WYKŁAD IV: PRZENOSZENIE I PRZETWARZANIE ENERGII W UKŁADACH ELEKTRYCZNYCH

Wyodrębnić podstawowe urządzenia zasilające lub odbiorcze systemu energoelektrycznego

Urządzenia zasilające systemu energoelektrycznego: generatory, transformatory, prostowniki, przetworniki, wyłączniki, rozłączniki, odłączniki, bezpieczniki (?) Urządzenia odbiorcze systemu energoelektrycznego: silniki, urządzenia oświetleniowe, grzejne Schematy rzeczywistych źródeł energii elektrycznej Takie jak dla prądu stałego czyli źródło napięcia i rezystancja w szeregu, źródło prądu i rezystancja równolegle? Opisać straty mocy czynnej w rzeczywistej cewce powietrznej (rzeczywistym kondensatorze) W przypadku cewki rzeczywistej zbudowanej z wielu zwojów drutu naturalny model wymaga uwzględnienia rezystancji zwojów. Ze względu na występującą rezystancję, na zwojach wydziela się ciepło, powodując stratę mocy czynnej.Model kondensatora rzeczywistego powinien uwzględniać naturalną upływność izolacji międzyokładkowej (skończoną rezystancję izolacji). Naturalny sposób uwzględnienia tego prądu to przyjęcie modelu równoległego, w którym na całkowity prąd kondensatora składa się prąd pojemności C oraz konduktancji G. Ze względu na występującą rezystancję, na zwojach wydziela się ciepło, powodując stratę mocy czynnej (prawem Joule'a-Lenza).Co to jest dobroć cewki, kondensatora Dobroć Q - wielkość charakteryzująca ilościowo układ rezonansowy. Określa, ile razy amplituda wymuszonych drgań rezonansowych jest większa niż analogiczna amplituda w obszarze częstości nierezonansowych. Dla cewki indukcyjnej o indukcyjności L dobroć wynosi: ω – częstość zmian prądu, R – oporność czynna cewki.

Dla kondensatora o pojemności C dobroć wyraża się wzorem:

ω – częstość zmian prądu,R – zastępcza szeregowa oporność kondensatora. Od czego zależą straty mocy dławika W rzeczywistości straty mocy na dławiku wiążą się z niezerową rezystancją uzwojeń, emisją promieniowania oraz z prądami wirowymi i innymi źródłami strat w rdzeniu.Prawo indukcji Faradaya – wyodrębnić sem. transformacji lub rotacji Indukcja elektromagnetyczna - zjawisko powstawania siły elektromotorycznej w przewodniku na skutek zmian strumienia pola magnetycznego. Zmiana ta może być spowodowana zmianami pola magnetycznego lub względnym ruchem przewodnika i źródła pola magnetycznego. Zjawisko indukcji opisuje prawo indukcji elektromagnetycznej Faradaya: Ε to indukowana siła elektromotoryczna (SEM) w woltach; Φ_B to strumień indukcji magnetycznej przepływający przez powierzchnię objętą przewodnikiem. Zmiana strumienia pola magnetycznego może wynikać z ruchu przewodnika lub źródła pola magnetycznego. Jeżeli jest to ruch obrotowy, to wygenerowana w ten sposób SEM nazywana jest siłą elektromotoryczną rotacji. SEM wytworzona przez nieruchome przewodniki w wyniku zmian indukcji magnetycznej (wywołaną zazwyczaj zmianą natężenia prądu) nazywa się siłą elektromotoryczną transformacji.WYKŁAD V: PRZENOSZENIE I PRZETWARZANIE ENERGII W UKŁADACH ELEKTRYCZNYCH Sformułować wzory opisujące moc elektromagnetyczną i moc elektromechaniczną dowolnego elektromechanicznego przetwornika energii o polu magnetycznym P = Pa − ΔPa = Pa − Ra I a^2 2.Pm=Pm-ΔPm=Pm− BmΩrm^2 gdzie, ΔPa– straty w obwodzie twornika (uzwojenia obwodu twornika i zestyk ślizgowy), ΔPm – straty mechaniczne (tarcie i wentylacja). Sformułować warunki pracy silnikowej lub prądnicowej elektromechanicznego przetwornika energii o polu magnetycznymWarunek koniecznyMoment elektromagnetyczny musi być różny od zeraWarunek wystarczającyMoment elektromagnetyczny średni za okres (np. czas jednego obrotu wirnika) musi być różny od zera Opisać elementy budowy i zasadę działania jednego z mierników (magnetoelektryczny, elektrodynamiczny, elektromagnetyczny)Działanie mierników magnetoelektrycznych opiera się na oddziaływaniu pola, które generowane jest przez prąd płynący w cewce z polem magnetycznym, którego źródłem jest magnes trwały.Za element nieruchomy tego urządzenia służy trwały magnes łącznie z nabiegunnikami. Są one zbudowane ze stali magnetycznie miękkiej. Natomiast wymieniona wcześniej cewka stanowi element ruchomy miernika magnetoelektrycznego. Cewka przyjmuje takie położenie, aby oś geometryczna szczeliny obwodu magnetycznego pokrywała się z jej własną osią obrotu.Zasada działania miernika elektromagnetycznego polega na oddziaływaniu 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 rdze, 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 woltomierze. Mają nieskomplikowaną budowę i charakteryzują się prostotą działania. Budowa: rodzaje ustrojów elektromagnetycznych: jednordzeniowe i wielordzeniowe. Ustrój dwurdzeniowy ma cewkę okrągłą. Dwa rdzenie wykonane z cienkiej blachy stalowej umieszczone są wewnątrz cewki. Jeden z nich przymocowany jest do korpusu cewki, a drugi ruchomy do osi ustroju.Podstawowe przebiegami temperaturowe urządzeń energoelektrycznychtemperatura narasta zgodnie z krzywą:
τ = τ 0*(1-e^(-t/T))
Po wyłączeniu:
τ = τ 0*e^(-t/T)
τ 0- temp. początkowa
t - czas
T - stała czasowa WYKŁAD VI: UKŁADY I URZĄDZENIA ZASILAJĄCE Co to jest system energoelektryczny System elektroenergetyczny to zbiór urządzeń do wytwarzania, przesyłu i rozdziału energii elektrycznej, połączonych ze sobą funkcjonalnie dla realizacji procesu ciągłej dostawy energii elektrycznej odbiorcom. Wzór opisujący sprawność przemiany cieplnej (przemiany Carnota) – od czego zależysprawność energetyczna elektrowni węglowejDla układu tego definiuje się sprawność jako stosunek pracy wykonanej do ilości ciepła pobranego ze źródła ciepła. Wzór powyższy wyprowadzony przez Carnota określa, że sprawność cyklu nie zależy od czynnika roboczego, ani sposobu realizacji, a zależy tylko od temperatur źródła ciepła i chłodnicy.Wymień podstawowe elementy systemu energoelektrycznegolinie i stacje elektroenergetyczne Scharakteryzuj wybrany element systemu energoelektrycznego np. stacje energoelektryczną Stacja elektroenergetyczna jest elementem systemu elektroenergetycznego przeznaczonym do rozdzielania lub przetwarzania wzglednie rozdzielania i przetwarzania energii elektrycznej. Stacje elektroenergetyczna mona scharakteryzowac za pomoca takich danych jak: funkcja stacji,napiecie lub napiecia znamionowe, prad lub prady znamionowe, wytrzymałosc zwarciowa, liczba pól rozdzielnic, liczba transformatorów. Podaj napięcia sieci prądu przemiennego trójfazowego stosowane w Polsce Do odbiorców indywidualnych dostarczany jest prąd przemienny o częstotliwości 50 Hz, pod napięciem fazowym 230 V. Odbiorcy wymagający nieco większej mocy dostarczanej zasilani są z sieci trójfazowej o napięciu międzyfazowym 400 V. Wymień rodzaje torów elektroenergetycznych Według sposobów zasilania: otwarte; węzłowe; zamknięte; okrężne Od czego zależy jakość energii elektrycznej stałość napięcia, stałość częstotliwości napięcia, symetria fazowa napięć, zawartość zniekształceń krzywej napięcia, ciągłość dostawy energiiNarysować schemat blokowy wybranego układu zasilania (np. siłownia telekomunikacyjna, podstacja trakcyjna kolejowa)

Rys. Schemat blokowy podstacji trakcyjnej

SEE – system elektroenergetyczny, SN AC – szyny zbiorcze rozdzielni średniego napięcia w podstacji trakcyjnej, FLUKE 1760 – rejestrator jakości energii elektrycznej, TPr – transformator prostownikowy, Pr – prostownik, 3 kV DC – szyny zbiorcze rozdzielni prądu stałego 3 kV

Co to są harmoniczne napięcia (prądu) zasilającego

Harmoniczna to składowa przebiegu o częstotliwości będącej całkowitą krotnością częstotliwości podstawowej.

Sformułować wzór opisujący THD (współczynnik zniekształceń harmonicznych)

THD to to stosunek wartości skutecznej wyższych harmonicznych sygnału, do wartości skutecznej składowej podstawowej, mierzony dla sygnału sinusoidalnego.

Dla napięcia całkowity współczynnik odkształcenia napięcia THD U wyraża się wzorem:

$$\text{THD}_{U} = \frac{\sqrt{\sum_{h = 2}^{h = n}U_{h}^{2}}}{U_{1}}$$

Dla prądu całkowity współczynnik odkształcenia prądu THD I wyraża się wzorem:

$$\text{THD}_{I} = \frac{\sqrt{\sum_{h = 2}^{h = n}I_{h}^{2}}}{I_{1}}$$

U₁ ,I₁ - wartość skuteczna pierwszej harmonicznej napięcia (prądu);

U_h ,I_h - wartość skuteczna napięcia (prądu) harmonicznej h-tego rzędu;

n- liczba kolejnych harmonicznych uwzględnionych w trakcie rozwiązywania.

Co to jest przekładnia i kąt przesunięcia godzinowego transformatora trójfazowego

Przekładnia napięciowa transformatora trójfazowego jest to stosunek wartości skutecznych znamionowych napięć międzyfazowych strony wyższego i niższego napięcia. Jest to często wartość inna niż wartość przekładni zwojowej określającej stosunek liczby zwojów.

Kąt przesunięcia godzinowego- dla układów: gwiazda, trójkąt i zygzak kąty przesunięcia fazowego są zawsze wielokrotnością kąta 30°, dlatego wygodnie jest podawać je jako tzw. przesunięcie godzinowe. Kątowi 30° odpowiada 1 godzina (przesunięcie wskazówki godzinowej zegara o 30° jest równoważne 1 godzinie), kątowi 180° odpowiada 6 godzin itd. Kąt ten jest mierzony od napięcia górnego do dolnego w kierunku zgodnym z następstwem faz, czyli określa, o ile napięcie dolne opóźnia się w fazie względem napięcia górnego.

Wymienić i narysować schematy ideowe podstawowych układów transformatorów trójfazowych

Symbol literowy określa sposób połączeń uzwojeń:

duże litery Y – gwiazda ; D – trójkąt - dla napięć pierwotnych małe litery y – gwiazda ; d – trójkąt ; z – zygzak - dla napięć wtórnych

litera N – oznacza wyprowadzenie zacisku neutralnego uzwojenia pierwotnego na listwę zaciskową

litera n – oznacza wyprowadzenie zacisku neutralnego uzwojenia wtórnego na listwę zaciskową

Symbol cyfrowy określa wzajemne przesunięcie wskazu napięcia wyjściowego (np. 2U) w stosunku do wskazu napięcia wejściowego (1U). Przesunięcie fazowe wyrażone jest w godzinach od 0 do 11, zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Np.; układ połączeń Dy5 oznacza przesunięcie fazowe napięcia 2U w stosunku do napięcia 1U o 5 godzin. Jedna godzina jest równa przesunięciu o 30 stopni elektrycznych.

W praktyce najczęściej spotykane są następujące układy połączeń: Yy, Dy, Yd, , Yz, , Dz.

Wyznaczyć kąt przesunięcia godzinowego w układzie transformatora (np. Dy)

Wyznaczenie kąta przesunięcia godzinowego w układzie transformatora dla np. Dy5:

Symbol cyfrowy określa wzajemne przesunięcie wskazu napięcia wyjściowego (np. 2U) w stosunku do napięcia wejściowego (1U). Przesunięcie fazowe wyrażone jest w godzinach od 0 do 11, zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Układ połączeń Dy5 oznacza przesunięcie fazowe napięcia 2U w stosunku do napięcia 1U o 5 godzin. Jedna godzina jest równa przesunięciu o 30 stopni elektrycznych. Czyli kąt przesunięcia godzinowego wynosi 150 stopni.

Określić warunki pracy równoległej transformatorów trójfazowych.

Praca równoległa transformatorów to zasilanie ich z tej samej sieci „pierwotnej” i obciążanie poprzez tę samą sieć „wtórną”. Pracę transformatora można nazwać idealną, jeśli:

— nie płyną prądy w uzwojeniach wtórnych w stanie jałowym (kąty godzinowe oraz przekładnie transfor. pracujących || powinny być jednakowe)

- obciążenie mocą pozorną rozkłada się proporcjonalnie do mocy znamionowych, przy tym całk. prąd obciążenia jest algebr. Σ poszczególnych prądów (występuje zgodność kątów fazowych tych prądów).

Warunki pracy: trójkąty wewnętrznych spadków napięć w transfor. pracujących ||, obciążonych prądami znamionowymi I=I_n muszą być jednakowe, oznacza to równość iloczynów Z_z * I_n oraz kątów zwarciowych ϕ_zn równość napięć zwarcia transfor. przy pracy.

WYKŁAD VII: UKŁADY I URZĄDZENIA ZASILAJĄCE

Co to jest spadek (strata) napięcia w linii zasilającej prądu sinusoidalnie zmiennego

Spadek napięcia ΔU_Q wywołany przesyłem mocy Q w sieci o napięciu U oraz wypadkowej reaktancji X_L wynosi

$$\Delta U_{Q} = X_{L}*\frac{Q}{U}$$

Omówić zjawiska występujące z przesyłaniem mocy czynnej i biernej

Z przesyłaniem mocy czynnej oraz biernej w sieci związane są następujące niekorzystne zjawiska:

-obciążenie prądowe(cieplne) elementów układu zasilania

-występowanie spadków napięcia w sieci

-występowanie strat mocy czynnej i mocy biernej

Przesyłanie mocy biernej ogranicza możliwości przesyłania mocy czynnej.

Opisać mechanizm wpływu przesyłania mocy biernej na straty mocy czynnej w linii

Straty mocy czynnej ΔP_Q oraz biernej ΔQ_Q, związane z przesyłaniem mocy biernej Q w sieci o napięciu U oraz wypadkowej rezystancji R_L i reaktancji X_L wynoszą:

$$P_{Q} = \ R_{L}*\frac{Q^{2}}{U^{2}}$$

$Q_{Q} = X_{L}*\frac{Q^{2}}{U^{2}}$ ;

Co to jest kompensacja mocy biernej

Polega na zrównoważeniu pobieranej przez odbiornik mocy biernej, mocą bierną o tej samej lub zbliżonej wartości, ale przeciwnym znaku.

Omówić układy do kompensacji mocy biernej

Aby ograniczyć ujemne skutki przesyłu mocy biernej, dąży się do zmniejszenia jej poboru z sieci poprzez:

-poprawny dobór i racjonalną eksploatację urządzeń odbiorczych (naturalne sposoby poprawy współczynnika mocy);- instalowanie dodatkowych odbiorników pojemnościowych, tzw. kompensatorów poprzecznych - mogą nimi być: baterie kondensatorów lub przebudzone silniki synchroniczne (kompensatory wirujące) [ Zapotrzebowanie na moc bierną(prawie połowa jej to straty występujące w sieci) zmienia się wraz ze zmianami obciążenia sieci mocą czynną. Z tego względu kompensatory poprzeczne wyposaża się z regulatory współczynnika mocy];-W sieciach NN, WN i SN (niskiego, wysokiego i średniego napięcia), w których zwykle X_L > R_L , stosuje się niekiedy szeregowe włączanie kondensatorów, tzw. kompensatory wzdłużne, [dla częściowego zredukowania reaktancji indukcyjnej linii, a przez to zmniejszenia (kompensacji) spadku napięcia i strat mocy biernej w linii.] WYKŁAD VIII: ZASADY DZIAŁANIA I WŁASNOŚCI UŻYTKOWE MASZYN ELEKTRYCZNYCH Rodzaje pół magnetycznych w maszynach elektrycznychRodzaje pól magnetycznych:ruchome( wirujące i wędrujące),nieruchome, przemienne (o zmieniających się okresowo wartościach i zwrocie);Wielkości charakteryzujące uzwojenia maszyn elektrycznych P – liczba par biegunów maszyny, Ż – liczba wszystkich żłobków na obwodzie,D – średnica rdzenia maszyny,u – liczba boków w żłobku,m – liczba faz maszyny prądu przemiennego lub krotność uzwojeń twornika maszyny prądu stałego WYKŁAD IX: ZASADY DZIAŁANIA I WŁASNOŚCI UŻYTKOWE MASZYN ELEKTRYCZNYCH Jakie pole magnetyczne powstaje w maszynie indukcyjnej trójfazowej Powstaje pole magnetyczne wirujące. Co to jest poślizg maszyny indukcyjnej trójfazowej

$$\frac{f_{2}}{f} = \frac{\omega_{1} - \omega}{\omega_{1}} = s$$

f - częstotliwości

Poślizg – jest to stosunek różnicy prędkości kątowej pola stojana ω₁ i prędkości kątowej wirnika ω do prędkości kątowej pola stojana (ω = 0).

Jak reguluje się prędkość obrotową maszyny indukcyjnej trójfazowej (wzór!)

$$n = \frac{60f_{1}}{p}(1 - s)$$

f₁ – częstotliwość napięcia zasilającego,

p – liczba par biegunów.

s – poślizg

Schemat zastępczy maszyny indukcyjnej trójfazowej (opisać znaczenie fizyczne elementów)

Schemat silnika indukcyjnego(dwuobwodowy, dwuczęstotliwościowy):

Strumień wirujący φ indukuje napięcie w stojanie i w wirniku silnika indukcyjnego pośrednicząc w przekazywaniu energii między nimi.

Jak w elektrycznym schemacie zastępczym maszyny uwzględnia się różnice częstotliwości napięć stojana i wirnika rzeczywistej maszyny

Napięcie na uzwojeniu stojana zależy od częstotliwości napięć stojana, a napięcie na uzwojeniu wirnika zależy od częstotliwości napięć wirnika.

Straty mocy maszyny indukcyjnej trójfazowej i wykres rozpływu mocy

Straty mocy są związane z wydzielaniem energii (ciepła) na wirniku i stojanie.

Wykres rozpływu mocy:

Wzór Klossa. Charakterystyka zewnętrzna maszyny wg wzoru.

$$M = \frac{2M_{m}}{\frac{s_{m}}{s} + \frac{s}{s_{m}}}$$

gdzie:

s_m – poślizg krytyczny $s_{m} = \frac{R_{2}^{'}}{X_{z}} = \frac{R_{2}^{'}}{2\pi L_{z}f}$

M_m – moment maksymalny $M_{m} = \frac{U_{1}^{2}}{2\omega_{1}X_{z}} = \frac{U_{1}^{2}}{8\pi^{2}L_{z}f^{2}}$

Omówić zakresy pracy maszyny indukcyjnej trójfazowej

Charakterystyki mechaniczne maszyny indukcyjnej:

Naysować rodzinę charakterystyk mechanicznych maszyny dla określonego warunku regulacji prędkości (np. u/f = const – co oznacza ten warunek?)

Rodziny charakterystyk mechanicznych silnika indukcyjnego, związane ze zmianami:

a) napięcia zasilającego U₁

b) częstotliwości f oraz napięcia U₁ – proporcjonalnie do f,

c) rezystancji dodatkowej R_d, łączonej z rezystancja – R₂

u/f = const – oznacza, że charakterystyka częstotliwości f i częstotliwości u jest taka sama, ale przesunięta w fazie.

WYKŁAD X: ZASADY DZIAŁANIA I WŁASNOŚCI UŻYTKOWE MASZYN ELEKTRYCZNYCH Jakie pole magnetyczne powstaje w silniku indukcyjnym jednofazowym Prąd płynący przez uzwojenie robocze stojana wytwarza pulsujące pole magnetyczne: Narysować charakterystykę mechaniczna silnika indukcyjnego jednofazowego

1 – faza rozruchowa 2- bez fazy rozruchowej n – prędkość wiernika Mr – moment rozruchowy Charakterystykę mechaniczną silnika z kondensatorową pomocniczą fazą rozruchu przedstawiono na rys. Silnik rozwija moment rozruchowy Mr, pod wpływem którego rusza i pracuje wg charakterystyki 1 (z włączoną fazą rozruchową). Przy prędkości np następuje otwarcie wyłącznika odśrodkowego i przejście na pracę charakterystyki 2 (z wyłączoną pomocniczą fazą rozruchową).Czy sprawność silnika indukcyjnego jednofazowego jest większa od sprawności silnika trójfazowego (jeśli tak/nie to dlaczego) Sprawność silnika jednofazowego jest mniejsza od sprawności silnika trójfazowego tej samej mocy (np. trójfazwego h = 77%, a dla jednofazowego h = 64%).

Opisać zasadę działania maszyny synchronicznej trójfazowej Maszyna synchroniczna jest maszyną elektryczną prądu przemiennego, której wirnik w stanie ustalonym wiruje z prędkością średnią równą prędkości wirowania pola magnetycznego stojana, tzn. z prędkością kątową Ω, = 2πf₁/p, lub z odpowiadającą jej prędkością obrotową n₁=60f₁/p, przy czym f₁ oznacza częstotliwość napięcia zasilającego.Zasada działania silnika synchronicznego jest następująca: m–pasmowe uzwojenie stojana zasilane m-fazowym układem prądów, wytwarza pole magnetyczne wirujące, kołowe (ogólnie 2p–biegunowe). Pole to współdziałając z polem wzbudzenia (także 2p-biegunowym) wirnika wytwarza moment elektromagnetyczny o wartości średniej różnej od zera tylko wówczas, gdy wirnik wiruje synchronicznie z polem twornika, czyli gdy oba pola są nieruchome względem siebie. Napięcie U₁ zasilające uzwojenie twornika jest równoważone przy pracy maszyny przede wszystkim przez napięcie U_i1 indukowane w tym uzwojeniu przez wypadkowe pole magnetyczne wirujące, będące sumą pola magnetycznego od przepływu twornika oraz pola magnetycznego wzbudzenia. W przypadku silników średniej i większej mocy (powyżej ok. 1kW) spadek napięcia na rezystancji uzwojenia twornika R₁ stanowi znikomą część napięcia U₁ i może być pomijany w rozważaniach. Nie można natomiast pomijać tej rezystancji, zwłaszcza przy wyprowadzaniu wyrażenia na moment elektromagnetyczny, w przypadku silników małej mocy. Im mniejsza jest maszyna, tym wpływ rezystancji uzwojenia twornika R₁ jest większy. Gdzie znajdują zastosowanie maszyny synchroniczne trójfazowe i dlaczego

Największe maszyny synchroniczne stanowią generatory (przede wszystkim turbogeneratory – trójfazowe generatory synchroniczne w elektrowniach zasilające system energetyczny). Alternator samochodowy – w każdym współczesnym samochodzie – o mocy nawet kilku kilowatów w pojazdach ciężarowych, autobusach itp. Prądnica prądu przemiennego trójfazowego – przenośnych, przewoźnych i okrętowych zespołach prądotwórczych. Kompensator mocy biernej – maszyna synchroniczna odpowiednio przewymiarowana i wzbudzona może być źródłem mocy biernej. Stosowanie jej jest celowe w zakładach przemysłowych, które w przeciwieństwie do gospodarstw domowych płacą także za energię bierna (kVArh). Może ona służyć do napędu maszyny stale włączonej – pompa, wentylator lub pracować luzem. Cechą charakterystyczną kompensatora mocy biernej jest znacznie cieńszy wał wyprowadzony na zewnątrz niż by to wynikało z jej mocy pozornej. Może współpracować z regulatorem mocy biernej, który oddziałuje na wzbudzenie tak, aby zakład miał zerowy jej bilans. Silnik synchroniczny – maszyna synchroniczna jest stosowana jako silnik w napędach najwyższych mocy – setki MW, gdzie niewielki nawet zysk sprawności ma znaczenie. Wraz z rozwojem energoelektroniki stosowana jest coraz częściej w trakcji kolejowej – napędza pociąg TGV – mimo trudności z rozruchem daje się uzyskać moment rozruchowy porównywalny z silnikiem szeregowym prądu stałego – niezbędny do rozruchu pociągu.

WYKŁAD XI: ZASADY DZIAŁANIA I WŁASNOŚCI UŻYTKOWE MASZYN ELEKTRYCZNYCH

Jakie pole magnetyczne występuje w maszynach prądu stałego Stałe i nieruchome

Po co w maszynie prądu stałego jest komutator

Komutator umożliwia przepływ prądu elektrycznego do wirnika z synchronicznym z obrotem wirnika przełączaniem kierunku prądu w uzwojeniach wirnika.

Co to jest oddziaływanie poprzeczne twornika w maszynie prądu stałego Zniekształcenie głównego pola magnetycznego przez pole magnetyczne twornika jest nazywane oddziaływaniem twornika.

Jakie są podstawowe układy zasilania układów wzbudzenia maszyn prądu stałego Maszyny obcowzbudne, bocznikowe, szeregowe i szeregowo-bocznikowe

Sformułuj wzory opisujące moment elektromagnetyczny i sem rotacji maszyny prądu stałego

Moment elektromagnetyczny: M = C_M * φ * I_a

SEM: E = C_E * φ * ω

C_E = C_m = C – Stałą konstrukcyjna; φ − strumien magnetyczny pod biegunem glownym;

ω − predkosc katowa wirnika I_a − prad twornika

Jak reguluje się prędkość obrotową maszyny prądu stałego (odpowiedz na podstawie analizy wzoru)

$$n = \frac{U - I_{a}(\sum_{}^{}{(R_{a} + R_{z})}}{c*\varphi}$$

 - napięcie zasilania twornika U,
      - rezystancji w obwodzie twornika R_r
      - strumień Φ.

I_a − prad twornika

Gdzie w gospodarce stosuje się najczęściej maszyny szeregowe prądu stałego?-do napędu maszyn i urządzeń o dużym zakresie nastawiania prędkości obrotowej, do napędu maszyn i urządzeń o małym zakresie nastawiania prędkości obrotowej, do napędu pojazdów , dźwignic oraz urządzeń wymagających dużego momentu rozruchowego przy rozruchu, napęd urządzeń o dużym momencie bezwładności i dużych obciążeniach udarowych, wymagających dużego momentu obrotowego przy rozruchu oraz dużego zakresu nastawiania prędkości obrotowej.

WYKŁAD XII: OCHRONA NADPRĄDOWA, PODNAPIĘCIOWA I NADNAPIĘCIOWA

Kiedy powstaje łuk elektryczny Łuk elektryczny powstaje w wyniku zwarcia

Jakie temperatury występują podczas zjawiska łuku elektrycznego Łuk elektryczny ma temperaturę od 2000 K (przy prądach zmiennych) do kilku tysięcy K (dla prądów stałych).

Omówić zjawiska występujące w okresach zwarcia odbiornika elektrycznego Łuk elektryczny, może popłynąć duży prąd, wystąpić napięcie wyższe od napięcia roboczego (przepięcie) oraz pojawić się napięcie stwarzające niebezpieczeństwo dla ludzi i zwierząt

Rodzaje zwarć w sieciach trójfazowych trójfazowe, dwufazowe, jednofazowe "dozerowe", jednofazowe doziemne, dwufazowe doziemne jednomiejscowe i dwufazowe doziemne dwumiejscowe

Określić parametry prądu zwarciowego Prąd zwarciowy początkowy Ik'', Prąd zwarciowy nieokresowy i_DC, Prąd zwarciowy wyłączeniowy I_b, Prąd zwarciowy ustalony I_k

Co to jest moc zwarciowa i po co się stosuje ten parametr

Moc zwarciowa - fikcyjna wielkość informująca o wielkości początkowego prądu zwarciowego. Znając moc zwarciową w określonym miejscu w sieci, można - zgodnie z twierdzeniem Thevenina - cały poprzedzający układ zasilania zastąpić jedną siłą elektromotoryczną i jedną szeregową impedancją zwarciową (systemu)

Wymienić parametry zwarciowe aparatów energoelektrycznych

i_nsz – znamionowy prąd szczytowy; I_cn – znamionowy prąd krótkotrwały;

I_tz – prąd cieplny t_z-sekundowy; t_z – czas zwarcia; I_ws - prąd wyłączenia symetrycznego; I_wns – prąd wyłączenia niesymetrycznego; I_p – prąd początkowy w obwodzie przemienno prądowym; I_nw – znamionowy zwarciowy prąd wyłączalny wyłącznika

Co to jest znamionowy zwarciowy prąd wyłączalny wyłącznika ograniczającego

I_nw – znamionowy zwarciowy prąd wyłączalny wyłącznika, jest to taki prąd, który wyłącznik może wyłączyć bez uszkodzenia urządzenia

WYKŁAD XIII: OCHRONA NADPRĄDOWA, PODNAPIĘCIOWA I NADNAPIĘCIOWA

Jakie zabezpieczenia stosuje się do ochrony urządzeń odbiorczych i przewodów przed skutkami przetężeń

zwarciowe (bezzwłoczne) oraz przeciążeniowe (zwłoczne)

Jak powinno działać zabezpieczenie zwarciowe, a jak przeciążeniowe;Zabezpieczenie zwarciowe powinno działać natychmiast, gdy wartość prądu przekroczy wartość największą oczekiwaną; Zabezpieczenie przeciw przeciążeniowe powinno działać ze zwłoką, zależną od stopnia narażenia cieplnego, jakie stwarza przetężenie.

Gdzie w obwodzie powinny być umieszczone zabezpieczenia zwarciowe

Umieszcza się je na początku zabezpieczanego obwodu odbiorczego

Co to jest przepięcie Występuje napięcie wyższe od napięcia roboczego

Co to jest ochrona odgromowa Ogół środków technicznych mających na celu ochronę przed bezpośrednimi i pośrednimi skutkami działania wyładowań atmosferycznych w chroniony obiekt.

Wymień środki ochrony odgromowej linii energoelektrycznej

zwody piorunowe (przewody odgromowe, zwody piorunowe, zwody poziome) wraz ze stalowymi elementami konstrukcji słupów i przewodami, noszącymi nazwy: odprowadzających i uziemiających, oraz uziomami.

Co to jest i kiedy występuje przeskok odwrotny

Przeskoki odwrotne ( od uziemionych elementów do przewodów roboczych) wystepują wtedy, gdy napięcie na impedancji słupa stalowego linii lub stalowej konstrukcji wsporczej zwodów stacji i na ich uziemieniach - powstające od prądu pioruna - przekracza wytrzymałość izolatorów.

Jak chroni się izolację przed przepięciami

Ochronę zapewniają ochronniki. Obniżają one napięcie między linią i ziemią do poziomu bezpiecznego, odprowadzając ładunek fali przepięciowej z przewodów roboczych do ziemi

Po co stosujemy i jak działa iskiernik

Przy przekroczeniu pewnej wartości napięcia na zaciskach tzw. napięcia zapłonu rezystancja wewnętrzna iskiernika gwałtownie maleje i zaczyna przewodzić prąd. Iskierniki najczęściej wykorzystywane są w układach ochrony przepięciowej różnych urządzeń.WYKŁAD XIV: OCHRONA PRZECIWPORAŻENIOWA Jaki jest cel ochrony przeciwporażeniowej Ochrona przed porażeniem prądem elektrycznym (ochrona przeciwporażeniowa) – zespół środków technicznych zapobiegających porażeniom prądem elektrycznym ludzi i zwierząt w normalnych i uszkodzeniowych warunkach pracy urządzeń elektrycznych. W urządzeniach niskiego napięcia rozróżnia się ochronę podstawową, ochronę przy uszkodzeniu oraz ochronę uzupełniającą. Ochrona podstawowa Jest to zespół środków chroniących przed zetknięciem się człowieka z częściami urządzeń lub instalacji elektroenergetycznych będących normalnie pod napięciem; jest to również ochrona przed przeniesieniem się napięcia na przedmioty nie należące do obwodu elektrycznego i ochrona przed łukiem elektrycznym Od czego zależy reakcja człowieka na przepływ prądu wrażeniowego częstotliwości prądu wrażeniowego;drogi przepływu prądu wrażeniowego; czas rażenia; indywidualnych cech biologicznych organizmu;psychicznego ”przygotowania” osobnika na możliwość porażenia prądem Jaki są przyczyny rażenia-nieprzestrzeganiem przepisów bezpieczeństwa pracy oraz instrukcji obsługi urządzeń - źle zabezpieczone gniazdka elektryczne - " wsadzanie palców do gniazdek "-  wsadzanie mokrych przedmiotow do gniazdka- niewłaściwie eksploatowane urządzenia elektryczne mogą powodować porażenia, awarie, pożary i wybuchy Co to jest napięcie dotykowe, krokowe, dotykowe bezpośrednieNapięcie dotykowe jest to napięcie między dwoma punktami nie należącymi do obwodu elektrycznego, z którymi mogą się zetknąć jednocześnie obie ręce lub ręka i noga człowieka.Napięcie krokowe jest to napięcie między dwoma punktami na powierzchni ziemi lub na powierzchni stanowiska pracy, odległymi od siebie o 1 m (jeden krok).

Ile wynoszą napięcia dotykowe bezpieczne dla prądu przemiennego i stałego (podać zależnie od warunków środowiskowych)

Napięcia dotykowe bezpieczne UL mają następujące wartości:

Dla prądu przemiennego; Dla prądu stałego

1. 50v ; 120v W normalnych warunkach środowiskowych

2. 25V ; 60V w warunkach o zwiększonym niebezpieczeństwie ze względu na możliwość porażenia prądem elektrycznym

3. 12V ; 30V W warunkach skrajnie niebezpiecznych ze względu a możliwość porażenia prądem elektrycznym Środki ochrony przed dotykiem bezpośrednim:-  instalację osłon i zagrodzeń,-izolowanie części lub umieszczanie ich poza zasięgiem  ręki -użycie ochronnych urządzeń różnicowoprądowych o dużej czułości Środki ochrony przed dotykiem pośrednim:-  samoczynne szybkie wyłączanie napięcia- stosowanie urządzeń o II klasie ochronności- izolowanie stanowiska pracy -separacja elektryczna- miejscowe połączenia wyrównawcze nieuziemione Klasa ochronności urządzenia – informuje jaki rodzaj ochrony przed porażeniem został zastosowany w danym urządzeniu. Wyróżniamy 4 klasy: 0, 1, 2 i 3 Zasada działania włącznika różnicowo-prądowego Podczas normalnej pracy wektorowa suma prądów płynących przez przekładnik jest równa zero (zgodnie z I prawem Kirchhoffa). Stąd w uzwojeniu wtórnym przekładnika Ferrantiego (nawiniętym na rdzeniu) nie indukuje się SEM, przekaźnik spolaryzowany jest zamknięty (zwora przyciągana przez magnes stały) a styki główne zamknięte.Jeżeli w chronionym obwodzie pojawi się prąd upływowy (np. przez ciało człowieka do ziemi lub przez przewód PE), to wtedy suma prądów w oknie przekładnika będzie różna od zera. W uzwojeniu wtórnym indukuje się SEM, która powoduje przepływ prądu przez cewkę przekaźnika spolaryzowanego. Pole magnetyczne wytworzone przez cewkę kompensuje pole magnetyczne magnesu stałego przekaźnika. Jeśli prąd upływu przekroczy próg zadziałania wyłącznika (IΔn), przekaźnik spolaryzowany zostanie otwarty zwalniając zamek i otwierając styki główne, a przez to odłączając zasilanie obwodu.