Pytania z części teoretycznej na zaliczenie przedmiotu

Elektrotechnika i Elektronika

1. Co to jest prąd elektryczny? Podaj rodzaje prądów elektrycznych.

Odp. Prąd elektryczny jest to uporządkowany ruch ładunków elektrycznych.
W polu elektrycznym na ładunki zaczyna działać siła elektryczna, której zwrot
zależy od kierunku tego pola. Jeżeli działa na ładunki ujemne jej zwrot jest przeciwny. Takie
uporządkowanie przesuwania się ładunków w jednym kierunku tworzy prąd elektryczny. Umownym
kierunkiem prądu jest kierunek ruchu ładunków dodatnich.
W zamkniętym obwodzie elektrycznym, jest to kierunek od plusa do minusa.
Rodzaje prądów elektrycznych:



Prąd stały jest to prąd, ktorego wartość natężenia jest

stała w funkcji czasu. W obwodzie elektrony poruszają się
w sposob ciągły, w jednym kierunku.



Prąd zmienny jest to prąd, ktorego wartość natężenia jest

zmienna w funkcji czasu. Elektrony poruszają się na
przemian w jednym i drugim kierunku w przewodzie i we
wszystkich elementach składowych obwodu.



Prąd przemienny jest to prąd zmienny, ktorego kierunek

przepływu zmienia się w czasie.



Prąd okresowo zmienny jest to prąd zmienny, ktorego

zmiany powtarzają się w czasie.



Prąd okresowo przemienny jest to prąd przemienny,

ktorego zmiany powtarzają się w czasie.



Prąd sinusoidalny jest to prąd przemienny, ktorego

wartość i kierunek natężenia, zmieniają się jak funkcja
sinus (cosinus)

2. Narysuj charakterystykę zewnętrzną rzeczywistego źródła napięciowego, podaj schemat

zastępczy oraz napisz równanie na napięcie wyjściowe.

Odp.

3. Podaj prawo Ohma oraz prawa Kirchhoffa dla obwodów prądu stałego.

Odp. Prawo Ohma - Stosunek natężenia prądu płynącego przez przewodnik do napięcia pomiędzy
jego końcami jest wielkością stałą, niezależną od napięcia i natężenia prądu.

U - napięcie między końcami przewodnika [V],
I - natężenie prądu [A],

Pierwsze prawo Kirchhoffa - Suma natężeń prądów wpływających do rozgałęzienia, równa jest
sumie natężeń prądów wypływających z tego rozgałęzienia.

Drugie prawo Kirchhoffa - Suma algebraiczna spadków napięć na oporach obwodu zamkniętego,
tzw. oczkach obwodu, jest równa sumie algebraicznej sił elektromotorycznych działających w tym
obwodzie (w tym oczku).

E1 – E2 = I1 R1 + I3 R2 + I2 r1 – I4 r2

4. Podaj parametry przebiegu sinusoidalnego.

Odp.

Przebieg charakteryzują trzy parametry:



X

m

³ 0 - amplituda (wartość maksymalna)

wyrażana w jednostkach przedstawianej
wielkości



j - faza początkowa, wyrażana w stopniach [

0

]

lub radianach [rd], określa przesunięcie
sinusoidy względem początku układu
współrzędnych



w > 0 prędkość kątowa lub pulsacja przebiegu,

wyrażana w radianach na sekundę [rd/s], przy
czym,

gdzie: f - jest częstotliwością wyrażana w hercach [Hz],

T - okresem sygnału w sekundach [s].

5. Podaj zależności pomiędzy napięciami i prądami w postaci zespolonej na dwójnikach R,

L, C przy przepływie prądu opisanego równaniem

 





I

m

t

I

t

i









sin

.

Odp.

REZYSTOR:

CEWKA:

-reaktancja zespolona cewki [Ω]

KONDENSATOR:

⇒

∫

∫

6. Napisz wzory na moce w układzie 1-fazowym sinusoidalnie zmiennym.

Odp.

7. Wyprowadź wzór na impedancję zastępczą dwóch cewek rzeczywistych sprzężonych

magnetycznie połączonych szeregowo i sprzężonych posobnie. Wykonaj rysunki obu
układu.

Odp.



Dwie cewki połączone szeregowo, sprzężone posobnie:

(

)



Dwie cewki połączone równolegle, sprzężone posobnie:

8. Dla jakiego połączenia 3-fazowego układ Arona mierzy moc całkowitą. Wykonaj

rysunek i przeprowadź dowód.

Odp.

9. Wymień główne rodzaje materiałów ferromagnetycznie miękkich i krótko

scharakteryzuj dwa rodzaje z nich.

Odp.
Podział materiałów ferromagnetycznie miękkich:
- blachy elektrotechniczne (anizotropowe i izotropowe)
- permaloje
- permendury
-ferryty
- stopy amorficzne
- stopy nanokrystaliczne

Permaloje:
[W1, W3]. stop żelaza i niklu (około 60-20% Fe i 40-80 %Ni)
-koercja (0,2-50 A/m]
- przenikalność magnetyczna względna ( 10

4

-10

6

)

- indukcja nasycenia (od 0,7 T ( 78% Ni) - 1,5 T (45% Ni))
- stosunkowo kruche
- wymagają wygrzewania w celu uzyskania optymalnej właściwości
Zastosowanie: transformatory sygnałowe, głowice do zapisu magnetycznego, ekrany magnetyczne,
składniki elementów pamięciowych.

Permendury
[W2, W3]. stop żelaza i kobaltu (około 49 Fe i 49% Co, ewentualnie 2% wanadu )
- przenikalność magnetyczna względna (50000)

- indukcja nasycenia ( 2,43 T)
- znaczne straty z prądów wirowych
- stosunkowo drogie
Zastosowanie: nabiegunniki elektromagnesów DC, w maszynach wymagających dużej sprawności
np. w samolotach

10. Podaj zasadę działania maszyn asynchronicznych.

Odp. Po załączeniu do napięcia trójfazowego w uzwojeniu powstanie kołowe pole wirujące.
Przecina one pręty wirnika w wyniku indukują się w prętach siły elektromagnetyczne, a także prądy.
W tych warunkach powstają siły elektromagnetyczne, które po pokonaniu momentu obciążenia
powodują obrót wirnika.

11. Podaj zasadę pomiaru energii elektrycznej licznikiem elektrycznym.

Odp.



Dla jednofazowego licznika - Pomiar w liczniku realizowany jest za pomocą przetwornika

analogowo–cyfrowego (A/C). Zmierzone wielkości napięcia i prądu przekazywane są do
cyfrowego przetwornika pomiarowego, ktory wylicza energię. Pomiar energii jest realizowany
niezależnie od kierunku przepływu prądu. Rownocześnie

z pomiarem kilowatogodzin, przetwornik generuje impulsy sterujące liczydłem
elektromechanicznym oraz wyjściami impulsowymi OC i LED. Ilość tych
impulsow jest wprost proporcjonalna do zmierzonej energii. Zastosowana
w liczniku technologia zapewnia precyzyjny [kl. B (

}1%)] pomiar energii nawet

przy mocno odkształconych przebiegach napięć i prądow.



Dla trójfazowego licznika - Elektroniczny układ pomiarowy mierzy napięcia i prądy w
bardzo krotkich odstępach czasu. Probki napięć i prądow są zamieniane na postaci cyfrowe,
ktore są przetwarzane przez mikroprocesor. Gwarantuje to bardzo wysoką dokładność i
stabilność pomiarow. Pojawienie się napięcia na zaciskach powoduje generowanie
proporcjonalnych wewnętrznych poziomow napięć, ktore są podawane na odpowiednie kanały
wejściowe przetwornika analogowo-cyfrowego. Do pomiaru prądu użyte są skompensowane
przekładniki prądowe. Wyjścia przekładnikow podłączone są przez wzmacniacze do dwoch
wejść przetwornika analogowo-cyfrowego.

12. Podaj charakterystyki statyczne i dynamiczne dla diody.

Odp. Statyczna: Dioda półprzewodnikowa zbudowana jest ze złącza p-n. Para kontaktów
metalowych posiada 2 doprowadzenia do obszarów p i n. Warstwa ochronna naniesiona jest na górną
powierzchnie diody. Kontakt dolny pełni jednocześnie rolę wspornika i na nim opiera się cała
konstrukcja diody w obudowie. Równanie charakterystyki statycznej diody idealnego złącza p-n:

(

)

[ (

) ]

Dla temperatury pokojowej:

Diody pracujące w obwodzie prądu zmiennego, gdzie występują małe przyrosty składowej zmiennej,
charakteryzowane są rezystancją dynamiczną:

dla pkt. pracy I

0

gdzie I

0

=const.

W praktyce wygląda to w ten sposób, że nieskończenie małe przyrosty zastępuje się przyrostami
skończonymi. Przyrosty ΔU powinny być małe. Rezystancja dynamiczna po obliczeniu pochodnej z
równania charakterystyki statycznej diody wynosi:

13. Scharakteryzuj krótko tranzystory IGBT.

Odp. Tranzystor IGBT - tranzystor bipolarny z izolowaną bramką. Jest to element
półprzewodnikowy mocy używany w przekształtnikach energoelektronicznych o mocach do kilkuset
kilowatów. Łączy zalety dwóch typów tranzystorów: łatwość sterowania tranzystorów polowych i
wysokie napięcie przebicia oraz szybkość przełączania tranzystorów bipolarnych; jest
wykorzystywany m.in. w falownikach jako łącznik, umożliwia załączanie prądów do 1 kA i
blokowanie napięć do 6 kV.

14. Narysuj schemat układu Gretza oraz przebieg prądu na jego wyjściu jeżeli jest on

obciążony rezystancją.

Odp. Mostek Gretza (zwany także mostkiem prostowniczym):