Prąd elektryczny – uporządkowany (skierowany) ruch ładunków elektrycznych.W naturze przykładami są wyładowania atmosferyczne, wiatr słoneczny, czy czynność komórek nerwowych, którym również towarzyszy przepływ prądu. W technice obwody prądu elektrycznego są masowo wykorzystywane w elektrotechnice i elektronice.

Napięcie elektryczne – różnica potencjałów elektrycznych między dwoma punktami obwodu elektrycznego lub pola elektrycznego. Symbolem napięcia jest U. Napięcie elektryczne jest to stosunek pracy wykonanej podczas przenoszenia ładunku elektrycznego między punktami, dla których określa się napięcie, do wartości tego ładunku.

Jednostki występujące w prądzie elektrycznym:

Prąd I- amper [A]

Napięcie U-volt [V]

Pojemność C-farady [F]=[$\frac{s^{4} \times A^{2}}{kg \times m^{2}}$]

Gałąź obwodu elektrycznego – jest utworzona przez jeden lub kilka połączonych ze sobą szeregowo elementów obwodu.Oznacza to, że przez wszystkie elementy danej gałęzi przepływa prąd elektryczny o takiej samej wartości natężenia.

Węzeł elektryczny – punkt obwodu elektrycznego (początek gałęzi), z którego wychodzą co najmniej trzy przewody (gałęzie)

Oczko prądu - nazywamy jakiś fragment obwodu, który zawiera źródła prądu oraz odbiorniki (oporniki) i stanowi obwód zamknięty.

W elementach obwodu zachodzą trzy rodzaje procesów energetycznych:

• wytwarzanie energii (zamiana pewnej energii (np. mechanicznej) na energię elektryczną)

• akumulacja energii

• rozpraszanie energii

W elemencie idealnym, zachodzi tylko jeden z powyższych procesów (np. idealny rezystor - tylko rozpraszanie energii). Natomiast w elemencie rzeczywistym jednocześnie zachodzą dwa, a nawet i trzy procesy energetyczne. Jednakże, zawsze jeden proces dominuje nad pozostałymi. Elementy mające zdolność do akumulacji i rozpraszania energii nazywany elementami pasywnymi, a pozostałe aktywnymi.

Rezystor (opornik) – najprostszy, rezystancyjny element bierny obwodu elektrycznego. Jest elementem liniowym: spadek napięcia jest wprost proporcjonalny do prądu płynącego przez opornik. Przy przepływie prądu zamienia energię elektryczną w ciepło.

Szeregowe: R_z=R₁+R₂… Równoległe: $R_{z} = \frac{R_{1}R_{2}}{R_{1 +}R_{2}}$ jednostaka - Ω

Cewka– element elektroniczny bierny. Cewka składa się z pewnej liczby zwojów przewodnika. Wewnątrz lub na zewnątrz zwojów może znajdować się rdzeń z materiału magnetycznego, diamagnetycznego lub ferromagnetycznego.

Jednostka: henr - $H = \frac{kg*m^{2}}{A^{2*}s^{2}}$

Kondensator - jest to element elektryczny (elektroniczny), zbudowany z dwóch przewodników (okładek) rozdzielonych dielektrykiem.

C-farady [F]= [$\frac{s^{4}*A^{2}}{kg*m^{2}}$]

Prawo Ohma – prawo fizyki głoszące proporcjonalność natężenia prądu płynącego przez przewodnik do napięcia panującego między końcami przewodnika. $R = \frac{U}{I}$

Pierwsze prawo Kirchhoffa – prawo dotyczące przepływu prądu w rozgałęzieniach obwodu elektrycznego. „Suma natężeń prądów wpływających do węzła jest równa sumie natężeń prądów wypływających z tego węzła.”

Drugie prawo Kirchhoffa – zwane również prawem napięciowym, dotyczy bilansu napięć w zamkniętym obwodzie elektrycznym prądu stałego. „W zamkniętym obwodzie suma spadków napięć na oporach równa jest sumie sił elektromotorycznych występujących w tym obwodzie”

$\sum_{i}^{}{U_{i} = \sum_{k}^{}\varepsilon_{k}}$ lub U_i=I_iR_i

Parametry sygnału sinusoidalnego

Sygnał sinusoidalnie zmienny jest jednym z najczęściej spotykanych w praktyce sygnałów elektrycznych. Wiąże się to z łatwością wytwarzania napięć i prądów sinusoidalnych za pomocą takich urządzeń jak prądnice lub generatory. Sygnały sinusoidalne znajdują szerokie zastosowanie w radiotechnice i telekomunikacji jako fale nośne i sygnały synchronizujące.

• wartość skuteczna $I = \frac{I_{\max}}{\sqrt{2}}$

• wartość średnia =0

• wartość maksymalna (amplituda) – wychylenie od osi x

Prądów Mocy Napięć

Moc chwilowa prądu elektrycznego - energia elektryczna dostarczona do odbiornika, w krótkim czasie t, do tego czasu. Jest iloczynem wartości chwilowych napięcia i natężenia prądu:

p=u*i gdzie: p - moc chwilowa

Moc bierna w obwodach prądu zmiennego jest wielkością opisującą pulsowanie energii elektrycznej między elementami obwodu elektrycznego. Ta oscylująca energia nie jest zamieniana na użyteczną pracę lub ciepło, niemniej jest ona konieczna do funkcjonowania urządzeń elektrycznych

Q=U*I*sinφ=X*I² gdzie: X – reaktancja

Moc czynna (P) – w układach prądu przemiennego (również prądu zmiennego) część mocy, którą odbiornik pobiera ze źródła i zamienia na pracę lub ciepło. W układach prądu stałego cała moc jest mocą czynną. Jednostką mocy czynnej jest wat.

$P = \frac{1}{T}\int_{0}^{T}{u\left( t \right)i\left( t \right)\text{dt}}$

P – moc czynna

t – czas

T – okres

u – napięcie chwilowe

i – natężenie prądu chwilowe

Moc pozorna – (S, VA) wielkość fizyczna określana dla obwodów prądu przemiennego. Wyraża się ją jako iloczyn wartości skutecznych napięcia i natężenia prądu: $S = UI = \frac{1}{2}U_{m}I_{m}$

Moc pozorna jest geometryczną sumą mocy czynnej i biernej prądu elektrycznego pobieranego przez odbiornik ze źródła. $\ S = \sqrt{P^{2} + Q^{2}}$

Miernik magnetoelektryczny - Magnetoelektryczne przyrządy pomiarowe, mierniki natężenia prądu elektrycznego stałego (lub innych wielkości fizycznych przetwarzanych na prąd elektryczny), w których pomiar odbywa się dzięki wzajemnemu oddziaływaniu pola magnetycznego magnesu trwałego (magnes) z polem wytworzonym przez mierzony prąd płynący w ruchomej cewce połączonej ze wskazówką.

Miernik elektromagnetyczny działa na zasadzie oddziaływania pola magnetycznego cewki przewodzącej prąd, na ruchomy rdzeń ferromagnetyczny umieszczony w tym polu. Wskazówka połączona z rdzeniem wskazuje wartość prądu przepływającego przez cewkę. Im większy prąd przepływa przez cewkę, tym silniej jest wciągany rdzeń, tym większy jest moment i większe odchylenie wskazówki.Miernik elektromagnetyczny służy zarówno do pomiaru prądu stałego, jak i wartości skutecznej prądu przemiennego. Mierniki elektromagnetyczne są budowane jako amperomierze i jako woltomierze.

Miernik cyfrowy - miernik elektroniczny, w którym wielkość mierzona jest kodowana i wyświetlana w formie cyfrowej.

Metody pomiaru prądu:

Wszystkie pomiary fizyczne można sklasyfikować jako:

• pomiary bezpośrednie - wynik otrzymuje się z bezpośrednio ze wskazania wybranego miernika,

Taką metodę stanowi np. pomiar natężenia prądu elektrycznego, z użyciem amperomierza czy też oznaczanie średnicy wałka za pomocą suwmiarki

• pomiary pośrednie - wynik uzyskuje się mierząc inne wielkości na sposób bezpośredni i następnie obliczając zadaną wielkość ze znanej zależności między nią a wielkościami mierzonymi, ustalonej doświadczalnie lub teoretycznie.

Przykładem pomiarów pośrednich jest wyznaczanie oporu R przez bezpośredni pomiar napięcia i natężenia prądu i wykorzystanie zależności: R = U/I.

Metody pomiaru Napięcia:

• metody kapilarne, polegają na pomiarze wysokości wzniesienia kapilarnego w dwóch rurkach o różnej średnicy lub pomiarze ciśnienia wywołanego w rurce kapilarnej

• metody maksymalnego ciśnienia w kroplach lub pęcherzykach polegają na pomiarze maksymalnego ciśnienia podczas wtłaczania powietrza przez cienką rurkę do cieczy lub podczas tworzenia kropli na rurce

• metoda stalagmometryczna – badanie jaką wielkość i ciężar musi osiągnąć wolno narastająca kropla, by oderwać się od końca rurki

• metody leżącej lub wiszącej kropli – pomiar kształtu kropli leżącej na powierzchni lub zwisającej z rurki

• metody oderwania wyciąganego pierścienia lub ramki – pomiar siły oderwania pierścienia wyciąganego z cieczy

Akumulator kwasowo-ołowiowy jest szeroko stosowanym ogniwem wtórnym. Wykorzystuje się go w samochodach, pociągach, laboratoriach jako źródło prądu stałego. Podstawowym składnikiem jest ołów. Elektrody są wykonane z płyt ołowianych - kratownic - z wprasowanym w nie tlenkiem ołowiu(II) (PbO).

Zalety:

• Ogniwa ołowiowe wykazują dużą odporność na zmieniające się warunki zewnętrzne

• dużą ilość cykli ładowania oraz rozładowania

• ekonomicznością (niska cena

• niektóre umożliwiają pobór prądów o dużej mocy w krótkim czasie

• Czas życia tych urządzeń jest stosunkowo długi

Wady:

• Wrażliwy na wstrząsy

• Wymaga ciągłej konserwacji

• charakteryzuje się małą pojemnością

• nadaje się do użycia tylko przy procesach krótkotrwałych

• urządzenie jest bardzo ciężkie

• Ogniwa te są toksyczne dla środowiska naturalnego

• Akumulator nie użytkowany podlega procesowi samowyładowania

Akumulatory zasadowe

Zalety:

• trwalsze od ołowiowych

• mogą być całkowicie wyładowane

• dobrze znoszą zwarcia

• są odporniejsze na wstrząsy

• nie wymagają tak starannej obsługi

Wady:

• Drogie

• mają mniejszą SEM

• wykazują większe wahania napięcia podczas wyładowania i ładowania oraz mniejszą sprawność

Budowa sieci trójfazowej z uziemionym punktem zerowym (TN)

Jest to najbardziej rozpowszechniony układ sieci w sieciach zasilających odbiorców indywidualnych. W sieci TN przewód neutralny jest bezpośrednio uziemiany, a części odbiorników są połączone z tym punktem:
- przewodem ochronnym PE, w układzie TN-S,
- przewodem ochronno-neutralnym PEN w układzie sieci TN-C,
- przewodem ochronnym PE w części układu i przewodem PEN w części układu
(sieć TN-C-S).

W tych układach przewód ochronno-neutralny PEN został rozdzielony na przewód ochronny PE i neutralny N. Eliminuje to takie zjawiska jak:

- pojawienie się napięcia fazowego na obudowach odbiorników,
- pojawienie się na przewodzie PEN napięcia niekorzystnego dla użytkowanych odbiorników, wywołanego przepływem przez ten przewód prądu wyrównawczego, spowodowanego zaistnieniem asymetrii prądowej w instalacji.

Budowa sieci trójfazowej z izolowanym punktem zerowym (IT)

W układzie sieciowym IT wszystkie części będące pod napięciem są izolowane od ziemi, punkt neutralny układu sieci jest połączony z ziemią przez impedancję o dużej wartości, natomiast części przewodzące dostępne są bezpośrednio połączone z ziemią niezależnie od uziemienia punktu neutralnego sieci.

Metody ochrony przed dotykiem bezpośrednim i pośrednim.(IT)

Środkami ochrony podstawowej są:

• izolacja robocza

• ogrodzenia lub obudowy

• bariery ochronne

• umieszczenie elementów pod napięciem poza zasięgiem ręki człowieka

• samoczynne wyłączenie zasilania (gdy napięcie dotykowe przekracza długotrwale

wartości uznane za bezpieczne)

• izolacja ochronna

• separacja odbiornika

• izolowanie stanowiska

• połączenia wyrównawcze

Silnik asynchroniczny klatkowy:

Budowa:

• Wentylator

• Klatka wirnika

• Rdzen wirnika

• Rdzen stojana

• Uzwojenie stojana

• Tarcz łozyskowa

• Wał

• Tabliczka znamionowa

• Skrzynka zaciskowa

• Jarzmo stojana

Zasada działania:

Wirujące pole magnetyczne wywołane przez stojan, przecina przewody nieruchomego w pierwszej chwili wirnika i indukuje w nich siły elektromotoryczne. Pod wpływem tych sił w zamkniętym obwodzie wirnika płynie prąd w wyniku którego w wirniku wytwarza moment obrotowy powodujący podążanie przewodów wirnika w kierunku wirowania pola. Wirnik zaczyna się obracać. Z upływem czasu prędkość obrotowa wirnika zwiększa się, lecz równocześnie zmniejsza się prędkość przecinania jego przewodów przez pole wirujące. Zmniejsza się wtedy wartość momentu w porównaniu z tym, jaki działał na nieruchomy wirnik. W rezultacie ustala się prędkość obrotowa wirnika. Jest ona mniejsza od prędkości pola wirującego stojana.

Poslizg - Różnica między prędkością pola wirującego(synchroniczną) n_s, a prędkością wirnika n podzielona przez n_s.

Warunek istnienia poślizgu musi być spełniony, gdyż:

- przewody nie byłyby przecinane przez linie pola,

- siła elektromotoryczna zmalałaby do zera,

- nie wytworzyłoby się pole wokół uzwojeń wirnika,

- nie powstałby moment obrotowy

Charakterystyka mechaniczna to zależność momentu obrotowego silnika M od prędkości obrotowej n. Zakres pracy silnika od biegu jałowego aż do obciążenia znamionowego znajduje się na części charakterystyki zawartej między prędkością synchroniczną n_S a znamionową n_N.

Charakterystyki robocze to zależność prędkości obrotowej n,sprawności h, momentu obrotowego M, poślizgu s, prądu pobieranego przez silnik I, współczynnika mocy cos f od mocy oddawanej na wale silnika P₂. Charakterystyki te wyznacza się przy warunkach znamionowych zasilania.

Silnik asynchroniczny pierścieniowy

Budowa:

• Wyprowadzenie uzwojeń

• Urządzenie szczotkowe

• Szczotki

• Łożysko

• Rdzeń wirnika

• Żłobek rdzenia

• Uzwojenie wirnika

• Pierścienie slizgowe

• Łożysko

• wał

Silnik prądu stałego jest silnikiem elektrycznym zasilanym prądem stałym i służy do zamiany energii elektrycznej na energię mechaniczną. Jako maszyna elektryczna prądu stałego może pracować zamiennie jako silnik lub prądnica. W tym drugim przypadku wirnik napędzany jest energią mechaniczną dostarczona z zewnątrz, a na zaciskach uzwojenia twornika odbierana jest wytworzona energia elektryczna.

Silnik elektryczny składa się z:

• części nieruchomej - stojana - stanowi uzwojenie silnika, które jest wykorzystywane do wytworzenia pola magnetycznego

• ruchomej – wirnika - o kształcie ramki jest umieszczony w polu magnetycznym stojana

• Komutator - to wielosegmentowy pierścień, do którego są dociśnięte szczotki węglowe. Służy on do zmiany zwrotu natężenia prądu w wirniku po wykonaniu przez niego obrotu, co umożliwia kontynuację ruchu obrotowego.

Budowa:

• Uzwojenie twornika

• Rdzen bieguna glownego

• Uzwojenie wzbudzenia

• Rdzen twornika

• Wal

• Wentylator

• Jarzmo stojana

• Trzymadlo szczotkowe i szczotka

• Tarcza lozyskowa

• Lozysko

• Komutator

silnik bocznikowy – o uzwojeniu wzbudzenia w stojanie przyłączonym równolegle z uzwojeniem twornika. Charakteryzuje się małą podatnością na zmianę prędkości obrotowej na skutek zmiany obciążenia. Stosowany głównie w napędach obrabiarek, pomp, dmuchaw, kompresorów;

silnik szeregowo-bocznikowy – o uzwojeniu wzbudzenia w stojanie połączonym z uzwojeniem twornika w sposób mieszany (część szeregowo, a część równolegle). Charakteryzuje się brakiem głównej wady silnika szeregowego – możliwości jego rozbiegania przy braku obciążenia, a także ma jego zalety – duży moment obrotowy w szerokim zakresie obrotów i zależność prędkości obrotowej od obciążenia. Stosowany jest zazwyczaj jako silniki dużych mocy, tam gdzie występuje ciężki rozruch: do napędu walcarek, pras, dźwigów oraz w napędach okrętowych mechanizmów pokładowych.

Silnik szeregowy może być, jako jedyny silnik prądu stałego, zasilany również prądem przemiennym. Silniki takie zwane są też silnikami uniwersalnymi. Możliwość ich różnego zasilania wynika z faktu, że kierunek wirowania wirnika nie zależy od biegunowości przyłożonego napięcia. W przypadku, gdy silnik ma być zasilany prądem stałym stojan wykonywany jest z litego materiału. Natomiast przy zasilaniu prądem przemiennym wykonuje się go z pakietu izolowanych blach zmniejszając straty energii powstałe na skutek prądów wirowych. Ze względu na stosunkowo małe wymiary przy stosunkowo dużej mocy oraz duże prędkości obrotowe, silniki te znalazły liczne zastosowania w urządzeniach wymagających dużych prędkości obrotowych napędu, np. w odkurzaczach, elektronarzędziach, suszarkach, sokowirówkach, mikserach itp.

Regulacja predkosci obrotowej:

• Zmiana napięcia zasilania

• Zmiana rezystancji w obwodzie twornika

• Zmiane strumienia

Agregaty awaryjne:

• baterie akumulatorów, pod warunkiem że co najmniej jedna z zainstalowanych baterii odpowiada wymaganiom co do pojemności i umieszczenia stawianym źródłom awaryjnym.

• prądnica z niezależnym napędem

Pomieszczenia awaryjnych źródeł energii elektrycznej, przynależnych transformatorów, tymczasowych źródeł energii, rozdzielnicy awaryjnej i rozdzielnicy oświetlenia awaryjnego powinny być:

• usytuowane powyżej najwyższego pokładu ciągłego,

• poza obrębem szybów maszynowych i za grodzią zderzeniową

• Wyjścia z tych pomieszczeń powinny być łatwo dostępne i prowadzić bezpośrednio na otwarty pokład, na którym znajduje się awaryjne źródło energii elektrycznej

Prądnica prądu przemiennego (generator prądu przemiennego) to maszyna elektryczna przetwarzająca energię mechaniczną, pobieraną z zewnętrznego urządzenia napędzającego prądnicę, na energię elektryczną w postaci przemiennego prądu. Do tego celu wykorzystuje się zjawisko indukowania siły elektromotorycznej w wyniku ruchu przewodnika w polu magnetycznym indukcji elektromagnetycznej

Czas załączenia agregatu awaryjnego na szyny – 45s

Blackout – to zwyczajowa nazwa przerwy w pracy systemu elektroenergetycznego lub jego znacznej części. Awarię taką definiuje się jako utratę napięcia w sieci elektroenergetycznej na znacznym obszarze.