MINISTERSTWO EDUKACJI
NARODOWEJ
Tomasz Madej
Analizowanie prostych układów elektrycznych
721[01]O1.03
Poradnik dla ucznia
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji  Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2007
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
Recenzenci:
mgr in\
. Sylwester Wesołowski
mgr in\
. Jarosław Sadal
Opracowanie redakcyjne:
mgr in\
. Tomasz Madej
Konsultacja:
mgr in\
. Jolanta Skoczylas
Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 721[01].O1.03
Analizowanie prostych układów elektrycznych, zawartego w modułowym programie
nauczania dla zawodu blacharz
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji  Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2007
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
1
SPIS TREŚCI
1. Wprowadzenie 4
2. Wymagania wstępne 6
3. Cele kształcenia 7
4. Materiał nauczania 8
4.1. Prąd elektryczny 8
4.1.1. Materiał nauczania 8
4.1.2. Pytania sprawdzające 10
4.1.3. Ćwiczenia 10
4.1.4. Sprawdzian postępów 11
4.2. Pole magnetyczne i elektromagnetyzm 12
4.2.1. Materiał nauczania 12
4.2.2. Pytania sprawdzające 15
4.2.3. Ćwiczenia 15
4.2.4. Sprawdzian postępów 17
4.3. Podstawowe elementy i układy elektryczne 18
4.3.1. Materiał nauczania 18
4.3.2. Pytania sprawdzające 20
4.3.3. Ćwiczenia 20
4.3.4. Sprawdzian postępów 22
4.4. Obwody elektryczne prądu stałego i przemiennego 23
4.4.1. Materiał nauczania 23
4.4.2. Pytania sprawdzające 28
4.4.3. Ćwiczenia 28
4.4.4. Sprawdzian postępów 31
4.5. Wykorzystanie schematów i instrukcji 32
4.5.1. Materiał nauczania 32
4.5.2. Pytania sprawdzające 36
4.5.3. Ćwiczenia 36
4.5.4. Sprawdzian postępów 37
4.6. Podstawy miernictwa elektrycznego 38
4.6.1. Materiał nauczania 38
4.6.2. Pytania sprawdzające 41
4.6.3. Ćwiczenia 41
4.6.4. Sprawdzian postępów 44
4.7. Maszyny i urządzenia elektryczne 45
4.7.1. Materiał nauczania 45
4.7.2. Pytania sprawdzające 49
4.7.3. Ćwiczenia 49
4.7.4. 7.4. Sprawdzian postępów 51
4.8. Instalacje elektryczne 52
4.8.1. Materiał nauczania 52
4.8.2. Pytania sprawdzające 54
4.8.3. Ćwiczenia 55
4.8.4. Sprawdzian postępów 56
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
2
4.9. Bezpieczeństwo obsługi maszyn i urządzeń elektrycznych 57
4.9.1. Materiał nauczania 57
4.9.2. Pytania sprawdzające 59
4.9.3. Ćwiczenia 60
4.9.4. Sprawdzian postępów 61
4.10. Podstawy elektroniki i automatyki 62
4.10.1. Materiał nauczania 62
4.10.2. Pytania sprawdzające 64
4.10.3. Ćwiczenia 65
4.10.4. Sprawdzian postępów 66
4.11. Zabezpieczenia urządzeń napędowych 67
4.11.1. Materiał nauczania 67
4.11.2. Pytania sprawdzające 68
4.11.3. Ćwiczenia 68
4.11.4. Sprawdzian postępów 69
5. Sprawdzian osiągnięć 70
6. Literatura 77
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
3
1. WPROWADZENIE
Poradnik, będzie Ci pomocny w opanowaniu wiedzy dotyczącej analizowania prostych
układów elektrycznych.
Poradnik ten zawiera:
- wymagania wstępne, czyli wykaz niezbędnych umiejętności które powinieneś mieć
opanowane, aby przystąpić do realizacji tej jednostki modułowej.
- cele kształcenia tej jednostki modułowej.
- materiał nauczania, który umo\
liwia samodzielne przygotowanie się do wykonania
ćwiczeń i zaliczenia sprawdzianów. Wskazuje literaturę oraz inne z
ródła informacji.
Obejmuje on równie\
ćwiczenia, które zawierają:
- wykaz materiałów, narzędzi i sprzętu potrzebnych do realizacji ćwiczenia,
-
-
-
- pytania sprawdzające wiedzę potrzebną do wykonania ćwiczenia,
-
-
-
- sprawdzian teoretyczny,
-
-
-
- sprawdzian praktyczny,
-
-
-
- przykład zadania/ćwiczenia oraz zestaw pytań sprawdzających. Twoje opanowanie
wiedzy i umiejętności z zakresu całej jednostki. Zaliczenie tego ćwiczenia jest dowodem
osiągnięcia umiejętności praktycznych określonych w tej jednostce modułowej.
Wykonując sprawdzian postępów powinieneś odpowiadać na pytanie tak lub nie, co
oznacza, \
e opanowałeś materiał albo nie.
Je\
eli masz trudności ze zrozumieniem tematu lub ćwiczenia, to poproś nauczyciela lub
instruktora o wyjaśnienie i ewentualne sprawdzenie, czy dobrze wykonujesz daną czynność.
Po przerobieniu materiału spróbuj zaliczyć sprawdzian z zakresu jednostki modułowej.
Bezpieczeństwo i higiena pracy
W czasie pobytu w pracowni musisz przestrzegać regulaminów, przepisów
bezpieczeństwa i higieny pracy oraz instrukcji przeciwpo\
arowych, wynikających z rodzaju
wykonywanych prac. Przepisy te poznasz podczas trwania nauki.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
4
721[01].O1
Podstawy techniczne
blacharstwa
721[01].O1.01
Przestrzeganie przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy,
ochrony przeciwpo\
arowej oraz ochrony środowiska
721[01].O1.02 721[01].O1.04
721[01].O1.03
Posługiwanie się Rozpoznawanie materiałów
Analizowanie pracy
dokumentacją techniczną prostych układów i podstawowych technik
elektrycznych
721[01].O1.05
Wykonywanie pomiarów
Schemat układu jednostek modułowych
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
5
2. WYMAGANIA WST
PNE
Przystępując do realizacji programu nauczania jednostki modułowej powinieneś umieć:
- korzystać z podstawowych praw elektroniki i elektrotechniki,
- rozpoznawać obwody prądu stałego i przemiennego,
- badać obwody prądu stałego i przemiennego,
- dokonać analizy działania oraz zastosowania podstawowych elementów elektrycznych
i elektronicznych,
- wykonać monta\
układu analogowego i cyfrowego,
- dokonać pomiaru układów analogowych i cyfrowych,
- zbadać podstawowe elementy elektroniczne,
- korzystać z ró\
nych z
ródeł informacji.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
6
3. CELE KSZTAA
CENIA
W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:
- wyjaśnić podstawowe pojęcia oraz wielkości charakteryzujące obwody elektryczne,
- rozró\
nić z
ródła i odbiorniki energii elektrycznej,
- rozró\
nić podstawowe elementy obwodu elektrycznego,
- włączyć przyrządy pomiarowe w obwód elektryczny,
- dokonać pomiaru podstawowych wielkości elektrycznych: napięcia, natę\
enia prądu,
rezystancji i mocy oraz zinterpretować wyniki,
- scharakteryzować budowę oraz wyjaśnić działanie podstawowych maszyn i urządzeń
elektrycznych,
- odczytać symbole elementów elektrycznych umieszczone na schematach,
- rozró\
nić elementy instalacji elektrycznej: przyrządy, łączniki, osprzęt instalacyjny oraz
zabezpieczenia,
- wskazać przeznaczenie podstawowych elementów elektronicznych,
- odczytać schematy prostych układów elektronicznych,
- wyjaśnić działanie prostych układów automatyki,
- skorzystać z katalogów, poradników i dokumentacji technicznej maszyn i urządzeń
elektrycznych,
- określić zasady bezpiecznej obsługi maszyn i urządzeń elektrycznych,
- zastosować zasady bezpieczeństwa i higieny pracy oraz ochrony przeciwpo\
arowej
podczas wykonywania pomiarów.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
7
4. MATERIAA
NAUCZANIA
4.1. Prąd elektryczny
4.1.1. Materiał nauczania
Prądem elektrycznym w znaczeniu zjawiska fizycznego nazywamy zjawisko
uporządkowanego ruchu ładunków elektrycznych przez badany przekrój poprzeczny
środowiska pod działaniem pola elektrycznego.
Rys. 1. Ilustracja zjawiska przepływu prądu elektrycznego [1, s. 13].
Prądem elektrycznym w znaczeniu wielkości skalarnej nazywamy stosunek ładunku
elektrycznego (Q, "q) przenoszonego przez cząsteczki naładowane do czasu (t, "t) trwania
przepływu ładunku przez dany przekrój poprzeczny środowiska, a jego wartość nazywa się
natę\
eniem prądu elektrycznego, czyli:
 dla prądu stałego
Q
I =
t
 dla prądu zmiennego
q
i =
t
Prąd elektryczny jest wielkością skalarną. Jednostką prądu elektrycznego jest 1 amper
(1 A = C/s). Natę\
enie będzie miało wartość 1 A, je\
eli w czasie 1 s przez dowolny
poprzeczny przekrój przewodu przepłynie ładunek elektryczny równy 1 C.
Natę\
enie prądu jest wielkością podstawową, definiowaną jako stosunek ładunku
przepływającego przez przekrój poprzeczny przewodnika do czasu, w jakim on przepłynął.
q
I =
t
gdzie:
I  natę\
enie prądu (w układzie SI w amperach  A)
q  przenoszony ładunek (w układzie SI w kulombach  C)
t  czas (w układzie SI w sekundach  s)
Jeden amper odpowiada prądowi przenoszącemu w ciągu jednej sekundy ładunek
jednego kulomba.
Jeden amper, to 1 kulomb na sekundę:
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
8
C
1A = 1
s
Umowny kierunek prądu przyjmuje się od bieguna dodatniego do ujemnego  tak jak
pokazuje to rysunek poni\
ej.
Rys. 2. Umowny kierunek przepływu prądu [1, s. 15].
Rys. 3. Ilustracja kierunku przepływu prądu [1, s. 16].
Je\
eli prąd elektryczny w funkcji czasu nie ulega zmianie, to prąd taki nazywamy stałym
i oznaczamy I. Je\
eli prąd elektryczny w funkcji czasu zmienia swoją wartość (czyli jak
mówimy  natę\
enie prądu ulega zmianie), to prąd taki nazywamy prądem zmiennym.
Gęstością prądu elektrycznego nazywamy stosunek natę\
enia prądu I do przekroju
poprzecznego S przewodnika, przez który prąd płynie równomiernie. Gęstość prądu
oznaczamy przez J. Zgodnie z definicją
I
J =
S
Jednostką gęstości prądu jest 1 amper na metr kwadratowy.
Prąd przewodzenia jest to prąd elektryczny polegający na przemieszczaniu się
elektronów swobodnych lub jonów w środowisku przewodzącym, pod wpływem pola
elektrycznego.
Prąd przesunięcia jest to prąd elektryczny występujący w dielektryku, polegający na
przemieszczaniu się ładunków dodatnich i ujemnych wewnątrz atomu bez naruszenia
struktury atomowej materii.
Prąd unoszenia, zwany te\
prądem konwekcji, polega na ruchu ładunków elektrycznych
nie związanych z cząstkami elementarnymi środowiska, w którym te ładunki się poruszają
Napięcie jest ró\
nicą potencjałów między dwoma punktami obwodu (układu).
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
9
Rys. 4. Ilustracja zjawiska napięcia elektrycznego [1, s. 17].
Napięcie (podobnie jak sam potencjał) w układzie SI mierzymy w woltach (V).
J
1V =
C
4.1.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jaka jest definicja prądu elektrycznego?
2. Jaka jest definicja natę\
enia prądu elektrycznego?
3. Jaka jest jednostka natę\
enia prądu elektrycznego?
4. Od czego zale\
y kierunek przepływu prądu elektrycznego?
5. W jaki sposób definiuje się gęstość prądu elektrycznego?
6. W jaki sposób definiuje się: prąd przewodzenia, prąd przesunięcia, prąd unoszenia?
7. W jaki sposób definiuje się napięcie elektryczne?
4.1.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Oblicz, ile będzie wynosić napięcie między punktami A i B, je\
eli potencjał jednego
punktu wynosi V1 = 5 V, a potencjał drugiego V2 = 12 V.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) wypisać zało\
enia do ćwiczenia,
2) narysować rysunek do ćwiczenia,
3) obliczyć napięcie między punktami A i B,
4) zaprezentować efekty swojej pracy.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
 przybory kreślarskie,
 przybory do pisania,
 kalkulator
 notatnik,
 literatura z rozdziału 6 dotycząca prądu elektrycznego.
Ćwiczenie 2
Oblicz, ile wynosi natę\
enie prądu elektrycznego i gęstość prądu w przewodzie
o przekroju S = 6 mm2, przez który przepływa 4�"1020 elektronów w czasie t = 2 s. A
adunek
elektronu e = -1,6�"10-19 C.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
10
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) wypisać zało\
enia do ćwiczenia,
2) narysować rysunek do ćwiczenia,
3) obliczyć gęstość prądu elektrycznego,
4) obliczyć natę\
enie prądu elektrycznego,
5) zaprezentować efekty swojej pracy.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
 przybory kreślarskie,
 przybory do pisania,
 notatnik,
 literatura z rozdziału 6 dotycząca prądu elektrycznego.
4.1.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) zdefiniować pojęcie prądu elektrycznego? 1
1

2) zdefiniować pojęcie natę\
enia prądu elektrycznego? 1
1

3) podać jednostkę natę\
enia prądu elektrycznego? 1
1

4) wyjaśnić od czego zale\
y kierunek przepływu prądu elektrycznego? 1
1

5) zdefiniować pojęcie gęstości prądu elektrycznego? 1
1

6) zdefiniowac pojęcia: prąd przewodzenia, przesunięcia i unoszenia? 1
1

7) zdefiniowac pojęcie napięcia elektrycznego? 1
1

 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
11
4.2. Pole magnetyczne i elektromagnetyzm
4.2.1. Materiał nauczania
Pole magnetyczne jest przestrzenią, w której siły działają na poruszające się ładunki
elektryczne, a tak\
e na ciała mające moment magnetyczny niezale\
nie od ich ruchu. Pole
magnetyczne jest obok pola elektrycznego przejawem pola elektromagnetycznego.
W zale\
ności od opisu (obserwatora), to samo zjawisko mo\
e być opisywane jako objaw pola
elektrycznego, magnetycznego lub obu.
Pole magnetyczne jest polem wektorowym. Wielkości fizyczne u\
ywane do opisu pola
magnetycznego to indukcja magnetyczna B oraz natę\
enie pola magnetycznego H (te dwie
wielkości są powiązane ze sobą poprzez przenikalność magnetyczną).
Obrazowo pole magnetyczne przedstawia się jako linie pola magnetycznego. Kierunek
pola określa ustawienie igły magnetycznej lub obwodu, w którym płynie prąd elektryczny.
Siła działająca na przewód z prądem umieszczony w polu magnetycznym
F = BIL
gdzie:
B  indukcja magnetyczna [T],
I  nate\
enie prądu elektrycznego [a],
l  długośc przewodu [m]
F
B =
Il
[T]
Indukcja magnetyczna jest podstawową wielkością charakteryzującą pole magnetyczne.
Określa ona intensywność pola magnetycznego.
Reguła prawej dłoni.
Je\
eli prawą rękę poło\
ymy na solenoidzie tak, aby cztery palce obejmowały solenoid
i były zwrócone zgodnie ze zwrotem prądu, to odchylony kciuk wskazuje zwrot linii pola
wewnątrz solenoidu.
F
F F
F ~ I F ~ l F ~ B
B
I l
Rys. 5. Ilustracja zale\
ności F = F (I, l, B) [7, s. 23].
Indukcją magnetyczną B nazywamy wielkość, której wartość jest równa sile, z jaką pole
działa na przewodnik o długości l, przez który płynie prąd o natę\
eniu I.
Z wektorem indukcji B kojarzymy:
1. pojęcie linii indukcji magnetycznej (linia indukcji jest w ka\
dym swym punkcie styczna
do kierunku linii B)
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
12
B
B
B
S
N
Rys. 6. Linie indukcji magnetycznej [7, s. 23].
2. gęstość linii indukcji (przez jednostkę powierzchni prostopadła do B, przechodzi tyle
linii, ile wynosi wartość liczbowa na tej powierzchni)
s = 1m2
B = 3T
Rys. 7. Powierzchnia prostopadła do wektora B [7, s. 24].
Strumień indukcji Ś
Strumieniem magnetycznym nazywamy iloczyn indukcji magnetycznej B przez pole
powierzchni S.
Ś = B �" s
[Ś] = [1T �" m2] = [1Wb]
Działanie pola magnetycznego na przewodnik z prądem
Na podstawie badań ustalono, \
e siła elektrodynamiczna zale\
y od kąta pomiędzy
przewodnikiem, a kierunkiem linii sił pola.
r r r
F = I �"l � B
w zapisie algebraicznym otrzymujemy:
F = I �"l �" B �"siną
r r
Cechy siły elektrodynamicznej
a) punkt przyło\
enia  w przewodniku
r r
Bil
b) kierunek  prostopadły do płaszczyzny wyznaczonej przez wektory
c) zwrot  reguła lewej dłoni
F = I �"l �" B �"siną
d) wartość 
Rys. 8. Siła elektrodynamiczna F [7, s. 24].
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
13
Reguła lewej dłoni
Je\
eli lewą dłoń ustawimy w ten sposób, \
e 4 palce wskazują kierunek prądu, dłoń
obrócimy tak, aby linie pola wchodziły w nią, to odchylony kciuk wska\
e kierunek i zwrot
siły F.
Rys. 9. Reguła lewej dłoni [7, s. 25].
Indukcja elektromagnetyczna
Zjawisko indukcji polega na powstaniu prądu elektrycznego kosztem oddziaływania
magnetycznego. Przyczyną powstawania w przewodniku prądu jest zmiana strumienia
magnetycznego.
I
N S
v
Rys. 10. Ilustracja zjawiska indukcji elektromagnetycznej [7, s. 26].
Kierunek prądu indukcyjnego ustala się stosując regułę Lenza.
Kierunek prądu indukcyjnego jest taki, \
e własny strumień magnetyczny przeszkadza
zmianom strumienia magnetycznego, dzięki któremu powstał.
I
v
Śp  strumień pierwotny
Św  strumień wtórny
S N
N S
Ś
Ś
Ś
Ś
Św
Ś
Ś
Ś
p
Rys. 11. Ilustracja reguły Lenza [7, s. 26].
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
14
Śp rośnie, więc w przewodniku popłynie prąd, w takim kierunku, aby wytworzony przez
niego strumień Św nie pozwalał wzrastać Śp.
I
v
N S N S
Rys. 12. Ilustracja reguły Lenza [7, s. 27].
Natę\
enie pola magnetycznego  to wielkość wektorowa charakteryzująca pole
magnetyczne. Jego jednostką w układzie SI jest A/m (amper na metr).
Natę\
enie pola magnetycznego jest wielkością charakteryzującą pole magnetyczne
niezale\
ną od własności materiału  wartością zale\
ną jest natomiast indukcja magnetyczna.
�  przenikalność magnetyczna ośrodka, wyra\
ona w henrach na metr.
Dla cewki bez rdzenia, dla której długość jest du\
o większa ni\
jej średnica natę\
enie
pola magnetycznego w środku geometrycznym cewki wynosi:
NI
H =
l
gdzie:
H  natę\
enie pola [A/m],
N  liczba zwojów cewki (wielkość bezwymiarowa),
I  natę\
enie prądu elektrycznego płynącego przez cewkę [A],
l  długość cewki [m].
4.2.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jak brzmi definicja pola magnetycznego?
2. W jaki sposób definiuje się indukcję magnetyczną?
3. Jaką zale\
nością określamy siłę F działająca na przewodnik z prądem umieszczony
w polu magnetycznym?
4. Jak brzmi definicja natę\
enia pola magnetycznego?
5. Jak brzmi reguła lewej dłoni?
6. Jak brzmi reguła prawej dłoni?
7. W jaki sposób powstaje zjawisko indukcji elektromagnetycznej?
4.2.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Oblicz, ile wynosi wartość wektora indukcji magnetycznej w odległości 5 cm od
prostoliniowego przewodnika, przez który płynie prąd o natę\
eniu 5 A?
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
15
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) odszukać odpowiednie określenia dotyczące indukcji magnetycznej,
2) odszukać odpowiednie wzory dotyczące indukcji magnetycznej,
3) wykonać obliczenia indukcji magnetycznej,
4) przeanalizować otrzymany wynik,
5) zaprezentować wynik otrzymanego ćwiczenia.
Wyposa\
enie stanowiska pracy
- przybory do pisania,
-
-
-
- kalkulator,
-
-
-
- notatnik,
-
-
-
- literatura z rozdziału 6 dotycząca pola magnetycznego i elektromagnetyzmu.
-
-
-
Ćwiczenie 2
Przez prosty przewód o długości 10 cm, umieszczony prostopadle do linii pola
magnetycznego o indukcji o wartości 20 mT, płynie prąd o natę\
eniu 1 A. Oblicz wartość siły
działającej na ten przewód?
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) odszukać odpowiednie określenia dotyczące siły działającej na przewód z prądem
umieszczony w polu magnetycznym,
2) odszukać odpowiednie wzory dotyczące siły działającej na przewód z prądem
umieszczony w polu magnetycznym,
3) wykonać obliczenia,
4) przeanalizować otrzymany wynik,
5) zaprezentować efekt swojej pracy.
Wyposa\
enie stanowiska pracy
 przybory do pisania,
 kalkulator,
 notatnik,
 literatura z rozdziału 6 dotycząca pola magnetycznego i elektromagnetyzmu.
Ćwiczenie 3
Pole magnetyczne o indukcji 0,2 T jest ustawione prostopadle do płaszczyzny rysunku ze
zwrotem skierowanym za płaszczyznę rysunku. W tym polu wisi poziomo przewodnik
o masie 0,5 kg i długości 1 m. Oblicz natę\
enie prądu, jakie nale\
y przepuścić przez
przewodnik, aby naciąg nici zmniejszył się dwukrotnie w stosunku do naciągu wywołanego
cię\
arem przewodnika.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) odszukać odpowiednie określenia dotyczące natę\
enia prądu w polu magnetycznym,
2) odszukać odpowiednie wzory dotyczące natę\
enia prądu w polu magnetycznym,
3) wykonać obliczenia,
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
16
4) przeanalizować otrzymany wynik,
5) zaprezentować efekt swojej pracy.
Wyposa\
enie stanowiska pracy
- przybory do pisania,
-
-
-
- kalkulator,
-
-
-
- notatnik,
-
-
-
- literatura z rozdziału 6 dotycząca pola magnetycznego i elektromagnetyzmu.
-
-
-
4.2.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) zdefiniować pojęcie pola magnetycznego? 1
1

2) zdefiniować pojęcie indukcji magnetycznej? 1
1

3) zdefiniować pojęcie natę\
enia pola magnetycznego? 1
1

4) podać regułę lewej dłoni? 1
1

5) omówić zjawisko indukcji elektromagnetycznej? 1
1

 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
17
4.3. Podstawowe elementy i układy elektryczne
4.3.1. Materiał nauczania
Obwodem elektrycznym nazywamy zespół połączonych z sobą elementów
umo\
liwiający zamknięty obieg prądu.
Schemat elektryczny jest odzwierciedleniem graficznym obwodu i wskazuje sposób
połączenia z sobą jego elementów, w postaci umownych symboli. W schemacie elektrycznym
wyró\
niamy:
- elementy,
- węzły,
- gałęzie,
- oczka.
Elementem obwodu elektrycznego nazywamy część obwodu niepodzielną pod
względem funkcjonalnym bez utraty cech charakterystycznych, mającą wyprowadzone na
zewnątrz końcówki (zaciski).
Węzłem obwodu elektrycznego nazywamy punkt, w którym schodzą się co najmniej trzy
prądy.
Gałęzią obwodu elektrycznego nazywamy taki odcinek obwodu zawarty między
sąsiednimi węzłami, w którym prąd ma tę samą wartość.
Oczkiem obwodu elektrycznego nazywamy połączenie gałęzi tworzące kontur
zamknięty, w którego środku nie ma \
adnej gałęzi.
Konturem obwodu elektrycznego nazywamy dowolny zamknięty obwód zawierający
w swoim wnętrzu gałęzie. Kontur z rysunku zawiera trzy oczka, które są szczególnym
przypadkiem konturu.
Schematem geometrycznym lub grafem obwodu elektrycznego nazywamy
uproszczony schemat obwodu, w którym nie wyró\
nia się poszczególnych elementów,
a gałęzie zastępuje się odcinkami prostoliniowymi lub łukami połączonymi z sobą w węzłach.
Ze względu na liczbę oczek obwody elektryczne dzielimy na:
- nierozgałęzione  obwód zawierający tyko jedno oczko,
- rozgałęzione  obwód zawierający dwa lub więcej oczek.
Elementy obwodu dzielimy:
 ze względu na liczbę końcówek na:
- elementy dwubiegunowe (dwójniki)  posiadające dwa zaciski o ustalonej kolejności np.:
akumulator, ogniwo, opornik itp.
- element czterobiegunowy (czwórniki)  posiadające cztery zaciski o ustalonej kolejności.
Czwórnik ma równe prądy wejściowe i wyjściowe np.: filtr, prostownik, transformator.
Ze względów energetycznych dzielimy na:
- aktywne (czynne)  zdolne do wytwarzania energii elektrycznej (akumulatory, ogniwa)
- pasywne (bierne)  zdolne tylko do pobierania energii elektrycznej i zamiany jej na inne
formy energii.
Ze względu na charakterystykę prądowo  napięciową dzielimy na:
- liniowe.
- nieliniowe.
W skład obwodu elektrycznego wchodzą:
 elementy z
ródłowe, nazywane te\
elementami aktywnymi (czynnymi),
 elementy odbiorcze, nazywane te\
elementami pasywnymi (biernymi).
W schemacie obwodu elektrycznego z
ródła energii elektrycznej oznaczamy równie\
za
pomocą znormalizowanych symboli graficznych (rys. 14).
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
18
Rys. 13. Symbole graficzne z
ródeł: a) symbol ogólny z
ródła napięcia; b) symbol ogniwa i akumulatora [1, s. 25].
Końcówki elementu z
ródłowego słu\
ące do połączenia z innymi elementami
bezpośrednio lub za pomocą przewodów nazywamy zaciskami. Jeden z zacisków z
ródła
napięcia stałego ma potencjał wy\
szy i jest to tzw. biegun dodatni, oznaczony (+), a drugi ma
potencjał ni\
szy i jest to tzw. biegun ujemny, oznaczony (-).
Ró\
nice potencjałów między zaciskami z
ródła napięcia, w warunkach, gdy z
ródło to nie
dostarcza energii elektrycznej, nazywamy siłą elektromotoryczną lub napięciem z
ródłowym
i oznaczamy przez E. Biegunowość z
ródła oznaczamy za pomocą strzałki, której grot
wskazuje biegun (+). W z
ródłach elektrochemicznych kreska dłu\
sza oznacza biegun (+),
a kreska krótsza oznacza biegun (-). Elementami odbiorczymi, czyli pasywnymi są:
- rezystory, w których podczas przepływu prądu zachodzi nieodwracalny proces
przekształcenia energii elektrycznej w energię cieplną.
- cewki i kondensatory, w których energia gromadzi się odpowiednio w postaci energii
pola magnetycznego cewki energii pola elektrycznego kondensatora.
- ró\
nego rodzaju przetworniki energii elektrycznej w energię mechaniczną (silniki
elektryczne), chemiczną (np. elektroliza), świetlną (promieniowanie wyładowcze
w gazie) itp.
Ponadto na schemacie obwodu elektrycznego nanosimy niekiedy elementy pomocnicze,
np. przewody łączące, wyłączniki, przełączniki, elementy prostownicze lub ró\
nego rodzaju
przyrządy pomiarowe słu\
ące do pomiaru prądu (amperomierz), napięcia (woltomierz), mocy
(watomierz), energii elektrycznej (licznik). Symbole graficzne niektórych elementów
odbiorczych oraz elementów pomocniczych przedstawiono na rysunku 15. Element, którego
własności nie zale\
ą od biegunowości napięcia występującego na jego zaciskach i od
kierunku przepływu prądu, nazywamy elementem symetrycznym. Przykładem elementu
symetrycznego jest rezystor drutowy. Przykładem elementu niesymetrycznego jest dioda,
której rezystancja przy określonej biegunowości napięcia jest bliska zeru, a przy przeciwnej
biegunowości napięcia jest bliska nieskończoności.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
19
Rys. 14. Symbole stosowane w schematach elektrycznych [1, s. 25].
4.3.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do ćwiczeń.
1. W jaki sposób definiuje się obwód elektryczny?
2. W jaki sposób definiuje się schemat elektryczny?
3. W jaki sposób definiuje się węzeł obwodu elektrycznego?
4. Jak brzmi definicja oczka obwodu elektrycznego?
5. Jaka jest klasyfikacja obwodów elektrycznych?
6. Jakie są podstawowe elementy obwodów elektrycznych?
7. Jakie są podstawowe symbole elementów obwodów elektrycznych?
4.3.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Mając dany schemat elektryczny przedstawiony na rysunku poni\
ej wypisz symbole
zastosowane w tym schemacie. Zaprezentuj symbole elementów obwodów elektrycznych na
tablicy.
Rys. 1 do ćwiczenia 1. [11].
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
20
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) przerysować schemat obwodu elektrycznego do zeszytu,
2) wypisać oznaczenia symboli zastosowanych w schemacie elektrycznym,
3) nazwać wypisane symbole elementów,
4) zaprezentować symbole na tablicy.
Wyposa\
enie stanowiska pracy
- przybory do pisania,
-
-
-
- przybory kreślarskie,
-
-
-
- notatnik,
-
-
-
- literatura z rozdziału 6 dotycząca podstawowych elementów i układów elektrycznych.
-
-
-
Ćwiczenie 2
Mając dany schemat elektryczny urządzenia dzwonkowego przedstawionego na rysunku
poni\
ej wypisz elementy i symbole zastosowane w tym schemacie. Zaprezentuj symbole
elementów obwodów elektrycznych na tablicy.
Rys. 1 do ćwiczenia 2. Schemat elektryczny dzwonka: 1  styki S zwarte, młoteczek H oddalony od klosza
dzwonka Bm, 2  styki S rozwarte, młoteczek uderza w klosz [11].
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) przerysować schemat obwodu elektrycznego do notatnika,
2) wypisać oznaczenia symboli zastosowanych w schemacie elektrycznym,
3) nazwać wypisane symbole elementów,
4) zaprezentować symbole na tablicy,
Wyposa\
enie stanowiska pracy
- przybory do pisania,
-
-
-
- przybory kreślarskie,
-
-
-
- notatnik,
-
-
-
- literatura z rozdziału 6 dotycząca podstawowych elementów i układów elektrycznych.
-
-
-
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
21
4.3.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) zdefiniować pojęcie obwodu elektrycznego? 1
1

2) zdefiniować pojęcie schematu elektrycznego? 1
1

3) zdefiniować pojęcie węzła, oczka i konturu obwodu elektrycznego? 1
1

4) narysować podstawowe symbole elektryczne? 1
1

5) wymienić podstawowe symbole elektryczne? 1
1

 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
22
4.4. Obwody elektryczne prądu stałego i przemiennego
4.4.1. Materiał nauczania
Opornik
Opornik idealny, zwany równie\
rezystorem, jest elementem, w którym zachodzi jedynie
proces rozpraszania energii (nie zachodzą procesy wytwarzania ani akumulacji energii).
Parametrem charakteryzującym opornik idealny jest rezystancja R. Rezystancja opornika
liniowego jest stała. Rezystancja jednorodnego przewodnika o stałym przekroju jest wprost
proporcjonalna do długości przewodnika l, odwrotnie proporcjonalna do pola przekroju
S i zale\
y od przewodności właściwej materiału ł, która charakteryzuje materiały pod
względem przewodnictwa elektrycznego.
l
R =
ł S
gdzie:
l  długość przewodnika,
S  pole przekroju przewodnika,
ł  przewodność właściwa materiału.
y
ródła energii
y
ródło napięcia
y
ródło energii o postaci szeregowego połączenia idealnego z
ródła napięcia i rezystancji
zwanej rezystancją wewnętrzną nazywany rzeczywistym z
ródłem napięciowym. Idealnym
z
ródłem napięcia nazywamy z
ródło energii mające rezystancję wewnętrzną równą zeru.
Ró\
nica potencjałów biegunów idealnego z
ródła nazywana jest napięciem z
ródłowym E.
U = E - IRw
E
IZ =
RW
Rys. 15. y
ródło napięcia i jego charakterystyka [4, s. 45].
y
ródło prądu
y
ródło energii o postaci równoległego połączenia idealnego z
ródła prądu i rezystancji
nazywamy rzeczywistym z
ródłem prądu. Idealnym z
ródłem prądu nazywamy element obwodu
elektrycznego dostarczający prąd o stałym natę\
eniu. Rezystancja wewnętrzna idealnego
z
ródła prądu jest nieskończenie du\
a.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
23
Rw
I = Iz
R + Rw
Rys. 16. y
ródło prądu [4, s. 46].
Właściwości szeregowego połączenia oporników
- przez cały układ i przez ka\
dy z oporników płynie prąd o takim samym natę\
eniu I,
- całkowity spadek potencjału (U) jest sumą spadków na poszczególnych oporach
(odpowiednio U1 i U2):
U = U1 +U2
U
= R
I
Dzieląc powy\
sze równanie przez i zauwa\
ając, \
e , otrzymujemy:
U U1 U2
= +
I I I
czyli
R = R1 + R2
Opór zastępczy dwóch oporników połączonych szeregowo jest sumą ich oporów.
Rys. 17. Szeregowe połączenie oporników [4, s. 47].
Właściwości równoległego połączenie oporników
- do całego układu dołączone zostało napięcie U i to samo napięcie przyło\
one jest do
ka\
dego z oporników,
- natę\
enie prądu płynącego przez układ (I) jest sumą natę\
eń płynących przez
poszczególne oporniki (odpowiednio I1 i I2):
I = I1 + I2
I 1
=
U R
Dzieląc równanie przez U i zauwa\
ając, \
e , dostajemy:
I I1 I2
= +
U U U
czyli
1 1 1
= +
R R1 R2
1
R
Odwrotność oporu zastępczego dwóch oporników połączonych równolegle jest sumą
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
24
1 1
+
R1 R2
odwrotności ich oporów, czyli
Ze wzoru powy\
szego mo\
emy tak\
e wprost wyrazić R. Dodajemy ułamki po prawej
stronie wzoru
1 R1 + R2
=
R R1R2
i odwracamy wynik
R1R2
R =
R1 + R2
Rys. 18. Równoległe połączenie oporników [4, s. 48].
Prawo Ohma
Napięcie U mierzone na końcach przewodnika o rezystancji R podczas przepływu prądu I
jest równe iloczynowi rezystancji i prądu.
U = RI
gdzie:
U  napięcie elektryczne [V],
R  rezystancja [&!]
I  natę\
enie prądu elektrycznego [A]
U
R =
I
u
I =
R
1
G =
R
U El l �l
R = = = =
I łES łS S
gdzie:
G  kondunktancja [S]
S  pole przekroju przewodnika[m]
a) b)
Rys. 19. Charakterystyki prądowo napięciowa przewodnika: a) nie spełniającego prawo Ohma; b) spełniającego
prawo Ohma [4, s. 50].
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
25
I prawo Kirchhoffa
Pierwsze prawo Kirchhoffa, dotyczące bilansu prądów w węz
le obwodu elektrycznego prądu
stałego, jest następujące: dla ka\
dego węzła obwodu elektrycznego prądu stałego suma
algebraiczna prądów jest równa zeru.
= 0
"Ik
k
Suma natę\
eń prądów wpływających do rozgałęzienia, równa jest sumie natę\
eń prądów
wypływających z tego rozgałęzienia.
II prawo Kichhoffa
Drugie prawo Kirchhoffa dotyczące bilansu napięć w oczku obwodu elektrycznego prądu
stałego, jest następująca: w dowolnym oczku obwodu elektrycznego prądu stałego suma
algebraiczna napięć z
ródłowych oraz suma algebraiczna napięć odbiornikowych
występujących na rezystancjach rozpatrywanego oczka jest równa zeru.
+ I� = 0
"Eą "R�
ą �
Praca i moc prądu elektrycznego zmiennego.
Moc :
1
P = U0I0 cos� = UI cos�
2
Praca :
W = UIT cos�
gdzie:
U- napięcie skuteczne,
U0  maksymalna wartość napięcia,
I  natę\
enie skuteczne prądu elektrycznego,
I0  maksymalne natę\
enie prądu elektrycznego,
T  czas;
Ć  kąt przesunięcia fazowego
Obwód RL
Rys. 20. Obwód RL [8, s. 78].
Obwód składa się ze z
ródła prądu, \
arówki i opornika. Sumaryczny opór \
arówki
i opornika wynosi R
X = �L
L
� = 2Ąf
Wypadkowy opór obwodu
2
Z = R2 + X = R2 + �2L2 gdzie:
L
XL  reaktancja indukcyjna,
�  prędkość kątowa,
Z  impedancja;
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
26
Obwód RC
Rys. 21. Obwód RC [8, s. 79].
Obwód składa się ze z
ródła prądu, \
arówki i kondensatora. Opór \
arówki wynosi R. Opór
pozorny (nie wydziela się na nim ciepło) pojemnościowy kondensatora wynosi XC. Opór
pozorny pojemnościowy:
1
Xc =
�C
wypadkowy opór obwodu:
1
2
Z = R2 + XC = R2 +
�2C2
gdzie:�0  siła elektromotoryczna ogniwa,
C  pojemność kondensatora,
XC  reaktancja pojemnościowa,
Obwód RLC
Rys. 22. Obwód RLC [8, s. 92].
Obwód taki buduje się, aby zniwelować działanie oporu pozornego. Zakładamy, \
e XL>XC .
Obwód składa się ze z
ródła prądu, \
arówki, zwojnicy i kondensatora. Sumaryczny opór
\
arówki i zwojnicy wynosi R. Opór pozorny (nie wydziela się na nim ciepło) pojemnościowy
kondensatora wynosi XC.
Opór pozorny pojemnościowy:
1
Xc =
�C
Opór indukcyjny zwojnicy:
X = �L
L
� = 2Ąf
Z  wypadkowy opór obwodu:
Z = R + (X - XC )2 gdzie:
L
C  pojemność kondensatora,
XC  opór pozorny pojemnościowy,
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
27
4.4.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jakie są właściwości szeregowego połączenia oporników?
2. Jakie są właściwości równoległego połączenia oporników?
3. Jak brzmi prawo Ohma?
4. Jak brzmi I prawo Kirchhoffa?
5. Jak brzmi II prawo Kirchhoffa?
6. Jaka jest definicja z
ródła napięcia?
7. Jaka jest definicja z
ródła prądu?
8. Jaka jest definicja prądu zmiennego i przemiennego?
9. Jaka jest zale\
ność określająca natę\
enie skuteczne?
10. Jaka jest zale\
ność określająca napięcie skuteczne?
11. Jaka jest zale\
ność określająca moc i pracę prądu elektrycznego?
12. Jakie są właściwości szeregowego obwodu RL?
13. Jakie są właściwości szeregowego obwodu RC?
14. Jakie są właściwości obwodu szeregowego RLC?
4.4.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Mając dany schemat pomiarowy oraz tabele przedstawione poni\
ej sprawdz
prawo
Ohma. Przedstaw otrzymane wyniki oraz dokonaj ich analizy.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) sporządzić wykaz aparatury dotyczący ćwiczenia,
2) połączyć układy pomiarowe dotyczące ćwiczenia,
3) dokonać niezbędnych obliczeń dla potrzeb ćwiczenia,
4) sporządzić wykres,
5) przeprowadzić analizę wyników,
6) wyciągnąć wnioski z przeprowadzonego ćwiczenia,
7) zaprezentować efekt swojej pracy.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
- przybory kreślarskie,
- przybory do pisania,
- aparatura kontrolno-pomiarowa,
- notatnik,
- literatura z rozdziału 6 dotycząca obwodów elektrycznych prądu stałego i przemiennego.
A
U Rs Ro
V
Rys. 1 do ćwiczenia 1. Schemat układu pomiarowego do ćwiczenia [opracowanie własne].
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
28
Tabela 1 do ćwiecznia 1. Tabela obliczeniowa do schematu pomiarowego przedstawionego na rysunku 1
[opracowanie własne].
R1 / R2 /
U I R1 U I R2
Lp
Cv ą U CA ą I Cv ą U CA ą I
V/dz dz V A/dz dz A &! V/dz dz V A/dz dz A &!
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Rśr Rśr
Charakterystyka I = f(U):
R1 = ..... . [&!] R2 = ..... . [&!]
A
U Rs
V
Rys. 2 do ćwiczenia 1. Schemat układu pomiarowego do ćwiczenia [opracowanie własne].
Tabela 2 do ćwiczenia 1. Tabela obliczeniowa do schematu pomiarowego przedstawionego na rysunku 2
[opracowanie własne].
U I R
Lp. Cv ę U CA ą I
V/dz Dz V A/dz dz A &!
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Rśr.
Charakterystyka I = f(U)
Ćwiczenie 2
Dwa rezystory o rezystancjach R1 = 20 &! i R2 = 40 &! połączono szeregowo włączając do
z
ródła o napięciu U = 12 V. Oblicz rezystancję zastępczą obwodu oraz spadki napięcia na
poszczególnych rezystorach.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) wypisać zało\
enia do zadania,
2) wypisać wielkości szukane do zadania,
3) narysować poglądowy rysunek do zadania,
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
29
4) dokonać niezbędnych obliczeń,
5) przeprowadzić analizę wyników,
6) wyciągnąć wnioski z przeprowadzonego ćwiczenia,
7) zaprezentować efekt swojej pracy.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
 przybory do pisania,
 przybory kreślarskie,
 notatnik,
 literatura z rozdziału 6 dotycząca obwodów elektrycznych prądu stałego i przemiennego.
Ćwiczenie 3
Do obwodu składającego się z czterech rezystorów połączonych szeregowo
doprowadzono napięcie U = 220 V. Obliczyć rezystancję zastępczą obwodu, prąd
w obwodzie i spadki napięcia na poszczególnych rezystorach, je\
eli R1 = 8 &!, R2 = 16 &!,
R3 = 10 &!, R4 = 21 &!.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) wypisać zało\
enia do zadania,
2) wypisać wielkości szukane do zadania,
3) narysować poglądowy rysunek do zadania,
4) dokonać niezbędnych obliczeń,
5) przeprowadzić analizę wyników,
6) wyciągnąć wnioski z przeprowadzonego ćwiczenia,
7) zaprezentować efekt swojej pracy.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
 przybory do pisania,
 przybory kreślarskie,
 notatnik,
 literatura z rozdziału 6 dotycząca obwodów elektrycznych prądu stałego i przemiennego.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
30
4.4.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) zdefiniować pojęcie obwodu elektrycznego? 1
1

2) wyjaśnić pojęcie schematu elektrycznego? 1
1

3) wyjaśnić pojęcia element obwodu elektrycznego, węzeł? 1
1

4) wyjaśnić pojęcie obwodu elektrycznego, gałąz
obwodu, kontur
obwodu elektrycznego? 1
1

5) podać klasyfikację obwodów elektrycznych? 1
1

6) określić właściwości szeregowego połączenia oporników? 1
1

7) określić właściwości równoległego połączenia oporników? 1
1

8) podać prawo Ohma? 1
1

9) podać I i II prawo Kirchhoffa? 1
1

10) omówić z
ródło napięcia i prądu? 1
1

11) zdefiniować pojęcie prądu zmiennego i przemiennego? 1
1

12) podać zale\
ność określającą natę\
enie skuteczne? 1
1

13) podać zale\
ność określającą napięcie skuteczne? 1
1

14) podać zale\
ność na moc i pracę prądu elektrycznego? 1
1

15) omówić obwód RL szeregowy? 1
1

 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
31
4.5. Wykorzystanie schematów i instrukcji
4.5.1. Materiał nauczania
Umiejętność prawidłowego odczytywania schematów elektrycznych jest zasadniczym
czynnikiem prawidłowej eksploatacji urządzeń sterowniczych. W schematach odró\
nia się
obwody główne i pomocnicze. Obwody główne to obwody du\
ej mocy zasilające odbiorniki.
Obwody pomocnicze, zwane równie\
wtórnymi, spełniają dodatkowe funkcje na rzecz
obwodów głównych lub przewidziane są do wykonywania samodzielnych zadań w zakresie
pomiarów, sygnalizacji, automatyki itp. Obwody pomocnicze zasilane są bądz
z obwodów
głównych, bądz
z innych z
ródeł energii prądu przemiennego lub prądu stałego.
Schematy elektroniczne dzieli się na dwie podstawowe grupy:
a) schematy ideowe,
b) schematy wykonawcze (monta\
owe).
Schemat ideowy prezentuje układ połączeń urządzenia przedstawiając przede wszystkim
działanie funkcjonalne układu bez uwzględniania elementów spełniających funkcje
pomocnicze i dodatkowe.
W dokumentach urządzeń sterowniczych i sygnalizacyjnych stosuje się przewa\
nie trzy
podstawowe rodzaje schematów ideowych: schemat funkcjonalny, schemat zasadniczy oraz
schemat blokowy.
Schemat funkcjonalny określa funkcjonalne zale\
ności technologiczne lub elektryczne
między elementami lub członami układu.
Schemat zasadniczy, zwany równie\
schematem rozwiniętym, przedstawia powiązanie
obwodów głównych z obwodami wtórnymi oraz pokazuje szczegółowe zasady działania
układu elektrycznego.
Schemat blokowy zwany równie\
schematem strukturalnym, przedstawia w sposób
uproszczony funkcjonalne człony układu. Schemat blokowy rysowany jest w postaci bloków
i torów sygnałowych bez wnikania w sposób rozwiązywania schematu elektrycznego.
Schemat wykonawczy zwany równie\
schematem monta\
owym (lub roboczym)
przedstawia graficznie układ połączeń wewnątrz lub na zewnątrz urządzenia. Na schematach
wykonawczych wykazuje się konkretne połączenia między aparatami, z uwzględnieniem
przybli\
onego, przestrzennego rozmieszczenia tych aparatów.
Zgodnie z ogólnie przyjętą zasadą symbole nale\
y rysować w stanie:
- beznapięciowym,
- w którym dany element nie jest pobudzony przez siłę zewnętrzną np. nacisk
mechaniczny.
Symbole graficzne, najczęściej stosowane w schematach elektronicznych podane są
w tabeli 1.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
32
Tabela 1. Symbole graficzne najczęściej stosowane w schematach [11].
Lp. Nazwa Symbol
1. Zestyk łącznika
a) zwierny (normalnie otwarty)
b) rozwierny (normalnie zamknięty)
c) przełączany
d) zwierny o napędzie ręcznym
e) rozwierny o napędzie ręcznym
f) zwierny o napędzie ręcznym z samoczynnym
powrotem (przycisk)
g) rozwierny o napędzie ręcznym z samoczynnym
powrotem (przycisk)
2. Zestyk przekaz
nika o opóz
nionym działaniu (zwłoczny)
a) zwierny ze zwłoką przy zamykaniu
b) zwierny ze zwłoką przy otwieraniu
c) zwierny ze zwłoką przy otwieraniu i zamykaniu
d) rozwierny ze zwłoką przy zamykaniu
e) rozwierny ze zwłoką przy otwieraniu
f) rozwierny ze zwłoką przy otwieraniu i zamykaniu
3.
Zestyk rozwierny przekaz
nika cieplnego
4.
A
ącznik trójbiegunowy
5. Cewka przekaz
nika, stycznika
a) symbol ogólny (cewka stycznika narysowana jest
grubszą linia ni\
cewka przekaz
nika)
b) cewka prądu przemiennego
c) cewka prądowa
d) cewka napięciowa
e) cewka przekaz
nika nadprądowego
f) cewka przekaz
nika podnapięciowego
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
33
6. Cewka przekaz
nika zwłocznego
a) ze zwłoką przy wzbudzaniu
b) ze zwłoką przy odwzbudzaniu
c) ze zwłoką przy wzbudzaniu i odwzbudzaniu
7.
Cewka przekaz
nika spolaryzowanego (biegunowego)
8.
Organ napędowy przekaz
nika cieplnego
9.
Zabezpieczenie nadprądowo-cieplne
10.
Bezpiecznik topikowy
11.
Dzwonek
12. Lampka sygnalizacyjna
a) symbol ogólny
c) neonówka
13.
Rezystor stały
14.
Rezystor nastawny
15.
Silnik
a) symbol ogólny
b) na prąd przemienny
c) asynchroniczny trójfazowy o wirniku zwartym
d) asynchroniczny trójfazowy o wirniku pierścieniowym
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
34
Rysując lub korzystając ze schematów nale\
y pamiętać, \
e:
- układy elektryczne przedstawione są w stanie spoczynkowym, bezprądowym. Zestyk
zwierny przedstawia się zawsze jako zestyk otwarty a zestyk rozwierny jako zestyk
zamkniętym,
- schematy połączeń muszą być wzajemnie kompatybilne. Oznacza to, \
e poszczególne
elementy na tych schematach musza być w jednakowy sposób oznaczane,
- nale\
y dokładnie oznaczać zaciski przyłączeniowe.
Kolejnym elementem mającym znaczenie dla prawidłowego funkcjonowania urządzenia
jest jego instrukcja lub dokumentacja techniczno ruchowa (DTR). W dokumentacji
techniczno-ruchowej zawarte są podstawowe informacje dotyczące eksploatacji urządzenia.
Zawarte są ponadto informacje dotyczące przyczyn niesprawności urządzenia, podstawowe
parametry eksploatacyjne urządzenia, rysunki i schematy.
Do dokumentacji technicznej zalicza się:
- projekt techniczny,
- dokumentacje techniczną dostarczaną przez wytwórcę urządzenia,
- dokumentację eksploatacyjną.
Dokumentacja fabryczna zawiera:
- rysunku konstrukcyjne, monta\
owe i zestawieniowe,
- karty gwarancyjne,
- fabryczne instrukcje obsługi.
Dokumentacja eksploatacyjna obejmuje:
- dokumenty przyjęcia urządzenia do eksploatacji,
- instrukcje eksploatacji urządzeń,
- ksią\
ki, raporty lub karty pracy urządzeń,
- dokumenty dotyczące oględzin, przeglądów, konserwacji, napraw i remontów urządzeń,
- protokoły zawierające wyniki prób i pomiarów,
- dokumenty dotyczące rodzaju i zakresu uszkodzeń i napraw,
- wykazy niezbędnych części zamiennych i specjalnych narzędzi.
Instrukcja urządzenia powinna składać się z części ogólnej i części szczegółowej.
Część ogólna instrukcji powinna zawierać następujące informacje:
- przedmiot instrukcji  tu powinna być podana informacja jakiego urządzenia dotyczy
opracowana instrukcja, dla jakiego personelu jest przeznaczona i o jakich kwalifikacjach,
- podstawę opracowania instrukcji  w tej części nale\
y podać przepisy szczegółowe,
dokumentację fabryczną, dokumenty potwierdzające przyjęcie urządzenia do eksploatacji,
- klauzulę zatwierdzającą instrukcję do stosowania z podaniem imienia i nazwiska
z podpisem osoby, która instrukcję zatwierdziła i wprowadziła jako obowiązującą do
eksploatacji.
Część szczegółowa instrukcji powinna zawierać:
a) ogólną charakterystykę urządzenia określającą:
- przeznaczenie urządzenia,
- podstawowe parametry (moc, napięcie),
- układ połączeń z opisaną aparaturą i wielkościami zabezpieczeń;
b) obsługę urządzenia z określeniem:
- czynności związanych z uruchomieniem urządzenia i zatrzymaniem urządzenia przy
pracy normalnej i awaryjnej,
- zasady postępowania w razie awarii, po\
aru lub innych zakłóceń w pracy urządzeń,
- obowiązków osób obsługi, określających zakres tych obowiązków i uprawnień,
- sposobu prowadzenia zapisów czynności ruchowych, odczytówwskazań przyrządów
kontrolno-pomiarowych z podaniem ich terminów,
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
35
c) wymagania w zakresie konserwacji urządzenia określające:
- zakres i termin planowanych oględzin, przeglądów, prób i badań oraz prac
kontrolno-pomiarowych (w tym ochrony przeciwpora\
eniowej),
- zasady kwalifikowania urządzenia do remontu.
d) zakres wymagań dotyczących ochrony przed pora\
eniem, wybuchem, po\
arem i inne
wymagania w zakresie bhp, takie jak:
- bezpieczne wykonywanie prac planowych,
- rodzaj stosowanego sprzętu ochronnego,
- sposób i rodzaj u\
ywanego sprzętu przeciwpo\
arowego w przypadku wystąpienia
po\
aru.
4.5.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jaka jest definicja schematu ideowego urządzenia?
2. Jaka jest definicja schematu rozwiniętego?
3. Jaka jest definicja schematu monta\
owego?
4. Jaka jest definicja schematu oprzewodowania?
5. Jakie są zasady korzystania ze schematów elektrycznych?
6. W jaki sposób definiuje się dokumentację techniczno  ruchową?
4.5.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Na podstawie instrukcji zasilacza stabilizowanego dokonaj jego charakterystyki.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) napisać przeznaczenie urządzenia,
2) wypisać podstawowe parametry pracy (moc, napięcie),
3) narysować układ połączeń urządzenia,
4) wypisać podstawowe wielkości zabezpieczeń,
5) wypisać czynności związane z uruchomieniem urządzenia,
6) wypisać czynności związane z zatrzymaniem pracy urządzenia przy pracy normalnej i
awaryjnej,
7) wymienić zasady postępowania w razie awarii.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
- zasilacz stabilizowany,
- instrukcja zasilacza stabilizowanego,
- dokumentacja techniczna zasilacza stabilizowanego,
- przybory kreślarskie,
- przybory do pisania,
- notatnik,
- literatura z rozdziału 6 dotycząca wykorzystania schematów i instrukcji.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
36
Ćwiczenie 2
Na podstawie instrukcji zasilacza ZA REG dokonaj jego charakterystyki. Wypisz
parametry pracy zasilacza, procedury postępowania w przypadku awarii zasilacza. Dokonaj
interpretacji otrzymanych wyników.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) przeczytać uwa\
nie instrukcje obsługi zasilacza ZA REG,
2) wypisać parametry pracy zasilacza ZA REG,
3) przeanalizować dokumentację techniczną,
4) odczytać informacje zawarte na schemacie ideowym zasilacza urządzenia
elektronicznego,
5) odczytać informacje zawarte na schemacie monta\
owym zasilacza urządzenia
elektronicznego.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
- zasilacz stabilizowany,
- instrukcja zasilacza stabilizowanego,
- dokumentacja techniczna zasilacza,
- przybory do pisania,
- notatnik,
- literatura zgodna z rozdziałem 6 dotycząca wykorzystania schematów i instrukcji.
4.5.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) zdefiniować pojęcie schematu monta\
owego? 1
1

2) zdefiniować pojęcie schematu ideowego? 1
1

3) zdefiniować pojęcie schematu funkcjonalnego? 1
1

4) omówić zasady korzystania ze schematów elektronicznych? 1
1

5) odczytywać informacje ze schematów ideowych i monta\
owych? 1
1

6) wymienić elementy wchodzące w skład schematu monta\
owego lub
ideowego danego urządzenia? 1
1

 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
37
4.6. Podstawy miernictwa elektrycznego
4.6.1. Materiał nauczania
Przyrząd pomiarowy jest zbiorem przetworników tworzącym informacyjny kanał
pomiarowy, w którym występuje transmisja kanału u\
ytecznego, a szumy i zakłócenia
występujące w kanale uto\
samia się ze stratą informacji, a więc błędem pomiaru.
Czynności związane z planowaniem pomiarów powinny być opisane w dokumencie
zwanym scenariuszem pomiarów, w którym powinno się zaplanować:
 zestaw przyrządów podstawowych i pomocniczych oraz sposób ich połączenia (między
sobą i z obiektem badanym),
 ochronę układu pomiarowego od zakłóceń i sposób uziemienia,
 napięcie zasilające i dopuszczalne jego wahanie,
 czas nagrzewania przyrządów w celu uzyskania ich w znamionowej dokładności,
 kolejność oraz sposób zerowania i wzorcowania,
 sposób sprawdzenia prawidłowości stanowiska pomiarowego,
 warunki zewnętrzne pomiaru i dopuszczalne zmiany graniczne,
 warunki normalnego działania badanego obiektu,
 kolejność pomiaru poszczególnych parametrów obiektu,
 zakres zmian wartości wielkości mierzonych i odpowiadające im zakresy pomiarowe
u\
ytych przyrządów pozwalające uzyskać zało\
oną dokładność pomiaru.
 wskazówki postępowania w przypadku niewłaściwego działania przyrządów lub
niewłaściwego zachowania się badanego obiektu,
 ewentualność wprowadzenia zmian w scenariuszu oraz postępowanie alternatywne.
Zasady przeprowadzania pomiarów:
 dokładnie zrozumieć cechy badanego zjawiska lub obiektu oraz zrozumieć podstawy
teoretyczne działania zastosowanych przyrządów pomiarowych (uświadomić sobie co
właściwie mierzy dany przyrząd),
 notować przebieg pomiarów i kolejne wyniki,
 zapisywać: wyniki liczbowe oraz wartości zmiennych warunków otoczenia, dane obiektu.
Uwagi dotyczące realizacji pomiaru
 czynności wstępne  zestawić stanowisko pomiarowe, wykonać wszystkie połączenia
elektryczne przyrządu bez załączenia zasilania,
 czynności przygotowawcze: po przeprowadzeniu niezbędnych połączeń
(z uwzględnieniem elementów dopasowujących, z
ródeł zasilania itp.) we wszystkich
przyrządach nastawić przełączniki zakresów oraz regulatory czułości w takich
poło\
eniach, w których nie nastąpi przecią\
enie przyrządu podczas próbnego załączenia
stanowiska,
 czynności sprawdzające: przeprowadzić dokładny przegląd prawidłowości połączeń,
biegunowości z
ródeł zasilania, nastawionych wartości napięć itp.,
 załączenie zasilania,
 pomiar próbny: po upływie czasu przewidzianego na ustalenie się warunków termicznych
układu (tzw. czasu nagrzewania) przeprowadza się pomiar próbny w celu wykrycia
ewentualnego nieprawidłowego działania aparatury,
 pomiary właściwe.
Miernik magnetoelektryczny
W mierniku magnetoelektrycznym działają siły na przewody cewki nawiniętej na
prostokątnej ramce umieszczonej w polu magnetycznym magnesu stałego. Tworzą one parę
sił skręcającą ramkę. Obrotowi przeciwdziała moment zwracający rosnący wraz z kątem
obrotu. Równowaga ustala się przy zrównaniu obu momentów.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
38
Rys. 23. Schemat galwanometru lusterkowego [12].
Na rys. 23 pokazany jest schemat galwanometru lusterkowego. Ramka z cewką
C zawieszona jest na cienkich sprę\
ystych taśmach dających moment zwracający,
a stanowiących zarazem doprowadzenie prądu do cewki (zaciski A i B). Do górnej taśmy
przymocowane jest lusterko L. Wiązka światła po odbiciu od niego pada na skalę, na której
mo\
na odczytać kąt obrotu ramki.
Miernik elektromagnetyczny
Zasada działania polega na wciąganiu rdzenia ferromagnetycznego do wnętrza cewki,
przez którą przepływa mierzony prąd. Szkic modelu pokazuje rys. 24a.
Rys. 24. Schemat miernika elektromagnetycznego [12].
Inny typ miernika elektromagnetycznego wykorzystuje odpychanie się dwóch blaszek
ferromagnetycznych umieszczonych w cewce, przez którą płynie mierzony prąd (rys. 24b).
Jedna z blaszek (1) jest nieruchoma, a druga (2) przymocowana do osi. Sprę\
ynka spiralna Sp
zapewnia moment zwracający. Miernik ten, po wyskalowaniu prądem stałym, mierzy wartość
skuteczną prądu zmiennego.
Woltomierz jest to przyrząd pomiarowy za pomocą, którego mierzy się napięcie
elektryczne (jednostka napięcia wolt).
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
39
Rys. 25. Woltomierz [12]
Woltomierz jest włączany równolegle do obwodu elektrycznego. Idealny woltomierz
posiada nieskończenie du\
ą rezystancję wewnętrzną. W związku z tym oczekuje się
pomijalnie małego upływu prądu przez cewkę pomiarową. Obwody, w których dokonujemy
pomiaru napięcia mogą mieć ró\
ną konfigurację i parametry, które pod wpływem włączenia
woltomierza do obwodu ulec mogą zmianie, obarczając wynik pomiaru pewnym błędem 
gdy\
woltomierz zasilanie (moc) czerpie najczęściej z układu. Pomiaru natę\
enia prądu
dokonuje się poprzez oddziaływanie przewodnika z prądem i pola magnetycznego.
Stosowane są te\
amperomierze cieplne i termoelektryczne, wykorzystujące efekt
nagrzewania się przewodu, w którym płynie prąd. Amperomierze cieplne stosuje się
w obwodach wielkiej częstotliwości gdzie indukcyjność cewki amperomierza magnetycznego
wprowadzałaby du\
e zmiany w obwodzie.
Przy pomiarach prądu stałego, dla zwiększenia zakresu pomiarowego cewkę ustroju łączy
się równolegle z bocznikiem, przez który płynie część prądu. Wówczas odchylenie organu
ruchomego mikroamperomierza jest proporcjonalne do prądu płynącego przez cały układ
miernika. Współczynnik proporcjonalności pozwalający wyznaczyć rzeczywistą wartość
prądu odpowiada, z pewną dokładnością, wartości stosunku rezystancji ustroju do rezystancji
wewnętrznej całego miernika, wynikającej z równoległego połączenia rezystancji ustroju oraz
bocznika. Do pomiaru du\
ych prądów stałych stosuje się równie\
przekładniki prądu stałego,
tzw. transduktory. Ze względu na wysokie koszty są rzadko stosowane.
Do rozszerzenia zakresu pomiarowego amperomierza przy pomiarach prądu
przemiennego wykorzystuje się układ amperomierza z przekładnikiem prądowym.
Amperomierz jest włączany szeregowo w obwód elektryczny. Idealny amperomierz
posiada nieskończenie małą rezystancję wewnętrzną. W amperomierzach realizowalnych
fizycznie wartość rezystancji wewnętrznej jest ró\
na od zera. W związku z tym występuje na
nich spadek napięcia mający wpływ na dokładność wyniku dokonanego pomiaru. Rezystancję
wewnętrzną amperomierza mo\
na pominąć w pomiarach technicznych, przy zachowaniu
warunków znamionowych pomiaru.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
40
Rys. 26. Amperomierz tablicowy [12]
Watomierz  jest przyrządem przeznaczonym do pomiaru mocy czynnej.
Watomierze budowane są jako mierniki: elektrodynamiczne, ferrodynamiczne,
indukcyjne.
Watomierz elektrodynamiczny  najczęściej spotykany typ miernika. Przeznaczony jest do
pomiaru mocy w obwodach prądu stałego i przemiennego. Ma on dwie cewki: nieruchomą
cewkę prądową, o małej rezystancji oraz ruchomą cewkę napięciową, o du\
ej rezystancji.
Cewkę prądową włącza się do układu poprzez zaciski prądowe, szeregowo z obcią\
eniem.
Cewkę napięciową  poprzez zaciski napięciowe, równolegle z obcią\
eniem. Odchylenie
wskazówki miernika jest proporcjonalne do iloczynu prądu w cewce prądowej, napięcia na
cewce napięciowej i cos Ć
P = U � I � cos Ć
gdzie:
U  napięcie
I  natę\
enie
cos Ć  kąt fazowy (w prądzie zmiennym )
Na tarczy podziałkowej watomierza znajduje się symbol jednostki wielkości mierzonej
(W  wat, moc czynna).
4.6.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jaka jest definicja przyrządu pomiarowego?
2. Jakie elementy wchodzą w skład schematu funkcjonalnego elektronicznych przyrządów
pomiarowych?
3. Jakie są parametry przyrządów pomiarowych?
4. Jakie czynności dotyczą planowania pomiarów?
5. Jakie są zasady przeprowadzania pomiarów?
6. Jaka jest budowa mierników do pomiaru napięcia, natę\
enia i mocy?
4.6.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Mając dane napięcie 220 V oraz natę\
enie prądu elektrycznego wynoszące 0,5 A oblicz
moc pobieraną przez odbiornik?
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
41
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) wypisać zało\
enia do zadania,
2) wypisać wielkości szukane do zadania,
3) dokonać niezbędnych obliczeń,
4) przeprowadzić analizę wyników,
5) wyciągnąć wnioski z przeprowadzonego ćwiczenia,
6) zaprezentować efekt swojej pracy.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
 przybory kreślarskie,
 przybory do pisania,
 aparatura kontrolno-pomiarowa,
 notatnik,
 literatura z rozdziału 6 dotycząca podstaw miernictwa elektrycznego.
Ćwiczenie 2
Dokonaj pomiaru i regulacji napięcia stałego. Dobierz aparaturę kontrolno-pomiarową.
Zaprezentuj otrzymane wyniki.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) sporządzić wykaz aparatury w celu wykonania pomiaru napięcia i prądu,
2) połączyć układy pomiarowe w celu wykonania pomiaru napięcia i prądu,
3) dokonać pomiarów i regulacji napięcia stałego,
4) przeanalizować wyniki,
5) zinterpretować wyniki,
6) zaprezentować efekt swojej pracy.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
 aparatura kontrolno-pomiarowa,
 przybory kreślarskie,
 przybory do pisania,
 notatnik,
 literatura z rozdziału 6 dotycząca podstaw miernictwa elektrycznego.
U U= 24V
V
Rys. 1 do ćwiczenia 2. Schemat układu pomiarowego [opracowanie własne].
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
42
Tabela 1 do ćwiczenia 2. Tabela pomiarowa do schematów pomiarowych [opracowanie własne].
Lp. Zakres ą max Cv ą U
V dz V/dz dz V
1.
2.
U1 Rs U2
V
Rys. 2 do ćwiczenia 2. Schemat układu pomiarowego [opracowanie własne].
Tabela 2 do ćwiczenia 2. Tabela pomiarowa do schematu pomiarowego [opracowanie własne].
Poło\
enie Lp. Cv ę U1 U2 U2/U1
Suwaka V/dz Dz V V V
1.
Skrajne
dolne
ź 2.
dług.
Środ- 3.
kowe
� 4.
dług.
Skrajne 5.
Górne
Rd
U Rs Vw Vb
V V
Rys. 3 do ćwiczenia 2. Schemat układu pomiarowego [opracowanie własne].
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
43
Tabela 3 do ćwiczenia 2. Tabela pomiarowa do schematu pomiarowego [opracowanie własne].
Lp. n1= n2= Kl.
dokł.
Uw Ub n1�Ub "U Uw Ub n2�Ub "U
1.
2.
3.
4.
5.
4.6.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) wyjaśnić pojęcie przyrządu pomiarowego? 1
1

2) wymienić elementy wchodzące w skład schematu funkcjonalnego? 1
1

3) wyjaśnić pojęcie elektronicznych przyrządów pomiarowych? 1
1

4) wymienić parametry przyrządów pomiarowych? 1
1

5) wymienić czynności dotyczące planowania pomiarów? 1
1

6) wymienić i omówić zasady przeprowadzania pomiarów? 1
1

 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
44
4.7. Maszyny i urządzenia elektryczne
4.7.1. Materiał nauczania
W maszynie prądu stałego mo\
na wyró\
nić dwie podstawowe części: nieruchomą zwaną
stojanem lub magneśnicą i wirującą zwaną wirnikiem lub twornikiem. Jarzmo stojana
zazwyczaj wykonane jest jako \
eliwny lub staliwny odlew  jest to zasadnicza część obwodu
magnetycznego oraz element konstrukcyjny, do którego przymocowane są ło\
ysko oraz
pozostałe elementy nie wirujące. Na biegunach głównych umieszczone są nabiegunniki
wykonane z pakietu izolowanych blach.
Rys. 27. Budowa maszyny elektrycznej: 1  stojan maszyny, 2  szczotki, 3  wirnik, 4  uzwojenia wirnika,
5  uzwojenie wzbudzenia, 6  bieguny główne, 7  nabiegunniki [11].
Ze względu na ograniczenie strat rdzeń twornika wykonany jest z izolowanych blach
stalowych. Uzwojenie twornika znajduje się w otwartych \
łobkach i zabezpieczone jest przed
wypadnięciem poprzez u\
ycie klinów z materiału niemagnetycznego. Uzwojenie to jest
bezpośrednio połączone z komutatorem, który składa się z wielu wycinków przedzielonych
między sobą materiałem izolacyjnym. Po komutatorze ślizgają się szczotki wykonane
najczęściej z grafitu. Między stojanem a wirnikiem istnieje szczelina powietrzna.
Komutacja
W czasie pracy maszyny następuje wielokrotny zwrot prądu w uzwojeniach twornika.
Zespół zjawisk towarzyszących zmianie kierunku prądu w elementach obwodu  na przykład
w gałęziach lub uzwojeniach  nazywamy komutacją.
W zale\
ności od sposobu zasilania uzwojenia wzbudzenia rozró\
niamy następujące typy
silników prądu stałego:
- silnik obcowzbudny,
- silnik bocznikowy,
- silnik szeregowy,
- silnik szeregowo-bocznikowy.
Ka\
demu typowi maszyn odpowiadają inne właściwości statyczne i dynamiczne oraz
odmienne sposoby pracy. Podstawowe informacje, jakie powinny być umieszczone na
tabliczce znamionowej maszyny prądu stałego  zarówno prądnicy jak i silnika  to:
- napięcie obwodu twornika Ut,
- moment obcią\
enia T,
- prąd obcią\
enia I,
- prąd wzbudzenia Iw,
- prędkość obrotowa n,
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
45
Silnik bocznikowy
W silniku bocznikowym uzwojenie wzbudzenia jest połączone równolegle z obwodem
twornika. Ten sposób połączenia zapewnia taką samą wartość napięcia na zaciskach
uzwojenia wzbudzenia i gałęzie twornika. Prąd wzbudzenia jest, więc niezale\
ny od
obcią\
enia i jego wartość wynosi: Iw = U / Rw. Właściwości ruchowe silnika bocznikowego są
zbli\
one do właściwości silnika obcowzbudnego. Prąd pracującego silnika bocznikowego
wynosi: I = It + Iw.
silnik obcowzbudny
silnik bocznikowy
Rys. 28. Uproszczony schemat silnika bocznikowego i obcowzbudnego [11].
Charakterystyka mechaniczna pokazuje zale\
ność prędkości obrotowej od momentu
obcią\
enia.
Rys. 29. Charakterystyka mechaniczna silnika bocznikowego prądu stałego [11].
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
46
Rys. 30. Uproszczony schemat silnika szeregowego [11].
Zaletą silnika szeregowego jest du\
a wartość momentu w czasie rozruchu. Wadami
natomiast są: znaczna zmienność prędkości obrotowej, zale\
ność prędkości obcią\
enia oraz
mo\
liwość rozbiegania się silnika. Cechy te powodują, \
e szeregowe silniki prądu stałego
mogą znalez
ć jedynie zastosowanie w układach napędowych, gdzie będą trwale połączone
układem napędzanym np: w pojazdach trakcyjnych.
Rys. 31. Charakterystyka mechaniczna [11].
Silnik szeregowo-bocznikowy łączy w sobie cechy silnika szeregowego i bocznikowego.
Jego własności zale\
ą głównie od tego, które uzwojenie dominuje i ma największy wpływ na
pracę maszyny oraz czy przepływy z obu uzwojeń są zgodne czy przeciwne.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
47
Rys. 32. Uproszczony schemat silnika szeregowo-bocznikowego [11]
Maszyny asynchroniczne
Maszyny asynchroniczne budowane są najczęściej jako trójfazowe. Podstawowymi
częściami są stojan i wirnik. Stojan jest częścią nieruchomą wykonaną z izolowanych
nakrzemowanych blach. Wirnik maszyny asynchronicznej jest częścią ruchomą i podobnie
jak stojan wykonany jest z pakietu blach. Blachą nadaje się odpowiedni kształt przy u\
yciu
specjalnych wykrojników. Wykorzystanie blach w elementach maszyny pozwala na
ograniczenie strat histerezowych i prądów wirowych. Na obwodzie wirnika i stojana
umieszczone są \
łobki, wewnątrz których znajdują się uzwojenia. Końce uzwojeń stojana
wyprowadzone są na zewnątrz, gdzie mogą być połączone w trójkąt lub gwiazdę.
Zasada działania maszyny asynchronicznej (indukcyjnej)
Zasadę działania maszyny asynchronicznej najprościej wyjaśnić na zasadzie maszyny
trójfazowej. Je\
eli w trójfazowym uzwojeniu stojana płynie prąd, to wytworzone zostaje
wirujące pole magnetyczne. Prędkość wirowania tego pola, zwana tak\
e prędkością
synchroniczną, jest zale\
na od ilości par biegunów i częstotliwości prądu zasilającego.
Wirnik maszyny asynchronicznej wykonany jest z aluminiowych prętów połączonych ze
sobą na czołach tworzących pewnego rodzaju klatkę. Wirujące pole magnetyczne stojana
przenika pręty uzwojenia wirnika powodując indukowanie się w nim siły elektromotorycznej.
Pod wpływem powstałej SEM w uzwojeniu wirnika popłynie prąd. Warunkiem
koniecznym do zaindukowania się siły elektromotorycznej w wirniku jest: ró\
nica prędkości
wirowania wirnika i pola magnetycznego stojana powinna być ró\
na od zera. Pręty uzwojenia
wirnika, w których płynie prąd znajdują się w polu magnetycznym stojana i w wyniku tego
powstaje moment elektromagnetyczny Mem. Je\
eli wartość tego momentu jest większa ni\

wartość momentu obcią\
enia Mm wirnik zacznie wirować zwiększając swoją prędkość
obrotową. Przyśpieszanie trwa do chwili, gdy moment elektromagnetyczny będzie równy
momentowi obcią\
enia.
Maszyny synchroniczne
Maszyny synchroniczne są to maszyny, których prędkość wirowania pokrywa się
z prędkością wirowania pola magnetycznego. Prędkość synchroniczna jest ściśle zale\
na od
częstotliwości prądu w uzwojeniach stojana.
Maszyna synchroniczna, jak większość maszyn wirujących, posiada dwie podstawowe
części: nieruchomą zwaną stojanem i wirującą zwaną wirnikiem. Budowa stojana maszyny
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
48
synchronicznej podobna jest w wykonaniu do stojana maszyny indukcyjnej. Obwód
magnetyczny stojana zło\
ony jest z pakietów blach osadzonych na korpusie. Korpus
wykonuje się najczęściej jako konstrukcję spawaną lub odlew. W maszynach większych
mocy pakiety blach są tak uło\
one, \
e powstają między nimi kanały wentylacyjne, które
umo\
liwiają przeniknięcie czynnika chłodzącego do wnętrza rdzenia. W \
łobkach stojana
znajdują się uzwojenia twornika.
4.7.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jaka jest definicja maszyny elektrycznej?
2. Jaka jest budowa i zasada działania maszyny elektrycznej?
3. Jaka jest klasyfikacja maszyn elektrycznych?
4. Jaka jest budowa i zasada działania maszyny elektrycznej prądu stałego?
5. Jakie jest oznaczenie silnika bocznikowego?
6. Jakie jest oznaczenie silnika szeregowego?
7. Jakie jest oznaczenie silnika szeregowo  bocznikowego?
8. Jaka jest budowa i zasada działania maszyny asynchronicznej?
9. Jaka jest budowa i zasada działania maszyny synchronicznej?
4.7.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Na stanowisku pomiarowym znajduje się silnik bocznikowy prądu stałego. Wypisz dane
znajdujące się na tabliczce znamionowej, zanotuj je a następnie oblicz moment oraz
sprawność silnika.
1. Dane znamionowe
TYP
& & & & & & & .
Pzn & & & & & & & . [kW]
Un & & & & & & & . [V]
In & & & & & & & . [A]
Iwn & & & & & & & . [A]
nn & & & & & & & . [obr/min]
2. Obliczyć na podstawie danych:
a) Moment na wale silnika odpowiadający znamionowemu,
Pzn �"103
M = 9,55 = ...................[N �" m]
n
nn
b) Sprawność przy obcią\
eniu znamionowym silnika,
Pzn �"103
� = = ...................
n
Un �" In
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) dokonać oględzin silnika bocznikowego prądu stałego,
2) znalez
ć tabliczkę znamionową,
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
49
3) wypisać dane znajdujące się na tabliczce znamionowej silnika,
4) obliczyć moment na wale silnika oraz sprawność,
5) wyciągnąć wnioski,
6) zaprezentować efekt swojej pracy.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
 przybory do pisania,
 przybory kreślarskie,
 kalkulator,
 notatnik,
 literatura z rozdziału 6 dotycząca maszyn i urządzeń elektrycznych.
Ćwiczenie 2
Mając daną tabliczkę znamionową silnika prądu stałego odczytaj a następnie zapisz
podstawowe parametry pracy silnika.
Rys. 1 do ćwiczenia 2. Wygląd tabliczki znamionowej do ćwiczenia [11].
1. Dane znamionowe
TYP
& & & & & & & .
Pzn & & & & & & & . [kW]
Un & & & & & & & . [V]
In & & & & & & & . [A]
Iwn & & & & & & & . [A]
nn & & & & & & & . [obr/min]
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) dokonać oględzin silnika prądu stałego,
2) znalez
ć tabliczkę znamionową,
3) wypisać dane znajdujące się na tabliczce znamionowej silnika,
4) wyciągnąć wnioski,
5) zaprezentować efekt swojej pracy.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
50
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
 przybory do pisania,
 przybory kreślarskie,
 kalkulator,
 notatnik,
 literatura z rozdziału 6 dotycząca maszyn i urządzeń elektrycznych.
4.7.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) podać definicję maszyny elektrycznej? 1
1

2) omówić budowę maszyny elektrycznej? 1
1

3) podać klasyfikację maszyn elektrycznych? 1
1

4) omówić budowę i zasadę działania maszyny prądu stałego? 1
1

5) omówić silnik szeregowy i bocznikowy? 1
1

6) omówić silnik szeregowo  bocznikowy? 1
1

7) omówić budowę i zasadę działania maszyny asynchronicznej? 1
1

 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
51
4.8. Instalacje elektryczne
4.8.1. Materiał nauczania
Instalacja elektryczna jest zespołem urządzeń elektrycznych o skoordynowanych
parametrach technicznych, napięciu znamionowym do 1000 V prądu przemiennego i 1500 V
prądu stałego, przeznaczonych do doprowadzenia energii elektrycznej z sieci rozdzielczej do
odbiorników.
Podział instalacji elektrycznych mo\
e być oparty na ró\
nych kryteriach. Do bardziej
rozpowszechnionych nale\
y podział ze względu na rodzaj zasilanych odbiorników.
Wówczas rozró\
nia się:
 instalacje oświetleniowe  zasilające zarówno elektryczne z
ródła światła, jak i inne
urządzenia o niewielkiej mocy, takie jak przenośne urządzenia grzejne w mieszkaniach,
zbiornikowe podgrzewacze wody o małej objętości i mocy;
 instalacje siłowe  zasilające silniki elektryczne oraz przemysłowe urządzenia grzejne;
do tych instalacji mo\
na te\
zaliczyć instalacje zasilające kuchenki elektryczne
i urządzenia grzejne jako jedyne lub dominujące w pomieszczeniach oraz podgrzewacze
wody o du\
ych mocach znamionowych.
W zale\
ności od miejsca występowania instalacje dzieli się na:
 nieprzemysłowe  zasilające odbiorniki elektryczne w budynkach mieszkalnych,
biurowych, szkolnych itp.,
 przemysłowe  wykonane w zakładach i pomieszczeniach o przeznaczeniu
przemysłowym,
 inne  np. w obiektach rolniczych, hodowlanych, górnictwie.
Zale\
nie od przewidywanego czasu u\
ytkowania instalacje dzieli się na:
 stałe
 prowizoryczne (tymczasowe), co do których zakłada się, \
e będą one eksploatowane
w ograniczonym czasie, krótszym ni\
3 lata.
Instalacje prowizoryczne muszą zapewniać takie samo bezpieczeństwo pod względem
pora\
eniowym, po\
arowym i innym., jak instalacje stałe.
Definicje pojęć związanych z instalacjami elektrycznymi
Bariera (przeszkoda)  element chroniący przed niezamierzonym dotykiem
bezpośrednim części czynnych, lecz nie chroniący przed dotykiem bezpośrednim
spowodowanym działaniem rozmyślnym.
Części jednocześnie dostępne  przewody lub części przewodzące, które mogą być
dotknięte jednocześnie przez człowieka lub zwierzę; mogą nimi być części czynne, części
przewodzące dostępne i obce, przewody ochronne i uziomy.
Część czynna  przewód lub część przewodząca urządzenia lub instalacji elektrycznej,
która mo\
e się znalez
ć pod napięciem w warunkach normalnej pracy instalacji elektrycznej,
lecz nie pełni funkcji przewodu ochronnego; częścią czynną jest przewód neutralny N, lecz
nie jest nim przewód ochronny PE ani ochronno-neutralny PEN.
Część przewodząca dostępna  część przewodząca instalacji elektrycznej dostępna dla
dotyku palcem probierczym, która mo\
e być dotknięta i która w warunkach normalnej pracy
instalacji nie znajduje się pod napięciem, lecz w wyniku uszkodzenia mo\
e się znalez
ć pod
napięciem.
Część przewodząca obca  część przewodząca nie będąca częścią urządzenia ani
instalacji elektrycznej, która mo\
e się znalez
ć pod określonym potencjałem, zwykle pod
potencjałem ziemi; zalicza się do nich metalowe konstrukcje, rurociągi, przewodzące podłogi
i ściany.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
52
Dotyk bezpośredni  dotknięcie przez człowieka lub zwierzę części czynnych.
Dotyk pośredni  dotknięcie przez człowieka lub zwierzę części przewodzących
dostępnych, które znalazły się pod napięciem w wyniku uszkodzenia izolacji.
Izolacja ochronna  środek ochrony przeciwpora\
eniowej dodatkowej polegający na
zastosowaniu izolacji podwójnej lub izolacji wzmocnionej, lub osłony izolacyjnej ochronnej.
Izolacja podstawowa  izolacja części czynnych zastosowana w celu zapewnienia
ochrony przeciwpora\
eniowej podstawowej.
Izolacja podwójna  izolacja składająca się z izolacji podstawowej oraz niezale\
nej od
niej izolacji dodatkowej.
Izolacja wzmocniona  pojedynczy układ izolacyjny zapewniający ochronę od pora\
eń
w stopniu równowa\
nym izolacji podwójnej.
Izolowanie stanowiska  środek ochrony przeciwpora\
eniowej dodatkowej polegający
na pokryciu stanowiska materiałem izolacyjnym oraz na izolowaniu od ziemi znajdujących
się w zasięgu ręki przewodzących części urządzeń i części obcych połączonych ze sobą
nieuziemionymi przewodami wyrównawczymi.
Klasa ochronności  umowne oznaczenie cech budowy urządzenia elektrycznego wg
PN/E-05031, określające mo\
liwości objęcia go ochroną przeciwpora\
eniową dodatkową.
Obudowa (osłona)  element konstrukcyjny zapewniający ochronę przed niektórymi
wpływami otoczenia i przed dotykiem bezpośrednim części czynnych z dowolnej strony.
Obudowa o stopniu ochrony co najmniej IP2X lub IPXXB mo\
e pełnić funkcję osłony.
Obwód instalacji elektrycznej  zespół elementów instalacji elektrycznej wspólnie
zasilanych i chronionych przed przetę\
eniami wspólnym zabezpieczeniem.
Obwód odbiorczy (obwód końcowy)  obwód, do którego są przyłączone bezpośrednio
odbiorniki energii elektrycznej lub gniazda wtyczkowe.
Ochrona przeciwpora\
eniowa  zespół środków technicznych zapobiegających
pora\
eniom prądem elektrycznym ludzi i zwierząt w normalnych i zakłóceniowych
warunkach pracy urządzeń elektrycznych; w urządzeniach niskiego napięcia rozró\
nia się
ochronę przeciwpora\
eniową przed dotykiem bezpośrednim (ochronę podstawową), przed
dotykiem pośrednim (ochronę dodatkową) oraz ochronę uzupełniającą.
Odbiornik energii elektrycznej  urządzenie przeznaczone do przetwarzania energii
elektrycznej w inną formę energii, np. światło, ciepło, energię mechaniczną.
Osłona  element konstrukcyjny o stopniu ochrony co najmniej IP2X lub IPXXB,
chroniący przed umyślnym zetknięciem się z częściami czynnymi, zastosowany w celu
zapewnienia ochrony przeciwpora\
eniowej podstawowej.
Osłona izolacyjna ochronna  osłona z materiału izolacyjnego zapewniająca (razem
z izolacją podstawową) ochronę od pora\
eń w stopniu równowa\
nym izolacji podwójnej.
Pora\
enie prądem elektrycznym  skutki patofizjologiczne wywołane przepływem
prądu elektrycznego przez ciało człowieka lub zwierzęcia.
Prąd ra\
eniowy  prąd przepływający przez ciało człowieka lub zwierzęcia, który mo\
e
powodować skutki patofizjologiczne.
Prąd ró\
nicowy  prąd o wartości chwilowej równej sumie algebraicznej wartości
chwilowej prądów płynących we wszystkich przewodach czynnych w określonym miejscu
sieci lub instalacji elektrycznej; w urządzeniach prądu przemiennego wartość skuteczna prądu
ró\
nicowego jest sumą geometryczną (wektorową) wartości skutecznej prądów płynących we
wszystkich przewodach czynnych.
Przewód neutralny N  przewód połączony bezpośrednio z punktem neutralnym
(zerowym) układu sieci i mogący słu\
yć do przesyłania energii elektrycznej.
Przewód ochronno-neutralny PEN  uziemiony przewód spełniający jednocześnie
funkcję przewodu ochronnego PE i przewodu neutralnego N.
Przewód ochronny PE  uziemiony przewód stanowiący element zastosowanego środka
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
53
ochrony przeciwpora\
eniowej dodatkowej, nie podlegający obcią\
eniu prądami roboczymi,
do którego przyłącza się części przewodzące dostępne, połączony z główną szyną
uziemiającą.
Przewód uziemiający  przewód łączący zacisk uziemiający (zacisk probierczy
uziomowy, część uziemianą) z uziomem.
Przewód wyrównawczy  przewód zapewniający wyrównanie potencjałów łączonych
części.
Układ IT  układ sieci elektrycznej rozdzielczej lub instalacji elektrycznej, w którym
wszystkie części czynne są izolowane od ziemi albo jedna z nich jest uziemiona przez
bezpiecznik iskiernikowy i/lub przez du\
ą impedancję, a części przewodzące są uziemione.
Układ TN  układ sieci elektrycznej rozdzielczej lub instalacji elektrycznej, w którym punkt
neutralny (zerowy) jest bezpośrednio uziemiony, a części przewodzące dostępne są z nim połączone
przewodami ochronnymi PE i/lub przewodami ochronno-neutralnymi PEN (przewodami ochronno-
powrotnymi PER), w wyniku, czego pętla zwarcia jest w całości metaliczna.
Układ TT  układ sieci elektrycznej rozdzielczej lub instalacji elektrycznej, w którym
punkt neutralny (zerowy) lub przewód czynny jest bezpośrednio uziemiony, a części
przewodzące są połączone z uziomami nie połączonymi z uziemieniem roboczym, w wyniku,
czego pętla zwarcia z częścią przewodzącą zamyka się przez ziemię.
Uziemienie  połączenie elektryczne z ziemią; uziemieniem nazywa się te\
urządzenie
uziemiające obejmujące uziom, przewód uziemiający oraz  jeśli występują  zacisk
probierczy uziomowy i szynę uziemiającą.
Uziemienie ochronne  środek ochrony przeciwpora\
eniowej dodatkowej w układzie TT
oraz IT, polegający na połączeniu części przewodzących urządzenia elektrycznego z uziomem
o rezystancji uziemienia skoordynowanej z charakterystyką zabezpieczenia zwarciowego tego
urządzenia; pojęcie obecnie eliminowane z u\
ycia w odniesieniu do instalacji niskiego
napięcia.
Uziemienie otwarte  połączenie części uziemianej z uziomem za pomocą bezpiecznika
iskiernikowego.
Uziemienie pomocnicze  uziemienie części czynnej albo części przewodzącej,
wykonane w celu ochrony przeciwpora\
eniowej, ochrony przeciwzakłóceniowej lub z innych
powodów; nie jest ono uziemieniem roboczym ani uziemieniem będącym elementem systemu
ochrony przeciwpora\
eniowej, polegającym na samoczynnym wyłączeniu zasilania w sieci
TT lub IT.
Uziemienie robocze  uziemienie określonego punktu obwodu elektrycznego (części
czynnej i/lub przewodu PEN) w celu zapewnienia prawidłowej pracy urządzeń elektrycznych.
Uziemienie robocze mo\
e być bezpośrednie, pośrednie lub otwarte.
Wewnętrzna linia zasilająca (wlz), obwód rozdzielczy  obwód elektryczny zasilający
tablice rozdzielcze (rozdzielnice), z których są zasilane obwody odbiorcze.
Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych powinny być projektowane, wykonane
i eksploatowane zgodnie z wymogami wynikającymi z przepisów Polskiej Normy PN-IEC
60364 ''Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych mogą być wykonywane w ró\
nych
układach sieciowych''.
4.8.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jaka jest definicja instalacji elektrycznej?
2. Jakie są elementy wchodzące w skład instalacji elektrycznej?
3. Jaka jest klasyfikacja instalacji elektrycznej?
4. Jakie znasz symbole stosowane w budowie instalacji elektrycznej?
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
54
4.8.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Wykonaj połączenia układów instalacji według poni\
szych schematów. Zaprezentuj
otrzymane układy oraz je omów?
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) sporządzić wykaz aparatury,
2) połączyć układy pomiarowe,
3) dokonać niezbędnych obliczeń,
4) przeprowadzić analizę wyników,
5) wyciągnąć wnioski,
6) zaprezentować efekt swojej pracy.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
 przybory kreślarskie,
 aparatura kontrolno-pomiarowa,
 notatnik,
 literatura z rozdziału 6 dotycząca instalacji elektrycznych.
Rys. 1 do ćwiczenia 1. A
ącznik jednobiegunowy  jednobiegunowe załączanie i wyłączanie lamp: a) schemat
wieloliniowy, b)schemat jednoliniowy [opracowanie własne].
Ćwiczenie 2
Mając dany rysunek z fragmentem instalacji elektrycznej rozpoznaj elementy wchodzące
w skład tej instalacji. Wypisz i nazwij elementy wchodzące w skład instalacji.
Rys. 1 do ćwiczenia 2. Schemat instalacji elektrycznej [opracowanie własne].
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
55
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) przerysować układy instalacji elektrycznej,
2) wypisać symbole zastosowane w podanej instalacji elektrycznej,
3) nazwać te symbole,
4) przerysować symbole instalacji elektrycznej,
5) zaprezentować symbole na tablicy.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
 przybory kreślarskie,
 przybory do pisania,
 notatnik,
 rysunek instalacji elektrycznej,
 literatura z rozdziału 6 dotycząca instalacji elektrycznych.
4.8.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) podać definicję instalacji elektrycznej? 1
1

2) wymienić elementy instalacji elektrycznej? 1
1

3) dokonać podziału instalacji elektrycznej? 1
1

4) zdefiniować podstawowe pojęcia związane z instalacją elektryczną? 1
1

5) omówić układ TN, TNS, TNC? 1
1

 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
56
4.9. Bezpieczeństwo obsługi maszyn i urządzeń elektrycznych
4.9.1. Materiał nauczania
Pora\
enie prądem elektrycznym mo\
e nastąpić na skutek:
- dotknięcia części znajdującej się stale pod napięciem,
- dotknięcia części urządzeń które znalazły się pod napięciem na skutek uszkodzenia
izolacji,
- znalezienia się na powierzchni ziemi mającej ró\
ne potencjały.
Skutki działania urazu elektrycznego na organizm ludzki zale\
ą od:
- rodzaju kontaktu z prądem elektrycznym,
- rodzaju prądu,
- wartości napięcia,
- wartości prądu,
- częstotliwości,
- drogi przepływu prądu,
- czasu przepływu prądu,
- gęstości prądu,
- rezystancji ciała ludzkiego
Najwa\
niejszymi skutkami przepływu prądu przez organizm są:
- skurcze mięśni i utrata kontroli pora\
onego nad działalnością mięśni,
- utrata świadomości (działanie na układ nerwowy),
- zakłócenie oddychania (skurcz mięśni oddechowych),
- zakłócenie pracy serca, polegające na zatrzymaniu akcji serca bądz
migotaniu komór
sercowych,
- oparzenia zewnętrzne i wewnętrzne,
- pośrednie działanie prądu elektrycznego.
Skutki przepływu prądu przez ciało ludzkie
Skurcz mięśni. Pora\
ony nie mo\
e bez pomocy innej osoby oderwać się od z
ródła prądu,
a tym samym mo\
e pozostać pod jego działaniem przez dłu\
szy czas. Występuje tu zjawisko
skurczu mięśni zginających.
Utrata świadomości następuje na skutek oddziaływania prądu na układ nerwowy.
Oddziaływanie to polega na zagęszczeniu jonów na granicy przejścia prądu pomiędzy
komórkami ciała o lepszej przewodności do komórek o gorszej przewodności.
Zatrzymanie oddychania występuje przy dłu\
szym przepływie prądu przez klatkę
piersiową. Następuje tu skurcz mięśni oddechowych; mięśnie te normalnie powodują
rozszerzanie klatki piersiowej powodując ruchy oddechowe. Skurcz mięśni uniemo\
liwia
oddychanie i je\
eli pora\
ony nie zostanie dostatecznie szybko uwolniony spod napięcia,
zginie wskutek uduszenia.
Zakłócenie pracy serca. Praca serca polegająca na miarowych skurczach tłoczy krew do
organizmu. W ka\
dym cyklu pracy serca trwającym około 0,8 s występuje moment trwający
około 0,2 s, w którym serce jest szczególnie wra\
liwe na przepływ prądu. Je\
eli przy
krótkotrwałym przepływie prądu moment przepływu przypada na początek rozkurczu komór
(przerwa w pracy serca), to prawdopodobieństwo wystąpienia migotania komór sercowych jest
du\
e. Przy przepływie krótszym ni\
0,2 s wystąpienie migotania komór sercowych jest rzadkie.
Prąd płynący dłu\
ej ni\
1 s nie mo\
e pominąć momentu największej wra\
liwości serca.
Stosunkowo najświe\
sze badania przeprowadzone na zwierzętach podały zale\
ności
wartości i czasu przepływu prądu o częstotliwości 50 60 Hz, który nie powoduje zjawiska
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
57
migotania komór sercowych.
Migotanie komór sercowych powoduje zatrzymanie akcji serca, ustanie przepływu krwi
i śmierć na skutek niedotlenienia organizmu. Migotanie komór sercowych powodują
wyłącznie prądy o częstotliwości sieciowej, to jest o częstotliwości 40 do 60 Hz.
Oparzenia wewnętrzne i zewnętrzne zale\
ne są od natę\
enia prądu, czasu jego
przepływu i odporności ciała ludzkiego.
Oparzenia zewnętrzne występują w miejscu zetknięcia ciała z przewodnikiem. Oparzenia
wewnętrzne występujące na całej drodze przepływu prądu przez ciało ludzkie są groz
niejsze
od oparzeń zewnętrznych, dlatego, \
e oparzenia te są niewidoczne. Działanie cieplne prądu
mo\
e doprowadzić do częściowego lub całkowitego zniszczenia komórek. Znane są
przypadki rozerwania naczyń krwionośnych lub zniszczenia tkanek ścięgien czy kości przez
prądy o dość du\
ych natę\
eniach. Oczywiście największe ilości wytworzonego ciepła
powstają w miejscach ciała mającego większą rezystancję (opór czynny). Du\
e wartości
prądów przepływając przez ciało są przyczyną oparzeń wewnętrznych, uszkodzeń mięśni
i przechodzenia do krwi barwnika mięśniowego, tzw. mioglobiny. Mioglobina jest substancją
szkodliwą dla pracy nerek, hamującą wydzielanie moczu. Większe ilości mioglobiny
powodują śmiertelne zatrucie pora\
onego dopiero w kilka dni po pora\
eniu.
Pośrednie działanie prądu elektrycznego. Do powa\
niejszych obra\
eń mo\
e dojść
w przypadku przebywania w polu działania łuku elektrycznego. W czasie zwarcia prąd
zwarciowy mo\
e dochodzić do kilku tysięcy amperów. W miejscu zwarcia temperatura łuku
nierzadko przekracza 2500�C, a dynamiczne działanie zwarcia powoduje zjawisko podobne
do eksplozji. Tak więc przebywanie w promieniu działania łuku mo\
e spowodować:
- mechaniczne uszkodzenie ciała mające wygląd ran ciętych, potłuczeń itp,
- oparzenia do trzeciego stopnia włącznie,
- zapalenie odzie\
y,
- pary metali osadzają się na skórze powodując niebolesne obrzęki o barwie \
ółtej,
brązowej lub czarnej,
- świetlne działanie powoduje: światłowstręt, łzawienie, zapalenie spojówek, obrzęk itp.
Stopień pora\
enia człowieka zale\
y od następujących czynników.
Natę\
enie prądu
Z prawa Ohma wynika, \
e natę\
enie prądu zale\
y od napięcia i oporności ciała. Reakcje
ludzi na prąd przepływający przez ciało w zale\
ności od natę\
enia są ró\
ne. Inne są u kobiet
ni\
u mę\
czyzn, a jeszcze inne u dzieci. Zale\
ą one te\
od cech indywidualnych ka\
dego
osobnika. Niemniej, w wyniku wielu badań zdołano ustalić pewne wartości średnie
zestawione w tabeli.
Czas przepływu
Czas przepływu ma zasadnicze znaczenie na migotanie komór sercowych. Działanie
cieplne prądu zale\
y od czasu przepływu w sposób oczywisty.
Częstotliwość
O wpływie częstotliwości przepływającego prądu mowa jest wy\
ej. Dodatkowo mo\
na
uzupełnić, \
e przy większych częstotliwościach zakres natę\
eń bezpośrednio śmiertelnych
przesuwa się w stronę większych wartości prądu i tak np. przy 5000 Hz dopiero natę\
enie 1 A
jest śmiertelne. To samo zjawisko występuje przy częstotliwościach mniejszych ni\
10 Hz,
zaś prąd stały powoduje śmierć dopiero przy natę\
eniu około 1,2 A.
Drogi przepływu
Droga przepływu prądu przez ciało ludzkie ma istotny wpływ na skutki ra\
eń, przy czym
największe znaczenie ma to, jaka część prądu przepływa przez serce i przez układ
oddechowy. Według publikowanych danych przy przepływie prądu na drodze: ręka-ręka:
przez serce przepływa  3,3% prądu ogólnego, lewa ręka-nogi: przez serce przepływa  3,7%
prądu ogólnego, prawa ręka-nogi: przez serce przepływa  6,7% prądu ogólnego, noga-noga:
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
58
przez serce przepływa  0,4% prądu ogólnego. Prawie dwukrotne zwiększenie prądu
przepływającego przez serce w przypadku przyło\
enia elektrod do prawej ręki i nóg tłumaczy
się tym, \
e oś podłu\
na serca le\
y na tej właśnie drodze.
Rezystancja ciała ludzkiego
Ciało ludzkie składa się z ró\
nych tkanek, które stawiają większy lub mniejszy opór
przepływającemu przez nie prądowi. Do tkanek o większej rezystancji nale\
y skóra, kości,
chrząstki, wiązadła i tkanka tłuszczowa. Mniejszą rezystancję mają mięśnie i krew. Poniewa\

skóra, a właściwie naskórek, w porównaniu z innymi tkankami ma rezystancję o wiele
większą od rezystancji pozostałych tkanek, mo\
emy, więc ciało ludzkie uwa\
ać jako zestaw
dwóch elementów. Będzie to: rezystancja skóry i rezystancja wewnętrzna ciała. Pomiary
rezystancji przeciętnej skóry, wykonane przy napięciu kilku woltów, dały wartość rzędu
100 000 &! na 1 cm2 powierzchni styku skóry z elektrodą. Stąd wartość rezystancji całego
ciała, pomierzona przy suchym i nieuszkodzonym naskórku, dała wyniki od 10 000 do
1 000 000 &! w zale\
ności od wymiarów elektrod.
Stan psychiczny człowieka
Stan fizyczny i psychiczny człowieka ma du\
y wpływ na zwiększenie niebezpieczeństwa
pora\
enia. Stan podniecenia badanego człowieka powodował wydzielanie się potu, a tym
samym zmniejszenie rezystancji i wzrost natę\
enia przepływającego prądu. Oprócz tego takie
stany psychiczne jak; roztargnienie, zdenerwowanie czy zamroczenie alkoholem zmniejszają
zdolność reagowania i zwiększają mo\
liwość powstania wypadku. Stan fizyczny ma równie\

du\
y wpływ na odporność organizmu, np. pocenie się, stany osłabienia i wyczerpania
chorobowego.
Sposoby ochrony przeciwpora\
eniowej
Wyró\
niamy następujące sposoby ochrony przeciwpora\
eniowej:
- środki organizacyjne,
- środki techniczne.
Środki techniczne.
W urządzeniach elektroenergetycznych o napięciu znamionowym nie wy\
szym ni\
1 kV
ochronę przeciwpora\
eniową nale\
y zapewnić przez zastosowanie:
- napięć bezpiecznych,
- ochrony przeciwpora\
eniowej podstawowej oraz jednego z następujących środków
ochrony przeciwpora\
eniowej dodatkowej: zerowania, uziemienia ochronnego,
wyłączników przeciwpora\
eniowych ró\
nicowoprądowych, separacji odbiorników,
izolacji stanowiska, izolacji ochronnej.
Do ochrony podstawowej (przed dotykiem bezpośrednim) zaliczamy: izolowanie
przewodów, aparatów urządzeń, stosowanie osłon, barier, ogrodzeń przenośnych
uniemo\
liwiających przypadkowe dotknięcie części pod napięciem, stosowanie odstępów
izolacyjnych, umieszczenie części będących pod napięciem poza zasięgiem człowieka,
zabezpieczenie przewodów przed uszkodzeniami mechanicznymi.
Do środków organizacyjnych zaliczamy: kwalifikacje pracowników, bezpieczeństwo
i higiena pracy, atesty urządzeń.
4.9.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń
1. Na czym polega ochrona przeciwpora\
eniowa?
2. Jakie są skutki działania prądu na organizm ludzki?
3. Jakie są stopnie pora\
enia prądem elektrycznym?
4. Jakie są sposoby ochrony przeciwpora\
eniowej?
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
59
4.9.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Na stanowisku laboratoryjnym znajduje się wyłącznik ró\
nicowo-prądowy
zabezpieczający instalację elektryczną. Na podstawie oględzin wyłącznika, wypisz jego
parametry znamionowe oraz dokonaj ich interpretacji.
Sposób wykonania ćwiczenia:
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) dokonać oględzin zewnętrznych wyłącznika ró\
nicowo-prądowego,
2) wypisać parametry pracy wyłącznika ró\
nicowo-prądowego,
3) nazwać te parametry,
4) zinterpretować parametry pracy wyłącznika ró\
nicowo-prądowego.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
 wyłącznik ró\
nicowo-prądowy,
 przybory do pisania,
 notatnik,
 literatura z rozdziału 6 dotycząca bezpieczeństwa obsługi maszyn i urządzeń
elektrycznych.
Ćwiczenie 2
Na stanowisku laboratoryjnym znajduje się wyłącznik nadmiarowo-prądowy
zabezpieczający instalację elektryczną. Na podstawie oględzin wyłącznika, wypisz jego
parametry znamionowe oraz dokonaj ich interpretacji.
Sposób wykonania ćwiczenia:
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) dokonać oględzin zewnętrznych wyłącznika nadmiarowo-prądowego,
2) wypisać w notatniku parametry pracy wyłącznika nadmiarowo-prądowego,
3) nazwać te parametry,
4) zinterpretować parametry pracy wyłącznika nadmiarowo-prądowego.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
 wyłącznik nadmiarowo-prądowy,
 przybory do pisania,
 notatnik,
 literatura z rozdziału 6 dotycząca bezpieczeństwa obsługi maszyn i urządzeń
elektrycznych.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
60
4.9.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) zdefiniować pojęcie ochrony przeciwpora\
eniowej? 1
1

2) opisać działanie prądu na organizm ludzki? 1
1

3) omówić skutki przepływu prądu przez ciało ludzkie? 1
1

4) omówić stopnie pora\
enia prądem elektrycznym? 1
1

5) wymienić sposoby ochrony przeciwpora\
eniowej? 1
1

6) opisać sposoby ochrony przeciwpora\
eniowej? 1
1

 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
61
4.10. Podstawy elektroniki i automatyki
4.10.1. Materiał nauczania
Diody
Dioda jest elementem o nieliniowym oporze elektrycznym, zasadniczo przepuszczającym
prąd tylko w jedną stronę. Wyró\
nia się m.in. diody:
 prostownicze (takie zwykłe)
 szybkie (lepsze czasy przełączania  ka\
dą dioda charakteryzuje pewien czas przez który
po zmianie polaryzacji płynie impuls prądu wstecznego, o określonej dla danej diody
amplitudzie)
 Schottky'ego (przechowują niewielki ładunek, więc szybciej się przełączają)
 Zenera (przewodzą tak\
e w przeciwnym kierunku, jednak po przekroczeniu ściśle
określonego napięcia zaporowego)
 świecące (LED, emitują światło)
 fotodiody (oświetlenie spolaryzowanego zaporowo złącza powoduje wzrost prądu
wstecznego)
Tranzystor
Tranzystor  jest to element o regulowanym elektronicznie oporze, często
wykorzystywany do wzmacniania sygnałów lub jako przełącznik elektroniczny.
Tranzystor bipolarny posiada trzy wyprowadzenia  emiter (E), baza (B), kolektor (C),
przepływający przez niego prąd reguluje się poprzez przyło\
enie napięcia między bazą
a emiterem. W tranzystorach PNP prąd płynie od emitera (o wy\
szym potencjale) do
kolektora, w NPN na odwrót. Nale\
y te\
pamiętać, \
e tranzystor bipolarny to nie bramka czy
coś w tym stylu  je\
eli przyło\
ymy napięcie w kierunku przewodzenia do bramki to prąd
popłynie nawet gdy nie ma przyło\
onego napięcia kolektor  emiter (bramka nie jest
izolowana).
Rys. 33. Tranzystory NPN i PNP spolaryzowane w kierunku przewodzenia (niebieska strzałka pokazuje
kierunek prądu) [12].
Tranzystor unipolarny (polowy) posiada trzy wyprowadzenia  dren (D), bramka (G),
z
ródło (S), regulacja odbywa się poprzez regulację napięcia między z
ródłem a bramką.
W technice MOSFET regulacja wygląda tak samo, mo\
liwe jest te\
wytworzenie
tranzystorów wstępnie otwartych, które mo\
emy regulować zarówno dodatnim jak i ujemnym
napięciem oraz tranzystorów wielobramkowych oraz tranzystorów z izolowaną bramką.
Tyrystor, triak
Tyrystor  jest to element o regulowanym elektrycznie stanie przewodzenia, przewodzić
on mo\
e od anody do katody (tylko w tą stronę), pod warunkiem, \
e zostanie wyzwolony
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
62
impulsem bramki (dodatnie napięcie względem katody) bądz
wzrostem napięcia
przyło\
onego. W odró\
nieniu od tranzystora tyrystor przewodzi równie\
po zaniku napięcia
przyło\
onego do bramki (przerywa dopiero, gdy zostanie przerwane przewodzenie). Triak jest
w zasadzie dwukierunkową wersją tyrystora odpowiadającą funkcjonalnie połączonym
antyrównolegle dwóm tyrystorm. W zrozumieniu jak to działa przydany mo\
e być schemat
zastępczy tyrystora na tranzystorach bipolarnych.
Rys. 34. Tyrystor [12].
Podstawowe bramki logiczne
Bramka logiczna jest układem elektronicznym realizującym określoną funkcję logiczną.
Bramki najczęściej realizowane są jako układy scalone zawierające w sobie kilka bramek.
OR AND NOT
A B C A B C
0 0 0 0 0 0 A C
0 1 1 0 1 0 0 1
1 0 1 1 0 0 1 0
1 1 1 1 1 1
Rys. 35. Tabelki prawdy dla funkcji OR, AND, NOT oraz ich symbole elektroniczne [12].
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
63
NOR NAND
A B C A B C
0 0 1 0 0 1
0 1 0 0 1 1
1 0 0 1 0 1
1 1 0 1 1 0
Rys. 36. Tabelki prawdy dla funkcji NOR (zaprzeczony OR), NAND (zaprzeczony AND) oraz ich symbole
elektroniczne [ 12].
Podstawowe pojęcia z automatyki
Obiekt sterowania  urządzenie lub zestaw urządzeń, w którym przebiega proces
technologiczny i w którym przez zewnętrzne oddziaływanie sterujące realizuje się po\
ądany
algorytm.
Obiekt regulacji  obiekt sterowania w układzie regulacji
Sygnał  przebieg określonej wielkości nośnej zawierającej pewną informację. Sygnałem
mo\
e być ciśnienie, napięcie, natę\
enie prądu.
Informacja, jaką przekazuje sygnał, jest zawarta w jego wartości lub kształcie przebiegu.
Układ sterowania  zespół składający się z obiektu (obiektów) sterowania
i oddziałującego na niego układu sterującego.
Układ sterujący  układ zawierający wszystkie urządzenia sterujące obiektem
sterowania.
Układ sterowania otwarty jest to układ sterowania bez sprzę\
eń zwrotnych.
W układzie sterowania rolę regulatora spełnia najczęściej człowiek. Zadaniem człowieka
jest ciągła obserwacja wielkości sterowanej i bie\
ące porównywanie z wartością zadaną. Na
podstawie porównania podejmowana jest decyzja dotycząca odpowiedniego oddziaływania na
obiekt regulacji
Rys. 37. Podstawowe rodzaje układów sterowania: a) układ otwarty, b) układ zamknięty, O  obiekt regulacji,
R  regulator, xo  wartość zadana, y  sygnał sterowany (regulowany), x  sygnał sterujący
(nastawiający), z  zakłócenia, e  odchyłka regulacji [11].
Regulator jest to urządzenie, które w układzie regulacji określa odchyłkę regulacji przez
porównanie wartości wielkości regulowanej z wartością zadaną i na podstawie odchyłki
regulacji wypracowuje sygnał regulacji według określonego algorytmu sterowania. Do zadań
regulatora nale\
y równie\
zapewnienie sygnałowi wyjściowemu z regulatora postaci i mocy
potrzebnej do uruchomienia urządzeń wykonawczych.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
64
4.10.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia
1. Jakie znasz prawa wykorzystywane w elektronice?
2. Co to jest dioda?
3. Co to jest tranzystor?
4. Co to jest tyrystor?
5. Jakie znasz podstawowe bramki logiczne?
4.10.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Na stanowisku laboratoryjnym rozmieszczone są ró\
ne elementy elektroniczne.
Rozpoznaje te elementy a następnie dokonaj krótkiej ich prezentacji?
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) rozpoznać elementy elektroniczne,
2) nazwać te elementy,
3) dokonać krótkiej ich prezentacji.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
 elementy elektroniczne
 przybory do pisania,
 notatnik,
 literatura z rozdziału 6 dotycząca podstaw elektroniki i elektrotechniki,.
Ćwiczenie 2
Na stanowisku laboratoryjnym rozmieszczone są ró\
ne elementy automatyki. Rozpoznaje
te elementy a następnie dokonaj krótkiej ich prezentacji?
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) rozpoznać elementy automatyki,
2) nazwać te elementy,
3) dokonać krótkiej ich prezentacji.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
 elementy automatyki,
 przybory do pisania,
 notatnik,
 literatura z rozdziału 6 dotycząca podstaw elektroniki i elektrotechniki,.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
65
4.10.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) wymienić podstawowe prawa wykorzystywane w elektronice? 1
1

2) zdefiniować pojęcie dzielnik napięcia i prądu? 1
1

3) omówić diodę, tranzystor i tyrystor? 1
1

4) podać na czym polega system dwójkowy? 1
1

5) zdefiniować pojęcie algebra Boole a? 1
1

6) wymienić podstawowe bramki logiczne? 1
1

 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
66
4.11. Zabezpieczenie urządzeń napędowych
4.11.1. Materiał nauczania
Do podstawowych zabezpieczeń silników nale\
ą:
- zabezpieczenie zwarciowe,
- zabezpieczenie przecią\
eniowe,
- zabezpieczenie od skutków obni\
enia napięcia.
Jako zabezpieczenie zwarciowe silników o napięciu nieprzekraczającym 1 kV stosuje się
bezpieczniki topikowe w trzech fazach lub wyzwalacze elektromagnetyczne trójfazowe.
Dla silników o napięciu przekraczającym 1 kV rolę zabezpieczenia zwarciowego mogą
spełniać bezpieczniki topikowe w 3 fazach w połączeniu z rozłącznikiem lub nadprądowe
przekaz
niki bezzwłoczne.
Dla silników o mocy powy\
ej 2 MW i wyprowadzonych sześciu końcówkach stosuje się
zabezpieczenie ró\
nicowe wzdłu\
ne w dwóch fazach.
Silniki o mocy powy\
ej 1 MW wyposa\
a się w zabezpieczenie od zwarć doziemnych,
zasilane z przekładnika Ferrantiego.
Prąd nastawienia zabezpieczenia zwarciowego silnika powinien być jak najmniejszy 
tak jednak, aby nie działać przy prądach szczytowych występujących w czasie normalnej
pracy i przy rozruchu silnika.
Jako zabezpieczenie przecią\
eniowe silników o napięciu do 1 kV stosuje się wyzwalacze
lub przekaz
niki cieplne oraz czujniki temperatury.
Dla silników o napięciu znamionowym ponad 1 kV stosuje się zabezpieczenie
nadprądowe zwłoczne.
Zabezpieczenia zwarciowe silnika powinny być stosowane w trzech fazach w układach
trójfazowych, natomiast w układach prądu stałego w dwu lub jednym biegunie, je\
eli drugi
jest uziemiony. Nie nale\
y stosować zabezpieczeń zwarciowych w obwodach wzbudzenia.
Ka\
dy silnik powinien mieć zabezpieczenie zwarciowe oddzielne. Dopuszcza się
zabezpieczenie zwarciowe wspólne dla grupy silników, tak dobrane, aby w przypadku
zwarcia w jednym z silników zadziałało zabezpieczenie grupowe. Zabezpieczenia
przecią\
eniowe powinien posiadać ka\
dy silnik za wyjątkiem:
 silników o prądzie znamionowym mniejszym ni\
4 A,
 silników o mocy nie przekraczającej 10 kW dla pracy ciągłej, których przecią\
enie jest
mało prawdopodobne (pompy, wentylatory),
 silników stanowiących zespół z transformatorem posiadającym własne zabezpieczenie,
 silników do pracy przerywanej, których zabezpieczenie czujnikami temperatury nie jest
gospodarczo uzasadnione.
W układach trójfazowych z uziemionym punktem neutralnym zabezpieczenia
przecią\
eniowe stosuje się w 3 fazach, bez uziemionego punktu naturalnego w 2 fazach.
Zabezpieczenie od nadmiernego obni\
enia się napięcia realizowane jest jako
ponadnapięciowe zwłoczne jedno- lub dwufazowe. Zabezpieczenie to nale\
y stosować, gdy:
 obni\
enie napięcia uniemo\
liwia pracę silnika,
 niepo\
ądany jest samorozruch silnika zwartego,
 niedopuszczalny jest samorozruch silnika pierścieniowego,
 wskazane jest odłączenie pewnej liczby mniej wa\
nych silników w celu zabezpieczenia
samorozruchu innym silnikom.
Układ dwóch przekaz
ników podnapięciowych włączonych na napięcia
międzyprzewodowe jest stosowany do zabezpieczenia grupy silników lub silnika o du\
ej
wa\
ności z punktu widzenia procesu technologicznego. Układ z jednym przekaz
nikiem
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
67
podnapięciowym nale\
y stosować do zabezpieczania pojedynczych silników o mniejszym
znaczeniu.
4.11.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jakie znasz podstawowe zabezpieczenia silników?
2. Jaka jest definicja zabezpieczenia zwarciowego?
3. Jaka jest definicja zabezpieczenia przecią\
eniowego?
4. Jaka jest definicja zabezpieczenia od skutków obni\
enia napięcia?
5. Jakie znasz przykłady zabezpieczeń maszyn i urządzeń elektrycznych?
4.11.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Mając daną maszynę elektryczną, zaproponuj zabezpieczenia do tej maszyny.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) określić rodzaje zabezpieczeń,
2) wypisać w notatniku dane znamionowe maszyny elektrycznej,
3) dobrać do danych znamionowych rodzaj zabezpieczenia,
4) uzasadnić dobór zastosowanego zabezpieczenia.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
- dowolna maszyna elektryczna,
- zabezpieczenia napędowe maszyn i urządzeń elektrycznych,
- notatnik,
- literatura z rozdziału 6 dotycząca zabezpieczenia urządzeń napędowych,
Ćwiczenie 2
Mając daną maszynę wykorzystywaną do prac blacharskich, zaproponuj zabezpieczenia
do tej maszyny.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) określić rodzaje zabezpieczeń,
2) wypisać w notatniku dane znamionowe maszyny,
3) dobrać do danych znamionowych rodzaj zabezpieczenia,
4) uzasadnić dobór zastosowanego zabezpieczenia.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
 dowolna maszyna wykorzystywana do prac blacharskich,
 zabezpieczenia napędowe maszyn i urządzeń elektrycznych,
 przybory do pisania,
 notatnik,
 literatura z rozdziału 6 dotycząca zabezpieczeń urządzeń napędowych.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
68
4.11.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) wymienić podstawowe zabezpieczenia silników? 1
1

2) zdefiniować pojęcie zabezpieczenie zwarciowe? 1
1

3) zdefiniować pojęcie zabezpieczenie przecią\
eniowe? 1
1

4) zdefiniować pojęcie zabezpieczenie od skutków obni\
enia napięcia? 1
1

5) podać przykłady zabezpieczeń maszyn i urządzeń elektrycznych? 1
1

 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
69
5. SPRAWDZIAN OSI
GNI
Ć
INSTRUKCJA DLA UCZNIA
1. Przeczytaj uwa\
nie instrukcję.
2. Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.
3. Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.
4. Test zawiera 20 zadań o ró\
nym stopniu trudności.
5. Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi stawiając w odpowiedniej
rubryce znak X. Dla ka\
dego zadania podane są cztery mo\
liwe odpowiedzi a, b, c, d.
Tylko jedna odpowiedz
jest poprawna. W przypadku pomyłki nale\
y błędną odpowiedz

zaznaczyć kółkiem, a następnie ponownie zakreślić odpowiedz
prawidłową.
6. Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.
7. Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, wtedy odłó\
jego rozwiązanie
na póz
niej i wróć do niego, gdy zostanie Ci wolny czas.
8. Na rozwiązanie testu masz 60 min.
Powodzenia!
ZESTAW ZADAC
TESTOWYCH
1. Ochrona przez samoczynne wyłączenie zasilania polega na
a) zasilaniu odbiornika za pomocą transformatora separacyjnego lub przetwornicy.
b) szybkim wyłączeniu instalacji spod napięcia, gdy nastąpi zwarcie części będącej pod
napięciem fazowym z dostępną częścią przewodzącą.
c) zastosowaniu w fabrycznie produkowanych urządzeniach izolacji o parametrach
ograniczających do minimum mo\
liwości pora\
enia prądem elektrycznym.
d) odizolowaniu od ziemi urządzeń elektrycznych.
2. Najlepszym środkiem ochrony przed skutkami nadmiernego wzrostu napięcia wskutek
wyładowania atmosferycznego jest zastosowanie
a) bezpieczników topikowych.
b) wyłączników nadmiarowo-prądowych.
c) odgromników.
d) wyłączników ró\
nicowoprądowych.
3. Na rysunku przedstawiono
a) wyłącznik nadprądowy.
b) wyłącznik ró\
nicowoprądowy.
c) stycznik,
d) przekaz
nik bistabilny.
4. Fotografia przedstawia
a) wyłącznik nadprądowy.
b) wyłącznik ró\
nicowoprądowy.
c) stycznik.
d) przekaz
nik bistabilny.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
70
5. Środkiem ochrony układu oddechowego są
a) maska ochronna.
b) rękawice ochronne.
c) nakrycie głowy.
d) ubranie robocze.
6. Środkiem ochrony wzroku są
a) maska ochronna.
b) rękawice ochronne.
c) nakrycie głowy.
d) okulary ochronne.
7. W celu ochrony rąk podczas lutowania elementów elektronicznych nale\
y zastosować
a) maskę ochronną.
b) rękawice ochronne.
c) nakrycie głowy.
d) ubranie robocze.
8. Opaskę uciskową nale\
y stosować
a) w ka\
dym przypadku krwawiącej rany.
b) w przypadku obcięcia lub oderwania kończyny.
c) w przypadku zmia\
d\
enia kończyny.
d) w przypadku skaleczenia.
9. W czasie udzielania pierwszej pomocy tętno sprawdza się
a) po obu stronach szyi, u\
ywając kciuka i pozostałych palców.
b) po jednej stronie szyi, trzema środkowymi palcami.
c) kciukiem na przegubie ręki.
d) po jednej stronie szyi, jednym palcem.
10 Masa\
serca nale\
y wykonywać przez uciskanie
1
a) /3 dolnej części mostka.
b) lewej połowy klatki piersiowej.
c) górnej części mostka.
d) � dolnej części mostka.
11. Najskuteczniejszą i najprostszą metodą udro\
nienia dróg oddechowych podczas wypadku
przy pracach monterskich jest
a) wyciągnięcie i przytrzymanie języka.
b) przygięcie głowy do mostka.
c) usunięcie ciał obcych z jamy ustnej i odgięcie głowy do tyłu.
d) odgięcie głowy do tyłu.
12. Jednostką natę\
enia prądu elektrycznego jest
a) volt.
b) amper.
c) wat.
d) ohm.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
71
13. Konduktancją nazywamy
a) iloraz napięcia i prądu.
b) odwrotność rezystancji.
c) przewodność właściwą metali.
d) iloraz prądu i napięcia.
14. Na schemacie znajduje się schemat silnika
a) silnika obcowzbudnego.
b) silnika bocznikowego
c) silnika szeregowego
d) silnika szeregowo-bocznikowego
15. Element oznaczony na rysunku to
a) rezystor.
b) kondensator.
c) cewka. C
d) z
ródło napięcia.
16. Symbol przedstawiony na rysunku przedstawia
a) tranzystor.
b) tyrystor.
c) diodę.
d) fototranzystor.
17. Symbolem E1 na rysunku oznaczono
a) voltomierz.
b) rezystancja
c) z
ródło napięcia
d) kondensator.
18. Do pomiaru rezystancji słu\
y
a) amperomierz.
b) voltomierz.
c) omomierz.
d) watomierz.
19. Na schemacie monta\
owym urządzenia symbolem C oznacza się
a) opornik.
b) diodę
c) kondensator.
d) cewkę.
A
20. W układzie elektrycznym symbolem oznacza się
a) voltomierz,
b) watomierz,
c) amperomierz,
d) omomierz.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
72
KARTA ODPOWIEDZI
Imię i nazwisko...................................................................................................................
Analizowanie prostych układów elektrycznych
Zakreśl poprawną odpowiedz
.
Nr
Odpowiedzi Punkty
Zadania
1 a b c d
2 a b c d
3 a b c d
4 a b c d
5 a b c d
6 a b c d
7 a b c d
8 a b c d
9 a b c d
10 a b c d
11 a b c d
12 a b c d
13 a b c d
14 a b c d
15 a b c d
16 a b c d
17 a b c d
18 a b c d
19 a b c d
20 a b c d
Razem:
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
73
6. LITERATURA
1. Bolkowski S.. Elektrotechnika. WSIP. Warszawa 2005
2. Chochowski A.: Elektrotechnika z automatyką. Ćwiczenia. WSiP, Warszawa 1996
3. Gerhard Bartodziej, Eugeniusz Kału\
a. Aparaty i urządzenia elektryczne. WSIP.
Warszawa 1997
4. Januszewski S, Sagan T, Szczucki F, Świątek H. Eksploatacja urządzeń elektrycznych
i energoelektronicznych. Wydawnictwo ITE. Radom 1999
5. Jerzak M.: Bezpieczeństwo i higiena pracy w budownictwie. PWN, Warszawa 1980
6. Kurdziel R.: Elektrotechnika. Część 1 i 2. WSiP, Warszawa 1997
7. Mac S., Leowski J.: Bezpieczeństwo i higiena pracy dla szkół zasadniczych. WSiP,
Warszawa 2000
8. Markiewicz A.: Zbiór zadań z elektrotechniki. WSiP, Warszawa 1972
9. Praktyczna elektrotechnika ogólna. Wydawnictwo REA. Warszawa 2002
10. www.elektroda.pl
11. www.swiatelektroniki.pl
12. www.wikipedia.org.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
74