operator maszyn i urzadzen do obrobki plastycznej 812[01] o1 05 u

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MINISTERSTWO EDUKACJI

NARODOWEJ

Agnieszka Ambrożejczyk-Langer

Analizowanie układów elektrycznych i automatyki
przemysłowej 812[01]O1.05

Poradnik dla ucznia

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2007

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Recenzenci:
mgr inż. Igor Lange
mgr inż. Marek Olsza

Opracowanie redakcyjne:
mgr inż. Agnieszka Ambrożejczyk-Langer

Konsultacja:
mgr Janusz Górny

Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 812[01]O1.05
„Analizowanie układów elektrycznych i automatyki przemysłowej”, zawartego w modułowym
programie nauczania dla zawodu operator maszyn i urządzeń do obróbki plastycznej.

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. Energia elektryczna. Pomiary energii elektrycznej

4.1.1. Materiał nauczania

4.1.2. Pytania sprawdzające

4.1.3. Ćwiczenia

4.1.4. Sprawdzian postępów

4.2. Obwód elektryczny

4.2.1. Materiał nauczania

4.2.2. Pytania sprawdzające

4.2.3. Ćwiczenia

4.2.4. Sprawdzian postępów

4.3. Podstawowe prawa elektrotechniki

4.3.1. Materiał nauczania

4.3.2. Pytania sprawdzające

4.3.3. Ćwiczenia

4.3.4. Sprawdzian postępów

4.4. Pomiary wielkości elektrycznych

4.4.1. Materiał nauczania

4.4.2. Pytania sprawdzające

4.4.3. Ćwiczenia

4.4.4. Sprawdzian postępów

4.5. Transformator

4.5.1. Materiał nauczania

4.5.2. Pytania sprawdzające

4.5.3. Ćwiczenia

4.5.4. Sprawdzian postępów

4.6. Silniki prądu stałego. Silniki indukcyjne

4.6.1. Materiał nauczania

4.6.2. Pytania sprawdzające

4.6.3. Ćwiczenia

4.6.4. Sprawdzian postępów

4.7. Instalacje elektryczne

4.7.1. Materiał nauczania

4.7.2. Pytania sprawdzające

4.7.3. Ćwiczenia

4.7.4. Sprawdzian postępów

4.8. Technika oświetleniowa. Urządzenia grzewcze

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”

4.9. Podstawy elektroniki

4.9.1. Materiał nauczania

4.9.2. Pytania sprawdzające

4.9.3. Ćwiczenia

4.9.4. Sprawdzian postępów

4.10. Układy i elementy automatyki

4.10.1. Materiał nauczania

4.10.2. Pytania sprawdzające

4.10.3. Ćwiczenia

4.10.4. Sprawdzian postępów

4.11. Mikroprocesory i sterowniki mikroprocesorowe

4.11.1. Materiał nauczania

4.11.2. Pytania sprawdzające

4.11.3. Ćwiczenia

4.11.4. Sprawdzian postępów

5. Sprawdzian osiągnięć

6. Literatura

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1. WPROWADZENIE

Poradnik ten pomoże Ci w przyswajaniu wiedzy z zakresu układów elektrycznych

i automatyki przemysłowej, umiejętności ich analizy i badania.

W poradniku zamieszczono

−

wykaz umiejętności, jakie powinieneś mieć, już ukształtowane abyś bez problemów mógł
korzystać z poradnika,

−

cele kształcenia – wykaz umiejętności, jakie ukształtujesz podczas pracy z tym
poradnikiem,

−

materiał nauczania – czyli wiadomości dotyczące układów elektrycznych i automatyki
przemysłowej,

−

zestawy pytań, które pomogą Ci sprawdzić, czy opanowałeś podane treści,

−

wiczenia, które umożliwią Ci nabycie umiejętności praktycznych,

−

sprawdzian postępów,

−

literaturę.
W materiale nauczania zostały omówione zagadnienia dotyczące układów elektrycznych,

podstawowych technik, metod i przyrządów pomiarowych, instalacji elektrycznych, techniki
oświetleniowej i grzewczej oraz układów automatyki przemysłowej i sterowników
mikroprocesorowych. Nauczyciel pomoże Ci w procesie przyswajania wiedzy wskazując
te treści, które są kluczowe dla Twojego zawodu lub stanowią podstawę dalszego kształcenia.

Z rozdziałem „Pytania sprawdzające” możesz zapoznać się:

–

przed przystąpieniem do rozdziału „Materiał nauczania” – poznając przy tej okazji
wymagania wynikające z potrzeb zawodu, a po przyswojeniu wskazanych treści,
odpowiadając na te pytania sprawdzisz stan swojej gotowości do wykonywania ćwiczeń,

–

po zapoznaniu się z rozdziałem „Materiał nauczania”, aby sprawdzić stan swojej wiedzy,
która będzie Ci potrzebna do wykonywania ćwiczeń.
Kolejnym etapem nauki, będzie wykonywanie ćwiczeń, których celem jest uzupełnienie

i utrwalenie informacji z danego zakresu. Wykonując ćwiczenia przedstawione w poradniku
lub zaproponowane przez nauczyciela, poznasz budowę, właściwości, i zjawiska zachodzące
w układach elektrycznych i automatyki przemysłowej na podstawie:

−

oznaczeń elementów,

−

dokumentacji technicznej urządzeń elektrycznych,

−

przeprowadzonych analiz schematów elektrycznych,

−

obliczeń wielkości elektrycznych,

−

przeprowadzonych pomiarów.
Po wykonaniu ćwiczeń, sprawdź poziom swoich postępów rozwiązując test „Sprawdzian

postępów”, zamieszczony po ćwiczeniach. W tym celu:

−

przeczytaj pytania i odpowiedz na nie,

−

wybierz odpowiedź TAK lub NIE wstawiając X w odpowiednie miejsce.
Odpowiedzi TAK wskazują twoje mocne strony, natomiast odpowiedzi NIE informują

o brakach, które musisz nadrobić. Oznacza to także powrót do treści, które nie są dostatecznie
opanowane.

Poznanie przez Ciebie wszystkich lub określonej części wiadomości z zakresu układów

elektrycznych i automatyki przemysłowej, będzie stanowiło dla nauczyciela podstawę
przeprowadzenia sprawdzianu poziomu przyswojonych wiadomości i ukształtowanych
umiejętności. Przykład „Sprawdzianu osiągnięć” znajduje się w rozdziale 5.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Schemat układu jednostek modułowych

812[01].O1

Techniczne podstawy zawodu

812[01].O1.01

Przestrzeganie przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony

przeciwpożarowej i ochrony środowiska

812[01].O1.02

Posługiwanie się dokumentacją

techniczną

812[01].O1.03

Stosowanie materiałów konstrukcyjnych

i narzędziowych

812[01].O1.04

Rozpoznawanie elementów maszyn

i mechanizmów

812[01].O1.05

Analizowanie układów elektrycznych

i automatyki przemysłowej

812[01].O1.06

Stosowanie mechanicznych technik wytwarzania

części maszyn

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

2. WYMAGANIA WSTĘPNE

Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

–

opisywać podstawowe zjawiska fizyczne związane z elektrycznością,

–

określać podstawowe wielkości elektryczne w układzie SI,

–

współpracować w grupie,

–

korzystać z różnych źródeł informacji,

–

stosować obowiązującą procedurę postępowania w sytuacji zagrożenia,

–

stosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy oraz przepisy przeciwpożarowe,

–

użytkować komputer.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3. CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

rozróżnić podstawowe wielkości określające energię elektryczną oraz określić ich
jednostki,

−

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

−

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

−

dobrać materiał na izolator i przewodnik,

−

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

−

rozróżnić instalacje mieszkaniowe i przemysłowe,

−

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

−

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

−

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

−

przewidzieć zagrożenia i ich skutki podczas pracy przy urządzeniach elektrycznych,

−

scharakteryzować przesył energii elektrycznej,

−

rozróżnić napięcie przesyłowe i robocze,

−

wyjaśnić zasadę działania transformatora, prądnicy, silnika elektrycznego, prostownika,

−

wskazać różnice w budowie i pracy prądnicy i silnika,

−

określić parametry maszyn i urządzeń elektrycznych na podstawie tabliczki
znamionowej,

−

rozróżnić podstawowe elementy elektroniczne,

−

rozróżnić podstawowe elementy układu sterowania,

−

rozróżnić elementy układów automatyki przemysłowej,

−

odczytać proste schematy układów automatycznej regulacji,

−

wykazać różnice między automatycznym sterowaniem, a automatyczną regulacją na
podstawie schematów blokowych,

−

wyjaśnić zadanie stycznika i przekaźnika w układach sterowania,

−

wyjaśnić przeznaczenie poszczególnych członów układów automatycznej regulacji,

−

określić funkcje sterownika w układach sterowania,

−

wykorzystać programy komputerowe do sterowania procesami technologicznymi,

−

posłużyć się PN, katalogami oraz poradnikami,

−

zastosować przepisy bhp, ochrony od porażeń prądem elektrycznym, ochrony ppoż.
podczas wykonywania pomiarów.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4. MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1. Energia elektryczna. Pomiary energii elektrycznej

4.1.1. Materiał nauczania

Bezpieczeństwo i higiena pracy

Szczegółowe przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy dotyczące pracy z urządzeniami

elektrycznymi zostały szczegółowo omówione w jednostce modułowej 812[01]O1.01
„Przestrzeganie przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony przeciwpożarowej”.

Aby zachować bezpieczeństwo podczas pracy przy urządzeniach elektrycznych

i elektronicznych należy zachować następujące, podstawowe, zasady:
1) wyłączyć napięcie we wszystkich częściach urządzenia przy którym będą prowadzone

prace,

2) zabezpieczyć wyłączniki przed ponownym załączeniem (np. taśmą samoprzylepną),

wyjąć bezpieczniki, wywiesić informację o zakazie załączania,

3) sprawdzić stan napięcia (do sprawdzenia użyciu dwubiegunowego próbnika napięć),
4) osłonić i oddzielić sąsiadujące elementy znajdujące się pod napięciem (można

zastosować maty i folie izolacyjne).
Przed przystąpieniem do wykonywania ćwiczeń praktycznych polegających na

wykonywaniu pomiarów w układach elektrycznych, poprawność zmontowanego układu
powinien sprawdzić nauczyciel, a następnie powinien udzielić zgody na włączenie zasilania.

W czasie pobytu w pracowni musisz przestrzegać regulaminów, przepisów

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

Podstawowe wielkości elektryczne

Podstawowe wielkości elektryczne to: prąd elektryczny, napięcie i związany z nim

potencjał elektryczny, rezystancja, pojemność kondensatora i indukcyjność cewki.

Pojęciem prądu elektrycznego określamy zjawisko uporządkowanego ruchu ładunków

elektrycznych przez przekrój poprzeczny środowiska pod działaniem pola elektrycznego.
Jednostką prądu elektrycznego (natężenia prądu elektrycznego) jest amper [A]

Prąd elektryczny może nie zmieniać się w czasie, wtedy mówimy, że jest to prąd stały.

Jeśli natomiast prąd w czasie zmienia swoją wartość, kierunek przepływu (zwany też
zwrotem) lub i wartość i kierunek przepływu, mówimy wtedy o prądzie zmiennym (rys. 1).

Rys. 1. Wykresy czasowe: a) prądu stałego; b), c) prądu zmiennego

W obwodach elektrycznych większości urządzeń powszechnego użytku oraz maszyn

przemysłowych płynie prąd sinusoidalnie zmienny. Rozróżniamy prąd sinusoidalnie zmienny
jednofazowy i trójfazowy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Prąd sinusoidalnie zmienny jednofazowy

Rys. 2. Wykres prądu sinusoidalnie zmiennego [5, s. 82]

Wielkości charakteryzujące prąd sinusoidalnie zmienny: i =

sin

⋅

, gdzie:

−

i – wartość chwilowa,

−

wartość maksymalna, czyli amplituda,

−

prędkość kątowa czyli tzw. pulsacja,

−

okres czyli czas jednego cyklu T =

2π

= [s],

−

częstotliwość określająca ilość cykli na sekundę f =

, f [Hz]

W praktyce posługujemy się wartością skuteczną prądu sinusoidalnie zmiennego,

oznaczoną symbolem I, której wartość mierzą mierniki elektryczne (tabela 1).

Tabela 1. Podstawowe wielkości elektryczne

Wielkość elektryczna

Symbol

Nazwa jednostki

Oznaczenie jednostki

Prąd elektryczny

Amper

Napięcie elektryczne

Wolt

Potencjał elektryczny

Wolt

Rezystancja

Ω

Pojemność

Farad

Indukcyjność

Henr

Moc elektryczna

Wat

Energia elektryczna

Dżul

Energia elektryczna

Energia elektryczna to energia, jaką prąd elektryczny przekazuje odbiornikowi, który

zmieniają na inny rodzaj energii np. żarówka jako odbiornik zamienia energię elektryczna
na świetlna. Odbiornik może również wykonywać określona prace pracę np. silnik
elektryczny porusza ramię robota przemysłowego. Energię elektryczną pobieraną przez
urządzenie oblicza się jako iloczyn natężenia prądu płynącego przez odbiornik, napięcia
na odbiorniku i czasu przepływu prądu przez odbiornik:

W = U · I · t = P · t

Jednostką energii elektrycznej jest dżul [J]:

[J] = [W] · [s]

Zużycie energii elektrycznej w gospodarstwach domowych i zakładach przemysłowych

mierzone jest licznikiem energii elektrycznej, a wyrażane w kilowatogodzinach [kWh]

Im większa jest moc urządzenia, tym więcej zużywa energii elektrycznej w jednostce

czasu.

Informacja o mocy znamionowej, czyli takiej, którą urządzenie pobiera podczas swojej

pracy, jest podawana przez producenta w danych techniczne zamieszczonych w instrukcji
obsługi, na tabliczce znamionowej lub etykiecie energetycznej urządzeń.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rodzaje źródeł energii elektrycznej

Każde źródło energii elektrycznej jest w istocie przetwornikiem innej postaci energii

w energię elektryczną. Ze względu na sposób tej przemiany źródła możemy podzielić
na: elektromechaniczne, chemiczne oraz cieplne.

ródła elektromechaniczne to przetworniki energii mechanicznej w elektryczną –

przykładem jest prądnica zwana też generatorem (rys. 3). Wykorzystuje ona zjawisko
indukowania się siły elektromotorycznej w przewodzie poruszającym się w polu
magnetycznym. Prądnica składa się z dwóch zasadniczych części: walca z nawiniętym
uzwojeniem zwanego twornikiem (w nim indukuje się napięcie elektryczne) i magneśnicy na
biegunach, której, nawinięte są uzwojenia magnesujące (wzbudzające). Zadaniem magneśnicy
jest wytworzenie pola magnetycznego. Jedna z części prądnicy jest nieruchoma – zwana jest
stojanem (lub statorem), natomiast druga zwana wirnikiem (lub rotorem) wiruje. Wartość
indukowanego napięcia zależy od konstrukcji prądnicy, prędkości, z jaką porusza się wirnik
oraz od parametrów pola magnetycznego. Prądnice posiadają moc od setek megawatów
(w elektrowniach) do dziesiątek watów (do zasilania spawarek, ładowania akumulatorów).

Rys. 3. Prądnica a) zasada działania, b) uproszczony model [1, s. 79, 80]

ródła chemiczne wytwarzają energię elektryczną dzięki reakcjom chemicznym.

Rozróżniamy kilka typów tych źródeł: ogniwa galwaniczne, akumulatory i ogniwa paliwowe.

Ogniwo galwaniczne składa się z dwóch elektrod zanurzonych w elektrolicie. Wartość

napięcia wytwarzanego przez ogniwo zależy od rodzaju elektrod i elektrolitu. Parametrem
charakteryzującym ogniwo jest pojemność elektryczna równa iloczynowi prądu
znamionowego oraz gwarantowanego czasu użytkowania ogniwa (przy tym prądzie).
Jednostką pojemności elektrycznej jest amperogodzina [Ah].

Ogniwa dzielimy na pierwotne służące do użytku jednorazowego oraz wtórne, które

mogą być rozładowywane i ponownie ładowane.

Ogniwa pierwotne i wtórne łączy się w baterie w celu uzyskania np. większego napięcia.
Akumulator jest ogniwem wtórnym (odwracalnym), ponieważ może być wielokrotnie

wyładowywany i ponownie naładowywany. Służy on do magazynowania energii elektrycznej.
Parametrami akumulatorów są sprawność pojemnościowa i sprawność energetyczna.

ródła cieplne zamieniają energię cieplną na energię elektryczną, poprzez wykorzystanie

zjawiska termoelektrycznego. Występuje ono na styku dwóch różnych metali
lub półprzewodników, gdy temperatura styku różni się od temperatury pozostałych części
zespolonych materiałów.

Wytwarzanie energii elektrycznej na skalę przemysłową

Energię elektryczną na skalę przemysłową produkują elektrownie. Przetwarzają

one zazwyczaj energię chemiczną paliw konwencjonalnych: węgla kamiennego i brunatnego,
ropy naftowej i gazu ziemnego oraz paliw rozszczepialnych na energie elektryczną. Jest ona
następnie przesyłana do odbiorców za pomocą sieci elektroenergetycznych. W skład sieci
wchodzą linie napowietrzne i kablowe oraz stacje transformatorowo-rozdzielcze. Stacje
transformatorowe transformują energię elektryczną na inną wartość napięcia, natomiast
rozdzielnie rozdzielają ją (obecnie rozdzielnie spełniają obie te funkcje).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sieci energetyczne służące do przesyłu i rozdziału energii elektrycznej dzieli się na:

−

sieci przemysłowe, służące do przesyłania energii elektrycznej na większą odległość,
są to sieci o napięciach najczęściej: 220 kV, 400 kV, 750 kV,

−

sieci rozdzielcze, rozdzielają i doprowadzają energię elektryczną do odbiorców
przemysłowych,

indywidualnych

oraz

poszczególnych

odbiorników,

pracują

na napięciach do 110 kV; sieci rozdzielcze mieszczące się wewnątrz pomieszczeń
nazywają się instalacjami.

Podział materiałów ze względu na właściwości elektryczne

Materiały używane w obwodach elektrycznych i elektronicznych mają różne własności

elektryczne tzn. w różny sposób przewodzą lub też nie przewodzą prądu elektrycznego.

Ze względu na to dzielimy je na: przewodniki, półprzewodniki, dielektryki.
Przewodniki bardzo dobrze przewodzą prąd elektryczny. Ze względu na budowę i rodzaj

nośników ładunku elektrycznego dzielimy je na przewodniki pierwszego i drugiego rodzaju.

Przewodniki pierwszego rodzaju to metale, ich stopy oraz węgiel.
Przewodniki drugiego rodzaju to roztwory zasad, kwasów i soli zwane elektrolitami,

stosowane są np. w akumulatorach.

Dielektryki zwane inaczej izolatorami nie wykazują zdolności przewodzenia prądu

elektrycznego. Dielektryki stosuje się w elektrotechnice do wykonywania części izolowanych
elementów, maszyn i urządzeń np. w kondensatorach jako warstwę oddzielającą metalowe
okładziny. Izolatorami są np.: papier, powietrze, drewno, tworzywa sztuczne itd..

Półprzewodniki pod względem przewodnictwa prądu elektrycznego zajmują pośrednie

miejsce pomiędzy przewodnikami i dielektrykami. Rozróżniamy półprzewodniki samoistne
oraz domieszkowane. Powszechnie stosowane w elektronice są półprzewodniki
domieszkowane.

Ze względu na rodzaj domieszki rozróżniamy półprzewodniki typy N i typu P.

W półprzewodniku typy N nośnikami większościowymi ładunku elektrycznego są elektrony.
Natomiast w półprzewodniku typu P, nośnikami większościowymi ładunku elektrycznego
są jak gdyby puste miejsca (powstałe na skutek domieszkowania), zwane dziurami, które
mają ładunek elektryczny dodatni. Półprzewodniki znalazły zastosowanie w elementach
i scalonych układach elektronicznych, takich jak diody, tranzystory, wzmacniacze operacyjne
i wielu innych.

4.1.2. Pytania sprawdzające

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

1. Jakie znasz podstawowe wielkości elektryczne?
2. Jakie znasz rodzaje prądu elektrycznego?
3. Jakie wielkości charakteryzują prąd sinusoidalnie zmienny?
4. Jakie znasz rodzaje źródeł energii elektrycznej?
5. Jakim urządzeniem mierzone jest zużycie energii elektrycznej?
6. Jakie znasz źródła elektromechaniczne?
7. Jak znasz chemiczne źródła energii elektrycznej?
8. Czym różni się akumulator od ogniwa galwanicznego?
9. W jaki sposób energia elektryczna jest przesyłana do odbiorców?
10. Jak dzielimy materiały ze względu na właściwości elektryczne?
11. Czym charakteryzują się przewodniki pierwszego, a czym drugiego rodzaju?
12. Jakie znasz typy półprzewodników?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Określ, na podstawie tabliczki znamionowej, typ i parametry otrzymanego od

nauczyciela źródła energii elektrycznej.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) przeanalizować treść zadania,
2) dokonać oględzin otrzymanego źródła energii elektrycznej,
3) rozpoznać typ źródła energii elektrycznej,
4) określić, na podstawie tabliczki znamionowej, parametry otrzymanego źródła energii

elektrycznej,

5) zaprezentować wyniki ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

ródło energii elektrycznej,

–

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika dla ucznia.

Ćwiczenie 2

Oblicz okres napięcia sinusoidalnie zmiennego o częstotliwości f = 50 Hz.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zapisać wzór określający częstotliwością napięcia sinusoidalnie zmiennego,
2) przekształcić powyższy wzór, tak by można było na jego podstawie obliczyć okres,
3) dokonać niezbędnych obliczeń,
4) zaprezentować wyniki ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika dla ucznia.

Ćwiczenie 3

Połącz symbole wielkości elektrycznych z odpowiadającymi im oznaczeniami jednostek.

Jeden z symboli nie będzie miał pary.

Symbol wielkości elektrycznej

Oznaczenie jednostki

Ω

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

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

Wyposażenie stanowiska pracy:

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika dla ucznia.

4.1.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) przyporządkować wielkościom elektrycznym odpowiednie jednostki?

2) narysować przebieg czasowy prądu stałego?

3) narysować przebieg czasowy prądu sinusoidalnie zmiennego?

4) określić parametry prądu sinusoidalnie zmiennego?

5) obliczyć wartość okresu prądu sinusoidalnie zmiennego, znając jego

częstotliwość?

6) wymienić rodzaje źródeł energii elektrycznej?

7) opisać budowę i zasadę działanie prądnicy?

8) określić typ i parametry źródła energii elektrycznej na podstawie

tabliczki znamionowej?

9) scharakteryzować przesył energii elektrycznej?

10) podać przykłady przewodników ?

11) podać przykłady izolatorów?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2. Obwód elektryczny

4.2.1. Materiał nauczania

Budowa obwodu elektrycznego prądu stałego i zmiennego jednofazowego. Elementy
obwodu elektrycznego

Obwód elektryczny prądu stałego i zmiennego jednofazowego tworzą elementy

elektryczne połączone ze sobą tak, by tworzyły przynajmniej jedną drogę zamkniętą,
umożliwiającą przepływ prądu elektrycznego.

Elementy obwodu elektrycznego można sklasyfikować w czterech grupach, jako:

–

elementy źródłowe, zwane inaczej aktywnymi lub czynnymi,

–

elementy odbiorcze zwane inaczej pasywnymi lub biernymi,

–

elementy pomocnicze, takie jak przewody łączące, wyłączniki, itp.,

–

przyrządy pomiarowe, takie jak woltomierze, amperomierze, itp.
Elementy bierne można podzielić na trzy grupy: rezystory, kondensatory i cewki

oraz przetworniki energii elektrycznej.

Każdy element obwodu elektrycznego stanowi jego składową część, niepodzielną

ze względu na swoje własności. W literaturze technicznej i dokumentacji wszystkich
urządzeń elektrycznych umieszczane są schematy obwodów elektrycznych, które
są ich graficznym odwzorowaniem. Schemat informuje, z jakich elementów składa się obwód
elektryczny i w jaki sposób są one połączone.

Wszystkie elementy elektryczne posiadają swoje symbole graficzne (rys. 4), za pomocą

których przedstawiane są na schemacie.

Rys. 4. Symbole podstawowych elementów elektrycznych: a) rezystora, b) kondensatora, c) cewki,

d) potencjometru, e) amperomierza, f) woltomierza, g) watomierza, h) omomierza, i) źródła napięcia
stałego, j) źródła prądu stałego, k) bezpiecznika, l) łącznika [1, s. 39]

Obwody elektryczne dzielą się na obwody nierozgałęzione, czyli takie, w których płynie

tylko jeden prąd i rozgałęzione, w których płynie kilka prądów (rys. 5).

Rys. 5. Schemat obwodu elektrycznego a) nierozgałęzionego (połączenie szeregowe), b) rozgałęzionego

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W strukturze obwodu elektrycznego można wyróżnić: gałęzie, węzły i oczka. Gałąź

obwodu elektrycznego może zawierać dowolną ilość elementów, połączonych ze sobą
szeregowo (może mieć też tylko jeden element). Charakterystyczne dla gałęzi jest to, że przez
wszystkie jej elementy przepływa ten sam prąd. Końcówkę gałęzi, zwaną zaciskiem, do której
przyłączone są inne gałęzie nazywamy węzłem. Oczko obwodu elektrycznego stanowi zbiór
połączonych ze sobą gałęzi, które tworzą drogę zamkniętą dla przepływu prądu.
Charakterystyczne dla oczka jest to, że usunięcie dowolnej gałęzi uniemożliwi przepływ
prądu (nie będzie istniała ani jedna droga zamknięta dla przepływu prądu).

Możemy zatem zauważyć, że obwód:

–

elektryczny rozgałęziony to taki, w którym jest kilka połączonych ze sobą gałęzi,

–

nierozgałęziony posiada jedną gałąź,

–

nierozgałęziony stanowi jedno oczko.

Typy połączeń elementów w obwodzie elektrycznym prądu stałego i zmiennego
jednofazowego

Elementy obwodu elektrycznego prądu stałego i zmiennego mogą być połączone na trzy

sposoby: szeregowo, równolegle lub mieszanie.

W połączeniu szeregowym przez wszystkie elementy płynie ten sam prąd. Obwód

nierozgałęziony jest przykładem połączenia szeregowego.

Elementy połączone równolegle włączone są pomiędzy tę samą parę węzłów, zatem

występuje na nich to samo napięcie (rys. 6a).

Rys. 6. Schemat obwodu elektrycznego z elementami połączonymi a) równolegle, b) w sposób mieszany

Połączenie mieszane elementów elektrycznych występuje wówczas, gdy w tym samym

obwodzie część elementów połączona jest szeregowo, część natomiast równolegle (rys. 6b).

Obwody trójfazowe

Układem trójfazowym nazywamy zbiór trzech obwodów elektrycznych, w którym

działają trzy napięcia źródłowe sinusoidalnie zmienne o jednakowej częstotliwości,
przesunięte względem siebie o kąt 120° i wytwarzane w jednym źródle energii, którym
najczęściej jest generator lub prądnica trójfazowa.

ródło trójfazowe skojarzone w gwiazdę może stanowić układ trójprzewodowy

lub czteroprzewodowy, jeśli punkt neutralny jest doprowadzony do odbiornika (rys. 7).

Rys. 7. Układ trójfazowy: a) trójprzewodowy, b) czteroprzewodowy [7, s. 100]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Na zaciskach źródła trójfazowego skojarzonego w gwiazdę rozróżniamy napięcia:

−

fazowe – U

, U

; są to napięcia pomiędzy zaciskiem fazowym a punktem

neutralnym,

−

międzyfazowe – U

L1L2

, U

L2L3

, U

L1L3

; są to napięcia występujące pomiędzy przewodami

fazowymi.

Układy odbiorników trójfazowych

W układach 3-fazowych w zależności od przeznaczenia i rodzaju odbiornika stosuje

się połączenie w trójkąt i gwiazdę (rys. 8).

Rys. 8. Połączenie odbiorników trójfazowych a) w gwiazdę, b) w trójkąt [10, s. 39]

Odbiorniki trójfazowe mogą być:

−

symetryczne – jeśli obciążenie każdej gałęzi jest takie samo,

−

niesymetryczne.

4.2.2. Pytania sprawdzające

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

1. Jak dzielimy obwody elektryczne prądu stałego i zmiennego jednofazowego?
2. Jak nazywa się graficzny obraz obwodu elektrycznego?
3. Jak można sklasyfikować elementy elektryczne?
4. Jakie znasz rodzaje połączeń elementów w obwodach prądu stałego i zmiennego

jednofazowego?

5. Co nazywamy układem trójfazowym?
6. W jaki sposób może być połączone źródło trójfazowe?
7. Jakie rozróżniamy układy odbiorników trójfazowych?

4.2.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Określ rodzaj i sposób połączenia elementów obwodu elektrycznego, którego schemat

przedstawiony jest poniżej. Jaki to obwód elektryczny?

Rysunek do ćwiczenia 1. Obwód elektryczny

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) przeanalizować schemat obwodu elektrycznego,
2) określić rodzaj elementów z jakich składa się obwód,
3) określić sposób połączenia elementów w obwodzie,
4) sklasyfikować obwód przedstawiony na schemacie,
5) zaprezentować wyniki ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika dla ucznia.

Ćwiczenie 2

Na schemacie, rozgałęzionego obwodu elektrycznego, zaznacz elementy połączone

szeregowo i elementy połączone równolegle.

Rysunek do ćwiczenia 2. Schemat rozgałęzionego obwodu elektrycznego

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) przeanalizować schemat obwodu elektrycznego,
2) zaznaczyć na schemacie elementy połączone szeregowo i elementy połączone równolegle,
3) zaprezentować wyniki ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika dla ucznia.

Ćwiczenie 3

Narysuj schemat symetrycznego odbiornika trójfazowego połączonego w trójkąt.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) narysować schemat odbiornika trójfazowego połączonego w trójkąt,
2) określić warunek symetryczności układu,
3) zaprezentować wyniki ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika dla ucznia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) narysować symbole wybranych elementów elektrycznych?

2) narysować schemat przykładowego nierozgałęzionego obwodu elektrycznego?

3) narysować schemat przykładowego rozgałęzionego obwodu elektrycznego?

4) wskazać węzły, gałęzie i oczka na schemacie rozgałęzionego obwodu

elektrycznego?

5) rozróżnić elementy połączone szeregowo na schemacie obwodu prądu

stałego i jednofazowego zmiennego?

6) rozróżnić elementy połączone równolegle na schemacie obwodu prądu

stałego i jednofazowego zmiennego?

7) rozróżnić źródło trójfazowe w układzie czteroprzewodowym?

8) rozróżnić źródło trójfazowe w układzie trójprzewodowym?

9) określić układy połączenia odbiornika trójfazowego?

10) narysować schemat połączenia odbiornika trójfazowego w trójkąt?

11) narysować schemat połączenia odbiornika trójfazowego w gwiazdę?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.

Podstawowe prawa elektrotechniki

4.3.1. Materiał nauczania

Prawo Ohma

Prawo Ohma wyraża zależność pomiędzy prądem I, napięciem U oraz rezystancją R.

W obwodach prądu stałego, kierunek prądu oznaczamy od bieguna dodatniego źródła
napięcia do bieguna ujemnego ( od „+” do „

−

”) i opisujemy wielką literą I. Elementy

ródłowe posiadają dwa zaciski, którym odpowiadają potencjały: wyższy (+) i niższy (

−

Kierunek napięcia na elementach źródłowych jest zgodny z kierunkiem prądu.

Napięcie odbiornikowe (spadek napięcia na odbiorniku) oznaczamy strzałką, której grot

skierowany jest w stronę potencjału wyższego, zatem kierunek napięcia na odbiorniku jest
przeciwnie skierowany do płynącego przezeń prądu (rys. 9).

Rys. 9. Sposób strzałkowania prądu i napięcia na rezystorze [1, s. 43]

Prawem Ohma mówi, że spadek napięcia U na elemencie odbiorczym jest proporcjonalny

do iloczynu rezystancji R tego elementu i prądu I płynącego przezeń.

U = R I

Prawo Ohma można przekształcić do dwóch postaci:

−

, skąd można obliczyć wartość prądu płynącego przez rezystor znając jego

rezystancję i wartość spadku napięcia,

−

, skąd można obliczyć wartość rezystancji rezystora znając jego wartość spadku

napięcia i prądu płynącego przez niego.
Prawo Ohma można stosować w obwodach prądu zmiennego jednofazowego

w odniesieniu do wartości skutecznych (mierzonych miernikami) oraz wartości
maksymalnych.

Prawo Ohma dla wartości skutecznych napięć i prądów ma postać: U = R I.
Natomiast dla wartości maksymalnych: U

= R I

I prawo Kirchhoffa

Pierwsze prawo Kirchhoffa mówi, że dla każdego węzła obwodu elektrycznego suma

algebraiczna prądów jest równa zeru.

∑

Symbol

odpowiada indeksom prądów w danym węźle. Suma algebraiczna oznacza,

e do równania podstawia się wartości prądów ze znakami, zależnymi od ich kierunku. Prądy

dopływające do węzła posiadają znak „+”, natomiast odpływające znak „–”.

Rys. 10. Przykładowy węzeł obwodu elektrycznego

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Na rysunku 10 pokazano przykładowy węzeł obwodu elektrycznego z zaznaczonymi

kierunkami prądów: prądy I

oraz I

skierowane są do węzła, zatem mają znak „+”, natomiast

prądy I

, I

oraz I

i I

odpływają z węzła, opatrzymy je zatem znakiem „

−

”. Dla

przedstawionego węzła można napisać równanie w myśl I prawa Kirchhoffa:

−

Równanie to możemy przekształcić do postaci:

Po jednej stronie równania znajduje się suma prądów dopływających do węzła, natomiast

po drugiej suma prądów odpływających z węzła.

Zatem I prawo Kirchhoffa wynikające z powyższej postaci można przedstawić

w następujący sposób: dla każdego węzła obwodu elektrycznego suma prądów
dopływających do węzła jest równa sumie prądów odpływających od węzła.

Prawo I Kirchhoffa należy stosować w obwodach prądu zmiennego jednofazowego

w odniesieniu do wartości chwilowych prądów:

∑

II prawo Kirchhoffa

II prawo Kirchhoffa mówi, że w każdym oczku obwodu elektrycznego prądu stałego

suma algebraiczna napięć źródłowych i odbiornikowych jest równa zeru:

∑

= 0

oznacza napięcia źródłowe, natomiast wyrażenie

oznacza napięcia

odbiornikowe występujące na rezystancjach danego oczka. Symbole

odpowiadają

indeksom źródeł napięcia, rezystorów i prądów. Suma algebraiczna oznacza, że zarówno
napięcia źródłowe jak i odbiornikowe sumowane są ze znakiem, czyli z uwzględnieniem
kierunku.

W obwodach prądu zmiennego jednofazowego II prawo Kirchhoffa należy stosować

w odniesieniu do wartości chwilowych napięć źródłowych i odbiornikowych:

∑

⋅

Powyższa postać II prawa Kirchhoffa mówi, że w każdym oczku obwodu elektrycznego

prądu zmiennego jednofazowego suma wartości chwilowych napięć źródłowych jest równa
sumie wartości chwilowych napięć odbiornikowych.

4.3.2. Pytania sprawdzające

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

1. Jak zaznaczamy kierunek prądu w obwodach prądu stałego?
2. Jak zaznaczamy kierunek prądu i napięcia na elementach źródłowych?
3. Jak zaznaczamy kierunek prądu i napięcia na elementach odbiorczych?
4. Jak brzmi prawo Ohma?
5. Jakie znaki przyjmują prądy odpływające od węzła, a jakie dopływające do niego?
6. Jak brzmi I prawo Kirchhoffa dla obwodów prądu stałego?
7. Jak brzmi I prawo Kirchhoffa dla obwodów prądu zmiennego jednofazowego?
8. Jak brzmi II prawo Kirchhoffa dla obwodów prądu stałego?
9. Jak brzmi II prawo Kirchhoffa dla obwodów prądu zmiennego jednofazowego?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Oblicz wartość rezystancji R rezystora w obwodzie prądu stałego, na którym wystąpił

spadek napięcia U = 15 V przy przepływie prądu I o wartości 1,5 mA.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zapisać prawo Ohma w podstawowej postaci,
2) przekształcić zapisaną zależność, tak by można było obliczyć wartość rezystancji R,
3) podstawić do otrzymanego wzoru dane liczbowe i obliczyć wartość rezystancji,
4) zaprezentować wyniki ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

kalkulator,

–

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika dla ucznia.

Ćwiczenie 2

Oblicz wartość skuteczną I prądu jednofazowego zmiennego płynącego przez rezystor

o rezystancji R równej 1 k

Ω

, jeśli woltomierz wskazał spadek napięcia na nim U = 3,5 V.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zapisać prawo Ohma w podstawowej postaci,
2) przekształcić zapisaną zależność, tak by można było obliczyć wartość skuteczną prądu I,
3) podstawić do otrzymanego wzoru dane liczbowe i obliczyć wartość skuteczną prądu I,
4) zaprezentować wyniki ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

kalkulator,

–

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika dla ucznia.

Ćwiczenie 3

W obwodzie, na przedstawionym rysunku, zaznacz kierunki prądów i zapisz I prawo

Kirchhoffa dla wszystkich węzłów tego obwodu.

Rysunek do ćwiczenia 3. Schemat obwodu rozgałęzionego prądu stałego

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) oznaczyć węzły na schemacie,
2) zaznaczyć prądy w każdej gałęzi obwodu,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3) zapisać I prawo Kirchhoffa dla każdego z węzłów danego obwodu,
4) zaprezentować wyniki ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika dla ucznia.

4.3.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) obliczyć wartość rezystancji w obwodach prądu stałego i zmiennego

jednofazowego na podstawie prawa Ohma?

2) zastosować prawo Ohma do obliczenia wartości spadków napięcia

i prądów w obwodach prądu stałego?

3) zastosować prawo Ohma do obliczenia wartości skutecznych spadków

napięcia i prądów w obwodach prądu zmiennego jednofazowego?

4) zaznaczyć kierunek prądu w obwodzie prądu stałego?

5) zaznaczyć kierunki spadków napięcia na elementach w obwodzie prądu

stałego?

6) zapisać równanie I prawa Kirchhoffa dla węzła obwodu elektrycznego?

7) wyjaśnić II prawo Kirchhoffa?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4. Pomiary wielkości elektrycznych

4.4.1. Materiał nauczania

Podstawowe metody pomiarowe w obwodach elektrycznych

Metoda pomiarowa określa sposób wykonania pomiaru. Pomiary wielkości elektrycznych

można wykonywać metodami bezpośrednimi lub pośrednimi.

W metodach bezpośrednich wartość wielkości mierzonej odczytuje się bezpośrednio

z przyrządu pomiarowego. Przykładem pomiaru bezpośredniego jest pomiar napięcia
za pomocą woltomierza lub pomiar prądu za pomocą amperomierza.

W metodach pośrednich wykonuje się pomiary innych wielkości elektrycznych niż

poszukiwana. Następnie wyniki pomiarów podstawia się do zależności matematycznych
wynikających z praw obwodów elektrycznych i na podstawie obliczeń uzyskuje się wartość
wielkości poszukiwanej. Pośrednie metody pomiarowe to między innymi metody techniczne
pomiaru rezystancji i mocy prądu stałego oraz metody porównawcze napięć i prądów,
stosowane również do pomiaru rezystancji.

Pomiary napięcia i prądu

Podstawowe wielkości elektryczne mierzone w układach elektrycznych to napięcie

elektryczne i prąd (rys. 11).

Pomiaru napięcia dokonuje się za pomocą woltomierza, który włączany jest równolegle

do tego fragmentu lub elementu obwodu, na którym chcemy zmierzyć napięcie. Woltomierz
posiada bardzo dużą rezystancję wewnętrzną (jej wartość zależny od zakresu pomiarowego).
Rezystancja wewnętrzna idealnego woltomierza dąży do nieskończoności.

Rys. 11. a) Schemat układu do pomiaru napięcia na rezystorze R

, b) Schemat układu do pomiaru prądu

Pomiaru prądu dokonuje się za pomocą amperomierza, który włączany jest szeregowo

do obwodu (lub jego jednej gałęzi), w którym chcemy zmierzyć prąd. Amperomierz posiada
bardzo małą rezystancję wewnętrzną (jej wartość zależy od zakresu pomiarowego).
Rezystancja wewnętrzna idealnego amperomierza wynosi 0

Ω

W obwodach prądu stałego, jednofazowego zmiennego i trójfazowego pomiarów

napięcia i prądu dokonuje się w ten sam sposób.

Pomiar rezystancji

Rys. 12. Schemat układu do pomiaru rezystancji omomierzem

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Pomiaru rezystancji (rys. 12) elementów elektrycznych wykonuje się omomierzem

w sposób przedstawiony na rysunku 13. Należy pamiętać, że element, którego rezystancję
mierzymy tą metodą nie może być włączony w obwód elektryczny, ani zasilony.

Powszechnie używane obecnie są mierniki uniwersalne

−

mogą one pracować jako

amperomierze, woltomierze czy omomierze. Posiadają one kilka gniazd odpowiednio
opisanych oraz pokrętło lub panel przycisków, które umożliwiają wybór trybu pracy
przyrządu, czyli rodzaj mierzonej wielkości elektrycznej i zakres pomiarowy (maksymalną
wartość wielkości mierzonej). Niektóre nowoczesne mierniki uniwersalne mają również
dodatkowe funkcje umożliwiające pomiar pojemności i parametrów tranzystora bipolarnego.

Rys. 13. Miernik uniwersalny [12]

Pomiar mocy

Pomiaru mocy w układach prądu stałego oraz mocy czynnej w obwodach prądu

zmiennego jednofazowego można dokonać metodą bezpośrednią za pomocą watomierza
lub w sposób pośredni metodą techniczną poprzez pomiar spadku napięcia i prądu, czyli
z wykorzystaniem amperomierza i woltomierza (rys. 14 i 15).

Watomierz posiada cztery końcówki: dwie oznaczone symbolem V, które włącza

się równolegle w obwód elektryczny oraz dwie oznaczone symbolem A, które włącza
się szeregowo.

Rys. 14. Układy do pomiaru mocy metodą: a) bezpośrednią, b) metodą techniczną

W metodzie technicznej wartość mocy oblicza się na podstawie zależności:

−

dla prądu stałego:

⋅

−

dla prądu przemiennego:

cos

⋅

, dla odbiorników rezystancyjnych

cos

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

gdzie:

U – wartość napięcia zmierzonego woltomierzem,
I – wartość prądu zmierzonego amperomierzem.

Rys. 15. Układy do pomiaru mocy czynnej metodą techniczną i bezpośrednią w obwodzie prądu zmiennego

jednofazowego

4.4.2. Pytania sprawdzające

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

1. Jakie znasz metody pomiarowe stosowane w obwodach elektrycznych?
2. Jaki miernik służy do pomiaru napięcia?
3. Jaki miernik służy do pomiaru prądu?
4. Jakie znasz metody pomiaru rezystancji?
5. Jaki miernik służy do pomiaru rezystancji?
6. Czym charakteryzuje się miernik uniwersalny?
7. Jakie znasz metody pomiaru mocy?
8. Jaki miernik służy do pomiaru mocy?

4.4.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Wykonaj pomiary rezystancji za pomocą miernika uniwersalnego.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) narysować schemat pomiarowy,
2) zgromadzić potrzebną aparaturę i elementy elektryczne,
3) zapisać oznaczenia wybranych przyrządów,
4) wybrać tryb pracy miernika,
5) wykonać pomiary rezystancji wybranych elementów,
6) zapisać wyniki pomiarów,
7) porównać zmierzone wartości z wartościami podanymi przez producenta rezystorów,
8) oszacować dokładność pomiarów i sformułować wnioski,
9) sporządzić sprawozdanie z ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

rezystory: R = 1 k

Ω

, R = 1,8 k

Ω

, R = 2,2 k

Ω

, R = 820

Ω

, R = 1,5 k

Ω

–

miernik uniwersalny cyfrowy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 2

Wykonaj pomiary prądu stałego.

Rysunek do ćwiczenia 2. Schemat układu do pomiaru prądu stałego

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zgromadzić potrzebną aparaturę i elementy elektryczne zapisując ich oznaczenia,
2) wybrać odpowiedni tryb pracy miernika,
3) połączyć układ pomiarowy,
4) wykonać pomiar prądu,
5) sformułować wnioski,
6) zaprezentować wyniki ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

rezystory: R = 1 k

Ω

/1 W, R = 1,8 k

Ω

/1 W, R = 2,2 k

Ω

/ 1 W,

–

zasilacz +15 V,

–

miernik uniwersalny cyfrowy.

–

zasilacz stabilizowany napięcia stałego +5 V,

–

2 mierniki uniwersalne.

Ćwiczenie 3

Wykonaj pomiary mocy prądu stałego.

Rysunek do ćwiczenia 3. Schemat układu do pomiaru mocy prądu stałego

Tabela do ćwiczenia 3. Tabela obliczeń i wyników pomiarów

U [V]

I [mA]

P [W]

Wskazanie

watomierza [W]

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zgromadzić potrzebną aparaturę i elementy elektryczne zapisując ich oznaczenia,
2) połączyć układ pomiarowy,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3) wykonać pomiary prądów, napięć i mocy zmieniając wartość napięcia od 0 do 10 V co 2 V,
4) zapisać wyniki w tabeli wyników pomiarów,
5) obliczyć wartość mocy na podstawie wskazań woltomierza i amperomierza, korzystając

ze wzoru:

⋅

6) porównać obliczone wartości mocy ze wskazaniami watomierza,
7) oszacować dokładność pomiarów, sformułować wnioski,
8) zaprezentować wyniki ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

zasilacz stabilizowany regulowany w zakresie 0–15 V,

–

multimetr cyfrowy i analogowy,

–

watomierz,

–

rezystor R = 100

Ω

4.4.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) dobrać miernik do pomiaru określonej wielkości elektrycznej?

2) wybrać tryb pracy miernika uniwersalnego do pomiaru określonej

wielkości elektrycznej?

3) dokonać pomiaru napięcia?

4) dokonać pomiaru prądu?

5) dokonać pomiaru rezystancji?

6) dokonać pomiaru mocy prądu stałego metodą techniczną?

7) dokonać pomiaru mocy czynnej zmiennego prądu jednofazowego za

pomocą watomierza?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.5. Transformator

4.5.1. Materiał nauczania

Transformator

Rys. 16. Schemat elektryczny transformatora [12]

Transformator jest urządzeniem elektroenergetycznym, w którym następuje przekazanie

energii elektrycznej z jednego obwodu do drugiego, za pośrednictwem pola
elektromagnetycznego. Zbudowany jest zazwyczaj z dwóch uzwojeń. Uzwojenie, do którego,
doprowadzany jest sygnał nosi nazwę pierwotnego, natomiast uzwojenie, do którego
podłączony jest odbiornik nazywa się uzwojeniem wtórnym. Jeżeli przez uzwojenie
pierwotne przepływa zmienny prąd elektryczny, wokół niego wytwarza się zmienne pole
elektromagnetyczne, które oddziałuje na uzwojenie wtórne, wskutek czego w uzwojeniu tym
indukuje się napięcie elektryczne, a jeśli jego obwód zamkniemy, popłynie w nim prąd.

Ze względu na budowę rozróżniamy transformatory z rdzeniem ferromagnetycznym

i transformatory powietrzne. Te pierwsze mają uzwojenia transformatora nawinięte na rdzeniu
wykonanym z blach elektrotechnicznych odizolowanych od siebie lakierem, warstwą tlenków
lub specjalną izolacją. Poziome elementy rdzenia nazywamy jarzmem, a pionowe kolumnami.
Rdzeń służy do przewodzenia strumienia magnetycznego. Transformatory powietrzne zaś nie
posiadają rdzenia lub jest on wykonany z materiału nie wykazującego właściwości
magnetycznych.

Zadaniem transformatora jest zmiana wartości zmiennego napięcia elektrycznego,

o której decyduje najważniejszy parametr przekładnia zwojowa. Przekładnia zwojowa
transformatora to stosunek liczby zwojów uzwojenia pierwotnego N

do liczby zwojów

uzwojenia wtórnego N

gdzie:

n – przekładnia zwojowa,
N

– liczba zwojów uzwojenia pierwotnego,

– liczba zwojów uzwojenia wtórnego.

Transformatory mogą być również stosowane w celu oddzielenia (czyli separacji

odbiornika) obwodów dla prądu przemiennego lub dopasowania obwodów elektrycznych
prądu zmiennego.

Podstawowe

parametry

transformatorów

podawane w katalogach elementów

elektronicznych to:

−

napięcie znamionowe strony pierwotnej i wtórnej,

−

prądy znamionowe strony pierwotnej i wtórnej,

−

grupa połączeń (dla transformatorów trójfazowych),

−

przekładnia napięciowa,

−

moc pozorna,

−

sprawność,

−

wymiary geometryczne i masa.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Stany pracy transformatora

Transformator może pracować w trzech stanach pracy:

−

w stanie obciążenia,

−

w stanie jałowym,

−

w stanie zwarcia.
Podstawowy stan pracy transformatora to stan obciążenia. Wówczas uzwojenie pierwotne

jest zasilane napięciem znamionowym, a w obwód wtórny jest włączony odbiornik. W stanie
obciążenia transformatora w obu uzwojeniach płyną prądy.

W stanie jałowym uzwojenie pierwotne jest zasilane napięciem znamionowym,

a uzwojenie wtórne jest rozwarte. Prąd płynący w uzwojeniu pierwotnym, zwany prądem
jałowym, jest bardzo mały

−

w transformatorach mocy stanowi około 1…10% prądu

znamionowego.

W stanie zwarcia do uzwojenia pierwotnego transformatora jest doprowadzone napięcie

zasilające, a uzwojenie wtórne jest zwarte, zatem napięcie na zaciskach tego uzwojenia
jest równe zero. Prąd płynący w uzwojeniach transformatora jest wówczas od kilku
do kilkudziesięciu razy większy od prądu znamionowego.

Stan zwarcia jest niebezpieczny dla transformatorów, ponieważ całkowita moc pobrana

przez transformator wydziela się w postaci ciepła, co powoduje wzrost temperatury uzwojeń,
a w konsekwencji uszkodzenie transformatora.

Zwarcie występujące przy pełnym napięciu zasilającym nazywamy zwarciem

awaryjnym.

Podstawowe zastosowanie transformatorów

Transformator jest podstawowym elementem zasilaczy sieciowych i przetwornic

transformatorowych. Produkowanych jest również szereg transformatorów specjalnych,
z których najpopularniejsze to:

−

autotransformatory

−

posiadają tylko jedno uzwojenie (część uzwojenia jest wspólna

zarówno dla pierwotnego jak i wtórnego napięcia),

−

transformatory trójuzwojeniowe

−

posiadają po trzy uzwojenia na każdej kolumnie,

są stosowane w energetyce,

−

przekładniki prądowe i napięciowe

−

stosowane w celu obniżenia wartości napięcia

lub prądu dla dokonania pomiarów lub dla galwanicznego oddzielenia obwodu
pomiarowego od sieci wysokiego napięcia,

−

transformatory spawalnicze,

−

transformatory wielkiej częstotliwości

−

stosowane w sprzęcie elektronicznym.

4.5.2. Pytania sprawdzające

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

1. Do czego służy transformator?
2. Jak zbudowany jest transformator?
3. Czym różni się transformator z rdzeniem ferromagnetycznym od transformatora

powietrznego?

4. Jakie znasz stany pracy transformatora?
5. Który ze stanów pracy transformatora jest niebezpieczny i dlaczego?
6. Jakie znasz typy transformatorów specjalnych?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.5.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Odszukaj, na elektrycznym schemacie ideowym, symbol transformatora. Określ, na

podstawie dokumentacji technicznej, parametry wykorzystanego transformatora.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) dokonać analizy dokumentacji technicznej,
2) odszukać elektryczny schemat ideowy,
3) przeanalizować odszukany schemat,
4) rozpoznać na schemacie ideowym symbol transformatora,
5) określ na podstawie dokumentacji technicznej parametry wykorzystanego transformatora,
6) zaprezentować wyniki ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

dokumentacja techniczna urządzenia elektronicznego,

–

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika dla ucznia.

Ćwiczenie 2

Oblicz przekładnię zwojową transformatora wiedząc, że uzwojenie pierwotne ma 160

zwojów, natomiast uzwojenie wtórne 20 zwojów.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) napisać wzór określający przekładnię zwojową transformatora,
2) wykonać obliczenia,
3) zaprezentować wyniki ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

kalkulator,

–

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika dla ucznia.

4.5.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) rozróżnić elementy budowy transformatora?

2) wyjaśnić zasadę działania transformatora?

3) rozpoznać symbol transformatora na elektrycznym schemacie ideowym?

4) określić, na podstawie katalogu elementów elektronicznych, parametry

danego transformatora?

5) scharakteryzować zastosowanie określonego typu transformatora?

6) obliczyć przekładnię zwojowa transformatora?

7) scharakteryzować stany pracy transformatora?

8) wyjaśnić, dlaczego stan zwarcia jest niebezpieczny?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.6. Silniki prądu stałego. Silniki indukcyjne

4.6.1. Materiał nauczania

Silnik prądu stałego

Silnik to maszyna elektryczna zamieniająca energię elektryczną na mechaniczną. Zasadę

działania silnika prądu stałego najprościej wyjaśnić na jego modelu zbudowanym z dwóch
magnesów zwróconych do siebie biegunami różnoimiennymi, tak aby między nimi powstało
pole magnetyczne (rys. 17). Pomiędzy magnesami znajduje się ramka wykonana
z przewodnika elektrycznego podłączona do źródła prądu stałego poprzez komutator, który
służy do zmiany kierunku prąduh ślizgające się po nim szczotki. Przewodnik zawieszony jest
na osi, aby mógł się swobodnie obracać. Na przewodnik ramki, w którym płynie prąd
elektryczny, działają siły oddziaływania prądu i pola magnetycznego. Ramka wychyla się
z położenia poziomego, obracając się wokół osi. W wyniku swojej bezwładności mija
położenie pionowe. Po przejściu położenia pionowego ramki, szczotki znów dotykają styków
na komutatorze, ale prąd płynie w przeciwnym kierunku, dzięki czemu ramka w dalszym
ciągu jest obracana w tym samym kierunku.

Rys. 17. Model silnika [13]

Wykorzystywane w urządzeniach elektrycznych silniki mają bardziej skomplikowaną

budowę, natomiast podstawowymi elementami ich budowy są (rys. 18):

−

nieruchomy stojan wytwarzający pole magnetyczne,

−

ruchomy wirnik z uzwojeniami twornika,

−

szczotki – doprowadzające prąd do uzwojenia twornika,

−

komutator, czyli pierścień ze stykami – służący do zmiany kierunku prądu.
Zazwyczaj w stojanie do wytworzenia pola magnetycznego wykorzystuje się

elektromagnesy, wirnik posiada wiele zwojów, natomiast komutator jest bardziej
skomplikowany.

Wirnik silnika prądu stałego wykonany jest w kształcie walca. Na jego powierzchni

znajdują się żłobki, w których są uzwojenia twornika, zamykane za pomocą specjalnych
klinów. Zapobiegają one wypadnięciu uzwojenia podczas wirowania.

Stojan, wykonany jest w kształcie wydrążonego walca, zwykle, ze względu na stałe pole

magnetyczne, jako żeliwny lub staliwny odlew. Po wewnętrznej stronie stojana umieszczone
są bieguny główne oraz pomocnicze, na których nawinięte są uzwojenia elektromagnesów
(uzwojenia wzbudzenia).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 18. Przekrój silnika prądu stałego [13]

Uzwojenia główne wytwarzają pole magnetyczne, natomiast uzwojenie pomocnicze,

eliminują niekorzystne zjawiska, których efektem jest nadmierne iskrzenie przy ocieraniu
szczotek o komutator. Uzwojenie to jest połączone równolegle z uzwojeniem wirnika.

Szczotki zazwyczaj krzemowe ślizgają się po komutatorze, co umożliwia połączenie

obracającego się uzwojenia wirnika z zasilającym je źródłem prądu stałego.

Komutator wykonany jest w postaci wielu miedzianych wycinków, wzajemnie

odizolowanych. Do każdego z wycinków przyłączony jest jeden koniec uzwojenia wirnika.

Obecnie najczęściej produkuje się komutatorowe silniki prądu stałego (rys. 19).

Rys. 19. Silnik prądu stałego [13]

Opisany powyżej silnik prądu stałego, nazywany jest obcowzbudnym, stosowany jest

głównie w napędach wymagających regulacji prędkości w szerokim zakresie obrotów.

Ze względu na sposób wytwarzania pola magnetycznego istnieją również silniki prądu

stałego samowzbudne, które dzielimy na szeregowe, równoległe i szeregowo równoległe.

Silniki szeregowe stosowane są głównie w trakcji elektrycznej (napędy lokomotyw,

tramwajów, trolejbusów) i pojazdach mechanicznych (wózki akumulatorowe, rozruszniki
samochodów), w napędach dźwigów, wentylatorów, itp. Mogą być, jako jedyne silniki prądu

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

stałego, zasilane również prądem przemiennym

−

zwane są wówczas silnikami

uniwersalnymi. Znalazły one zastosowanie w urządzeniach wymagających dużych prędkości
obrotowych napędu, np.: w odkurzaczach, elektronarzędziach, suszarkach, sokowirówkach,
mikserach, itp. Silniki równoległe stosowane są głównie w napędach obrabiarek, pomp,
dmuchaw, kompresorów. Silniki szeregowo-równoległe stosowany są zazwyczaj jako silniki
dużych mocy, tam gdzie występuje ciężki rozruch: w urządzeniach do obróbki plastycznej
w napędach walcarek, pras, dźwigów oraz w napędach okrętowych mechanizmów
pokładowych.

Silnik indukcyjny

Najczęściej stosowanym w przemyśle oraz w sprzęcie domowym silnikiem elektrycznym

jest silnik indukcyjny, zwany też asynchronicznym. Charakteryzuje się prostą konstrukcją,
a moc

silników

asynchronicznych

przyjmuje

wartości

ułamków

kilowatów

(w mikrosilnikach) do kilku megawatów.

Rys. 20. Przekrój silnika indukcyjnego [13]

Rys. 21. Silnik indukcyjny [13]

Silnik indukcyjny składa się z dwóch zasadniczych części: nieruchomego stojana

i ruchomego wirnika. Na wewnętrznej stronie rdzenia stojana i zewnętrznej stronie rdzenia
wirnika wykonuje się specjalne rowki, zwane żłobkami, w których umieszczane są uzwojenia.
Część rdzenia pomiędzy sąsiednimi rowkami, nazywana jest zębem. śłobki i zęby mogą
posiadać różne kształty, zwykle ich liczba w stojanie i wirniku jest różna. Pomiędzy stojanem
a wirnikiem znajduje się możliwie mała szczelina powietrzna.

Uzwojenie stojana wykonane jest z izolowanego drutu, mocno usztywnione, tak,

aby zmniejszyć prawdopodobieństwo uszkodzenia na skutek drgań mechanicznych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ze względu budowę wirnika rozróżnia się silniki indukcyjne: klatkowe i pierścieniowe,

które obecnie są rzadko stosowane.

W silniku indukcyjnym klatkowym (rys. 22) konstrukcja wirnika wyglądem przypomina

klatkę o kształcie walca. Jego obwód elektryczny jest wykonany z nieizolowanych prętów,
połączonych po obu stronach pierścieniami zwierającymi. Jest on zawsze zwarty (inna nazwa
tego silnika to silnik indukcyjny zwarty) i nie ma możliwości przyłączania dodatkowych
elementów. Klatka stanowi wielofazowe uzwojenie wirnika, a za liczbę faz przyjmuje
się liczbę prętów, z których jest wykonana.

Obwód magnetyczny wirnika wykonany jest w postaci pakietu blach stalowych

z dodatkiem krzemu, wzajemne odizolowanych, złożonych jedna na drugą.

Rys. 22. Wirnik silnika klatkowego [13]

Zasada działania silnika klatkowego

Uzwojenia stojana wytwarza wirujące pole magnetyczne obracające się wokół

nieruchomego wirnika. Pole to przecinania pręty klatki wirnika, co powoduje indukowanie
się w nich napięcie (stąd nazwa „silnik indukcyjny”), a w efekcie przepływ prądu.
To zjawisko wywołuje poruszanie się wirnika. Na początku zwiększa się jego prędkość
obrotowa, a następnie wirnik przestaje przyspieszać i dalej porusza się ze stałą prędkością.

Silnik pierścieniowy na uzwojenie wirnika na stałe połączone zwykle z trzema

pierścieniami ślizgowymi (uzwojenie wirnika najczęściej jest 3-fazowe). Jest ono wykonane
podobnie do uzwojenia stojana. Uzwojenia wirnika połączone są z dodatkowymi elementami,
zwiększającymi rezystancje każdej fazy za pośrednictwem przylegających do pierścieni
szczotek. Zmianę rezystancji faz stosuje się dla rozruchu, hamowania i zmiany prędkości
silnika. Obecnie ze względu na zbyt skomplikowana budowę konstrukcja ta jest raczej rzadko
stosowana.

Rys. 23. Wirnik silnika pierścieniowego [13]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Silniki indukcyjne jednofazowe

Silniki indukcyjne jednofazowe są silnikami małej mocy stosowanymi w różnego rodzaju

napędach, w pomocniczych układach elektronicznych i automatyki są to mikrosilniki.

Posiadają one wirnik o uzwojeniu klatkowym i stojan o uzwojeniu jednofazowym.
Mikrosilniki mają inną budowę stojana niż silników trójfazowych dużej mocy. Stosuje

się tu uzwojenia skupione nawinięte na biegunach, a nie ułożone w żłobkach. Jedno
z uzwojeń nazywane jest głównym lub roboczym. Jest ono zasilane przez cały czas pracy
silnika. Drugie z uzwojeń nazywa się uzwojeniem pomocniczym rozruchowym i jest
załączone tylko w chwili rozruchu. W obwód uzwojenia rozruchowego (pomocniczego)
włącza się szeregowo impedancje dodatkową – kondensator.

Po dokonaniu rozruchu uzwojenie rozruchowe, przystosowane do pracy krótkotrwałej,

zostaje samoczynnie odłączone przez:

−

wyłącznik odśrodkowy po osiągnięciu przez silnik około 80% prędkości znamionowej,

−

wyłącznik elektromagnetyczny, jeśli w wyniku wzrostu prędkości obrotowej zmaleje
prąd przepływający przez uzwojenie główne.
Zmianę kierunku wirowania silnika uzyskuje się przez zmianę kierunku przepływu prądu

w jednym z uzwojeń.

Zaletą takiego typu silnika jest niska cena, duża trwałość, cicha praca. Silniki takie

nie generują zakłóceń radioelektrycznych.

4.6.2. Pytania sprawdzające

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

1. Jakie jest podstawowe zadanie silnika elektrycznego?
2. Z jakich elementów składa się silnik prądu stałego?
3. Jaką rolę spełnia stojan, a jaką wirnik?
4. Do czego służy komutator?
5. Jaki typ silnika prądu stałego stosowany jest w urządzeniach do obróbki plastycznej?
6. Jak zbudowany jest silnik indukcyjny?
7. Jak klasyfikujemy silniki indukcyjne?
8. Jakie są różnice w budowie silnika klatkowego i pierścieniowego?
9. Gdzie mają zastosowanie silniki indukcyjne jednofazowe?

4.6.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Określ, na podstawie dokumentacji technicznej urządzenia do obróbki plastycznej, typ

i parametry zastosowanego silnika. Jakie zadanie realizuje silnik w tym urządzeniu?

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) określić typ urządzenia do obróbki plastycznej,
2) przeanalizować dokumentację techniczną,
3) odszukać w dokumentacji wykaz elementów urządzenia,
4) określić typ zastosowanego silnika,
5) określić zadanie jakie realizuje silnik w tym urządzeniu,
6) zaprezentować wyniki ćwiczenia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

dokumentacja techniczna urządzenia do obróbki plastycznej,

–

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika dla ucznia.

Ćwiczenie 2

Rozróżnij elementy budowy silnika i scharakteryzuj ich zadania, na podstawie

przedstawionego modelu. Określ typ silnika, jaki przedstawia model.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) dokonać oględzin silnika,
2) rozróżnić podstawowe elementy budowy silnika,
3) scharakteryzować zadania jakie pełnią te elementy,
4) określić, korzystając z tabliczki znamionowej typ silnika i jego parametry,
5) zaprezentować wyniki ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

model silnika elektrycznego,

–

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika dla ucznia.

4.6.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) określić różnice w działaniu silnika prądu stałego i silnika

indukcyjnego?

2) rozróżnić elementy budowy silników elektrycznych różnych typów?

3) określić zadania jakie spełniają poszczególne elementy silnika?

4) opisać zasadę działania silnika prądu stałego?

5) opisać zasadę działania silnika indukcyjnego?

6) wskazać różnie w budowie silnika klatkowego i pierścieniowego?

7) określić na podstawie katalogu elementów elektrycznych parametry

danego silnika elektrycznego?

8) podać przykłady zastosowania silników w urządzeniach i maszynach

do obróbki plastycznej?

9) scharakteryzować zastosowanie różnych typów silników?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.7. Instalacje elektryczne

4.7.1. Materiał nauczania

Instalacja elektryczna to zespół urządzeń służących do doprowadzenia energii

elektrycznej o określonych parametrach do miejsc jej wykorzystania.

Instalacje elektryczne dzielimy na instalacje przemysłowe i mieszkaniowe, do których

należą również instalacje w biurach, budynkach użyteczności publicznej itp.

Ze względu na charakter odbiorników instalacje możemy podzielić na: oświetleniowe

i siłowe– zasilające trójfazowe grzejniki i silniki.

Ze względu na czas użytkowania instalacje możemy podzielić na: stałe oraz

prowizoryczne

−

o uproszczonych rozwiązaniach (dopuszczonych przez przepisy),

montowane doraźnie.

Podstawowymi elementami składowymi instalacji są:

−

przewody,

−

osprzęt instalacyjny,

−

rozdzielnice,

−

urządzenia automatyki.
W instalacjach, zwłaszcza mieszkaniowych, stosuje się ponadto elementy spełniające

określone zadania:

−

przyłącze, będące linią elektroenergetyczną łączącą złącze z siecią energetyki
zawodowej;

−

złącze, czyli urządzenie elektryczne służące do połączenia przewodów przyłącza
bezpośrednio z licznikiem rozliczeniowym lub za pośrednictwem wewnętrznej linii
zasilającej, złącze stanowi podstawowe zabezpieczenie zasilanego obiektu;

−

wewnętrzna linia zasilająca (wlz) czyli linia elektroenergetyczna o stałym przekroju
łącząca złącze z tablicami rozdzielczymi;

−

instalacja odbiorcza – doprowadza energię do poszczególnych odbiorników, znajduje
się za licznikiem rozliczeniowym.
Układ instalacji elektrycznej zależy od: przeznaczenia, potrzeb i założonych wymagań,

natomiast charakteryzuje się:

−

rodzajem i wartością stosowanego napięcia – stosuje się napięcia prądu przemiennego
wartościach wartościach znormalizowanych,

−

sposobem uziemienia,

−

sposobem ochrony przeciw porażeniowej.

Oznaczenia układów sieciowych

Instalacje elektryczne dzieli się na różnego rodzaju układy sieciowe zależnie od sposobu

uziemienia.

Pierwsza litera oznaczenia układu określa związek między siecią a ziemią:

−

T – bezpośrednie połączenie jednego punktu wspólnego (najczęściej przewodu
neutralnego) z ziemią,

−

I – wszystkie części, które mogą znaleźć się pod napięciem są odizolowane od ziemi, albo
jeden punkt jest połączony z ziemią przez impedancję lub bezpiecznik iskiernikowy.
Druga litera określa związek między dostępnymi częściami przewodzącymi a ziemią:

−

N – metaliczne połączenie podlegających ochronie dostępnych części przewodzących
z uziemionym punktem układu sieciowego (neutralnym),

−

T – metaliczne połączenie z ziemią (uziemienie) podlegających ochronie dostępnych
części przewodzących, niezależnie od uziemienia punktu neutralnego.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Kolejne litery określają związek między przewodem neutralnym N, a przewodem

ochronnym PE:

−

S – wspólny przewód neutralno

−

ochronny PEN,

−

C – osobne przewody: neutralny N oraz ochronny PE,

−

C-S – od strony zasilania, w pierwszej części instalacji wspólny przewód PEN, w drugiej
osobne przewody: neutralny N oraz ochronny PE.

Rys. 24. Układy sieciowe: a) TN-C, b) TN-S, c) TN-C-S, d) TT, e) IT [8, s. 65]

Osprzęt instalacyjny

Urządzenia stanowiące wyposażenie instalacji nazywa się osprzętem instalacyjnym.

W jego skład wchodzą:

−

rury instalacyjne służące do prowadzenia przewodów,

−

elementy konstrukcyjne instalacji prefabrykowanych,

−

łączniki instalacyjne służące do włączania prądów roboczych i zwarciowych
oraz stwarzania przerwy w obwodzie elektrycznym,

−

gniazda czyli łączniki wtykowe,

−

odgałęźniki czyli puszki instalacyjne służące dołączenia przewodów instalacyjnych
oraz wykonywania odgałęzień,

−

bezpieczniki, zabezpieczające instalacje przed przeciążeniami,

−

oprawy oświetleniowe.

Przemysłowe instalacje elektryczne

W przemyśle stosuje się instalacje elektryczne w rurach z PCW i stalowych oraz instalacje

z elementów prefabrykowanych, które możemy podzielić na:

−

instalacje przewodami szynowymi – szyny wykonane są z aluminium, duraluminium
lub miedzi i umieszczone w specjalnych osłonach,

−

instalacje wiązkowe – przewody w izolacji i powłoce poliwinitowej formuje
się w skupione wiązki i układa na uchwytach, drabinkach i linkach nośnych; stosowane

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

są w tunelach, piwnicach, kanałach, na przestrzeniach otwartych, prowizorycznych
obiektach , halach produkcyjnych,

−

instalacje korytkowe – przewody prowadzone są w blaszanych korytkach, instalacje takie
są niezawodne i estetyczne,

−

instalacje w kanałach podłogowych – stosuje się przewody w izolacji i powłoce
poliwinitowej; ten typ instalacji montowany jest w pomieszczeniach produkcyjnych
przemysłu lekkiego i elektrotechnicznego oraz laboratoriach, pawilonach i sklepach,

−

instalacje kablowe na drabinkach – ich konstrukcja wykorzystuje prefabrykowane
drabinki podobne do korytek instalacyjnych; ten typ instalacji często stosowany
jest przemysłowych zakładach przemysłowych.

Instalacje przemysłowe powinny cechować się: możliwością przenoszenia dużych mocy

i zasilania dużej liczby różnorodnych odbiorników oraz przejrzystością i estetyką układu,
a także maksymalnym stopniem prefabrykacji umożliwiającym prostą rozbudowę
i modernizację.

W zakładach obróbki plastycznej, ze względu na konieczność zasilania wielu maszyn

i urządzeń dużej mocy, stosuje się najczęściej instalacje z elementów prefabrykowanych
w postaci drabinek kablowych oraz instalacji korytkowych i wiązkowych.

Zabezpieczenia odbiorników i urządzeń elektrycznych

W celu zabezpieczenia urządzeń i odbiorników stosuje się szereg środków ochrony

przeciwporażeniowej.

Uziemienie, zwane inaczej uziomem to przewód łączący określonego punktu urządzenie

z ziemią w celu zapewnienia bezpiecznej i prawidłowej pracy urządzeń elektrycznych.

Uziemienie ochronne polega na uziemieniu jednego lub wielu punktów sieci, instalacji

lub urządzenia elektrycznego dla bezpieczeństwa. Uziemione zostają te części przewodzące
urządzeń elektrycznych, które nie są normalnie pod napięciem. W chwili pojawienia
się na nich napięcia, zadziała zabezpieczenie elektryczne.

Uziemienie funkcjonalne lub inaczej uziemienie robocze

−

to takie uziemienie sieci,

instalacji lub urządzenia elektrycznego, które nie służy bezpieczeństwu, lecz jego
prawidłowemu działaniu.

Zerowanie stosowane w instalacjach elektrycznych, polega na podłączeniu części

przewodzących dostępnych np. metalowej obudowy urządzenia z przewodem ochronnym PE
lub przewodem ochronno-neutralnym PEN. W przypadku uszkodzenia izolacji możliwe jest
samoczynne odłączenie zasilania, poprzez szybkie zadziałanie zabezpieczenia elektrycznego.
Zerowanie może być stosowane w instalacjach elektrycznych o napięciu do 500 V,
w układzie sieciowym TN, gdzie punkt neutralny zasilającego transformatora jest
bezpośrednio uziemiony, natomiast chronione części przewodzące odbiorników są połączone
z punktem neutralnym za pomocą:

−

przewodu ochronnego PE w układzie sieciowym TN-S;

−

przewodu ochronno-neutralnego PEN w układzie sieciowym TN-C;

−

w części układu przewodem ochronnym PE, a w drugiej części przewodem neutralnym
PN, w układzie sieciowym TN

−

Przewód neutralny (N) to przewód elektryczny połączony z punktem neutralnym sieci

elektroenergetycznej, mogący służyć do przesyłania energii elektrycznej.

Przewód ochronny (PE) służy ochronie przed porażeniem elektrycznym. Jeśli łączy

główny zacisk uziemiający z uziomem to jest to przewód uziemiający, jeśli natomiast
zapewnia wyrównanie potencjałów elektrycznych różnych części mogących znaleźć się pod
napięciem to jest to przewód wyrównawczy.

Przewód ochronno-neutralny (PEN) łączy funkcje przewodu neutralnego N i przewodu

ochronnego PE.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Pomiary sprawdzające w instalacjach elektrycznych

W celu sprawdzenia stanu instalacji przeprowadza się pomiary: rezystancji izolacji

przewodów oraz rezystancji uziemień ochronnych (rys. 25 i 26).

Pomiar rezystancji izolacji przewodów wykonuje się induktorowym miernikiem izolacji

typu IMI (induktorem), czyli megaomomierzem. W obwodach trójfazowych wykonuje się
trzy pomiary każdej fazy względem ziemi (L1

−

N, L2

−

N, L3

−

N) oraz trzy pomiary faz

między sobą (L1

−

L2, L2

−

L3, L1

−

L3). Dla obwodu jednofazowego wykonuje się jeden

pomiar fazy względem ziemi. W czasie pomiarów należy:

−

wyłączyć zasilanie i odłączyć od sieci odbiorniki,

−

wykręcić żarówki w obwodach oświetleniowych,

−

zamknąć łączniki instalacyjne,

−

wykręcić wkładki topikowe z gniazd bezpieczników w celu łatwiejszego połączenia
przewodów induktora.

Rys. 25. Pomiar rezystancji izolacji: 1 – wyłącznik zasilający, 2 – induktor, 3 – bezpiecznik, 4 – wyłącznik

urządzenia odbiorczego, 5 – żarówka, łącznik instalacyjny [8, s. 94]

Rezystancja izolacji powinna wynosić 1000

Ω

na 1 V napięcia znamionowego sieci.

W instalacjach wykonanych w rurach instalacyjnych i z elementów prefabrykowanych 800

Ω

na każdy 1 V napięcia znamionowego sieci, której napięcie międzyprzewodowe
nie przekracza 250 V oraz 500

Ω

na każdy 1 V napięcia znamionowego przy napięciu

międzyprzewodowym nie przekracza 250–1000 V.

Pomiar rezystancji uziemień ochronnych i pomocniczego przedstawia rysunek 26.

Rys. 26. Pomiar rezystancji uziemienia: a) uproszczony schemat pomiarowy, b) sposób przyłączenia:

E – induktor, G – galwanometr, Z – przełącznik zakresów, R – rezystor nastawny, Tr – transformator
izolujący od prądów błądzących, P- prostownik wibracyjny, S1, S2 – sondy pomiarowe [8, s. 194]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.7.2. Pytania sprawdzające

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

1. Co określamy nazwą instalacji elektrycznej?
2. Jak dzielimy instalacje ze względu na charakter odbiorników?
3. Jakie elementy i urządzenia wchodzą w skład instalacji elektrycznej?
4. Jakie parametry charakteryzują układ instalacji?
5. Co rozumiesz pod pojęciem osprzętu instalacyjnego?
6. Jakie rodzaje instalacji elektrycznych stosuje się w przemyśle?
7. Jakie właściwości powinny cechować instalacje przemysłowe?
8. Jakie znasz rodzaje uziemień?
9. Co to jest zerowanie?
10. Do czego służy przewód ochronno-neutralny?
11. Jakie pomiary sprawdzają stan instalacji elektrycznej?

4.7.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Określ, na podstawie dokumentacji technicznej, jaki typ instalacji elektrycznej

zamontowano w sali warsztatowej. Jakie elementy osprzętu instalacyjnego potrafisz
rozpoznać w tym pomieszczeniu?

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) przeanalizować dokumentację techniczną,
2) określić typ instalacji,
3) dokonać oględzin sali warsztatowej,
4) rozpoznać elementy osprzętu instalacyjnego wykorzystanego przy montażu instalacji,
5) zaprezentować wyniki ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

dokumentacja techniczna instalacji elektrycznej w sali warsztatowej,

–

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika dla ucznia.

Ćwiczenie 2

Narysuj schemat układu do pomiaru rezystancji izolacji przewodów w obwodzie

trójfazowym. Określ warunki przeprowadzenia tego pomiaru.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) określić jaki przyrząd pomiarowy służy do pomiaru rezystancji izolacji,
2) określić ilość pomiarów,
3) narysować schemat układu do pomiaru rezystancji izolacji przewodów w obwodzie

trójfazowym,

4) określić warunki przeprowadzenia pomiaru rezystancji izolacji przewodów w obwodzie

trójfazowym,

5) zaprezentować wyniki ćwiczenia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika dla ucznia.

4.7.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) określić typ instalacji na podstawie rodzaju przyłączonych odbiorników?

2) rozróżnić podstawowe elementy instalacji elektrycznej?

3) określić na podstawie oznaczenia układu sieciowego zastosowany

sposób uziemienia?

4) rozróżnić elementy osprzętu instalacyjnego?

5) sklasyfikować przemysłowej instalacje elektryczne ze względu na ich

konstrukcje?

6) scharakteryzować

typowe

instalacje

elektryczne

stosowane

w zakładach obróbki plastycznej?

7) scharakteryzować

podstawowe

zabezpieczenia

odbiorników

i urządzeń elektrycznych?

8) rozróżnić: uziemienie ochronne, uziom, przewód uziemiający i zerowanie?

9) wykonać pomiar rezystancji izolacji?

10) wykonać pomiar rezystancji uziemienia?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.8. Technika oświetleniowa. Urządzenia grzewcze

4.8.1. Materiał nauczania

Technika oświetleniowa

wiatło jest promieniowaniem elektromagnetycznym, rozchodzącym się ze źródła falami

sferycznymi w powietrzu i próżni z prędkością około 300000 km/s. Źródło światłą może
być naturalne np. gwiazdy lub sztuczne np. lampy elektryczne.

W celach oświetleniowych stosuje się lampy elektryczne, które można podzielić ze

względu na sposób wytwarzania światła na:

−

arowe (żarówki),

−

wyładowcze (świetlówki, rtęciówki, lampy sodowe ksenonowe, wysokonapięciowe rury
jarzeniowe i inne),

−

arowo-wyładowcze (lampy rtęciowo-żarowe).

śarówki

wiatło w żarówce (rys. 27) emituje żarnik, rozgrzany do wysokiej temperatury

przepływającym przez niego prądem. śarnik wykonany jest z trudno topliwych skrętek
wolframowych i umieszczony w bańce wypełnionej gazem obojętnym, który odprowadzając
ciepło ogranicza parowanie wolframu. śarówki o mniejszych mocach w bańce szklanej mają
próżnię. Ponadto żarówka wyposażona jest w trzonek umożliwiający jej zamocowanie.
Najpopularniejsze są trzonki gwintowe, prócz nich stosuje się trzonki bagnetowe do żarówek
w projektorach i urządzeniach narażonych na wstrząsy oraz trzonki telefoniczne i specjalne.

Rys. 27. Budowa żarówki: 1 – trzonek, 2 – podpórki, 3 – żarnik, 4 – podpórki, 5 – perełka, 6 – doprowadzenie

prądu, 7 – odwiewka, 8 – płaszcz, 9 – rurka pompowa [8, s. 125]

Podstawowymi parametrami żarówki są: napięcie, moc i prąd. śarówki stosowane

oświetleniowych instalacjach oświetleniowych mieszkań, biur i pomieszczeń o podobnym
przeznaczeniu produkowane są na napięcie 230 V. Spotyka się również typy żarówek
wykonywanych na różne inne napięcia, ze względu na ich przeznaczenie:

−

do latarek kieszonkowych: 2,5; 3,5 V,

−

samochodowe: 6; 12; 24 V,

−

do taboru kolejowego: 24; 32; 50; 54 V,

−

samolotowe: 28 V,

−

do górniczych lamp akumulatorowych: 2,5; 3,75 V.
ś

arówki halogenowe mają konstrukcję podobną do tradycyjnej żarówki, z tą różnicą,

e stosuje się w nich halogenki, czyli jod, chrom, brom i fluor, które powodują

samoregenerację zużywającego się żarnika. W celu zapewnienia odpowiednich warunków

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

dla tego procesu należy utrzymywać w bańce żarówki bardzo wysoka temperaturę, rzędu
250

C, co determinuje małe wymiary żarówek halogenowych. Tego typu źródła światła

są obecnie powszechnie stosowane w pomieszczeniach: mieszkalnych, biurowych,
sportowych, użyteczności publicznej oraz przemysłowych.

Lampy fluoroscencyjne (świetlówki)

wietlówka składa się ze (rys. 28):

−

szklanej, prostej lub zagiętej rury zakończonej jednakowymi trzonkami, wewnątrz
powleczonej luminoforem, którego barwa decyduje o kolorze emitowanego przez
ś

wietlówkę światła, rura wypełniona jest argonem z kropelkami rtęci,

−

wykonanych z wolframowej skrętki powleczonej substancją emitująca elektrony elektrod
wbudowanych po obu jej końcach.
Do zapłonu świetlówki potrzebne są:

−

statecznik czyli dławik – służący do wytworzenia fali przepięciowej w czasie zapłonu
oraz ograniczenia prądu wyładowania w świetlówce podczas jej świecenia,

−

zapłonnik

−

służący do zaświecenia rury o podgrzanej w czasie zapłonu katodzie.

wietlówki kompaktowe mają nowoczesną konstrukcje z wbudowanym zapłonnikiem,

a czasem też statecznikiem. Świetlówki charakteryzują się: dużą skutecznością świetlną
i trwałością, pięciokrotnie mniejszym zużyciem energii od żarówek, a także małą
jaskrawością wytworzonego światła.

Rys. 28. Budowa świetlówki: 1 – rura szklana, 2 – trzonek, 3 – styk, 4 – elektroda, 5 – luminofor [8, s. 125]

Lampy rtęciowe

Rys. 29. Budowa i schemat podłączenia lampy rtęciowej: 1 – bańka zewnętrzna, 2 – elektrody główne,

3 – rezystor, 4 – elektroda pomocnicza, 5 – jarznik zargonem, 6 – kropla rtęci [7, s. 131]

Lampy rtęciowe są lampami wyładowczymi o wyładowaniu łukowym (rys. 29).

Zbudowane są z bańki wykonanej ze szkła matowego lub przezroczystego z azotem, w której
umieszczony jest jarznik. Wykonany on jest ze szkła kwarcowego w formie rurki
z wtopionymi na końcach elektrodami wolframowymi, wypełniony jest argonem i kropelkami
rtęci. Do zaświecenia służy elektroda zapłonowa (pomocnicza), umieszczona w pobliżu
jednej z elektrod głównych, połączona z drugą elektrodą główną poprzez rezystor.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wyładowanie łukowe następuje po włączeniu lampy do sieci, gdy między elektrodą
pomocniczą a sąsiednią elektroda główną wytwarza się pole elektryczne oddziaływujące
na argon. Zjawisko to podnosi temperaturę wewnątrz jarznika i powoduje parowanie rtęci,
które prowadzi do wyładowania pomiędzy elektrodami głównymi (natomiast wyładowanie
zapłonowe gaśnie). W lampach rtęciowych podobnie jak w świetlówkach podczas świecenia
istnieje konieczność ograniczenia prądu wyładowania, dlatego przy ich podłączeniu do sieci
stosuje się statecznik.

Lampy rtęciowe mogą być stosowane do oświetlenia zewnętrznego, jak i wewnętrznego

w bardzo wysokich pomieszczeniach typu hale dworcowe czy sportowe. W halach
przemysłowych takie oświetlenie może być stosowane dopiero na wysokości powyżej 4 m.

Lampy rtęciowo-żarowe mają podobną konstrukcję, nie wymagają jednak zastosowania

statecznika, ponieważ jego funkcję spełnia rezystor wykonany ze skrętki wolframowej,
umieszczony w bańce zewnętrznej i połączony z jedną z elektrod głównych. Zaletą lamp
rtęciowo-żarowych jest wytwarzanie przyjemnego dla oka ludzkiego światła jednak
ich skuteczność świetlna jest dwukrotnie mniejsza niż lamp rtęciowych.

Lampy rtęciowe – halogenowe w jarzniku prócz rtęci mają halogen. Do ich zaświecenia

jest konieczny elektroniczny zapłonnik. Lampy emitują mają światło o przyjemnej dla oka
barwie, niestety ich trwałość w porównaniu z rtęciówkami jest znacznie mniejsza.

Wysokoprężne lampy sodowe działają na podobnej zasadzie do rtęciówek. Zasadniczą

ich częścią jest ceramiczny jarznik w kształcie rurki wypełniony parą sodu i rtęci z dodatkiem
gazu obojętnego. Lampy tego typu emitują światło o przewadze barwy żółtej, cechują się
dużą skutecznością i trwałością. Stosowane są w miejscach, gdzie ważne jest duże natężenie
oświetlenia, natomiast jego barwa nie odgrywa roli – w zakładach przemysłowych, również
obróbki plastycznej.

Oprawy oświetleniowe

ródła światła umieszczane są w specjalnych oprawach oświetleniowych, które służą:

−

umocowaniu źródła światła,

−

przyłączeniu go do instalacji elektrycznej,

−

odpowiedniemu skierowaniu strumienia światła,

−

ochronie oczu przed olśnieniem,

−

ochronie źródła światła przed szkodliwymi czynnikami zewnętrznymi,

−

uzyskaniu efektu dekoracyjnego.

Oprawy oświetleniowe można podzielić ze względu na sposób mocowania na: stałe,

przenośne i nastawne, natomiast ze względu na zastosowanie na: przemysłowe, zewnętrzne,
do pomieszczeń użyteczności publicznej, projektory oświetleniowe i oprawy specjalne.

Ze względu na rozsyłanie strumienia świetlnego oprawy dzielimy na pięć klas:

−

klasy I kierują cały strumień w dół – stosowane są do oświetlenia miejscowego w dużych
halach,

−

klasy II i III stosowane są w pomieszczeniach niższych o średnio jasnych sufitach
i ścianach np. sklepach, biurach,

−

klasy IV i V dają światło w przeważającej części odbite od sufitu, stosowane
są w pomieszczeniach niskich o jasnych sufitach i ścianach i ścianach, np.: mieszkaniach
i hotelach.
Oprawy oświetleniowe do wnętrz publicznych prócz funkcji oświetleniowych spełniają

również dekoracyjne. Wykonane są w I i II klasie, najczęściej są to: plafonierki i oprawy
zawieszkowe do żarówek, oprawy świetlówkowe do sufitu.

Oprawy oświetleniowe zewnętrzne dla oświetlenia żarowego są wykonane ze stopu

aluminium formowanego pod ciśnieniem i posiadają ochronną siatkę z ocynkowanego drutu.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Oprawy przemysłowe dzielimy na trzy grupy: zwykłe, odporne na wodę lub pył

i przeciwwybuchowe. Oprawy zwykłe to stosowane do:

−

arówek: warsztatowe (oświetlające miejscowo stanowisko pracy), zawieszkowe, ścienne

i sufitowe (oświetlające pomieszczenia zamknięte o przeciętnej wilgotności i zapyleniu),

−

wietlówek

−

w pomieszczeniach przemysłowych o średniej wilgotności i zapyleniu,

−

lamp wyładowczych wysokoprężnych – w miejscach narażonych na opady deszczu.
Oprawy odporne na wodę lub pył stosowane są w pomieszczeniach:

−

zamkniętych

−

kroploodporne,

−

o zwiększonej wilgotności

−

bryzgoodporne,

−

przemysłowych, w których istnieje możliwość działania strumienia wody –
strugoodporne,

−

w których możliwe jest duże zapylenie – pyłoszczelne.
W pomieszczeniach zagrożonych wybuchem pary, pyłu węglowego lub gazów stosuje

się przeciwwybuchowe oprawy oświetleniowe, wykonane ze stopów aluminium z kloszami
ze szkła hartowanego osłoniętymi siatka z drutu stalowego.

Urządzenia grzewcze

Elektryczne urządzenia grzewcze ze względu na sposób wytwarzania ciepła dzielimy na:

rezystancyjne,

czyli

oporowe,

elektrodowe,

łukowe,

indukcyjne,

pojemnościowe

i promiennikowe.

Piece rezystancyjne

W przemyśle piece rezystancyjne stosowane są do obróbki cieplnej metali

np. do wyżarzania, hartowania. Wykorzystują ciepło powstające podczas przepływu prądu
przez elementy grzejne wykonane z materiałów oporowych stałych, najczęściej z metali
lub specjalnych stopów metali o dużej rezystywności i dużej trwałości. Elementy grzejne
są zasilane najczęściej z sieci energetycznej za pośrednictwem sterowników tyrystorowych.
Stosuje się układy zasilania jednofazowe i trójfazowe.

Ze względu na sposób nagrzewania piece rezystancyjne dzielimy na: pośrednie

i bezpośrednie. Najczęściej stosowane są piece pośrednie, które mają zamontowane wewnątrz
elementy grzejne. Ze względu na przebieg procesu nagrzewania dzielimy je na:

−

nieprzelotowe, mające jeden otwór wsadowy, zatem ponowne załadowanie może
się odbyć po zakończeniu całego procesu nagrzewania,

−

przelotowe, mające dwa otwory wejściowy i wylotowy, proces nagrzewania może
odbywać się tu w sposób ciągły.
W piecach bezpośrednich nagrzewania odbywa się po części rezystancyjnie i łukowe.

Rys. 30. Piece rezystancyjne o nagrzewaniu: a) pośrednim, b) bezpośrednim; 1 – element grzejny, 2 – izolująca

obudowa pieca, 3 – wsad, 4 – końcówka elementu grzejnego, 5 – uchwyt, 6 – wsad pełniący funkcje
elementu grzejnego [8, s. 146]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Piece próżniowe posiadają cylindryczną obudowę próżniową (o podwójnych ścianach

chłodzonych wodą), wewnątrz której umieszczona jest komora grzejna z izolacją grafitową
lub ceramiczną. Grafitowe elementy grzejne umieszczone są symetrycznie na wewnętrznej
stronie komory. W piecach tego typu, dzięki próżni, polepszają się właściwości mechaniczne
materiałów, zatem są one wykorzystywane do obróbki stali nierdzewnych, kwasoodpornych
czy narzędziowych.

Piece elektrodowe posiadają elektrody zanurzone w roztopionych mieszaninach soli.

Kąpiel solna rozgrzewana przepływającym przez elektrody prądem przekazuje swoje ciepło
zanurzonemu w niej wsadowi.

Piece łukowe wykorzystują zjawisko łuku elektrycznego powstającego przy przerywaniu

obwodów prądowych. W piecach łukowych pośrednich łuk elektryczny pali się pomiędzy
dwiema elektrodami węglowymi lub grafitowymi, natomiast w piecach bezpośrednich
pomiędzy elektroda i topionym metalem. Piece te stosowane są do wytopu metali ze względu
na nierównomierny rozkład temperatury.

Piece indukcyjne wykorzystują zjawisko powstawania prądów wirowych pod wpływem

zmiennego pola magnetycznego. Stosuje się przy: lutowaniu, wyżarzaniu, topieniu metali,
hartowaniu stali.

Do topienia metali, w hutach i odlewniach, używa się pieców indukcyjnych zasilanych

prądem częstotliwości 25–60 Hz. Do obróbki cieplnej dużych elementów stosuje
się częstotliwość od 300 Hz do 3 kHz, natomiast prądy o większej częstotliwości są używane
do lutowania małych elementów, np. do lutowania puszek.

Przedmiot nagrzewany w piecu wielkiej częstotliwości umieszcza się w cewce

indukcyjnej zwanej induktorem lub wzbudnikiem. Induktor jest wykonany z rurki miedzianej,
przez którą przepływa woda chłodząca go. Induktor jest zasilany prądem przemiennym
pobieranym z elektronicznych generatorów wielkiej częstotliwości.

Charakterystyczną cechą nagrzewania indukcyjnego jest to, że ciepło jest wytworzone

wewnątrz nagrzewanego przedmiotu, głównie w jego części znajdującej się w zasięgu
wytworzonego pola magnetycznego.

Piece pojemnościowe działają na zasadzie wytwarzania ciepła wewnątrz dielektryka pod

wpływem szybkozmiennego pola elektrycznego wielkiej częstotliwości.

Nagrzewanie pojemnościowe stosuje się do: sterylizacji żywności i środków

opatrunkowych, w lecznictwie, do suszenia zboża, gotowania i pieczenia żywności,
zgrzewania folii plastikowych, obróbki gumy, a także klejenia i suszenia drewna.

Promienniki wytwarzają promieniowanie cieplne, którego energię pochłania nagrzewane

ciało. Promienniki dzielimy na:

−

lampowe, gdzie źródłem promieniowania jest rozgrzany żarnik; są one produkowane
w postaci żarówek z wewnętrznym odbłyśnikiem lub rur ze szkła kwarcowego,

−

rurkowe wykonane z przewodu grzejnego zatopionego w masie ceramicznej
lub umieszczonego w metalowej rurce w masie izolacyjnej.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.8.2. Pytania sprawdzające

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

1. Jakie znasz typy źródeł światła?
2. Jaka jest zasada działania żarówki?
3. W jakim celu stosuje się w żarówkach halogenki?
4. Czym charakteryzują się świetlówki?
5. Jak działają lampy rtęciowe?
6. Jak działają lampy sodowe?
7. Jak dzielimy oprawy oświetleniowe ze względu na rozsyłanie strumienia świetlnego?
8. Jakie znasz typy przemysłowych opraw oświetleniowych?
9. Jakie znasz elektryczne urządzenia grzejne?
10. Które z elektrycznych urządzeń są stosowane w przemyśle?

4.8.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Określ typ źródeł światła i opraw oświetleniowych, jakie powinny być zastosowane

w hali produkcyjnej zakładu obróbki plastycznej.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) określić wymagania dotyczące oświetlenia procesu obróbki plastycznej,
2) wybrać z katalogu typ źródeł oświetlenia,
3) dobrać odpowiednie oprawy oświetleniowe,
4) uzasadnić dokonany wybór.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

katalogi elementów oświetleniowych,

–

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika dla ucznia.

4.8.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) scharakteryzować zasadę działania powszechnie stosowanych źródeł

wiatła?

2) określić zastosowanie określonych źródeł oświetlenia?

3) dobrać rodzaj źródeł światła przeznaczonych do zainstalowania w hali

produkcyjnej zakładu obróbki plastycznej?

4) scharakteryzować klasy opraw oświetleniowych?

5) sklasyfikować przemysłowe oprawy oświetleniowe?

6) dobrać oprawę oświetleniową do zastosowania w hali produkcyjnej

zakładu obróbki plastycznej?

7) scharakteryzować zasadę działania pieców rezystancyjnych?

8) określić zastosowanie danego typu urządzenia grzejnego?

9) scharakteryzować nagrzejnictwo promiennikowe?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.9. Podstawy elektroniki

4.9.1. Materiał nauczania

Nowoczesne maszyny i urządzenia stosowane we wszystkich gałęziach przemysłu,

metalurgicznego i obróbki plastycznej, posiadają blok elektroniki sterującej, w skład którego
wchodzą typowe układy elektroniczne takie jak: wzmacniacze, prostowniki, generatory i inne,
które są zbudowane z elektronicznych elementów i układów półprzewodnikowych.

Diody półprzewodnikowe

Dioda półprzewodnika posiada dwie elektrody anodę i katodę. Ze względu na zasadę

działania i przeznaczenie rozróżnia się wiele rodzajów diod: prostownicze, stabilizacyjne,
impulsowe, pojemnościowe, uniwersalne, fotodiody, diody LED i inne.

Dioda prostownicza

Rys. 31. a) Symbol diody prostowniczej; b) polaryzacja diody prostowniczej w kierunku przewodzenia,

c) polaryzacja diody prostowniczej w kierunku zaporowym [3, s. 54]

W układach elektronicznych dioda prostownicza (rys. 31) wykorzystywana jest przede

wszystkim do przekształcania prądu zmiennego w jednokierunkowy prąd pulsujący.
Przewodzi ona prąd w jednym kierunku. Jeżeli do anody podłączony jest potencjał dodatni,
a do katody potencjał ujemny to jest to polaryzacja w kierunku przewodzenia. Jeśli na diodzie
pojawi się spadek napięcia zwany napięciem progowym, (którego wartość zależy od
materiału, z jakiego została wykonana dioda i tak dla diod krzemowych jest to wartość około
0,7 V, dla germanowych około 0,3 V) to przez diodę popłynie prąd (od anody do katody).
Spadek napięcia na diodzie niewiele zmienia się pomimo dużych zmian wartości
przepływającego przez nią prądu, w katalogach podawane są typowe wartości tego spadku
napięcia. Przy polaryzacji odwrotnej zwanej polaryzacją w kierunku zaporowym (wówczas
do anody podłączony jest potencjał ujemny, a do katody dodatni), przez diodę płynie bardzo
mały prąd w kierunku zaporowym (od katody do anody), w wielu przypadkach analizy
działania układów elektronicznych możemy go pominąć. W kierunku zaporowym można
puścić napięcie zwane maksymalnym napięciem wstecznym, którego wartość podana jest
w danych katalogowych. Przekroczenie tej wartości spowoduje krótkotrwały przepływ prądu
przez diodę w kierunku zaporowym, powodujący zniszczenie jej struktury wewnętrznej.

Diody prostownicze stosuje się najczęściej w układach prostowniczych urządzeń

zasilających.

Dioda stabilizacyjna (dioda Zenera)

Wykorzystuje się jej właściwości przy polaryzacji w kierunku zaporowym. Przy

polaryzacji w kierunku przewodzenia, dioda Zenera działa jak dioda prostownicza. Natomiast
przy polaryzacji w kierunku zaporowym, póki przyłożone napięcie nie osiągnie wartości
zwanej napięciem Zenera, przez diodę stabilizacyjną płynie bardzo mały prąd w kierunku
zaporowym (od katody do anody). Jeśli spadek napięcia w kierunku zaporowym osiągnie
wspomnianą wartość napięcia Zenera następuje zjawisko przebicia Zenera lub tunelowe,
polegające na szybkim wzroście wartości prądu przy prawie niezmienionej wartości spadku
napięcia. Diody stabilizacyjne (rys. 32a) stosuje się w układach stabilizacji napięć,
w ogranicznikach amplitudy, w układach źródeł napięć odniesienia, itp.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 32. Symbole graficzne a) dioda stabilizacyjna, b) LED [3, s. 49, 450]

Dioda LED

Diody LED (rys. 32b) emitują światło pod wpływem przepływu przez nie prądu

w kierunku przewodzenia. Diodę LED zasila się napięciem w kierunku przewodzenia, łącząc
szeregowo z nią rezystor ograniczający prąd. Diody LED wykorzystuje się zasadniczo jako
samodzielne elementy sygnalizujące, buduje się z nich również wyświetlacze.

Tranzystory

Obecnie produkowane jest wiele typów tranzystorów przeznaczonych do różnych

zastosowań. Mogą one występować jako elementy dyskretne, najczęściej jednak stanowią
podstawowy element układów scalonych.

Tranzystor bipolarny

Tranzystor bipolarny przeznaczony jest do pracy jako wzmacniacz sterowany prądowo.

Zbudowany jest z trzech warstw półprzewodnika stanowiących kombinację dwóch złącz PN.
Ze wzglądu na budowę rozróżniamy tranzystory bipolarne typu PNP i NPN. Tranzystor
bipolarny można przedstawić jako dwie diody przewodzące prąd w kierunku bazy (PNP),
albo w kierunku od bazy (NPN) (rys. 33).

Rys. 33. Symbol tranzystora a) PNP, b) NPN [3, s. 62]

Struktura półprzewodnikowa tranzystora umieszczona jest w hermetycznie zamkniętej

obudowie chroniącej przed uszkodzeniami mechanicznymi, ale również spełniającej inne
funkcje np. w tranzystorach średniej i dużej mocy umożliwia odprowadzanie ciepła.

Tranzystor bipolarny posiada trzy elektrody E – emiter, B – bazę, C – kolektor. Bazą jest

elektroda sterująca. Zazwyczaj tranzystor pracuje jako wzmacniacz prądowy. Mały prąd
wpływający do bazy umożliwia przepływ większego prądu pomiędzy kolektorem a emiterem.
Jest to tak zwany stan aktywny pracy tranzystora.

Tranzystor bipolarny może również pracować w stanie nieprzewodzenia, zwanego też

odcięciem. Wówczas prąd płynący między kolektorem a emiterem jest bardzo mały,
a napięcie pomiędzy kolektorem a emiterem jest maksymalne.

Stan nasycenia tranzystora bipolarnego charakteryzuje się przepływem dużego prądu

kolektora, przy minimalnym napięciu pomiędzy kolektorem a emiterem.

Tranzystor unipolarny (polowy)

Rys. 34. Symbol graficzny tranzystora unipolarnego JFET a) z kanałem typu N, b) z kanałem typu P [3, s. 82]

Tranzystor unipolarny (rys. 34) posiada trzy elektrody bramkę (oznaczoną symbolem

G), dren (oznaczony symbolem D) i źródło (oznaczony symbolem S).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Tyrystor

Tyrystor (rys. 35a) posiada trzy elektrody: anodę –A, katodę – K i elektrodę sterującą,

czyli bramkę – G. Zwany jest diodą sterowana, ponieważ może przewodzić prąd tylko
w jedną stronę, podobnie jak dioda, pod warunkiem wysterowania bramki. Tyrystor jest
powszechnie stosowany w układach energoelektronicznych, między innymi w prostownikach
sterowanych.

Rys. 35. Symbole: a) tyrystora, b) diaka, c) triaka [3, s. 79]

Triak

Triak (rys. 35c) zwany jest też tyrystorem symetrycznym. Posiada trzy elektrody: anodę

oznaczoną symbolem A, katodą oznaczoną symbolem K i bramkę oznaczoną symbolem G.
Różni się od tyrystora tym, że może przewodzić prąd w obu kierunkach.

Diak

Diak (rys. 35b) zwany jest też diodą spustową, przewodzi prąd w dwóch kierunkach. Jest

to triak bez wyprowadzonej bramki. Diaki stosowane są do sterowania triakami.

Elementy optoelektroniczne

Działanie elementów optoelektronicznych (rys. 36) związane jest ze światłem. Do tej

grupy należą diody LED emitujące światło oraz elementy, których właściwości elektryczne
zmieniają się pod wpływem oświetlenia, takie jak: fotoelementy, fotorezystory, fotodiody
i fototranzystory. Ttransoptory będące połączeniem nadajnika światła (diody LED)
i fotoelementu również zaliczamy do grupy elementów optoelektronicznych. Wspólnym
parametrem fotoelementów jest kąt detekcji, czyli kąt, pod jakim padające promienie światłą
oddziałują na nie.

Fotorezystor zmienia swoją rezystancję w zależności od natężenia światła. Ze względu na

obciążalność dochodzącą nawet do kilku watów umożliwiają one nawet bez dodatkowego
wzmocnienia np. bezpośrednie sterowanie przekaźników.

Rys. 36. Symbole elementów optoelektronicznych a) fotorezystora [12], b) fotodiody [3, s. 450],

c) fototranzystora [12]

Fotodioda jest w zasadzie zwykłą diodą spolaryzowaną w kierunku zaporowym, w której

przy oświetleniu wzrasta prąd przepływu. W porównaniu z fototranzystorem ma znacznie
krótszy czas reakcji.

Fototranzystor jest tranzystorem, którego działaniem spowodowane jest oświetleniem

złącze kolektor – baza. Wówczas następuje przepływ prądu bazy, a tym samym wzmocnienie
prądu kolektora. Fototranzystory są wolniejsze niż fotodiody.

Transoptor (rys. 37) składa się z nadajnika światła np. diody LED i detektora światła

np. fotodiody lub fototranzystora. Wysterowana prądem wejściowym dioda świecąca
transoptora emituje światło, które oddziałuje na fotoelement przetwarzając je na prąd

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

wyjściowy transoptora. Przy pomocy transoptora można przekazywać sygnały pomiędzy
obwodami odizolowanymi galwanicznie. Stosowane są zazwyczaj w zasilaczach
z przetwarzaniem częstotliwości, do przesyłania sygnałów analogowych, w pętlach
prądowych do przesyłania sygnałów cyfrowych.

Rys. 37. Układy transoptora [3, s. 456]

Podstawowe układy elektroniczne

Prostownik przetwarza napięcie zmienne w napięcie jednokierunkowe tętniące. Do jego

budowy wykorzystuje się elementy przewodzące prąd w jednym kierunku: diody
lub tyrystora.

Prostownik w układzie mostka Graetza

Najpopularniejszym prostownikiem produkowanym w postaci układu scalonego

prostownik dwupołówkowy w układzie mostka Graetza (rys. 38).

Rys. 38. Prostownik dwupołówkowy w układzie mostka Graetza a) schemat,b) wykresy czasowe napięcia

wyjściowego U

oraz prądu wyjściowego I

[3, s. 105]

W czasie dodatniej połówki napięcia wejściowego prąd płynie uzwojenie wtórne

transformatora, przez diodę D

, obciążenie R i diodę D

, natomiast przy ujemnej połówce

napięcia wejściowego prąd płynie uzwojenie wtórne transformatora, przez diodę D

obciążenie R

i diodę D

. W obu przypadkach prąd przez obciążenie płynie w tym samym

kierunku i ma charakter pulsujący. Jeżeli w układzie prostownika dwupołówkowego
zastosujemy filtr w postaci kondensatora C uzyskamy znacznie lepszy stosunek czasu
rozładowania kondensatora do czasu ładowania niż w układzie jednopołówkowym. Zatem
przy tym samym obciążeniu, czas rozładowania kondensatora w układzie mostkowym jest
znacznie krótszy niż w układzie jednopołówkowym. Efektem tego są mniejsze tętnienia
napięcia wyjściowego.

Stabilizatory napięcia stosuje się w celu uzyskania stałej wartości napięcia elektrycznego.

Zasadniczym elementem stabilizatora jest dioda Zenera.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wzmacniacze

Rys. 39. Schemat blokowy wzmacniacza [3, s. 144]

Zadaniem wzmacniacza (rys. 39) jest wzmocnienie sygnału przy zachowaniu jego nie

zmienionego kształtu. Wzmacniacze mogą wzmacniać sygnały stałe (wolnozmienne), albo
zmienne. Najważniejszym parametrem wzmacniacza jest współczynnik wzmocnienia (zwany
w skrócie wzmocnieniem), będący stosunkiem amplitudy sygnału na wyjściu wzmacniacza
do amplitudy sygnału na jego wejściu.

Ze względu na przeznaczenie rozróżniamy wzmacniacze napięciowe, prądowe i mocy.
Wzmacniacz operacyjny (rys. 40) to najbardziej rozpowszechniony analogowy układ

elektroniczny realizowany jako monolityczny układ scalony. Jego sposób działania jest
określony przez dołączone elementy zewnętrzne.

Rys. 40. Symbol wzmacniacza operacyjnego [3, s. 197]

Wzmacniacz operacyjny posiada jedno wyjście i dwa wejścia: odwracające fazę sygnału

wejściowego (oznaczone „–”) i nieodwracające (oznaczone „+”). Wzmacniana jest różnica
sygnałów z tych wejść, a wartość tego wzmocnienia jest bardzo duża.

Wzmacniacz operacyjny służy do budowy wielu układów wzmacniających, generatorów

i innych.

Generator to układ wytwarzający przebiegi elektryczne o określonym kształcie

np. sinusoidalnym (generatory przebiegów sinusoidalnych), prostokątnym czy trójkątnym
(generatory przebiegów niesinusoidalnych). Generator przetwarza energię elektryczną
pozyskiwaną ze źródła napięcia zasilania, zamieniając ją (z pewnymi stratami) w energię
generowanego napięcia zmiennego.

4.9.2. Spytania sprawdzające

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

1. Do czego służy dioda prostownicza?
2. Jaka jest różnica w działaniu diody prostowniczej i Zenera?
3. W jaki sposób działa tyrystor?
4. Jaka jest różnica w działaniu tyrystora i triaka?
5. Jakie znasz typy tranzystorów?
6. Jakie wyprowadzenia posiada tranzystor bipolarny?
7. Jaka jest wspólna cecha elementów optoelektronicznych?
8. W jakim celu stosuje się transoptory?
9. Do czego służy prostownik?
10. Jaki jest podstawowy parametr wzmacniacza?
11. Jaki układ elektroniczny wytwarza zmienne przebiegi elektryczne?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.9.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Określ parametry triaka w katalogu elementów elektronicznych i rozpoznaj jego końcówki.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) dokonać oględzin otrzymanego triaka,
2) wybrać odpowiedni katalog elementów elektronicznych,
3) wyszukać w katalogu kartę danego typu triaka,
4) określić parametry elementu, a następnie je i zapisać,
5) zidentyfikować końcówki triaka,
6) zaprezentować wyniki ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

triak,

–

katalogi elementów elektronicznych.

Ćwiczenie 2

Wyszukaj, na otrzymanym schemacie elektrycznym, symbole: diody prostowniczej,

stabilizacyjnej oraz tranzystora bipolarnego.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) dokonać analizy schematu elektrycznego,
2) odszukać na schemacie symbole: diody prostowniczej, stabilizacyjnej oraz tranzystora

bipolarnego,

3) zaprezentować wyniki ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

schemat układu elektronicznego,

–

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika dla ucznia.

4.9.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) wyjaśnić zasadę działania podstawowych elementów elektronicznych?

2) rozróżnić symbole graficzne podstawowych elementów elektronicznych?

3) scharakteryzować zastosowanie podstawowych elementów elektronicznych?

4) wyjaśnić zasadę działania transoptora?

5) wyjaśnić zasadę działania prostownika?

6) wyjaśnić zasadę działania wzmacniacza operacyjnego?

7) scharakteryzować funkcję wzmacniacza w urządzeniu elektronicznym?

8) scharakteryzować funkcję generatora w urządzeniu elektronicznym?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.10. Układy i elementy automatyki

4.10.1. Materiał nauczania

Powszechnie stosowane jest dziś sterowanie automatyczne, gdzie czynności sterownicze

wykonuje za człowieka specjalne urządzenie sterujące. Człowiek formułuje i wprowadza
do urządzenia sterującego zadania do wykonania oraz kontroluje i ewentualnie wprowadza
korektę nastaw w urządzeniu sterującym. Automatyka zajmuje się zagadnieniami sterowania
automatycznego.

Układy automatycznego sterowania

Sterowanie to proces celowego oddziaływania sygnałów sterujących na przyrządy,

urządzenia technologiczne lub maszyny robocze. Sterowanie odbywa się w układzie
otwartym. Sygnały sterujące działają na obiekt bez bieżących pomiarów i korekcji procesu.

Ze względu na rodzaj sygnałów rozróżnia się sterowanie: mechaniczne, elektryczne,

pneumatyczne, hydrauliczne.

Układ sterowania składa się z obiektu sterowania i urządzenia sterującego. Obiekt

sterowania to część układu, na którą oddziałują sygnały sterownicze.

Rys. 41. Schemat blokowy układu sterowania

Urządzenie sterujące to część układu, która przez człon wykonawczy oddziałuje

na obiekt sterowania. Urządzenie sterujące składa się z (rys. 41):
–

urządzenia wejścia, są to różnego rodzaju czujniki, łączniki przyciski elektryczne,

–

członu realizującego funkcje logiczne przetwarzającego sygnały wejściowe według
zadanego programu, wypracowując sygnały sterujące,

–

urządzenia wyjścia, są to człony wykonawcze oddziałujące bezpośrednio na obiekt
sterowania np. przekaźniki, styczniki, tyrystory, zawory hydrauliczne i pneumatyczne.
W układach sterowania elektrycznego stosuje się często styczniki i przekaźniki. Styczniki

są uruchamiane elektromagnetycznie, posiadają cewkę, która po wzbudzeniu prądem
przyciąga zworkę i przełącza zestyki. Przełączana przez styczniki moc wynosi od 1 kW
do 500 kW, zatem używa się je przede wszystkim do załączania urządzeń dużej mocy
np.: silników hamulców, sprzęgieł i elektrycznych urządzeń grzewczych.

Przekaźnik w układzie elektronicznym pełni rolę zdalnie uruchamianego łącznika.

Podobnie jak stycznik przekaźnik posiada cewkę, która wzbudzana prądem elektrycznym
wytwarza pole magnetyczne powodujące zamykanie zestyków. Moc przełączania przekaźnika
zależy od jego wielkości i wynosi od kilku mW do 1 kW. Dlatego służą one do załączania
urządzeń mniejszej mocy.

Urządzenie sterujące wytwarza sygnały sterujące. Sygnałem wejściowym urządzenia

sterującego jest informacja o zadaniu sterowania. Urządzenie sterujące i obiekt stanowią
układ sterowania, który może być otwarty lub zamknięty.

W otwartym układzie sterowania urządzenie sterujące nie otrzymuje zwrotnej informacji

o aktualnej wartości sygnału sterowanego. W układzie zamkniętym, występuje sprzężenie
zwrotne, czyli przekazanie informacji z wyjścia układu na jego wejście, zatem urządzenie
sterujące otrzymuje informację o aktualnej wartości sygnału sterowanego, która następnie
wpływa na przebieg sterowania.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Układy sterowania otwartego występują we wszelkich rodzajach automatów o działaniu

cyklicznym np.: automaty handlowe, oświetleniowe, itp.

Układy automatycznej regulacji

Sterowanie w układzie zamkniętym to regulacja. Układ sterowania nazywamy układem

regulacji (rys. 42), obiekt sterowania – obiektem regulacji, urządzenie sterujące –
urządzeniem regulującym (regulatorem), sygnał sterowany – sygnałem regulowanym. Sygnał
oddziaływania regulatora na obiekt jest dalej nazywany sygnałem sterującym. W układzie
regulacji mogą również pojawić się zakłócenia, czyli wszelkie inne oddziaływania, na obiekt
utrudniające realizację procesu regulacji.

Charakterystyczne dla wszystkich układów zamkniętych regulacji jest tzw. ujemne

sprzężenie zwrotne polegające na wprowadzeniu do regulatora sygnału regulowanego.
Podstawowym pojęciem z zakresu układów regulacji jest odchyłka (uchyb) regulacji,
oznaczająca różnicę między pożądaną (zadaną) a rzeczywistą aktualną wartością sygnału
regulowanego. Zadaniem regulatora jest takie oddziaływanie na obiekt regulacji, aby
odchyłka regulacji była jak najmniejsza. Regulator podzielono na układ porównujący, który
wytwarza sygnał odchyłki oraz układ formujący, który przekształca sygnał odchyłki na sygnał
sterujący. Sprzężenie zwrotne jest ujemne, co zaznaczono za pomocą znaku minus na wejściu
układu porównującego.

Rys. 42. Schemat układu regulacji automatycznej jednej zmiennej [4, s. 76]

Elementy układów regulacji

Elementy w automatyce spełniają w układzie lub urządzeniu proste funkcje, takie jak:

wzmocnienie sygnału, porównanie sygnałów, zmiana postaci sygnału. Elementami są zatem:
czujniki pomiarowe, zawory, silniki, wzmacniacze itp. Funkcje bardziej złożone spełniają
w automatyce urządzenia np. urządzenia pomiarowe, składające się z czujników
i przetworników pomiarowych, urządzenia wykonawcze, składające się z elementów
nastawczych i napędowych, urządzenia kształtujące sygnał sterujący oraz urządzenia,
nadzorujące przebieg procesu technologicznego.

Elementy i urządzenia możemy podzielić ze względu na sposób zasilania na:

−

pneumatyczne,

−

hydrauliczne,

−

elektryczne i elektroniczne.
Natomiast ze względu na funkcje spełniane w układach automatyki na:

−

pomiarowe (czujniki, przetworniki, zespoły pomiarowe),

−

wykonawcze (np. zawory, zasuwy, silniki, siłowniki, elektromagnesy, pompy, regulatory
bezpośredniego działania),

−

i tzw. części centralnej (regulatory, stacyjki manipulacyjne, rejestratory, bloki
matematyczne, urządzenia cyfrowe, np. sterowniki mikroprocesorowe).
Ze względu na sposób działania, elementy i urządzenia automatyki dzielimy

na analogowe i cyfrowe.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 43. Schemat blokowy układu regulacji [7, s. 12]

W skład układu regulacji wchodzą (rys. 43):

−

urządzenie pomiarowe informuje układ regulacji o aktualnej wartości wielkości
regulowanej; zawiera element pomiarowy – mierzący bezpośrednio wielkość regulowaną
oraz przetwornik pomiarowy – przekształcający zmierzoną wielkość na postać,
odpowiednią dla regulatora,

−

urządzenie wykonawcze, w odpowiedzi na sygnał wyjściowy z regulatora, zmienia
wartość wielkości nastawiającej, tak aby realizowany był zamierzony przebieg procesu,

−

regulator porównuje wartość zadaną z rzeczywistą regulowaną, następnie wytwarza
sygnał sterujący, który ziała na obiekt, tak aby różnicę pomiędzy tymi wartościami
sprowadzić do zera, regulatora często posiada zadajnik.
Urządzenie wykonawcze składa się z:

−

elementu nastawczego np. zaworu, przepustnicy, dozownika, pompy o zmiennym
wydatku, dławika, dzielnika napięcia, transformatora,

−

elementu napędowego np. siłownika, silnika, pompy, zespołu napędowego, itp.,
dostarczającego energii mechanicznej, niezbędnej do przestawienia elementu
nastawczego według sygnału podanego z regulatora,

−

wzmacniacz mocy.

Układy automatycznej sygnalizacji i zabezpieczenia

Układy sygnalizacji mają za zadanie zwrócenie uwagi operatora procesu przemysłowego

na zaistnienie zdarzenia, które są ważne dla bezpieczeństwa ludzi, trwałości instalacji, jakości
produkcji, itp. Układy sygnalizacji możemy podzielić na: sygnalizację kontrolno-
wskaźnikową, ostrzegawczą i awaryjną. Informacja o zaistniałym zdarzeniu powinna
niezwłocznie być przekazana do operatora w postaci sygnału świetlnego i/lub dźwiękowego.
Dla ułatwienia odbioru sygnałów świetlnych jest przyjęty sposób następująca zasada: sygnał
ś

wietny wyłączony – bieg prawidłowy, gdy sygnał świetlny znika – należy interweniować.

Powszechnie stosowane automatyczne systemy ochrony zewnętrznej – alarmy

elektroniczne. Rolą systemu alarmowego jest przekazanie informacji o zagrożeniu tam, gdzie
mogą być podjęte działania interwencyjne.

Podstawowe elementy systemu alarmowego to: centrala, szyfrator i czujki oraz

urządzenia alarmowe. Centrala kieruje pracą systemu, szyfrator umożliwia sterowanie
centralą alarmową oraz jej programowanie (może być on zintegrowany z centralą stanowiąc
jedno urządzenie), a czujki mają za zadanie wykrywać i przekazywać do centrali sygnały
o zagrożeniu. Urządzenia alarmowe sygnalizują zagrożenie, są to wszelkiego rodzaju syreny
alarmowe, migające lampy, itp.

Automatyczne blokady mają na celu uniemożliwienie środkami technicznymi użycie

urządzenia w warunkach niezgodnych z jego przeznaczeniem, a zagrażającym samemu
urządzeniu, otoczeniu jak i bezpieczeństwu użytkownika.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Zabezpieczenia automatyczne mają za zadanie chronić instalację lub otoczenie przed

szkodliwymi warunkami eksploatacji zabezpieczanego urządzenia. Najczęściej polega to na
wymuszeniu stanu uznanego za bezpieczny bez możliwości samoczynnego wyjścia z tego
stanu po zaniknięciu zagrożenia (zabezpieczenia przeciwzwarciowe i termiczne).

W celu ochrony przed porażeniem prądem elektrycznym stosowane są przekaźniki

przeciwporażeniowe różnicowoprądowe.

W celu niedopuszczenia do powstania urazów mechanicznych stosuje się układy

uniemożliwiające dostęp do ruchomych bądź niebezpiecznych elementów (blokady)
oraz układy wyłączające urządzenia z chwilą otwarcia osłon lub pokryw.

W celu ograniczenia możliwości powstania oparzeń stosuje się układy sygnalizujące

występowanie na powierzchni urządzeń wysokiej temperatury.

Układy ograniczające możliwość powstania pożaru mogą wyłączać urządzenia

elektryczne pozostawione bez dozoru. Dla zapewnienia bezpieczeństwa przeciwpożarowego
stosuje się układy sygnalizujące występowanie wysokiej temperatury lub obecność dymu
w pomieszczeniach. Układy te mogą być sprzężone funkcjonalnie z instalacją gaszącą.

Stosuje się również układy zabezpieczające przed wypływem z instalacji nie spalonego gazu.
W zakładach przemysłowych, pomieszczeniach użyteczności publicznej stosuje

się również automatyczne urządzenia zasilające. Ich celem jest dostarczenie energii
w sytuacjach awarii sieci elektroenergetycznych, kiedy to następuje ich automatyczne
załączenie. Powszechnie stosowane są również automatyczne urządzenia zasilające
w komputerach tzw. zasilacze UPS.

4.10.2. Pytania sprawdzające

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

1. Na czym polega proces sterowania?
2. Z jakich elementów składa się układ sterowania?
3. Jaka jest różnica między otwartym a zamkniętym układem sterowania?
4. Jaka jest różnica między sterowaniem a regulacją?
5. Co nazywamy elementami, a co urządzeniami w układach automatyki?
6. Jak klasyfikujemy elementy i urządzenia automatyki?
7. Jaką rolę pełni w układzie regulacji urządzenie pomiarowe?
8. Jakie zadania pełni w układzie regulacji regulator?
9. Jakie zadania pełni w układzie regulacji urządzenie wykonawcze?
10. W jakim celu stosowane są automatyczne urządzenia sygnalizacji i zabezpieczenia?
11. Do czego służą automatyczne urządzenia zasilające?

4.10.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Podaj przykłady układu regulacji stosowanego w znanym Ci urządzeniu elektrycznym

bądź elektronicznym. Określ, jakie układy tego urządzenia spełniają funkcję: urządzenia
pomiarowego, urządzenia wykonawczego, regulatora.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) podać przykład układu regulacji stosowanego w dowolnym urządzeniu elektrycznym lub

elektronicznym,

2) rozróżnić urządzenie pomiarowe, urządzenie wykonawcze i regulator w tym układzie,
3) uzasadnić przyjęte rozwiązanie,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4) zaprezentować wyniki ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika dla ucznia.

Ćwiczenie 2

Określ typy czujników, które zostały zastosowane w układzie sterowania bramą garażową.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) przeanalizować dokumentację techniczną,
2) określić typy zastosowanych czujników,
3) określić miejsce instalacji czujników,
4) zaprezentować wyniki swojej pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

dokumentacja techniczna bramy garażowej,

–

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika dla ucznia.

Ćwiczenie 3

Określ, jakie automatyczne zabezpieczenia zostały zastosowane w zasilaczu ze stabilizacją

napięcia.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) przeanalizować instrukcję zasilacza ze stabilizacją napięcia,
2) określić rodzaje zabezpieczeń,
3) zaprezentować wyniki swojej pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

regulowany zasilacz laboratoryjny,

−

instrukcja zasilacza, karta katalogowa,

−

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika dla ucznia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.10.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) narysować schemat blokowy układu sterowania?

2) określić rodzaj sterowania wykorzystywany w urządzeniu?

3) określić człony składowe urządzenia sterującego?

4) wyjaśnić zadania stycznika i przekaźnika w układach sterowania?

5) narysować schemat blokowy układu regulacji?

6) podać przykłady zastosowania regulacji automatycznej?

7) określić rodzaj regulacji wykorzystywanej w urządzeniu?

8) rozróżnić w danym układzie sterowania urządzenia wykonawcze

i pomiarowe oraz regulator?

9) scharakteryzować funkcje jakie pełnią w układzie regulacji urządzenia

wykonawcze i pomiarowe oraz regulator?

10) scharakteryzować działanie automatycznych układów zabezpieczeń

i sygnalizacji?

11) określić zastosowanie układów automatycznego zasilania?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.11. Mikroprocesory i sterowniki mikroprocesorowe

4.11.1. Materiał nauczania

Systemy mikroprocesorowe przetwarzają dostarczone do systemu dane, poddając

je określonym działaniom i wytwarzają wyniki, którymi mogą być sygnały sterujące pracą
maszyn, obrazy, teksty itp. Najważniejszą częścią systemu jest procesor, który przetwarza
informację, wykonując na niej elementarne operacje zwane instrukcjami bądź rozkazami.
Ciąg takich instrukcji, realizujący konkretne zadanie przetwarzania informacji, nazywamy
programem. Do systemu mikroprocesorowego należy zatem dostarczyć dane wejściowe,
program lub zestaw programów, aby po przetworzeniu uzyskać wynik.

Typowy system mikroprocesorowy składa się z następujących części:

−

mikroprocesora,

−

pamięci danych RAM,

−

pamięci programu ROM,

−

układów wejścia/wyjścia czyli interfejsów,

−

układów sterujących przepływem informacji między tymi elementami: magistrali danych,
magistrali adresowej i sygnałów sterujących.
Mikroprocesor pełniący funkcję jednostki centralnej zwany CPU umożliwia

wykonywanie operacji przetwarzania danych poprzez realizację programu zapisanego
w pamięci programu. Składa się z układu sterowania oraz jednostki arytmetyczno-logicznej
wraz z rejestrami roboczymi. Układu sterowania pobiera rozkazy z pamięci programu,
wystawia odpowiednie sygnały sterujące w celu wykonania rozkazów.

Jednostka arytmetyczno-logiczna służy do wykonywania operacji arytmetycznych

lub logicznych na liczbach binarnych czasem dziesiętnych.

Pamięć programu – pamięć nieulotna, przechowuje program w języku maszynowym.

Najczęściej jest wykonywana jako pamięć typu:

−

ROM –programowana przez producenta,

−

PROM – programowana jednorazowo przez użytkownika,

−

EPROM, EEPROM – do wielokrotnego programowania przez użytkownika.
Pamięć danych służy do przechowywania danych podczas realizacji programu.
Układy

wejścia/wyjścia

–

umożliwiają

prawidłową

komunikacje

między

mikroprocesorem a otoczeniem – urządzeniami zewnętrznymi. Zadaniem układów
wejścia/wyjścia, zwanych też interfejsami, jest zapewnienie odpowiedniej postaci danej
oraz dopasowanie czasowe wymiany danej np. zapamiętanie do czasu, kiedy odbierze
ją urządzenie zewnętrzne. Układy wejścia/wyjścia są dołączane do jednostki centralnej
za pośrednictwem magistral (podobnie jak pamięć danych).

Magistrala danych – zespół linii, którymi przesyłane są dane, kody rozkazów, słowa

sterujące i statusowe w postaci liczb binarnych.

Magistrala adresowa – zespół linii, którymi procesor adresuje poszczególne komórki

pamięci programu, danych lub rejestry układów wejścia/wyjścia.

Magistrala sterująca – zespół linii, którymi wymieniane są sygnały sterujące.

Sterowniki mikroprocesorowe i zastosowaniach przemysłowych

Systemy mikroprocesorowe mają szerokie zastosowanie w układach automatyki

przemysłowej. Przede wszystkim wszelkiego rodzaju maszyny oraz całe linie produkcyjne
sterowane są za pomocą sterowników mikroprocesorowych. Za ich pośrednictwem ustawiane
są parametry procesu przemysłowego określające warunki i sposób wykonania wyrobu,
a w konsekwencji jego parametry, jakość i właściwości. Sterowniki „zbierają” informacje

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

z wszelkiego rodzaju czujników pomiarowych, aparatury pomiarowej i na ich podstawie
wypracowują sygnału sterujące dla urządzeń wykonawczych.

Powszechnie w systemach automatyki przemysłowej stosowane są uniwersalne

sterowniki programowalne PLC (ang. Programmable Logic Controller), które mogą być
wykonane w postaci kompaktowej lub modułowej, pozwalającej na modernizację
z rozszerzeniem możliwości urządzenia (rys. 44).

Sterownik PLC zbudowany jest podobnie jak komputer z: układu zasilania napięciowego

(zasilacza), modułu sygnałów wejściowych, jednostki centralnej z mikroprocesorem (CPU),
bloku pamięci, modułu sygnałów wyjściowych. Układ zasilania napięciowego to zazwyczaj
zasilacz napięcia stałego +24 V.

Rys. 44. Schemat blokowy sterownika PLC [11, s. 168]

Blok pamięci zawiera następujące obszary połączone wewnętrzną magistralą sterownika:

–

pamięć danych typu RAM lub EPROM, przechowuje dane i instrukcje programu
użytkownika, może być rozszerzana za pomocą dodatkowych kart lub modułów,

–

pamięć robocza szybka pamięć typu RAM, w trakcie przetwarzania programu przez
użytkownika kopiowane są do niej dane,

–

pamięć systemowa zawiera zmienne na których wykonywane są operacje programu.
Moduł sygnałów wejściowych zawiera układy elektroniczne zamieniające sygnały

pochodzące z urządzeń zewnętrznych na sygnały logiczne akceptowane przez sterownik.
Układy stosowane w tym module to: dzielniki napięcia, filtry RC tłumiące zakłócenia, diody
chroniące, układy prostownicze, transoptory izolujące obwody wejściowe i magistralę
sterownika. Sterowniki zawierają zazwyczaj moduły 8, 16, lub 32 wejść binarnych, które
są multipleksowane. Ich stan sygnalizowany jest diodą LED.

Moduł sygnałów wejściowych zawierają zazwyczaj moduły 8, 16, lub 32 wyjść

binarnych trzech rodzajów:
–

wyjścia przekaźnikowe zapewniające całkowitą separację galwaniczną wewnętrznych
układów sterownika i obwodów wejściowych,

–

wyjścia z triakami stosowane dla zasilania odbiorników prądu przemiennego,

–

wyjścia tranzystorowe stosowane dla zasilania odbiorników napięcia stałego.
Dla obsługi skomplikowanych procesów przemysłowych zazwyczaj nie wystarczy jeden

sterownik. Poszczególne jednostki produkcyjne są wówczas sterowane poprzez sterowniki
lokalne, podrzędne (Slave), połączone przy pomocy sieci, np. PROFIBUS–DP
ze sterownikiem nadrzędnym (Master), który zarządza całym systemem. Do magistrali może
być podłączonych wiele innych urządzeń jak np. stacje i panele operatorskie, inne sieci
np. pozwalające na współpracę z urządzeniami pomiarowymi i wykonawczymi (rys. 45).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 45. Schemat blokowy sieci sterowników [11, s. 166]

Sterownik PLC może też być zintegrowany z innym układem sterowania cyfrowego.

Często integruje się tylko wybrane moduły sterownika z systemem operacyjnym układu
sterowania cyfrowego (rys. 46).

Rys. 46. Schemat blokowy układu zintegrowanego sterownika [11, s. 167]

4.11.2. Pytania sprawdzające

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

1. Jakie są zadania systemu mikroprocesorowego?
2. Z jakich elementów składa się system mikroprocesorowy?
3. Jakie jest zastosowanie sterowników PLC?
4. Jak można podzieli pamięć sterownika PLC ze względu na rodzaj przechowywanych

informacji?

5. Jakie układy elektroniczne stosuje się w module sygnałów wejściowych?
6. Jakie układy elektryczne i elektroniczne stosuje się w module sygnałów wyjściowych?
7. Jakie są zasady sterowania procesu produkcyjnego za pomocą sieci sterowników?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.11.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Określ, które zdania są prawdziwe, a które fałszywe.

Zdanie

prawda

fałsz

Układy wejścia /wyjścia służą do przechowywania danych.

Magistrala sterująca służy do przesyłania kodów rozkazów.

Moduł sygnałów wejściowych zawiera układy elektroniczne zamieniające sygnały
pochodzące z urządzeń zewnętrznych na sygnały logiczne akceptowane przez sterownik.

Sterownik Slave, jest sterownikiem nadrzędnym w sieci sterowników.

Sterownik PLC zbudowany jest z: zasilacza, modułu sygnałów wejściowych, jednostki
centralnej z mikroprocesorem (CPU), bloku pamięci, modułu sygnałów wyjściowych.

System mikroprocesorowy zawiera magistralę: adresową, danych i sterujacą.

Sterownik PLC posiada: pamięć programu, danych i systemową.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) przeczytać

określone

treści

Poradnika

dla

ucznia

dotyczące

systemów

mikroprocesorowych,

2) przeanalizować zdania decydując czy jest prawdziwe czy fałszywe,
3) zaprezentować wykonane ćwiczenie.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika dla ucznia.

Ćwiczenie 2

Określ rodzaj wyjść sterownika oraz parametry sygnałów wyjściowych na podstawie

dokumentacji technicznej. Wskaż, jakimi urządzeniami może on sterować?

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zapoznać się z przygotowaną dokumentacją techniczną sterownika,
2) wypisać dane techniczne,
3) wskazać, do sterowania jakimi urządzeniami może służyć ten typ sterownika.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

dokumentacja techniczna sterownika,

–

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika dla ucznia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.11.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) scharakteryzować budowę systemu mikroprocesorowego?

2) określić funkcje poszczególnych elementów systemu mikroprocesorowego?

3) scharakteryzować budowę sterownika PLC?

4) określić na podstawie dokumentacji technicznej rodzaj wejść i wyjść

sterownika PLC?

5) narysować schemat blokowy sieci sterowników?

6) podać przykłady zastosowania sterowników w przemyśle?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

1. Przeczytaj uważnie instrukcję zanim zaczniesz rozwiązywać zadania.
2. Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.
3. Test składa się z 20 zadań.
4. Zadania zawierają cztery odpowiedzi, z których tylko jedna jest poprawna. Wybraną

odpowiedź zakreśl znakiem X.

5. Jeśli uznasz, że pomyliłeś się i wybrałeś nieprawidłową odpowiedź, to otocz ją kółkiem,

a prawidłową odpowiedź zaznacz znakiem X.

6. Dodatkowe obliczenia wykonaj na drugiej stronie karty odpowiedzi.
7. Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz mógł sprawdzić poziom swojej wiedzy.
8. Jeśli jakieś zadanie sprawi Ci trudność, rozwiąż inne i ponownie spróbuj rozwiązać

trudniejsze.

9. Przed wykonaniem każdego zadania przeczytaj bardzo uważnie polecenie.
10. Odpowiedzi udzielaj tylko na załączonej karcie odpowiedzi.
11. Na rozwiązanie wszystkich zadań masz 60 minut.

Powodzenia!

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

1. Do elementów automatyki nie zalicza się

a) przekaźnika.
b) silnika.
c) zaworu.
d) stacyjki komputerowej.

2. Elementem odbiorczym w obwodzie elektrycznym jest

a) generator termoelektryczny.
b) rezystor.
c) ogniwo chemiczne.
d) akumulator.

3. Do urządzeń automatyki zalicza się

a) przekaźnik.
b) rezystor.
c) urządzenia pomiarowe.
d) akumulator.

4. Materiałami, które nie przewodzą prądu są

a) elektrolity.
b) metale.
c) dielektryki.
d) roztwory kwasów.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5. Przekaźnik w układzie sterowania pełni rolę

a) zdalnie uruchamianego łącznika.
b) wzmacniacza.
c) regulatora.
d) prostownika.

6. Rysunek przedstawia symbol

a) diody prostowniczej.
b) diody stabilizacyjnej.
c) diody LED.
d) fotodiody.

7. Rezystory nie są łączone

a) szeregowo.
b) równolegle.
c) mieszanie.
d) łańcuchowo.

8. Komutator silnika prądu stałego służy do

a) zmiany kierunku prądu.
b) zasilania.
c) zmiany prędkości.
d) wytworzenia pola magnetycznego.

9. Do osprzętu instalacyjnego nie należą

a) gniazda czyli łączniki wtykowe.
b) odgałęźniki.
c) zasilacze.
d) bezpieczniki.

10. Przewód (N), to przewód

a) ochronny.
b) neutralny.
c) ochronno-neutralny.
d) sterowania.

11. Źródłem światła nie jest

a) żarówka.
b) rtęciówka.
c) świetlówka.
d) dioda LED.

12. Elementy grzejne wykonane z materiałów oporowych, stosuje się w piecach

a) rezystancyjnych.
b) indukcyjnych.
c) promiennikowych.
d) pojemnościowych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

13. Jednostką natężenia prądu elektrycznego jest

a) wolt [V].
b) om [

Ω

c) amper [A].
d) wat [W].

14. Parametrem transformatora jest

a) przekładnia zwojowa.
b) wzmocnienie.
c) współczynnik regulacji.
d) klasa dokładności.

15. Rysunek przedstawia symbol

a) diody LED.
b) generatora.
c) transformatora.
d) wzmacniacza operacyjnego.

16. Rysunek przedstawia schemat do pomiaru

a) napięcia na rezystorze R

b) napięcia na rezystorach R

, R

c) rezystancji rezystora R

d) prąd na rezystorze R

17. Układ do pomiaru mocy, wydzielonej na rezystorze zasilonym napięciem stałym, metodą

techniczną, musi zawierać
a) omomierz i watomierz.
b) woltomierz i watomierz.
c) omomierz i ammperomierz.
d) woltomierz i amperomierz.

18. Rysunek przedstawia schemat

a) transformatora.
b) tranzystora.
c) transoptora.
d) regulatora.

19. Zawory, silniki, siłowniki, elektromagnesy, pompy, w układzie regulacji spełniają

funkcję urządzeń
a) pomiarowych.
b) wykonawczych.
c) regulacyjnych.
d) wyjściowych.

20. Jeśli spadek napięcia na rezystorze rezystancji R

= 1 k

Ω

, U

wynosi 3,5 V, to prąd I

płynący przez ten rezystor jest równy
a) 3,5 A.
b) 3,5 mA.
c) 35 mA.
d) 35 A.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

KARTA ODPOWIEDZI

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

Analizowanie układów elektrycznych i automatyki przemysłowej

Zakreśl poprawną odpowiedź.

Nr zadania

Odpowiedź

Punkty

Razem:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

6. LITERATURA

1. Bolkowski S.: Elektrotechnika. WSiP, Warszawa 2004
2. Chocholski A.: Elektrotechnika z automatyką. Ćwiczenia. WSiP, Warszawa 2004
3. Chwaleba A., Moeschkeb B., Płoszański G.: Elektronika. WSiP, Warszawa 2004
4. Findeisen Wł. (red.): Poradnik inżyniera automatyka. WNT, Warszawa 1973
5. Hansen A.: Bezpieczeństwo i higiena pracy. WSiP, Warszawa 1998
6. Jabłoński W., Płoszajski G.: Elektrotechnika z automatyką. WSiP, Warszawa1996
7. Kostro J.: Elementy, urządzenia i układy automatyki. WSiP, Warszawa 2004
8. Kotlarski W., Grad J.: Aparaty i urządzenia elektryczne. WSiP, Warszawa 2004
9. Nowicki J.: Podstawy elektrotechniki i elektroniki dla zasadniczych szkół

nieelektrycznych. WSiP, Warszawa 2004

10. Orlik W.: Egzamin kwalifikacyjny elektryka. KaBe, Krosno 1999
11. Schmidt D., Baumann A., Kaufmann H., Paetzold H., Zippel B.: Mechatronika REA,

Warszawa 2002

Internet
12. www.elfa.se
13. www.silnikielektryczne.prv.pl