„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
MINISTERSTWO EDUKACJI
NARODOWEJ
Anna Niczyporuk
Posługiwanie się podstawowymi pojęciami z zakresu
układów sterowania i regulacji 714[03].L2.02
Poradnik dla ucznia
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2006
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
1
Recenzenci:
mgr inż. Tadeusz Ługowski
mgr Romuald Mazur
Opracowanie redakcyjne:
mgr inż. Anna Niczyporuk
Konsultacja:
mgr Zenon W. Pietkiewicz
Korekta:
Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 714[03].L2.02
Posługiwanie się podstawowymi pojęciami z zakresu układów sterowania i regulacji
zawartego w modułowym programie nauczania dla zawodu lakiernik.
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2006
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
2
SPIS TREŚCI
1. Wprowadzenie
3
2. Wymagania wstępne
5
3. Cele kształcenia
6
4. Materiał nauczania
7
4.1. Prąd elektryczny
7
4.1.1. Materiał nauczania
7
4.1.5. Pytania sprawdzające
18
4.1.6. Ćwiczenia
18
4.1.7. Sprawdzian postępów
22
4.2. Elementy elektroenergetyki. Maszyny elektryczne
23
4.2.1. Materiał nauczania
23
4.2.2. Pytania sprawdzające
36
4.2.3. Ćwiczenia
36
4.2.4. Sprawdzian postępów
39
4.3. Elementy elektroniki i automatyki
40
4.3.1. Materiał nauczania
40
4.3.2. Pytania sprawdzające
50
4.3.3. Ćwiczenia
50
4.3.4. Sprawdzian postępów
52
5. Sprawdzian osiągnięć
53
6. Literatura
58
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
3
1. WPROWADZENIE
Poradnik ten pomoże Ci w przyswojeniu wiedzy z zakresu układów sterowania
i regulacji. Przygotuje Cię do bezpiecznej pracy z urządzeniami elektrycznymi. Udoskonali
Twoje umiejętności rozróżniania podstawowych przyrządów pomiarowych, napędów
pneumatycznych i hydraulicznych, oraz pozwoli na zaplanowanie i przeprowadzenie
pomiarów parametrów układów energoelektronicznych.
W poradniku zamieszczono:
−
wymagania wstępne, czyli wykaz niezbędnych wiadomości i umiejętności, które
powinieneś mieć opanowane, aby przystąpić do realizacji tej jednostki modułowej,
−
cele kształcenia, czyli wykaz umiejętności jakie ukształtujesz podczas pracy z tym
poradnikiem,
−
materiał nauczania (rozdział 4), czyli wiadomości dotyczące prądu elektrycznego, maszyn
elektrycznych, elementów elektroniki i automatyki,
−
sprawdzian osiągnięć zawierający zestaw zadań sprawdzających opanowanie wiadomości
i umiejętności z zakresu całej jednostki,
−
literaturę, którą możesz wykorzystać do poszerzenia wiedzy na interesujące Cię
zagadnienia związane z tematem jednostki.
Jeśli masz trudności ze zrozumieniem tematu lub ćwiczenia, to poproś nauczyciela lub
instruktora o wyjaśnienie i ewentualne sprawdzenie, czy dobrze wykonujesz daną czynność.
Jednostka składa się z trzech części tematycznych, w których dowiesz się jakie są źródła
energii elektrycznej, sposoby łączenie rezystorów i kondensatorów. Poznasz oznaczenia
umieszczane na elektrycznych przyrządach pomiarowych, poszerzysz swoją wiedzę na temat
oświetlenia elektrycznego, sposobu przyłączania odbiorników do układów trójfazowych.
Dowiesz się jak działają piece przemysłowe, maszyny elektryczne. Spróbujesz samodzielnie
wykonać pomiary różnych parametrów urządzeń elektronicznych i elektrycznych. Poznasz
podstawowe elementy półprzewodnikowe.
Po zapoznaniu się z materiałem nauczania i wykonaniu wszystkich ćwiczeń zawartych
w danej części rozdziału 4, spróbuj rozwiązać test „Sprawdzian postępów”, zamieszczony po
ćwiczeniach. Pomoże Ci to w określeniu poziomu zdobytych wiadomości i umiejętności.
W tym celu przeczytaj pytania i odpowiedz TAK lub NIE. Odpowiedzi NIE wskazują na luki
w Twojej wiedzy. Oznacza to, że powinieneś powrócić do treści, które nie zostały
dostatecznie opanowane.
W czasie pobytu w pracowni musisz przestrzegać regulaminów, przepisów bhp i higieny
pracy oraz instrukcji przeciwpożarowych, wynikających z rodzaju wykonywanych prac.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
4
Schemat układu jednostek modułowych
714[03].L2
Techniczne podstawy
lakiernictwa
714[03].L2.01
Posługiwanie się dokumentacją
techniczną
714[03].L2.02
Posługiwanie się
podstawowymi pojęciami
z zakresu układów
sterowania i regulacji
714[03].L2.03
Stosowanie technologii
informacyjnej
714[03].L2.04
Wykonywanie pomiarów
warsztatowych
714[03].L2.05
Eksploatowanie maszyn
i urządzeń
714[03].L2.06
Stosowanie technologii
mechanicznych
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
5
2. WYMAGANIA WSTĘPNE
Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:
−
korzystać z książek, katalogów, podręczników, Polskich Norm i innych źródeł informacji,
−
obliczać podstawowe wielkości elektryczne w obwodzie prądu stałego,
−
dobierać i obsługiwać przyrządy pomiarowe,
−
objaśniać podstawowe prawa dla obwodu elektrycznego,
−
rozróżniać podstawowe wielkości elektryczne i ich jednostki,
−
objaśniać zasadę działania transformatora,
−
stosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy podczas pomiarów elektrycznych,
−
współpracować w grupie,
−
planować działania związane z przeprowadzaniem pomiarów elektrycznych,
−
łączyć układy pomiarowe na podstawie schematów ideowych i montażowych,
−
zorganizować stanowisko pracy zgodnie z przepisami bhp,
−
czytać proste schematy elektryczne.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
6
3. CELE KSZTAŁCENIA
W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:
−
opisać, podstawowe wielkości charakteryzujące energię elektryczną,
−
rozróżnić materiały przewodzące, półprzewodzące (półprzewodniki), izolacyjne,
magnetyczne, konstrukcyjne oraz wskazać ich zastosowanie,
−
wyjaśnić zjawisko powstawania prądu elektrycznego,
−
rozróżnić źródła i rodzaje prądu elektrycznego,
−
rozróżnić podstawowe elementy obwodu elektrycznego,
−
rozróżnić typowe rodzaje maszyn elektrycznych,
−
rozróżnić podstawowe przyrządy pomiarowe, ich symbole i oznaczenia,
−
odczytać wskazania przyrządów pomiarowych,
−
włączyć przyrządy pomiarowe w obwód elektryczny,
−
zmierzyć napięcie, natężenie prądu, moc i rezystancję,
−
rozróżnić napędy hydrauliczne i pneumatyczne,
−
odczytać schematy prostych układów elektrycznych, elektronicznych i automatyki,
−
przewidzieć zagrożenia podczas pracy urządzeń elektrycznych,
−
udzielić pierwszej pomocy osobie porażonej prądem elektrycznym,
−
wykorzystać literaturę techniczną,
−
skorzystać z PN,
−
rozróżnić podstawowe elementy elektroniczne i automatyki.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
7
4. MATERIAŁ NAUCZANIA
4.1. Prąd elektryczny
4.1.1. Materiał nauczania
Prądem elektrycznym nazywamy stosunek ładunku elektrycznego Q przepływającego
przez przewodnik w czasie t do tego czasu, czyli
t
Q
i
=
Prąd ten nazywamy prądem stałym i oznaczamy dużą literą I w odróżnieniu od prądu
zmieniającego się w czasie, który oznaczamy małą literą i. Natężenie prądu stałego jest równe
liczbowo ilości ładunku elektrycznego przepływającego w czasie t = 1s. Jednostką natężenia
prądu jest 1 amper (1 A).
Jeżeli prąd elektryczny w czasie nie ulega zmianie, to prąd taki nazywamy prądem stałym,
jeżeli prąd w funkcji czasu zmienia swoją wartość - to jest to prąd zmienny.
Zjawiska elektryczne, w tym także prąd elektryczny, są ściśle związane z właściwościami
elektrycznymi ciał, zależnymi od struktury materii.
Wyróżniamy:
−
przewodniki pierwszego rodzaju (metale np. miedź, aluminium, srebro; stopy metali
np. mosiądz),
−
przewodniki drugiego rodzaju (elektrolity m.in. roztwory wodne kwasów, zasad i soli,
np. kwasu siarkowego, wodorotlenku sodu, siarczanu miedzi),
−
półprzewodniki (pierwiastki, których atomy mają na zewnętrznej orbicie 4 elektrony
np. german, krzem, związki pierwiastków III i V grupy oraz II i VI grupy np. arsenek
galu, antymonek indu),
−
dielektryki (gazy, ciecze, ciała stałe o słabym przewodnictwie elektrycznym np. mika,
kwarc, porcelana, teflon, żywica epoksydowa, polietylen, włókna szklane).
Za kryterium podziału materiałów na przewodniki, półprzewodniki i dielektryki przyjmuje się
umownie wartości graniczne rezystywności w temperaturze T=300K. Przewodnikami są
materiały o rezystywności mniejszej niż 10
-4
Ω
m, dielektrykami zaś te, które mają
rezystywność większą niż 10
7
Ω
m. Materiały o rezystywności pośredniej, to jest: 10
-4
÷ 10
7
Ω
m nazywa się półprzewodnikami.
Przewodniki pierwszego rodzaju są wykorzystywane w elektrotechnice do budowy części np.
maszyn, przewodów, odbiorników. Przewodniki drugiego rodzaju (elektrolity) stosowane są
w akumulatorach i urządzeniach galwanizerskich. Dielektryki są stosowane głównie
w budowie kondensatorów i elementów izolacyjnych, a także obwodów drukowanych,
przewodów i kabli elektrycznych. Półprzewodniki znalazły szeroki zakres zastosowań
w elektronice.
Właściwości magnetyczne materiałów
Materiały z punktu widzenia właściwości magnetycznych dzielimy na materiały:
−
diamagnetyczne (
µ
r
<1 np. woda, kwarc, srebro, bizmut, miedź),
−
paramagnetyczne (
µ
r
>1 np. platyna, aluminium, powietrze),
−
ferromagnetyczne (
µ
r
>>1 np. żelazo, kobalt, nikiel i ich stopy)
Podać definicje
µ
r
-
przenikalność magnetyczna względna
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
8
Materiałami magnetycznymi są przede wszystkim stopy metaliczne zawierające jako jeden
z głównych składników stopowych pierwiastki żelaza, kobaltu, niklu np. stal krzemowa,
permaloj, sendust. Znalazły one zastosowanie jako magnetowody w induktorach,
transformatorach, głowicach, silnikach elektrycznych, a także jako ekrany magnetyczne. Są
wykorzystywane również w radioelektronice, telekomunikacji i technice komputerowej.
Źródła energii elektrycznej
Energię elektryczną można otrzymać przez przemianę innych rodzajów energii. Do
najstarszych źródeł energii elektrycznej należą źródła elektrochemiczne, w których następuje
przemiana energii chemicznej w energię elektryczną. Rozróżniamy dwa rodzaje
elektrochemicznych źródeł energii: ogniwa i akumulatory. Ogniwa galwaniczne i tworzone
z nich baterie należą do źródeł nieodwracalnych. Pobranie z ogniwa zmagazynowanej w nim
energii powoduje bezpowrotne zużycie ogniwa. Natomiast akumulatory po wyładowaniu
można
z powrotem naładować, przepuszczając przez nie prąd elektryczny. Procesy ładowania
(dostarczania energii) i rozładowania (pobierania energii) dają się przy prawidłowej
eksploatacji cyklicznie powtarzać, co sprawia, że akumulator może pracować przez dłuższy
czas. Akumulatory stanowią źródła odwracalne.
Na schematach oznacza się akumulatory i ogniwa w postaci symbolu przedstawionego na
rys.1
Rys. 1. Schematyczne oznaczenie galwanicznego napięcia
Rezystancja Rw – rezystancja wewnętrzna - reprezentuje rezystancję elektrolitu, rezystancję
elektrod i połączeń oraz oporu spowodowanego polaryzacją elektrod.
Napięcie między rozwartymi zaciskami ogniw i akumulatorów nazywa się siłą
elektromotoryczną. Układ kilku połączonych ogniw lub akumulatorów tworzy baterię.
Połączenie równoległe rys.2 a) stosuje się w celu zwiększenia pojemności, natomiast
połączenie szeregowe rys.2 b) w celu zwiększenia siły elektromotorycznej.
Rys. 2. Połączenie galwanicznych źródeł napięcia a) równoległe; b) szeregowe [13, s.43]
Ogniwo obciążone rezystorem R tworzy obwód zamknięty rys. 3, przez który płynie prąd
elektryczny I
Rw
R
E
I
+
=
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
9
Rys. 3. Podstawowy obwód elektryczny: źródło napięcia E obciążone rezystorem R
Różnica potencjałów U na zaciskach ogniwa obciążonego jest mniejsza od siły
elektromotorycznej E o spadek napięcia na rezystancji wewnętrznej R
w
I
U = E - R
w
I
Zasada działania ogniwa galwanicznego
Ogniwo galwaniczne to układ dwóch elektrod zanurzonych w elektrolicie, zdolny do
wytwarzania energii elektrycznej w skutek reakcji chemicznej zachodzącej w tym układzie.
Załóżmy, że do roztworu kwasu siarkowegoH
2
SO
4
wprowadzimy elektrodę cynkową.
Rys. 4. Rozkład ładunków wokół elektrody Zn zanurzonej w kwasie siarkowym H
2
SO
4
[3, s.80]
Jony cynku Zn
2+
zanurzonego w elektrolicie przejawiają tendencje do przechodzenia do
elektrolitu. Jony metalu są dodatnie, w związku z czym elektrolit przejmuje ładunek dodatni,
a cynk na powierzchni styczności z elektrolitem na ładunek ujemny. W obszarze styczności
cynk-elektrolit powstaje warstwa elektryczna. W miarę rozpuszczania się cynku zwiększa się
natężenie pola elektrycznego, które z kolei przeciwdziała przechodzeniu jonów cynku Zn
2+
do
roztworu i w związku z tym po pewnym czasie ustala się stan równowagi. Stan taki następuje
w wyniku zrównoważenie sił, pod wpływem których cynk się rozpuszcza, i sił elektrycznych
hamujących ten proces. Rozpuszczanie się cynku ustaje przy określonej wartości różnicy
potencjałów między elektrodą cynkową a elektrolitem. Potencjał cynku względem elektrolitu
oznaczymy np. V
1
. Jeżeli w tym samym elektrolicie zanurzymy elektrodę z innego metalu, to
opisany proces również wystąpi, z tym jednak, że dla różnych metali (oraz dla węgla) ustala
się inny potencjał względem elektrolitu, np. V
2
. Wobec tego między dwiema elektrodami
zanurzonymi w elektrolicie powstaje napięcie U
U = V
1
- V
2
Jednym z najstarszych ogniw jest ogniwo Volty. Siła elektromotoryczna takiego ogniwa
wynosi 0,9V. Przez rezystor R popłynie stały prąd elektryczny I.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
10
Rys.5. Zasada działania ogniwa Volty [3.s.81]
Składa się ono z elektrody cynkowej, będącej katodą (-), oraz elektrody miedzianej, będącej
anodą (+), zanurzonych w wodnym roztworze kwasu siarkowego. (rys.5) Ogniwa Volty nie są
obecnie stosowane w praktyce, gdyż elektrolit jest płynny i jego napięcie szybko maleje na
skutek silnej polaryzacji elektrod (osadzanie się na elektrodach wodoru).
Specjalnym typem ogniwa galwanicznego jest ogniwo paliwowe. Składa się ono z dwóch
elektrod: anody i katody rozdzielonych elektrolitem. Jest to urządzenie w którym energia
spalania paliwa jest bezpośrednio zamieniana w energię elektryczną.
Bezpośrednią przemianę energii cieplnej w elektryczną można uzyskać korzystając ze
zjawiska termoelektrycznego. Dwa druty z różnych metali spojone na jednym końcu tworzą
po ich podgrzaniu ogniwo termoelektryczne zwane też termoelementem
Rys.6. Schemat poglądowy termoelementu [3.s.84]
Dwa metale miedź i konstant połączono w punkcie 1, natomiast końcówki 2 i 2’ dołączono do
zacisków miliwoltomierza. Napięcie termoelektryczne wskazane prze miernik jest
proporcjonalne do różnicy temperatury spoiny 1, i temperatury końcówek 2 i 2’.
Utrzymywanie napięcia termoelektrycznego wymaga podtrzymywania tej różnicy temperatur.
Innymi źródłami napięcia elektrycznego a tym samym prądu elektrycznego są źródła cieplne
oraz źródła świetlne i piezoelektryczne a przede wszystkim źródła elektromechaniczne.
Źródłem elektromechanicznym jest przetwornik energii mechanicznej w energię
elektryczną czyli prądnica elektryczna, zwana generatorem. Działanie prądnicy opiera się na
zjawisku indukowania się siły elektromotorycznej w przewodzie poruszającym się w polu
magnetycznym rys. 7.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
11
Rys.7. Zasada działania prądnicy elektrycznej [3.s.79]
W polu magnetycznym o indukcji magnetycznej B, obraca się z prędkością v przewód
miedziany w kształcie ramki. Wartość indukowanej w ramce siły elektromotorycznej
e określamy wzorem:
e = Blv
l – długość czynna przewodu znajdującego się w polu magnetycznym
Jeżeli do zacisków prądnicy podłączymy odbiornik R to przez ramkę i odbiornik popłynie
prąd i wywołany działającą w ramce siłą elektromotoryczną e. Zwrot prądu i jest zgodny ze
zwrotem siły elektromotorycznej e.
Elementy obwodu elektrycznego prądu stałego
Aby możliwe było wykorzystanie energii elektrycznej, czyli przetwarzanie jej na energię
mechaniczną, cieplną lub promienistą, konieczne jest stworzenie obwodu elektrycznego
składającego się co najmniej z trzech podstawowych elementów:
−
źródła – wytwarzającego napięcie wymuszające przepływ prądu w obwodzie,
−
odbiornika – przetwarzającego energię elektryczną na inne rodzaje energii
wykorzystywanej przez człowieka,
−
przewodów – tworzących drogę przepływu prądu przenoszącego energię elektryczną ze
źródła do odbiornika.
W schemacie obwodu elektrycznego, źródła energii elektrycznej oznaczamy za pomocą
znormalizowanych symboli graficznych rys 8
Rys.8. Symbole graficzne źródeł: a) symbol ogólny źródła napięcia; b) symbol ogniwa i akumulatora
Elementami odbiorczymi są:
−
rezystory,
−
cewki i kondensatory,
−
różnego rodzaju przetworniki energii elektrycznej w mechaniczną (silniki elektryczne),
chemiczną (np. elektroliza), świetlną (promieniowanie wyładowcze w gazie) itp.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
12
Symbole graficzne niektórych elementów odbiorczych oraz elementów pomocniczych
przedstawiono na rys.9.
Rys.9. Symbole graficzne wybranych elementów i przyrządów stosowanych w obwodach elektrycznych [3.s.39]
Połączenie szeregowe rezystorów
W przypadku połączenia szeregowego koniec jednego rezystora łączy się z początkiem
następnego itd. (rys.10). Przez wszystkie rezystory płynie ten sam prąd, a ich rezystancja
zastępcza Rz obliczana jest wg wzoru:
R
z
= R
1
+ R
2
+...+ R
N
Rys. 10. Połączenie szeregowe rezystorów [13, s. 51]
Połączenie równoległe rezystorów
W przypadku połączenia równoległego początki i końce wszystkich rezystorów zwiera
się ze sobą rys.11. Napięcie na każdym rezystorze jest jednakowe i równe różnicy
potencjałów między punktami węzłowymi układu. Rezystancję zastępczą układu obliczamy
zgodnie z wzorem:
N
z
R
R
R
R
1
...
1
1
1
2
1
+
+
+
=
Rys.11. Połączenie równoległe rezystorów [13, s.51]
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
13
Prawo Ohma
Jeżeli do zacisków źródła dołączy się rezystor, to popłynie prąd o wartości zależnej od siły
elektromotorycznej źródła E
B
, jego rezystancji wewnętrznej R
B
i rezystancji dołączonego
rezystora R.
E
B
= I (R + R
B
) = IR + IR
B
= U
B
+ U
E
U = IR
Rys. 12. Schemat zastępczy ogniwa rzeczywistego obciążonego rezystorem R
Pierwsze prawo Kirchhoffa
Dla każdego węzła obwodu elektrycznego suma prądów wpływających do węzła jest równa
sumie prądów wypływających z węzła.
I
1
+ I
4
= I
2
+ I
3
Rys. 13. Węzeł obwodu elektrycznego, w którym oznaczono zwroty prądów względem węzła
Drugie prawo Kirchhoffa
W dowolnym oczku obwodu elektrycznego prądu stałego suma algebraiczna spadków napięć
na
elementach
rezystancyjnych
oczka
oraz
suma
działających
w
oczku
sił
elektromotorycznych jest równa zeru.
Rys. 14. Wyodrębnione oczko obwodu elektrycznego [3, s. 44]
E
1
– E
2
– E
3
- U
1
+ U
2
+ U
3
– U
4
= 0
Połączenie szeregowe i równoległe kondensatorów
Kondensator o pojemności C, do którego doprowadzono napięcie U, magazynuje energię
elektryczną Wc.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
14
2
2
1
CU
Wc
=
Kondensatory w wielu układach elektrycznych występują w połączeniu szeregowym lub
równoległym. Przy połączeniu szeregowym kondensatorów pojemność zastępczą C
z
układu
oblicza się z zależności:
CN
C
C
Cz
1
...
2
1
1
1
1
+
+
+
=
a)
b)
Rys. 15. Połączenie kondensatorów; a) szeregowe, b) równoległe [13, s. 92]
Przy połączeniu równoległym kondensatorów pojemność zastępczą obliczamy zgodnie
z wzorem:
Cz = C1 + C2 + ...+ Cn
Przyrządy pomiarowe
Są to narzędzia pomiarowe przetwarzające mierzoną wielkość na wskazanie
proporcjonalne do wartości wielkości mierzonej.
Ze względu na rodzaj wejściowej informacji pomiarowej wyróżniamy przyrządy analogowe
i cyfrowe. Według spełnianych funkcji dzielimy je na:
−
mierniki – wyskalowane w jednostkach wielkości mierzonej,
−
rejestratory – umożliwiające zapis wartości wielkości mierzonej, np. w funkcji czasu,
−
liczniki – wskazujące stopniowo narastającą w czasie wartość wielkości mierzonej,
−
detektory zera – umożliwiające stwierdzenie zaniku wielkości, np. prądu, strumienia.
Mierniki w zależności od fizycznej zasady działania dzielimy na: magnetoelektryczne,
elektromagnetyczne, elektrodynamiczne, ferrodynamiczne, elektrostatyczne, indukcyjne,
cieplne, wibracyjne.
Wyboru miernika dokonujemy ze względu na: rodzaj mierzonej wielkości elektrycznej
(np. napięcie – woltomierz, natężenie prądu – amperomierz, moc elektryczna – watomierz),
rodzaj obwodu elektrycznego (prądu stałego lub zmiennego), ustrój pomiarowy, maksymalną
wartość mierzoną (zakres pomiarowy), dokładność pomiaru (klasa dokładności mierników).
Dokładność miernika charakteryzuje tzw. klasa dokładności. Jest to liczba określająca
w procentach wartość błędu granicznego danego miernika. Polskie Normy przewidują
następujące klasy dokładności: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5; 5.
Do pomiaru napięcia stałego używamy woltomierza analogowego lub cyfrowego.
Woltomierz włącza się równolegle do odbiornika na którym mierzymy napięcie (rys.16).
Amperomierz włącza się szeregowo w gałąź w której mierzony jest prąd (rys 17).
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
15
Rys. 16. Sposób przyłączania woltomierza
Rys.17. Sposób włączania amperomierza
Prąd stały mierzy się amperomierzem magnetoelektrycznym. Przed pomiarami wyznacza
się stałą przyrządu. Będzie ona wyrażona w amperach (lub miliamperach) na działkę. Znając
stałą amperomierza C
I
i odchylenie α wskazówki w działkach, oblicza się wartość prądu
odpowiadającego temu odchyleniu
I = C
I
α przy czym:
α
max
– maksymalna liczba działek
I
n
– zakres amperomierza
Rys. 18. Sposób włączania watomierza
Watomierz jest przyrządem przeznaczonym do pomiaru mocy czynnej. Ma on dwie cewki:
nieruchomą cewkę prądową, o małej rezystancji i ruchomą cewkę napięciową, o dużej
rezystancji. Cewkę prądową włącza się do układu poprzez zaciski prądowe, szeregowo
z obciążeniem. Cewkę napięciową - poprzez zaciski napięciowe, równolegle z obciążeniem.
Odchylenie wskazówki miernika jest proporcjonalne do iloczynu prądu w cewce prądowej,
napięcia na cewce napięciowej i cosφ. Na tarczy podziałkowej watomierza znajduje się
symbol jednostki wielkości mierzonej (mocy czynnej) – litera W (wat). Zaciski
odpowiadające początkowi cewki prądowej i napięciowej są oznaczone gwiazdką.
Prawidłowy sposób włączania watomierza pokazano na rys.16.
max
a
I
C
n
I
=
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
16
Moc P pobieraną przez odbiornik w obwodzie prądu stałego obliczamy zgodnie z wzorem:
P = U I
Energia W zużywana przez odbiornik zależy od jego mocy P i od czasu pracy t:
W = P t
Tabela 1. Oznaczenia umieszczone na elektrycznych przyrządach pomiarowych według PN – 92/E – 06501/01
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
17
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
18
4.1.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jak oblicza się rezystancję zastępczą rezystorów połączonych szeregowo?
2. Jakie prawa zastosujesz do obliczania prądów i napięć w obwodzie prądu stałego?
3. Jakie znasz źródła energii elektrycznej?
4. Czy potrafisz zmierzyć napięcie miernikiem cyfrowym?
5. Czy potrafisz zmierzyć napięcie miernikiem analogowym?
6. Podaj sposób włączenia miernika w celu zmierzenia napięcia.
7. W jaki sposób wyznacza się pojemność zastępczą kondensatorów połączonych
szeregowo?
8. W jakich jednostkach mierzymy napięcie a w jakich natężenie prądu?
9. Wymień podstawowe elementy obwodu elektrycznego.
4.1.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Oblicz wartość prądu I i napięcia U dla układu, którego schemat został Ci dostarczony
przez nauczyciela.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) przypomnieć sobie prawo Ohma oraz prawa Kirchhoffa
2) przypomnieć sobie szeregowe i równoległe łączenie rezystorów
3) zapisać wzory z których będzie korzystać, wypisać dane i szukane
4) obliczyć wartość prądu I i napięcia U dla układu, którego schemat dostarczył nauczyciel
5) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
schemat obwodu elektrycznego,
−
biały papier formatu A4.
−
przykład zadania do ćwiczenia 1.
W obwodzie pokazanym na rysunku prąd I
2
= 2A. Wartość rezystancji: R
1
= 3 Ω, R
2
= 18Ω,
R
3
= 3Ω, R
4
= 6Ω. Oblicz rezystancję zastępczą obwodu i napięcie zasilające U.
Ćwiczenie 2
Mając trzy rezystory o rezystancji R = 2Ω każdy, zaproponuj takie połączenie, aby
otrzymać rezystancję zastępczą R
z
= 3Ω
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
19
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) przypomnieć sobie zasadę szeregowego i równoległego łączenia rezystorów,
2) zapisać wzory, z których będziesz korzystać,
3) wypisać dane i szukane,
4) narysować układ połączeń trzech rezystorów,
5) obliczyć wartość rezystancji zastępczej,
6) zaprezentować wyniki i sformułować wnioski,
7) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia,
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
biały papier formatu A4 dla każdej grupy uczniów.
Ćwiczenie 3
Zmierz prąd stały pobierany przez żarówkę.
Rys. 19 Pomiar prądu pobieranego przez żarówkę: a) układ; b) schemat [13,s.34]
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) przypomnieć sobie sposób wyznaczania stałej amperomierza,
2) zaplanować pomiary, zaproponować tabelkę w której będą zapisywane wyniki pomiarów,
3) skompletować niezbędną aparaturę i elementy do przeprowadzenia pomiarów,
4) zmontować układ zgodnie ze schematem,
5) dokonać pomiaru prądu dla trzech różnych żarówek dobierając zawsze zakres pomiarowy
α ≈α
max,
6) zapisać wyniki pomiarów do tabelki,
7) porównać otrzymane wyniki,
8) zwrócić uwagę na intensywność świecenia żarówki,
9) zaprezentować wyniki i wyciągnąć wnioski,
10) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia,
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
amperomierz wskazówkowy,
−
trzy różne żarówki,
−
źródło napięcia stałego – bateria,
−
przewody łączeniowe,
−
biały papier formatu A4 dla każdego zespołu.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
20
Ćwiczenie 4
Zmierz napięcie ogniwa elektrochemicznego
Rys. 20 Pomiar napięcia ogniwa elektrochemicznego: a) układ; b) schemat [13,s.38]
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) przypomnieć sobie jak się wyznacza stałą podziałki przyrządu analogowego,
2) przypomnieć sposób wyznaczania wartości mierzonej odpowiadającej odczytanemu
odchyleniu wskazówki,
3) przypomnieć sobie sposób odczytu wartości mierzonej z przyrządu cyfrowego,
4) zaplanować pomiary, zaproponować tabelę do której będą wpisywane wyniki pomiarów,
5) skompletować niezbędną aparaturę i elementy do przeprowadzenia pomiarów,
6) zmontować układ zgodnie ze schematem,
7) dokonać pomiaru napięć dla trzech różnych źródeł woltomierzem analogowym
i cyfrowym,
8) zapisać wyniki pomiarów do tabelki,
9) porównać otrzymane wyniki w obu pomiarach (woltomierzem analogowym
i woltomierzem cyfrowym),
10) zaprezentować wyniki i wyciągnąć wnioski,
11) ocenić poprawność wykonanego ćwiczenia,
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
woltomierz wskazówkowy, woltomierz cyfrowy,
−
trzy różne źródła elektrochemiczne,
−
przewody łączeniowe,
−
wyłącznik dwubiegunowy,
−
biały papier formatu A4 dla każdego zespołu
Ćwiczenie 5
Badanie połączenia szeregowego rezystorów
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
21
Zbuduj obwód do pomiaru rezystancji rezystorów połączonych szeregowo wg. otrzymanego
schematu. Zmierz natężenie prądu I, napięcia pomiędzy punktami AB, BC, CD, AD. Oblicz
rezystancje R
1
, R
2
, R
3
oraz rezystancję zastępczą. Sprawdź poprawność wykonanego
ćwiczenia.
Aby wykonać ćwiczenie odpowiedz na pytania:
1) zamieszczone w tekście przewodnim,
2) postępuj zgodnie ze wskazówkami tego tekstu.
I Informacje
1) Jak nazywają się przyrządy pomiarowe służące do pomiaru natężenia prądu?
2) W jaki sposób względem odbiornika włącza się miernik natężenia prądu elektrycznego?
3) Na czym polega szeregowe połączenie rezystorów?
4) Podaj sposób obliczenia rezystancji zastępczej rezystorów połączonych szeregowo.
5) Jaki prąd płynie przez R
1
a jaki przez R
2
?
6) W jakich jednostkach mierzymy natężenie prądu, a w jakich napięcie?
II Planowanie
Przygotuj plan czynności do wykonania ćwiczenia
Zaplanuj elementy obwodu elektrycznego oraz przyrządy pomiarowe do badania
szeregowego połączenie rezystorów.
Narysuj układy pomiarowe, przygotuj tabele do zestawienia wyników
Określ kolejność czynności przy dokonywaniu pomiarów, obliczeń, kontroli poprawności
wykonania ćwiczenia
Po udzieleniu odpowiedzi w fazie I i zaplanowaniu czynności w fazie II zgłoś się do
nauczyciela
III Ustalenie
Jeśli Twoje odpowiedzi i planowanie było poprawne, uzyskałeś akceptację nauczyciela
pobierz niezbędne materiały oraz aparaturą pomiarową i przystąp do pracy. Zmontuj zestaw
do badania rezystancji szeregowo połączonych rezystorów. Przygotuj odpowiednie tabele do
zapisywania zmierzonych wartości parametrów. Uwaga: zanim zostanie przyłączone napięcie
, połączony układ pomiarowy musi sprawdzić nauczyciel.
IV Wykonanie
Przystąp do wykonania ćwiczenia wg planu - masz na to 90 minut.
Pamiętaj o zasadach BHP.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
22
V Sprawdzenie
Dokonaj oceny poszczególnych etapów swojej pracy
Lp. Czynności
Twoja ocena
Ocena nauczyciela
1
Dobór aparatury pomiarowej niezbędnej
do przeprowadzenia pomiarów
2
Przygotowanie elementów obwodu prądu
stałego i aparatury pomiarowej.
Zmontowanie układu.
3
Sporządzenie tabeli obejmującej wartości
zmierzone i odczytane z elementów
4
Czynności wykonywane podczas
pomiarów
5
Opracowanie wyników, obliczenie
rezystancji zastępczej w oparciu o
wartości zmierzone
6
Dokonanie oceny poprawności
wykonanego ćwiczenia
7
Sformułowanie wniosków
8
Zachowanie bezpieczeństwa pracy
VI Analiza
Co sprawiło mi trudność?
Co wykonywałem bez problemu?
Jak zrobiłbym ćwiczenie wykonując jej jeszcze raz? Jakie zmiany bym wprowadził?
Oceniam swoją pracę na................Podpis ucznia..........................
4.1.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak
Nie
1) obliczyć energię pobieraną przez urządzenie elektryczne?
2) narysować szeregowe i równoległe połączenie rezystorów?
3) wyznaczyć stałą wskazówkowego przyrządu pomiarowego?
4) obliczyć napięcie, natężenie prądu w obwodzie prądu stałego?
5) zmierzyć moc?
6) włączyć przyrządy pomiarowe?
7) rozróżnić podstawowe elementy obwodu elektrycznego?
8) wyjaśnić powstawanie prądu elektrycznego?
9) obliczyć pojemność zastępczą kondensatorów połączony szeregowo
i równolegle?
10) odczytać schemat prostego obwodu elektrycznego?
11) zdefiniować podstawowe prawa stosowane w obwodach elektrycznych?
12) rozróżnić
materiały
pod
względem
właściwości
magnetycznych
i elektrycznych?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
23
4.2. Elementy elektroenergetyki. Maszyny elektryczne
4.2.1. Materiał nauczania
Ze względu na zjawiska fizyczne zachodzące podczas wytwarzania światła sztucznego
rozróżnia się:
−
lampy żarowe (żarówki), w których wykorzystuje się świecenie nagrzanego drutu
wolframowego,
−
lampy fluorescencyjne (świetlówki), w których wykorzystuje się zjawisko świecenia
pewnych substancji chemicznych, pod wpływem działania promieni ultrafioletowych,
−
lampy wyładowcze (rtęciowe, sodowe, neonowe), w których wykorzystuje się świecenie
gazu pod wpływem wyładowań elektrycznych (przepływu prądu elektrycznego przez
gaz).
Lampy żarowe.
W żarówce źródłem światła jest żarnik z drutu wolframowego rozgrzany wskutek
przepływu przez niego prądu elektrycznego. Żarnik umieszczony jest w bańce szklanej
wypełnionej próżnią lub (przy większych mocach) gazem.
Żarówki halogenowe we wnętrzu bańki mają gaz halogen. Gaz ten zdecydowanie wydłuża
„wypalanie” żarnika. Są one dużo droższe, stosowane w projektorach, w rzutnikach,
samochodach.
Zalety lamp żarowych: duży zakres stosowanych mocy (10W-2000W), natychmiastowy
zapłon, niska cena.
Wady tych lamp: mała trwałość (1000h-1500h zwykłych i 2000h-3500h halogenowych), mała
skuteczność świetlna od 8lm/W do 26lm/W.
Świetlówki
Świetlówka składa się z rury szklanej w której następują wyładowania elektryczne
pomiędzy dwoma elektrodami pokrytymi warstwą aktywną. Wnętrze rury wypełniają argon
i pary rtęci pod niskim ciśnieniem (1Pa). Wewnętrzna powierzchnia rury pokryta jest
luminoforem, którego cząsteczki wzbudzone promieniowaniem ultrafioletowym zaczynają
świecić. Dobierając skład chemiczny luminoforu można uzyskać pożądaną barwę światła.
Rys.21. Świetlówki: a) obwód pojedynczej świetlówki; b) układ antystroboskopowy DUO [10. s.100]
1-zapłonnik tlący, 2-elektroda termobimetalowa, 3-kondensator przeciwzakłóceniowy, 4 i 5-
elektrody świetlówki, 6-dławik w roli statecznika, 7-kondensator do poprawy współczynnika
mocy obwodu, 8-dławik zapłonowy, 9-kondensator do przesunięcia fazowego prądu jednej
świetlówki względem drugiej
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
24
Zapłonnik umożliwia nam zapłon świetlówki, dławik pełni rolę stabilizatora prądu.
Kondensatory służą do poprawy współczynnika mocy, oraz działają przeciw zakłóceniowo
(radio, telewizor). Ze względu na możliwość powstania efektu stroboskopowego, (wrażenie
pozostawania w bezruchu maszyny wirującej), stosuje się układ dwóch świetlówek jak na
rysunku b).
Zaletą tego typu lamp jest dobra skuteczność świetlna (40lm/W-100lm/W), mały pobór mocy
do 65W, oraz duża trwałość dochodząca do16000h.
Wadą świetlówek jest opóźniony zapłon dochodzący do trzech sekund, oraz konieczność
stosowania dodatkowych elementów umożliwiających zapłon i poprawną pracę.
Lampy rtęciowe
Rtęciówka jest lampą wysokoprężną wykorzystującą wyładowanie elektryczne w parze
rtęci o ciśnieniu ok. 1Mpa i temperaturze 600-750°C. Może być ona przyłączona do sieci
jedynie w układzie zawierającym dławik (stabilizator prądu).
Zaletą jej jest dobra skuteczność świetlna 35 do 60lm/W, bardzo duża trwałość dochodząca
do 10000h, największą wadą zaś bardzo wolny zapłon wynoszący ok. 3min. dla zimnej i do
10min. dla lampy rozgrzanej.
Oprawy oświetleniowe
Elektryczne źródła światła umieszcza się w oprawach. Zadaniem oprawy jest:
−
umocowanie źródła i podłączenie go z instalacją elektryczną,
−
odpowiednie skierowanie strumienia świetlnego,
−
ochrona oczu przed olśnieniem
−
ochrona mechaniczna
−
uzyskanie efektu dekoracyjnego.
Ze względu na swoje właściwości oprawy oświetleniowe mogą mieć oznaczenia jak
w tabeli1.
Tabela 2. Umowne oznaczenia na oprawach oświetleniowych[10,s.115]
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
25
L1
L2
L3
PE
N
odb. 1 odb. 2 odb. 3
Przyłączanie odbiorników do układów trójfazowych
Układy pięcioprzewodowe prądu trójfazowego stosuje się powszechnie w sieciach
niskiego napięcia (kiedyś czteroprzewodowe). Napięcie fazowe wynosi w tych sieciach 230
V, zaś międzyfazowe 400 V. Odbiorniki jednofazowe (oświetlenie, sprzęt gospodarstwa
domowego) przyłącza się do napięcia 230 V, to znaczy między jeden z przewodów L1, L2,
L3 i przewód neutralny N. W ten sposób odbiorca nie styka się z napięciem wyższym niż 230 V.
Przewód ochronny PE podłącza się zawsze do przewodzącej obudowy odbiornika
Rys. 21. Podłączenie odbiorników jednofazowych do sieci trójfazowej
Dąży się do takiego rozdziału obciążeń, aby wszystkie fazy były obciążone
symetrycznie, lecz stanu takiego praktycznie nie można osiągnąć, a przyczyną tego jest różna
impedancja odbiorników, różny czas załączania odbiorników i itd.
Odbiorniki trójfazowe w zależności od rodzaju sieci w jakiej pracują podłącza się tak jak
ilustruje to tabela:
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
26
Tabela 3. Podłączanie układów trójfazowych [2,s.182]
Wewnętrzne połączenie odbiornika może wyglądać jak na rysunku 22.
a)
b)
Rys. 22. Połączenie w trójkąt a), połączenie w gwiazdę b) [11,s.184]
Grzejnictwo elektryczne. Piece przemysłowe
Grzejnictwo elektryczne daje możliwość przemiany energii elektrycznej w energię
cieplną, przy czym wykorzystuje się tu różne zjawiska fizyczne w wyniku których następuje
ta przemiana.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
27
Rozróżnia się nagrzewanie:
−
rezystancyjne- energia cieplna wydziela się w czasie przepływu prądu elektrycznego
przez przewodzące ciało stałe,
−
elektrodowe- ciepło wydziela się podczas przepływu prądu przez ciecz,
−
łukowe- źródłem ciepła jest powstający łuk elektryczny,
−
indukcyjne- wykorzystuje zjawisko prądów wirowych w nagrzewanym wsadzie,
−
pojemnościowe- wykorzystuje straty powstające w dielektryku w zmiennym polu
elektrycznym wielkiej częstotliwości,
−
promiennikowe- energię wypromieniowują elektryczne promienniki podczerwieni.
Piece oporowe
Układ regulacji temperatury pieca oporowego przedstawiono na rysunku:
Rys. 23. Układ sterowania piecem oporowym [9,s.157]
R
o
– rezystancja elementu grzejnego, Cz – czujnik temperatury,
υ, υ
o
– odpowiednio: temperatura pieca
i temperatura zadana
W piecach oporowych elementy grzejne są wykonywane z metali lub specjalnych stopów
metali o dużej rezystywności i dużej trwałości. Elementy grzejne są zasilane najczęściej
z sieci energetycznej za pośrednictwem sterowników tyrystorowych. Stosuje się układy
zasilania jedno i trójfazowego. Zależnie od temperatury występującej w komorze, piece
oporowe można podzielić na:
−
niskotemperaturowe – do 300
o
C (suszarki do suszenia produktów, a także powłok
lakierniczych),
−
piece średniotemperaturowe – 300-1300
o
C (obróbka cieplna metali),
−
piece wysokotemperaturowe - > 1300
o
C (topienie metali, wypalanie porcelany oraz
emalii).
Piece łukowe
Piece łukowe z nagrzewaniem pośrednim (łuk występuje między elektrodami) stosuje się
głównie do wytopu metali nieżelaznych i wytwarzaniu ich stopów. Piece łukowe
z nagrzewaniem bezpośrednim (łuk pomiędzy elektrodami i wsadem) stosuje się do produkcji
stali jakościowych i stopów żelaza. Piece łukowe budowane są na bardzo duże moce rzędu
MVA. Pojedynczy odbiornik jakim jest piec łukowy może zatem pobierać większą moc niż
niejeden zakład przemysłowy.
Nagrzewnie łukowe jest stosowane również w pracach spawalniczych. Temperatura łuku
umożliwia bowiem topnienie metali i ich łączenie.
Indukcyjne urządzenia elektrotermiczne
Indukcyjne urządzenia elektrotermiczne działają jak transformator – na zasadzie
indukowania prądu we wsadzie umieszczonym w zmiennym polu magnetycznym.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
28
Rys.24. Indukcyjne urządzenie elektrotermiczne: a) piec rdzeniowy, b) piec tyglowy, c) nagrzewnica przelotowa
1 – wzbudnik, 2 – wsad, 3 – rdzeń, 4 – tygiel [10,s.133]
Rolę uzwojenia pierwotnego spełnia wzbudnik o n zwojach. Wsad zachowuje się jak
uzwojenie wtórne o jednym zwoju. Prąd płynący przez wsad jest n razy większy od prądu
wzbudnika. Jeśli w zmiennym polu magnetycznym umieści się przedmioty ferromagnetyczne
(np. stalowe) wydzieli się dodatkowe ciepło wskutek histerezy magnetycznej.
Piece indukcyjne służą do topienia metali, wytwarzania stopów, natomiast nagrzewnice
indukcyjne do hartowania elementów stalowych.
Pojemnościowe urządzenia elektrotermiczne
Zasadę nagrzewania pojemnościowego ilustruje rysunek 25.
Rys. 25. Nagrzewanie pojemnościowe: 1 – wsad, 2 – elektrody, G – generator wielkiej częstotliwości [1,s.210]
Między okładziny kondensatora doprowadza się napięcie o wielkiej częstotliwości (13,56
MHz oraz 27,12 MHz i 40,68 MHz) zgodnie z konwencją międzynarodową (zakłócenia
radiowe). Nagrzewnictwo pojemnościowe wykorzystuje się do przeróbki tworzyw
sztucznych, suszenia drewna, pasteryzacji mleka. W gospodarstwach domowych –
w kuchenkach mikrofalowych.
Nagrzewanie promiennikowe
Energia cieplna jest przekazywana przez promieniowanie ze źródła promieni
podczerwonych – promiennika – do przedmiotu nagrzewanego. Szerokie zastosowanie
znalazły promienniki lampowe i kwarcowe. Nagrzewanie promiennikowe wykorzystuje się
do suszenia powłok farb i lakierów (samochodowych), powłok klejonych, tkanin i papieru.
Jest używane również do ogrzewania pomieszczeń (kościołów). Zasadą promieniowania jest
bezpośrednie oddziaływanie (ogrzewanie) na przedmiot, z pominięciem powietrza.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
29
Działanie prądu elektrycznego na organizm ludzki
Dotknięcie przez człowieka części urządzenia znajdującej się pod napięciem spowoduje
przepływ przez ciało prądu elektrycznego. Natężenie tego prądu zależy od wartości napięcia
dotykowego oraz rezystancji obwodu. Oprócz natężenia prądu płynącego przez ciało istotnym
czynnikiem wpływającym na reakcję organizmu jest także czas oddziaływania tego prądu
oraz jego rodzaj (stały, przemienny).
Przepływ prądu przez ciało człowieka może wywołać:
−
działanie na system nerwowy, powodując skurcz mięśni przez które przepływa,
podwyższenie ciśnienia krwi, zatrzymanie pracy serca, migotanie komór sercowych,
−
wydzielenie energii cieplnej, głównie w miejscu zetknięcia ciała z częściami pod
napięciem – może powodować oparzenia,
−
oparzenia wewnętrzne (stawów),
−
uszkodzenie oczu wskutek działania promieni ultrafioletowych, lub dużej jaskrawości
łuku,
−
uszkodzenia mechaniczne wskutek upadku z wysokości,
−
zjawiska elektrochemiczne – elektroliza płynów w ciele człowieka – co powoduje
zatrucie.
Uwzględniając wartości znormalizowane napięć, ustalono wartości graniczne roboczych
napięć bezpiecznych. Wynoszą one:
- przy prądzie przemiennym:
50 V w normalnych warunkach,
25 V w szczególnych warunkach,
12 V przy zanurzeniu w wodzie
- przy prądzie stałym:
120 V w środowisku normalnym,
60 V w środowisku szczególnym,
30 V dla instalacji zanurzonych w wodzie.
Pierwszą czynnością w przypadku porażenia jest szybkie uwolnienie osoby porażonej
spod napięcia (wyłączenie zasilania lub odciągnięcie przy pomocy izolatora osoby porażonej).
Osoba ratująca powinna mieć ubrane rękawice gumowe i kalosze dielektryczne. Można też
posłużyć się drążkiem izolacyjnym. Jeżeli osoba porażona jest nieprzytomna, to należy ułożyć
ją na wznak, podłożyć pod łopatki zwój odzieży, tak by głowa była mocno odchylona (musi
być zachowana drożność dróg oddechowych). Przy braku oddechu należy natychmiast zacząć
sztuczne oddychanie (najlepiej usta-usta). Jeżeli przy braku przytomności brak tętna
i oddechu, to znaczy, że praca serca została zatrzymana i konieczne jest podjęcie masażu
serca. Jeżeli serce pracuje to sztuczne oddychanie polega na wdmuchiwaniu powietrza do ust
porażonego (zatykając mu nos) z częstotliwością 12 razy na minutę. Jeżeli czynność
podejmuje jeden ratownik, to przy braku tętna należy wykonać trzy szybkie oddechy
i piętnaście energicznych naciśnięć dolnej części mostka.
Bezpieczeństwo pracy z urządzeniami elektrycznymi
Instalacje i urządzenia elektryczne powinny być tak wykonane i eksploatowane, aby nie
narażały pracowników na porażenie prądem elektrycznym, przepięcia atmosferyczne,
szkodliwe oddziaływanie pól elektromagnetycznych oraz nie stanowiły zagrożenia
pożarowego, wybuchowego i nie powodowały innych szkodliwych skutków. Zasady
bezpieczeństwa eksploatacji urządzeń i instalacji elektrycznych polegają na:
−
spełnieniu wymagań bezpieczeństwa i higieny pracy określonych w Polskich Normach
PN – EN i właściwych przepisach dotyczących projektowania, budowy oraz eksploatacji
przez cały okres użytkowania (Prawo Budowlane, Prawo Energetyczne, Kodeks Pracy,
Dyrektywy Unii Europejskiej),
−
urządzenia powinny być prawidłowo usytuowane, a instalacje prowadzone bezkolizyjnie,
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
30
−
urządzenie i instalacje elektryczne nowe i po remoncie powinny być przyjmowane do
eksploatacji zgodnie ze szczegółowymi przepisami w tym zakresie,
−
urządzenia i instalacje elektryczne, na których w zasięgu człowieka może pojawić się
niebezpieczne
napięcie,
powinny
być
odpowiednio
oznakowane
tablicami
ostrzegawczymi.
Ponadto urządzenia elektryczne powinny podlegać ochronie przed dotykiem pośrednim
w jeden z następujących sposobów:
−
ochrona przed samoczynnym włączeniem zasilania,
−
separacja odbiorników,
−
stosowanie nieuziemionych połączeń wyrównawczych,
−
izolowanie stanowiska.
Przy eksploatacji urządzeń i instalacji elektrycznej zabrania się:
−
podejmować pracę osobom nieuprawnionym,
−
używać urządzeń niezgodnie z instrukcją,
−
stosować prowizorycznych napraw (np., „drutowanie” bezpiecznika)
−
przekraczać określonych parametrów pracy tych urządzeń,
−
pracować przy urządzeniach niesprawnych technicznie,
−
pozostawiania swobodnego dostępu do urządzeń osobom postronnym,
−
pozostawiania urządzeń bez dozoru.
W przypadku stwierdzenia nieprawidłowości urządzenia lub złego stanu izolacji elektrycznej
należy natychmiast je odłączyć i poinformować o tym odpowiednie służby.
Maszyny elektryczne
Budowa i zasada działania prądnicy i silnika elektrycznego
Generatory elektryczne zmieniają energię mechaniczną w energię elektryczną. Silniki
pobierają energię elektryczną i oddają energię mechaniczną. Transformatory przekształcają
energię elektryczną również w energię elektryczną o tej samej częstotliwości ale najczęściej
o innym napięciu.
Rys. 26. Maszyny elektryczne [2,s.255]
Generatory i silniki składają się z dwóch głównych elementów: stojana i wirnika. Wirnik
jest osadzony na wale za pośrednictwem którego dostarcza się lub odbiera energię
mechaniczną.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
31
Zazwyczaj w stojanie i wirniku umieszczone są uzwojenia przewodzące prąd. Ze
względu na rodzaj prądu odbieranego lub doprowadzanego do uzwojeń rozróżnia się maszyny
prądu stałego i maszyny prądu przemiennego. Jeżeli do obu uzwojeń jest doprowadzony prąd
stały, to maszyna nazywa się maszyną prądu stałego. Jeśli do jednego lub obu uzwojeń
doprowadza się prąd przemienny to maszyna nazywa się maszyną prądu przemiennego. Gdy
w uzwojeniu stojana i wirnika płynie prąd przemienny, to maszyna nazywa się maszyną
indukcyjną (asynchroniczną), natomiast gdy w jednym z uzwojeń płynie prąd przemienny,
a w drugim prąd stały to maszyna nazywa się maszyną synchroniczną. Maszyny prądu
przemiennego (w tym również transformatory) są wykorzystywane jako jednofazowe
i trójfazowe. Maszyny elektryczne mogą pracować jako prądnice lub jako silniki. Maszyny
synchroniczne wykorzystuje się jednak głównie jako prądnice do wytwarzania energii
elektrycznej w elektrowniach, zaś maszyny asynchroniczne – jako silniki elektryczne.
Maszyny prądu stałego stosuje się przeważnie do celów specjalnych jako silniki oraz
prądnice.
Prądnice i silniki prądu stałego
Maszyny prądu stałego w porównaniu z maszynami asynchronicznymi są cięższe
i bardziej skomplikowane w budowie (a więc droższe), trudniejsze w konserwacji.
Z tych względów stosuje się je z reguły do celów specjalnych. Jako silniki mają one
głównie zastosowanie w trakcji elektrycznej Jako źródło energii stosuje się je w formie dla
maszyn synchronicznych, prądnic: galwanizacyjnych, spawalniczych, samochodowych,
lotniczych i innych.
Prądnice prądu stałego klasyfikujemy na:
−
prądnice obcowzbudne
−
prądnice bocznikowe, w których uzwojenie elektromagnesów jest połączone równolegle
z twornikiem
−
prądnice szeregowo – bocznikowe, w których część uzwojenia elektromagnesów jest
połączona równolegle, a część w szereg z twornikiem
C1, C2 – uzwojenie kompensacyjne
A1, A2 – zaciski uzwojeń twornika
E1, E2 – zaciski uzwojenia bocznika
I
w
– prąd wzbudzenia
I – prąd odbiornika
Rys. 27. Schemat połączeń prądnicy bocznikowej [11, s.331]
W tworniku napędzanym z prędkością znamionową indukuje się dzięki strumieniowi
magnetycznemu szczątkowemu niewielka siła elektromagnetyczna rzędu kilku procent
napięcia znamionowego prądnicy. Tu SEM powoduje przepływ prądu przez uzwojenie
wzbudzające, a tym samym zwiększenie strumienia magnetycznego. Wzbudzenie prądnicy do
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
32
napięcia znamionowego U
n
osiąga się przez odpowiednie nastawienie rezystancji R
w
w obwodzie wzbudzenia.
Silniki prądu stałego
Silniki elektryczne, zależnie od sposobu połączenia dzielimy na:
−
bocznikowe
−
szeregowe
−
szeregowo – bocznikowe
−
obcowzbudne
Podstawowymi wielkościami opisującymi właściwości mechaniczne silnika są:
−
moment obrotowy (Nm) zwany też momentem elektrycznym
−
prędkość kątowa (rad/s)
Tabela 4. Podstawowe własności silników prądu stałego [6, s.456]
Silnik bocznikowy
Schemat połączeń silnika bocznikowego przedstawiony jest w tabeli. Regulowany
rozrusznik (rezystancja) włączony jest tylko w obwód twornika, a uzwojenie wzbudzające jest
włączone bezpośrednio do zacisków sieci (przed rozruchem), aby zapewnić jej największy
strumień magnetyczny potrzeby do wytworzenia dużego momentu obrotowego przy rozruchu.
Rozrusznik ma kilka stopni rozruchowych. Podczas rozruchu należy stopniowo je przełączać
za pomocą dźwigni, aż do pozycji końcowej. Prędkość obrotową silnika można w czasie jego
pracy zwiększać o (0…30%) prędkości znamionowej przez włączanie opornika nastawnego
R
M
w obwodzie wzbudnicy.
Prądnice i silniki prądu zmiennego
Prądnice które w elektrowniach wytwarzają energię elektryczną pracują na zasadach
maszyny synchronicznej. Do napędu prądnic stosuje się: wodę, parę lub silniki spalinowe.
Wirnik prądnicy napędzany przez maszynę napędową z prędkością n wytwarza pole wirujące
z prędkością n wywołane przez prąd wzbudzenia. Pole to indukuje w każdej fazie
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
33
nieruchomego uzwojenia stojana SEM proporcjonalną do strumienia
Φ
oraz prędkości
obrotowej n. Przy obciążeniu maszyny synchronicznej przez fazy twornika płynie prąd I. Prąd
twornika wywołuje strumień twornika, którego część przechodzi do wirnika maszyny
i kojarzy się ze strumieniem wzbudzenia, tworząc wypadkowe pole wirujące maszyny.
Silniki asynchroniczne
Trójfazowy silnik asynchroniczny składa się z części nieruchomej – stojana i części
wirującej wirnika. Stojan i wirnik zbudowane są z blach elektrotechnicznych izolowanych
jednostronnie i złożonych w pakiety. W żłobkach stojana ułożone jest uzwojenie, w żłobkach
na obwodzie wirnika umieszczone są uzwojenia wirnika. W zależności od uzwojenia wirnika
rozróżniamy silniki klatkowe oraz pierścieniowe. Po przyłączeniu uzwojenia stojana do sieci
3-fazowej powstaje wirujące pole magnetyczne. Prędkość wirowania pola zależy od
częstotliwości w sieci i od liczby biegunów. Prędkość jest tym większa im większa jest
częstotliwość i im mniejsza jest liczba biegunów. Aby powstał moment obrotowy, pole
wirujące musi sprowokować drogą indukcji przepływ prądu. Dlatego prędkość obrotowa
wirnika musi być zawsze mniejsza od prędkości synchronicznie wirującego pola. Różnica
tych prędkości jest nazywana poślizgiem. Poślizg podaje się najczęściej w procentach
w stosunku do prędkości wirującego pola. Wynosi on do 5,5 kW około6% do 3,5% zaś dla
silników o większej mocy 3,5% do 2,5%. Z uwagi na prostą budowę i niski koszt najczęściej
stosowanymi silnikami są silniki klatkowe.
Rys. 28. Przekrój silnika asynchronicznego z wirnikiem zwartym [2, s.258]
Najczęściej stosowane zabezpieczenie silników klatkowych:
−
zabezpieczenie zwarciowe – bezpiecznik albo wyłącznik, zawsze na początku obwodu
−
zabezpieczenia przeciążeniowe – za zabezpieczeniem zwarciowym. Można zrezygnować
z tego zabezpieczenie dla silników małej mocy(10kW), których przeciążenie jest mało
prawdopodobne (napęd pomp, wentylatorów).
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
34
−
zabezpieczenie podnapięciowe – stycznik sterowany impulsem krótkim, którego obwód
sterowniczy jest zasilany z obwodu głównego. W razie zaniku napięcia silnik zostaje
wyłączony i nie rusza samoczynnie po powrocie napięcia.
Silniki elektryczne są znormalizowane. Zaletą silników znormalizowanych jest to, że przy
takiej samej mocy i rodzaju budowy ich wymiary są takie same niezależnie od tego kto je
wyprodukował.
Każda maszyna elektryczna musi mieć tabliczkę znamionową. Podane są na niej informacje:
producent, typ i rodzaj maszyny oraz wartości znamionowe napięcia, prądu, mocy i prędkości
obrotowej. Wymienia się również rodzaj pracy, klasę materiału izolacyjnego i stopień
ochrony.
Rys.29. Tabliczka znamionowa maszyny [2, s. 255
]
Przykłady oznaczeń typu silników:
SCU 10a – silnik indukcyjny, budowy okapturzonej, na łapach, z wirnikiem pierścieniowym,
serii a, wielkości mechanicznej 10, sześciobiegunowy, z pakietem blach o długości a.
Oznaczenie typu składa się z części literowej i części cyfrowej z dodatkową literą na końcu
części cyfrowej. Symbol określa rodzaj maszyny elektrycznej, jej budowę, rodzaj wirnika,
odmianę elektryczną, formę wykonania, serię, liczbę biegunów i długość pakietu blach.
Symbol typu może być mniej lub więcej rozbudowany, zależnie od rodzaju silnika.
Budowa części literowej symbolu:
litera pierwsza
−
S – oznacza silnik indukcyjny
litera druga
−
B – budowa chroniona
−
C – budowa okapturzona
−
Z – budowa zamknięta
litera trzecia
−
J – wirnik klatkowy
−
D – wirnik dwuklatkowy
−
U – wirnik pierścieniowy
litera czwarta
−
M – silnik o powiększonym momencie rozruchowym
−
B – silnik do wbudowania
Litera czwarta lub piąta
−
K – silnik kołnierzowy do pracy w położeniu poziomym
−
L – silnik kołnierzowy na łapach
−
V – silnik kołnierzowy do pracy w położeniu pionowym
litera przedostatnia
−
A – silnik z aluminiowym uzwojeniem stojana
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
35
ostatnia litera
−
a, b, c, d, e, f – oznacza serię
Budowa części cyfrowej symbolu:
−
pierwsze miejsce – liczba jedno lub dwucyfrowa oznacza wielkość mechaniczną silnika
−
drugie miejsce – liczba jedno lub dwucyfrowa oznacza liczbę biegunów
−
ostatnie miejsce – mała litera lub dwie litery oznaczają długość pakietu blach silnika.
np. SCUa 10a – silnik indukcyjny, budowy okapturzonej, na łapach, z wirnikiem
pierścieniowym, serii a, wielkości mechanicznej 10, sześciobiegunowy, z pakietem blach
o długości a.
SZJe 42/4b – silnik indukcyjny, budowy zamkniętej, na łapach, z wirnikiem klatkowym, serii
e, wielkości mechanicznej 4, dwubiegunowy o liczbie biegunów 2 i 4, z pakietem blach
o długości b.
Transformatory
Energię elektryczną można w sposób ekonomiczny przesyłać na duże odległości tylko wtedy,
gdy stosuje się wysokie napięcia i małe wartości prądu. Zadaniem transformatorów jest
przetwarzanie prądów i napięć przemiennych na prądy i napięcia o niższej lub wyższej
wartości.
Zgodnie z normą wyróżnia się:
−
transformatory małe (moc do 16kVA)
−
transformatory duże (16kVA do 20MVA)
Budowa i sposób działania transformatora
Transformatory mogą być wykonane jako jednofazowe lub trójfazowe. Składają się z dwóch
lub więcej cewek oddzielonych od siebie elektrycznie.
Rys.30. Zasada budowy jednofazowego transformatora rdzeniowego
Cewki transformatora są ze sobą sprzężone magnetycznie przez wspólny rdzeń żelazny.
Jeżeli uzwojenie pierwotne zostanie przyłączone do źródła napięcia przemiennego, płynący
przez nie prąd wytwarza w rdzeniu zmienne pole magnetyczne. Pole to indukuje napięcie
w uzwojeniu wtórnym. Częstotliwość napięcia w uzwojeniu wtórnym jest taka sama jak
w uzwojeniu pierwotnym. Stosunek wartości napięcia wejściowego U
1
do wyjściowego U
2
nazywa się przekładnią „n” transformatora.
1
2
2
1
2
1
I
I
N
N
U
U
n
=
=
=
n – przekładnia transformatora
U
1
– napięcie wejściowe
I
2
– natężenie prądu wyjściowego
N
1
– liczba zwojów uzwojenia
wejściowego
N
2
– liczba zwojów uzwojenia
wyjściowego
U
2
– napięcie wyjściowe
I
1
– natężenie prądu wejściowego
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
36
Oprócz zastosowań energetycznych w których występują transformatory siłowe buduje się
różne transformatory specjalne. Należą do nich transformatory pomiarowe zwane
przekładnikami, transformatory spawalnicze, prostownikowe, autotransformatory, a także
transformatory miniaturowe stosowane w układach elektroniki i automatyki.
4.2.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jakie źródła światła są stosowane najczęściej?
2. Podaj wady i zalety żarówki i świetlówki.
3. Do czego są potrzebne oprawy oświetleniowe?
4. Jaką wartość przyjmuje obecnie napięcie fazowe, a jaką przewodowe?
5. Jaki system sieci stosowany jest w instalacjach doprowadzających energię elektryczną do
mieszkań, biur, warsztatów?
6. Jakie zjawiska fizyczne wykorzystuje się do nagrzewania elektrycznego?
7. Wymień podział pieców rezystancyjnych ze względu na wysokość temperatury.
8. Jakie zastosowania znalazły piece łukowe, a jakie pojemnościowe?
9. Jakie zalety mają nagrzewnice promiennikowe? Do czego są wykorzystywane?
10. Jak może dojść do porażenia prądem?
11. Jak negatywnie działa prąd na organizm ludzki?
12. Jaką wartość przyjmuje napięcie w normalnych warunkach uznane za bezpieczne?
13. Co wpływa na skutki porażenia?
14. Jak udzielić pierwszej pomocy porażonemu?
15. Jakie przepisy mówią o wymaganiach jakie muszą spełniać urządzenia elektryczne?
16. Opisz co może nastąpić w przypadku zastąpienia zabezpieczenia (bezpiecznik) innym
dużo większym.
17. 17.Dlaczego można pracować tylko na urządzeniach sprawnych technicznie?
18. Co trzeba zrobić w przypadku stwierdzenia nieprawidłowości urządzenia lub złego stanu
izolacji elektrycznej i dlaczego
19. Z jakich części zbudowany jest silnik indukcyjny?
20. Ile uzwojeń ma stojan silnika asynchronicznego trójfazowego?
21. Jak mogą być połączone uzwojenia trójfazowego silnika asynchronicznego?
22. Jakie znasz materiały izolacyjne?
23. Dla jakiej temperatury określa się znamionowe parametry silników indukcyjnych?
24. W jaki sposób mierzy się rezystancję izolacji między uzwojeniami silnika, a jak między
uzwojeniem a zaciskiem ochronnym?
25. Dlaczego należy rozładować badane uzwojenie po zakończonym pomiarze?
26. Omów budowę transformatora.
27. W jaki sposób mogą być nawijane uzwojenia transformatora?
28. Dlaczego bada się rezystancję izolacji między uzwojeniem pierwotnym a wtórnym
transformatora?
29. Jaka wartość mocy rozdziela umownie transformatory na duże i małe?
30. Do czego służą transformatory specjalne?
4.2.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Pomiar rezystancji izolacji stojana silnika indukcyjnego.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
37
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) przypomnieć sobie budowę silnika,
2) przed pomiarem odłączyć przewody zasilające oraz sprawdzić czy temperatura uzwojeń
jest wyższa niż 10
0
C,
3) przygotować mierniki do przeprowadzenia pomiaru,
4) bezpośrednio przed pomiarem uziemić uzwojenie na okres około 1 minuty,
5) zaplanować tabelę do zapisywania wyników pomiarów wiedząc, że będziesz mierzył:
a. rezystancję między danym uzwojeniem, a zaciskiem ochronnym maszyny do której
przyłącza się pozostałe uzwojenia,
b. rezystancję między poszczególnymi uzwojeniami,
c. pamiętać, że oddzielne uzwojenie silnika to takie z punktu widzenia pomiaru) które ma
wyprowadzenia swoich końców na tabliczce,
6) połączyć miernik z uzwojeniem silnika wg wskazówek w punkcie 5a,b,c,
7) dokonać pomiaru odczytując wartość rezystancji dla czasu 60 sekund,
8) rozładować badane uzwojenie po zakończeniu pomiaru,
9) przeliczyć wyniki pomiarów zgodnie z tabelą, jeśli pomiar był wykonany przy
temperaturze innej niż 20
0
C:
R
20
= K
20
R
ZM
R
ZM –
rezystancja izolacji zmierzona dla danej temperatury,
K
20
- współczynnik przeliczeniowy dla danej temperatury odczytujemy z tabeli
10) ocenić wyniki pomiarów wiedząc, że rezystancja silników o mocy >250kW R
60
(przy
T=20
0
C) jest nie mniejsza niż 1MΩ na 1kV napięcia znamionowego uzwojenia, a o mocy
mniejszej lub równej 250kW R
60
(przy T=20
0
C) jest nie mniejsza niż 1kΩ na 1V
napięcia znamionowego,
11) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
silnik indukcyjny z wyprowadzonymi końcami uzwojeń stojana na napięcie zasilania
400V,
−
miernik do pomiaru izolacji na napięcie 0,5 kV,
−
termometr,
−
tabele do przeliczenia wyników pomiarów dla temp. 20
0
C
−
biały papier formatu A4 dla każdego zespołu,
−
stoper.
Ćwiczenie 2
Pomiar rezystancji izolacji uzwojeń transformatora małej mocy
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) zaplanować czynności, które umożliwią przeprowadzenie ćwiczenia,
2) sporządzić tabelkę w której będą zapisywane wyniki pomiarów,
3) skompletować niezbędną aparaturę i sprzęt,
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
38
4) wykonać pomiary pomiędzy elementami do których przyłącza się napięcie, a korpusem
oraz między stroną wejściową i wyjściową transformatora (wartość pomiarów odczytać
dla T=60s),
5) ocenić wyniki pomiarów wiedząc, że zmierzone wartości nie mogą być mniejsze niż:
a
2MΩ między elementami znajdującymi się pod napięciem i korpusem,
b
5MΩ między stroną wejściową a wyjściową transformatora,
c
7 MΩ przy izolacji wzmocnionej, np. w transformatorach bezpieczeństwa.
6) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia,
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
transformator 5 – 10 kW,
−
miernik do pomiaru izolacji o napięciu do 500V,
−
stoper,
−
biały papier formatu A4 dla każdego zespołu
Ćwiczenie 3
Pomiar rezystancji izolacji transformatorów zainstalowanych w spawarkach
Sposób wykonania ćwiczenia.
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś;
1) odłączyć urządzenie od zasilania,
2) na około 2 minuty uziemić uzwojenie transformatora,
3) zaplanować czynności do przeprowadzania pomiarów,
4) przygotować niezbędne aparaty do przeprowadzenia pomiarów,
5) przygotować tabelę do zapisywania wyników pomiarów,
6) sprawdzić, czy są odłączone elementy półprzewodnikowe w spawarce prostownikowej,
7) wykonać pomiar między uzwojeniem pierwotnym i wtórnym a obudową, odczytując
wynik po ok. 60 s,
8) rozładować transformator po wykonaniu każdego pomiaru,
9) ocenić wyniki pomiarów wiedząc, że:
a) dla spawarek transformatorowych rezystancja jest nie mniejsza niż 2MΩ,
b) dla spawarek prostownikowych rezystancja izolacji podana jest w instrukcji.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
spawarka transformatorowa (lub prostownikowa),
−
miernik do pomiaru rezystancji izolacji na 1000V,
−
stoper,
−
biały papier formatu A4 dla każdego zespołu.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
39
4.2.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak
Nie
1) wymienić najczęściej stosowane źródła światła?
2) określić zalety i wady żarówki i świetlówki?
3) wymienić role opraw oświetleniowych?
4) narysować schemat zasilania żarówki z włącznikiem jednobiegunowym?
5) określić, jaką wartość przyjmuje napięcie fazowe, a jaką przewodowe?
6) opisać zjawiska fizyczne, które wykorzystuje się do nagrzewania
elektrycznego?
7) wyjaśnić działanie pieców rezystancyjnych oraz dokonać podziału ze
względu na osiągane temperatury?
8) wymienić zastosowanie pieców łukowych i pojemnościowych?
9) wymienić zalety nagrzewnic promiennikowych oraz ich zastosowanie?
10) wyjaśnić dlaczego nie można „drutować” bezpieczników?
11) opisać zagrożenia na jakie są narażeni ludzie pracujący w bezpośrednim
sąsiedztwie maszyn i urządzeń elektrycznych?
12) opisać działanie prądu elektrycznego na organizm ludzki?
13) określić wartość napięcia, które w normalnych warunkach uznawane jest za
bezpieczne?
14) udzielić pierwszej pomocy porażonemu?
15) odpowiednio zareagować w przypadku stwierdzenia złego stanu izolacji
urządzenia elektrycznego?
16) dokonać podziału maszyn elektrycznych ze względu na zamienianą energię
17) wyjaśnić określenie „silniki znormalizowane”?
18) odczytać i zinterpretować podstawowe dane opisane na tabliczce
znamionowej maszyny elektryczne?
19) wymienić rodzaje silników i prądnic prądu stałego?
20) opisać budowę silnika prądu zmiennego, asynchronicznego?
21) wyjaśnić zasadę działania transformatora?
22) wyjaśnić parametr: przekładnia transformatora?
23) wymienić zastosowania transformatora?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
40
4.3. Elementy elektroniki i automatyki
4.3.1 Materiał nauczania
Najszersze znaczenie we współczesnej elektronice mają półprzewodniki, których
podstawowymi przedstawicielami są dwa pierwiastki: german Ge i krzem Si. Aby
półprzewodniki mogły przewodzić prąd, muszą być spełnione określone warunki.
Półprzewodnikowe elementy elektroniczne dzielimy na złączowe np. dioda, tranzystor,
tyrystor i bezzłączowe np. termistor, warystor, hallotron.
Diody
Diodą
półprzewodnikową
nazywa
się
element
dwukońcówkowy
o
nieliniowej
charakterystyce prądowo – napięciowej. Dioda półprzewodnikowa zawiera zwykle
pojedyncze złącze p-n. Ze względu na cechy funkcjonalne wyróżniamy diody: prostownicze,
uniwersalne, stabilizacyjne, impulsowe, mikrofalowe, specjalne.
Rys.31. Symbole graficzne diod półprzewodnikowych: a) ogólny – diody prostowniczej; b) diody Zenera
(stabilizacyjnej); c) diody pojemnościowej; d) diody Schottky’ego; e) diody tunelowej [14,s.120]
Diody prostownicze są głównie przeznaczone do prostowania prądu przemiennego przy dość
dużych mocach wydzielanych w obciążeniu. Właściwości tych diod charakteryzuje się za
pomocą parametrów granicznych i parametrów charakterystycznych określanych zarówno dla
kierunku przewodzenia, jak i dla kierunku zaporowego.
Rys. 32. Charakterystyka prądowo – napięciowa diody półprzewodnikowej z zaznaczonymi punktami
charakterystycznymi [14,s.124]
Symbolami U
F
i I
F
oznacza się wartość napięć i prądów w czasie, gdy dioda przewodzi, a U
R
i I
R
– kiedy dioda jest w stanie zaporowym.
Przykładowe zastosowanie diod półprzewodnikowych:
−
diody prostownicze w prostownikach i zasilaczach,
−
diody Zenera w stabilizatorach napięcia,
−
fotodiody w różnego rodzaju czujnikach reagujących na światło,
−
diody elektroluminescencyjne jako sygnalizatory stanów w układach.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
41
Układy prostownikowe
Do zasilania wielu urządzeń potrzebne jest napięcie stałe. W tym celu wykorzystuje się
zasilacze w których napięcie przemienne zamieniane jest na napięcie stałe.
Schematy najczęściej stosowanych prostowników ilustruje tabela nr2.
Tabela 5..Najczęściej stosowane układy prostownikowe [2,s.207]
Dzisiaj prostowniki są produkowane w wersji scalonej
Rys.33. Scalony mostkowy układ prostownikowy [2,s.208]
Tranzystor
Tranzystory są elementami aktywnymi. Mogą wzmacniać napięcie, prąd, moc. Dzięki
temu stanowią najważniejszą grupę elementów półprzewodnikowych. Można je podzielić na
bipolarne i unipolarne.
Każdy tranzystor bipolarny zawiera dwie warstwy typu P rozdzielone warstwą typu N
(tranzystor PNP) lub dwie warstwy typu N rozdzielone warstwą typu P (tranzystor NPN).
Obszar oznaczony literą E stanowi emiter, oznaczony literą C – kolektor, obszar B jest bazą
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
42
tranzystora. Te trzy fragmenty tranzystora mają wyprowadzenia na zewnątrz w postaci
metalowych drucików. Obszar bazy jest zwykle mniejszy od obszarów sąsiednich.
Rys.34. Tranzystory bipolarne: a) PNP; b) NPN [13, s.191]
Rys. 35. Sposób oznaczania tranzystorów na schematach elektrycznych: a) PNP; b) NPN [13, s.191]
Najważniejszymi parametrami charakterystycznymi tranzystora są:
−
statyczny współczynnik wzmocnienia prądu β,
−
napięcie baza – emiter U
BE
,
−
prąd kolektora I
C
,
−
prąd bazy I
B
,
−
moc strat P
tot.
Najistotniejszym parametrem jest statyczny współczynnik wzmocnienia prądowego β. Jest to
stosunek prądu kolektora I
C
do prądu bazy I
B
B
C
I
I
=
β
W układach tranzystory występują w trzech rodzajach połączeń: ze wspólną bazą OB, ze
wspólnym kolektorem OC, ze wspólnym emiterem OE. W praktyce wykorzystuje się
wszystkie trzy sposoby połączeń tranzystorów.
Rys. 36. Układy połączeń tranzystorów: a) OB.; b) OC; c) OE [13,s.192]
Tranzystory i układy tranzystorowe znalazły szerokie zastosowanie np. jako łączniki
elektroniczne, wzmacniacze małej częstotliwości, stabilizatory napięcia.
Tyrystory
Tyrystor jest półprzewodnikowym czterowarstwowym (PNPN) prostownikiem
sterowanym. Przy prądzie bazowym Ib = 0 w zakresie napięć (rys.....) od 0 do U
zo
tyrystor
zachowuje się tak, jak dioda spolaryzowana w kierunku zaporowym. Dopiero po
przekroczeniu wartości napięcia U
zo
rezystancja tyrystora gwałtownie zmniejsza się
i przechodzi on do stanu przewodnictwa. Prostowniczymi właściwościami tyrystora można
sterować za pomocą prądu bramkowego Ib. Zwiększenie tego prądu prowadzi do
zmniejszania się napięcia zapłonu, U
z2
,U
z1
,U
zo
, przy którym tyrystor przechodzi do stanu
przewodnictwa.
Prostowniki sterowane są to takie prostowniki, w których istnieje możliwość nastawiania
żądanej wartości napięcia wyprostowanego. Do budowy prostowników sterowanych
wykorzystuje się najczęściej tyrystory.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
43
Rys. 37. Charakterystyka prądowo – napięciowa tyrystora przy różnych wartościach prądu bramkowego I
b
A- anoda, K –
katoda, B – bramka [13, s.179]
Tyrystory znalazły zastosowanie jako prostowniki sterowane do regulacji mocy, prędkości
obrotowej silnika, przemiany częstotliwości (falowniki), do zmiany napięcia stałego na
przemienne.
Układy scalone. Mikroprocesory.
W elektronice stosuje się scalone układy analogowe i cyfrowe.
Mikroprocesory są to układy scalone o wielkiej skali integracji. Na przykład procesor K6
(przewyższający popularny procesor PENTIUM) zawiera ponad 85 milionów tranzystorów.
Przy
budowie
mikroprocesorów
wykorzystano
wcześniejsze
osiągnięcia
techniki
komputerowej, dotyczące głównie sposobu przekazywania danych, adresów i sterowań
między poszczególnymi blokami. Jest to sposób magistralny. System magistralowego
przekazywania informacji polega na tym, że do każdej magistrali są dołączone równolegle
wszystkie bloki danego systemu, lecz na informację znajdującą się na magistrali danych
oczekuje tylko jeden blok wskazany adresem wysłanym przez układ sterujący na magistralę
adresową. O tym, czy na magistralę danych ma być wprowadzona informacja, czy
z magistrali danych ma być pobrana informacja, decyduje stan magistrali sterowania.
Rys. 38. Budowa procesora [9, s.60] CU – jednostka sterująca, RR – rejestrator i dekoder rozkazów, LR i SP –
licznik rozkazów i wskaźnik stosu
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
44
Układy elektroniczne w maszynach i urządzeniach mechanicznych.
Układy elektroniczne stosowane są praktycznie we wszystkich dziedzinach
produkcyjnych. Szczególną rolę odgrywają w przypadku mierników, regulatorów,
przetworników. Jeżeli chodzi o maszyny mechaniczne możemy mówić o pomiarze prędkości
obrotowej, o regulacji prędkości silników, o zasilaniu silników przez falowniki gdzie
zmieniana jest częstotliwość napięcia zasilania. Stosowane są tzw. zadajniki czyli urządzenia
do wprowadzania stałej wartości zadanej, oraz programatory zmiennej wartości zadanej
o określonym profilu czasowym.
W gospodarstwie domowym nie wspominając o sprzęcie RTV, układy elektroniczne są
stosowane w prawie wszystkich urządzeniach: pralki, lodówki, odkurzacze, miksery.
Wreszcie urządzenia elektroniczne stanowią 35% wartości tradycyjnego samochodu np. układ
regulacji napięcia alternatora. Alternator jest generatorem prądu zmiennego o wzbudzeniu
obcym (elektromagnetycznym), napędzanym przez silnik samochodu za pośrednictwem paska
klinowego. Stabilizację napięcia osiąga się przez zastosowanie elektronicznego regulatora
napięcia alternatora.
Rys. 39. Schemat układu regulacji alternatora [9,s.214]
Rys. 40. System sterowania silnika spalinowego [9, s.219]
Centralną częścią tego systemu jest procesor silnika wyposażony w oprogramowanie
zawierające receptę jak optymalnie należy sterować silnikiem w zmieniających się warunkach
jazdy.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
45
Podstawowe pojęcia techniki cyfrowej i analogowej oraz automatyki.
Jeszcze do niedawna wartości prądu i napięcia elektrycznego były przedstawiane jako
wartości ciągłe zmienne lub stałe w czasie (wielkości analogowe). Przy przetwarzaniu,
a szczególnie przy przesyłaniu tych wielkości na odległość napotykano na znaczne trudności
związane z oddziaływaniem różnego rodzaju zakłóceń na sygnał wzorcowy co było
przyczyną fałszowania wartości końcowej. Wkroczenie techniki cyfrowej w elektronikę
znacznie ograniczyło te niedogodności i spowodowało, że przesyłane wielkości np. sygnał
foniczny, czy wizyjny praktycznie nie różni się od sygnału początkowego. Dzieje się tak
dlatego, że sygnał cyfrowy otrzymany na wyjściu przetwornika A/C jest kombinacją liczb
zapisanych w systemie dwójkowym (0;1).
Ogólne pojęcie sygnału
Sygnałem nazywa się dowolną wielkość fizyczną , występującą w procesie sterowania, za
pomocą której są przekazywane informacje. Sygnał charakteryzują treści fizyczne oraz
parametr informacji.
Treść fizyczna sygnału określa, jaką wielkością fizyczną jest ten sygnał (np. ciśnienie
powietrza, przepływ wody, ciśnienie oleju, natężenie prądu stałego itd.). W trakcie
przesyłania sygnału treść fizyczną można zmieniać, np. za pomocą przetwornika
elektropneumatycznego można przetworzyć sygnał elektryczny (natężenie prądu stałego) na
sygnał pneumatyczny (ciśnienie powietrza).
Parametr informacji – określa sposób przenoszenia informacji oraz wartość sygnału lub
zakres zmian wartości amplitudy sygnału ciśnieniowego.
Z uwagi na sposób przenoszenia informacji rozróżnia się sygnały analogowe i cyfrowe.
Sygnał analogowy – charakteryzuje się tym, że wartości wielkości sygnałowej są
jednoznacznie
i w sposób ciągły odwzorowywane na wartości parametru informacji. Na przykład: zmiany
temperatury powietrza w rurociągu w czasie Θ = f(t) są w sposób ciągły i jednoznaczny
odwzorowywane na położenie wskazówki x [mm], które jest parametrem informacji rys.41.
Rys.
41.
Sygnał analogowy
Sygnał dyskretny charakteryzuje się określoną liczbą dyskretnych wartości parametru
informacji.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
46
Rys. 42. Sygnał dyskretny
Elementem automatyki nazywa się urządzenie (np.: regulator, przetwornik sygnału)
występujące w układzie automatycznej regulacji.
Układem sterowania automatycznego nazywa się zespół składający się z obiektu sterowania
i oddziałujących na niego urządzeń.
Wyróżniamy dwa podstawowe układy sterowania automatycznego: otwarte i zamknięte.
. Rys43. Schematy blokowe układów automatyki: a) otwartego; b) zamkniętego
X – sygnał wejściowy
Z – zakłócenia
Xr – sygnał sterujący
Y – wielkość sterowana (układ otwarty) lub regulowana (układ zamknięty)
W – wartość zadana
E – odchyłka sterowania (regulacji)
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
47
Rys. 44. Przykłady elementów automatyki [ 16, s.14]
Napędy hydrauliczne i pneumatyczne
Urządzenia automatyki (przetworniki, przyrządy pomiarowe, regulatory, siłowniki, silniki) są
konstruowane jako urządzenia pneumatyczne, hydrauliczne, elektryczne, elektroniczne lub
mieszane.
Pneumatyka – to techniczne zastosowanie powietrza pod ciśnieniem.
Do zalet pneumatyki można zaliczyć:
−
sprężone powietrze może być transportowane przewodami i magazynowane
w zbiornikach,
−
sprężone powietrze jest niewrażliwe na temperatury,
−
możliwe są do osiągnięcia prędkości obrotowe do 30000min
–1
w silnikach
pneumatycznych,
−
prędkości i siły mogą być nastawiane w sposób ciągły,
−
maszyny pneumatyczne mają małą masę i są odporne na uszkodzenia.
Wady pneumatyki:
−
zbyt duża hałaśliwość układu,
−
straty czynnika roboczego ( powietrza) spowodowane przeciekami,
−
trudne do osiągnięcia małe i stałe prędkości tłoków siłowników oraz prędkości obrotowe
silników.
Napędy pneumatyczne przetwarzają energię pneumatyczną w energię mechaniczną.
Rozróżnia się napędy obrotowe o nieograniczonym zakresie obrotu (silniki pneumatyczne)
i o ograniczonym zakresie obrotu (silniki o ruchu wahadłowym) oraz napędy o ruchu
posuwisto zwrotnym (siłowniki liniowe).
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
48
Tabela 6. Symbole pneumatycznych elementów napędowych wg PN ISO 1219
Do hydraulicznych elementów wykonawczych zalicza się siłowniki, siłowniki o ruchu
wahadłowym i silniki hydrauliczne. Ich zadaniem jest przekształcanie energii hydraulicznej
w energię mechaniczną.
Siłowniki hydrauliczne – do uzyskania liniowych przemieszczeń.
Siłowniki o ruchu wahadłowym – stosuje się do wytwarzania ruchów obrotowych w zakresie
kąta obrotu od 50
0
do 360
0.
Silniki hydrauliczne
– przekształcają energię ciśnienia cieczy w pracę mechaniczną. Mogą
pracować z prędkościami:
−
750 – 3000 obr/min – szybkoobrotowe,
−
0,1 – 750 obr/min – wolnoobrotowe.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
49
Automatyzacja, robotyzacja procesów produkcji
Automatyka zajmuje się teorią i praktyczną realizacją urządzeń sterujących(bez udziału
człowieka lub z ograniczonym jego udziałem). Jest ona podstawą teoretyczną konstruowania
automatów, czyli maszyn i urządzeń wykonujących cały cykl swej pracy bez udziału
człowieka.
Robotyka zajmuje się teorią i praktyczną realizacją pewnej grupy automatów, nazywanych
robotami, szczególnie ich mechaniką i sterowaniem.
Robot różni się od automatu przede wszystkim tym, że można go nauczyć spełniania bardzo
różnorodnych funkcji. Granica między automatem, a robotem nie jest duża.
Manipulatory, roboty przemysłowe
Maszyny manipulacyjne są zewnętrznie często bardzo podobne, różnią się jednak pod
względem sposobu sterowania, programowania i pól zastosowań. Maszyny manipulacyjne
dzieli się na manipulatory, urządzenia Pick-and-Place oraz roboty przemysłowe.
Rys. 45. Podział urządzeń manipulacyjnych
Roboty – to uniwersalne, programowalne maszyny manipulacyjne o wielu osiach.
Roboty serwisowe – to najczęściej mobilne (samoprzemieszczające się)maszyny
manipulacyjne, realizujące zadania robocze lub transportowe.
Stałoprogramowe maszyny manipulacyjne – maszyny stosowane w przypadku realizacji
ruchów o stałej trajektorii, np. w produkcji seryjnej przy obsłudze prasy lub montażu.
Maszyny takie wyposażone są przeważnie w pneumatyczne siłowniki liniowe lub obrotowe.
Nazywa się je także urządzeniami Pick-and-Place.
Manipulatory są maszynami realizującymi ruchy zadawane i sterowane ręcznie przy
(przeważnie) obserwacji wizualnej.
Większość współczesnych robotów ma budowę kinematyczną typu RRR.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
50
Rys. 46. Robot o kinematyce RRR (robot przegubowy)
W przypadku kinematyki RRR wszystkie trzy ruchy są realizowane przez obrotowe przeguby.
4.3.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jak nazywają się wyprowadzenia tranzystora bipolarnego?
2. Nazwij układy pracy tranzystora.
3. Ile złącz ma tranzystor bipolarny?
4. Podaj sposób obliczania wzmocnienia napięciowego wzmacniacza.
5. Jak mierzymy współczynnik wzmocnienia prądowego?
6. Jakie znasz programy komputerowe, które służą do badania układów elektrycznych,
elektronicznych?
7. Opisz stany pracy tranzystora.
8. Jakimi przyrządami możesz zmierzyć napięcie elektryczne i prąd elektryczny?
4.3.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Badanie tranzystorowego wzmacniacza napięciowego
Schemat wzmacniacza tranzystorowego. Połącz układ według schematu i wyznacz
współczynnik wzmocnienia napięciowego w paśmie częstotliwości akustycznych 30 Hz do 20 kHz.
K
u
= U
wy
/U
we
C
we
= 10μF; C
E
= 47 μF; Tranzystor BC549
E
C
= 15V
R
E
= 200Ω ; R
C
= 1k
R
2
= 47k; R
1
= 220k
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
51
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) zaplanować czynności w celu wykonania pomiarów,
2) skompletować niezbędny sprzęt do przeprowadzenia pomiarów,
3) połączyć układ do badania tranzystorowego wzmacniacza
napięciowego
4) przygotować tabelę w której będą zapisywane wyniki pomiarów,
K
u
=f(U
we
) U
we
V
U
wy
V
f
1
= ...Hz
K
u
V/V
U
wy
V
f
2
= ...Hz
K
u
V/V
U
wy
V
f
3
= ...Hz
K
u
V/V
U
wy
V
f
4
= ...Hz
K
u
V/V
5) wykonać pomiary i obliczyć wzmocnienie napięciowe dla różnych częstotliwości napięcia
wejściowego, wyniki zapisać w tabeli,
6) obserwować na ekranie oscyloskopu kształt krzywej wzmocnionego napięcia i notować
spostrzeżenia,
7) zaprezentować wyniki i wyciągnąć wnioski,
8) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
elementy niezbędne do zmontowania wzmacniacza elektronicznego, którego schemat
zamieszczono w ćwiczeniu,
−
zasilacz,
−
generator akustyczny,
−
oscyloskop,
−
woltomierz,
−
przewody łączeniowe,
−
wyłącznik,
−
biały papier formatu A4
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
52
Ćwiczenie 2
Badanie tranzystora bipolarnego
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) przypomnieć sobie sposób obliczania wzmocnienia prądowego tranzystora,
2) zapisać zależności prądowe i napięciowe tranzystora bipolarnego,
3) przygotować stanowisko komputerowe wraz z oprogramowaniem np. MULTISIM 7,
4) narysować w programie komputerowym otrzymany od nauczyciela schemat wzmacniacza
tranzystorowego,
5) wstawić do schematu amperomierze, woltomierze, oscyloskop aby zmierzyć prądy
i napięcia tranzystora, oraz aby obejrzeć wyjściowy przebieg napięciowy,
6) zaplanować tabelkę do której będą zapisane wyniki pomiarów,
7) przeprowadzić pomiary, wpisać wyniki, obliczyć wzmocnienie prądowe,
8) porównać otrzymane wyniki, wyciągnąć wnioski o stanie pracy tranzystora,
9) przeprowadzić pomiary dla trzech różnych wartości napięcia wejściowego,
10) zaprezentować wyniki i wyciągnąć wnioski,
11) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia,
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
stanowisko komputerowe wraz z oprogramowaniem,
−
schemat wzmacniacza tranzystorowego.
4.3.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak
Nie
1) określić różnicę między półprzewodnikami, izolatorami a przewodnikami?
2) wyliczyć najbardziej rozpowszechnione elementy półprzewodnikowe?
3) sprawdzić, czy dioda jest dobra?
4) narysować wybrany układ prostownikowy?
5) nazwać elektrody tranzystora bipolarnego?
6) wymienić parametry tranzystora?
7) narysować przekrój tyrystora i nazwać jego wyprowadzenia?
8) wskazać zastosowania tyrystorów?
9) scharakteryzować mikroprocesory?
10) opisać na czym polega system magistralnego przekazywania informacji?
11) podać zastosowanie układów elektronicznych w maszynach mechanicznych?
12) omówić schemat blokowy regulatora napięcia alternatora samochodowego?
13) podać różnicę między sygnałem analogowym a cyfrowym?
14) podać podstawowe elementy i układy automatyki?
15) rozróżnić pojęcia pneumatyka i hydraulika?
16) podać wady i zalety napędu pneumatycznego?
17) podać wady i zalety napędu hydraulicznego?
18) wyjaśnić czym zajmuje się robotyka?
19) dokonać podziału maszyn manipulacyjnych?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
53
5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ
INSTRUKCJA DLA UCZNIA
1. Przeczytaj uważnie instrukcję.
2. Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.
3. Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.
4. Test zawiera 20 zadań. Za każdą prawidłową odpowiedź otrzymasz 1 punkt
5. Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi.
6. Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.
7. Kiedy udzielenie odpowiedzi na dane pytanie będzie sprawiało Ci trudność, odłóż jego
rozwiązanie na później i wróć do niego, gdy rozwiążesz inne zadania i gdy zostanie Ci
wolny czas.
8. Przed wykonaniem każdego zadania przeczytaj bardzo uważnie polecenie.
9. Na rozwiązanie testu masz 45 minut.
Powodzenia
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
54
ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH
.
1. Do przewodników pierwszego rodzaju należą:
a) gazy, ciecze,
b) german, krzem,
c) miedź, aluminium,
d) roztwory wodne kwasów.
2. W jaki sposób prąd działa na układ nerwowy człowieka?
a) powoduje uszkodzenie uszu,
b) powoduje uszkodzenie oczu,
c) powoduje uszkodzenia mechaniczne.
d) powoduje skurcze mięśni przez które przepływa
3. Dla miliamperomierza o zakresie pomiarowym 150 mA i liczbie działek 60 stała miernika
wynosi c = 2,5
dz
mA
. Jaka jest wartość mierzonego prądu jeżeli liczba działek wskazana
przez wskazówkę miernika wynosi 40.
4. Do elementów pasywnych odbiorczych obwodu elektrycznego zaliczamy:
a) akumulator,
b) rezystory, cewki, kondensatory,
c) baterię,
d) prądnicę elektryczną.
5. W przypadku porażenia prądem elektrycznym należy w pierwszej kolejności
a) spróbować uwolnić porażonego od napięcia przy użyciu suchego, drewnianego kija,
b) chwycić porażonego pod pachy i odciągnąć z miejsca wypadku,
c) wyłączyć napięcie w rozdzielni pomimo jej znacznego oddalenia od miejsca wypadku,
d) zawiadomić przełożonych i wezwać pogotowie ratunkowe.
6. Który z podanych układów umożliwia pomiar natężenia prądu płynącego przez rezystor
R i spadku napięcia na tym rezystorze.
d) żaden ze schematów
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
55
7. W obwodzie przedstawionym na schemacie woltomierz wskazuje 8V. Rezystancje
obwodu: R
1
= 4Ω, R
2
= 7Ω, R
3
= 5Ω, R
w
= 1Ω. Jakie napięcie wystąpi na rezystorze R
2
?
8. W celu określenia mocy pobieranej przez urządzenie zmierzono następujące wartości:
U = 220V, I = 0,2A. Jaka jest moc urządzenia?
a) 220W,
b) 44W,
c) 110W,
d) 444W.
9. Wyznacz wartość pojemności zastępczej układu kondensatorów przedstawionego poniżej,
jeżeli C
1
= 1μF, C
2
= 2 μF, C
3
= 3 μF
10. Narysuj obwód elektryczny złożony z trzech sił elektromotorycznych E
1
, E
2
, E
3
połączonych szeregowo i obciążonych szeregowo połączonymi rezystancjami R
1
i R
2.
11. Rezystancja zastępcza trzech identycznych rezystorów, każdy po 4Ω, połączonych
szeregowo wynosi:
a) 2Ω,
b) 3 Ω,
c) 8 Ω,
d) 12 Ω.
12. Woda należy do materiałów:
a) ferromagnetycznych,
b) diamagnetycznych,
c) paramagnetycznych,
d) nie należy do żadnej wymienionej grupy.
13.
Do napędu silnika pneumatycznego wykorzystuje się:
a) energię elektryczną
b) ciecz pod ciśnieniem
c) sprężone powietrze
d) silnik spalinowy
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
56
14. Maszyny prądu stałego różnią się od maszyn prądu zmiennego o tej samej mocy gdyż:
a) maszyny prądu stałego są zawsze koloru niebieskiego,
b) maszyny prądu stałego są znacznie większe,
c) maszyny prądu stałego są znacznie mniejsze,
d) nie można ich rozróżnić, gdyż mają podobne gabaryty.
15. Dla przedstawionego węzła elektrycznego prądy mają następujące wartości: I
1
=7A, I
2
=4A
I
4
= 12A. Jaką wartość ma prąd I
3
?
a) 10A
b) 9A
c) 15A
d) 23A
16. Wsad pieca indukcyjnego zachowuje się jak jedna z części transformatora:
a) uzwojenie pierwotne,
b) uzwojenie wtórne,
c) rdzeń,
d) wzbudnik.
17. Jakim symbolem oznaczamy prąd przemienny (napięcie przemienne)?
18. W lampach żarowych źródłem światła jest:
a) wyładowanie elektryczne przy niskim ciśnieniu,
b) rozgrzany żarnik,
c) świecenie substancji chemicznych,
d) wyładowanie elektryczne przy wysokim ciśnieniu.
19. Część nieruchoma silnika asynchronicznego to:
a) stojan,
b) wirnik,
c) wał,
d) pierścień.
20. Przedstawiony na rysunku obwód zbudowano z czterech przewodów o jednakowych
polach przekroju wykonanych z aluminium Al., miedzi Cu, żelaza Fe i chromonikieliny
Chr. Największą wartość ma prąd:
a) I
1
,
b) I
2
,
c) I
3
,
d) I
4
.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
57
KARTA ODPOWIEDZI
Imię i nazwisko..........................................................................................
Posługiwanie się podstawowymi pojęciami z zakresu układów sterowania
i regulacji
Zakreśl poprawną odpowiedź, wpisz brakująca odpowiedź lub wykonaj rysunek
.
Nr
zadania
Odpowiedź
Punkty
1.
a
b
c
d
2.
a
b
c
d
3.
4.
a
b
c
d
5.
a
b
c
d
6.
a
b
c
d
7.
8.
a
b
c
d
9.
10.
11.
a
b
c
d
12.
a
b
c
d
13.
a
b
c
d
14.
a
b
c
d
15.
a
b
c
d
16.
a
b
c
d
17.
18.
a
b
c
d
19.
a
b
c
d
20.
a
b
c
d
Razem:
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
58
6. LITERATURA
1. Bartodziej G., Kałuża E.: Aparaty i urządzenia elektryczne. WSiP, Warszawa 1997
2. Bastian P., Schuberth G., Spielvogel O., Steil H., Tkotz K., Ziegler K.: Praktyczna
elektrotechnika ogólna. REA, Warszawa 2003
3. Bolkowski S.: Elektrotechnika. WSiP, Warszawa 1995
4. Idzi K.: Pomiary elektryczne. Obwody prądu stałego. WSiP, Warszawa 1999
5. Jabłoński W., Płoszajski G.: Elektrotechnika z automatyką. WSiP, Warszawa 1998
6. Koziej E., Sochoń B.: Elektrotechnika i elektronika. PWN, Warszawa 1980
7. Kurdziel R.: Podstawy elektrotechniki. Cz. 1. WSiP, Warszawa 1976
8. Markiewicz H.: Bezpieczeństwo w elektroenergetyce. WNT, Warszawa 1999
9. Marusak A.: Urządzenia elektroniczne. Cz. 3. WSiP, Warszawa 2000
10. Musiał E.: Instalacje i urządzenia elektro-energetyczne. WSiP, Warszawa 1998
11. Nieciejowski E.: Elektrotechnika. WSiP, Warszawa 1980
12. Orlik
W.,
Przybyłowicz
J.:
Badania
i
pomiary
eksploatacyjne
urządzeń
elektroenergetycznych dla praktyków. KaBe s.c. Krosno 2000
13. Pilawski M.: Pracownia elektryczna. WSiP, Warszawa 1999
14. Rusek M., Pasierbiński J.: Elementy i układy elektroniczne w pytaniach i odpowiedziach.
WNT, Warszawa 1991
15. Schmid D., Baumann A., Kaufmann H., Paetzold H., Zippel B.: Mechatronika. REA,
Warszawa 2002
16. Siemieniako F., Gawrysiak M., Automatyka i robotyka. WSiP, Warszawa 1996