ładowania akumulatorów).

Rys. 3. Prądnica a) zasada działania [1, s. 79], b) uproszczony model [1, s. 80]

ródła chemiczne wytwarzają energię elektryczna dzięki reakcjom chemicznym.

RozróŜniamy kilka typów tych źródeł: ogniwa galwaniczne, akumulatory i ogniwa paliwowe.

Ogniwo galwaniczne składa się z dwóch elektrod zanurzonych w elektrolicie. Wartość

napięcia wytwarzanego przez ogniwo zaleŜy od rodzaju elektrod i elektrolitu. Parametrem
charakteryzujący ogniwo jest pojemność elektryczna równa iloczynowi prądu znamionowego
oraz gwarantowanego czasu uŜytkowania ogniwa (przy tym prądzie). Jednostką pojemności
elektrycznej jest amperogodzina [Ah].

Ogniwa dzielimy na pierwotne słuŜące do uŜytku jednorazowego, oraz wtórne, które

mogą być rozładowywane i ponownie ładowane.

Ogniwa pierwotne i wtórne łączy się w baterie w celu uzyskania np. większego napięcia.

Akumulator jest ogniwem wtórnym (odwracalnym), poniewaŜ moŜe być wielokrotnie
wyładowywany i ponownie naładowywany. SłuŜy on do magazynowania energii elektrycznej.
Parametrami akumulatorów są sprawność pojemnościowa i sprawność energetyczna.

ródła cieplne zamieniają energię cieplną na energię elektryczną, poprzez wykorzystanie

zjawiska  termoelektrycznego.  Występuje  ono  na  styku  dwóch  róŜnych  metali  lub
półprzewodników,  gdy  temperatura  styku  róŜni  się  od  temperatury  pozostałych  części
zespolonych materiałów.

Wytwarzanie energii elektrycznej na skalę przemysłową

Energię elektryczną na skalę przemysłową produkują elektrownie. Przetwarzają one

zazwyczaj energię chemiczną paliw konwencjonalnych: węgla kamiennego i brunatnego,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

ropy naftowej i gazu ziemnego oraz paliw rozszczepialnych na energie elektryczną. Jest ona
następnie  przesyłana  do  odbiorców  za  pomocą  sieci  elektroenergetycznych.  W  skład  sieci
wchodzą  linie  napowietrzne  i  kablowe  oraz  stacje  transformatorowo-rozdzielcze.  Stacje
transformatorowe  transformują  energię  elektryczną  na  inną  wartość  napięcia,  natomiast
rozdzielnie  rozdzielają  ją  (obecnie  rozdzielnie  spełniają  obie  te  funkcje).  Sieci  energetyczne
słuŜące do przesyłu i rozdziału energii elektrycznej dzieli się na:

−

sieci przemysłowe, słuŜące do przesyłania energii elektrycznej na większą odległość, są
to sieci o napięciach najczęściej: 220 kV, 400 kV, 750 kV;

−

sieci rozdzielcze, rozdzielają i doprowadzają energię elektryczną do odbiorców
przemysłowych, indywidualnych oraz poszczególnych odbiorników, pracują na
napięciach do 110 kV; sieci rozdzielcze mieszczące się wewnątrz pomieszczeń nazywają
się instalacjami.

Podział materiałów ze względu na właściwości elektryczne

Materiały uŜywane w obwodach elektrycznych i elektronicznych mają róŜne własności

elektryczne tzn. w róŜny sposób przewodzą lub teŜ nie przewodzą prądu elektrycznego.
Ze względu na to dzielimy je na: przewodniki, półprzewodniki, dielektryki.

Przewodniki bardzo dobrze przewodzą prąd elektryczny. Ze względu na budowę i rodzaj

nośników ładunku elektrycznego dzielimy je na przewodniki pierwszego i drugiego rodzaju.
Przewodniki pierwszego rodzaju to metale, ich stopy oraz węgiel.
Przewodniki  drugiego  rodzaju  to  roztwory  zasad,  kwasów  i  soli  zwane  elektrolitami,
stosowane są np. w akumulatorach.

Dielektryki zwane inaczej izolatorami nie wykazują zdolności przewodzenia prądu

elektrycznego. Dielektryki stosuje się w elektrotechnice do wykonywania części izolowanych
elementów, maszyn i urządzeń np. w kondensatorach jako warstwę oddzielającą metalowe
okładziny. Izolatorami są np.: papier, powietrze, drewno, tworzywa sztuczne itd..

Półprzewodniki pod względem przewodnictwa prądu elektrycznego zajmują pośrednie

miejsce  pomiędzy  przewodnikami  i  dielektrykami.  RozróŜniamy  półprzewodniki  samoistne
oraz  domieszkowane.  Powszechnie  stosowane  w  elektronice  są  półprzewodniki
domieszkowane.

Ze względu na rodzaj domieszki rozróŜniamy półprzewodniki typy N i typu P.

W półprzewodniku typy  N nośnikami większościowymi ładunku elektrycznego są elektrony.
Natomiast w półprzewodniku typu P, nośnikami większościowymi ładunku elektrycznego są
jak  gdyby  puste  miejsca  (powstałe  na  skutek  domieszkowania),  zwane  dziurami,  które  mają
ładunek  elektryczny  dodatni.  Półprzewodniki  znalazły  zastosowanie  w  elementach
i scalonych układach elektronicznych, takich jak diody, tranzystory, wzmacniacze operacyjne
i wielu innych.

4.1.2. Pytania sprawdzające

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

Jakie znasz podstawowe wielkości elektryczne?

Jakie znasz rodzaje prądu elektrycznego?

Jakie wielkości charakteryzują prąd sinusoidalnie zmienny?

Jakie znasz rodzaje źródeł energii elektrycznej?

Jakim urządzeniem mierzone jest zuŜycie energii elektrycznej?

Jakie znasz źródła elektromechaniczne?

Jak znasz chemiczne źródła energii elektrycznej?

Czym róŜni się akumulator od ogniwa galwanicznego?

W jaki sposób energia elektryczna jest przesyłana do odbiorców?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

10.

Jak dzielimy materiały ze względu na właściwości elektryczne?

11.

Czym charakteryzują się przewodniki pierwszego, a czym drugiego rodzaju?

12.

Jakie znasz typy półprzewodników?

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Określ, na podstawie tabliczki znamionowej, typ i parametry otrzymanego od

nauczyciela źródła energii elektrycznej.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

przeanalizować treść zadania,

dokonać oględzin otrzymanego źródła energii elektrycznej,

rozpoznać typ źródła energii elektrycznej,

określić, na podstawie tabliczki znamionowej, parametry otrzymanego źródła energii
elektrycznej,

zaprezentować wyniki ćwiczenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

ródło energii elektrycznej,

−

literatura wskazana przez nauczyciela.

Ćwiczenie 2

Oblicz okres napięcia sinusoidalnie zmiennego o częstotliwości f = 50 Hz.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zapisać wzór określający częstotliwością napięcia sinusoidalnie zmiennego,

przekształcić powyŜszy wzór, tak by moŜna było na jego podstawie obliczyć okres,

dokonać obliczeń,

zaprezentować wyniki ćwiczenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

literatura wskazana przez nauczyciela.

Ćwiczenie 3

Połącz symbole wielkości elektrycznych z odpowiadającymi im oznaczeniami jednostek,

jeden z symboli nie będzie miał pary.

Symbol wielkości elektrycznej

Oznaczenie jednostki

Ω

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

rozpoznać symbol wielkości elektrycznej,

przyporządkować symbolowi oznaczenie jednostki,

zaprezentować wyniki.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

poradnik dla ucznia,

−

literatura wskazana przez nauczyciela.

4.1.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

przyporządkować wielkościom elektrycznym jednostki?

narysować przebieg czasowy prądu stałego?

narysować przebieg czasowy prądu sinusoidalnie zmiennego?

określić parametry prądu sinusoidalnie zmiennego?

obliczyć wartość okresu prądu sinusoidalnie zmiennego, znając jego
częstotliwość?

wymienić rodzaje źródeł energii elektrycznej?

wyjaśnić budowę i zasadę działanie prądnicy?

określić typ i parametry źródła energii elektrycznej na podstawie
tabliczki znamionowej?

scharakteryzować przesył energii elektrycznej?

10)

określić przykłady przewodników?

11)

określić przykłady izolatorów?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2.

Obwód elektryczny

4.2.1. Materiał nauczania

Budowa obwodu elektrycznego prądu stałego i zmiennego jednofazowego. Elementy
obwodu elektrycznego

Obwód elektryczny prądu stałego i zmiennego jednofazowego tworzą elementy

elektryczne połączone ze sobą tak, by tworzyły przynajmniej jedną drogę zamkniętą,
umoŜliwiającą przepływ prądu elektrycznego.
Elementy obwodu elektrycznego moŜna sklasyfikować w czterech grupach, jako:

−

elementy źródłowe, zwane inaczej aktywnymi lub czynnymi,

−

elementy odbiorcze zwane inaczej pasywnymi lub biernymi,

−

elementy pomocnicze, takie jak przewody łączące, wyłączniki itp.

−

przyrządy pomiarowe, takie jak woltomierze, amperomierze itp..

Elementy bierne moŜna podzielić na trzy grupy: rezystory, kondensatory i cewki oraz
przetworniki energii elektrycznej.

KaŜdy element obwodu elektrycznego stanowi jego składową część, niepodzielną ze

względu  na  swoje  własności.  W  literaturze  technicznej  i  dokumentacji  wszystkich  urządzeń
elektrycznych  umieszczane  są  schematy  obwodów  elektrycznych,  które  są  ich  graficznym
odwzorowaniem.  Schemat  informuje  z  jakich  elementów  składa  się  obwód  elektryczny
i w jaki sposób są one połączone.

Wszystkie elementy elektryczne posiadają swoje symbole graficzne, za pomocą których

przedstawiane są na schemacie.

Rys. 4. Symbole podstawowych elementów elektrycznych: a) rezystora, b) kondensatora, c) cewki,

d) potencjometru, e) amperomierza, f) woltomierza, g) watomierza, h) omomierza, i) źródła napięcia
stałego, j) źródła prądu stałego, k) bezpiecznika, l) łącznika [1, s. 39]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Obwody elektryczne dzielą się na obwody nierozgałęzione, czyli takie, w których płynie tylko
jeden prąd i rozgałęzione, w których płynie kilka prądów.

Rys. 5. Schemat obwodu elektrycznego a) nierozgałęzionego (połączenie szeregowe), b) rozgałęzionego

W strukturze obwodu elektrycznego moŜna wyróŜnić: gałęzie, węzły i oczka. Gałąź

obwodu  elektrycznego  moŜe  zawierać  dowolną  ilość  elementów,  połączonych  ze  sobą
szeregowo (moŜe mieć teŜ tylko jeden element). Charakterystyczne dla gałęzi jest to, Ŝe przez
wszystkie jej elementy przepływa ten sam prąd. Końcówkę gałęzi, zwaną zaciskiem, do której
przyłączone są inne  gałęzie nazywamy  węzłem. Oczko obwodu elektrycznego stanowi zbiór
połączonych  ze  sobą  gałęzi,  które  tworzą  drogę  zamkniętą  dla  przepływu  prądu.
Charakterystyczne  dla  oczka  jest  to,  Ŝe  usunięcie  dowolnej  gałęzi  uniemoŜliwi  przepływ
prądu (nie będzie istniała ani jedna droga zamknięta dla przepływu prądu).
MoŜemy zatem zauwaŜyć, Ŝe:

−

obwód elektryczny rozgałęziony to taki, w którym jest kilka połączonych ze sobą gałęzi,

−

obwód nierozgałęziony posiada jedną gałąź,

−

obwód nierozgałęziony stanowi jedno oczko.

Typy połączeń elementów w obwodzie elektrycznym prądu stałego i zmiennego
jednofazowego

Elementy obwodu elektrycznego prądu stałego i zmiennego mogą być połączone na trzy

sposoby: szeregowo, równolegle lub mieszanie.

W połączeniu szeregowym przez wszystkie elementy płynie ten sam prąd. Obwód

nierozgałęziony jest przykładem połączenia szeregowego.

Elementy połączone równolegle włączone są pomiędzy tę samą parę węzłów, zatem

występuje na nich to samo napięcie.

Rys. 6. Schemat obwodu elektrycznego z elementami połączonymi a) równolegle, b) w sposób mieszany

Połączenie mieszane elementów elektrycznych występuje wówczas, gdy w tym samym
obwodzie część elementów połączona jest szeregowo, część natomiast równolegle.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Obwody trójfazowe

Układem trójfazowym nazywamy zbiór trzech obwodów elektrycznych, w którym

działają trzy napięcia źródłowe sinusoidalnie zmienne o jednakowej częstotliwości,
przesunięte względem siebie o kąt 120° i wytwarzane w jednym źródle energii, którym
najczęściej jest generator lub prądnica trójfazowa.
Ź

ródło trójfazowe skojarzone w gwiazdę moŜe stanowić układ trójprzewodowy lub

czteroprzewodowy jeśli punkt neutralny jest doprowadzony do odbiornika.

Rys. 7. Układ trójfazowy: a) trójprzewodowy, b) czteroprzewodowy [7, s. 100]

Na zaciskach źródła trójfazowego skojarzonego w gwiazdę rozróŜniamy napięcia:

−

fazowe – U

, U

; są to napięcia pomiędzy zaciskiem fazowym a punktem neutralnym,

−

międzyfazowe - U

L1L2

, U

L2L3

, U

L3L1

; są to napięcia występujące pomiędzy przewodami

fazowymi.

Układy odbiorników trójfazowych

W układach 3-fazowych w zaleŜności od przeznaczenia i rodzaju odbiornika stosuje się

połączenie w trójkąt i gwiazdę.

Rys. 8. Połączenie odbiorników trójfazowych a) w gwiazdę, b) w trójkąt [10, s. 39]

Odbiorniki trójfazowe mogą być:

−

symetryczne – jeśli obciąŜenie kaŜdej gałęzi jest takie samo,

−

niesymetryczne.

4.2.2. Pytania sprawdzające

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

Jak dzielimy obwody elektryczne prądu stałego i zmiennego jednofazowego?

Jak nazywa się graficzny obraz obwodu elektrycznego?

Jak moŜna sklasyfikować elementy elektryczne?

Jakie znasz rodzaje połączeń elementów w obwodach prądu stałego i zmiennego
jednofazowego?

Co nazywamy układem trójfazowym?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W jaki sposób moŜe być połączone źródło trójfazowe?

Jakie rozróŜniamy układy odbiorników trójfazowych?

4.2.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Określ rodzaj i sposób połączenia elementów obwodu elektrycznego, którego schemat

przedstawiony jest poniŜej. Jaki to obwód elektryczny?

Rysunek do ćwiczenia 1. Obwód elektryczny

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

przeanalizować schemat obwodu elektrycznego,

określić rodzaj elementów z jakich składa się obwód,

określić sposób połączenia elementów w obwodzie,

sklasyfikować obwód przedstawiony na schemacie,

zaprezentować wyniki ćwiczenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

literatura wskazana przez nauczyciela.

Ćwiczenie 2

Na schemacie rozgałęzionego obwodu elektrycznego zaznacz elementy połączone

szeregowo i elementy połączone równolegle.

Rysunek do ćwiczenia 2. Schemat rozgałęzionego obwodu elektrycznego

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

przeanalizować schemat obwodu elektrycznego,

zaznaczyć na schemacie elementy połączone szeregowo i elementy połączone równolegle,

zaprezentować wyniki swojej pracy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

literatura wskazana przez nauczyciela.

Ćwiczenie 3

Narysuj schemat symetrycznego odbiornika trójfazowego połączonego w trójkąt.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

przeanalizować treść zadania,

narysować schemat odbiornika trójfazowego połączonego w trójkąt,

określić warunek symetryczności układu,

zaprezentować wyniki pracy.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

literatura wskazana przez nauczyciela.

4.2.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

narysować symbole wybranych elementów elektrycznych?

narysować schemat przykładowego nierozgałęzionego obwodu
elektrycznego?

narysować

schemat

przykładowego

rozgałęzionego

obwodu

elektrycznego?

wskazać węzły, gałęzie i oczka na schemacie rozgałęzionego obwodu
elektrycznego?

rozróŜnić elementy połączone szeregowo na schemacie obwodu prądu
stałego i jednofazowego zmiennego?

rozróŜnić elementy połączone równolegle na schemacie obwodu prądu
stałego i jednofazowego zmiennego?

rozróŜnić źródło trójfazowe w układzie czteroprzewodowym?

rozróŜnić źródło trójfazowe w układzie trójprzewodowym?

określić układy połączenia odbiornika trójfazowego?

10)

narysować schemat połączenia odbiornika trójfazowego w trójkąt?

11)

narysować schemat połączenia odbiornika trójfazowego w gwiazdę?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.

Podstawowe prawa elektrotechniki

4.3.1. Materiał nauczania

Prawo Ohma

Prawo Ohma wyraŜa zaleŜność pomiędzy prądem I, napięciem U oraz rezystancją R.

W obwodach  prądu  stałego,  kierunek  prądu  oznaczamy  od  bieguna  dodatniego  źródła
napięcia do bieguna ujemnego (od „+” do „-”) i opisujemy wielką literą I. Elementy źródłowe
posiadają  dwa  zaciski,  którym  odpowiadają  potencjały:  wyŜszy  (+)  i  niŜszy  (-).  Kierunek
napięcia na elementach źródłowych jest zgodny z kierunkiem prądu.

Napięcie odbiornikowe (spadek napięcia na odbiorniku) oznaczamy strzałką, której grot

skierowany jest w stronę potencjału wyŜszego, zatem kierunek napięcia na odbiorniku jest
przeciwnie skierowany do płynącego przezeń prądu.

Rys. 9. Sposób strzałkowania prądu i napięcia na rezystorze[1, s. 43]

Prawem Ohma mówi, Ŝe spadek napięcia U na elemencie odbiorczym jest proporcjonalny do
iloczynu rezystancji R tego elementu i prądu I płynącego przezeń.

U = R I

Prawo Ohma moŜna przekształcić do dwóch postaci:

−

, sk

d mo

na obliczy

warto

ść

du płyn

cego przez rezystor znaj

c jego

rezystancj

i warto

ść

spadku napi

cia,

−

, sk

d mo

na obliczy

warto

ść

rezystancji rezystora znaj

c jego warto

ść

spadku

napi

cia i pr

du płyn

cego przez niego.

Prawo Ohma mo

na stosowa

w obwodach pr

du zmiennego jednofazowego

w odniesieniu do warto

ci skutecznych (mierzonych miernikami), oraz warto

maksymalnych.
Prawo Ohma dla warto

ci skutecznych napi

ęć

i pr

dów ma posta

: U = R I.

Natomiast dla warto

ci maksymalnych: U

= R I

I prawo Kirchhoffa

Pierwsze prawo Kirchhoffa mówi,

e dla ka

dego w

zła obwodu elektrycznego suma

algebraiczna pr

dów jest równa zeru.

∑

Symbol

odpowiada indeksom pr

dów w danym w

ęź

le. Suma algebraiczna oznacza,

e do

równania podstawia si

warto

ci pr

dów ze znakami, zale

nymi od ich kierunku. Pr

dopływaj

ce do w

zła posiadaj

znak „+”, natomiast odpływaj

ce znak „–”.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 10. Przykładowy węzeł obwodu elektrycznego

Na rysunku 10 pokazano przykładowy węzeł obwodu elektrycznego z zaznaczonymi
kierunkami prądów: prądy I

oraz I

skierowane są do węzła, zatem mają znak „+”, natomiast

prądy I

, I

oraz I

i I

odpływają z węzła, opatrzymy je zatem znakiem „-”. Dla

przedstawionego węzła moŜna napisać równanie w myśl I prawa Kirchhoffa:

−

Równanie to mo

emy przekształci

do postaci:

Po jednej stronie równania znajduje si

suma pr

dów dopływaj

cych do w

zła, natomiast po

drugiej suma pr

dów odpływaj

cych z w

zła. Zatem, I prawo Kirchhoffa wynikaj

z powy

szej postaci mo

na przedstawi

w nast

puj

cy sposób: dla ka

dego w

zła obwodu

elektrycznego suma pr

dów dopływaj

cych do w

zła jest równa sumie pr

dów

odpływaj

cych od w

zła. Prawo I Kirchhoffa nale

y stosowa

w obwodach pr

du zmiennego

jednofazowego w odniesieniu do warto

ci chwilowych pr

dów.

∑

II prawo Kirchhoffa

II prawo Kirchhoffa mówi,

e w ka

dym oczku obwodu elektrycznego pr

du stałego

suma algebraiczna napi

ęć

ródłowych i odbiornikowych jest równa zeru.

∑

= 0

oznacza napi

cia

ródłowe, natomiast wyra

enie

oznacza napi

cia odbiornikowe

wyst

puj

ce na rezystancjach danego oczka. Symbole

odpowiadaj

indeksom

ródeł

napi

cia, rezystorów i pr

dów. Suma algebraiczna oznacza,

e zarówno napi

cia

ródłowe jak

i odbiornikowe sumowane s

ze znakiem czyli z uwzgl

dnieniem kierunku.

W obwodach pr

du zmiennego jednofazowego II prawo Kirchhoffa nale

y stosowa

w odniesieniu do warto

ci chwilowych napi

ęć

ródłowych i odbiornikowych.

∑

⋅

Powy

sza posta

II prawa Kirchhoffa mówi,

e w ka

dym oczku obwodu elektrycznego

du zmiennego jednofazowego suma warto

ci chwilowych napi

ęć

ródłowych jest równa

sumie warto

ci chwilowych napi

ęć

odbiornikowych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.2. Pytania sprawdzające

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

Jak zaznaczamy kierunek prądu w obwodach prądu stałego?

Jak zaznaczamy kierunek prądu i napięcia na elementach źródłowych?

Jak zaznaczamy kierunek prądu i napięcia na elementach odbiorczych?

Jak brzmi prawo Ohma?

Jakie znaki przyjmują prądy odpływające od węzła, a jakie dopływające do niego?

Jak brzmi I prawo Kirchhoffa dla obwodów prądu stałego?

Jak brzmi I prawo Kirchhoffa dla obwodów prądu zmiennego jednofazowego?

Jak brzmi II prawo Kirchhoffa dla obwodów prądu stałego?

Jak brzmi II prawo Kirchhoffa dla obwodów prądu zmiennego jednofazowego?

4.3.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Oblicz wartość rezystancji R rezystora w obwodzie prądu stałego, na którym wystąpił

spadek napięcia U = 15 V przy przepływie prądu I o wartości 1,5 mA.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zapisać prawo Ohma w podstawowej postaci,

przekształcić zapisaną zaleŜność, tak by moŜna było obliczyć wartość rezystancji R,

podstawić do otrzymanego wzoru dane liczbowe i obliczyć wartość rezystancji,

zaprezentować wyniki.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

kalkulator,

−

literatura wskazana przez nauczyciela.

Ćwiczenie 2

Oblicz wartość skuteczną I prądu jednofazowego zmiennego płynącego przez rezystor

o rezystancji R równej 1 k

Ω

, jeśli woltomierz wskazał spadek napięcia na nim U

= 3,5 V.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zapisać prawo Ohma w podstawowej postaci,

przekształcić zapisaną zaleŜność, tak by moŜna było obliczyć wartość skuteczną prądu I,

podstawić do otrzymanego wzoru dane liczbowe i obliczyć wartość skuteczną prądu I,

zaprezentować wyniki.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

kalkulator,

–

literatura wskazana przez nauczyciela.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 3

W obwodzie z rysunku zaznacz kierunki prądów i zapisz I prawo Kirchhoffa dla

wszystkich węzłów tego obwodu.

Rysunek do ćwiczenia 3. Schemat obwodu rozgałęzionego prądu stałego

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

przeanalizować treść zadania,

oznaczyć węzły na schemacie,

zaznaczyć prądy w kaŜdej gałęzi obwodu,

zapisać I prawo Kirchhoffa dla kaŜdego z węzłów danego obwodu,

zaprezentować wyniki pracy.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

literatura wskazana przez nauczyciela.

4.3.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

obliczyć wartość rezystancji w obwodach prądu stałego i zmiennego
jednofazowego na podstawie prawa Ohma?

zastosować prawo Ohma do obliczenia wartości spadków napięcia
i prądów w obwodach prądu stałego?

zastosować prawo Ohma do obliczenia wartości skutecznych spadków
napięcia i prądów w obwodach prądu zmiennego jednofazowego?

zaznaczyć kierunek prądu w obwodzie prądu stałego?

zaznaczyć kierunki spadków napięcia na elementach w obwodzie
prądu stałego?

zapisać

równanie

prawa

Kirchhoffa

dla

węzła

obwodu

elektrycznego?

wyjaśnić II prawo Kirchhoffa?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4.

Pomiary wielkości elektrycznych

4.4.1. Materiał nauczania

Podstawowe metody pomiarowe w obwodach elektrycznych

Metoda pomiarowa określa sposób wykonania pomiaru. Pomiary wielkości elektrycznych

moŜna wykonywać metodami bezpośrednimi lub pośrednimi.

W metodach bezpośrednich wartość wielkości mierzonej odczytuje się bezpośrednio

z przyrządu pomiarowego. Przykładem pomiaru bezpośredniego jest pomiar napięcia za
pomocą woltomierza lub pomiar prądu za pomocą amperomierza.

W metodach pośrednich wykonuje się pomiary innych wielkości elektrycznych niŜ

poszukiwana.  Następnie  wyniki  pomiarów  podstawia  się  do  zaleŜności  matematycznych
wynikających  z  praw  obwodów  elektrycznych  i  na  podstawie  obliczeń  uzyskuje  się  wartość
wielkości poszukiwanej. Pośrednie metody pomiarowe to między innymi metody techniczne
pomiaru  rezystancji  i  mocy  prądu  stałego  oraz  metody  porównawcze  napięć  i  prądów,
stosowane równieŜ do pomiaru rezystancji.

Pomiary napięcia i prądu

Podstawowe wielkości elektryczne mierzone w układach elektrycznych to napięcie

elektryczne i prąd.

Pomiaru napięcia dokonuje się za pomocą woltomierza, który włączany jest równolegle

do tego fragmentu lub elementu obwodu, na którym chcemy zmierzyć napięcie. Woltomierz
posiada bardzo duŜą rezystancję wewnętrzną (jej wartość zaleŜny od zakresu pomiarowego).
Rezystancja wewnętrzna idealnego woltomierza dąŜy do nieskończoności.

Rys. 11. a) Schemat układu do pomiar napięcia na rezystorze R

, b) Schemat układu do pomiaru prądu

Pomiaru prądu dokonuje się za pomocą amperomierza, który włączany jest szeregowo do

obwodu (lub jego jednej gałęzi), w którym chcemy zmierzyć prąd. Amperomierz posiada
bardzo małą rezystancję wewnętrzną (jej wartość zaleŜy od zakresu pomiarowego).
Rezystancja wewnętrzna idealnego amperomierza wynosi 0

Ω

W obwodach prądu stałego, jednofazowego zmiennego i trójfazowego pomiarów

napięcia i prądu dokonuje się w ten sam sposób.

Pomiar rezystancji

Rys. 12. Schemat układu do pomiaru rezystancji omomierzem

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W metodzie technicznej wartość mocy oblicza się na podstawie zaleŜności:

−

dla prądu stałego:

⋅

−

dla pr

du przemiennego:

cos

⋅

, dla odbiorników rezystancyjnych

cos

gdzie: U – warto

ść

napi

cia zmierzonego woltomierzem,

I – warto

ść

du zmierzonego amperomierzem.

Rys. 15. Układy do pomiaru mocy czynnej metodą techniczną i bezpośrednią w obwodzie prądu zmiennego

jednofazowego

4.4.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadaj

c na pytania, sprawdzisz, czy jeste

przygotowany do wykonania

wicze

Jakie znasz metody pomiarowe stosowane w obwodach elektrycznych?

Jaki miernik słu

y do pomiaru napi

cia?

Jaki miernik słu

y do pomiaru pr

du?

Jakie znasz metody pomiaru rezystancji?

Jaki miernik słu

y do pomiaru rezystancji?

Czym charakteryzuje si

miernik uniwersalny?

Jakie znasz metody pomiaru mocy?

Jaki miernik słu

y do pomiaru mocy?

4.4.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Wykonaj pomiary rezystancji za pomoc

miernika uniwersalnego.

Sposób wykonania

wiczenia

Aby wykona

wiczenie, powiniene

przeanalizowa

tre

ść

zadania,

narysowa

schemat pomiarowy,

zgromadzi

potrzebn

aparatur

i elementy elektryczne,

zapisa

oznaczenia wybranych przyrz

dów,

wybra

tryb pracy miernika,

wykona

pomiary rezystancji wybranych elementów,

zapisa

wyniki pomiarów,

porówna

zmierzone warto

ci z warto

ciami podanymi przez producenta rezystorów,

oszacowa

dokładno

ść

pomiarów i sformułowa

wnioski,

10)

sporz

dzi

sprawozdanie z

wiczenia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

rezystory: R = 1 k

Ω

/1 W; R = 1,8 k

Ω

/1 W; R = 2,2 k

Ω

/1 W; R = 820

Ω

/2 W; R = 1,5 k

Ω

/1 W,

–

miernik uniwersalny cyfrowy.

Ćwiczenie 2

Wykonaj pomiary prądu stałego.

Rysunek do ćwiczenia 2. Schemat układu do pomiaru prądu stałego

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

przeanalizować treść zadania,

zgromadzić potrzebną aparaturę i elementy elektryczne zapisując ich oznaczenia,

wybrać odpowiedni tryb pracy miernika,

połączyć układ pomiarowy,

wykonać pomiar prądu,

sformułować wnioski,

zaprezentować wyniki ćwiczenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

rezystory: R = 1 k

Ω

/1 W; R = 1,8 k

Ω

/1 W; R = 2,2 k

Ω

/1 W;

−

zasilacz +15 V,

−

miernik uniwersalny cyfrowy.

Ćwiczenie 3

Wykonaj pomiary mocy prądu stałego.

Tabela obliczeń i wyników pomiarów

Rysunek do ćwiczenia 3.

Schemat układu do pomiaru mocy prądu stałego

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

przeanalizować treść zadania,

zgromadzić potrzebną aparaturę i elementy elektryczne zapisując ich oznaczenia,

U [V]

I [mA] P [W] Wskazanie

watomierza [W]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

połączyć układ pomiarowy,

wykonać pomiary prądów, napięć i mocy zmieniając wartość napięcia od 0 do 10 V co 2 V,

zapisać wyniki w tabeli wyników pomiarów,

obliczyć wartość mocy na podstawie wskazań woltomierza i amperomierza, korzystając
ze wzoru:

⋅

porówna

obliczone warto

ci mocy ze wskazaniami watomierza,

oszacowa

dokładno

ść

pomiarów, sformułowa

wnioski,

zaprezentowa

wyniki

wiczenia.

Wyposa

enie stanowiska pracy:

–

zasilacz stabilizowany regulowany w zakresie 0 V÷15 V,

–

multimetr cyfrowy i analogowy,

–

watomierz,

–

rezystor R = 100

Ω

4.4.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

dobra

miernik do pomiaru okre

lonej wielko

ci elektrycznej?

wybra

tryb pracy miernika uniwersalnego do pomiaru okre

lonej

wielko

ci elektrycznej?

dokona

pomiaru napi

cia?

dokona

pomiaru pr

du?

dokona

pomiaru rezystancji?

dokona

pomiaru mocy pr

du stałego metod

techniczn

dokona

pomiaru mocy czynnej zmiennego pr

du jednofazowego za

pomoc

watomierza?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.5.

Transformator

4.5.1. Materiał nauczania

Transformator

Rys. 16. Schemat elektryczny transformatora [12]

Transformator jest urządzeniem elektroenergetyczne, w którym następuje przekazanie

energii  elektryczne  z  jednego  obwodu  do  drugiego,  za  pośrednictwem  pola
elektromagnetycznego. Zbudowany jest zazwyczaj z dwóch uzwojeń. Uzwojenie do którego,
doprowadzany  jest  sygnał  nosi  nazwę  pierwotnego,  natomiast  uzwojenie  do  którego
podłączony  jest  odbiornik  nazywa  się  uzwojeniem  pierwotnym.  JeŜeli  przez  uzwojenie
pierwotne  przepływa  zmienny  prąd  elektryczny,  wokół  niego  wytwarza  się  zmienne  pole
elektromagnetyczne, które oddziałuje na uzwojenie wtórne, wskutek czego w uzwojeniu tym
indukuje  się  napięcie  elektryczne,  a  jeśli  jego  obwód  zamkniemy,  popłynie  w  nim  prąd.
O takich uzwojeniach mówimy, Ŝe są sprzęŜone magnetycznie.

Ze względu na budowę rozróŜniamy transformator z rdzeniem ferromagnetycznym

i transformatory powietrzne. Te pierwsze mają uzwojenia transformatora nawinięte na rdzeniu
wykonanym z blach elektrotechnicznych odizolowanych od siebie lakierem, warstwą tlenków
lub specjalną izolacją. Poziome elementy rdzenia nazywamy jarzmem, a pionowe kolumnami.
Rdzeń słuŜy do przewodzenia strumienia magnetycznego. Transformatory powietrzne zaś nie
posiadają rdzenia lub jest on wykonany z materiału niewykazującego właściwości
magnetycznych.

Zadaniem transformatora jest zmiana wartości zmiennego napięcia elektrycznego,

o której decyduje najwaŜniejszy parametr przekładnia zwojowa. Przekładnia zwojowa
transformatora to stosunek liczby zwojów uzwojenia pierwotnego N

do liczby zwojów

uzwojenia wtórnego N

gdzie:

n – przekładnia zwojowa,
N

– liczba zwojów uzwojenia pierwotnego,

– liczba zwojów uzwojenia wtórnego.

Transformatory mog

równie

stosowane w celu oddzielenia (czyli separacji

odbiornika) obwodów dla pr

du przemiennego lub dopasowania obwodów elektrycznych

du zmiennego. Podstawowe parametry transformatorów podawane w katalogach elementów

elektronicznych to:

−

napi

cie znamionowe strony pierwotnej i wtórnej,

−

dy znamionowe strony pierwotnej i wtórnej,

−

grupa poł

cze

(dla transformatorów trójfazowych),

−

przekładnia napi

ciowa,

−

moc pozorna,

−

sprawno

ść

−

wymiary geometryczne i masa.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Stany pracy transformatora

Transformator moŜe pracować w trzech stanach pracy:

−

w stanie obciąŜenia,

−

w stanie jałowym,

−

w stanie zwarcia.
Podstawowy stan pracy transformatora to stan obciąŜenia, wówczas uzwojenie pierwotne

jest zasilane napięciem znamionowym, a w obwód wtórny jest włączony odbiornik. W stanie
obciąŜenia transformatora w obu uzwojeniach płyną prądy.

W stanie jałowym uzwojenie pierwotne jest zasilane napięciem znamionowym,

a uzwojenie wtórne jest rozwarte. Prąd płynący w uzwojeniu pierwotnym, zwany prądem
jałowym, jest bardzo mały - w transformatorach mocy stanowi około 1…10% prądu
znamionowego.

W stanie zwarcia do uzwojenia pierwotnego transformatora jest doprowadzone napięcie

zasilające,  a  uzwojenie  wtórne  jest  zwarte,  zatem  napięcie  na  zaciskach  tego  uzwojenia  jest
równe  zero.  Prąd  płynący  w  uzwojeniach  transformatora  jest  wówczas  od  kilku  do
kilkudziesięciu  razy  większy  od  prądu  znamionowego.  Stan  zwarcia  jest  niebezpieczny  dla
transformatorów,  poniewaŜ  całkowita  moc  pobrana  przez  transformator  wydziela  się
w postaci  ciepła,  co  powoduje  wzrost  temperatury  uzwojeń,  a  w  konsekwencji  uszkodzenie
transformatora. Zwarcie występujące przy pełnym napięciu zasilającym nazywamy zwarciem
awaryjnym.

Podstawowe zastosowanie transformatorów

Transformator jest podstawowym elementem zasilaczy sieciowych i przetwornic

transformatorowych. Produkowanych jest równieŜ szereg transformatorów specjalnych,
z których najpopularniejsze to:

−

autotransformatory – posiadają tylko jedno uzwojenie (część uzwojenia jest wspólna
zarówno dla pierwotnego jak i wtórnego napięcia),

−

transformatory trójuzwojeniowe – posiadają po trzy uzwojenia na kaŜdej kolumnie,
są stosowane w energetyce,

−

przekładniki prądowe i napięciowe – stosowane w celu obniŜenia wartości napięcia lub
prądu dla dokonania pomiarów lub dla galwanicznego oddzielenia obwodu pomiarowego
od sieci wysokiego napięcia,

−

transformatory spawalnicze,

−

transformatory wielkiej częstotliwości – stosowane w sprzęcie elektronicznym.

4.5.2. Pytania sprawdzające

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

Do czego słuŜy transformator?

Jak zbudowany jest transformator?

Czym róŜni się transformator z rdzeniem ferromagnetycznym od transformatora
powietrznego?

Jakie znasz stany pracy transformatora?

Który ze stanów pracy transformatora jest niebezpieczny i dlaczego?

Jakie znasz typy transformatorów specjalnych?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.5.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Odszukaj na elektrycznym schemacie ideowym symbol transformatora. Określ na

podstawie dokumentacji technicznej parametry wykorzystanego transformatora.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

przeanalizować dokumentację techniczną,

odszukać elektryczny schemat ideowy,

przeanalizować odszukany schemat,

rozpoznać na schemacie ideowym symbol transformatora,

określ na podstawie dokumentacji technicznej parametry wykorzystanego transformatora,

zaprezentować wyniki.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

dokumentacja techniczna urządzenia elektronicznego,

−

literatura wskazana przez nauczyciela.

Ćwiczenie 2

Oblicz przekładnię zwojową transformatora wiedząc, Ŝe uzwojenie pierwotne ma

160 zwojów, natomiast uzwojenie wtórne 20 zwojów.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

napisać wzór określający przekładnię zwojową transformatora,

wykonać obliczenia,

zaprezentować wyniki ćwiczenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

kalkulator,

−

literatura wskazana przez nauczyciela.

4.5.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

rozróŜnić elementy budowy transformatora?

wyjaśnić zasadę działania transformatora?

rozpoznać symbol transformatora na elektrycznym schemacie ideowym?

określić na podstawie katalogu elementów elektronicznych parametry
transformatora?

scharakteryzować zastosowanie określonego typu transformatora?

obliczyć przekładnię zwojowa transformatora?

scharakteryzować stany pracy transformatora?

wyjaśnić, dlaczego stan zwarcia jest niebezpieczny?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.6.

Silniki prądu stałego. Silniki indukcyjne

4.6.1. Materiał nauczania

Silnik prądu stałego

Silnik to maszyna elektryczna zamieniająca energię elektryczną na mechaniczna. Zasadę

działania  silnika  prądu  stałego  najprościej  wyjaśnić  na  jego  modelu  zbudowanym  z  dwóch
magnesów zwróconych do siebie biegunami róŜnoimiennymi, tak aby między nimi powstało
pole  magnetyczne.  Pomiędzy  magnesami  znajduje  się  ramka  wykonana  z przewodnika
elektrycznego podłączona do źródła prądu stałego poprzez komutator, który słuŜy do zmiany
kierunku prądu, oraz ślizgające się po nim szczotki. Przewodnik zawieszony jest na osi, aby
mógł  się  swobodnie  obracać.  Na  przewodnik  ramki,  w  którym  płynie  prąd  elektryczny,
działają  siły  oddziaływania  prądu  i pola  magnetycznego.  Ramka  wychyla  się  z  połoŜenia
poziomego, obracając się wokół osi. W wyniku swojej bezwładności mija połoŜenie pionowe.
Po przejściu połoŜenia pionowego ramki, szczotki znów dotykają styków na komutatorze, ale
odwrotnie,  prąd  płynie  w przeciwnym  kierunku,  dzięki  czemu  ramka  w  dalszym  ciągu  jest
obracana w tym samym kierunku.

Rys. 17. Model silnika [13]

Wykorzystywane w urządzeniach elektrycznych silniki mają bardziej skomplikowaną

budowę, natomiast podstawowymi elementami ich budowy są:

−

nieruchomy stojan wytwarzający pole magnetyczne,

−

ruchomy wirnik z uzwojeniami twornika,

−

szczotki – doprowadzające prąd do uzwojenia twornika,

−

komutator czyli pierścień ze stykami – słuŜący do zmiany kierunku prądu.
W stojanie do wytworzenia pola magnetycznego wykorzystuje się elektromagnesy,

wirnik posiada wiele zwojów, natomiast komutator jest bardziej skomplikowany.

Wirnik silnika prądu stałego wykonany jest w kształcie walca. Na jego powierzchni

znajdują się Ŝłobki, w których są uzwojenia twornika, zamykane za pomocą specjalnych
klinów. Zapobiegają one wypadnięciu uzwojenia podczas wirowania.

Stojan, wykonany jest w kształcie wydrąŜonego walca, zwykle, ze względu na stałe pole

magnetyczne, jako Ŝeliwny lub staliwny odlew. Po wewnętrznej stronie stojana umieszczone
są bieguny główne oraz pomocnicze, na których nawinięte są uzwojenia elektromagnesów
(uzwojenia wzbudzenia).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Silnik indukcyjny składa się z dwóch zasadniczych części (rys. 20): nieruchomego

stojana  i  ruchomego  wirnika.  Na  wewnętrznej  stronie  rdzenia  stojana  i  zewnętrznej  stronie
rdzenia  wirnika  wykonuje  się  specjalne  rowki,  zwane  Ŝłobkami,  w  których  umieszczane  są
uzwojenia. Część rdzenia pomiędzy sąsiednimi rowkami, nazywana jest zębem. śłobki i zęby
mogą  posiadać  róŜne  kształty,  zwykle  ich  liczba  w  stojanie  i  wirniku  jest  róŜna.  Pomiędzy
stojanem a wirnikiem znajduje się moŜliwie mała szczelina powietrzna.

Uzwojenie stojana wykonane jest z izolowanego drutu, mocno usztywnione tak, aby

zmniejszyć prawdopodobieństwo uszkodzenia na skutek drgań mechanicznych. Ze względu
budowę wirnika rozróŜnia się silniki indukcyjne: klatkowe i pierścieniowe, które obecnie są
rzadko stosowane.

W silniku indukcyjnym klatkowym (rys. 22) konstrukcja wirnika wyglądem przypomina

klatkę  o kształcie  walca.  Jego  obwód  elektryczny  jest  wykonany  z  nieizolowanych  prętów,
połączonych po obu stronach pierścieniami zwierającymi. Jest on zawsze zwarty (inna nazwa
tego  silnika  to  silnik  indukcyjny  zwarty)  i  nie  ma  moŜliwości  przyłączania  dodatkowych
elementów.  Klatka  stanowi  wielofazowe  uzwojenie  wirnika,  a  za  liczbę  faz  przyjmuje  się
liczbę prętów, z których jest wykonana.
Obwód magnetyczny wirnika wykonany jest w postaci pakietu blach stalowych z dodatkiem
krzemu, wzajemne odizolowanych, złoŜonych jedna na drugą.

Rys. 22. Wirnik silnika klatkowego [13]

Zasada działania silnika klatkowego

Uzwojenia stojana wytwarza wirujące pole magnetyczne obracające się wokół

nieruchomego wirnika. Pole to przecinania pręty klatki wirnika, co powoduje indukowanie się
w  nich  napięcie  (stąd  nazwa  ”silnik  indukcyjny”),  a  w  efekcie  przepływ  prądu.  To  zjawisko
wywołuje  poruszanie  się  wirnika.  Na  początku  zwiększa  się  jego  prędkość  obrotowa,
a następnie wirnik przestaje przyspieszać i dalej porusza się ze stałą prędkością.

Silnik pierścieniowy ma uzwojenie wirnika na stałe połączone zwykle z trzema

pierścieniami  ślizgowymi  (uzwojenie  wirnika  najczęściej  jest  3-fazow).  Jest  ono  wykonane
podobnie do uzwojenia stojana. Uzwojenia wirnika połączone są z dodatkowymi elementami,
zwiększającymi  rezystancje  kaŜdej  fazy  za  pośrednictwem  przylegających  do  pierścieni
szczotek.  Zmianę  rezystancji  faz  stosuje  się  dla  rozruchu,  hamowania  i  zmiany  prędkości
silnika. Obecnie ze względu na zbyt skomplikowana budowę konstrukcja ta jest raczej rzadko
stosowana.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 23. Wirnik silnika pierścieniowego [13]

Silniki indukcyjne jednofazowe

Silniki indukcyjne jednofazowe są silnikami małej mocy stosowanymi w róŜnego rodzaju

napędach, w pomocniczych układach elektronicznych i automatyki są to mikrosilniki.
Posiadają  one  wirnik  o  uzwojeniu  klatkowym  i  stojan  o  uzwojeniu  jednofazowym.
Mikrosilniki mają inną budowę stojana niŜ silników trójfazowych duŜej mocy. Stosuje się tu
uzwojenia  skupione  nawinięte  na  biegunach,  a  nieułoŜone  w  Ŝłobkach.  Jedno  z  uzwojeń
nazywane jest głównym lub roboczym. Jest ono zasilane przez cały czas pracy silnika. Drugie
z  uzwojeń  nazywa  się  uzwojeniem  pomocniczym  rozruchowym  i  jest  załączone  tylko
w chwili rozruchu. W obwód uzwojenia rozruchowego (pomocniczego) włącza się szeregowo
impedancje dodatkową – kondensator.

Po dokonaniu rozruchu uzwojenie rozruchowe, przystosowane do pracy krótkotrwałej,

zostaje samoczynnie odłączone przez:

−

wyłącznik odśrodkowy po osiągnięciu przez silnik około 80% prędkości znamionowej

−

wyłącznik elektromagnetyczny, jeśli w wyniku wzrostu prędkości obrotowej zmaleje
prąd przepływający przez uzwojenie główne.
Zmianę kierunku wirowania silnika uzyskuje się przez zmianę kierunku przepływu prądu

w jednym z uzwojeń.

Zaletą takiego typu silnika jest niska cena, duŜa trwałość, cicha praca. Silniki takie nie

generują zakłóceń radioelektrycznych.

4.6.2. Pytania sprawdzające

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

Jakie jest podstawowe zadanie silnika elektrycznego?

Z jakich elementów składa się silnik prądu stałego?

Jaką rolę spełnia stojan, a jaką wirnik?

Do czego słuŜy komutator?

Jaki typ silnika prądu stałego stosowany jest w urządzeniach do obróbki plastycznej?

Jak zbudowany jest silnik indukcyjny?

Jak klasyfikujemy silniki indukcyjne?

Jakie są róŜnice w budowie silnika klatkowego i pierścieniowego?

Gdzie maja zastosowanie silniki indukcyjne jednofazowe?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.6.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Określ na podstawie dokumentacji technicznej urządzenia metalurgicznego typ

i parametry zastosowanego silnika. Jakie zadanie realizuje silnik w tym urządzeniu?

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

określić typ urządzenia metalurgicznego,

przeanalizować dokumentację techniczną,

odszukać w dokumentacji wykaz elementów urządzenia,

określić typ zastosowanego silnika,

określić zadanie jakie realizuje silnik w tym urządzeniu,

zaprezentować wyniki swojej pracy.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

dokumentacja techniczna urządzenia metalurgicznego,

–

literatura wskazana przez nauczyciela.

Ćwiczenie 2

RozróŜnij elementy budowy silnika i scharakteryzuj ich zadania, na podstawie

otrzymanego modelu. Określ typ silnika jaki przedstawia model.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

dokonać oględzin silnika,

rozróŜnić podstawowe elementy budowy silnika,

scharakteryzować zadania jakie pełnią te elementy,

określić, korzystając z tabliczki znamionowej typ silnika i jego parametry,

zaprezentować wyniki.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

model silnika elektrycznego,

−

literatura wskazana przez nauczyciela.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.6.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

określić róŜnice w działaniu silnika prądu stałego i silnika indukcyjnego?

rozróŜnić elementy budowy silników elektrycznych róŜnych typów?

określić zadania jakie spełniają poszczególne elementy silnika?

wyjaśnić zasadę działania silnika prądu stałego?

wyjaśnić zasadę działania silnika indukcyjnego?

wskazać róŜnie w budowie silnika klatkowego i pierścieniowego?

określić na podstawie katalogu elementów elektrycznych parametry
danego silnika elektrycznego?

określić przykłady zastosowania silników w urządzeniach i maszynach
do obróbki plastycznej?

scharakteryzować zastosowanie róŜnych typów silników?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.7.

Instalacje elektryczne

4.7.1. Materiał nauczania

Instalacja elektryczna to zespół urządzeń słuŜących do doprowadzenia energii

elektrycznej  o  określonych  parametrach  do  miejsc  jej  wykorzystania.  Instalacje  elektryczne
dzielimy  na  instalacje  przemysłowe  i  mieszkaniowe,  do  których  naleŜą  równieŜ  instalacje
w biurach,  budynkach  uŜyteczności  publicznej  itp.  Ze  względu  na  charakter  odbiorników
instalacje  moŜemy  podzielić  na:  oświetleniowe  i  siłowe  –  zasilające  trójfazowe  grzejniki
i silniki.  Ze  względu  na  czas  uŜytkowania  instalacje  moŜemy  podzielić  na:  stałe  oraz
prowizoryczne  –  o  uproszczonych  rozwiązaniach  (dopuszczonych  przez  przepisy),
montowane doraźnie.

Podstawowymi elementami składowymi instalacji są:

−

przewody,

−

osprzęt instalacyjny,

−

rozdzielnice,

−

urządzenia automatyki.
W instalacjach, zwłaszcza mieszkaniowych stosuje się ponadto elementy spełniające

określone zadania:

−

przyłącze, będące linią elektroenergetyczną łączącą złącze z siecią energetyki
zawodowej;

−

złącze czyli urządzenie elektryczne słuŜące do połączenia przewodów przyłącza
z bezpośrednio licznikiem rozliczeniowym lub za pośrednictwem wewnętrznej linii
zasilającej, złącze stanowi podstawowe zabezpieczenie zasilanego obiektu;

−

wewnętrzna linia zasilająca (wlz) czyli linia elektroenergetyczna o stałym przekroju
łącząca złącze z tablicami rozdzielczymi;

−

instalacja odbiorcza – doprowadza energię do poszczególnych odbiorników, znajduje się
za licznikiem rozliczeniowym.
Układ instalacji elektrycznej zaleŜy od: przeznaczenia, potrzeb i załoŜonych wymagań,

natomiast charakteryzuje się:

−

rodzajem i wartością stosowanego napięcia – stosuje się napięcia prądu przemiennego
o wartościach znormalizowanych,

−

sposobem uziemienia,

−

sposobem ochrony przeciw poraŜeniowej.

Oznaczenia układów sieciowych

Instalacje elektryczne dzieli się na róŜnego rodzaju układy sieciowe zaleŜnie od sposobu

uziemienia.

Pierwsza litera oznaczenia układu określa związek między siecią a ziemią:

−

T – bezpośrednie połączenie jednego punktu wspólnego (najczęściej przewodu
neutralnego) z ziemią,

−

I – wszystkie części, które mogą znaleźć się pod napięciem są odizolowane od ziemi,
albo jeden punkt jest połączony z ziemią przez impedancję lub bezpiecznik iskiernikowy.
Druga litera określa związek między dostępnymi częściami przewodzącymi a ziemią:

−

N – metaliczne połączenie podlegających ochronie dostępnych części przewodzących
z uziemionym punktem układu sieciowego (neutralnym),

−

T – metaliczne połączenie z ziemią (uziemienie) podlegających ochronie dostępnych
części przewodzących, niezaleŜnie od uziemienia punktu neutralnego.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Kolejne litery określają związek między przewodem neutralnym N, a przewodem

ochronnym PE:

−

S – wspólny przewód neutralno-ochronny PEN,

−

C – osobne przewody: neutralny N oraz ochronny PE,

−

C-S – od strony zasilania, w pierwszej części instalacji wspólny przewód PEN, w drugiej
osobne przewody: neutralny N oraz ochronny PE.

Rys. 24. Układy sieciowe: a) TN-C, b) TN-S, c) TN-C-S, d) TT, e) IT [8, s. 65]

Osprzęt instalacyjny

Urządzenia stanowiące wyposaŜenie instalacji nazywa się osprzętem instalacyjnym.

W jego skład wchodzą:

−

rury instalacyjne słuŜące do prowadzenia przewodów,

−

elementy konstrukcyjne instalacji prefabrykowanych,

−

łączniki instalacyjne słuŜące do włączania prądów roboczych i zwarciowych oraz
stwarzania przerwy w obwodzie elektrycznym,

−

gniazda czyli łączniki wtykowe,

−

odgałęźniki czyli puszki instalacyjne słuŜące dołączenia przewodów instalacyjnych oraz
wykonywania odgałęzień,

−

bezpieczniki, zabezpieczające instalacje przed przeciąŜeniami,

−

oprawy oświetleniowe.

Przemysłowe instalacje elektryczne

W przemyśle stosuje się instalacje elektryczne w rurach z PCW i stalowych oraz instalacje

z elementów prefabrykowanych, które moŜemy podzielić na:

−

instalacje przewodami szynowymi – szyny wykonane są z aluminium, duraluminium lub
miedzi i umieszczone w specjalnych osłonach,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

instalacje  wiązkowe  –  przewody  w  izolacji  i  powłoce  poliwinitowej  formuje  się
w skupione  wiązki  i  układa  na  uchwytach,  drabinkach  i  linkach  nośnych;  stosowane  są
w tunelach,  piwnicach,  kanałach,  na  przestrzeniach  otwartych,  prowizorycznych
obiektach , halach produkcyjnych;

−

instalacje korytkowe – przewody prowadzone są w blaszanych korytkach, instalacje takie
są niezawodne i estetyczne,

−

instalacje w kanałach podłogowych – stosuje się przewody w izolacji i powłoce
poliwinitowej; ten typ instalacji montowany jest w pomieszczeniach produkcyjnych
przemysłu lekkiego i elektrotechnicznego oraz laboratoriach, pawilonach i sklepach;

−

instalacje  kablowe  na  drabinkach  –  ich  konstrukcja  wykorzystuje  prefabrykowane
drabinki  podobne  do  korytek  instalacyjnych;  ten  typ  instalacji  często  stosowany  jest
w zakładach przemysłowych.
Instalacje  przemysłowe  powinny  cechować  się:  moŜliwością  przenoszenia  duŜych  mocy

i zasilania duŜej liczby róŜnorodnych odbiorników oraz przejrzystością i estetyką układu, a takŜe
maksymalnym stopniem prefabrykacji umoŜliwiającym prostą rozbudowę i modernizację.

W zakładach metalurgicznych, ze względu na konieczność zasilania wielu maszyn

i urządzeń duŜej mocy, stosuje się najczęściej instalacje z elementów prefabrykowanych
w postaci drabinek kablowych oraz instalacji korytkowych i wiązkowych.

Zabezpieczenia odbiorników i urządzeń elektrycznych

W celu zabezpieczenia urządzeń i odbiorników stosuje się szereg środków ochrony

przeciwporaŜeniowej.

Uziemienie zwane inaczej uziomem to przewód łączący określonego punktu urządzenie

z ziemią w celu zapewnienia bezpiecznej i prawidłowej pracy urządzeń elektrycznych.

Uziemienie ochronne polega na uziemieniu jednego lub wielu punktów sieci, instalacji

lub urządzenia elektrycznego dla bezpieczeństwa. Uziemione zostają te części przewodzące
urządzeń elektrycznych, które nie są normalnie pod napięciem.

Uziemienie funkcjonalne lub inaczej uziemienie robocze – to takie uziemienie sieci,

instalacji lub urządzenia elektrycznego, które nie słuŜy bezpieczeństwu lecz jego
prawidłowemu działaniu.

Zerowanie stosowane w instalacjach elektrycznych, polega na podłączeniu części

przewodzących dostępnych np. metalowej obudowy urządzenia z przewodem ochronnym PE
lub  przewodem  ochronno-neutralnym  PEN.  W  przypadku  uszkodzenia  izolacji  moŜliwe  jest
samoczynne odłączenie zasilania, poprzez szybkie zadziałanie zabezpieczenia elektrycznego .
Zerowanie moŜe być stosowane w instalacjach elektrycznych o napięciu do 500V, w układzie
sieciowym  TN,  gdzie  punkt  neutralny  zasilającego  transformatora  jest  bezpośrednio
uziemiony,  natomiast  chronione  części  przewodzące  odbiorników  są  połączone  z  punktem
neutralnym za pomocą:

−

przewodu ochronnego PE w układzie sieciowym TN-S;

−

przewodu ochronno-neutralnego PEN w układzie sieciowym TN-C;

−

w  części  układu  przewodem  ochronnym  PE,  a  w  drugiej  części  przewodem  neutralnym
PN, w układzie sieciowym TN-C-S.
Przewód  neutralny  (N)  to  przewód  elektryczny  połączony  z  punktem  neutralnym  sieci

elektroenergetycznej, mogący słuŜyć do przesyłania energii elektrycznej.

Przewód ochronny (PE) słuŜy ochronie przed poraŜeniem elektrycznym. Jeśli łączy

główny zacisk uziemiający z uziomem, to jest to przewód uziemiający, jeśli natomiast
zapewnia wyrównanie potencjałów elektrycznych róŜnych części mogących znaleźć się pod
napięciem to jest to przewód wyrównawczy.

Przewód ochronno-neutralny (PEN) łączy funkcje przewodu neutralnego N i przewodu

ochronnego PE.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Pomiary sprawdzające w instalacjach elektrycznych

W celu sprawdzenia stanu instalacji przeprowadza się min. pomiary: rezystancji izolacji

przewodów oraz rezystancji uziemień ochronnych.

Pomiar rezystancji izolacji przewodów wykonuje się induktorowym miernikiem izolacji

typu IMI (induktorem) czyli megaomomierzem. W obwodach trójfazowych wykonuje się trzy
pomiary kaŜdej fazy względem ziemi (L1-N, L2-N, L3-N), oraz trzy pomiary faz między sobą
(L1-L2, L2-L3, L1-L3). Dla obwodu jednofazowego wykonuje się jeden pomiar fazy
względem ziemi. W czasie pomiarów naleŜy:

−

wyłączyć zasilanie i odłączyć od sieci odbiorniki,

−

wykręcić Ŝarówki w obwodach oświetleniowych,

−

zamknąć łączniki instalacyjne,

−

wykręcić wkładki topikowe z gniazd bezpieczników w celu łatwiejszego połączenia
przewodów induktora.

Rys. 25. Pomiar rezystancji izolacji. 1 – wyłącznik zasilający, 2 – induktor, 3 – bezpiecznik, 4 – wyłącznik

urządzenia odbiorczego, 5 – Ŝarówka, łącznik instalacyjny [8, s. 94]

Rezystancja izolacji powinna wynosić 1000

Ω

na 1 V napięcia znamionowego sieci.

W instalacjach wykonanych w rurach instalacyjnych i z elementów prefabrykowanych 800

Ω

na kaŜdy 1 V napięcia znamionowego sieci, której napięcie międzyprzewodowe nie przekracza
250 V oraz 500

Ω

na kaŜdy 1 V napięcia znamionowego przy napięciu międzyprzewodowym

nie przekracza 250

1000 V.

Pomiar rezystancji uziemień ochronnych i pomocniczego przedstawia poniŜszy schemat (rys. 26).

Rys. 26. Pomiar rezystancji uziemienia: a) uproszczony schemat pomiarowy, b) sposób przyłączenia;

E – induktor, G – galwanometr, Z – przełącznik zakresów, R – rezystor nastawny, Tr – transformator
izolujący od prądów błądzących, P – prostownik wibracyjny, S1, S2 – sondy pomiarowe [8, s. 194]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.7.2. Pytania sprawdzające

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

Co określamy nazwą instalacji elektrycznej?

Jak dzielimy instalacje ze względu na charakter odbiorników?

Jakie elementy i urządzenia wchodzą w skład instalacji elektrycznej?

Jakie parametry charakteryzują układ instalacji?

Co rozumiesz pod pojęciem osprzętu instalacyjnego?

Jakie rodzaje instalacji elektrycznych stosuje się w przemyśle?

Jakie właściwości powinny cechować instalacje przemysłowe?

Jakie znasz rodzaje uziemień?

Co to jest zerowanie?

10.

Do czego słuŜy przewód ochronno-neutralny?

11.

Jakie pomiary sprawdzają stan instalacji elektrycznej?

4.7.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Określ, na podstawie dokumentacji technicznej, jaki typ instalacji elektrycznej

zamontowano w sali warsztatowej. Jakie elementy osprzętu instalacyjnego potrafisz
rozpoznać w tym pomieszczeniu?

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

przeanalizować treść zadania,

przeanalizować dokumentację techniczną,

określić typ instalacji,

dokonać oględzin sali warsztatowej,

rozpoznać elementy osprzętu instalacyjnego wykorzystanego przy montaŜu instalacji,

zaprezentować wyniki.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

dokumentacja techniczna instalacji elektrycznej w sali warsztatowej,

–

literatura wskazana przez nauczyciela.

Ćwiczenie 2

Narysuj schemat układu do pomiaru rezystancji izolacji przewodów w obwodzie

trójfazowym. Określ warunki przeprowadzenia tego pomiaru.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

przeanalizować treść zadania,

określić jaki przyrząd pomiarowy słuŜy do pomiaru rezystancji izolacji,

określić ilość pomiarów,

narysować schemat układu do pomiaru rezystancji izolacji przewodów w obwodzie
trójfazowym,

określić warunki przeprowadzenia pomiaru rezystancji izolacji przewodów w obwodzie
trójfazowym,

zaprezentować wyniki ćwiczenia

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

literatura wskazana przez nauczyciela.

4.7.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

określić typ instalacji na podstawie rodzaju przyłączonych odbiorników?

rozróŜnić podstawowe elementy instalacji elektrycznej?

określić na podstawie oznaczenia układu sieciowego zastosowany sposób
uziemienia?

rozróŜnić elementy osprzętu instalacyjnego?

sklasyfikować przemysłowej instalacje elektryczne ze względu na ich
konstrukcje?

scharakteryzować

typowe

instalacje

elektryczne

stosowane

w zakładach obróbki plastycznej?

scharakteryzować podstawowe zabezpieczenia odbiorników i urządzeń
elektrycznych?

rozróŜnić: uziemienie ochronne, uziom, przewód uziemiający
i zerowanie?

wykonać pomiar rezystancji izolacji?

10)

wykonać pomiar rezystancji uziemienia?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.8.

Technika oświetleniowa. Urządzenia grzewcze

4.8.1. Materiał nauczania

Technika oświetleniowa

wiatło jest promieniowaniem elektromagnetycznym, rozchodzącym się ze źródła falami

sferycznie w powietrzu i próŜni z prędkością około 300000 km/s. Źródło światłą moŜe być
naturalne np. gwiazdy lub sztuczne np. lampy elektryczne.
W celach oświetleniowych stosuje się lampy elektryczne, które moŜna podzielić ze względu
na sposób wytwarzania światła na:

−

arowe (Ŝarówki),

−

wyładowcze (świetlówki, rtęciówki, lampy sodowe ksenonowe, wysokonapięciowe rury
jarzeniowe i inne),

−

arowo-wyładowcze (lampy rtęciowo-Ŝarowe).

śarówki

Budowa Ŝarówki pokazana jest na rys. 27. Światło w Ŝarówce emituje Ŝarnik, rozgrzany

do wysokiej temperatury przepływającym przez niego prądem. śarnik wykonany jest z trudno
topliwych  skrętek  wolframowych  i umieszczony  w  bańce  wypełnionej  gazem  obojętnym,
który  odprowadzając  ciepło  ogranicza  parowanie  wolframu.  śarówki  o  mniejszych  mocach
w bańce  szklanej  mają  próŜnię.  Ponadto  Ŝarówka  wyposaŜona  jest  w  trzonek  umoŜliwiający
jej  zamocowanie.  Najpopularniejsze  są  trzonki  gwintowe,  prócz  nich  stosuje  się  trzonki
bagnetowe  do  Ŝarówek  w  projektorach  i urządzeniach  naraŜonych  na  wstrząsy,  oraz  trzonki
telefoniczne i specjalne.

Rys. 27. Budowa Ŝarówki 1 – trzonek, 2 – podpórki, 3 – Ŝarnik, 4 – podpórki, 5 – perełka, 6 – doprowadzenie

prądu, 7 – odwiewka, 8 – płaszcz, 9 – rurka pompowa [8, s. 125]

Podstawowymi parametrami Ŝarówki są: napięcie, moc i prąd. śarówki stosowane

w instalacjach oświetleniowych mieszkań, biur i pomieszczeń o podobnym przeznaczeniu
produkowane są na napięcie 230 V. Spotyka się równieŜ typy Ŝarówek wykonywanych na
róŜne inne napięcia ze względu na ich przeznaczenie:

−

do latarek kieszonkowych: 2,5; 3; 3,5 V;

−

samochodowe: 6; 12; 24 V;

−

do taboru kolejowego: 24; 32; 50; 54 V;

−

samolotowe: 28 V;

−

do górniczych lamp akumulatorowych: 2,5; 3,75 V.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

śarówki halogenowe

Mają konstrukcję podobną do tradycyjnej Ŝarówki, z tą róŜnica, ze stosuje się w nich

halogenki czyli jod, chrom, brom i fluor, które powodują samoregenerację zuŜywającego się
Ŝ

arnika. W celu zapewnienia odpowiednich warunków dla tego procesu naleŜy utrzymywać

w bańce Ŝarówki bardzo wysoka temperaturę, rzędu 250

C, co determinuje małe wymiary

arówek halogenowych. Tego typu źródła światła są obecnie powszechnie stosowane

w pomieszczeniach: mieszkalnych, biurowych, sportowych, uŜyteczności publicznej oraz
przemysłowych.

Lampy fluoroscencyjne (świetlówki)

wietlówka składa się ze:

−

szklanej, prostej lub zagiętej rury zakończonej jednakowymi trzonkami, wewnątrz
powleczonej luminoforem, którego barwa decyduje o kolorze emitowanego przez
ś

wietlówkę światła, rura wypełniona jest argonem z kropelkami rtęci;

−

wykonanych z wolframowej skrętki powleczonej substancją emitująca elektrony elektrod
wbudowanych po obu jej końcach.
Do zapłonu świetlówki potrzebne są:

−

statecznik czyli dławik – słuŜący do wytworzenia fali przepięciowej w czasie zapłonu
oraz ograniczenia prądu wyładowania w świetlówce podczas jej świecenia;

−

zapłonnik - słuŜący do zaświecenia rury o podgrzanej w czasie zapłonu katodzie.
Ś

wietlówki kompaktowe mają nowoczesną konstrukcje z wbudowanym zapłonnikiem,

a czasem teŜ statecznikiem. Świetlówki charakteryzują się: duŜą skutecznością świetlną
i trwałością, pięciokrotni mniejszym zuŜyciem energii od Ŝarówek, a takŜe małą jaskrawością
wytworzonego światła.

Rys. 28. Budowa świetlówki. 1 – rura szklana, 2 – trzonek, 3 – styk, 4 – elektroda, 5 – luminofor [8, s. 125]

Lampy rtęciowe

Rys. 29. Budowa i schemat podłączenia lampy rtęciowej: 1 – bańka zewnętrzna, 2 – elektrody główne,

3 – rezystor, 4 – elektroda pomocnicza, 5 – jarznik z argonem, 6 – kropla rtęci [7, s. 131]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Lampy rtęciowe są lampami wyładowczymi o wyładowaniu łukowym. Zbudowane są

z bańki  wykonanej  ze  szkła  matowego  lub  przezroczystego  z  azotem,  w  której  umieszczony
jest jarznik. Wykonany on jest ze szkła kwarcowego w formie rurki z wtopionymi na końcach
elektrodami  wolframowymi,  wypełniony  jest  argonem  i  kropelkami  rtęci.  Do  zaświecenia
słuŜy elektroda zapłonowa (pomocnicza), umieszczona w pobliŜu jednej z elektrod głównych,
połączona  z  drugą  elektrodą  główną  poprzez  rezystor.  Wyładowanie  łukowe  następuje  po
włączeniu  lampy  do  sieci,  gdy  między  elektrodą  pomocniczą  a  sąsiednią  elektroda  główną
wytwarza  się  pole  elektryczne  oddziaływujące  na  argon.  Zjawisko  to  podnosi  temperaturę
wewnątrz  jarznika  i  powoduje  parowanie  rtęci,  które  prowadzi  do  wyładowania  pomiędzy
elektrodami  głównymi  (natomiast  wyładowanie  zapłonowe  gaśnie).  W  lampach  rtęciowych
podobnie  jak  w  świetlówkach  podczas  świecenia  istnieje  konieczność  ograniczenia  prądu
wyładowania, dlatego przy ich podłączeniu do sieci stosuje się statecznik.

Lampy rtęciowe mogą być stosowane do oświetlenia zewnętrznego, jak i wewnętrznego

w bardzo wysokich pomieszczeniach typu hale dworcowe czy sportowe. W halach
przemysłowych takie oświetlenie moŜe być stosowane dopiero na wysokości powyŜej 4 m.

Lampy rtęciowo-Ŝarowe mają podobną konstrukcję, nie wymagają jednak zastosowania

statecznika, poniewaŜ jego funkcję spełnia rezystor wykonany ze skrętki wolframowej,
umieszczony w bańce zewnętrznej i połączony z jedną z elektrod głównych.

Zaletą lamp rtęciowo-Ŝarowych jest wytwarzanie przyjemnego dla oka ludzkiego światła

jednak ich skuteczność świetlna jest dwukrotnie mniejsza niŜ lamp rtęciowych.

Lampy rtęciowe-halogenowe w jarzniku prócz rtęci mają halogen. Do ich zaświecenia

jest konieczny elektroniczny zapłonnik. Lampy emitują światło o przyjemnej dla oka barwie,
niestety ich trwałość w porównaniu z rtęciówkami jest znacznie mniejsza.

WysokopręŜne lampy sodowe działają na podobnej zasadzie do rtęciówek. Zasadniczą

ich częścią jest ceramiczny jarznik w kształcie rurki wypełniony parą sodu i rtęci z dodatkiem
gazu obojętnego. Lampy tego typu emitują światło o przewadze barwy Ŝółtej, cechują się
duŜą skutecznością i trwałością. Stosowane są w miejscach, gdzie waŜne jest duŜe natęŜenie
oświetlenia, natomiast jego barwa nie odgrywa roli – w zakładach przemysłowych, równieŜ
obróbki plastycznej.

Oprawy oświetleniowe

ródła światła umieszczane są w specjalnych oprawach oświetleniowych, które słuŜą:

−

umocowaniu źródła światła,

−

przyłączeniu go do instalacji elektrycznej,

−

odpowiedniemu skierowaniu strumienia światła,

−

ochronie oczu przed olśnieniem,

−

ochronie źródła światła przed szkodliwymi czynnikami zewnętrznymi,

−

uzyskaniu efektu dekoracyjnego.

Oprawy oświetleniowe moŜna podzielić ze względu na sposób mocowania na: stałe,

przenośne i nastawne, natomiast ze względu na zastosowanie na: przemysłowe, zewnętrzne,
do pomieszczeń uŜyteczności publicznej, projektory oświetleniowe i oprawy specjalne.

Ze względu na rozsyłanie strumienia świetlnego oprawy dzielimy na pięć klas:

−

klasy I kierują cały strumień w dół – stosowane są do oświetlenia miejscowego w duŜych
halach,

−

klasy II i III stosowane są w pomieszczeniach niŜszych o średnio jasnych sufitach
i ścianach np. sklepach, biurach,

−

klasy IV i V dają światło w przewaŜającej części odbite od sufitu, stosowane są
w pomieszczeniach niskich o jasnych sufitach i ścianach i ścianach np. mieszkaniach
i hotelach.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Oprawy oświetleniowe do wnętrz publicznych prócz funkcji oświetleniowych spełniają

równieŜ dekoracyjne. Wykonane są w I i II klasie, najczęściej są to: plafonierki i oprawy
zawieszkowe do Ŝarówek, oprawy świetlówkowe do sufitu.

Oprawy oświetleniowe zewnętrzne dla oświetlenia Ŝarowego są wykonane ze stopu

aluminium formowanego pod ciśnieniem i posiadają ochronną siatkę z ocynkowanego drutu.

Oprawy przemysłowe dzielimy na trzy grupy: zwykłe, odporne na wodę lub pył

i przeciwwybuchowe. Oprawy zwykłe to stosowane do:

−

arówek: warsztatowe (oświetlające miejscowo stanowisko pracy), zawieszkowe, ścienne

i sufitowe (oświetlające pomieszczenia zamknięte o przeciętnej wilgotności i zapyleniu)

−

wietlówek – w pomieszczeniach przemysłowych o średniej wilgotności i zapyleniu,

−

lamp wyładowczych wysokopręŜnych - w miejscach naraŜonych na opady deszczu.
Oprawy odporne na wodę lub pył stosowane są w pomieszczeniach:

−

zamkniętych – kroploodporne,

−

o zwiększonej wilgotności – bryzgoodporne,

−

przemysłowych, w których istnieje moŜliwość działania strumienia wody – strugoodporne,

−

w których moŜliwe jest duŜe zapylenie – pyłoszczelne.
W pomieszczeniach zagroŜonych wybuchem pary, pyłu węglowego lub gazów stosuje się

przeciwwybuchowe oprawy oświetleniowe, wykonane ze stopów aluminium z kloszami ze
szkła hartowanego osłoniętymi siatka z drutu stalowego.

Urządzenia grzewcze

Elektryczne urządzenia grzewcze ze względu na sposób wytwarzania ciepła dzielimy na:

rezystancyjne czyli oporowe, elektrodowe, łukowe, indukcyjne, pojemnościowe i promiennikowe.

Piece rezystancyjne

W przemyśle piece rezystancyjne stosowane są do obróbki cieplnej metali np. do

wyŜarzania,  hartowania.  Wykorzystują  ciepło  powstające  podczas  przepływu  prądu  przez
elementy  grzejne  wykonane  z  materiałów  oporowych  stałych,  najczęściej  z  metali  lub
specjalnych  stopów  metali  o  duŜej  rezystywności  i  duŜej  trwałości.  Elementy  grzejne  są
zasilane  najczęściej  z  sieci  energetycznej  za  pośrednictwem  sterowników  tyrystorowych.
Stosuje się układy zasilania jednofazowe i trójfazowe.

Ze względu na sposób nagrzewania piece rezystancyjne dzielimy na: pośrednie

i bezpośrednie. Najczęściej stosowane są piece pośrednie, które mają zamontowane wewnątrz
elementy grzejne. Ze względu na przebieg procesu nagrzewania dzielimy je na:

−

nieprzelotowe, mające jeden otwór wsadowy, zatem ponowne załadowanie moŜe się
odbyć po zakończeniu całego procesu nagrzewania,

−

przelotowe, mające dwa otwory wejściowy i wylotowy, proces nagrzewania moŜe
odbywać się tu w sposób ciągły.

W piecach bezpośrednich nagrzewania odbywa się po części rezystancyjnie i łukowe.

Rys. 30. Piece rezystancyjne o nagrzewaniu: a) pośrednim, b) bezpośrednim: 1 – element grzejny, 2 – izolująca

obudowa pieca, 3 – wsad, 4 – końcówka elementu grzejnego, 5 – uchwyt, 6 – wsad pełniący funkcje
elementu grzejnego [8, s. 146]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Piece próŜniowe posiadają cylindryczną obudowę próŜniową (o podwójnych ścianach

chłodzonych  wodą),  wewnątrz  której  umieszczona  jest  komora  grzejna  z  izolacją  grafitową
lub  ceramiczną.  Grafitowe  elementy  grzejne  umieszczone  są  symetrycznie  na  wewnętrznej
stronie komory. W piecach tego typu, dzięki próŜni, polepszają się właściwości mechaniczne
materiałów,  zatem  są  one  wykorzystywane  do  obróbki  stali  nierdzewnych,  kwasoodpornych
czy narzędziowych.

Piece elektrodowe posiadają elektrody zanurzone w roztopionych mieszaninach soli.

Kąpiel solna rozgrzewana przepływającym przez elektrody prądem przekazuje swoje ciepło
zanurzonemu w niej wsadowi.

Piece łukowe wykorzystują zjawisko łuku elektrycznego powstającego przy przerywaniu

obwodów prądowych. W piecach łukowych pośrednich łuk elektryczny pali się pomiędzy
dwiema elektrodami węglowymi lub grafitowymi, natomiast w piecach bezpośrednich
pomiędzy elektroda i topionym metalem. Piece te stosowane są do wytopu metali ze względu
na nierównomierny rozkład temperatury.

Piece indukcyjne wykorzystują zjawisko powstawania prądów wirowych pod wpływem

zmiennego pola magnetycznego. Stosuje się przy: lutowaniu, wyŜarzaniu, topieniu metali,
hartowaniu stali.

Do topienia metali w hutach i odlewniach uŜywa się pieców indukcyjnych zasilanych

prądem częstotliwości 25÷60 Hz. Do obróbki cieplnej duŜych elementów stosuje się
częstotliwość 300 Hz÷3 kHz, natomiast prądy o większej częstotliwości są uŜywane do
lutowania małych elementów, np. do lutowania puszek.

Przedmiot nagrzewany w piecu wielkiej częstotliwości umieszcza się w cewce

indukcyjnej zwanej induktorem lub wzbudnikiem. Induktor jest wykonany z rurki miedzianej,
przez którą przepływa woda chłodząca go. Induktor jest zasilany prądem przemiennym
pobieranym z elektronicznych generatorów wielkiej częstotliwości.

Charakterystyczną cechą nagrzewania indukcyjnego jest to, Ŝe ciepło jest wytworzone

wewnątrz nagrzewanego przedmiotu, głównie w jego części znajdującej się w zasięgu
wytworzonego pola magnetycznego.

Piece pojemnościowe działają na zasadzie wytwarzania ciepła wewnątrz dielektryka pod

wpływem szybkozmiennego pola elektrycznego wielkiej częstotliwości.
Nagrzewanie pojemnościowe stosuje się do: sterylizacji Ŝywności i środków opatrunkowych,
w lecznictwie, suszenie zboŜa, gotowania i pieczenia Ŝywności, zgrzewanie folii
plastikowych, obróbki gumy, a takŜe klejenie i suszenie drewna.

Promienniki wytwarzają promieniowanie cieplne, którego energię pochłania nagrzewane

ciało. Promienniki dzielimy na:

−

lampowe, gdzie źródłem promieniowania jest rozgrzany Ŝarnik; są one produkowane
w postaci Ŝarówek z wewnętrznym odbłyśnikiem lub rur ze szkła kwarcowego,

−

rurkowe wykonane z przewodu grzejnego zatopionego w masie ceramicznej lub
umieszczonego w metalowej rurce w masie izolacyjnej.

4.8.2. Pytania sprawdzające

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

Jakie znasz typy źródeł światła?

Jaka jest zasada działania Ŝarówki?

W jakim celu stosuje się w Ŝarówkach halogenki?

Czym charakteryzują się świetlówki?

Jak działają lampy rtęciowe?

Jak działają lampy sodowe?

Jak dzielimy oprawy oświetleniowe ze względu na rozsyłanie strumienia świetlnego?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Jakie znasz typy przemysłowych opraw oświetleniowych?

Jakie znasz elektryczne urządzenia grzejne?

10.

Które z elektrycznych urządzeń są stosowane w przemyśle?

4.8.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Określ typ źródeł światła i opraw oświetleniowych, jakie powinny być zastosowane

w hali produkcyjnej zakładu metalurgicznego.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

przeanalizować treść zadania,

określić wymagania dotyczące oświetlenia,

wybrać z katalogu typ źródeł oświetlenia,

dobrać odpowiednie oprawy oświetleniowe,

uzasadnić dokonany wybór.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

katalogi elementów oświetleniowych,

–

literatura wskazana przez nauczyciela.

4.8.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

scharakteryzować zasadę działania powszechnie stosowanych źródeł
ś

wiatła?

określić zastosowanie określonych źródeł oświetlenia?

dobrać rodzaj źródeł światła przeznaczonych do zainstalowania w hali
produkcyjnej zakładu obróbki plastycznej?

scharakteryzować klasy opraw oświetleniowych?

sklasyfikować przemysłowe oprawy oświetleniowe?

dobrać oprawę oświetleniową do zastosowania w hali produkcyjnej
zakładu obróbki plastycznej?

scharakteryzować zasadę działania pieców rezystancyjnych?

określić zastosowanie danego typu urządzenia grzejnego?

scharakteryzować nagrzejnictwo promiennikowe?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.9.

Podstawy elektroniki

4.9.1. Materiał nauczania

Nowoczesne maszyny i urządzenia stosowane we wszystkich gałęziach przemysłu,

metalurgicznego i obróbki plastycznej, posiadają blok elektroniki sterującej, w skład którego
wchodzą typowe układy elektroniczne takie jak: wzmacniacze, prostowniki, generatory i inne,
które są zbudowane z elektronicznych elementów i układów półprzewodnikowych.

Diody półprzewodnikowe

Diod półprzewodnika posiada dwie elektrody anodę i katodę. Pod względu zasadę

działania  i  przeznaczenia  rozróŜnia  się  wiele  rodzajów  diod:  prostownicze,  stabilizacyjne,
impulsowe, pojemnościowe, uniwersalne, fotodiody, diody LED i inne.
Dioda prostownicza

Rys. 31. a) Symbol diody prostowniczej, polaryzacja diody prostowniczej b) w kierunku przewodzenia,

c) w kierunku zaporowym [3, s. 54]

W układach elektronicznych dioda prostownicza wykorzystywana jest przede wszystkim

do przekształcania prądu zmiennego w jednokierunkowy prąd pulsujący. Przewodzi ona prąd
w jednym kierunku. JeŜeli do anody podłączony jest potencjał dodatni, a do katody potencjał
ujemny  to  jest  to  polaryzacja  w  kierunku  przewodzenia.  Jeśli  na  diodzie  pojawi  się  spadek
napięcia zwany napięciem progowym, (którego wartość zaleŜy od materiału z jakiego została
wykonana  dioda  i  tak  dla  diod  krzemowych  jest  to  wartość  około  0,7  V,  dla  germanowych
około 0,3 V) to przez diodę popłynie prąd (od anody do katody). Spadek napięcia na diodzie
niewiele  zmienia  się  pomimo  duŜych  zmian  wartości  przepływającego  przez  nią  prądu,
w katalogach podawane są typowe wartości tego spadku napięcia. Przy polaryzacji odwrotnej
zwanej  polaryzacją  w  kierunku  zaporowym  (wówczas  do  anody  podłączony  jest  potencjał
ujemny,  a  do  katody  dodatni),  przez  diodę  płynie  bardzo  mały  prąd  w  kierunku  zaporowym
(od  katody  do  anody),  w  wielu  przypadkach  analizy  działania  układów  elektronicznych
moŜemy  go  pominąć.  W  kierunku  zaporowym  do  diody  moŜna  przyłoŜyć  tylko  określona
napięcia  zwane  maksymalnym  napięciem  wstecznym,  podane  w  danych  katalogowych.
Przekroczenie  tej  wartości  spowoduje  krótkotrwały  przepływ  prądu  przez  diodę  w  kierunku
zaporowym, powodujący zniszczenie jej struktury wewnętrznej.
Diody prostownicze stosuje się najczęściej w układach prostowniczych urządzeń zasilających.

Dioda stabilizacyjna (dioda Zenera)

Wykorzystuje się jej właściwości przy polaryzacji w kierunku zaporowym. Przy

polaryzacji w kierunku przewodzenia, dioda Zenera działa jak dioda prostownicza. Natomiast
przy  polaryzacji  w  kierunku  zaporowym,  póki  przyłoŜone  napięcie  nie  osiągnie  wartości
zwanej  napięciem  Zenera,  przez  diodę  stabilizacyjną  płynie  bardzo  mały  prąd  w  kierunku
zaporowym  (od  katody  do  anody).  Jeśli  spadek  napięcia  w  kierunku  zaporowym  osiągnie
wspomnianą  wartość  napięcia  Zenera  następuje  zjawisko  przebicia  Zenera  lub  tunelowe,
polegające  na  szybkim  wzroście  wartości  prądu  przy  prawie  niezmienionej  wartości  spadku
napięcia.  Diody  stabilizacyjne  stosuje  się  w  układach  stabilizacji  napięć,  w  ogranicznikach
amplitudy, w układach źródeł napięć odniesienia itp.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 32. Symbole graficzne dioda a) stabilizacyjna

[3, s. 59], b) LED [3, s. 450]

Dioda LED

Diody LED emitują światło pod wpływem przepływu przez nie prądu w kierunku

przewodzenia. Diodę LED zasila się napięciem w kierunku przewodzenia, łącząc szeregowo
z nią rezystor ograniczający prąd.

Diody LED wykorzystuje się zasadniczo jako samodzielne elementy sygnalizujące,

buduje się z nich równieŜ wyświetlacze.

Tranzystory

Obecnie produkowane jest wiele typów tranzystorów przeznaczonych do róŜnych

zastosowań. Mogą one występować jako elementy dyskretne, najczęściej jednak stanowią
podstawowy element układów scalonych.

Tranzystor bipolarny

Tranzystor bipolarny przeznaczony jest do pracy jako wzmacniacz sterowany prądowo.

Zbudowany jest z trzech warstw półprzewodnika stanowiących kombinację dwóch złącz PN.
Ze  wzglądu  na  budowę  rozróŜniamy  tranzystory  bipolarne  typu  PNP  i  NPN.  Tranzystor
bipolarny  moŜna  przedstawić  jako  dwie  diody  przewodzące  prąd  w  kierunku  bazy  (PNP),
albo w kierunku od bazy (NPN).

Rys. 33. Symbol tranzystora a) PNP, b) NPN [3, s.62]

Struktura półprzewodnikowa tranzystora umieszczona jest w hermetycznie zamkniętej

obudowie chroniącej przed uszkodzeniami mechanicznymi, ale równieŜ spełniającej inne
funkcje np. w tranzystorach średniej i duŜej mocy umoŜliwia odprowadzanie ciepła.

Tranzystor bipolarny posiada trzy elektrody E – emiter, B – bazę, C – kolektor. Baza jest

elektrodą sterująca. Zazwyczaj tranzystor pracuje jako wzmacniacz prądowy. Mały prąd
wpływający do bazy umoŜliwia przepływ większego prądu pomiędzy kolektorem a emiterem.
Jest to tak zwany stan aktywny pracy tranzystora.

Tranzystor bipolarny moŜe równieŜ pracować w stanie nieprzewodzenia zwanego teŜ

odcięciem. Wówczas prąd płynący między kolektorem a emiterem jest bardzo mały,
a napięcie pomiędzy kolektorem a emiterem jest maksymalne.

Stan nasycenia tranzystora bipolarnego charakteryzuje się przepływem duŜego prądu

kolektora, przy minimalnym napięciu pomiędzy kolektorem a emiterem.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Tranzystor unipolarny (polowy)

Rys. 34. Symbol graficzny tranzystora unipolarnego JFET: a) z kanałem typu N, b) z kanałem typu P[3, s. 82]

Tranzystor unipolarny posiada trzy elektrody bramkę (oznaczoną symbolem G), dren

(oznaczony symbolem D) i źródło (oznaczone symbolem S).

Tyrystor

Tyrystor posiada trzy elektrody: anodę – A, katodę – K i elektrodę sterującą czyli bramkę

– G. Zwany jest diodą sterowana, poniewaŜ moŜe przewodzić prąd tylko w jedną stronę,
podobnie jak dioda, pod warunkiem wysterowania bramki. Tyrystor jest powszechnie
stosowany w układach energoelektronicznych, między innymi w prostownikach sterowanych.

Rys. 35. Symbole: a) tyrystora, b) diaka c) triaka [3, s. 79]

Triak

Triak zwany jest teŜ tyrystorem symetrycznym. Posiada trzy elektrody: anodę oznaczoną

symbolem A, katodą oznaczoną symbolem K i bramkę oznaczoną symbolem G. RóŜni się od
tyrystora tym, Ŝe moŜe przewodzić prąd w obu kierunkach.

Diak

Diak zwany jest teŜ diodą spustową, przewodzi prąd w dwóch kierunkach. Jest to triak

bez wyprowadzonej bramki. Diaki stosowane są do sterowania triakami.

Elementy optoelektroniczne

Działanie elementów optoelektronicznych związane jest ze światłem. Do tej grupy naleŜą

diody  LED  emitujące  światło  oraz  elementy,  których  właściwości  elektryczne  zmieniają  się
pod wpływem oświetlenia, takie jak: fotoelementy: fotorezystory, fotodiody i fototranzystory.
Transoptory  będące  połączeniem  nadajnika  światła  (diody  LED)  i  fotoelementu  równieŜ
zaliczamy  do  grupy  elementów  optoelektronicznych.  Wspólnym  parametrem  fotoelementów
jest kąt detekcji czyli kąt pod jakim padające promienie światłą oddziałują na nie.

Fotorezystor zmienia swoją rezystancję w zaleŜności od natęŜenia światła. Ze względu na

obciąŜalność dochodzącą nawet do kilku watów umoŜliwiają one nawet bez dodatkowego
wzmocnienia np. bezpośrednie sterowanie przekaźników.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 36. Symbole elementów optoelektronicznych: a) fotorezystora [12], b) fotodiody [3, s. 450], c) fototranzystora

[12]

Fotodioda jest w zasadzie zwykłą diodą spolaryzowaną w kierunku zaporowym, w której

przy oświetleniu wzrasta prąd przepływu. W porównaniu z fototranzystorem ma znacznie
krótszy czas reakcji.

Fototranzystor jest tranzystorem, które do działanie spowodowane jest oświetleniem

złącze kolektor – baza. Wówczas następuje przepływ prądu bazy, a tym samym wzmocnienie
prądu kolektora. Fototranzystory są wolniejsze niŜ fotodiody.

Transoptor składa się z nadajnika światła np. diody LED i detektora światła np. fotodiody

lub fototranzystora. Wysterowana prądem wejściowym dioda świecąca transoptora emituje
ś

wiatło, które oddziałuje na fotoelement przetwarzając je na prąd wyjściowy transoptora. Przy

pomocy  transoptora  moŜna  przekazywać  sygnały  pomiędzy  obwodami  odizolowanymi
galwanicznie.  Stosowane  są  zazwyczaj  w  zasilaczach  z  przetwarzaniem  częstotliwości,  do
przesyłania  sygnałów  analogowych,  w  pętlach  prądowych  do  przesyłania  sygnałów
cyfrowych.

Rys. 37. Układy transoptora [3, s. 456]

Podstawowe układy elektroniczne

Prostownik przetwarza napięcie zmienne w napięcie jednokierunkowe tętniące. Do jego

budowy wykorzystuje się elementy przewodzące prąd w jednym kierunku: diody lub tyrystory.

Prostownik w układzie mostka Graetza

Najpopularniejszym prostownikiem produkowanym w postaci układu scalonego

prostownik dwupołówkowy w układzie mostka Graetza.

Rys. 38. Prostownik dwupołówkowy w układzie mostka Graetza: a) schemat,b) wykresy czasowe napięcia

wyjściowego U

oraz prądu wyjściowego I

[3, s. 105]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W czasie dodatniej połówki napięcia wejściowego prąd płynie uzwojenie wtórne

transformatora, przez diodę D

, obciąŜenie R

i diodę D

, natomiast przy ujemnej połówce

napięcia wejściowego prąd płynie uzwojenie wtórne transformatora, przez diodę D

obciąŜenie R i diodę D

. W obu przypadkach prąd przez obciąŜenie płynie w tym samym

kierunku  i  ma  charakter  pulsujący.  JeŜeli  układzie  prostownika  dwupołówkowego
zastosujemy  filtr  w  postaci  kondensatora  C  uzyskamy  znacznie  lepszy  stosunek  czasu
rozładowania  kondensatora  do  czasu  ładowania  niŜ  w  układzie  jednopołówkowym.  Zatem
przy  tym  samym  obciąŜeniu  czas  rozładowania  kondensatora  w  układzie  mostkowym  jest
znacznie  krótszy  niŜ  w  układzie  jednopołówkowym.  Efektem  tego  są  mniejsze  tętnienia
napięcia wyjściowego.

Stabilizatory napięcia stosuje się w celu uzyskania stałej wartości napięcia elektrycznego.

Zasadniczym elementem stabilizatora jest dioda Zenera.

Wzmacniacze

Rys. 39. Schemat blokowy wzmacniacza [3, s. 144]

Zadaniem wzmacniacza jest wzmocnienie sygnału przy zachowaniu jego niezmienionego

kształtu. Wzmacniacze mogą wzmacniać sygnały stałe, albo zmienne.

NajwaŜniejszym parametrem wzmacniacza jest współczynnik wzmocnienia (zwany

w skrócie wzmocnieniem), będący stosunkiem amplitudy sygnału na wyjściu wzmacniacza do
amplitudy sygnału na jego wejściu.
Ze względu na przeznaczenie rozróŜniamy wzmacniacze napięciowe, prądowe i mocy.

Wzmacniacz

operacyjny

najbardziej

rozpowszechniony

analogowy

układ

elektroniczny realizowany jako monolityczny układ scalony. Jego sposób działania jest
określone przez dołączone elementy zewnętrzne.

Rys. 40. Symbol wzmacniacza operacyjnego [3, s. 197]

Wzmacniacz operacyjny posiada jedno wyjście i dwa wejścia: odwracające fazę sygnału

wejściowego(oznaczone „–”) i nieodwracające (oznaczone „+”). Wzmacniana jest róŜnica
sygnałów z tych wejść, a wartość tego wzmocnienia jest bardzo duŜa. Wzmacniacz
operacyjny słuŜy do budowy wielu układów wzmacniających, generatorów i innych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Generator to układ wytwarzający przebiegi elektryczne o określonym kształcie

np. sinusoidalnym  (generatory  przebiegów  sinusoidalnych),  prostokątnym  czy  trójkątnym
(generatory  przebiegów  niesinusoidalnych).  Generator  przetwarza  energię  elektryczną
pozyskiwaną  ze  źródła  napięcia  zasilania,  zamieniając  ją  (z  pewnymi  stratami)  w  energię
generowanego napięcia zmiennego.

4.9.2 Spytania sprawdzające

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

Do czego słuŜy dioda prostownicza?

Jaka jest róŜnica w działaniu diody prostowniczej i Zenera?

W jaki sposób działa tyrystor?

Jaka jest róŜnica w działaniu tyrystora i triaka?

Jakie znasz typy tranzystorów?

Jakie wyprowadzenia posiada tranzystor bipolarny?

Jaka jest wspólna cecha elementów optoelektronicznych?

W jakim celu stosuje się transoptory?

Do czego słuŜy prostownik?

10.

Jaki jest podstawowy parametr wzmacniacza?

11.

Jaki układ elektroniczny wytwarza zmienne przebiegi elektryczne?

4.9.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Określ parametry triaka w katalogu elementów elektronicznych, rozpoznaj jego

końcówki.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

dokonać oględzin otrzymanego triaka,

wybrać katalog elementów elektronicznych,

wyszukać w katalogu kartę danego typu triaka,

określić parametry elementu, a następnie je zapisać,

zidentyfikować końcówki triaka,

zaprezentować wyniki ćwiczenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

triak,

–

katalogi elementów elektronicznych.

Ćwiczenie 2

Wyszukaj na otrzymanym schemacie elektrycznym symbole: diody prostowniczej,

stabilizacyjnej oraz tranzystora bipolarnego.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

przeanalizować treść zadania,

przeanalizować schemat elektryczny,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

odszukać na schemacie symbole: diody prostowniczej, stabilizacyjnej oraz tranzystora
bipolarnego,

zaprezentować wyniki.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

schemat układu elektronicznego,

–

literatura wskazana przez nauczyciela.

4.9.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

wyjaśnić zasadę działania podstawowych elementów elektronicznych?

rozróŜnić symbole graficzne podstawowych elementów elektronicznych?

scharakteryzować zastosowanie podstawowych elementów elektronicznych?

wyjaśnić zasadę działania transoptora?

wyjaśnić zasadę działania prostownika?

wyjaśnić zasadę działania wzmacniacza operacyjnego?

scharakteryzować funkcję wzmacniacza w urządzeniu elektronicznym?

scharakteryzować funkcję generatora w urządzeniu elektronicznym?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.10. Układy i elementy automatyki

4.10.1. Materiał nauczania

Powszechnie stosowane jest dziś sterowanie automatyczne, gdzie czynności sterownicze

wykonuje za człowieka specjalne urządzenie sterujące. Człowiek formułuje i wprowadza do
urządzenia sterującego zadania do wykonania oraz kontroluje i ewentualnie wprowadza
korektę nastaw w urządzeniu sterującym. Automatyka zajmuje się zagadnieniami sterowania
automatycznego.

Układy automatycznego sterowania

Sterowanie to proces celowego oddziaływania sygnałów sterujących na przyrządy,

urządzenia technologiczne lub maszyny robocze. Sterowanie odbywa się w układzie
otwartym. Sygnały sterujące działają na obiekt bez bieŜących pomiarów i korekcji procesu.

Ze względu na rodzaj sygnałów rozróŜnia się sterowanie: mechaniczne, elektryczne,

pneumatyczne, hydrauliczne.

Układ sterowania składa się z obiektu sterowania i urządzenia sterującego. Obiekt

sterowania to część układu, na którą oddziałują sygnały sterownicze.

Rys. 41. Schemat blokowy układu sterowania

Urządzenie sterujące to część układu, która przez człon wykonawczy oddziałuje na

obiekt sterowania. Urządzenie sterujące składa się z:
–

urządzenia wejścia, są to róŜnego rodzaju czujniki, łączniki przyciski elektryczne,

–

członu realizującego funkcje logiczne przetwarzającego sygnały wejściowe według
zadanego programu, wypracowując sygnały sterujące,

–

urządzenia wyjścia, są to człony wykonawcze oddziałujące bezpośrednio na obiekt
sterowania np. przekaźniki, styczniki, tyrystory, zawory hydrauliczne i pneumatyczne.
W układach sterowania elektrycznego stosuje się często styczniki i przekaźniki. Styczniki

są  uruchamiane  elektromagnetycznie,  posiadają  cewkę,  która  po  wzbudzeniu  prądem
przyciąga  zworkę  i  przełącza  zestyki.  Przełączana  przez  styczniki  moc  wynosi  od  1  kW  do
500  kW,  zatem  uŜywa  się  je  przede  wszystkim  do  załączania  urządzeń  duŜej  mocy
np.: silników hamulców, sprzęgieł i elektrycznych urządzeń grzewczych.

Przekaźnik w układzie elektronicznym pełni rolę zdalnie uruchamianego łącznika.

Podobnie jak stycznik przekaźnik posiada cewkę, która wzbudzana prądem elektrycznym
wytwarza pole magnetyczne powodujące zamykanie zestyków. Moc przełączania przekaźnika
zaleŜy od jego wielkości i wynosi od kilku mW do 1 kW, dlatego słuŜą one do załączania
urządzeń mniejszej mocy.

Urządzenie sterujące wytwarza sygnały sterujące. Sygnałem wejściowym urządzenia

sterującego jest informacja o zadaniu sterowania. Urządzenie sterujące i obiekt stanowią
układ sterowania, który moŜe być otwarty lub zamknięty.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W otwartym układzie sterowania urządzenie sterujące nie otrzymuje zwrotnej informacji

o  aktualnej  wartości  sygnału  sterowanego.  W  układzie  zamkniętym,  występuje  sprzęŜenie
zwrotne,  czyli  przekazanie  informacji  z  wyjścia  układu  na  jego  wejście,  zatem  urządzenie
sterujące  otrzymuje  informację  o  aktualnej  wartości  sygnału  sterowanego,  która  następnie
wpływa na przebieg sterowania.

Układy sterowania otwartego występują we wszelkich rodzajach automatów o działaniu

cyklicznym np.: automaty handlowe, oświetleniowe, itp.

Układy automatycznej regulacji

Sterowanie w układzie zamkniętym to regulacja. Wówczas układ sterowania nazywamy

układem regulacji, obiekt sterowania – obiektem regulacji, urządzenie sterujące – urządzeniem
regulującym (regulatorem), sygnał sterowany – sygnałem regulowanym. Sygnał oddziaływania
regulatora na obiekt jest dalej nazywany sygnałem sterującym. W układzie regulacji mogą
równieŜ pojawić się zakłócenia czyli wszelkie inne oddziaływania, na obiekt utrudniające
realizację procesu regulacji.

Charakterystyczne dla wszystkich układów zamkniętych regulacji jest tzw. ujemne

sprzęŜenie  zwrotne  polegające  na  wprowadzeniu  do  regulatora  sygnału  regulowanego.
Podstawowym  pojęciem  z zakresu  układów  regulacji  jest  odchyłka  (uchyb)  regulacji,
oznaczająca  róŜnicę  między  poŜądaną  (zadaną)  a  rzeczywistą  aktualną  wartością  sygnału
regulowanego.  Zadaniem  regulatora  jest  takie  oddziaływanie  na  obiekt  regulacji,  aby
odchyłka  regulacji  była  jak  najmniejsza.  Regulator  podzielono  na  układ  porównujący,  który
wytwarza  sygnał  odchyłki,  oraz  układ  formujący,  który  przekształca  sygnał  odchyłki  na
sygnał sterujący. SprzęŜenie zwrotne jest ujemne, co zaznaczono za pomocą znaku minus na
wejściu układu porównującego.

Rys. 42. Schemat układu regulacji automatycznej jednej zmiennej [4, s. 76]

Elementy układów regulacji

Elementy w automatyce spełniają w układzie lub urządzeniu proste funkcje, takie jak:

wzmocnienie sygnału, porównanie sygnałów, zmiana postaci sygnału. Elementami są zatem:
czujniki  pomiarowe,  zawory,  silniki,  wzmacniacze  itp.  Funkcje  bardziej  złoŜone  spełniają
w automatyce  urządzenia  np.  urządzenia  pomiarowe,  składające  się  z  czujników
i przetworników  pomiarowych,  urządzenia  wykonawcze,  składające  się  z  elementów
nastawczych  i  napędowych,  urządzenia  kształtujące  sygnał  sterujący  oraz  urządzenia,
nadzorujące przebieg procesu technologicznego.

Elementy i urządzenia moŜemy podzielić ze względu na sposób zasilania na:

−

pneumatyczne,

−

hydrauliczne,

−

elektryczne i elektroniczne.
Natomiast ze względu na funkcje spełniane w układach automatyki na:

−

pomiarowe (czujniki, przetworniki, zespoły pomiarowe),

−

wykonawcze (np. zawory, zasuwy, silniki, siłowniki, elektromagnesy, pompy, regulatory
bezpośredniego działania),

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

tzw.  części  centralnej  (regulatory,  stacyjki  manipulacyjne,  rejestratory,  bloki
matematyczne, urządzenia cyfrowe, np. sterowniki mikroprocesorowe).
Ze  względu  na  sposobu  działania  elementy  i  urządzenia  automatyki  dzielimy  na

analogowe i cyfrowe.

Rys. 43. Schemat blokowy układu regulacji [7, s. 12]

W skład układu regulacji wchodzą:

−

urządzenie pomiarowe informuje układ regulacji o aktualnej wartości wielkości
regulowanej; zawiera element pomiarowy - mierzący bezpośrednio wielkość regulowaną
oraz przetwornik pomiarowy - przekształcający zmierzoną wielkość na postać,
odpowiednią dla regulatora;

−

urządzenie wykonawcze, w odpowiedzi na sygnał wyjściowy z regulatora, zmienia
wartość wielkości nastawiającej, tak aby realizowany był zamierzony przebieg procesu;

−

regulator  porównuje  wartość  zadaną  z  rzeczywistą  regulowaną,  następnie  wytwarza
sygnał  sterujący,  który  ziała  na  obiekt,  tak  aby  róŜnicę  pomiędzy  tymi  wartościami
sprowadzić do zera, regulatora często posiada zadajnik.
Urządzenie wykonawcze składa się z:

−

elementu nastawczego np. zaworu, przepustnicy, dozownika, pompy o zmiennym
wydatku, dławika, dzielnika napięcia, transformatora;

−

elementu napędowego np. siłownika, silnika, pompy, zespołu napędowego, itp.,
dostarczającego energii mechanicznej, niezbędnej do przestawienia elementu
nastawczego według sygnału podanego z regulatora;

−

wzmacniacz mocy.

Układy automatycznej sygnalizacji i zabezpieczenia

Układy sygnalizacji mają za zadanie zwrócenie uwagi operatora procesu przemysłowego

na zaistnienie zdarzenia, które są waŜne dla bezpieczeństwa ludzi, trwałości instalacji, jakości
produkcji itp. Układy sygnalizacji moŜemy podzielić na: sygnalizację kontrolno-
wskaźnikową, ostrzegawczą i awaryjną. Informacja o zaistniałym zdarzeniu powinna
niezwłocznie być przekazana do operatora w postaci sygnału świetlnego i/lub dźwiękowego.
Dla ułatwienia odbioru sygnałów świetlnych jest przyjęty sposób następująca zasada: sygnał
ś

wietny wyłączony – bieg prawidłowy, gdy sygnał świetlny znika – naleŜy interweniować.

Powszechnie stosowane automatyczne systemy ochrony zewnętrznej – alarmy

elektroniczne. Rolą systemu alarmowego jest przekazanie informacji o zagroŜeniu tam, gdzie
mogą być podjęte działania interwencyjne.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Podstawowe  elementy  systemu  alarmowego  to:  centrala,  szyfrator  i czujki  oraz  urządzenia
alarmowe. Centrala steruje pracą systemu, szyfrator umoŜliwia sterowanie centralą alarmową
oraz  jej programowanie  (moŜe  być  on  zintegrowany  z  centralą  stanowiąc  jedno  urządzenie),
a czujki  mają  za zadanie  wykrywać  i przekazywać  do centrali  sygnały  o zagroŜeniu.
Urządzenia  alarmowe  sygnalizują  zagroŜenie,  są  to  wszelkiego  rodzaju  syreny  alarmowe,
migające lampy itp.

Automatyczne blokady mają na celu uniemoŜliwienie środkami technicznymi uŜycie

urządzenia w warunkach niezgodnych z jego przeznaczeniem, a zagraŜającym samemu
urządzeniu, otoczeniu jak i bezpieczeństwu uŜytkownika.

Zabezpieczenia automatyczne mają za zadanie chronić instalację lub otoczenie przed

szkodliwymi warunkami eksploatacji zabezpieczanego urządzenia. Najczęściej polega to na
wymuszeniu stanu uznanego za bezpieczny bez moŜliwości samoczynnego wyjścia z tego
stanu po zaniknięciu zagroŜenia (zabezpieczenia przeciwzwarciowe i termiczne).

W celu ochrony przed poraŜeniem prądem elektrycznym stosowane są przekaźniki

przeciwporaŜeniowe róŜnicowoprądowe.

W celu niedopuszczenia do powstania urazów mechanicznych stosuje się układy

uniemoŜliwiające dostęp do ruchomych bądź niebezpiecznych elementów (blokady) oraz
układy wyłączające urządzenia z chwilą otwarcia osłon lub pokryw.

W celu ograniczenia moŜliwości powstania oparzeń stosuje się układy sygnalizujące

występowanie na powierzchni urządzeń wysokiej temperatury.

Układy ograniczające moŜliwość powstania poŜaru mogą wyłączać urządzenia

elektryczne  pozostawione  bez  dozoru.  Dla  zapewnienia  bezpieczeństwa  przeciwpoŜarowego
stosuje  się  układy  sygnalizujące  występowanie  wysokiej  temperatury  lub  obecność  dymu
w pomieszczeniach. Układy te mogą być sprzęŜone funkcjonalnie z instalacją gaszącą.
Stosuje się równieŜ kłady zabezpieczające przed wypływem z instalacji nie spalonego gazu.

W zakładach przemysłowych, pomieszczeniach uŜyteczności publicznej stosuje się

równieŜ automatyczne urządzenia zasilające. Ich celem jest dostarczenie energii w sytuacjach
awarii sieci elektroenergetycznych, kiedy to następuje ich automatyczne załączenie.
Powszechnie stosowane są równieŜ automatyczne urządzenia zasilające w komputerach tzw.
zasilacze UPS.

4.10.2. Pytania sprawdzające

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

Na czym polega proces sterowania?

Z jakich elementów składa się układ sterowania?

Jaka jest róŜnica między otwartym a zamkniętym układem sterowania?

Jaka jest róŜnica między sterowaniem a regulacją?

Co nazywamy elementami, a co urządzeniami w układach automatyki?

Jak klasyfikujemy elementy i urządzenia automatyki?

Jaką rolę pełni w układzie regulacji urządzenie pomiarowe?

Jakie zadania pełni w układzie regulacji regulator?

Jakie zadania pełni w układzie regulacji urządzenie wykonawcze?

10.

W jakim celu stosowane są automatyczne urządzenia sygnalizacji i zabezpieczenia?

11.

Do czego słuŜą automatyczne urządzenia zasilające?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.10.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Wyszukaj układ regulacji stosowany w znanym Ci urządzeniu elektrycznym bądź

elektronicznym. Określ, jakie układy tego urządzenia spełniają funkcję: urządzenia
pomiarowego, urządzenia wykonawczego, regulatora?

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

przeanalizować treść zadania,

zidentyfikować układ regulacji w dowolnym urządzeniu elektrycznym lub elektronicznych,

rozróŜnić urządzenie pomiarowe, urządzenie wykonawcze i regulator w tym układzie,

uzasadnić przyjęte rozwiązanie,

zaprezentować wyniki ćwiczenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

literatura wskazana przez nauczyciela.

Ćwiczenie 2

Określ typ czujników, które zostały zastosowane w układzie sterowania bramą garaŜową.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

przeanalizować dokumentację techniczną,

określić typ zastosowanych czujników,

określić miejsce instalacji czujników,

zaprezentować wyniki swojej pracy.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

dokumentacja techniczna bramy garaŜowej,

–

literatura wskazana przez nauczyciela.

Ćwiczenie 3

Określ, jakie automatyczne zabezpieczenia zostały zastosowane w zasilaczu ze stabilizacją

napięcia?

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

przeanalizować instrukcję zasilacza,

określić rodzaje zabezpieczeń,

zaprezentować wyniki swojej pracy.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

regulowany zasilacz laboratoryjny,

−

instrukcja zasilacza, karta katalogowa,

−

literatura wskazana przez nauczyciela.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.10.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

narysować schemat blokowy układu sterowania?

określić rodzaj sterowania wykorzystywany w urządzeniu?

określić człony składowe urządzenia sterującego?

wyjaśnić zadania stycznika i przekaźnika w układach sterowania?

narysować schemat blokowy układu regulacji?

określić przykłady zastosowania regulacji automatycznej?

określić rodzaj regulacji wykorzystywanej w urządzeniu?

rozróŜnić w danym układzie sterowania urządzenia wykonawcze
i pomiarowe oraz regulator?

scharakteryzować funkcje jakie pełnią w układzie regulacji urządzenia
wykonawcze i pomiarowe oraz regulator?

10)

scharakteryzować działanie automatycznych układów zabezpieczeń
i sygnalizacji?

11)

określić zastosowanie układów automatycznego zasilania?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.11. Mikroprocesory i sterowniki mikroprocesorowe

4.11.1. Materiał nauczania

Systemy mikroprocesorowe przetwarzają dostarczone do systemu dane, poddając

je określonym  działaniom  i  wytwarzają  wyniki,  którymi  mogą  być  sygnały  sterujące  pracą
maszyn,  obrazy,  teksty  itp.  NajwaŜniejszą  częścią  systemu  jest  procesor,  który  przetwarza
informację,  wykonując  na  niej  elementarne  operacje  zwane  instrukcjami  bądź  rozkazami.
Ciąg  takich  instrukcji  realizujący  konkretne  zadanie  przetwarzania  informacji  nazywamy
programem.  Do  systemu  mikroprocesorowego  naleŜy  zatem  dostarczyć  dane  wejściowe,
program lub zestaw programów, aby po przetworzeniu uzyskać wynik.

Typowy system mikroprocesorowy składa się z następujących części:

−

mikroprocesora,

−

pamięci danych RAM,

−

pamięci programu ROM,

−

układów wejścia/wyjścia czyli interfejsów,

−

układów sterujących przepływem informacji między tymi elementami: magistrali danych,
magistrali adresowej i sygnałów sterujących.
Mikroprocesor pełniący funkcję jednostki centralnej zwany CPU umoŜliwia

wykonywanie  operacji  przetwarzania  danych  poprzez  realizację  programu  zapisanego
w pamięci programu.
Składa  się  z  układu  sterowania  oraz  jednostki  arytmetyczno-logicznej  wraz  z  rejestrami
roboczymi.  Układu  sterowania  pobiera  rozkazy  z  pamięci  programu,  oraz  wystawia
odpowiednie sygnały sterujące w celu wykonania rozkazów.

Jednostka arytmetyczno-logiczna słuŜy do wykonywania operacji arytmetycznych lub

logicznych na liczbach binarnych czasem dziesiętnych.

Pamięć programu – pamięć nieulotna, przechowuje program w języku maszynowym.

Najczęściej jest wykonywana jako pamięć typu:

−

ROM – programowana przez producenta,

−

PROM – programowana jednorazowo przez uŜytkownika,

−

EPROM, EEPROM – do wielokrotnego programowania przez uŜytkownika.
Pamięć danych słuŜy do przechowywania danych podczas realizacji programu.
Układy

wejścia/wyjścia

–

umoŜliwiają

prawidłową

komunikacje

między

mikroprocesorem  a  otoczeniem  –  urządzeniami  zewnętrznymi.  Zadaniem  układów
wejścia/wyjścia  zwanych  teŜ  interfejsom  jest  zapewnienie  odpowiedniej  postaci  danej  oraz
dopasowanie  czasowe  wymiany  danej  np.  zapamiętanie  do  czasu,  kiedy  odbierze
ją urządzenie  zewnętrzne.  Układy  wejścia/wyjścia  są  dołączane  do  jednostki  centralnej
za pośrednictwem magistral (podobnie jak pamięć danych).

Magistrala danych – zespół linii, którymi przesyłane są dane, kody rozkazów, słowa

sterujące i statusowe w postaci liczb binarnych.

Magistrala adresowa – zespół linii, którymi procesor adresuje poszczególne komórki

pamięci programu, danych lub rejestry układów wejścia/wyjścia.

Magistrala sterująca – zespół linii, którymi wymieniane są sygnały sterujące.

Sterowniki mikroprocesorowe i zastosowaniach przemysłowych

Systemy mikroprocesorowe mają szerokie zastosowanie w układach automatyki

przemysłowej. Przede wszystkim wszelkiego rodzaju maszyny oraz całe linie produkcyjne
sterowane są za pomocą sterowników mikroprocesorowych. Za ich pośrednictwem ustawiane
są parametry procesu przemysłowego określające warunki i sposób wykonania wyrobu,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

a w konsekwencji  jego  parametry,  jakość  i  właściwości.  Sterowniki  „zbierają”  informacje
z wszelkiego  rodzaju  czujników  pomiarowych,  aparatury  pomiarowej  i  na  ich  podstawie
wypracowują sygnału sterujące dla urządzeń wykonawczych.

Powszechnie w systemach automatyki przemysłowej stosowane są uniwersalne

sterowniki programowalne PLC (ang. Programmable Logic Controller), które mogą być
wykonane w postaci kompaktowej lub modułowej, pozwalającej na modernizację
z rozszerzeniem moŜliwości urządzenia.

Sterownik PLC zbudowany jest podobnie jak komputer z: układu zasilania napięciowego

(zasilacza),  modułu  sygnałów  wejściowych,  jednostki  centralnej  z  mikroprocesorem  (CPU),
bloku  pamięci,  modułu  sygnałów  wyjściowych.  Układ  zasilania  napięciowego  to  zazwyczaj
zasilacz napięcia stałego +24 V.

Rys. 44. Schemat blokowy sterownika PLC [11, s. 168]

Blok pamięci zawiera następujące obszary połączone wewnętrzną magistralą sterownika:

–

pamięć danych typu RAM lub EPROM, przechowuje dane i instrukcje programu
uŜytkownika, moŜe być rozszerzana za pomocą dodatkowych kart lub modułów,

–

pamięć robocza szybka pamięć typu RAM, w trakcie przetwarzania programu przez
uŜytkownika kopiowane są do niej dane,

–

pamięć systemowa zawiera zmienne, na których wykonywane są operacje programu.
Moduł sygnałów wejściowych zawiera układy elektroniczne zamieniające sygnały

pochodzące  z  urządzeń  zewnętrznych  na  sygnały  logiczne  akceptowane  przez  sterownik.
Układy stosowane w tym module to: dzielniki napięcia, filtry RC tłumiące zakłócenia, diody
chroniące,  układy  prostownicze,  transoptory  izolujące  obwody  wejściowe  i  magistralę
sterownika.  Sterowniki  zawierają  zazwyczaj  moduły  8,  16,  lub  32  wejść  binarnych,  które  są
multipleksowane. Ich stan sygnalizowany jest diodą LED.

Moduł sygnałów wejściowych zawierają zazwyczaj moduły 8, 16, lub 32 wyjść

binarnych trzech rodzajów:
–

wyjścia przekaźnikowe zapewniające całkowitą separację galwaniczną wewnętrznych
układów sterownika i obwodów wejściowych,

–

wyjścia z triakami stosowane dla zasilania odbiorników prądu przemiennego,

–

wyjścia tranzystorowe stosowane dla zasilania odbiorników napięcia stałego.
Dla obsługi skomplikowanych procesów przemysłowych zazwyczaj nie wystarczy jeden

sterownik. Poszczególne jednostki produkcyjne są wówczas sterowane poprzez sterowniki
lokalne, podrzędne (Slave), połączone przy pomocy sieci np. PROFIBUS–DP
ze sterownikiem nadrzędnym (Master), który zarządza całym systemem. Do magistrali moŜe

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.11.2. Pytania sprawdzające

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

Jakie są zadania systemu mikroprocesorowego?

Z jakich elementów składa się system mikroprocesorowy?

Jakie jest zastosowanie sterowników PLC?

Jak moŜna podzieli pamięć sterownika PLC ze względu na rodzaj przechowywanych
informacji?

Jakie układy elektroniczne stosuje się w module sygnałów wejściowych?

Jakie układy elektryczne i elektroniczne stosuje się w module sygnałów wyjściowych?

Jakie są zasady sterowania procesu produkcyjnego za pomocą sieci sterowników?

4.11.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Określ, które zdania są prawdziwe, a które fałszywe:

Zdanie:

prawda

fałsz

Układy wejścia /wyjścia słuŜą do przechowywania danych.

Magistrala sterująca słuŜy do przesyłania kodów rozkazów.

Moduł sygnałów wejściowych zawiera układy

elektroniczne

zamieniające sygnały pochodzące z urządzeń zewnętrznych na sygnały
logiczne akceptowane przez sterownik.

Sterownik Slave, jest sterownikiem nadrzędnym w sieci sterowników.

Sterownik PLC zbudowany jest z: zasilacza, modułu sygnałów
wejściowych, jednostki centralnej z mikroprocesorem (CPU), bloku
pamięci, modułu sygnałów wyjściowych.

System mikroprocesorowy zawiera magistralę: adresową, danych
i sterujacą.

Sterownik PLC posiada: pamięć programu, danych i systemową.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

przeczytać określone treści z poradnika dotyczące systemów mikroprocesorowych,

przeanalizować zdania decydując czy jest prawdziwe czy fałszywe,

zaprezentować wykonane ćwiczenie.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

literatura wskazana przez nauczyciela.

Ćwiczenie 2

Określ rodzaj wyjść sterownika, oraz parametry sygnałów wyjściowych na podstawie

dokumentacji technicznej. Jakimi urządzeniami moŜe on sterować?

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

przeanalizować treść zadania,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

przeanalizować dokumentację techniczną sterownika,

wypisać dane techniczne,

wyjaśnić, do sterowania jakimi urządzeniami moŜe słuŜyć ten typ sterownika?

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

dokumentacja techniczna sterownika,

–

literatura wskazana przez nauczyciela.

4.11.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

scharakteryzować budowę systemu mikroprocesorowego?

określić funkcje poszczególnych elementów systemu mikroprocesorowego?

scharakteryzować budowę sterownika PLC?

określić na podstawie dokumentacji technicznej rodzaj wejść i wyjść
sterownika PLC?

narysować schemat blokowy sieci sterowników?

podać przykłady zastosowania sterowników w przemyśle?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

Przeczytaj uwaŜnie instrukcję zanim zaczniesz rozwiązywać zadania.

Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.

Test składa się z 20 zadań.

Zadania zawierają cztery odpowiedzi, z których tylko jedna jest poprawna. Wybraną
odpowiedź zakreśl znakiem X.

Jeśli uznasz, Ŝe pomyliłeś się i wybrałeś nieprawidłową odpowiedź, to otocz ją kółkiem,
a prawidłową odpowiedź zaznacz znakiem X.

Dodatkowe obliczenia wykonaj na drugiej stronie karty odpowiedzi.

Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz mógł sprawdzić poziom swojej wiedzy.

Jeśli jakieś zadanie sprawi Ci trudność, rozwiąŜ inne i ponownie spróbuj rozwiązać
trudniejsze.

Przed wykonaniem kaŜdego zadania przeczytaj bardzo uwaŜnie polecenie.

10.

Odpowiedzi udzielaj tylko na załączonej karcie odpowiedzi.

11.

Na rozwiązanie wszystkich zadań masz 30 minut.

Powodzenia!

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

Do elementów automatyki nie zalicza się
a)

przekaźnika.

silnika.

zaworu.

stacyjki komputerowej.

Elementem odbiorczym w obwodzie elektrycznym jest
a)

generator termoelektryczny.

rezystor.

ogniwo chemiczne.

akumulator.

Do urządzeń automatyki zalicza się
a)

przekaźnik.

rezystor.

urządzenie pomiarowe.

akumulator.

Materiałami, które nie przewodzą prądu są
a)

elektrolity.

metale.

dielektryki.

roztwory kwasów.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Przekaźnik w układzie sterowania pełni rolę
a)

zdalnie uruchamianego łącznika.

wzmacniacza.

regulatora.

prostownika.

Rysunek przedstawia symbol
a)

diody prostowniczej.

diody stabilizacyjnej.

diody LED.

fotodiody.

Rezystory nie są łączone
a)

szeregowo.

równolegle.

mieszanie.

łańcuchowo.

Komutator silnika prądu stałego słuŜy do
a)

zmiany kierunku prądu.

zasilania.

zmiany prędkości.

wytworzenia pola magnetycznego.

Do osprzętu instalacyjnego nie naleŜą
a)

gniazda czyli łączniki wtykowe.

odgałęźniki.

zasilacze.

bezpieczniki.

10.

Przewód (N), to przewód
a)

ochronny.

neutralny.

ochronno-neutralny.

sterowania.

11.

ródłem światła nie jest

arówka.

rtęciówka.

wietlówka.

dioda LED.

12.

Elementy grzejne wykonane z materiałów oporowych, stosuje się w piecach
a)

rezystancyjnych.

indukcyjnych.

promiennikowych.

pojemnościowych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

13.

Jednostką natęŜenia prądu elektrycznego jest
a)

wolt [V].

om [

Ω

amper [A].

wat [W].

14.

Parametrem transformatora jest
a)

przekładnia zwojowa.

wzmocnienie.

współczynnik regulacji.

klasa dokładności.

15.

Rysunek przedstawia symbol
a)

diody LED.

generatora.

transformatora.

wzmacniacza operacyjnego.

16.

Rysunek przedstawia schemat do pomiaru
a)

napięcia na rezystorze R

napięcia na rezystorach R

, R

rezystancji rezystora R

prąd na rezystorze R

17.

Układ do pomiaru mocy wydzielonej na rezystorze zasilonym napięciem stałym, metoda
techniczna musi zawierać
a)

omomierz i watomierz.

woltomierz i watomierz.

omomierz i amperomierz.

woltomierz i amperomierz.

18.

Rysunek przedstawia schemat
a)

transformatora.

tranzystora.

transoptora.

regulatora.

19.

Zawory, silniki, siłowniki, elektromagnesy, pompy, w układzie regulacji spełniają
funkcję
a)

urządzeń pomiarowych.

urządzeń wykonawczych.

urządzeń regulacyjnych.

urządzeń wyjściowych.

20.

Jeśli spadek napięcia na rezystorze rezystancji R

= 1 k

Ω

, U

wynosi 3,5 V, to prąd I

płynący przez ten rezystor jest równy

3,5 A.

3,5 mA.

35 mA.

35 A.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

KARTA ODPOWIEDZI

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

Analizowanie układów elektrycznych i automatyki przemysłowej

Zakreśl poprawną odpowiedź

zadania

Odpowiedź

Punkty

Razem

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

6. LITERATURA

Bolkowski S.: Elektrotechnika. WSiP, Warszawa 2004

Chocholski A.: Elektrotechnika z automatyką. Ćwiczenia. WSiP, Warszawa 2004

Chwaleba A., Moeschkeb B., Płoszański G.: Elektronika. WSiP, Warszawa 2004

Findeisen Wł. (red.): Poradnik inŜyniera automatyka. WNT, Warszawa 1973

Hansen A.: Bezpieczeństwo i higiena pracy. WSiP, Warszawa 1998

Jabłoński W., Płoszajski G.: Elektrotechnika z automatyką. WSiP, Warszawa1996

Kostro J.: Elementy, urządzenia i układy automatyki. WSiP, Warszawa 2004

Kotlarski W., Grad J.: Aparaty i urządzenia elektryczne. WSiP, Warszawa 2004

Nowicki J.: Podstawy elektrotechniki i elektroniki dla zasadniczych szkół
nieelektrycznych. WSiP, Warszawa 2004

10.

Orlik W.: Egzamin kwalifikacyjny elektryka. KaBe, Krosno 1999

11.

Schmidt D., Baumann A., Kaufmann H., Paetzold H., Zippel B.: Mechatronika. REA,
Warszawa 2002

12.

www.elfa.se

13.