Blacharz_721[01]_O1.03

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MINISTERSTWO EDUKACJI

NARODOWEJ

Tomasz Madej

Analizowanie prostych układów elektrycznych
721[01]O1.03

Poradnik dla ucznia

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy

Radom 2007

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SPIS TREŚCI

1. Wprowadzenie

2. Wymagania wstępne

3. Cele kształcenia

4. Materiał nauczania

4.1. Prąd elektryczny

4.1.1. Materiał nauczania

4.1.2. Pytania sprawdzające

4.1.3. Ćwiczenia

4.1.4. Sprawdzian postępów

4.2. Pole magnetyczne i elektromagnetyzm

4.2.1. Materiał nauczania

4.2.2. Pytania sprawdzające

4.2.3. Ćwiczenia

4.2.4. Sprawdzian postępów

4.3. Podstawowe elementy i układy elektryczne

4.3.1. Materiał nauczania

4.3.2. Pytania sprawdzające

4.3.3. Ćwiczenia

4.3.4. Sprawdzian postępów

4.4. Obwody elektryczne prądu stałego i przemiennego

4.4.1. Materiał nauczania

4.4.2. Pytania sprawdzające

4.4.3. Ćwiczenia

4.4.4. Sprawdzian postępów

4.5. Wykorzystanie schematów i instrukcji

4.5.1. Materiał nauczania

4.5.2. Pytania sprawdzające

4.5.3. Ćwiczenia

4.5.4. Sprawdzian postępów

4.6. Podstawy miernictwa elektrycznego

4.6.1. Materiał nauczania

4.6.2. Pytania sprawdzające

4.6.3. Ćwiczenia

4.6.4. Sprawdzian postępów

4.7. Maszyny i urządzenia elektryczne

4.7.1. Materiał nauczania

4.7.2. Pytania sprawdzające

4.7.3. Ćwiczenia

4.7.4. 7.4. Sprawdzian postępów

4.8. Instalacje elektryczne

4.8.1. Materiał nauczania

4.8.2. Pytania sprawdzające

4.8.3. Ćwiczenia

4.8.4. Sprawdzian postępów

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1. WPROWADZENIE

Poradnik, będzie Ci pomocny w opanowaniu wiedzy dotyczącej analizowania prostych

układów elektrycznych.

Poradnik ten zawiera:

−

wymagania wstępne, czyli wykaz niezbędnych umiejętności które powinieneś mieć
opanowane, aby przystąpić do realizacji tej jednostki modułowej.

−

cele kształcenia tej jednostki modułowej.

−

materiał nauczania, który umoŜliwia samodzielne przygotowanie się do wykonania
ć

wiczeń i zaliczenia sprawdzianów. Wskazuje literaturę oraz inne źródła informacji.

Obejmuje on równieŜ ćwiczenia, które zawierają:

−−−−

wykaz materiałów, narzędzi i sprzętu potrzebnych do realizacji ćwiczenia,

−−−−

pytania sprawdzające wiedzę potrzebną do wykonania ćwiczenia,

−−−−

sprawdzian teoretyczny,

−−−−

sprawdzian praktyczny,

−

przykład  zadania/ćwiczenia  oraz  zestaw  pytań  sprawdzających.  Twoje  opanowanie
wiedzy i umiejętności z zakresu całej jednostki. Zaliczenie tego ćwiczenia jest dowodem
osiągnięcia  umiejętności  praktycznych  określonych  w  tej  jednostce  modułowej.
Wykonując  sprawdzian  postępów  powinieneś  odpowiadać  na  pytanie  tak  lub  nie,  co
oznacza, Ŝe opanowałeś materiał albo nie.
JeŜeli masz trudności ze zrozumieniem tematu lub ćwiczenia, to poproś nauczyciela lub

instruktora o wyjaśnienie i ewentualne sprawdzenie, czy dobrze wykonujesz daną czynność.
Po przerobieniu materiału spróbuj zaliczyć sprawdzian z zakresu jednostki modułowej.

Bezpieczeństwo i higiena pracy

W czasie pobytu w pracowni musisz przestrzegać regulaminów, przepisów

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

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1. Prąd elektryczny

4.1.1. Materiał nauczania

Prądem elektrycznym w znaczeniu zjawiska fizycznego nazywamy zjawisko

uporządkowanego ruchu ładunków elektrycznych przez badany przekrój poprzeczny
ś

rodowiska pod działaniem pola elektrycznego.

Rys. 1. Ilustracja zjawiska przepływu prądu elektrycznego [1, s. 13].

Prądem elektrycznym w znaczeniu wielkości skalarnej nazywamy stosunek ładunku

elektrycznego (Q,

∆

q) przenoszonego przez cząsteczki naładowane do czasu (t,

∆

t) trwania

przepływu ładunku przez dany przekrój poprzeczny środowiska, a jego wartość nazywa się
natęŜeniem prądu elektrycznego, czyli:
–

dla prądu stałego

–

dla prądu zmiennego

Prąd elektryczny jest wielkością skalarną. Jednostką prądu elektrycznego jest 1 amper

(1 A = C/s). NatęŜenie będzie miało wartość 1 A, jeŜeli w czasie 1 s przez dowolny
poprzeczny przekrój przewodu przepłynie ładunek elektryczny równy 1 C.

NatęŜenie prądu jest wielkością podstawową, definiowaną jako stosunek ładunku

przepływającego przez przekrój poprzeczny przewodnika do czasu, w jakim on przepłynął.

gdzie:
I – natęŜenie prądu (w układzie SI w amperach – A)
q – przenoszony ładunek (w układzie SI w kulombach – C)
t – czas (w układzie SI w sekundach – s)

Jeden amper odpowiada prądowi przenoszącemu w ciągu jednej sekundy ładunek

jednego kulomba.

Jeden amper, to 1 kulomb na sekundę:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Umowny kierunek prądu przyjmuje się od bieguna dodatniego do ujemnego – tak jak

pokazuje to rysunek poniŜej.

Rys. 2. Umowny kierunek przepływu prądu [1, s. 15].

Rys. 3. Ilustracja kierunku przepływu prądu [1, s. 16].

JeŜeli prąd elektryczny w funkcji czasu nie ulega zmianie, to prąd taki nazywamy stałym

i oznaczamy I. JeŜeli prąd elektryczny w funkcji czasu zmienia swoją wartość (czyli jak
mówimy – natęŜenie prądu ulega zmianie), to prąd taki nazywamy prądem zmiennym.

Gęstością prądu elektrycznego nazywamy stosunek natęŜenia prądu I do przekroju

poprzecznego S przewodnika, przez który prąd płynie równomiernie. Gęstość prądu
oznaczamy przez J. Zgodnie z definicją

Jednostką gęstości prądu jest 1 amper na metr kwadratowy.
Prąd przewodzenia jest to prąd elektryczny polegający na przemieszczaniu się

elektronów swobodnych lub jonów w środowisku przewodzącym, pod wpływem pola
elektrycznego.

Prąd przesunięcia jest to prąd elektryczny występujący w dielektryku, polegający na

przemieszczaniu się ładunków dodatnich i ujemnych wewnątrz atomu bez naruszenia
struktury atomowej materii.

Prąd unoszenia, zwany teŜ prądem konwekcji, polega na ruchu ładunków elektrycznych

nie związanych z cząstkami elementarnymi środowiska, w którym te ładunki się poruszają

Napięcie jest róŜnicą potencjałów między dwoma punktami obwodu (układu).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 4. Ilustracja zjawiska napięcia elektrycznego [1, s. 17].

Napięcie (podobnie jak sam potencjał) w układzie SI mierzymy w woltach (V).

4.1.2. Pytania sprawdzające

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

1.  Jaka jest definicja prądu elektrycznego?
2.  Jaka jest definicja natęŜenia prądu elektrycznego?
3.  Jaka jest jednostka natęŜenia prądu elektrycznego?
4.  Od czego zaleŜy kierunek przepływu prądu elektrycznego?
5.  W jaki sposób definiuje się gęstość prądu elektrycznego?
6.  W jaki sposób definiuje się: prąd przewodzenia, prąd przesunięcia, prąd unoszenia?
7.  W jaki sposób definiuje się napięcie elektryczne?

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Oblicz, ile będzie wynosić napięcie między punktami A i B, jeŜeli potencjał jednego

punktu wynosi

= 5 V, a potencjał drugiego

= 12 V.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  wypisać załoŜenia do ćwiczenia,
2)  narysować rysunek do ćwiczenia,
3)  obliczyć napięcie między punktami A i B,
4)  zaprezentować efekty swojej pracy.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

przybory kreślarskie,

–

przybory do pisania,

–

kalkulator

–

notatnik,

–

literatura z rozdziału 6 dotycząca prądu elektrycznego.

Ćwiczenie 2

Oblicz, ile wynosi natęŜenie prądu elektrycznego i gęstość prądu w przewodzie

o przekroju S = 6 mm

, przez który przepływa 4

⋅

elektronów w czasie t = 2 s. Ładunek

elektronu e = -1,6

⋅

-19

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  wypisać załoŜenia do ćwiczenia,
2)  narysować rysunek do ćwiczenia,
3)  obliczyć gęstość prądu elektrycznego,
4)  obliczyć natęŜenie prądu elektrycznego,
5)  zaprezentować efekty swojej pracy.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

przybory kreślarskie,

–

przybory do pisania,

–

notatnik,

–

literatura z rozdziału 6 dotycząca prądu elektrycznego.

4.1.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) zdefiniować pojęcie prądu elektrycznego?

2) zdefiniować pojęcie natęŜenia prądu elektrycznego?

3) podać jednostkę natęŜenia prądu elektrycznego?

4) wyjaśnić od czego zaleŜy kierunek przepływu prądu elektrycznego?

5) zdefiniować pojęcie gęstości prądu elektrycznego?

6) zdefiniowac pojęcia: prąd przewodzenia, przesunięcia i unoszenia?

7) zdefiniowac pojęcie napięcia elektrycznego?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2.

Pole magnetyczne i elektromagnetyzm

4.2.1. Materiał nauczania

Pole magnetyczne jest przestrzenią, w której siły działają na poruszające się ładunki

elektryczne, a takŜe na ciała mające moment magnetyczny niezaleŜnie od ich ruchu. Pole
magnetyczne jest obok pola elektrycznego przejawem pola elektromagnetycznego.
W zaleŜności od opisu (obserwatora), to samo zjawisko moŜe być opisywane jako objaw pola
elektrycznego, magnetycznego lub obu.

Pole magnetyczne jest polem wektorowym. Wielkości fizyczne uŜywane do opisu pola

magnetycznego to indukcja magnetyczna B oraz natęŜenie pola magnetycznego H (te dwie
wielkości są powiązane ze sobą poprzez przenikalność magnetyczną).

Obrazowo pole magnetyczne przedstawia się jako linie pola magnetycznego. Kierunek

pola określa ustawienie igły magnetycznej lub obwodu, w którym płynie prąd elektryczny.

Siła działająca na przewód z prądem umieszczony w polu magnetycznym

F = BIL

gdzie:
B – indukcja magnetyczna [T],
I – nateŜenie prądu elektrycznego [a],
l – długośc przewodu [m]

[T]

Indukcja magnetyczna jest podstawową wielkością charakteryzującą pole magnetyczne.

Określa ona intensywność pola magnetycznego.

Reguła prawej dłoni.
JeŜeli prawą rękę połoŜymy na solenoidzie tak, aby cztery palce obejmowały solenoid

i były zwrócone zgodnie ze zwrotem prądu, to odchylony kciuk wskazuje zwrot linii pola
wewnątrz solenoidu.

Rys. 5. Ilustracja zaleŜności F = F (I, l, B) [7, s. 23].

Indukcją magnetyczną B nazywamy wielkość, której wartość jest równa sile, z jaką pole

działa na przewodnik o długości l, przez który płynie prąd o natęŜeniu I.

Z wektorem indukcji B kojarzymy:

1. pojęcie linii indukcji magnetycznej (linia indukcji jest w kaŜdym swym punkcie styczna

do kierunku linii B)

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 6. Linie indukcji magnetycznej [7, s. 23].

2. gęstość linii indukcji (przez jednostkę powierzchni prostopadła do B, przechodzi tyle

linii, ile wynosi wartość liczbowa na tej powierzchni)

Rys. 7. Powierzchnia prostopadła do wektora B [7, s. 24].

Strumień indukcji Φ
Strumieniem magnetycznym nazywamy iloczyn indukcji magnetycznej B przez pole

powierzchni S.

[ ] [1

] [1

]

B s

T m

Φ = ⋅

Φ =

⋅

Działanie pola magnetycznego na przewodnik z prądem
Na podstawie badań ustalono, Ŝe siła elektrodynamiczna zaleŜy od kąta pomiędzy

przewodnikiem, a kierunkiem linii sił pola.

I l

= ⋅ ×

w zapisie algebraicznym otrzymujemy:

sin

I l B

= ⋅ ⋅ ⋅

r r

Cechy siły elektrodynamicznej

a) punkt przyłoŜenia – w przewodniku

b) kierunek – prostopadły do płaszczyzny wyznaczonej przez wektory

Bil

c) zwrot – reguła lewej dłoni

d) wartość –

sin

I l B

= ⋅ ⋅ ⋅

Rys. 8. Siła elektrodynamiczna F [7, s. 24].

s = 1m

B = 3T

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Reguła lewej dłoni
JeŜeli lewą dłoń ustawimy w ten sposób, Ŝe 4 palce wskazują kierunek prądu, dłoń

obrócimy tak, aby linie pola wchodziły w nią, to odchylony kciuk wskaŜe kierunek i zwrot
siły F.

Rys. 9. Reguła lewej dłoni [7, s. 25].

Indukcja elektromagnetyczna
Zjawisko indukcji polega na powstaniu prądu elektrycznego kosztem oddziaływania

magnetycznego. Przyczyną powstawania w przewodniku prądu jest zmiana strumienia
magnetycznego.

Rys. 10. Ilustracja zjawiska indukcji elektromagnetycznej [7, s. 26].

Kierunek prądu indukcyjnego ustala się stosując regułę Lenza.
Kierunek prądu indukcyjnego jest taki, Ŝe własny strumień magnetyczny przeszkadza

zmianom strumienia magnetycznego, dzięki któremu powstał.

Rys. 11. Ilustracja reguły Lenza [7, s. 26].

– strumień pierwotny

w –

strumień wtórny

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

rośnie, więc w przewodniku popłynie prąd, w takim kierunku, aby wytworzony przez

niego strumień Φ

nie pozwalał wzrastać Φ

Rys. 12. Ilustracja reguły Lenza [7, s. 27].

NatęŜenie pola magnetycznego – to wielkość wektorowa charakteryzująca pole

magnetyczne. Jego jednostką w układzie SI jest A/m (amper na metr).

NatęŜenie pola magnetycznego jest wielkością charakteryzującą pole magnetyczne

niezaleŜną od własności materiału – wartością zaleŜną jest natomiast indukcja magnetyczna.
µ

– przenikalność magnetyczna ośrodka, wyraŜona w henrach na metr.

Dla cewki bez rdzenia, dla której długość jest duŜo większa niŜ jej średnica natęŜenie

pola magnetycznego w środku geometrycznym cewki wynosi:

gdzie:
H – natęŜenie pola [A/m],
N – liczba zwojów cewki (wielkość bezwymiarowa),
I – natęŜenie prądu elektrycznego płynącego przez cewkę [A],
l – długość cewki [m].

4.2.2. Pytania sprawdzające

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

1.  Jak brzmi definicja pola magnetycznego?
2.  W jaki sposób definiuje się indukcję magnetyczną?
3.  Jaką  zaleŜnością  określamy  siłę  F  działająca  na  przewodnik  z  prądem  umieszczony

w polu magnetycznym?

4.  Jak brzmi definicja natęŜenia pola magnetycznego?
5.  Jak brzmi reguła lewej dłoni?
6.  Jak brzmi reguła prawej dłoni?
7.  W jaki sposób powstaje zjawisko indukcji elektromagnetycznej?

4.2.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Oblicz, ile wynosi wartość wektora indukcji magnetycznej w odległości 5 cm od

prostoliniowego przewodnika, przez który płynie prąd o natęŜeniu 5 A?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  odszukać odpowiednie określenia dotyczące indukcji magnetycznej,
2)  odszukać odpowiednie wzory dotyczące indukcji magnetycznej,
3)  wykonać obliczenia indukcji magnetycznej,
4)  przeanalizować otrzymany wynik,
5)  zaprezentować wynik otrzymanego ćwiczenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy

−−−−

przybory do pisania,

−−−−

kalkulator,

−−−−

notatnik,

−−−−

literatura z rozdziału 6 dotycząca pola magnetycznego i elektromagnetyzmu.

Ćwiczenie 2

Przez prosty przewód o długości 10 cm, umieszczony prostopadle do linii pola

magnetycznego o indukcji o wartości 20 mT, płynie prąd o natęŜeniu 1 A. Oblicz wartość siły
działającej na ten przewód?

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) odszukać odpowiednie określenia dotyczące siły działającej na przewód z prądem

umieszczony w polu magnetycznym,

2) odszukać odpowiednie wzory dotyczące siły działającej na przewód z prądem

umieszczony w polu magnetycznym,

3)  wykonać obliczenia,
4)  przeanalizować otrzymany wynik,
5)  zaprezentować efekt swojej pracy.

WyposaŜenie stanowiska pracy

–

przybory do pisania,

–

kalkulator,

–

notatnik,

–

literatura z rozdziału 6 dotycząca pola magnetycznego i elektromagnetyzmu.

Ćwiczenie 3

Pole magnetyczne o indukcji 0,2 T jest ustawione prostopadle do płaszczyzny rysunku ze

zwrotem  skierowanym  za  płaszczyznę  rysunku.  W  tym  polu  wisi  poziomo  przewodnik
o masie  0,5  kg  i  długości  1  m.  Oblicz  natęŜenie  prądu,  jakie  naleŜy  przepuścić  przez
przewodnik,  aby  naciąg  nici  zmniejszył  się  dwukrotnie  w  stosunku  do  naciągu  wywołanego
cięŜarem przewodnika.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  odszukać odpowiednie określenia dotyczące natęŜenia prądu w polu magnetycznym,
2)  odszukać odpowiednie wzory dotyczące natęŜenia prądu w polu magnetycznym,
3)  wykonać obliczenia,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4) przeanalizować otrzymany wynik,
5) zaprezentować efekt swojej pracy.

WyposaŜenie stanowiska pracy

−−−−

przybory do pisania,

−−−−

kalkulator,

−−−−

notatnik,

−−−−

literatura z rozdziału 6 dotycząca pola magnetycznego i elektromagnetyzmu.

4.2.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak Nie

1) zdefiniować pojęcie pola magnetycznego?

2) zdefiniować pojęcie indukcji magnetycznej?

3) zdefiniować pojęcie natęŜenia pola magnetycznego?

4) podać regułę lewej dłoni?

5) omówić zjawisko indukcji elektromagnetycznej?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3. Podstawowe elementy i układy elektryczne

4.3.1. Materiał nauczania

Obwodem elektrycznym nazywamy zespół połączonych z sobą elementów

umoŜliwiający zamknięty obieg prądu.

Schemat elektryczny jest odzwierciedleniem graficznym obwodu i wskazuje sposób

połączenia z sobą jego elementów, w postaci umownych symboli. W schemacie elektrycznym
wyróŜniamy:

−

elementy,

−

węzły,

−

gałęzie,

−

oczka.
Elementem obwodu elektrycznego nazywamy część obwodu niepodzielną pod

względem funkcjonalnym bez utraty cech charakterystycznych, mającą wyprowadzone na
zewnątrz końcówki (zaciski).

Węzłem obwodu elektrycznego nazywamy punkt, w którym schodzą się co najmniej trzy

prądy.

Gałęzią obwodu elektrycznego nazywamy taki odcinek obwodu zawarty między

sąsiednimi węzłami, w którym prąd ma tę samą wartość.

Oczkiem obwodu elektrycznego nazywamy połączenie gałęzi tworzące kontur

zamknięty, w którego środku nie ma Ŝadnej gałęzi.

Konturem obwodu elektrycznego nazywamy dowolny zamknięty obwód zawierający

w swoim wnętrzu gałęzie. Kontur z rysunku zawiera trzy oczka, które są szczególnym
przypadkiem konturu.

Schematem geometrycznym lub grafem obwodu elektrycznego nazywamy

uproszczony schemat obwodu, w którym nie wyróŜnia się poszczególnych elementów,
a gałęzie zastępuje się odcinkami prostoliniowymi lub łukami połączonymi z sobą w węzłach.

Ze względu na liczbę oczek obwody elektryczne dzielimy na:

−

nierozgałęzione – obwód zawierający tyko jedno oczko,

−

rozgałęzione – obwód zawierający dwa lub więcej oczek.
Elementy obwodu dzielimy:

–

ze względu na liczbę końcówek na:

−

elementy dwubiegunowe (dwójniki) – posiadające dwa zaciski o ustalonej kolejności np.:
akumulator, ogniwo, opornik itp.

−

element czterobiegunowy (czwórniki) – posiadające cztery zaciski o ustalonej kolejności.
Czwórnik ma równe prądy wejściowe i wyjściowe np.: filtr, prostownik, transformator.
Ze względów energetycznych dzielimy na:

−

aktywne (czynne) – zdolne do wytwarzania energii elektrycznej (akumulatory, ogniwa)

−

pasywne (bierne) – zdolne tylko do pobierania energii elektrycznej i zamiany jej na inne
formy energii.
Ze względu na charakterystykę prądowo – napięciową dzielimy na:

−

liniowe.

−

nieliniowe.
W skład obwodu elektrycznego wchodzą:

–

elementy źródłowe, nazywane teŜ elementami aktywnymi (czynnymi),

–

elementy odbiorcze, nazywane teŜ elementami pasywnymi (biernymi).
W schemacie obwodu elektrycznego źródła energii elektrycznej oznaczamy równieŜ za

pomocą znormalizowanych symboli graficznych (rys. 14).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 13. Symbole graficzne źródeł: a) symbol ogólny źródła napięcia; b) symbol ogniwa i akumulatora [1, s. 25].

Końcówki elementu źródłowego słuŜące do połączenia z innymi elementami

bezpośrednio lub za pomocą przewodów nazywamy zaciskami. Jeden z zacisków źródła
napięcia stałego ma potencjał wyŜszy i jest to tzw. biegun dodatni, oznaczony (+), a drugi ma
potencjał niŜszy i jest to tzw. biegun ujemny, oznaczony (-).

RóŜnice potencjałów między zaciskami źródła napięcia, w warunkach, gdy źródło to nie

dostarcza energii elektrycznej, nazywamy siłą elektromotoryczną lub napięciem źródłowym
i oznaczamy przez E. Biegunowość źródła oznaczamy za pomocą strzałki, której grot
wskazuje biegun (+). W źródłach elektrochemicznych kreska dłuŜsza oznacza biegun (+),
a kreska krótsza oznacza biegun (-). Elementami odbiorczymi, czyli pasywnymi są:

−

rezystory, w których podczas przepływu prądu zachodzi nieodwracalny proces
przekształcenia energii elektrycznej w energię cieplną.

−

cewki i kondensatory, w których energia gromadzi się odpowiednio w postaci energii
pola magnetycznego cewki energii pola elektrycznego kondensatora.

−

róŜnego  rodzaju  przetworniki  energii  elektrycznej  w  energię  mechaniczną  (silniki
elektryczne),  chemiczną  (np.  elektroliza),  świetlną  (promieniowanie  wyładowcze
w gazie) itp.
Ponadto  na  schemacie  obwodu  elektrycznego  nanosimy  niekiedy  elementy  pomocnicze,

np.  przewody  łączące,  wyłączniki,  przełączniki,  elementy  prostownicze  lub  róŜnego  rodzaju
przyrządy pomiarowe słuŜące do pomiaru prądu (amperomierz), napięcia (woltomierz), mocy
(watomierz),  energii  elektrycznej  (licznik).  Symbole  graficzne  niektórych  elementów
odbiorczych  oraz  elementów  pomocniczych  przedstawiono  na  rysunku  15.  Element,  którego
własności  nie  zaleŜą  od  biegunowości  napięcia  występującego  na  jego  zaciskach  i  od
kierunku  przepływu  prądu,  nazywamy  elementem  symetrycznym.  Przykładem  elementu
symetrycznego  jest  rezystor  drutowy.  Przykładem  elementu  niesymetrycznego  jest  dioda,
której  rezystancja  przy  określonej  biegunowości  napięcia  jest  bliska  zeru,  a  przy  przeciwnej
biegunowości napięcia jest bliska nieskończoności.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  przerysować schemat obwodu elektrycznego do zeszytu,
2)  wypisać oznaczenia symboli zastosowanych w schemacie elektrycznym,
3)  nazwać wypisane symbole elementów,
4)  zaprezentować symbole na tablicy.

WyposaŜenie stanowiska pracy

−−−−

przybory do pisania,

−−−−

przybory kreślarskie,

−−−−

notatnik,

−−−−

literatura z rozdziału 6 dotycząca podstawowych elementów i układów elektrycznych.

Ćwiczenie 2

Mając dany schemat elektryczny urządzenia dzwonkowego przedstawionego na rysunku

poniŜej wypisz elementy i symbole zastosowane w tym schemacie. Zaprezentuj symbole
elementów obwodów elektrycznych na tablicy.

Rys. 1 do ćwiczenia 2. Schemat elektryczny dzwonka: 1 – styki S zwarte, młoteczek H oddalony od klosza

dzwonka B

, 2 – styki S rozwarte, młoteczek uderza w klosz [11].

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  przerysować schemat obwodu elektrycznego do notatnika,
2)  wypisać oznaczenia symboli zastosowanych w schemacie elektrycznym,
3)  nazwać wypisane symbole elementów,
4)  zaprezentować symbole na tablicy,

WyposaŜenie stanowiska pracy

−−−−

przybory do pisania,

−−−−

przybory kreślarskie,

−−−−

notatnik,

−−−−

literatura z rozdziału 6 dotycząca podstawowych elementów i układów elektrycznych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak Nie

1) zdefiniować pojęcie obwodu elektrycznego?

2) zdefiniować pojęcie schematu elektrycznego?

3) zdefiniować pojęcie węzła, oczka i konturu obwodu elektrycznego?

4) narysować podstawowe symbole elektryczne?

5) wymienić podstawowe symbole elektryczne?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4. Obwody elektryczne prądu stałego i przemiennego

4.4.1.

Materiał nauczania

Opornik

Opornik idealny, zwany równieŜ rezystorem, jest elementem, w którym zachodzi jedynie

proces  rozpraszania  energii  (nie  zachodzą  procesy  wytwarzania  ani  akumulacji  energii).
Parametrem  charakteryzującym  opornik  idealny  jest  rezystancja  R.  Rezystancja  opornika
liniowego  jest  stała.  Rezystancja  jednorodnego  przewodnika  o  stałym  przekroju  jest  wprost
proporcjonalna  do  długości  przewodnika  l,  odwrotnie  proporcjonalna  do  pola  przekroju
S i zaleŜy  od  przewodności  właściwej  materiału

, która charakteryzuje materiały pod

względem przewodnictwa elektrycznego.

gdzie:
l – długość przewodnika,
S – pole przekroju przewodnika,
γ

– przewodność właściwa materiału.

Źródła energii
Źródło napięcia

ródło energii o postaci szeregowego połączenia idealnego źródła napięcia i rezystancji

zwanej rezystancją wewnętrzną nazywany rzeczywistym źródłem napięciowym. Idealnym
ź

ródłem napięcia nazywamy źródło energii mające rezystancję wewnętrzną równą zeru.

RóŜnica potencjałów biegunów idealnego źródła nazywana jest napięciem źródłowym E.

−

Rys. 15. Źródło napięcia i jego charakterystyka [4, s. 45].

Źródło prądu

ródło energii o postaci równoległego połączenia idealnego źródła prądu i rezystancji

nazywamy rzeczywistym źródłem prądu. Idealnym źródłem prądu nazywamy element obwodu
elektrycznego dostarczający prąd o stałym natęŜeniu. Rezystancja wewnętrzna idealnego
ź

ródła prądu jest nieskończenie duŜa.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 16. Źródło prądu [4, s. 46].

Właściwości szeregowego połączenia oporników

−

przez cały układ i przez kaŜdy z oporników płynie prąd o takim samym natęŜeniu I,

−

całkowity spadek potencjału (U) jest sumą spadków na poszczególnych oporach
(odpowiednio U

i U

Dzieląc powyŜsze równanie przez

i zauwaŜając, Ŝe

, otrzymujemy:

czyli

Opór zastępczy dwóch oporników połączonych szeregowo jest sumą ich oporów.

Rys. 17. Szeregowe połączenie oporników [4, s. 47].

Właściwości równoległego połączenie oporników

−

do całego układu dołączone zostało napięcie U i to samo napięcie przyłoŜone jest do
kaŜdego z oporników,

−

natęŜenie prądu płynącego przez układ (I) jest sumą natęŜeń płynących przez
poszczególne oporniki (odpowiednio I

i I

= +

Dzieląc równanie przez U i zauwaŜając, Ŝe

, dostajemy:

czyli

Odwrotność oporu zastępczego

R dwóch oporników połączonych równolegle jest sumą

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

odwrotności ich oporów, czyli

Ze wzoru powyŜszego moŜemy takŜe wprost wyrazić R. Dodajemy ułamki po prawej

stronie wzoru

R R

i odwracamy wynik

R R

Rys. 18. Równoległe połączenie oporników [4, s. 48].

Prawo Ohma

Napięcie U mierzone na końcach przewodnika o rezystancji R podczas przepływu prądu I

jest równe iloczynowi rezystancji i prądu.

U = RI

gdzie:
U – napięcie elektryczne [V],
R – rezystancja [Ω]
I – natęŜenie prądu elektrycznego [A]

gdzie:
G – kondunktancja [S]
S – pole przekroju przewodnika[m]

Rys. 19. Charakterystyki prądowo napięciowa przewodnika: a) nie spełniającego prawo Ohma; b) spełniającego

prawo Ohma [4, s. 50].

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

I prawo Kirchhoffa
Pierwsze prawo Kirchhoffa, dotyczące bilansu prądów w węźle obwodu elektrycznego prądu
stałego, jest następujące: dla kaŜdego węzła obwodu elektrycznego prądu stałego suma
algebraiczna prądów jest równa zeru.

∑

Suma natęŜeń prądów wpływających do rozgałęzienia, równa jest sumie natęŜeń prądów

wypływających z tego rozgałęzienia.
II prawo Kichhoffa
Drugie  prawo  Kirchhoffa  dotyczące  bilansu  napięć  w  oczku  obwodu  elektrycznego  prądu
stałego,  jest  następująca:  w  dowolnym  oczku  obwodu  elektrycznego  prądu  stałego  suma
algebraiczna  napięć  źródłowych  oraz  suma  algebraiczna  napięć  odbiornikowych
występujących na rezystancjach rozpatrywanego oczka jest równa zeru.

∑

Praca i moc prądu elektrycznego zmiennego.

Moc :

cos

Praca :

cos

UIT

gdzie:
U- napięcie skuteczne,
U

– maksymalna wartość napięcia,

I – natęŜenie skuteczne prądu elektrycznego,
I

– maksymalne natęŜenie prądu elektrycznego,

T – czas;
φ

– kąt przesunięcia fazowego

Obwód RL

Rys. 20. Obwód RL [8, s. 78].

Obwód składa się ze źródła prądu, Ŝarówki i opornika. Sumaryczny opór Ŝarówki

i opornika wynosi R

Wypadkowy opór obwodu

gdzie:

– reaktancja indukcyjna,

– prędkość kątowa,

Z – impedancja;

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Obwód RC

Rys. 21. Obwód RC [8, s. 79].

Obwód składa się ze źródła prądu, Ŝarówki i kondensatora. Opór Ŝarówki wynosi R. Opór
pozorny (nie wydziela się na nim ciepło) pojemnościowy kondensatora wynosi X

. Opór

pozorny pojemnościowy:

wypadkowy opór obwodu:

gdzie:ε

– siła elektromotoryczna ogniwa,

C – pojemność kondensatora,
X

– reaktancja pojemnościowa,

Obwód RLC

Rys. 22. Obwód RLC [8, s. 92].

Obwód taki buduje się, aby zniwelować działanie oporu pozornego. Zakładamy, Ŝe X

Obwód składa się ze źródła prądu, Ŝarówki, zwojnicy i kondensatora. Sumaryczny opór
Ŝ

arówki i zwojnicy wynosi R. Opór pozorny (nie wydziela się na nim ciepło) pojemnościowy

kondensatora wynosi X

Opór pozorny pojemnościowy:

Opór indukcyjny zwojnicy:

Z – wypadkowy opór obwodu:

)

(

−

gdzie:

C – pojemność kondensatora,
X

– opór pozorny pojemnościowy,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4.2. Pytania sprawdzające

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

1.  Jakie są właściwości szeregowego połączenia oporników?
2.  Jakie są właściwości równoległego połączenia oporników?
3.  Jak brzmi prawo Ohma?
4.  Jak brzmi I prawo Kirchhoffa?
5.  Jak brzmi II prawo Kirchhoffa?
6.  Jaka jest definicja źródła napięcia?
7.  Jaka jest definicja źródła prądu?
8.  Jaka jest definicja prądu zmiennego i przemiennego?
9.  Jaka jest zaleŜność określająca natęŜenie skuteczne?
10.  Jaka jest zaleŜność określająca napięcie skuteczne?
11.  Jaka jest zaleŜność określająca moc i pracę prądu elektrycznego?
12.  Jakie są właściwości szeregowego obwodu RL?
13.  Jakie są właściwości szeregowego obwodu RC?
14.  Jakie są właściwości obwodu szeregowego RLC?

4.4.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Mając dany schemat pomiarowy oraz tabele przedstawione poniŜej sprawdź prawo

Ohma. Przedstaw otrzymane wyniki oraz dokonaj ich analizy.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  sporządzić wykaz aparatury dotyczący ćwiczenia,
2)  połączyć układy pomiarowe dotyczące ćwiczenia,
3)  dokonać niezbędnych obliczeń dla potrzeb ćwiczenia,
4)  sporządzić wykres,
5)  przeprowadzić analizę wyników,
6)  wyciągnąć wnioski z przeprowadzonego ćwiczenia,
7)  zaprezentować efekt swojej pracy.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

przybory kreślarskie,

−

przybory do pisania,

−

aparatura kontrolno-pomiarowa,

−

notatnik,

−

literatura z rozdziału 6 dotycząca obwodów elektrycznych prądu stałego i przemiennego.

                           U          Rs                                                              Ro

Rys. 1 do ćwiczenia 1. Schemat układu pomiarowego do ćwiczenia [opracowanie własne].

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Tabela 1 do ćwiecznia 1. Tabela obliczeniowa do schematu pomiarowego przedstawionego na rysunku 1

[opracowanie własne].

V/dz

A/dz

Ω

V/dz

A/dz

Ω

Rśr

Charakterystyka I = f(U):

R1 = ..... . [Ω]                R2 = ..... . [Ω]




                           U          Rs

Rys. 2 do ćwiczenia 1. Schemat układu pomiarowego do ćwiczenia [opracowanie własne].

Tabela 2 do ćwiczenia 1. Tabela obliczeniowa do schematu pomiarowego przedstawionego na rysunku 2

[opracowanie własne].

Lp.

V/dz

A/dz

Ω

Rśr.

Charakterystyka I = f(U)

Ćwiczenie 2

Dwa rezystory o rezystancjach R

= 20 Ω i R

= 40 Ω połączono szeregowo włączając do

ródła o napięciu U = 12 V. Oblicz rezystancję zastępczą obwodu oraz spadki napięcia na

poszczególnych rezystorach.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  wypisać załoŜenia do zadania,
2)  wypisać wielkości szukane do zadania,
3)  narysować poglądowy rysunek do zadania,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4)  dokonać niezbędnych obliczeń,
5)  przeprowadzić analizę wyników,
6)  wyciągnąć wnioski z przeprowadzonego ćwiczenia,
7)  zaprezentować efekt swojej pracy.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

przybory do pisania,

–

przybory kreślarskie,

–

notatnik,

–

literatura z rozdziału 6 dotycząca obwodów elektrycznych prądu stałego i przemiennego.

Ćwiczenie 3

Do obwodu składającego się z czterech rezystorów połączonych szeregowo

doprowadzono napięcie U = 220 V. Obliczyć rezystancję zastępczą obwodu, prąd
w obwodzie i spadki napięcia na poszczególnych rezystorach, jeŜeli R

= 8 Ω, R

= 16 Ω,

= 10 Ω, R

= 21 Ω.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  wypisać załoŜenia do zadania,
2)  wypisać wielkości szukane do zadania,
3)  narysować poglądowy rysunek do zadania,
4)  dokonać niezbędnych obliczeń,
5)  przeprowadzić analizę wyników,
6)  wyciągnąć wnioski z przeprowadzonego ćwiczenia,
7)  zaprezentować efekt swojej pracy.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

przybory do pisania,

–

przybory kreślarskie,

–

notatnik,

–

literatura z rozdziału 6 dotycząca obwodów elektrycznych prądu stałego i przemiennego.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak Nie

zdefiniować pojęcie obwodu elektrycznego?

wyjaśnić pojęcie schematu elektrycznego?

wyjaśnić pojęcia element obwodu elektrycznego, węzeł?

wyjaśnić pojęcie obwodu elektrycznego, gałąź obwodu, kontur
obwodu elektrycznego?

podać klasyfikację obwodów elektrycznych?

określić właściwości szeregowego połączenia oporników?

określić właściwości równoległego połączenia oporników?

podać prawo Ohma?

podać I i II prawo Kirchhoffa?

10)

omówić źródło napięcia i prądu?

11)

zdefiniować pojęcie prądu zmiennego i przemiennego?

12)

podać zaleŜność określającą natęŜenie skuteczne?

13)

podać zaleŜność określającą napięcie skuteczne?

14)

podać zaleŜność na moc i pracę prądu elektrycznego?

15)

omówić obwód RL szeregowy?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.5. Wykorzystanie schematów i instrukcji

4.5.1. Materiał nauczania

Umiejętność prawidłowego odczytywania schematów elektrycznych jest zasadniczym

czynnikiem  prawidłowej  eksploatacji  urządzeń  sterowniczych.  W  schematach  odróŜnia  się
obwody główne i pomocnicze. Obwody główne to obwody duŜej mocy zasilające odbiorniki.
Obwody  pomocnicze,  zwane  równieŜ  wtórnymi,  spełniają  dodatkowe  funkcje  na  rzecz
obwodów  głównych  lub  przewidziane  są  do  wykonywania  samodzielnych  zadań  w  zakresie
pomiarów,  sygnalizacji,  automatyki  itp.  Obwody  pomocnicze  zasilane  są  bądź  z  obwodów
głównych, bądź z innych źródeł energii prądu przemiennego lub prądu stałego.

Schematy elektroniczne dzieli się na dwie podstawowe grupy:
a) schematy ideowe,
b) schematy wykonawcze (montaŜowe).
Schemat ideowy prezentuje układ połączeń urządzenia przedstawiając przede wszystkim

działanie funkcjonalne układu bez uwzględniania elementów spełniających funkcje
pomocnicze i dodatkowe.

W dokumentach urządzeń sterowniczych i sygnalizacyjnych stosuje się przewaŜnie trzy

podstawowe rodzaje schematów ideowych: schemat funkcjonalny, schemat zasadniczy oraz
schemat blokowy.

Schemat funkcjonalny określa funkcjonalne zaleŜności technologiczne lub elektryczne

między elementami lub członami układu.

Schemat zasadniczy, zwany równieŜ schematem rozwiniętym, przedstawia powiązanie

obwodów głównych z obwodami wtórnymi oraz pokazuje szczegółowe zasady działania
układu elektrycznego.

Schemat blokowy zwany równieŜ schematem strukturalnym, przedstawia w sposób

uproszczony funkcjonalne człony układu. Schemat blokowy rysowany jest w postaci bloków
i torów sygnałowych bez wnikania w sposób rozwiązywania schematu elektrycznego.

Schemat wykonawczy zwany równieŜ schematem montaŜowym (lub roboczym)

przedstawia graficznie układ połączeń wewnątrz lub na zewnątrz urządzenia. Na schematach
wykonawczych wykazuje się konkretne połączenia między aparatami, z uwzględnieniem
przybliŜonego, przestrzennego rozmieszczenia tych aparatów.

Zgodnie z ogólnie przyjętą zasadą symbole naleŜy rysować w stanie:

−

beznapięciowym,

−

w którym dany element nie jest pobudzony przez siłę zewnętrzną np. nacisk
mechaniczny.
Symbole graficzne, najczęściej stosowane w schematach elektronicznych podane są

w tabeli 1.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Tabela 1

Symbole graficzne najczęściej stosowane w schematach [11].

Lp.

Nazwa

Symbol

Zestyk łącznika

a) zwierny (normalnie otwarty)

b) rozwierny (normalnie zamknięty)

c) przełączany

d) zwierny o napędzie ręcznym

e) rozwierny o napędzie ręcznym

f) zwierny o napędzie ręcznym z samoczynnym
powrotem (przycisk)

g) rozwierny o napędzie ręcznym z samoczynnym

powrotem (przycisk)

Zestyk przekaźnika o opóźnionym działaniu (zwłoczny)

a) zwierny ze zwłoką przy zamykaniu

b) zwierny ze zwłoką przy otwieraniu

c) zwierny ze zwłoką przy otwieraniu i zamykaniu

d) rozwierny ze zwłoką przy zamykaniu

e) rozwierny ze zwłoką przy otwieraniu

f) rozwierny ze zwłoką przy otwieraniu i zamykaniu

Zestyk rozwierny przekaźnika cieplnego

Łącznik trójbiegunowy

Cewka przekaźnika, stycznika

a) symbol ogólny (cewka stycznika narysowana jest

grubszą linia niŜ cewka przekaźnika)

b) cewka prądu przemiennego

c) cewka prądowa

d) cewka napięciowa

e) cewka przekaźnika nadprądowego

f) cewka przekaźnika podnapięciowego

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Cewka przekaźnika zwłocznego

a) ze zwłoką przy wzbudzaniu

b) ze zwłoką przy odwzbudzaniu

c) ze zwłoką przy wzbudzaniu i odwzbudzaniu

Cewka przekaźnika spolaryzowanego (biegunowego)

Organ napędowy przekaźnika cieplnego

Zabezpieczenie nadprądowo-cieplne

10.

Bezpiecznik topikowy

11.

Dzwonek

12.

Lampka sygnalizacyjna

a) symbol ogólny

c) neonówka

13.

Rezystor stały

14.

Rezystor nastawny

15.

Silnik
a) symbol ogólny

b) na prąd przemienny

c) asynchroniczny trójfazowy o wirniku zwartym

d) asynchroniczny trójfazowy o wirniku pierścieniowym

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rysując lub korzystając ze schematów naleŜy pamiętać, Ŝe:

−

układy elektryczne przedstawione są w stanie spoczynkowym, bezprądowym. Zestyk
zwierny przedstawia się zawsze jako zestyk otwarty a zestyk rozwierny jako zestyk
zamkniętym,

−

schematy połączeń muszą być wzajemnie kompatybilne. Oznacza to, Ŝe poszczególne
elementy na tych schematach musza być w jednakowy sposób oznaczane,

−

naleŜy dokładnie oznaczać zaciski przyłączeniowe.
Kolejnym elementem mającym znaczenie dla prawidłowego funkcjonowania urządzenia

jest  jego  instrukcja  lub  dokumentacja  techniczno  ruchowa  (DTR).  W  dokumentacji
techniczno-ruchowej  zawarte  są  podstawowe  informacje  dotyczące  eksploatacji  urządzenia.
Zawarte  są  ponadto  informacje  dotyczące  przyczyn  niesprawności  urządzenia,  podstawowe
parametry eksploatacyjne urządzenia, rysunki i schematy.

Do dokumentacji technicznej zalicza się:

−

projekt techniczny,

−

dokumentacje techniczną dostarczaną przez wytwórcę urządzenia,

−

dokumentację eksploatacyjną.
Dokumentacja fabryczna zawiera:

−

rysunku konstrukcyjne, montaŜowe i zestawieniowe,

−

karty gwarancyjne,

−

fabryczne instrukcje obsługi.
Dokumentacja eksploatacyjna obejmuje:

−

dokumenty przyjęcia urządzenia do eksploatacji,

−

instrukcje eksploatacji urządzeń,

−

ksiąŜki, raporty lub karty pracy urządzeń,

−

dokumenty dotyczące oględzin, przeglądów, konserwacji, napraw i remontów urządzeń,

−

protokoły zawierające wyniki prób i pomiarów,

−

dokumenty dotyczące rodzaju i zakresu uszkodzeń i napraw,

−

wykazy niezbędnych części zamiennych i specjalnych narzędzi.
Instrukcja urządzenia powinna składać się z części ogólnej i części szczegółowej.

Część ogólna instrukcji powinna zawierać następujące informacje:

−

przedmiot instrukcji – tu powinna być podana informacja jakiego urządzenia dotyczy
opracowana instrukcja, dla jakiego personelu jest przeznaczona i o jakich kwalifikacjach,

−

podstawę opracowania instrukcji – w tej części naleŜy podać przepisy szczegółowe,
dokumentację fabryczną, dokumenty potwierdzające przyjęcie urządzenia do eksploatacji,

−

klauzulę zatwierdzającą instrukcję do stosowania z podaniem imienia i nazwiska
z podpisem osoby, która instrukcję zatwierdziła i wprowadziła jako obowiązującą do
eksploatacji.
Część szczegółowa instrukcji powinna zawierać:

a) ogólną charakterystykę urządzenia określającą:

−

przeznaczenie urządzenia,

−

podstawowe parametry (moc, napięcie),

−

układ połączeń z opisaną aparaturą i wielkościami zabezpieczeń;

b) obsługę urządzenia z określeniem:

−

czynności związanych z uruchomieniem urządzenia i zatrzymaniem urządzenia przy
pracy normalnej i awaryjnej,

−

zasady postępowania w razie awarii, poŜaru lub innych zakłóceń w pracy urządzeń,

−

obowiązków osób obsługi, określających zakres tych obowiązków i uprawnień,

−

sposobu prowadzenia zapisów czynności ruchowych, odczytówwskazań przyrządów
kontrolno-pomiarowych z podaniem ich terminów,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

c) wymagania w zakresie konserwacji urządzenia określające:

−

zakres i termin planowanych oględzin, przeglądów, prób i badań oraz prac
kontrolno-pomiarowych (w tym ochrony przeciwporaŜeniowej),

−

zasady kwalifikowania urządzenia do remontu.

d) zakres wymagań dotyczących ochrony przed poraŜeniem, wybuchem, poŜarem i inne

wymagania w zakresie bhp, takie jak:

−

bezpieczne wykonywanie prac planowych,

−

rodzaj stosowanego sprzętu ochronnego,

−

sposób i rodzaj uŜywanego sprzętu przeciwpoŜarowego w przypadku wystąpienia
poŜaru.

4.5.2. Pytania sprawdzające

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

1.  Jaka jest definicja schematu ideowego urządzenia?
2.  Jaka jest definicja schematu rozwiniętego?
3.  Jaka jest definicja schematu montaŜowego?
4.  Jaka jest definicja schematu oprzewodowania?
5.  Jakie są zasady korzystania ze schematów elektrycznych?
6.  W jaki sposób definiuje się dokumentację techniczno – ruchową?

4.5.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Na podstawie instrukcji zasilacza stabilizowanego dokonaj jego charakterystyki.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  napisać przeznaczenie urządzenia,
2)  wypisać podstawowe parametry pracy (moc, napięcie),
3)  narysować układ połączeń urządzenia,
4)  wypisać podstawowe wielkości zabezpieczeń,
5)  wypisać czynności związane z uruchomieniem urządzenia,
6)  wypisać  czynności  związane  z  zatrzymaniem  pracy  urządzenia  przy  pracy  normalnej  i

awaryjnej,

7) wymienić zasady postępowania w razie awarii.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

zasilacz stabilizowany,

−

instrukcja zasilacza stabilizowanego,

−

dokumentacja techniczna zasilacza stabilizowanego,

−

przybory kreślarskie,

−

przybory do pisania,

−

notatnik,

−

literatura z rozdziału 6 dotycząca wykorzystania schematów i instrukcji.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 2

Na podstawie instrukcji zasilacza ZA REG dokonaj jego charakterystyki. Wypisz

parametry pracy zasilacza, procedury postępowania w przypadku awarii zasilacza. Dokonaj
interpretacji otrzymanych wyników.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  przeczytać uwaŜnie instrukcje obsługi zasilacza ZA REG,
2)  wypisać parametry pracy zasilacza ZA REG,
3)  przeanalizować dokumentację techniczną,
4)  odczytać

informacje

zawarte

schemacie

ideowym

zasilacza

urządzenia

elektronicznego,

5) odczytać informacje zawarte na schemacie montaŜowym zasilacza urządzenia

elektronicznego.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

zasilacz stabilizowany,

−

instrukcja zasilacza stabilizowanego,

−

dokumentacja techniczna zasilacza,

−

przybory do pisania,

−

notatnik,

−

literatura zgodna z rozdziałem 6 dotycząca wykorzystania schematów i instrukcji.

4.5.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak Nie

1) zdefiniować pojęcie schematu montaŜowego?

2) zdefiniować pojęcie schematu ideowego?

3) zdefiniować pojęcie schematu funkcjonalnego?

4) omówić zasady korzystania ze schematów elektronicznych?

5) odczytywać informacje ze schematów ideowych i montaŜowych?

6) wymienić elementy wchodzące w skład schematu montaŜowego lub
ideowego danego urządzenia?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.6.

Podstawy miernictwa elektrycznego

4.6.1. Materiał nauczania

Przyrząd pomiarowy jest zbiorem przetworników tworzącym informacyjny kanał

pomiarowy, w którym występuje transmisja kanału uŜytecznego, a szumy i zakłócenia
występujące w kanale utoŜsamia się ze stratą informacji, a więc błędem pomiaru.

Czynności związane z planowaniem pomiarów powinny być opisane w dokumencie

zwanym scenariuszem pomiarów, w którym powinno się zaplanować:
–

zestaw przyrządów podstawowych i pomocniczych oraz sposób ich połączenia (między
sobą i z obiektem badanym),

–

ochronę układu pomiarowego od zakłóceń i sposób uziemienia,

–

napięcie zasilające i dopuszczalne jego wahanie,

–

czas nagrzewania przyrządów w celu uzyskania ich w znamionowej dokładności,

–

kolejność oraz sposób zerowania i wzorcowania,

–

sposób sprawdzenia prawidłowości stanowiska pomiarowego,

–

warunki zewnętrzne pomiaru i dopuszczalne zmiany graniczne,

–

warunki normalnego działania badanego obiektu,

–

kolejność pomiaru poszczególnych parametrów obiektu,

–

zakres zmian wartości wielkości mierzonych i odpowiadające im zakresy pomiarowe
uŜytych przyrządów pozwalające uzyskać załoŜoną dokładność pomiaru.

–

wskazówki postępowania w przypadku niewłaściwego działania przyrządów lub
niewłaściwego zachowania się badanego obiektu,

–

ewentualność wprowadzenia zmian w scenariuszu oraz postępowanie alternatywne.
Zasady przeprowadzania pomiarów:

–

dokładnie zrozumieć cechy badanego zjawiska lub obiektu oraz zrozumieć podstawy
teoretyczne działania zastosowanych przyrządów pomiarowych (uświadomić sobie co
właściwie mierzy dany przyrząd),

–

notować przebieg pomiarów i kolejne wyniki,

–

zapisywać: wyniki liczbowe oraz wartości zmiennych warunków otoczenia, dane obiektu.
Uwagi dotyczące realizacji pomiaru

–

czynności wstępne – zestawić stanowisko pomiarowe, wykonać wszystkie połączenia
elektryczne przyrządu bez załączenia zasilania,

–

czynności

przygotowawcze:

przeprowadzeniu

niezbędnych

połączeń

(z uwzględnieniem  elementów  dopasowujących,  źródeł  zasilania  itp.)  we  wszystkich
przyrządach  nastawić  przełączniki  zakresów  oraz  regulatory  czułości  w  takich
połoŜeniach,  w  których  nie  nastąpi  przeciąŜenie  przyrządu  podczas  próbnego załączenia
stanowiska,

–

czynności sprawdzające: przeprowadzić dokładny przegląd prawidłowości połączeń,
biegunowości źródeł zasilania, nastawionych wartości napięć itp.,

–

załączenie zasilania,

–

pomiar próbny: po upływie czasu przewidzianego na ustalenie się warunków termicznych
układu (tzw. czasu nagrzewania) przeprowadza się pomiar próbny w celu wykrycia
ewentualnego nieprawidłowego działania aparatury,

–

pomiary właściwe.

Miernik magnetoelektryczny

W mierniku magnetoelektrycznym działają siły na przewody cewki nawiniętej na

prostokątnej ramce umieszczonej w polu magnetycznym magnesu stałego. Tworzą one parę
sił skręcającą ramkę. Obrotowi przeciwdziała moment zwracający rosnący wraz z kątem
obrotu. Równowaga ustala się przy zrównaniu obu momentów.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 25. Woltomierz [12]

Woltomierz jest włączany równolegle do obwodu elektrycznego. Idealny woltomierz

posiada  nieskończenie  duŜą  rezystancję  wewnętrzną.  W  związku  z  tym  oczekuje  się
pomijalnie  małego  upływu  prądu  przez  cewkę  pomiarową.  Obwody,  w  których  dokonujemy
pomiaru  napięcia  mogą  mieć  róŜną  konfigurację  i  parametry,  które  pod  wpływem  włączenia
woltomierza  do  obwodu  ulec  mogą  zmianie,  obarczając  wynik  pomiaru  pewnym  błędem  –
gdyŜ  woltomierz  zasilanie  (moc)  czerpie  najczęściej  z  układu.  Pomiaru  natęŜenia  prądu
dokonuje się poprzez oddziaływanie przewodnika z prądem i pola magnetycznego.

Stosowane są teŜ amperomierze cieplne i termoelektryczne, wykorzystujące efekt

nagrzewania się przewodu, w którym płynie prąd. Amperomierze cieplne stosuje się
w obwodach wielkiej częstotliwości gdzie indukcyjność cewki amperomierza magnetycznego
wprowadzałaby duŜe zmiany w obwodzie.

Przy pomiarach prądu stałego, dla zwiększenia zakresu pomiarowego cewkę ustroju łączy

się  równolegle  z  bocznikiem,  przez  który  płynie  część  prądu.  Wówczas  odchylenie  organu
ruchomego  mikroamperomierza  jest  proporcjonalne  do  prądu  płynącego  przez  cały  układ
miernika.  Współczynnik  proporcjonalności  pozwalający  wyznaczyć  rzeczywistą  wartość
prądu odpowiada, z pewną dokładnością, wartości stosunku rezystancji ustroju do rezystancji
wewnętrznej całego miernika, wynikającej z równoległego połączenia rezystancji ustroju oraz
bocznika. Do pomiaru duŜych prądów stałych stosuje się równieŜ przekładniki prądu stałego,
tzw. transduktory. Ze względu na wysokie koszty są rzadko stosowane.

Do rozszerzenia zakresu pomiarowego amperomierza przy pomiarach prądu

przemiennego wykorzystuje się układ amperomierza z przekładnikiem prądowym.

Amperomierz jest włączany szeregowo w obwód elektryczny. Idealny amperomierz

posiada nieskończenie małą rezystancję wewnętrzną. W amperomierzach realizowalnych
fizycznie wartość rezystancji wewnętrznej jest róŜna od zera. W związku z tym występuje na
nich spadek napięcia mający wpływ na dokładność wyniku dokonanego pomiaru. Rezystancję
wewnętrzną amperomierza moŜna pominąć w pomiarach technicznych, przy zachowaniu
warunków znamionowych pomiaru.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  wypisać załoŜenia do zadania,
2)  wypisać wielkości szukane do zadania,
3)  dokonać niezbędnych obliczeń,
4)  przeprowadzić analizę wyników,
5)  wyciągnąć wnioski z przeprowadzonego ćwiczenia,
6)  zaprezentować efekt swojej pracy.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

przybory kreślarskie,

–

przybory do pisania,

–

aparatura kontrolno-pomiarowa,

–

notatnik,

–

literatura z rozdziału 6 dotycząca podstaw miernictwa elektrycznego.

Ćwiczenie 2

Dokonaj pomiaru i regulacji napięcia stałego. Dobierz aparaturę kontrolno-pomiarową.

Zaprezentuj otrzymane wyniki.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  sporządzić wykaz aparatury w celu wykonania pomiaru napięcia i prądu,
2)  połączyć układy pomiarowe w celu wykonania pomiaru napięcia i prądu,
3)  dokonać pomiarów i regulacji napięcia stałego,
4)  przeanalizować wyniki,
5)  zinterpretować wyniki,
6)  zaprezentować efekt swojej pracy.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

aparatura kontrolno-pomiarowa,

–

przybory kreślarskie,

–

przybory do pisania,

–

notatnik,

–

literatura z rozdziału 6 dotycząca podstaw miernictwa elektrycznego.

                   U                                               U= 24V

Rys. 1 do ćwiczenia 2. Schemat układu pomiarowego [opracowanie własne].

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Tabela 1 do ćwiczenia 2. Tabela pomiarowa do schematów pomiarowych [opracowanie własne].

Zakres

max

Lp.

V/dz

              U1                Rs                                                   U2

Rys. 2 do ćwiczenia 2. Schemat układu pomiarowego [opracowanie własne].

Tabela 2 do ćwiczenia 2. Tabela pomiarowa do schematu pomiarowego [opracowanie własne].

U2/U1

PołoŜenie
Suwaka

Lp.

V/dz

Skrajne
dolne

¼
dług.

Środ-
kowe

¾
dług.

Skrajne
Górne

               U         Rs                                Vw                                           Vb

Rys. 3 do ćwiczenia 2. Schemat układu pomiarowego [opracowanie własne].

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Tabela 3 do ćwiczenia 2. Tabela pomiarowa do schematu pomiarowego [opracowanie własne].

n1=

n2=

Lp.

n1·Ub

∆

n2·Ub

∆

Kl.
dokł.

4.6.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak Nie

1) wyjaśnić pojęcie przyrządu pomiarowego?

2) wymienić elementy wchodzące w skład schematu funkcjonalnego?

3) wyjaśnić pojęcie elektronicznych przyrządów pomiarowych?

4) wymienić parametry przyrządów pomiarowych?

5) wymienić czynności dotyczące planowania pomiarów?

6) wymienić i omówić zasady przeprowadzania pomiarów?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.7.

Maszyny i urządzenia elektryczne

4.7.1. Materiał nauczania

W maszynie prądu stałego moŜna wyróŜnić dwie podstawowe części: nieruchomą zwaną

stojanem  lub  magneśnicą  i  wirującą  zwaną  wirnikiem  lub  twornikiem.  Jarzmo  stojana
zazwyczaj wykonane jest jako Ŝeliwny lub staliwny odlew – jest to zasadnicza część obwodu
magnetycznego  oraz  element  konstrukcyjny,  do  którego  przymocowane  są  łoŜysko  oraz
pozostałe  elementy  nie  wirujące.  Na  biegunach  głównych  umieszczone  są  nabiegunniki
wykonane z pakietu izolowanych blach.

Rys. 27. Budowa maszyny elektrycznej: 1 – stojan maszyny, 2 – szczotki, 3 – wirnik, 4 – uzwojenia wirnika,

5 – uzwojenie wzbudzenia, 6 – bieguny główne, 7 – nabiegunniki [11].

Ze względu na ograniczenie strat rdzeń twornika wykonany jest z izolowanych blach

stalowych. Uzwojenie twornika znajduje się w otwartych Ŝłobkach i zabezpieczone jest przed
wypadnięciem  poprzez  uŜycie  klinów  z  materiału  niemagnetycznego.  Uzwojenie  to  jest
bezpośrednio  połączone  z  komutatorem,  który  składa  się  z  wielu  wycinków  przedzielonych
między  sobą  materiałem  izolacyjnym.  Po  komutatorze  ślizgają  się  szczotki  wykonane
najczęściej z grafitu. Między stojanem a wirnikiem istnieje szczelina powietrzna.
Komutacja

W czasie pracy maszyny następuje wielokrotny zwrot prądu w uzwojeniach twornika.

Zespół zjawisk towarzyszących zmianie kierunku prądu w elementach obwodu – na przykład
w gałęziach lub uzwojeniach – nazywamy komutacją.

W zaleŜności od sposobu zasilania uzwojenia wzbudzenia rozróŜniamy następujące typy

silników prądu stałego:

−

silnik obcowzbudny,

−

silnik bocznikowy,

−

silnik szeregowy,

−

silnik szeregowo-bocznikowy.
KaŜdemu typowi maszyn odpowiadają inne właściwości statyczne i dynamiczne oraz

odmienne sposoby pracy. Podstawowe informacje, jakie powinny być umieszczone na
tabliczce znamionowej maszyny prądu stałego – zarówno prądnicy jak i silnika – to:

−

napięcie obwodu twornika U

−

moment obciąŜenia T,

−

prąd obciąŜenia I,

−

prąd wzbudzenia I

−

prędkość obrotowa n,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 32. Uproszczony schemat silnika szeregowo-bocznikowego [11]

Maszyny asynchroniczne

Maszyny asynchroniczne budowane są najczęściej jako trójfazowe. Podstawowymi

częściami  są  stojan  i  wirnik.  Stojan  jest  częścią  nieruchomą  wykonaną  z  izolowanych
nakrzemowanych  blach.  Wirnik  maszyny  asynchronicznej  jest  częścią  ruchomą  i  podobnie
jak  stojan  wykonany  jest  z  pakietu  blach.  Blachą  nadaje  się  odpowiedni  kształt  przy  uŜyciu
specjalnych  wykrojników.  Wykorzystanie  blach  w  elementach  maszyny  pozwala  na
ograniczenie  strat  histerezowych  i  prądów  wirowych.  Na  obwodzie  wirnika  i  stojana
umieszczone  są  Ŝłobki,  wewnątrz  których  znajdują  się  uzwojenia.  Końce  uzwojeń  stojana
wyprowadzone są na zewnątrz, gdzie mogą być połączone w trójkąt lub gwiazdę.
Zasada działania maszyny asynchronicznej (indukcyjnej)

Zasadę działania maszyny asynchronicznej najprościej wyjaśnić na zasadzie maszyny

trójfazowej. JeŜeli w trójfazowym uzwojeniu stojana płynie prąd, to wytworzone zostaje
wirujące pole magnetyczne. Prędkość wirowania tego pola, zwana takŜe prędkością
synchroniczną, jest zaleŜna od ilości par biegunów i częstotliwości prądu zasilającego.

Wirnik maszyny asynchronicznej wykonany jest z aluminiowych prętów połączonych ze

sobą na czołach tworzących pewnego rodzaju klatkę. Wirujące pole magnetyczne stojana
przenika pręty uzwojenia wirnika powodując indukowanie się w nim siły elektromotorycznej.

Pod wpływem powstałej SEM w uzwojeniu wirnika popłynie prąd. Warunkiem

koniecznym do zaindukowania się siły elektromotorycznej w wirniku jest: róŜnica prędkości
wirowania wirnika i pola magnetycznego stojana powinna być róŜna od zera. Pręty uzwojenia
wirnika, w których płynie prąd znajdują się w polu magnetycznym stojana i w wyniku tego
powstaje moment elektromagnetyczny M

. JeŜeli wartość tego momentu jest większa niŜ

wartość momentu obciąŜenia M

wirnik zacznie wirować zwiększając swoją prędkość

obrotową. Przyśpieszanie trwa do chwili, gdy moment elektromagnetyczny będzie równy
momentowi obciąŜenia.
Maszyny synchroniczne

Maszyny synchroniczne są to maszyny, których prędkość wirowania pokrywa się

z prędkością wirowania pola magnetycznego. Prędkość synchroniczna jest ściśle zaleŜna od
częstotliwości prądu w uzwojeniach stojana.

Maszyna synchroniczna, jak większość maszyn wirujących, posiada dwie podstawowe

części: nieruchomą zwaną stojanem i wirującą zwaną wirnikiem. Budowa stojana maszyny

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

synchronicznej  podobna  jest  w  wykonaniu  do  stojana  maszyny  indukcyjnej.  Obwód
magnetyczny  stojana  złoŜony  jest  z  pakietów  blach  osadzonych  na  korpusie.  Korpus
wykonuje  się  najczęściej  jako  konstrukcję  spawaną  lub  odlew.  W  maszynach  większych
mocy  pakiety  blach  są  tak  ułoŜone,  Ŝe  powstają  między  nimi  kanały  wentylacyjne,  które
umoŜliwiają  przeniknięcie  czynnika  chłodzącego  do  wnętrza  rdzenia.  W  Ŝłobkach  stojana
znajdują się uzwojenia twornika.

4.7.2. Pytania sprawdzające

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

1.  Jaka jest definicja maszyny elektrycznej?
2.  Jaka jest budowa i zasada działania maszyny elektrycznej?
3.  Jaka jest klasyfikacja maszyn elektrycznych?
4.  Jaka jest budowa i zasada działania maszyny elektrycznej prądu stałego?
5.  Jakie jest oznaczenie silnika bocznikowego?
6.  Jakie jest oznaczenie silnika szeregowego?
7.  Jakie jest oznaczenie silnika szeregowo – bocznikowego?
8.  Jaka jest budowa i zasada działania maszyny asynchronicznej?
9.  Jaka jest budowa i zasada działania maszyny synchronicznej?

4.7.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Na stanowisku pomiarowym znajduje się silnik bocznikowy prądu stałego. Wypisz dane

znajdujące się na tabliczce znamionowej, zanotuj je a następnie oblicz moment oraz
sprawność silnika.
1. Dane znamionowe

TYP

………………….

[kW]

………………….

[V]

………………….

[A]

………………….

[A]

………………….

[obr/min]

2. Obliczyć na podstawie danych:

a) Moment na wale silnika odpowiadający znamionowemu,

]

.........[

..........

⋅

b) Sprawność przy obciąŜeniu znamionowym silnika,

.........

..........

⋅

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) dokonać oględzin silnika bocznikowego prądu stałego,
2) znaleźć tabliczkę znamionową,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3)  wypisać dane znajdujące się na tabliczce znamionowej silnika,
4)  obliczyć moment na wale silnika oraz sprawność,
5)  wyciągnąć wnioski,
6)  zaprezentować efekt swojej pracy.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

przybory do pisania,

–

przybory kreślarskie,

–

kalkulator,

–

notatnik,

–

literatura z rozdziału 6 dotycząca maszyn i urządzeń elektrycznych.

Ćwiczenie 2

Mając daną tabliczkę znamionową silnika prądu stałego odczytaj a następnie zapisz

podstawowe parametry pracy silnika.

Rys. 1 do ćwiczenia 2. Wygląd tabliczki znamionowej do ćwiczenia [11].

1. Dane znamionowe

TYP

………………….

[kW]

………………….

[V]

………………….

[A]

………………….

[A]

………………….

[obr/min]

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  dokonać oględzin silnika prądu stałego,
2)  znaleźć tabliczkę znamionową,
3)  wypisać dane znajdujące się na tabliczce znamionowej silnika,
4)  wyciągnąć wnioski,
5)  zaprezentować efekt swojej pracy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

przybory do pisania,

–

przybory kreślarskie,

–

kalkulator,

–

notatnik,

–

literatura z rozdziału 6 dotycząca maszyn i urządzeń elektrycznych.

4.7.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak Nie

1) podać definicję maszyny elektrycznej?

2) omówić budowę maszyny elektrycznej?

3) podać klasyfikację maszyn elektrycznych?

4) omówić budowę i zasadę działania maszyny prądu stałego?

5) omówić silnik szeregowy i bocznikowy?

6) omówić silnik szeregowo – bocznikowy?

7) omówić budowę i zasadę działania maszyny asynchronicznej?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.8.

Instalacje elektryczne

4.8.1. Materiał nauczania

Instalacja elektryczna jest zespołem urządzeń elektrycznych o skoordynowanych

parametrach technicznych, napięciu znamionowym do 1000 V prądu przemiennego i 1500 V
prądu stałego, przeznaczonych do doprowadzenia energii elektrycznej z sieci rozdzielczej do
odbiorników.

Podział instalacji elektrycznych moŜe być oparty na róŜnych kryteriach. Do bardziej

rozpowszechnionych naleŜy podział ze względu na rodzaj zasilanych odbiorników.
Wówczas rozróŜnia się:
–

instalacje  oświetleniowe  –  zasilające  zarówno  elektryczne  źródła  światła,  jak  i  inne
urządzenia  o  niewielkiej  mocy,  takie  jak  przenośne  urządzenia  grzejne  w  mieszkaniach,
zbiornikowe podgrzewacze wody o małej objętości i mocy;

–

instalacje  siłowe  –  zasilające  silniki  elektryczne  oraz  przemysłowe  urządzenia  grzejne;
do  tych  instalacji  moŜna  teŜ  zaliczyć  instalacje  zasilające  kuchenki  elektryczne
i urządzenia grzejne jako jedyne lub dominujące w pomieszczeniach oraz podgrzewacze
wody o duŜych mocach znamionowych.
W zaleŜności od miejsca występowania instalacje dzieli się na:

–

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

–

przemysłowe – wykonane w zakładach i pomieszczeniach o przeznaczeniu
przemysłowym,

–

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

ZaleŜnie od przewidywanego czasu uŜytkowania instalacje dzieli się na:

–

stałe

–

prowizoryczne (tymczasowe), co do których zakłada się, Ŝe będą one eksploatowane
w ograniczonym czasie, krótszym niŜ 3 lata.

Instalacje prowizoryczne muszą zapewniać takie samo bezpieczeństwo pod względem

poraŜeniowym, poŜarowym i innym., jak instalacje stałe.

Definicje pojęć związanych z instalacjami elektrycznymi
Bariera (przeszkoda) – element chroniący przed niezamierzonym dotykiem

bezpośrednim części czynnych, lecz nie chroniący przed dotykiem bezpośrednim
spowodowanym działaniem rozmyślnym.

Części jednocześnie dostępne – przewody lub części przewodzące, które mogą być

dotknięte jednocześnie przez człowieka lub zwierzę; mogą nimi być części czynne, części
przewodzące dostępne i obce, przewody ochronne i uziomy.

Część czynna – przewód lub część przewodząca urządzenia lub instalacji elektrycznej,

która  moŜe  się  znaleźć  pod  napięciem  w  warunkach  normalnej  pracy  instalacji  elektrycznej,
lecz  nie  pełni  funkcji  przewodu  ochronnego;  częścią  czynną  jest  przewód  neutralny  N,  lecz
nie jest nim przewód ochronny PE ani ochronno-neutralny PEN.

Część przewodząca dostępna – część przewodząca instalacji elektrycznej dostępna dla

dotyku palcem probierczym, która moŜe być dotknięta i która w warunkach normalnej pracy
instalacji nie znajduje się pod napięciem, lecz w wyniku uszkodzenia moŜe się znaleźć pod
napięciem.

Część przewodząca obca – część przewodząca nie będąca częścią urządzenia ani

instalacji elektrycznej, która moŜe się znaleźć pod określonym potencjałem, zwykle pod
potencjałem ziemi; zalicza się do nich metalowe konstrukcje, rurociągi, przewodzące podłogi
i ściany.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Dotyk bezpośredni – dotknięcie przez człowieka lub zwierzę części czynnych.
Dotyk pośredni – dotknięcie przez człowieka lub zwierzę części przewodzących

dostępnych, które znalazły się pod napięciem w wyniku uszkodzenia izolacji.

Izolacja ochronna – środek ochrony przeciwporaŜeniowej dodatkowej polegający na

zastosowaniu izolacji podwójnej lub izolacji wzmocnionej, lub osłony izolacyjnej ochronnej.

Izolacja podstawowa – izolacja części czynnych zastosowana w celu zapewnienia

ochrony przeciwporaŜeniowej podstawowej.

Izolacja podwójna – izolacja składająca się z izolacji podstawowej oraz niezaleŜnej od

niej izolacji dodatkowej.

Izolacja wzmocniona – pojedynczy układ izolacyjny zapewniający ochronę od poraŜeń

w stopniu równowaŜnym izolacji podwójnej.

Izolowanie stanowiska – środek ochrony przeciwporaŜeniowej dodatkowej polegający

na  pokryciu  stanowiska  materiałem  izolacyjnym  oraz  na  izolowaniu  od  ziemi  znajdujących
się  w  zasięgu  ręki  przewodzących  części  urządzeń  i  części  obcych  połączonych  ze  sobą
nieuziemionymi przewodami wyrównawczymi.

Klasa ochronności – umowne oznaczenie cech budowy urządzenia elektrycznego wg

PN/E-05031, określające moŜliwości objęcia go ochroną przeciwporaŜeniową dodatkową.

Obudowa (osłona) – element konstrukcyjny zapewniający ochronę przed niektórymi

wpływami otoczenia i przed dotykiem bezpośrednim części czynnych z dowolnej strony.
Obudowa o stopniu ochrony co najmniej IP2X lub IPXXB moŜe pełnić funkcję osłony.

Obwód instalacji elektrycznej – zespół elementów instalacji elektrycznej wspólnie

zasilanych i chronionych przed przetęŜeniami wspólnym zabezpieczeniem.

Obwód odbiorczy (obwód końcowy) – obwód, do którego są przyłączone bezpośrednio

odbiorniki energii elektrycznej lub gniazda wtyczkowe.

Ochrona przeciwporaŜeniowa – zespół środków technicznych zapobiegających

poraŜeniom  prądem  elektrycznym  ludzi  i  zwierząt  w  normalnych  i  zakłóceniowych
warunkach  pracy  urządzeń  elektrycznych;  w  urządzeniach  niskiego  napięcia  rozróŜnia  się
ochronę  przeciwporaŜeniową  przed  dotykiem  bezpośrednim  (ochronę  podstawową),  przed
dotykiem pośrednim (ochronę dodatkową) oraz ochronę uzupełniającą.

Odbiornik energii elektrycznej – urządzenie przeznaczone do przetwarzania energii

elektrycznej w inną formę energii, np. światło, ciepło, energię mechaniczną.

Osłona – element konstrukcyjny o stopniu ochrony co najmniej IP2X lub IPXXB,

chroniący przed umyślnym zetknięciem się z częściami czynnymi, zastosowany w celu
zapewnienia ochrony przeciwporaŜeniowej podstawowej.

Osłona izolacyjna ochronna – osłona z materiału izolacyjnego zapewniająca (razem

z izolacją podstawową) ochronę od poraŜeń w stopniu równowaŜnym izolacji podwójnej.

PoraŜenie prądem elektrycznym – skutki patofizjologiczne wywołane przepływem

prądu elektrycznego przez ciało człowieka lub zwierzęcia.

Prąd raŜeniowy – prąd przepływający przez ciało człowieka lub zwierzęcia, który moŜe

powodować skutki patofizjologiczne.

Prąd róŜnicowy – prąd o wartości chwilowej równej sumie algebraicznej wartości

chwilowej prądów płynących we wszystkich przewodach czynnych w określonym miejscu
sieci lub instalacji elektrycznej; w urządzeniach prądu przemiennego wartość skuteczna prądu
róŜnicowego jest sumą geometryczną (wektorową) wartości skutecznej prądów płynących we
wszystkich przewodach czynnych.

Przewód neutralny N – przewód połączony bezpośrednio z punktem neutralnym

(zerowym) układu sieci i mogący słuŜyć do przesyłania energii elektrycznej.

Przewód ochronno-neutralny PEN – uziemiony przewód spełniający jednocześnie

funkcję przewodu ochronnego PE i przewodu neutralnego N.

Przewód ochronny PE – uziemiony przewód stanowiący element zastosowanego środka

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

ochrony  przeciwporaŜeniowej  dodatkowej,  nie  podlegający  obciąŜeniu  prądami  roboczymi,
do  którego  przyłącza  się  części  przewodzące  dostępne,  połączony  z  główną  szyną
uziemiającą.

Przewód uziemiający – przewód łączący zacisk uziemiający (zacisk probierczy

uziomowy, część uziemianą) z uziomem.

Przewód wyrównawczy – przewód zapewniający wyrównanie potencjałów łączonych

części.

Układ IT – układ sieci elektrycznej rozdzielczej lub instalacji elektrycznej, w którym

wszystkie części czynne są izolowane od ziemi albo jedna z nich jest uziemiona przez
bezpiecznik iskiernikowy i/lub przez duŜą impedancję, a części przewodzące są uziemione.

Układ TN – układ sieci elektrycznej rozdzielczej lub instalacji elektrycznej, w którym punkt

neutralny (zerowy) jest bezpośrednio uziemiony, a części przewodzące dostępne są z nim połączone
przewodami ochronnymi PE i/lub przewodami ochronno-neutralnymi PEN (przewodami ochronno-
powrotnymi PER), w wyniku, czego pętla zwarcia jest w całości metaliczna.

Układ TT – układ sieci elektrycznej rozdzielczej lub instalacji elektrycznej, w którym

punkt neutralny (zerowy) lub przewód czynny jest bezpośrednio uziemiony, a części
przewodzące są połączone z uziomami nie połączonymi z uziemieniem roboczym, w wyniku,
czego pętla zwarcia z częścią przewodzącą zamyka się przez ziemię.

Uziemienie – połączenie elektryczne z ziemią; uziemieniem nazywa się teŜ urządzenie

uziemiające obejmujące uziom, przewód uziemiający oraz – jeśli występują – zacisk
probierczy uziomowy i szynę uziemiającą.

Uziemienie ochronne – środek ochrony przeciwporaŜeniowej dodatkowej w układzie TT

oraz IT, polegający na połączeniu części przewodzących urządzenia elektrycznego z uziomem
o rezystancji uziemienia skoordynowanej z charakterystyką zabezpieczenia zwarciowego tego
urządzenia; pojęcie obecnie eliminowane z uŜycia w odniesieniu do instalacji niskiego
napięcia.

Uziemienie otwarte – połączenie części uziemianej z uziomem za pomocą bezpiecznika

iskiernikowego.

Uziemienie pomocnicze – uziemienie części czynnej albo części przewodzącej,

wykonane w celu ochrony przeciwporaŜeniowej, ochrony przeciwzakłóceniowej lub z innych
powodów; nie jest ono uziemieniem roboczym ani uziemieniem będącym elementem systemu
ochrony przeciwporaŜeniowej, polegającym na samoczynnym wyłączeniu zasilania w sieci
TT lub IT.

Uziemienie robocze – uziemienie określonego punktu obwodu elektrycznego (części

czynnej i/lub przewodu PEN) w celu zapewnienia prawidłowej pracy urządzeń elektrycznych.
Uziemienie robocze moŜe być bezpośrednie, pośrednie lub otwarte.

Wewnętrzna linia zasilająca (wlz), obwód rozdzielczy – obwód elektryczny zasilający

tablice rozdzielcze (rozdzielnice), z których są zasilane obwody odbiorcze.

Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych powinny być projektowane, wykonane

i eksploatowane  zgodnie  z  wymogami  wynikającymi  z  przepisów  Polskiej  Normy  PN-IEC
60364  ''Instalacje  elektryczne  w  obiektach  budowlanych  mogą  być  wykonywane  w  róŜnych
układach sieciowych''.

4.8.2. Pytania sprawdzające

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

1.  Jaka jest definicja instalacji elektrycznej?
2.  Jakie są elementy wchodzące w skład instalacji elektrycznej?
3.  Jaka jest klasyfikacja instalacji elektrycznej?
4.  Jakie znasz symbole stosowane w budowie instalacji elektrycznej?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  przerysować układy instalacji elektrycznej,
2)  wypisać symbole zastosowane w podanej instalacji elektrycznej,
3)  nazwać te symbole,
4)  przerysować symbole instalacji elektrycznej,
5)  zaprezentować symbole na tablicy.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

przybory kreślarskie,

–

przybory do pisania,

–

notatnik,

–

rysunek instalacji elektrycznej,

–

literatura z rozdziału 6 dotycząca instalacji elektrycznych.

4.8.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) podać definicję instalacji elektrycznej?

2) wymienić elementy instalacji elektrycznej?

3) dokonać podziału instalacji elektrycznej?

4) zdefiniować podstawowe pojęcia związane z instalacją elektryczną?

5) omówić układ TN, TNS, TNC?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.9. Bezpieczeństwo obsługi maszyn i urządzeń elektrycznych

4.9.1. Materiał nauczania

PoraŜenie prądem elektrycznym moŜe nastąpić na skutek:

−

dotknięcia części znajdującej się stale pod napięciem,

−

dotknięcia części urządzeń które znalazły się pod napięciem na skutek uszkodzenia
izolacji,

−

znalezienia się na powierzchni ziemi mającej róŜne potencjały.
Skutki działania urazu elektrycznego na organizm ludzki zaleŜą od:

−

rodzaju kontaktu z prądem elektrycznym,

−

rodzaju prądu,

−

wartości napięcia,

−

wartości prądu,

−

częstotliwości,

−

drogi przepływu prądu,

−

czasu przepływu prądu,

−

gęstości prądu,

−

rezystancji ciała ludzkiego
NajwaŜniejszymi skutkami przepływu prądu przez organizm są:

−

skurcze mięśni i utrata kontroli poraŜonego nad działalnością mięśni,

−

utrata świadomości (działanie na układ nerwowy),

−

zakłócenie oddychania (skurcz mięśni oddechowych),

−

zakłócenie pracy serca, polegające na zatrzymaniu akcji serca bądź migotaniu komór
sercowych,

−

oparzenia zewnętrzne i wewnętrzne,

−

pośrednie działanie prądu elektrycznego.

Skutki przepływu prądu przez ciało ludzkie

Skurcz mięśni. PoraŜony nie moŜe bez pomocy innej osoby oderwać się od źródła prądu,

a tym samym moŜe pozostać pod jego działaniem przez dłuŜszy czas. Występuje tu zjawisko
skurczu mięśni zginających.

Utrata świadomości następuje na skutek oddziaływania prądu na układ nerwowy.

Oddziaływanie to polega na zagęszczeniu jonów na granicy przejścia prądu pomiędzy
komórkami ciała o lepszej przewodności do komórek o gorszej przewodności.

Zatrzymanie oddychania występuje przy dłuŜszym przepływie prądu przez klatkę

piersiową.  Następuje  tu  skurcz  mięśni  oddechowych;  mięśnie  te  normalnie  powodują
rozszerzanie  klatki  piersiowej  powodując  ruchy  oddechowe.  Skurcz  mięśni  uniemoŜliwia
oddychanie  i  jeŜeli  poraŜony  nie  zostanie  dostatecznie  szybko  uwolniony  spod  napięcia,
zginie wskutek uduszenia.

Zakłócenie pracy serca. Praca serca polegająca na miarowych skurczach tłoczy krew do

organizmu.  W  kaŜdym  cyklu  pracy  serca  trwającym  około  0,8  s  występuje  moment  trwający
około  0,2  s,  w  którym  serce  jest  szczególnie  wraŜliwe  na  przepływ  prądu.  JeŜeli  przy
krótkotrwałym  przepływie  prądu  moment  przepływu  przypada  na  początek  rozkurczu  komór
(przerwa w pracy serca), to prawdopodobieństwo wystąpienia migotania komór sercowych jest
duŜe. Przy przepływie krótszym niŜ 0,2 s wystąpienie migotania komór sercowych jest rzadkie.
Prąd płynący dłuŜej niŜ 1 s nie moŜe pominąć momentu największej wraŜliwości serca.

Stosunkowo najświeŜsze badania przeprowadzone na zwierzętach podały zaleŜności

wartości i czasu przepływu prądu o częstotliwości 50–60 Hz, który nie powoduje zjawiska

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

migotania komór sercowych.

Migotanie komór sercowych powoduje zatrzymanie akcji serca, ustanie przepływu krwi

i śmierć na skutek niedotlenienia organizmu. Migotanie komór sercowych powodują
wyłącznie prądy o częstotliwości sieciowej, to jest o częstotliwości 40 do 60 Hz.

Oparzenia wewnętrzne i zewnętrzne zaleŜne są od natęŜenia prądu, czasu jego

przepływu i odporności ciała ludzkiego.

Oparzenia zewnętrzne występują w miejscu zetknięcia ciała z przewodnikiem. Oparzenia

wewnętrzne występujące na całej drodze przepływu prądu przez ciało ludzkie są groźniejsze
od  oparzeń  zewnętrznych,  dlatego,  Ŝe  oparzenia  te  są  niewidoczne.  Działanie  cieplne  prądu
moŜe  doprowadzić  do  częściowego  lub  całkowitego  zniszczenia  komórek.  Znane  są
przypadki  rozerwania  naczyń  krwionośnych  lub  zniszczenia  tkanek  ścięgien  czy  kości  przez
prądy  o  dość  duŜych  natęŜeniach.  Oczywiście  największe  ilości  wytworzonego  ciepła
powstają  w  miejscach  ciała  mającego  większą  rezystancję  (opór  czynny).  DuŜe  wartości
prądów  przepływając  przez  ciało  są  przyczyną  oparzeń  wewnętrznych,  uszkodzeń  mięśni
i przechodzenia do krwi barwnika mięśniowego, tzw. mioglobiny. Mioglobina jest substancją
szkodliwą  dla  pracy  nerek,  hamującą  wydzielanie  moczu.  Większe  ilości  mioglobiny
powodują śmiertelne zatrucie poraŜonego dopiero w kilka dni po poraŜeniu.

Pośrednie działanie prądu elektrycznego. Do powaŜniejszych obraŜeń moŜe dojść

w przypadku  przebywania  w  polu  działania  łuku  elektrycznego.  W  czasie  zwarcia  prąd
zwarciowy  moŜe  dochodzić  do  kilku tysięcy amperów. W miejscu zwarcia temperatura łuku
nierzadko  przekracza  2500°C,  a  dynamiczne  działanie  zwarcia  powoduje  zjawisko  podobne
do eksplozji. Tak więc przebywanie w promieniu działania łuku moŜe spowodować:

−

mechaniczne uszkodzenie ciała mające wygląd ran ciętych, potłuczeń itp,

−

oparzenia do trzeciego stopnia włącznie,

−

zapalenie odzieŜy,

−

pary metali osadzają się na skórze powodując niebolesne obrzęki o barwie Ŝółtej,
brązowej lub czarnej,

−

wietlne działanie powoduje: światłowstręt, łzawienie, zapalenie spojówek, obrzęk itp.

Stopień poraŜenia człowieka zaleŜy od następujących czynników.

NatęŜenie prądu

Z prawa Ohma wynika, Ŝe natęŜenie prądu zaleŜy od napięcia i oporności ciała. Reakcje

ludzi na prąd przepływający przez ciało w zaleŜności od natęŜenia są róŜne. Inne są u kobiet
niŜ u męŜczyzn, a jeszcze inne u dzieci. ZaleŜą one teŜ od cech indywidualnych kaŜdego
osobnika. Niemniej, w wyniku wielu badań zdołano ustalić pewne wartości średnie
zestawione w tabeli.
Czas przepływu

Czas przepływu ma zasadnicze znaczenie na migotanie komór sercowych. Działanie

cieplne prądu zaleŜy od czasu przepływu w sposób oczywisty.
Częstotliwość

O wpływie częstotliwości przepływającego prądu mowa jest wyŜej. Dodatkowo moŜna

uzupełnić, Ŝe przy większych częstotliwościach zakres natęŜeń bezpośrednio śmiertelnych
przesuwa się w stronę większych wartości prądu i tak np. przy 5000 Hz dopiero natęŜenie 1 A
jest śmiertelne. To samo zjawisko występuje przy częstotliwościach mniejszych niŜ 10 Hz,
zaś prąd stały powoduje śmierć dopiero przy natęŜeniu około 1,2 A.
Drogi przepływu

Droga przepływu prądu przez ciało ludzkie ma istotny wpływ na skutki raŜeń, przy czym

największe znaczenie ma to, jaka część prądu przepływa przez serce i przez układ
oddechowy. Według publikowanych danych przy przepływie prądu na drodze: ręka-ręka:
przez serce przepływa – 3,3% prądu ogólnego, lewa ręka-nogi: przez serce przepływa – 3,7%
prądu ogólnego, prawa ręka-nogi: przez serce przepływa – 6,7% prądu ogólnego, noga-noga:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

przez serce przepływa – 0,4% prądu ogólnego. Prawie dwukrotne zwiększenie prądu
przepływającego przez serce w przypadku przyłoŜenia elektrod do prawej ręki i nóg tłumaczy
się tym, Ŝe oś podłuŜna serca leŜy na tej właśnie drodze.
Rezystancja ciała ludzkiego

Ciało ludzkie składa się z róŜnych tkanek, które stawiają większy lub mniejszy opór

przepływającemu  przez  nie  prądowi.  Do  tkanek  o  większej  rezystancji  naleŜy  skóra,  kości,
chrząstki, wiązadła i tkanka tłuszczowa. Mniejszą rezystancję mają mięśnie i krew. PoniewaŜ
skóra,  a  właściwie  naskórek,  w  porównaniu  z  innymi  tkankami  ma  rezystancję  o  wiele
większą  od  rezystancji  pozostałych  tkanek,  moŜemy,  więc  ciało  ludzkie  uwaŜać  jako  zestaw
dwóch  elementów.  Będzie  to:  rezystancja  skóry  i  rezystancja  wewnętrzna  ciała.  Pomiary
rezystancji  przeciętnej  skóry,  wykonane  przy  napięciu  kilku  woltów,  dały  wartość  rzędu
100 000  Ω  na  1  cm

powierzchni styku skóry z elektrodą. Stąd wartość rezystancji całego

ciała, pomierzona przy suchym i nieuszkodzonym naskórku, dała wyniki od 10 000 do
1 000 000 Ω w zaleŜności od wymiarów elektrod.
Stan psychiczny człowieka

Stan fizyczny i psychiczny człowieka ma duŜy wpływ na zwiększenie niebezpieczeństwa

poraŜenia.  Stan  podniecenia  badanego  człowieka  powodował  wydzielanie  się  potu,  a  tym
samym zmniejszenie rezystancji i wzrost natęŜenia przepływającego prądu. Oprócz tego takie
stany  psychiczne  jak;  roztargnienie, zdenerwowanie czy zamroczenie alkoholem zmniejszają
zdolność reagowania i zwiększają moŜliwość powstania wypadku. Stan fizyczny ma równieŜ
duŜy  wpływ  na  odporność  organizmu,  np.  pocenie  się,  stany  osłabienia  i  wyczerpania
chorobowego.
Sposoby ochrony przeciwporaŜeniowej

WyróŜniamy następujące sposoby ochrony przeciwporaŜeniowej:

−

rodki organizacyjne,

−

rodki techniczne.

Środki techniczne.

W urządzeniach elektroenergetycznych o napięciu znamionowym nie wyŜszym niŜ 1 kV

ochronę przeciwporaŜeniową naleŜy zapewnić przez zastosowanie:

−

napięć bezpiecznych,

−

ochrony  przeciwporaŜeniowej  podstawowej  oraz  jednego  z  następujących  środków
ochrony  przeciwporaŜeniowej  dodatkowej:  zerowania,  uziemienia  ochronnego,
wyłączników  przeciwporaŜeniowych  róŜnicowoprądowych,  separacji  odbiorników,
izolacji stanowiska, izolacji ochronnej.
Do  ochrony  podstawowej  (przed  dotykiem  bezpośrednim)  zaliczamy:  izolowanie

przewodów,  aparatów  urządzeń,  stosowanie  osłon,  barier,  ogrodzeń  przenośnych
uniemoŜliwiających  przypadkowe  dotknięcie  części  pod  napięciem,  stosowanie  odstępów
izolacyjnych,  umieszczenie  części  będących  pod  napięciem  poza  zasięgiem  człowieka,
zabezpieczenie przewodów przed uszkodzeniami mechanicznymi.

Do środków organizacyjnych zaliczamy: kwalifikacje pracowników, bezpieczeństwo

i higiena pracy, atesty urządzeń.

4.9.2. Pytania sprawdzające

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

1.  Na czym polega ochrona przeciwporaŜeniowa?
2.  Jakie są skutki działania prądu na organizm ludzki?
3.  Jakie są stopnie poraŜenia prądem elektrycznym?
4.  Jakie są sposoby ochrony przeciwporaŜeniowej?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.9.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

stanowisku

laboratoryjnym

znajduje

się

wyłącznik

róŜnicowo-prądowy

zabezpieczający instalację elektryczną. Na podstawie oględzin wyłącznika, wypisz jego
parametry znamionowe oraz dokonaj ich interpretacji.

Sposób wykonania ćwiczenia:

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  dokonać oględzin zewnętrznych wyłącznika róŜnicowo-prądowego,
2)  wypisać parametry pracy wyłącznika róŜnicowo-prądowego,
3)  nazwać te parametry,
4)  zinterpretować parametry pracy wyłącznika róŜnicowo-prądowego.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

wyłącznik róŜnicowo-prądowy,

–

przybory do pisania,

–

notatnik,

–

literatura z rozdziału 6 dotycząca bezpieczeństwa obsługi maszyn i urządzeń
elektrycznych.

Ćwiczenie 2

stanowisku

laboratoryjnym

znajduje

się

wyłącznik

nadmiarowo-prądowy

zabezpieczający instalację elektryczną. Na podstawie oględzin wyłącznika, wypisz jego
parametry znamionowe oraz dokonaj ich interpretacji.

Sposób wykonania ćwiczenia:

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  dokonać oględzin zewnętrznych wyłącznika nadmiarowo-prądowego,
2)  wypisać w notatniku parametry pracy wyłącznika nadmiarowo-prądowego,
3)  nazwać te parametry,
4)  zinterpretować parametry pracy wyłącznika nadmiarowo-prądowego.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

wyłącznik nadmiarowo-prądowy,

–

przybory do pisania,

–

notatnik,

–

literatura z rozdziału 6 dotycząca bezpieczeństwa obsługi maszyn i urządzeń
elektrycznych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.9.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak Nie

1) zdefiniować pojęcie ochrony przeciwporaŜeniowej?

2) opisać działanie prądu na organizm ludzki?

3) omówić skutki przepływu prądu przez ciało ludzkie?

4) omówić stopnie poraŜenia prądem elektrycznym?

5) wymienić sposoby ochrony przeciwporaŜeniowej?

6) opisać sposoby ochrony przeciwporaŜeniowej?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.10. Podstawy elektroniki i automatyki

4.10.1. Materiał nauczania

Diody
Dioda jest elementem o nieliniowym oporze elektrycznym, zasadniczo przepuszczającym

prąd tylko w jedną stronę. WyróŜnia się m.in. diody:
–

prostownicze (takie zwykłe)

–

szybkie (lepsze czasy przełączania – kaŜdą dioda charakteryzuje pewien czas przez który
po zmianie polaryzacji płynie impuls prądu wstecznego, o określonej dla danej diody
amplitudzie)

–

Schottky'ego (przechowują niewielki ładunek, więc szybciej się przełączają)

–

Zenera (przewodzą takŜe w przeciwnym kierunku, jednak po przekroczeniu ściśle
określonego napięcia zaporowego)

–

wiecące (LED, emitują światło)

–

fotodiody  (oświetlenie  spolaryzowanego  zaporowo  złącza  powoduje  wzrost  prądu
wstecznego)
Tranzystor
Tranzystor  –  jest  to  element  o  regulowanym  elektronicznie  oporze,  często

wykorzystywany do wzmacniania sygnałów lub jako przełącznik elektroniczny.

Tranzystor bipolarny posiada trzy wyprowadzenia – emiter (E), baza (B), kolektor (C),

przepływający  przez  niego  prąd  reguluje  się  poprzez  przyłoŜenie  napięcia  między  bazą
a emiterem.  W  tranzystorach  PNP  prąd  płynie  od  emitera  (o  wyŜszym  potencjale)  do
kolektora, w NPN na odwrót. NaleŜy teŜ pamiętać, Ŝe tranzystor bipolarny to nie bramka czy
coś  w  tym  stylu  –  jeŜeli  przyłoŜymy  napięcie  w  kierunku  przewodzenia  do  bramki  to  prąd
popłynie  nawet  gdy  nie  ma  przyłoŜonego  napięcia  kolektor  –  emiter  (bramka  nie  jest
izolowana).

Rys. 33. Tranzystory NPN i PNP spolaryzowane w kierunku przewodzenia (niebieska strzałka pokazuje

kierunek prądu) [12].

Tranzystor unipolarny (polowy) posiada trzy wyprowadzenia – dren (D), bramka (G),

ródło (S), regulacja odbywa się poprzez regulację napięcia między źródłem a bramką.

W technice MOSFET regulacja wygląda tak samo, moŜliwe jest teŜ wytworzenie
tranzystorów wstępnie otwartych, które moŜemy regulować zarówno dodatnim jak i ujemnym
napięciem oraz tranzystorów wielobramkowych oraz tranzystorów z izolowaną bramką.

Tyrystor, triak
Tyrystor – jest to element o regulowanym elektrycznie stanie przewodzenia, przewodzić

on moŜe od anody do katody (tylko w tą stronę), pod warunkiem, Ŝe zostanie wyzwolony

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

impulsem  bramki  (dodatnie  napięcie  względem  katody)  bądź  wzrostem  napięcia
przyłoŜonego.  W  odróŜnieniu  od  tranzystora  tyrystor  przewodzi  równieŜ  po  zaniku  napięcia
przyłoŜonego do bramki (przerywa dopiero, gdy zostanie przerwane przewodzenie). Triak jest
w  zasadzie  dwukierunkową  wersją  tyrystora  odpowiadającą  funkcjonalnie  połączonym
antyrównolegle  dwóm  tyrystorm.  W  zrozumieniu  jak  to  działa  przydany  moŜe  być  schemat
zastępczy tyrystora na tranzystorach bipolarnych.

Rys. 34. Tyrystor [12].

Podstawowe bramki logiczne
Bramka logiczna jest układem elektronicznym realizującym określoną funkcję logiczną.

Bramki najczęściej realizowane są jako układy scalone zawierające w sobie kilka bramek.

AND

NOT

Rys. 35. Tabelki prawdy dla funkcji OR, AND, NOT oraz ich symbole elektroniczne [12].

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

NOR

NAND

Rys. 36. Tabelki prawdy dla funkcji NOR (zaprzeczony OR), NAND (zaprzeczony AND) oraz ich symbole

elektroniczne [ 12].

Podstawowe pojęcia z automatyki
Obiekt sterowania – urządzenie lub zestaw urządzeń, w którym przebiega proces

technologiczny i w którym przez zewnętrzne oddziaływanie sterujące realizuje się poŜądany
algorytm.

Obiekt regulacji – obiekt sterowania w układzie regulacji
Sygnał – przebieg określonej wielkości nośnej zawierającej pewną informację. Sygnałem

moŜe być ciśnienie, napięcie, natęŜenie prądu.

Informacja, jaką przekazuje sygnał, jest zawarta w jego wartości lub kształcie przebiegu.
Układ sterowania – zespół składający się z obiektu (obiektów) sterowania

i oddziałującego na niego układu sterującego.

Układ sterujący – układ zawierający wszystkie urządzenia sterujące obiektem

sterowania.

Układ sterowania otwarty jest to układ sterowania bez sprzęŜeń zwrotnych.
W układzie sterowania rolę regulatora spełnia najczęściej człowiek. Zadaniem człowieka

jest ciągła obserwacja wielkości sterowanej i bieŜące porównywanie z wartością zadaną. Na
podstawie porównania podejmowana jest decyzja dotycząca odpowiedniego oddziaływania na
obiekt regulacji

Rys. 37. Podstawowe rodzaje układów sterowania: a) układ otwarty, b) układ zamknięty, O – obiekt regulacji,

R – regulator, xo – wartość zadana, y – sygnał sterowany (regulowany), x – sygnał sterujący
(nastawiający), z – zakłócenia, e – odchyłka regulacji [11].

Regulator jest to urządzenie, które w układzie regulacji określa odchyłkę regulacji przez

porównanie wartości wielkości regulowanej z wartością zadaną i na podstawie odchyłki
regulacji wypracowuje sygnał regulacji według określonego algorytmu sterowania. Do zadań
regulatora naleŜy równieŜ zapewnienie sygnałowi wyjściowemu z regulatora postaci i mocy
potrzebnej do uruchomienia urządzeń wykonawczych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.10.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia

1.  Jakie znasz prawa wykorzystywane w elektronice?
2.  Co to jest dioda?
3.  Co to jest tranzystor?
4.  Co to jest tyrystor?
5.  Jakie znasz podstawowe bramki logiczne?

4.10.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Na stanowisku laboratoryjnym rozmieszczone są róŜne elementy elektroniczne.

Rozpoznaje te elementy a następnie dokonaj krótkiej ich prezentacji?

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  rozpoznać elementy elektroniczne,
2)  nazwać te elementy,
3)  dokonać krótkiej ich prezentacji.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

elementy elektroniczne

–

przybory do pisania,

–

notatnik,

–

literatura z rozdziału 6 dotycząca podstaw elektroniki i elektrotechniki,.

Ćwiczenie 2

Na stanowisku laboratoryjnym rozmieszczone są róŜne elementy automatyki. Rozpoznaje

te elementy a następnie dokonaj krótkiej ich prezentacji?

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  rozpoznać elementy automatyki,
2)  nazwać te elementy,
3)  dokonać krótkiej ich prezentacji.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

elementy automatyki,

–

przybory do pisania,

–

notatnik,

–

literatura z rozdziału 6 dotycząca podstaw elektroniki i elektrotechniki,.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.10.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak Nie

1) wymienić podstawowe prawa wykorzystywane w elektronice?

2) zdefiniować pojęcie dzielnik napięcia i prądu?

3) omówić diodę, tranzystor i tyrystor?

4) podać na czym polega system dwójkowy?

5) zdefiniować pojęcie algebra Boole’a?

6) wymienić podstawowe bramki logiczne?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.11. Zabezpieczenie urządzeń napędowych

4.11.1. Materiał nauczania

Do podstawowych zabezpieczeń silników naleŜą:

−

zabezpieczenie zwarciowe,

−

zabezpieczenie przeciąŜeniowe,

−

zabezpieczenie od skutków obniŜenia napięcia.
Jako zabezpieczenie zwarciowe silników o napięciu nieprzekraczającym 1 kV stosuje się

bezpieczniki topikowe w trzech fazach lub wyzwalacze elektromagnetyczne trójfazowe.

Dla silników o napięciu przekraczającym 1 kV rolę zabezpieczenia zwarciowego mogą

spełniać bezpieczniki topikowe w 3 fazach w połączeniu z rozłącznikiem lub nadprądowe
przekaźniki bezzwłoczne.

Dla silników o mocy powyŜej 2 MW i wyprowadzonych sześciu końcówkach stosuje się

zabezpieczenie róŜnicowe wzdłuŜne w dwóch fazach.

Silniki o mocy powyŜej 1 MW wyposaŜa się w zabezpieczenie od zwarć doziemnych,

zasilane z przekładnika Ferrantiego.

Prąd nastawienia zabezpieczenia zwarciowego silnika powinien być jak najmniejszy –

tak jednak, aby nie działać przy prądach szczytowych występujących w czasie normalnej
pracy i przy rozruchu silnika.

Jako zabezpieczenie przeciąŜeniowe silników o napięciu do 1 kV stosuje się wyzwalacze

lub przekaźniki cieplne oraz czujniki temperatury.

Dla silników o napięciu znamionowym ponad 1 kV stosuje się zabezpieczenie

nadprądowe zwłoczne.

Zabezpieczenia zwarciowe silnika powinny być stosowane w trzech fazach w układach

trójfazowych, natomiast w układach prądu stałego w dwu lub jednym biegunie, jeŜeli drugi
jest uziemiony. Nie naleŜy stosować zabezpieczeń zwarciowych w obwodach wzbudzenia.

KaŜdy silnik powinien mieć zabezpieczenie zwarciowe oddzielne. Dopuszcza się

zabezpieczenie zwarciowe wspólne dla grupy silników, tak dobrane, aby w przypadku
zwarcia w jednym z silników zadziałało zabezpieczenie grupowe. Zabezpieczenia
przeciąŜeniowe powinien posiadać kaŜdy silnik za wyjątkiem:
–

silników o prądzie znamionowym mniejszym niŜ 4 A,

–

silników o mocy nie przekraczającej 10 kW dla pracy ciągłej, których przeciąŜenie jest
mało prawdopodobne (pompy, wentylatory),

–

silników stanowiących zespół z transformatorem posiadającym własne zabezpieczenie,

–

silników do pracy przerywanej, których zabezpieczenie czujnikami temperatury nie jest
gospodarczo uzasadnione.
W układach trójfazowych z uziemionym punktem neutralnym zabezpieczenia

przeciąŜeniowe stosuje się w 3 fazach, bez uziemionego punktu naturalnego w 2 fazach.

Zabezpieczenie od nadmiernego obniŜenia się napięcia realizowane jest jako

ponadnapięciowe zwłoczne jedno- lub dwufazowe. Zabezpieczenie to naleŜy stosować, gdy:
–

obniŜenie napięcia uniemoŜliwia pracę silnika,

–

niepoŜądany jest samorozruch silnika zwartego,

–

niedopuszczalny jest samorozruch silnika pierścieniowego,

–

wskazane jest odłączenie pewnej liczby mniej waŜnych silników w celu zabezpieczenia
samorozruchu innym silnikom.
Układ

dwóch

przekaźników

podnapięciowych

włączonych

napięcia

międzyprzewodowe jest stosowany do zabezpieczenia grupy silników lub silnika o duŜej
waŜności z punktu widzenia procesu technologicznego. Układ z jednym przekaźnikiem

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

podnapięciowym naleŜy stosować do zabezpieczania pojedynczych silników o mniejszym
znaczeniu.

4.11.2. Pytania sprawdzające

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

1.  Jakie znasz podstawowe zabezpieczenia silników?
2.  Jaka jest definicja zabezpieczenia zwarciowego?
3.  Jaka jest definicja zabezpieczenia przeciąŜeniowego?
4.  Jaka jest definicja zabezpieczenia od skutków obniŜenia napięcia?
5.  Jakie znasz przykłady zabezpieczeń maszyn i urządzeń elektrycznych?

4.11.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Mając daną maszynę elektryczną, zaproponuj zabezpieczenia do tej maszyny.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  określić rodzaje zabezpieczeń,
2)  wypisać w notatniku dane znamionowe maszyny elektrycznej,
3)  dobrać do danych znamionowych rodzaj zabezpieczenia,
4)  uzasadnić dobór zastosowanego zabezpieczenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

dowolna maszyna elektryczna,

−

zabezpieczenia napędowe maszyn i urządzeń elektrycznych,

−

notatnik,

−

literatura z rozdziału 6 dotycząca zabezpieczenia urządzeń napędowych,

Ćwiczenie 2

Mając daną maszynę wykorzystywaną do prac blacharskich, zaproponuj zabezpieczenia

do tej maszyny.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  określić rodzaje zabezpieczeń,
2)  wypisać w notatniku dane znamionowe maszyny,
3)  dobrać do danych znamionowych rodzaj zabezpieczenia,
4)  uzasadnić dobór zastosowanego zabezpieczenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

dowolna maszyna wykorzystywana do prac blacharskich,

–

zabezpieczenia napędowe maszyn i urządzeń elektrycznych,

–

przybory do pisania,

–

notatnik,

–

literatura z rozdziału 6 dotycząca zabezpieczeń urządzeń napędowych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

1.  Przeczytaj uwaŜnie instrukcję.
2.  Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.
3.  Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.
4.  Test zawiera 20 zadań o róŜnym stopniu trudności.
5.  Udzielaj  odpowiedzi  tylko  na  załączonej  karcie  odpowiedzi  stawiając  w  odpowiedniej

rubryce znak X. Dla kaŜdego zadania podane są cztery moŜliwe odpowiedzi a, b, c, d.
Tylko jedna odpowiedź jest poprawna. W przypadku pomyłki naleŜy błędną odpowiedź
zaznaczyć kółkiem, a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową.

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

na później i wróć do niego, gdy zostanie Ci wolny czas.

8. Na rozwiązanie testu masz 60 min.

Powodzenia!

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

1. Ochrona przez samoczynne wyłączenie zasilania polega na

zasilaniu odbiornika za pomocą transformatora separacyjnego lub przetwornicy.

szybkim wyłączeniu instalacji spod napięcia, gdy nastąpi zwarcie części będącej pod
napięciem fazowym z dostępną częścią przewodzącą.

zastosowaniu w fabrycznie produkowanych urządzeniach izolacji o parametrach
ograniczających do minimum moŜliwości poraŜenia prądem elektrycznym.

odizolowaniu od ziemi urządzeń elektrycznych.

2. Najlepszym środkiem ochrony przed skutkami nadmiernego wzrostu napięcia wskutek

wyładowania atmosferycznego jest zastosowanie
a)

bezpieczników topikowych.

wyłączników nadmiarowo-prądowych.

odgromników.

wyłączników róŜnicowoprądowych.

3. Na rysunku przedstawiono

wyłącznik nadprądowy.

wyłącznik róŜnicowoprądowy.

stycznik,

przekaźnik bistabilny.

4. Fotografia przedstawia

wyłącznik nadprądowy.

wyłącznik róŜnicowoprądowy.

stycznik.

przekaźnik bistabilny.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5. Środkiem ochrony układu oddechowego są

maska ochronna.

rękawice ochronne.

nakrycie głowy.

ubranie robocze.

6. Środkiem ochrony wzroku są

maska ochronna.

rękawice ochronne.

nakrycie głowy.

okulary ochronne.

7. W celu ochrony rąk podczas lutowania elementów elektronicznych naleŜy zastosować

maskę ochronną.

rękawice ochronne.

nakrycie głowy.

ubranie robocze.

8. Opaskę uciskową naleŜy stosować

w kaŜdym przypadku krwawiącej rany.

w przypadku obcięcia lub oderwania kończyny.

w przypadku zmiaŜdŜenia kończyny.

w przypadku skaleczenia.

9. W czasie udzielania pierwszej pomocy tętno sprawdza się

po obu stronach szyi, uŜywając kciuka i pozostałych palców.

po jednej stronie szyi, trzema środkowymi palcami.

kciukiem na przegubie ręki.

po jednej stronie szyi, jednym palcem.

10 MasaŜ serca naleŜy wykonywać przez uciskanie

dolnej części mostka.

lewej połowy klatki piersiowej.

górnej części mostka.

½ dolnej części mostka.

11. Najskuteczniejszą i najprostszą metodą udroŜnienia dróg oddechowych podczas wypadku

przy pracach monterskich jest

wyciągnięcie i przytrzymanie języka.

przygięcie głowy do mostka.

usunięcie ciał obcych z jamy ustnej i odgięcie głowy do tyłu.

odgięcie głowy do tyłu.

12.

Jednostką natęŜenia prądu elektrycznego jest

volt.

amper.

wat.

ohm.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

KARTA ODPOWIEDZI

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

Analizowanie prostych układów elektrycznych

Zakreśl poprawną odpowiedź.

Zadania

Odpowiedzi

Punkty

Razem: