Operator_maszyn_i_urzadzen_odlewniczych_812[03].O1.05

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SPIS TREŚCI

1. Wprowadzenie

2. Wymagania wstępne

3. Cele kształcenia

4. Materiał nauczania

4.1. Podstawowe elementy i prawa obwodu elektrycznego

4.1.1. Materiał nauczania
4.1.2. Pytania sprawdzające
4.1.3. Ćwiczenia
4.1.4. Sprawdzian postępów

15
15
16

4.2. Podstawy miernictwa elektrycznego

4.2.1. Materiał nauczania
4.2.2. Pytania sprawdzające
4.2.3. Ćwiczenia
4.2.4. Sprawdzian postępów

17
23
24
25

4.3. Maszyny elektryczne i transformatory. Instalacje elektryczne

4.3.1. Materiał nauczania
4.3.2. Pytania sprawdzające
4.3.3. Ćwiczenia
4.3.4. Sprawdzian postępów

26
34
34
36

4.4. Układy sterowania i automatyki przemysłowej

4.4.1. Materiał nauczania
4.4.2. Pytania sprawdzające
4.4.3. Ćwiczenia
4.4.4. Sprawdzian postępów

37
41
42
43

5. Sprawdzian osiągnięć

6. Literatura

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1. WPROWADZENIE

Poradnik ten będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy na temat analizowania układów

elektrycznych i automatyki przemysłowej. W poradniku znajdziesz:
–

wymagania wstępne określające umiejętności, jakie powinieneś posiadać, abyś mógł bez

problemów rozpocząć pracę z poradnikiem,

–

cele kształcenia czyli wykaz umiejętności, jakie opanujesz w wyniku kształcenia
w ramach tej jednostki modułowej,

–

materiał nauczania, czyli wiadomości teoretyczne konieczne do opanowania treści
jednostki modułowej,

–

zestaw pytań sprawdzających, abyś mógł sprawdzić czy opanowałeś juŜ materiał
nauczania,

–

wiczenia zawierające polecenia, sposób wykonania oraz wyposaŜenie stanowiska pracy,

które pozwolą Ci ukształtować określone umiejętności praktyczne,

–

sprawdzian postępów pozwalający sprawdzić Twój poziom wiedzy po wykonaniu
ć

wiczeń,

–

sprawdzian osiągnięć opracowany w postaci testu, który umoŜliwi Ci sprawdzenie
Twoich wiadomości i umiejętności opanowanych podczas realizacji programu danej
jednostki modułowej,

–

literaturę  związaną  z  programem  jednostki  modułowej  umoŜliwiającą  pogłębienie  Twej
wiedzy z zakresu programu tej jednostki.
Materiał  nauczania  został  podzielony  na  cztery  części.  W  pierwszej  części  znajdziesz

informacje  związane  z  podstawowymi  elementami  elektrycznymi  i  elektronicznymi  oraz
prawami,  jakimi  rządzi  się  obwód  elektryczny.  Informacje  na  temat  podstaw  miernictwa
elektrycznego  zawarte  zostały  w  rozdziale  drugim.  Trzeci  rozdział  poświęcony  został
maszynom  elektrycznym  i  transformatory,  a  takŜe  instalacjom  elektrycznym.  W  końcu
w rozdziale  czwartym  bardzo  krótko  omówiłem  układy  sterowania  i  automatyki
przemysłowej.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Schemat układu jednostek modułowych

812[03].O1.01

Przestrzeganie wymagań

bezpieczeństwa i higieny pracy,

ochrony przeciwpoŜarowej

i ochrony środowiska

812[03].O1.02

Posługiwanie się

dokumentacją techniczną

812[03].O1.04

Rozpoznawanie elementów maszyn

i mechanizmów

812[03].O1.05

Analizowanie układów

elektrycznych i automatyki

przemysłowej

812[03].O1.06

Stosowanie podstawowych technik

wytwarzania części maszyn

812[03].O1

Techniczne podstawy zawodu

812[03].O1.03

Stosowanie materiałów

konstrukcyjnych

i narzędziowych

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

WYMAGANIA WSTĘPNE

Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

posługiwać się dokumentacją techniczną,

−

korzystać z róŜnych źródeł informacji technicznej, jak: Polskie Normy, poradniki,

−

analizować treść zadania, dobierać metody i plan rozwiązania,

−

posługiwać się podstawowymi pojęciami z zakresu fizyki, takimi jak: masa, siła,
prędkość,

−

interpretować związki wyraŜone za pomocą wzorów, tabel,

−

komunikować się i pracować w zespole,

−

samodzielnie podejmować decyzje,

−

dokonywać oceny swoich umiejętności,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

–

rozróŜnić podstawowe wielkości dotyczące energii elektrycznej oraz określić ich
jednostki,

–

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

–

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

–

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

–

rozróŜnić instalacje mieszkaniowe i przemysłowe,

–

dobrać układ zabezpieczeń w obwodzie elektrycznym,

–

określić średnicę przewodu w zaleŜności od wielkości mocy,

–

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

–

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

–

zmierzyć rezystancję izolacji i rezystancję uziemienia,

–

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

–

wyjaśnić zasadę działania transformatora, prądnicy, silnika elektrycznego,

–

wskazać róŜnice w budowie i pracy prądnicy, silnika i transformatora,

–

określić parametry maszyn i urządzeń elektrycznych na podstawie tabliczki
znamionowej,

–

rozróŜnić podstawowe elementy elektroniczne,

–

rozróŜnić podstawowe elementy układu sterowania,

–

określić przeznaczenie elementów układu sterowania,

–

rozróŜnić elementy układów automatyki przemysłowej,

–

odczytać proste schematy układów automatycznej regulacji,

–

posłuŜyć się Polskimi Normami, katalogami oraz poradnikami,

–

przewidzieć zagroŜenia i ich skutki podczas pracy przy urządzeniach elektrycznych,

–

zastosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony od poraŜeń prądem
elektrycznym, ochrony przeciwpoŜarowej podczas wykonywania pomiarów.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4. MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1. Podstawowe elementy i prawa obwodu elektrycznego

4.1.1. Materiał nauczania

Podstawowe wielkości elektryczne
W elektrotechnice moŜna wyróŜnić wiele wielkości elektrycznych. Niektóre z nich, to:

prąd elektryczny, napięcie, rezystancja, moc prądu elektrycznego, pojemność kondensatora,
indukcyjność cewki i wiele innych.

Prąd elektryczny, to uporządkowany ruch elektronów. MoŜna powiedzieć, Ŝe prąd

płynie w przewodach podobnie jak woda w rurach wodociągowych. Czym więcej elektronów
przepływa w danym okresie czasu, tym większy płynie prąd. Do oznaczania natęŜenia prądu
elektrycznego stosuje się literę I. Z kolei jednostką prądu elektrycznego jest amper (A).
Dlatego właśnie mówi się, Ŝe w danym obwodzie elektrycznym płynie prąd, o natęŜeniu tylu,
czy tylu amperów.

Aby w obwodzie elektrycznym popłynął prąd, potrzebne jest jakieś źródło energii

elektrycznej. Źródłem takim moŜe być na przykład bateria. (Mamy wtedy do czynienia ze
ź

ródłem napięcia stałego.) Bateria ma dwa bieguny: dodatni i ujemny (nazywane teŜ plusem

i minusem). Dawno temu przyjęto, Ŝe prąd płynie od plusa do minusa. I chociaŜ później
okazało się, Ŝe jest zupełnie odwrotnie nadal przyjmuje się, Ŝe prąd płynie od plusa do minusa
i w taki sposób oznacza się go na schematach.

Rys. 1. Obwód elektryczny [2, s. 16]

Podstawowym parametrem charakteryzującym baterię jako źródło energii elektrycznej jest
napięcie. JeŜeli prąd elektryczny moŜna porównać do przepływu wody, to napięcie moŜemy
sobie wyobrazić jako ciśnienie wody w instalacji hydraulicznej. Napięcie oznaczamy literą U
i mierzymy w woltach (V). Popularny „paluszek" daje napięcie o wartości około półtora wolta

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

(1,5V).  Akumulator  samochodowy  ma  napięcie  12V.  Napięcie  instalacji  domowej  (uwaga  jest  to
napięcie przemienne i nie ma „+” i „-”) wynosi 230 V.
Uwaga! Prąd i napięcie to nie jest to samo!

W instalacji wodociągowej moŜe panować duŜe ciśnienie (przyrównaliśmy je do

napięcia),  ale  jeśli  wszystkie  krany  są  pozakręcane,  to  woda  nie  płynie  (podobnie  jest
z prądem).  W  obwodzie  elektrycznym  dzieje  się  identycznie.  Jeśli  bateria  (źródło  napięcia)
nie jest do niczego podłączona, to na jej biegunach występuje co prawda napięcie, ale prąd nie
płynie. śeby popłynął prąd, do baterii trzeba dołączyć jakiś odbiornik (na przykład Ŝarówkę).
Prąd  wpłynący  w  obwodzie  elektrycznym  jest  zawsze  ściśle  związany  z  napięciem.  śeby
płynął  prąd,  musi  występować  teŜ  napięcie.  Jednak  moŜe  się  zdarzyć,  Ŝe  na  zaciskach
występuje  napięcie  a  prąd  nie  płynie.  Dzieje  się  tak  z  powodu  jeszcze  jednej  wielkości
elektrycznej, jaką jest oporność, czyli rezystancja (R).

Mówimy, Ŝe niektóre materiały nie przewodzą prądu elektrycznego, na przykład guma,

papier, drewno, tworzywa sztuczne, czy szkło, stawiają tak duŜy opór, Ŝe prąd przez nie nie
płynie.  Materiały  takie  nazywamy  izolatorami  (dielektrykami).  Inne  materiały,  przede
wszystkim  metale,  takie  jak  miedź,  srebro,  złoto  czy  aluminium  bardzo  dobrze  przewodzą
prąd elektryczny. Dlatego nazywamy je przewodnikami.

Istnieją jeszcze materiały, które nazywamy półprzewodnikami. Na razie wystarczy,

wiedzieć, Ŝe półprzewodniki przewodzą prąd w określonych sytuacjach i to właśnie
z półprzewodników wytwarza się tranzystory, diody, układy scalone, które są podstawą całej
skomplikowanej elektroniki.

Rezystancja jest więc wielkością, która ma ścisły związek z przewodami, którymi płynie

prąd, czy elementami przewodzącymi w odbiornikach (w Ŝarówce jest to na przykład włókno,
które nagrzewając się świeci). NaleŜy pamiętać, Ŝe rezystancję mierzymy w omach
i oznaczamy grecką literą Ω.

Napięcie, natęŜenie prądu i rezystancja, to parametry, które najczęściej mierzymy, Ŝeby

na przykład zlokalizować usterkę zarówno w prostym, jak i bardzo skomplikowanym
układzie elektrycznym. Praktycznie kaŜdym współczesnym elektronicznym miernikiem
uniwersalnym moŜemy pomierzyć te wielkości.

Prawem, które łączy we wspólnej zaleŜności napięcie, natęŜenie prądu (prąd)

i rezystancję, jest tak zwane prawo Ohma. W postaci wzoru wygląda ono następująco:

gdzie

I – to natęŜenie prądu (prąd) [A]

U – to napięcie [V]

R – rezystancja [Ω]

Bardzo wiele obliczeń dotyczących obwodu elektrycznego opiera się na przekształcaniu tego
wzoru, kiedy to znamy dwie wielkości, a musimy obliczyć trzecią.

Dla powtórzenia, przedstawione przeze mnie wielkości elektryczne i te, o których jeszcze

nie wspominałem zamieściłem w tabelce.

Tabela 1. Podstawowe wielkości elektryczne

wielkość elektryczna

symbol

nazwa jednostki

oznaczenie jednostki

prąd elektryczny

amper

napięcie elektryczne

wolt

rezystancja

Ω

pojemność

farad

indukcyjność

henr

ładunek elektryczny

Q, q

kulomb

moc elektryczna

wat

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Przy podawaniu parametrów układów elektrycznych bardzo często mamy do czynienia

z wartościami,  które  są  wielokrotnie  większe  lub  mniejsze  od  1  ampera,  wolta,  czy  oma.
Korzystamy  wtedy  z  mnoŜników,  które  pozwalają  zapisać  w  prosty  sposób  wartości  tysiąc,
milion,  czy  nawet  miliard  razy  większe  lub,  mniejsze  niŜ  1  amper,  wolt,  czy  om.
W elektrotechnice prawie zawsze korzysta się z mnoŜników, które są 1 000 razy większe lub
mniejsze od poprzedniego. Przedstawiam je w kolejnej tabeli.

Tabela 2. Wielkości podwielokrotne i wielokrotne

przedrostek

oznaczenie

mnoŜnik

giga

mega

kilo

mili

–3

mikro

–6

nano

–9

piko

–12

Mam nadzieję, Ŝe teraz z nie będzie Ŝadnych wątpliwości, kiedy na bezpieczniku do radia
będzie podana wartość w mA (miliamperach), a przechodząc koło słupa elektrycznego będzie
moŜna zobaczyć informację o napięciu w kV (kilowoltach).
Elementy obwodu elektrycznego.

Na rysunku 1przedstawiłem rzeczywisty obwód elektryczny i jego odwzorowanie za

pomocą  schematu.  Na  schemat  elektryczny  składają  się  znormalizowane  symbole  graficzne
oraz  połączenia  między  poszczególnymi  elementami  schematu.  Najprostsze  elementy
obwodów  elektrycznych  mają  dwa  wyprowadzenia  (tak  jakby  wejście  i  wyjście),  są  jednak
niestety elementy, które mają tych wyprowadzeń więcej. Jednak Ŝeby sprawdzić poprawność
połączenia  obwodu  elektrycznego  wystarczy  prześledzić  którędy  płynie  prąd  w  tym
obwodzie.  Trzeba  pamiętać,  Ŝe  droga  przepływu  prądu  zawsze  musi  być  zamknięta.
Przedstawię  teraz  kilka  elementów  wchodzących  w  skład  obwodów  elektrycznych
i elektronicznych wraz z symbolami stosowanymi przy rysowaniu schematów.
Rezystory  to  elementy  stanowiące  dla  płynącego  w  obwodzie  prądu  elektrycznego  pewną
przeszkodę – opór, (rezystancję). Czym większą rezystancję ma rezystor, tym większy stawia
opór płynącemu prądowi. Rezystory nie są elementami biegunowymi, to znaczy, Ŝe obojętne
jest w którą stronę włączymy rezystor do obwodu elektrycznego.

Rys. 2. Symbol rezystora

Rys. 3. Rezystory [5, s. 14]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rezystory produkowane w tak zwanej technice SMD mogą być tak małe jak łepek od zapałki.

Rys. 4. Rezystory SMD [3, s. 8]

Bezpieczniki  jak  sama  nazwa  to  wskazuje  zabezpieczają  obwód  elektryczny,  czy
elektroniczny.  Dokładnie  mówiąc  chronią,  Ŝeby  w  obwodzie  nie  popłynął  zbyt  duŜy  prąd,
który  mógłby  uszkodzić  znajdujące  się  w  nim  elementy.  Dlatego  bardzo  waŜny  jest  dobór
bezpiecznika.  W  wypadku  uszkodzenia  bezpiecznika  (przepalenia)  naleŜy  zastąpić  go  takim
samym.  Nie  wolno naprawiać bezpieczników. Bezpieczniki w zaleŜności od tego w jakich
urządzeniach się znajdują mają bardzo róŜne kształty, te na zdjęciu to tak zwane bezpieczniki
aparatowe, stosowane na przykład w radiu.

Rys. 5. Symbol bezpiecznika

Rys. 6. Bezpieczniki [6]

Diody  przewodzą  prąd  tylko  w  jedną  stronę.  Dlatego  właśnie  muszą  być  odpowiednio
włączone  do  układu.  Najczęściej  są  wykorzystywane  w  tak  zwanych  układach
prostowniczych,  wchodzących  w  skład  zasilaczy.  KaŜde  urządzenie  elektroniczne  zasilane
z sieci  napięcia  przemiennego  (w  domu  230V)  musi  mieć  taki  zasilacz,  który  zmienia
napięcie z przemiennego na stałe.

Rys. 7. Symbol diody

Rys. 8. Diody [5, s. 60]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Diody mogą być teŜ świecące, tak zwane LED. Stanowią one element sygnalizacyjny, lub
dekoracyjny. W obecnym czasie coraz częściej stosuje się je do oświetlenia.

Rys. 9. Symbol diody LED

Rys. 10. Dioda LED [5, s. 14]

Kondensatory stałe i elektrolityczne, to elementy, które gromadzą energie elektryczną. Czym
większa pojemność kondensatora, tym większą ilość energii moŜe on zgromadzić. Jednak jest
to nieporównywalnie mniejsza ilość energii, niŜ ta która moŜemy pobrać z akumulatora, czy
baterii.

Rys. 11. Symbole kondensatorów

Rys. 12. Kondensatory [5, s. 32]

Potencjometry,  czyli  tak  naprawdę  rezystory  o  regulowanej  oporności  do  tej  pory  były
wykorzystywane  na  przykład  do  regulacji  siły  głosu.  Teraz  coraz  częściej  zastępują  je
regulatory  elektroniczne.  W  związku  z  tym  potencjometry  wykorzystywane  są  do  regulacji
wstępnej, która nie jest dostępna dla przeciętnego uŜytkownika.

Rys. 13. Symbol potencjometru

Rys. 14. Potencjometry [5, s. 58]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Cewki najprościej mówiąc, to elementy składające się z pewnej ilości zwojów drutu. Często
drut ten nawinięty jest na rdzeniu. Małe cewki są bardzo podobne do rezystorów i moŜna je
rozpoznać tylko po oznaczeniach, lub wykonując pomiary. Cewki w układach
elektronicznych są raczej rzadko wykorzystywane. W wielu aparatach elektrycznych znajdują
się jednak cewki, które wraz z rdzeniem, na którym są nawinięte stanowią tak zwany
elektromagnes (magnes który moŜna włączyć i wyłączyć).

Rys. 15. Symbol cewki

Rys. 16. Cewki [5, s. 70]

Łączniki, które mogą mieć bardzo róŜne kształty i funkcje umoŜliwiają nam najczęściej
załączenie i przerwanie obwodu elektrycznego.

Rys. 17. Symbole łączników

Rys. 18. Łączniki [5, s. 22]

Tranzystory, to elementy trochę bardziej skomplikowane. Mają trzy wyprowadzenia i kaŜde
z nich pełni inną funkcję. Najczęściej tranzystory pełnią rolę wzmacniacza lub
elektronicznego łącznika. Do tranzystorów nie rzadko przykręcone są elementy
odpowiadające za ich chłodzenie, tak zwane radiatory.

Rys. 19. Symbol tranzystora

Rys. 20. Tranzystory [5, s. 18]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Układy scalone to chyba najbardziej skomplikowane elementy elektroniczne. Tak naprawdę
w kaŜdym układzie scalonym znajduje się kilka, czy nawet kilkadziesiąt elementów
elektronicznych.

Wymianę

uszkodzonego

układu

scalonego

najlepiej

powierzyć

wykwalifikowanemu elektronikowi.

Rys. 21. Wprowadzenia układu scalonego

Rys. 22. Układy scalone

Transformator  składa  się  z  przynajmniej  dwóch  cewek  (z  wyjątkiem  specjalistycznych
bardzo rzadko występujących autotransformatorów). Najczęściej transformatory stosujemy do
obniŜenia  napięcia.  Trzeba  pamiętać,  Ŝe  transformator  działa  tylko  przy  napięciu
przemiennym. W kaŜdym domowym urządzeniu elektronicznym znajduje się transformator,
który  obniŜa  napięcie  z  230V  (tak  zwane  napięcie  sieciowe)  do  Ŝądanej,  niŜszej  wartości.
Transformator  moŜe  takŜe  podwyŜszać  napięcie,  chociaŜ  wykorzystywane  jest  to  znacznie
rzadziej.  NaleŜy  zwrócić  szczególna  uwagę  przy  podłączaniu  transformatora,  aby  nie
zamienić uzwojenia zasilanego z tym, z którego odbieramy napięcie.

Rys. 23. Symbol transformatora

Rys. 24. Transformatory [5, s. 12]

Oczywiście elementy obwodów elektrycznych i elektronicznych moŜna by wymieniać
w nieskończoność, ale myślę, Ŝe te najwaŜniejsze wymieniłem.

Trzeba pamiętać teŜ, Ŝe na większości elementów elektronicznych znajdują się opisy, po

których moŜna je odnaleźć w katalogach.

W zaleŜności od złoŜoności obwodu elektrycznego jego elementy mogą być bardzo

róŜnie połączone. Dwa podstawowe połączenia stosowane w elektrotechnice, to połączenie
szeregowe i równoległe. Najczęściej te dwa sposoby połączeń przedstawia się na przykładzie
rezystorów. PoniŜszy rysunek przedstawia połączenie szeregowe trzech rezystorów.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 25. Połączenie szeregowe rezystorów

Połączone w ten sposób rezystory stanowią dla płynącego przez nie prądu rezystancję, którą
moŜna wyliczyć ze wzoru;

Tak obliczon

rezystancj

Rz nazywa si

rezystancja zastępczą

, lub

wypadkową

. Bardzo

sto (chocia

nie zawsze) szeregowo poł

czone s

aróweczki na choince. Wad

takiego

poł

czenia jest fakt,

e uszkodzenie jednego z elementów, na przykład przepalenie

aróweczki na choince powoduje przerw

w obwodzie. W zwi

zku z tym pr

d przestaje

płyn

ąć

Połączenie równoległe

trzech rezystorów wygl

da nast

puj

co;

Rys. 26. Połączenie równoległe rezystorów

W tym przypadku wzór na obliczenie rezystancji zast

pczej jest troch

bardziej

skomplikowany i ma posta

Oczywi

cie zarówno szeregowo, jak i równolegle mo

emy ł

czy

dowoln

ilo

ść

elementów,

zachowuj

c te same reguły. Równie

we wzorach na rezystancj

zastepcza musimy

uwzgl

dni

ksz

ilo

ść

elementów. Najcz

ęś

ciej jednak w elektrotechnice wyst

puj

mieszane poł

czenie szeregow-równoległe, to znaczy

e niektóre elementy s

ze sob

poł

czone szeregowo, a inne równolegle. Rezystory i kondensatory cz

sto ł

czy si

szeregowo lub równolegle, aby uzyska

potrzebna warto

ść

rezystancji, czy pojemno

ci,

jednak w stosunku do wszystkich elementów mo

na powiedzie

e s

poł

czone ze sob

szeregowo, lub równolegle.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.1.2. Pytania sprawdzające

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

Jakie znasz wielkości stosowane w elektrotechnice?

Czy umiesz podać literowe oznaczenia tych wielkości?

W jakich jednostkach podajemy podstawowe wielkości elektryczne?

Wymień kilka materiałów, które w elektrotechnice wykorzystywane są jako
przewodniki?

Wymień kilka materiałów, które w elektrotechnice wykorzystywane są jako dielektryki
(izolatory)?

Czy umiesz wymienić kilka podstawowe elementy obwodu elektrycznego i elektronicznego?

Czy wiesz, w jaki sposób oznacza się ja na schematach?

Czy umiesz narysować połączenie szeregowe i równoległe rezystorów?

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie1

Zapisz podane niŜej wartości wielkości elektrycznych posługując się mnoŜnikiem

i jednostką podstawową: 250mA; 0,4kV; 2,2kΩ; 2700µA; 0,5MΩ.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

wykonać obliczenia,

zaprezentować wyniki.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

kalkulator,

–

literatura wskazana przez nauczyciela.

Ćwiczenie 2

Przyporządkuj symbole elementów elektronicznych stosowane przy rysowaniu

schematów elektronicznych do nazw tych elementów.

rezystor

łącznik

dioda

bezpiecznik

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) przypomnieć sobie symbole elementów elektronicznych,
2) dobrać nazwy z symbolami w pary.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

literatura wskazana przez nauczyciela.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 3

Połącz w pary nazwy wielkości elektrycznych z odpowiadającymi im oznaczeniami

jednostek.

Symbol wielkości elektrycznej

Oznaczenie jednostki

natęŜenie prądu

napięcie elektryczne

rezystancja

pojemność

Ω

indukcyjność

moc elektryczna

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1)  rozpoznać symbol wielkości elektrycznej,
2)  przyporządkować danemu symbolowi oznaczenie jednostki,
3)  zaprezentować wyniki.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

literatura wskazana przez nauczyciela.

4.1.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

podać przykłady wielkości stosowanych w elektrotechnice?

przyporządkować wielkości do symboli i jednostek?

zastosować wielokrotności i podwielokrotności jednostek?

podać przykłady przewodników?

podać przykłady dielektryków (izolatorów)?

rozpoznać podstawowe elementy elektroniczne na podstawie ich symboli
graficznych?

rozpoznać połączenie szeregowe i równoległe elementów

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2. Podstawy miernictwa elektrycznego

4.2.1.

Materiał nauczania

Niektórzy elektrycy często śmieją się, Ŝe największym problemem z prądem

elektrycznym  jest  to,  Ŝe  go  nie  widać.  Wbrew  pozorom  jest  w  tym  Ŝarcie  bardzo  duŜo
prawdy.  Są  jednak  przyrządy,  które  potrafią  oczywiście  nie  dosłownie  „zobaczyć  prąd”.
Przyrządy te, to próbniki i mierniki elektryczne.

W wielu sytuacjach tak naprawdę nie musimy znać dokładnych parametrów energii

elektrycznej. Często wystarczy nam samo stwierdzenie, czy napięcie jest, czy teŜ go nie ma.
JeŜeli na przykład zgaśnie nam lampka na biurku, mimo Ŝe niedawno wkręciliśmy do niej
nową Ŝarówkę warto przekonać się, czy;
–

arówka mimo Ŝe nowa, jest sprawna,

–

w gniazdku elektrycznym do którego podłączyliśmy lampkę jest napięcie,

–

czy działa wyłącznik lampki.

Te wszystkie czynności, przy szczególnym zachowaniu przepisów bezpieczeństwa moŜe
wykonać kaŜdy, kto ma chociaŜby ogólne pojęcie o prawach, którymi rządzi się
elektrotechnika.

Często moŜna zaobserwować jak ktoś z sprawdzał czy w gniazdku jest napięcie. Wcale

nie jest do tego potrzebny skomplikowany i drogi sprzęt. Wystarczy neonowy próbnik
napięcia nazywany teŜ „neonówką”, który jest pewnie w większości domów. Budowę takiego
próbnika i sposób wykorzystania pokazuje poniŜszy rysunek.

Rys. 27. Próbnik napięcia [1, s. 159]

NaleŜy  tylko  pamiętać,  Ŝe  w  gniazdku  próbnik  pokaŜe  istnienie  napięcia  tylko  w  jednej
„dziurce”  i do  elementu  stykowego  (blaszki  na  końcu  neonówki)  trzeba  dotykać  palcem.
Proponuję  teŜ,  Ŝeby  pierwszy  raz  takiej  próby  dokonać  pod  nadzorem  nauczyciela.  Ja
osobiście stosuję bardziej uniwersalny próbnik o nazwie PHASER 777. MoŜna nim sprawdzić
nawet gdzie biegną przewody pod napięciem w ścianie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Czarny przewód pomiarowy zawsze naleŜy dołączać do gniazda oznaczonego COM -to

tak zwany zimny zacisk (neutralny, zerowy). Czerwony przewód dołączamy w zaleŜności od
tego, co chcemy mierzyć. Tak jak na zdjęciu, w większości przypadków. Do najwyŜej
połoŜonego zacisku podłączymy przewód czerwony tylko przy pomiarach natęŜenia prądu od
2A, do 10A.

Pomiar natęŜenia prądu w praktyce nie jest taki łatwy. Trzeba pamiętać, Ŝe prąd płynie

w obwodzie elektrycznym tylko wtedy, kiedy tworzy on zamknięty obwód, a w obwodzie tym
umieszczony  jest  odbiornik.  śeby  dowiedzieć  się,  jaka  jest  wartość  tego  prądu  musimy  jak
gdyby  przerwać  obwód  i  w  to  miejsce  włączyć  amperomierz.  Mówimy,  Ŝe  amperomierz
włączamy  do  obwodu  szeregowo.  Wygląda  to,  jak  na  schemacie  poniŜej.  Gdzie  kółko
z literką  A  (tak  oznacza  się  amperomierz  na  schematach)  to  amperomierz  (w  rzeczywistości
nasz uniwersalny miernik ustawiony jako amperomierz).

Odbiornik

Rys. 30. Sposób podłączenia amperomierza

Miernik musimy ustawić na pomiar prądu stałego, bo nasz odbiornik zasilany jest napięciem
stałym (baterią). Dobrze, jeŜeli czerwony przewód dołączymy do „+” źródła, a czarny do
odbiornika, ale jeŜeli będzie odwrotnie nic się nie stanie miernik pokaŜe na wyświetlaczu „-”,
Ŝ

eby zasygnalizować, Ŝe jest włączony odwrotnie. JeŜeli mielibyśmy zmierzyć prąd płynący

w obwodzie prądu przemiennego (takie zasilanie mamy w domach, w naszych „gniazdkach”)
pomiar wyglądałby identycznie tylko musielibyśmy uŜyć odpowiedniego miernika.

Mierniki, albo ustawienia pokrętła do pomiaru napięcia stałego (bateria, akumulator,

zasilacz napięcia stałego) oznaczane są literami

lub symbolem .

Dla pomiaru napięcia przemiennego stosuje się ustawienie

lub

NaleŜy teŜ dobrać odpowiedni zakres miernika. Powinien być większy niŜ wartość natęŜenia
prądu,  jakiego  moŜemy  się  spodziewać.  JeŜeli  mierzona  wartość  wykracza  poza  zakres
pomiarowy (jest za duŜa), na wyświetlaczu świeci tylko cyfra l z lewej strony wyświetlacza.
W  innych  multimetrach  zaświeca  się  wtedy  napis  OL  -  overload,  czyli  przeciąŜenie.  Wcale
nie  oznacza  to,  Ŝe  tak  przeciąŜony  przyrząd  ulega  uszkodzeniu.  Większość  multimetrów  ma
wewnętrzne zabezpieczenia, jednak trzeba starać się nie dopuszczać do takich sytuacji.

Jak widać (patrz schemat) prąd płynący do odbiornika przepływa teŜ przez amperomierz,

dlatego moŜliwy jest pomiar wartości tego prądu. Trzeba pamiętać, Ŝe aby zmierzyć prąd
płynący w obwodzie trzeba go przerwać. No oprócz jednego wyjątku. Są specjalne
mierniki, które umoŜliwiają pomiar prądu bez przerywania obwodu. Nazywa się je
miernikami cęgowymi, niestety są to mierniki dosyć drogie. Jednak, aby zaspokoić ciekawość
na rysunku poniŜej pokazuję jak wygląda taki pomiar.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 31. Pomiar miernikiem cęgowym [1, s. 165]

JeŜeli chodzi o pomiar napięcia, to woltomierz zawsze włączamy równolegle, to

znaczy,  Ŝe  moŜemy  go  podłączyć,  kiedy  obwód  jest  juŜ  połączony.  Niejako  „dostawić”
woltomierz  w tym,  czy  innym  miejscu.  Oczywiście  trzeba  to  robić  bardzo  ostroŜnie,  bo
obwód  jest  cały  czas  załączony.  Napięcie  moŜemy  teŜ  zmierzyć,  kiedy  wcale  nie
podłączyliśmy  odbiornika  (na  źródle).  Na  przykład  po  to,  Ŝeby  zmierzyć,  czy  bateria,  którą
chcemy włoŜyć do walkmana jest jeszcze dobra (powinna mieć około 1,5V), czy juŜ całkiem
się rozładowała. Podłączając woltomierz (na zakresie napięcia przemiennego) do „gniazdka”
w domu równieŜ zobaczymy, jakie tak naprawdę napięcie przesyła nam elektrownia (niestety
nie  zawsze  jest  to  230V).  Oczywiście  zasady  ustawienia  miernika  pozostają  tak  jak  przy
poprzednim  pomiarze.  Musimy  ustawić  miernik  jako  woltomierz,  wybrać  czy  będzie  to
pomiar  napięcia  stałego  (baterie  akumulatory,  zasilacze  napięcia  stałego),  czy  przemiennego
(sieć elektroenergetyczna), a takŜe dobrać zakres. Schemat moŜe wyglądać tak.

Odbiornik

Rys. 32. Sposób podłączenia woltomierz

ZauwaŜ, Ŝe jeŜeli odłączymy odbiornik, woltomierz nadal będzie wskazywał napięcie źródła.

Wykorzystując nasz popularny multimetr moŜemy chwilę zatrzymać się jeszcze nad

pomiarem  rezystancji.  Wartość  oporności  danego  elementu  moŜe  nam  o  nim  sporo
powiedzieć. Wracając do naszego przykładu z lampką, aby dowiedzieć się, czy Ŝarówka znów
się spaliła, czy tym razem przyczyna tkwi gdzieś indziej wystarczy zmierzyć jej rezystancję.
W  dodatku  ten  pomiar  moŜna  spokojnie  wykonać  samemu,  bo  jest  on  w  stanie
beznapięciowym.  To  znaczy,  Ŝe  Ŝeby  zmierzyć,  jaka  jest  rezystancja  naszego  elementu  (na
przykład  Ŝarówki)  musimy  odłączyć  go  od  źródła  napięcia  (Ŝarówkę  wystarczy  wykręcić).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Trzeba o tym pamiętać, po pierwsze dlatego, Ŝeby nie ulec poraŜeniu elektrycznemu, a po
drugie aby nie zniszczyć miernika. Teraz juŜ moŜemy ustawić miernik na pomiar rezystancji
(symbol Ω, albo literka R) i dołączyć przewody do elementów stykowych Ŝarówki. Tak jak na
rysunku.

Ω

Rys. 33. Sposób podłączenia omomierza do Ŝarówki [7]

Teraz  wypada  tylko  zinterpretować  wyniki.  Rezystancja  Ŝarówki  jest  uzaleŜniona  od  jej
typu,  mocy,  napięcia  na  jakie  jest  przeznaczona.  Nie  trzeba  jednak  znać  konkretnych
wartości. Pewne natomiast jest to, Ŝe jeŜeli rezystancja Ŝarówki jest tak duŜa, Ŝe miernik nie
moŜe  jej  zmierzyć,  to  znaczy  Ŝe  gdzieś  najprawdopodobniej  przerwany  jest  Ŝarnik.  Wtedy
nadaje się tylko do wymiany. Gdyby rezystancja  wynosiła 0 Ω (co zdarzyć się moŜe bardzo
rzadko), oznaczałoby to, Ŝe zrobiło się w niej zwarcie i równieŜ jest do wymiany. Wartości od
kilkudziesięciu,  do  nawet  kilku  tysięcy  Ω  (kilku  kΩ)  wskazują,  Ŝe  powinna  być  dobra
(chociaŜ nie jest to pewne w 100%).

Dobrze byłoby teŜ wiedzieć, Ŝe często mierzy się rezystancję tam gdzie jest ona bardzo

duŜa.  Jest  to  tak  zwany  pomiar  rezystancji  izolacji.  Mówiliśmy,  Ŝe  izolatory  (dielektryki)
nie  przewodzą  prądu.  Nie  jest  to  jednak  tak  do  końca  prawda.  Przy  odpowiednio  duŜym
napięciu  nawet  izolator  moŜe  „przepuścić”  prąd.  Dlatego  właśnie  sprawdza  się  izolację  tam
gdzie  chcemy,  Ŝeby  była  ona  jak  największa.  Na  przykład  urządzenia,  które  powszechnie
wykorzystywane  są  w  domu  powinny  mieć  rezystancję  izolacji  nie  mniejszą  niŜ  0,5MΩ
(500000Ω). Do pomiarów wykorzystuje się specjalne mierniki nazywane megaomomierzami
(MΩ). Dawniej były to mierniki induktorowe – (trzeba było pokręcić korbką, która napędzała
prądnicę wytwarzającą odpowiednie napięcie - 500V napięcia stałego).

Rys. 34. Induktorowy miernik izolacji [7]

Teraz są to mierniki elektroniczne, czasami bardzo skomplikowane i wyglądające jak mały
laptop, ale posiadające bardzo duŜo funkcji.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

No przyszedł czas na najbardziej skomplikowany pomiar. A mianowicie pomiar mocy.

Łatwo  moŜna  zauwaŜyć,  Ŝe    na  większości  urządzeń  elektrycznych  nie  podaje  się  natęŜenia
prądu  jaki  pobierają.  Bardziej  popularne  jest  podawanie  mocy  danego  urządzenia.  Kiedy
kupujemy  Ŝarówkę  prosimy  o  100W,  60W,  40W.  Czym  większa  moc  Ŝarówki  (oczywiście
tego  samego  typu),  tym  jaśniej  ona  świeci.  Na  czajniku  elektrycznym,  grzejniku,  czy  nawet
telewizorze  podawana  jest  właśnie  moc.  To  ona  teŜ  decyduje  ile  zapłacimy  za  energię
pobieraną  przez  dane  urządzenie.  Jak  łatwo  się  przekonać  jest  to  bardzo  waŜna  wielkość
elektryczna. Dlatego właśnie nauczymy się ją mierzyć.

Do pomiaru mocy ( w watach) słuŜy watomierz. Jest to trochę bardziej skomplikowany

miernik  i  ma  więcej  zacisków.  W  dodatku  watomierze  elektroniczne  są  jeszcze  rzadko
spotykane.  W  zasadzie  w  duŜym  uproszczeniu  moŜna  powiedzieć,  Ŝe  watomierz  to  taki
woltomierz  i  amperomierz  w  jednej  obudowie.  JeŜeli  chodzi  o  pomiar  mocy  w  obwodach
prądu stałego, to amperomierz i woltomierz w zupełności wystarczy nam Ŝeby obliczyć moc
urządzenia  (jest  to  tzw.  pomiar  mocy  metodą  techniczną).  Jeśli  pomnoŜymy  prąd  płynący
w obwodzie i napięcie, jakim obwód jest zasilany uzyskamy moc podłączonego urządzenia.

⋅

Niestety sprawa nie jest taka prosta przy prądzie przemiennym. Dlatego lepiej skorzystać
z watomierza. Aby dokonać pomiaru mocy musimy podłączyć cztery zaciski watomierza
(dwa prądowe i dwa napięciowe). Schemat pomiaru watomierzem wygląda następująco:

Odbiornik

Rys. 35. Sposób podłączenia watomierza

Gwiazdkami zaznaczone są tak zwane początki cewek; napięciowej – U* (podłączamy tak jak
woltomierz) i prądowej – I* (podłączamy tak jak amperomierz). Jak widać początki cewek
(prądowej i napięciowej) są połączone ze sobą, wtedy miernik z pewnością pokaŜe właściwą
wartość. Praktyczne podłączenie miernika do pomiaru mocy przy prądzie przemiennym oraz
funkcje poszczególnych jego pokręteł pokazuje ilustracja.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 36. Watomierz [1, s. 169]

Myślę, Ŝe teraz pomiar napięcia, natęŜenia prądu i mocy w układach elektrycznych nie

będzie stanowił juŜ Ŝądnej trudności.

Na koniec pozwolę sobie podać jeszcze parę rad. Po pierwsze trzeba pamiętać, Ŝe

z prądem naprawdę nie ma Ŝartów. Nawet jeŜeli niskie napięcie nie stanowi zagroŜenia dla
Ŝ

ycia, to moŜe uszkodzić miernik. Przy napięciu sieciowym (w naszych „gniazdkach”) trzeba

być  juŜ  naprawdę  ostroŜnym.  Wszelkie  pomiary  najlepiej  wykonywać  tylko  za  zgodą
nauczyciela  w  specjalnie  do  tego  przeznaczonej  pracowni.  Po  drugie  zawsze  na  spokojnie
trzeba sprawdzić ustawienia na mierniku. Czy pokrętło zakresów jest we właściwej pozycji?
Czy przewody są podłączone do właściwych  gniazd? Najczęściej uszkodzenia mierników są
powodowane przez nieuwagę. Szczególnie kiedy mamy do czynienia z multimetrem, którym
przed chwilą mierzyliśmy rezystancję, a teraz chcemy zmierzyć napięcie.

4.2.2. Pytania sprawdzające

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

Jaki miernik słuŜy do pomiaru natęŜenia prądu?

Jak podłączamy miernik do pomiaru natęŜenia prądu do obwodu elektrycznego?

Jaki miernik słuŜy do pomiaru napięcia?

Jak podłączamy miernik do pomiaru napięcia do obwodu elektrycznego?

Jaki miernik słuŜy do pomiaru rezystancji?

Jak podłączamy miernik do pomiaru rezystancji?

Jaki miernik słuŜy do pomiaru mocy?

Jak podłączamy miernik do pomiaru mocy?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Wykonaj pomiary rezystancji Ŝarówek (dokładnie Ŝarników) trzech róŜnych Ŝarówek za

pomocą miernika uniwersalnego.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

narysować schemat pomiarowy,

zgromadzić potrzebną aparaturę i elementy elektryczne,

wybrać tryb pracy miernika,

wykonać pomiary rezystancji Ŝarówek,

zapisać wyniki pomiarów.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

trzy dowolne Ŝarówki o róŜnych parametrach,

–

miernik uniwersalny cyfrowy,

–

przybory do pisania,

–

kartki do notatek.

Ćwiczenie 2

Dokonaj pomiaru napięcia trzech róŜnych baterii za pomocą miernika uniwersalnego.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

narysować schemat pomiarowy,

zgromadzić potrzebną aparaturę i elementy elektryczne,

wybrać tryb pracy miernika,

wykonać pomiary napięcia,

zapisać wyniki pomiarów,

uszeregować baterie od najwyŜszego napięcia, do najniŜszego.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

trzy baterie (o róŜnych napięciach, mogą być częściowo rozładowane, lub o róŜnych

napięciach znamionowych),

–

miernik uniwersalny cyfrowy,

–

przybory do pisania, kartki do prowadzenia notatek.

Ćwiczenie 3

Pod kontrolą nauczyciela sprawdź neonowym wskaźnikiem napięcia obecność napięcia,

lub jego brak.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

zapoznać się z obsługą wskaźnika neonowego (moŜe być potrzebna jego instrukcja),

dokonać próby napięcia.

Uwaga! Próby moŜesz dokonać tylko pod ścisłym nadzorem nauczyciela.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

„gniazdko” elektryczne pod napięciem (najlepiej z osobnym wyłącznikiem zabezpieczone
wyłącznikiem róŜnicowoprądowym)

–

dowolny (najlepiej kilka typów) próbnik napięcia (jeŜeli to moŜliwe z instrukcją obsługi).

4.2.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

narysować schemat podłączenia amperomierza?

narysować schemat podłączenia woltomierza?

narysować schemat podłączenia watomierza?

właściwie (zgodnie z Ŝądanym pomiarem) ustawić pokrętło na

mierniku i podłączyć przewody

odczytać z miernika wartość mierzonej wielkości?

zmierzyć wartość rezystancji dowolnego elementu?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3. Maszyny elektryczne i transformatory. Instalacje elektryczne

4.3.1.

Materiał nauczania

Bardzo często spotkamy się z róŜnymi urządzeniami elektrycznymi napędzanymi

silnikami  elektrycznymi.  Począwszy  od  samochodu  na  baterie,  poprzez  stacje  CD-ROM
w komputerze, mikser kuchenny czy tokarkę w zakładzie ślusarskim, wszystkie te urządzenia
wykorzystują  silniki.  Oczywiście  są  to  bardzo  róŜne  silniki.  RóŜna  jest  ich  budowa,  sposób
zasilania,  a  czasami  nawet  sposób  działania.  śeby  w  takim  razie  jakoś  ruszyć  do  przodu
zacznijmy  od  podziału  na  silniki  prądu  stałego  i  zmiennego.  Te  pierwsze  z pewnością
zastosowane  są  w  kaŜdym  samochodzie  na  baterie  (przypominam,  Ŝe  bateria  daje  nam
napięcie stałe). Zasada działania takiego silnika jest stosunkowo prosta.

Rys. 37. Zasada działania silnika prądu stałego [14]

Prześledźmy działanie prostego silnik prądu stałego z trwałymi magnesami. W

uzwojeniu  wirnika  płynie  prąd  (wirnik  nazywany  teŜ  rotorem,  to  ten  element  który  się
obraca),  wokół  wirnika  powstaje  pole  magnetyczne.  Lewa  strona  wirnika  jest  odpychana
przez  lewy  biegun  trwałego  magnesu  w  prawo,  powodując  obrót  wirnika.  Po  chwili  wirnik
kontynuuje  obrót.  Gdy  wirnik  osiągnie  połoŜenie  pionowe,  komutator  zmienia  kierunek
płynącego  przez  elektromagnesy  wirnika  prądu,  zmieniając  kierunek  wytworzonego  pola
magnetycznego. Proces powtarza się.

JeŜeli zrozumie się zasadę działania silnika prądu stałego, to znaczy Ŝe zrozumiało się

równieŜ zasadę działania prądnicy. Jak to moŜliwe? Sekret polega na tym, Ŝe prądnica działa
zupełnie odwrotnie. To znaczy, Ŝe najpierw musimy pokręcić wirnikiem, a później
w uzwojeniach zaczyna płynąć prąd. Najprostszym przykładem prądnicy jest dynamo
rowerowe (szkoda Ŝe coraz rzadziej spotykane).

Rys. 38. Dynamo rowerowe [14]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Bardzo waŜnym elementem kaŜdego urządzenia elektrycznego jest jego tabliczka

znamionowa. Na niej podane są najwaŜniejsze parametry urządzenia. Dla silników są to:
(w nawiasie podaję wartości przedstawionej przykładowej tabliczki)
–

typ silnika (Se 100L – 4B),

–

numer fabryczny (brak),

–

moc silnika (3 kW),

–

klasa izolacji (B),

–

data produkcji (1989),

–

napięcie zasilania (3 x 220V lub 3 x 380V),

–

pobierany prąd (12A przy połączeniu w trójkąt i 6,9A przy połączeniu w gwiazdę),

–

wartość współczynnika mocy – cosφ (0,8)

–

stopień ochrony obudowy – IP (44),

–

rodzaj pracy (S1 – do pracy ciągłej),

–

prędkość obrotowa wirnika (1405 obr/min),

–

temperatura pracy (40 °C),

–

przyrost temperatury uzwojeń (80 °C),

–

rodzaj napięcia zasilania (3-fazowe),

–

częstotliwość napięcia zasilającego (50 Hz),

–

masa (35,5 kg),

–

numer normy zgodnie z którą został wyprodukowany (PN-88/E-06701).

Rys. 42. Tabliczka znamionowa [4, s. 44]

Niestety  niektórzy  producenci  podają  nie  wszystkie  parametry,  ale  te  najwaŜniejsze  zawsze
znajdują  się  na  tabliczce.  Obecnie  zgodnie  z  wymogami  Unii  Europejskiej  na  kaŜdym
urządzeniu  powinno  się  takŜe  znajdować  oznaczenie,  które  informuje,  Ŝe  urządzenie
odpowiada europejskim dyrektywom o bezpieczeństwie.

eby sprawnie poruszać się w „świcie elektrotechniki” naleŜałoby poznać jeszcze jedno

urządzenie,  które  niektórzy  zaliczają  do  maszyn  elektrycznych  (wciąŜ  są  o  to  spory),
a mianowicie  transformator.  Oczywiście,  Ŝe  wiadomo  juŜ  jak  wygląda  transformator.
Mówiliśmy o tym przy okazji elementów wchodzących w skład obwodu elektrycznego. Teraz
zatrzymamy  się  na  chwilę  nad  zasadą  działania  transformatora.  KaŜdy  transformator
zbudowany  jest  z  przynajmniej  dwóch  uzwojeń  nawiniętych  na  wspólnym  rdzeniu.  Jedno
z tych  uzwojeń  nazywamy  uzwojeniem  pierwotnym,  drugie  wtórnym.  Pierwsze  uzwojenie

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

zasilamy  napięciem  przemiennym  (transformatory  działają  tylko  przy  napięciu
przemiennym),  a  z  drugiego  uzyskujemy  napięcie  przewaŜnie  o  innych  parametrach.
Najczęściej  mamy  do  czynienia  z  transformatorami  obniŜającymi  napięcie.  Uzwojenie
pierwotne  zasilamy  z  sieci  230V,  a  z  uzwojenia  wtórnego  uzyskujemy  napięcie  na  przykład
o wartości  12V.  Taki  transformator  obniŜający  napięcie  jest  w  większości  urządzeń
elektronicznych  wykorzystywanych  w  domu.  Zasadę  działania  i  budowę  transformatora
ilustruje poniŜszy rysunek.

Rys. 43. Transformator [2, s. 159]

Oczywiście praktyczne wykonania transformatorów mogą nieco róŜnić się od tego schematu,
ale nie zmienia to ich zasady działania. Transformatory 3-fazowe na przykład mają
przynajmniej dwa uzwojenia dla kaŜdej fazy (czyli razem 6 uzwojeń).

eby poznane maszyny i urządzenia elektryczne mogły pracować musimy doprowadzić

do nich energię elektryczna. Robimy to za pośrednictwem instalacji elektrycznej. Istnieją
róŜne kryteria podziału instalacji elektrycznych. Jedna z nich to rozróŜnienie instalacji
w zaleŜności od zasilanych przez nią odbiorników. WyróŜniamy więc;
–

instalacje oświetleniowe - zasilające elektryczne źródła światła i inne urządzenia
o niewielkiej mocy (przenośne urządzenia grzejne, podgrzewacze wody itp.),

–

instalacje siłowe - zasilające silniki elektryczne oraz przemysłowe urządzenia grzejne;

W zaleŜności od miejsca występowania instalacje dzieli się na:
–

nieprzemysłowe - zasilające odbiorniki elektryczne w budynkach mieszkalnych,
biurowych, szkolnych itp.,

–

przemysłowe - wykonane w zakładach przemysłowym,

–

inne - np. w obiektach rolniczych, hodowlanych, górnictwie.

O  tym,  Ŝe  w  domu  istnieje  instalacja  elektryczna  często  moŜna  zorientować  się  tylko  po
ułoŜeniu gniazdek, wyłączników i punktów świetlnych. Jest tak dlatego, Ŝe instalacja ułoŜona
jest  pod  tynkiem.  Czasami  instalacja  moŜe  być  teŜ  ułoŜona  w  listwach,  czy  tak  zwanych
korytkach instalacyjnych.

Zupełnie inaczej jest z instalacją przemysłową. W zakładach przemysłowych,

szczególnie  halach  produkcyjnych  instalacja  elektryczna  musi  być  wykonana  w  taki  sposób,
aby  łatwo  moŜna  było  ją  modyfikować.  Bardzo  często  istnieje  konieczność  dostawienia
jakiejś  maszyny,  czy  teŜ  wymiany  starej  na  nową.  Sposób  wykonania  instalacji  musi
umoŜliwiać  takie  przeróbki.  Drugim  kryterium  wykonywania  instalacji  przemysłowych  są
moce,  jakie  musi  ona  przenosić.  Często  suma  mocy  wszystkich  odbiorników  elektrycznych,
jakich  uŜywamy  w  domu  jest  nieporównywalnie  mniejsza  od  mocy  pojedynczych  maszyn
przemysłowych. Co za tym idzie, przewody instalacji przemysłowych są o wiele grubsze, niŜ
przewody w instalacji domowej (mogą być nawet grubsze od ramienia). Nie rzadko przewody
wykonane  są  w postaci  miedzianych  lub  aluminiowych  płaskowników  nazywanych
szynoprzewodami. W inny sposób równieŜ układa się takie przewody. Mogą być umieszczane

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

w  rurach  metalowych  lub  z  tworzywa  sztucznego.  Innym  sposobem  jest  układanie  ich
w specjalnie  przygotowanych  korytkach  w  podłodze,  lub  na  tak  zwanych  drabinkach
podwieszonych  do  sufitu  lub  mocowanych  na  wspornikach.  Instalacje  przemysłowe  to
w przewaŜającej  liczbie  instalacje  trójfazowe,  gdzie  napięcie  między  przewodami  fazowymi
wynosi  400V.  Instalacje  przemysłowe  wymagają  ścisłego  nadzoru  wykwalifikowanych
elektryków.  Osobom  nieuprawnionym  nie  wolno  dokonywać  Ŝadnych  napraw,  ani
przeróbek instalacji.

PokaŜę teraz, w jaki sposób podłączona jest wtyczka i gniazdo w domowej instalacji

jednofazowej. We wszystkich nowych budynkach instalacja jednofazowa (taka jak w domu
do gniazdka, albo oświetlenia) wykonywana jest trzema przewodami. Nazwy, kolory
i oznaczenia przewodów podaję w tabeli.

Kolor przewodu

Oznaczenie literowe

Nazwa

ółto-zielony

przewód ochronny

jasnoniebieski

przewód neutralny

inny niŜ dwa poprzednie (np. czarny) L (L1, L2, L3)

przewód fazowy

Rys. 44. Gniazdo 1-fazowe [1, s. 75]

Rys. 45. PrzedłuŜacz [1, s. 77]

Oprócz  tego,  jakiego  koloru  przewód  podłączymy  do  jakiego  zacisku  waŜne  jest  teŜ  Ŝeby
właściwie dobrać średnicę przewodu.
Uwaga! W elektrotechnice posługujemy się przekrojem poprzecznym przewodu.
Popularne  przekroje,  z  którymi  najczęściej  mamy  do  czynienia,  to  0,75  mm

; 1 mm

;

1,5 mm

; 2,5 mm

. Czym grubszym przewód (o większym przekroju), tym większy prąd

moŜe  przez  niego  płynąć  (moŜemy  obciąŜyć  go  większą  mocą).  Nie  jest  to  jednak  takie
proste, poniewaŜ przewody zawsze dobieramy pod kątem konkretnego zastosowania. Musimy
się  zastanowić,  do  czego  będą  słuŜyły  i  w  jakich  warunkach  będą  uŜytkowane.  Inny  rodzaj
przewodu  wykorzystujemy  do  instalacji  ułoŜonych  na  stałe,  inny  do  zasilania  odbiorników
przenośnych i ruchomych. Pod uwagę trzeba wziąć;

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

czy przewód ma być ułoŜony na stałe – wykorzystujemy do takich instalacji druty jedno
lub wieloŜyłowe,

czy ma być ruchomy (albo chociaŜby zaginany) – wtedy wykorzystamy linkę,

w jakich warunkach środowiskowych będzie pracował (czy będzie tam wilgoć, czy moŜe
Ŝ

rące opary, czy łatwo moŜe ulec uszkodzeniu) – dobieramy właściwe ułoŜenie i izolację,

jakie moce będzie przenosił – czym większe moce obciąŜenia, tym grubszy przewód.

Niestety dobór przewodu nie jest taki prosty, dlatego jeŜeli zaistniałaby konieczność wymiany
uszkodzonego przewód naleŜy zastąpić go najlepiej identycznym (oznaczenie przewodu moŜe
znajdować się na w instrukcji urządzenia, lub być nadrukowane na nim). Fachowcy
(instalatorzy instalacji elektrycznej, czy konstruktorzy urządzenia) na pewno dobrze go
dobrali (obliczyli).

Przy okazji warto wspomnieć równieŜ o zabezpieczeniach. KaŜde urządzenie elektryczne

i kaŜda  instalacja  elektryczna  jest  zabezpieczona.  Tak  naprawdę  to  jest  to  cały  system
zabezpieczeń. Nie zawsze jest on identyfikowany z instalacją elektryczną. Na przykład bardzo
często  moŜesz  spotkać  się  z  róŜnego  rodzaju  uziomami.  Często  moŜna  zauwaŜyć  schodzący
z dachu  budynku  do  ziemi  gruby  przewód.  Ten  przewód  to  fragment  instalacji
piorunochronnej.  Płaskownik  wkopany  w  ziemię  to  uziom.  To  on  ma  w  wypadku  uderzenia
pioruna  odprowadzić  niebezpieczny  ładunek  elektryczny  do  ziemi.  Niektóre  maszyny
przemysłowe  równieŜ  są  uziemione.  W  domu  uziemiona  powinna  być  tak  zwana  główna
szyna wyrównawcza.

Najbardziej popularnym zabezpieczeniem urządzeń i instalacji elektrycznych są

bezpieczniki topikowe. Tak zwane bezpieczniki aparatowe juŜ przedstawiłem. Stosujemy je
przewaŜnie w sprzęcie elektronicznym.

Podobną funkcję zabezpieczenia instalacji elektrycznej pełni instalacyjny bezpiecznik

topikowy. Czasami zastępują go tak zwane bezpieczniki automatyczne, które
w rzeczywistości są bardziej skomplikowanymi wyłącznikami.

Rys. 46. Instalacyjny bezpiecznik topikowy [10]

Rys. 47. Bezpiecznik automatyczny [10]

W najnowszych instalacjach zabezpieczenie jest bardziej kompleksowe (całościowe)
i w związku z tym zajmuje więcej miejsca.

Rys. 48. Rozdzielnica z zabezpieczeniami [14]

Postaram się teraz zrobić krótki przegląd stosowanych zabezpieczeń. Instalacje i urządzenia
elektryczne chronimy przed:
1.

zwarciem (na przykład połączeniem przewodu fazowego z neutralnym bez odbiornika) –
bezpieczniki, wyłączniki instalacyjne,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 49. Wyłącznik instalacyjny [13]

zbyt duŜym prądem, przeciąŜeniem (za duŜo odbiorników podłączonych jednocześnie, na
przykład silnik za mocno hamowany) – bezpieczniki, wyłączniki instalacyjne
nadprądowe, wyłączniki silnikowe,

Rys. 50. Wyłącznik silnikowy [11]

zbyt duŜym napięciem, przepięciem (na przykład uderzeniem pioruna) – ograniczniki
przepięć róŜnego typu (nawet w listwie do komputera jest element elektroniczny, który
spełnia takie zadanie),

poraŜeniem prądem elektrycznym (ochrona ludzi obsługujących urządzenie elektryczne)
– wyłączniki róŜnicowoprądowe (łatwo je poznać, bo mają przyciski testu),

Rys. 51. Wyłącznik róŜnicowoprądowy [6]

Trzeba pamiętać, Ŝe kaŜdy z wymienionych aparatów zabezpiecza urządzenie lub

instalację  pod  innym  kątem,  dlatego  nie  moŜna  zastosować  tylko  jednego.  W  dodatku
zabezpieczenia się powielają. Na przykład w radiu, jest bezpiecznik aparatowy, gniazdko do
którego  jest  ono  podłączone  chronią  zabezpieczenia  w  rozdzielni  zasilającej  mieszkanie,  ale
dalej  jest  jeszcze  wspólne  zabezpieczenie  dla  całego  bloku  itd.  śaden  z wymienionych
aparatów  nie  zabezpieczy  jednak  w  100%  urządzenia  czy  obsługi,  jeŜeli  nie  będą
przestrzegane  warunki  eksploatacji  instalacji  czy  urządzenia.  Na  pewno  są  one
szczegółowo opisane w instrukcjach obsługi.

Budowa samej instalacji teŜ wykonana jest w taki sposób, Ŝeby zapewnić

bezpieczeństwo. Dlatego naleŜy korzystać tylko z gniazdek z bolcami ochronnymi, nie
wolno demontować obudów i osłon, oraz dokonywać samowolnych przeróbek.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.2. Pytania sprawdzające

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

Na czym polega róŜnica w pracy silnika elektrycznego i prądnicy?

Na czym polega zasada działania transformatora?

Czy umiesz na tabliczce zaciskowej silnika połączyć go w trójkąt i gwiazdę?

Czy umiesz odczytać podstawowe parametry maszyny elektrycznej z jego tabliczki
znamionowej?

Jakie znasz rodzaje instalacji elektrycznych?

Czy umiesz podać kolory, oznaczenia i nazwy przewodów w instalacji elektrycznej?

Czy wiesz czym powinna charakteryzować się instalacja przemysłowa?

Jakie znasz rodzaje zabezpieczeń stosowanych w instalacji elektrycznej?

4.3.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Odczytaj z tabliczki znamionowej silnika takie parametry maszyny, jak:

–

rodzaj i wartość napięcia zasilania,

–

moc maszyny,

–

prędkość obrotową wirnika silnika,

–

wartość prądu znamionowego,

–

stopień ochrony obudowy.

Rysunek do ćwiczenia 1 Tabliczka znamionowa [1, s. 255]

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

odczytać wartości z tabliczki zaciskowej,

przyporządkować wartości do ich nazw,

zapisać wymagane parametry silnika.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

tabliczka znamionowa lub jej rysunek,

–

przybory do pisania i zeszyt.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 2

Połącz w trójki nazwy przewodów instalacji elektrycznych, ich oznaczeń literowych

i kolorystycznych.

przewód fazowy

ółto-zielony

przewód neutralny

inny niŜ Ŝółto-zielony i jasnoniebieski

przewód ochronny

jasnoniebieski

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) przyporządkować danej nazwie przewodu oznaczenie i kolor,
2) zaprezentować wyniki.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

odcinki przewodów,

–

przybory do pisania.

Ćwiczenie 3

Połącz trójfazowy silnik asynchroniczny na tabliczce zaciskowej w trójkąt.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

przypomnieć sobie sposób połączenia uzwojeń silnika na jego tabliczce zaciskowej,

dobrać odpowiednie narzędzia do wykonania połączenia,

podłączyć przewody zasilające i zwory kojarzące uzwojenia,

sprawdzić sposób połączenia z dokumentacją silnika, lub literatura.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

sinik trójfazowy lub sama tabliczka zaciskowa z moŜliwością skojarzenia uzwojeń silnika
w trójkąt,

–

zwory do wykonania połączenia,

–

pojedyncze przewody połączeniowe lub przewód wieloŜyłowy zakończony wtyczką
trójfazową,

–

końcówki do zaprasowania,

–

narzędzia; nóŜ monterski, komplet wkrętaków i kluczy nasadowych, praska do zaciskania
końcówek,

–

dokumentacja silnika i/lub literatura podana przez nauczyciela.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

podać róŜnicę w pracy silnika elektrycznego i prądnicy?

wyjaśnić zasadę działania transformatora?

połączyć tabliczkę silnika 3-fazowego w trójkąt i gwiazdę?

odczytać podstawowe parametry maszyny z jej tabliczki
znamionowej?

wymienić rodzaje instalacji elektrycznych?

przyporządkować do poszczególnych przewodów instalacji
elektrycznej oznaczenia i kolory?

wymienić cechy charakterystyczne instalacji przemysłowej?

wymienić rodzaje zabezpieczeń stosowanych w instalacjach
elektrycznych?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4. Układy sterowania i automatyki przemysłowej

4.4.1.

Materiał nauczania

KaŜdy wie jak wygląda instalacja elektryczna w domu. Teraz, kiedy poznalismy równieŜ

zabezpieczenia  stosowane  w  tej  instalacji  z  pewnością  nie  stanowi  ona  niczego
nadzwyczajnego  i  niezrozumiałego.  Niestety  muszę  przyznać,  Ŝe  nie  wszystkie  instalacje  są
tak  proste.  Za  to  mogę  przyznać,  Ŝe  nawet  najbardziej  skomplikowane  instalacje  rządzą  się
zawsze takimi samymi prawami.

W róŜnych, czasami bardzo skomplikowanych urządzeniach czy maszynach instalacja

elektryczna składa się z dwóch obwodów;
–

obwodu głównego, w którym płynie prąd do odbiornika (np. silnika),

–

obwodu sterowania, w którym znajdują się elementy sterownicze (łączniki przyciski,
czujniki itp.) i sygnalizacyjne (kontrolki, wskaźniki, lampki, itp.).

Elektrycy Ŝeby ułatwić sobie pracę rozpatrują te obwody osobno i szukają ewentualnych
usterek najpierw w jednym, a potem drugim. Nawet schematy tych obwodów najczęściej są
dwa.

Obwód główny najczęściej jest mniej skomplikowany. Składa się przewaŜnie

z zabezpieczeń,  wyłącznika  głównego,  stycznika  dalej  odbiornika.  Obwód  sterowania  jest
trochę  bardziej  skomplikowany.  NaleŜy  teŜ  zwrócić  uwagę  na  kolory  typowych  elementów
przełączających  i  ich  symbole  stosowane  na  schematach  elektrycznych.  Przyciski  sterujące
muszą  mieć  kolory  zgodne  z  odpowiednimi  normami.  Załączające  są  koloru  zielonego  lub
Ŝ

ółtego, wyłączające są zawsze koloru czerwonego (przyciski awaryjnego wyłączenia są

czerwone i mają kształt „grzybka”).

Rys. 52. Dłoniowy wyłącznik bezpieczeństwa [11]

W przypadku konieczności wymiany przycisku sterującego lub lampki kontrolnej

bezwzględnie  trzeba  zachować  kolor  taki,  jaki  był  przed  wymianą.  Ma  to  duŜe  znaczenie
dla  bezpieczeństwa  obsługi  danej  maszyny!  Inne  elementy  obwodu  sterowania,  to  bardzo
róŜne, tak zwane wyłączniki krańcowe.

Rys. 53. Wyłącznik krańcowy [11]

UmoŜliwiają one na zautomatyzowanie działania urządzenia. Na przykład przesuwający

się wraz ze stołem obrabiarki element w „krańcowej” pozycji (stąd nazwa łącznika) naciśnie
rolkę i poda sygnał. MoŜe to spowodować zatrzymanie, maszyny, zmianę kierunku
przesuwania się stołu czy wiele innych operacji. Bardzo często wyłącznik krańcowy stanowi
dodatkowe zabezpieczenie obsługi przed uszkodzeniami ciała. Dzięki zastosowaniu

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

w obwodzie  sterowania  tych  wyłączników  na  przykład  nie  moŜna  uruchomić  maszyny  bez
zamknięcia  wszystkich  osłon.  Bardzo  często  tego  typu  zabezpieczenia  stosuje  się  przy
róŜnego rodzaju prasach, chociaŜby do przycinania wypływek odlewów.
Łączniki  mogą  posiadać  jeden  lub  kilka  zestyków.  Zestyk  najczęściej  tworzy  zespół  dwóch
styków,  z  których  jeden  jest  ruchomy,  a  drugi  nieruchomy.  WyróŜniamy  dwa  rodzaje
zestyków:
–

zestyk normalnie otwarty (zwierny) „NO”, który po naciśnięciu zamyka obwód
elektryczny,

–

zestyk normalnie zamknięty (rozwierny) „NC”, który po naciśnięciu otwiera obwód
elektryczny.

W nowoczesnych maszynach i urządzeniach stosowane są łączniki krańcowe bezstykowe.
Mogą to być łączniki:
–

indukcyjne – reagują na zbliŜenie metalowego przedmiotu,

–

pojemnościowe – reagują na zbliŜenie cieczy, przedmiotów szklanych, z tworzyw
sztucznych, drewna, metali,

–

optoelektroniczne – działają na zasadzie przerwania wiązki promieniowania
podczerwonego, lub wiązki z diody laserowej,

–

magnetyczne – reagują na zbliŜenie magnesu.

Zaprezentowane  przeze  mnie  łączniki  mogą  pełnić  rolę  tak  zwanych  czujników,  czy  inaczej
sensorów.  W  układach  bardziej  skomplikowanej  automatyki  wiele  czujników  przekazuje
swoje sygnały do sterownika (to tak jakby centrum dowodzenia) i dopiero tam podejmowane
decyzje  o  wysłaniu  sygnałów  (rozkazów)  uruchamiających  kolejne  procesy.  W  prostszych
układach  czujniki  mogą  sterować  na  przykład  podajnikiem,  który  transportuje  materiały
i przedmioty.

Praktycznie kaŜda maszyna elektryczna jest napędzana silnikiem elektrycznym. Niektóre

maszyny mogą mieć takich silników kilka, gdzie kaŜdy odpowiedzialny jest za inną operację.
Do najprostszych układów sterowania silnikami elektrycznymi wyróŜniamy:
–

układ z samopodtrzymaniem – stosowany do włączania i wyłączania silnika za pomocą
przycisków „start” i „stop”,

–

układ przełączania kierunku obrotów silnika elektrycznego – tzw. Układ prawo -lewo,

–

układ zmiany połączenia uzwojeń silnika – tzw. przełącznik gwiazda – trójkąt.

PoniŜej zamieszczam schemat (osobny obwodu głównego i osobny sterowania) układu
z samopodtrzymaniem.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Dwa przyciski „START”, S3 i S4 są ze sobą połączone równolegle. Dzięki temu kaŜdym

z nich  moŜemy  niezaleŜnie  załączyć  układ.  Przyciski  „STOP”,  S1  i  S2  są  połączone
szeregowo  i  naciśnięcie  któregokolwiek  z  nich  spowoduje  zatrzymanie  układu.  Spotkałem
wiele urządzeń, gdzie połączonych szeregowo zestyków rozwiernych było kilka. Nie zawsze
wszystkie  były  przyciskami,  ale  na  przykład  część  z  nich  to  łączniki  krańcowe.  Pełniły  one
funkcje  róŜnych  zabezpieczeń.  Łącznik  umieszczony  zaraz  pod  osłoną  na  przykład
ruchomych  części  maszyny  po  otworzeniu  osłony  uniemoŜliwiał  jej  uruchomienie.  Z  kolei
przy  prasie  trzeba  było  nacisnąć  jednocześnie  dwa  oddalone,  na  wyciągnięcie  rąk  od  siebie
przyciski  jednocześnie,  Ŝeby  prasa  wykonała  uderzenie.  Zabezpieczało  to  przed
przypadkowym  uruchomieniem  prasy  podczas,  kiedy  ręce  operatora  nie  były  w  bezpiecznej
pozycji.  Ma  nadzieję,  Ŝe  udowodniłem,  Ŝe  układy  odpowiednio  połączonych  ze  sobą
przycisków  mogą  w  bardzo  prosty  sposób  zabezpieczać  urządzenia  i  maszyny  elektryczne
oraz  ich  obsługę.  Połączenia  takie  moŜna  teŜ  wykorzystywać  do  prostych  układów
automatyki.  ChociaŜ  tak  naprawdę  automatyka  sięga  o  wiele  głąbiej.  śeby  mówić
o automatyce musimy zapoznać się z takimi pojęciami, jak:
–

sygnał – informacja mająca najczęściej postać elektryczną (np. czy przycisk jest
wciśnięty, czy nie),

–

obiekt – na przykład element podlegający obróbce, ale teŜ i cały proces produkcyjny,

–

urządzenie sterujące – często bardzo skomplikowany element elektroniczny, sterownik
(nierzadko to komputer)

–

element wykonawczy – na przykład silnik, siłownik hydrauliczny, elektrozawór, itp.

Rys. 56. Elektrozawór [9]

Rys. 57. Siłowniki pneumatyczne [12]

Przykładem prostych układów automatyki moŜe być nowoczesna pralka automatyczna,

nierzadko sterowana elektronicznie (mikroprocesorowo). Sygnały będą pochodziły z róŜnych
czujników. Przykładowo mogą to być:
–

czujnik zamknięcia drzwiczek wsadowych (moŜe to być wyłącznik krańcowy),

–

czujnik temperatury,

–

czujnik poziomu wody,

–

czujnik sprawdzający wagowo ilość prania,

–

czujniki ustawiane przez obsługę.
To wszystko trafia do elementu sterującego – programatora (moŜe być

mikroprocesorowy),  który  decyduje  na  podstawie  sygnałów  z  czujników,  jakie  wysłać
sygnały  do  elementów  wykonawczych.  Elementem  wykonawczym  staje  się  elektrozawór,
który będzie dopuszczał wodę, albo zatrzyma jej przepływ. RównieŜ grzałka musi „wiedzieć”
czy  podgrzewać  kąpiel  piorącą,  czy  juŜ  wystarczy?  Pompka  musi  wypompować  wodę  na
końcu  cyklu  prania,  a  nie  na  przykład  na  samym  początku.  Elementy  sterujące  silnikiem
uruchomią go z małą prędkością przy praniu, ale za to z okresową zmianą kierunku obrotów.
Na  koniec  prania,  ale  dopiero  po  wypompowaniu  wody  obroty  silnika  będą  duŜe.  Do  tego
wszystkiego w sterowaniu trzeba jeszcze uwzględnić czas podstawowych operacji. Tak duŜo
operacji, a to prosty przykład automatyki.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Pewnie kaŜdy miał okazję oglądać w telewizji bardziej skomplikowane układy

automatyki. Myślę na przykład o taśmach produkcyjnych samochodów, gdzie wydaje się, Ŝe
na  hali  produkcyjnej  pracują  same  roboty.  Układy  automatyki  wykorzystują  elementy
elektryczne,  elektroniczne,  hydrauliczne  i  instalacje  spręŜonego  powietrza.  W  maszynach
odlewniczych  bardzo  często  występują  obwody  hydrauliczne,  które  sterowane  są  zaworami
elektrycznymi.  RównieŜ  wiele  czujników  (za  pośrednictwem  elementu  sterującego)
„decyduje” który z etapów produkcji będzie następny.

Zarówno bardzo proste urządzenia elektryczne, jak i te skomplikowane czasami się psują.

Oczywiście  naprawę  urządzeń  elektrycznych  najlepiej  zostawić  elektrykom  (liczy  się  nie
tylko  wykształcenie  i  umiejętności,  ale  równieŜ  odpowiednie  uprawnienia),  ale  zanim
poprosimy  o  to  fachowca  moŜna  samemu  sprawdzić  parę  rzeczy.  Oczywiście  to,  od  czego
zaczniemy  uzaleŜnione  jest  od  konkretnej  maszyny,  warunków  awarii  i  wielu  rzeczy,  ale
mimo to warto zapamiętać i w razie konieczności zastosować;
1.

Sprawdzić, czy w instrukcji obsługi urządzenia nie ma sposobu postępowania przy awarii
urządzenia (jest to obowiązek producenta),

Upewnić się, Ŝe urządzenie elektryczne jest zasilane.

–

sprawdzić czy wtyczka jest w gnieździe,

–

czy przewód nie jest uszkodzony,

–

czy linia zasilająca jest pod napięciem,

–

sprawdzić czy nie zadziałały zabezpieczenia (przepalone bezpieczniki, wyłączone
wyłączniki instalacyjne),

Sprawdzić wszystkie wyłączniki.
–

sprawdzić czy któryś z wyłączników nie jest wyłączony (przyciski, pokrętła, itp.),

–

czy wszystkie zabezpieczenia są we właściwej pozycji (na przykład wyłączniki
krańcowe),

W bezpieczny sposób moŜna sprawdzić poszczególne elementy,

–

przy odłączonym napięciu (wtyczka z gniazdka) omomierzem moŜna sprawdzić
sprawność wyłącznika, przewodów, np. Ŝarówki (tak jak w ćwiczeniu).

4.4.2. Pytania sprawdzające

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

Jakie elementy mogą wchodzić w skład obwodu głównego?

Jakie elementy mogą wchodzić w skład obwodu sterowania?

Jak działa i jaki jest symbol łącznika zwiernego?

Jak działa i jaki jest symbol łącznika rozwiernego?

Czy znasz symbole wykorzystywane przy rysowaniu obwodu głównego i obwodu
sterowania?

Czy znasz zasady lokalizacji i usuwania usterek w urządzeniach elektrycznych?

Czy znasz zasady bezpiecznej pracy przy naprawie urządzeń elektrycznych?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

MontaŜ obwodu głównego zasilającego 3-fazowy silnik asynchroniczny. Ćwiczenie

wykonuje się bez napięcia.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

rozpoznać elementy układu według schematu i przyporządkować je elementom
rzeczywistymi,

dobrać narzędzia do wykonania zadania,

połączyć układ zgodnie ze schematem.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

rozdzielnica rzeczywista nie podłączona, wyposaŜona kompletnie,

–

narzędzia monterskie,

–

schemat ideowy i montaŜowy,

–

miernik uniwersalny.

Ćwiczenie 2

Narysuj połączenie szeregowe i równoległe trzech dowolnie wybranych elementów

elektrotechnicznych (dwa rysunki).

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

przypomnieć sobie jak wygląda połączenie szeregowe, a jak równoległe,

jeŜeli jest taka potrzeba odnaleźć wiadomości o tych połączeniach w literaturze
elektrotechnicznej,

narysować połączenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

wybrana literatura,

–

zeszyt i przybory do pisania.

Ćwiczenie 3

Wyobraź sobie, Ŝe lampka halogenowa na twoim biurku (z wyłącznikiem,

i transformatorem)  nagle  zgasła.  Zaproponuj  sposób  postępowania  w  celu  zdiagnozowania
uszkodzenia,  pamiętając  o  bezpieczeństwie.  W  swojej  pracy  uwzględnij  róŜne  uszkodzenia
(jeŜeli  nie  popsuło  się  to,  to  sprawdzić  naleŜy  jeszcze  to).  Oprócz  moŜliwych  uszkodzeń
wypisz narzędzia, które będą ci potrzebne do wykonania zadania.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

przypomnieć sobie sposób postępowania przy awariach sprzętu elektrycznego,

zadbaj o bezpieczeństwo wykonywanych prac,

wypisz moŜliwe usterki,

wypisz sposoby zdiagnozowania poszczególnych uszkodzeń,

wypisz moŜliwe sposoby ich usunięcia,

wypisz narzędzia potrzebne Ci do wykonania zadania.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

wybrana literatura,

–

instrukcja obsługi lampki (jeŜeli jest takowa),

–

rzeczywista lampka,

–

zeszyt i przybory do pisania.

4.4.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

odróŜnić na schemacie obwód główny od obwodu sterowania?

rozpoznać elementy wchodzące w skład obwodu głównego i

sterowania na podstawie ich symboli graficznych?

połączyć obwód główny zasilania silnika asynchronicznego

trójfazowego?

wskazać moŜliwe usterki w prostym sprzęcie elektrycznym?

zaproponować sposoby usunięcia tych usterek?

przestrzegać zasad bezpiecznej naprawy i konserwacji urządzeń

elektrycznych?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

Przeczytaj dokładnie instrukcję.

Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.

Odpowiedzi udzielaj wyłącznie na karcie odpowiedzi.

Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.

Test zawiera 20 zadań.

Do kaŜdego zadania podane są cztery odpowiedzi, z których tylko jedna jest prawidłowa.

Zaznacz prawidłową według Ciebie odpowiedź wstawiając literę X w odpowiednim
miejscu na karcie odpowiedzi.

W przypadku pomyłki zaznacz błędną odpowiedź kółkiem, a następnie literą X zaznacz
odpowiedź prawidłową.

Za kaŜde poprawne rozwiązanie zadania otrzymujesz jeden punkt.

10.

Za udzielenie błędnej odpowiedzi, jej brak lub zakreślenie więcej niŜ jednej odpowiedzi -
otrzymujesz zero punktów.

11.

UwaŜnie czytaj treść zadań i proponowane warianty odpowiedzi.

12.

Nie odpowiadaj bez zastanowienia; jeśli któreś z zadań sprawi Ci trudność – przejdź do
następnego. Do zadań, na które nie udzieliłeś odpowiedzi moŜesz wrócić później.

13.

Pamiętaj, Ŝe odpowiedzi masz udzielać samodzielnie.

14.

Na rozwiązanie testu masz 40 minut.

Powodzenia!

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

Materiałami, które nie przewodzą prądu są
a)

dielektryki.

elektrolity.

metale.

roztwory kwasów.

Rysunek przedstawia symbol
a)

woltomierza.

łącznika.

amperomierza.

rezystora.

Jednostka napięcia elektrycznego, to
a)

Ω

Energię elektryczną na mechaniczną przetwarza
a)

transformator.

prądnica.

silnik elektryczny.

przetwornica.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Aby prawidłowo podłączyć do obwodu elektrycznego amperomierz naleŜy włączyć go
a)

równolegle do odbiornika, którego prąd ma być mierzony.

równolegle do źródła zasilania.

szeregowo w obwód, przez którym płynie prąd.

równolegle do elementu, na zaciskach którego mierzymy prąd.

Przycisk sterowniczy maszyny odpowiedzialny za wyłączenie awaryjne powinien być
koloru
a)

czerwonego.

zielonego.

niebieskiego.

obojętnie jakiego.

Do urządzeń wykonawczych automatyki zaliczamy
a)

siłownik.

wzmacniacz.

regulator.

prądnicę.

W instalacji domowej korzystamy z napięcia
a)

12 V napięcia przemiennego.

230 V napięcia przemiennego.

12 V napięcia stałego.

230 V napięcia stałego.

W instalacjach elektrycznych urządzeniem chroniącym obsługę przed poraŜeniem
prądem elektrycznym jest
a)

wyłącznik silnikowy.

wyłącznik róŜnicowoprądowy.

ogranicznik przepięć.

wyłącznik instalacyjny nadprądowy.

10.

Przewód koloru Ŝółto-zielonego w instalacji elektrycznej, to przewód
a)

ochronny.

zasilający.

sterowniczy.

fazowy.

11.

Warunkiem pracy transformatora jest

doprowadzenie napięcia stałego do uzwojenia pierwotnego.

zwarcie uzwojenia pierwotnego z wtórnym.

doprowadzenie napięcia przemiennego do uzwojenia pierwotnego.

doprowadzenie napięcia stałego do uzwojenia wtórnego.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

12.

Przedstawione na zdjęciu elementy elektroniczne, to

kondensatory.

rezystory.

transformatory.

diody.

13.

W instalacji elektrycznej przewód oznaczony literami „PE” to
a)

przewód ochronny.

przewód fazowy.

przewód neutralny.

przewód pomiarowy.

14.

Połączenie „w trójkąt” wykonane na tabliczce silnika 3-fazowego przedstawia schemat

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

15.

Na schemacie przedstawionego układu sterowniczego (z samopodtrzymaniem) element
oznaczony S1, to

bezpiecznik.

przycisk STOP.

styk stycznika.

przycisk START.

16.

Aby zmierzyć napięcie baterii (popularnego paluszka) miernikiem uniwersalnym
(multimetrem) musisz ustawić go na ustawienie
a)

DC A.

AC A.

DC V.

AC V.

17.

Do pomiaru rezystancji izolacji silnika uŜyjesz
a)

woltomierza.

omomierza.

megaomomierza.

amperomierza.

18.

Na bezpieczniku aparatowym zasilacza znajduje się oznaczenie „200mA” oznacza to, Ŝe
ulegnie przepaleniu, kiedy przepłynie przez niego prąd powyŜej
a)

2 A.

200 A.

0,2 A.

0,02 A.

19.

Zgodnie z przedstawioną poniŜej tabliczką znamionową silnika, jego moc znamionowa
wynosi
a)

4800000 W.

995 min

-1

531 A.

6000 V.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

KARTA ODPOWIEDZI

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

Analizowanie układów elektrycznych i automatyki przemysłowej

Zakreśl poprawną odpowiedź.

zadania

Odpowiedzi

Punkty

Razem:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

6. LITERATURA

Bastian P., Schuberth G., Spielvogel O., Steil H. J., Tkotz K., Ziegler K.: Praktyczna
elektrotechnika ogólna. Podręcznik dla zawodowych i średnich szkół technicznych.
Wydawnictwo REA s. j., Warszawa 2003.

Dehler E., Grimm B., Häberle G., Philipp W., Schliemann B., Schnnell D.: Podstawy
elektroniki. Podręcznik dla zawodowych i średnich szkół technicznych. Wydawnictwo
REA s. j., Warszawa 2006.

Elektronika dla nieelktroników. 1/2006, wydawca Wiesław Marciniak.

Gozlińska E.: Maszyny elektryczne. WSiP, Warszawa 1998.

Górecki P.: Wyprawy w świat elektroniki. Wydawnictwo Komunikacji i Łączności
Sp. z o. o., Warszawa 2004.

http://aukcja .onet.pl

http://ise.pl

http://silnikielektryczne.prv.pl

www.elektrozawory.eu

10.

www.instalacjebudowlane.pl

11.

www.luxmarket.pl

12.

www.siłowniki-pneumatyczne.pl

13.

www.tech.co.bydgoszcz.pl

14.

http://pl.wikipedia.org/