background image

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

 

 

 
 

 

MINISTERSTWO EDUKACJI 

             NARODOWEJ 

 

 

 

Teresa Birecka   

 

 

 

 

 

 

 

 

  

 

 

 

 

Obliczanie i pomiary parametrów obwodów prądu 
przemiennego 724[05].E1.08 

 

 

 

 

 

 

  

 

 

 

 

 

 

 

Poradnik dla ucznia  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Wydawca  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy 
Radom 2006   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

Recenzenci: 
mgr inż. Henryk Krystkowiak 

dr inż. Gerard Lipiński 

 

Opracowanie redakcyjne: 

mgr inż. Barbara Kapruziak 

 

 

Konsultacja: 

dr inż. Bożena Zając 

 

 

Korekta: 

 

 

 

Poradnik  stanowi  obudowę  dydaktyczną  programu  jednostki  modułowej  724[05].E1.08 
„Obliczanie  i  pomiary  parametrów  obwodów  prądu  przemiennego”  zawartego  w  modułowym 
programie nauczania dla zawodu elektromechanik 724[05]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Wydawca 

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom  2006

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

 

SPIS TREŚCI 

 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

1.  Wprowadzenie 

2.  Wymagania wstępne 

3.  Cele kształcenia 

4.  Materiał nauczania 

4.1. Napięcia przemienne 

4.1.1. Materiał nauczania 

4.1.2. Pytania sprawdzające 

12 

4.1.3. Ćwiczenia 

12 

4.2.4. Sprawdzian postępów 

13 

4.2. Elementy R, L, C w obwodzie prądu sinusoidalnego 

14 

4.2.1. Materiał nauczania 

14 

4.2.2. Pytania sprawdzające 

16 

4.2.3. Ćwiczenia 

16 

4.2.4. Sprawdzian postępów 

17 

4.3. Połączenie szeregowe elementów R, L, C 

18 

4.3.1. Materiał nauczania 

18 

4.3.2. Pytania sprawdzające 

22 

4.3.3. Ćwiczenia 

23 

4.4.4. Sprawdzian postępów 

24 

4.4. Połączenie równoległe elementów R, L, C 

25 

4.4.1. Materiał nauczania 

25 

4.4.2. Pytania sprawdzające 

27 

4.4.3. Ćwiczenia 

27 

4.4.4. Sprawdzian postępów 

29 

4.5. Moc prądu sinusoidalnego. Poprawa współczynnika mocy 

30 

4.5.1. Materiał nauczania  

30 

4.5.2. Pytania sprawdzające 

35 

4.5.3. Ćwiczenia 

35 

4.5.4. Sprawdzian postępów 

36 

4.6. Układy trójfazowe 

37 

4.6.1. Materiał nauczania 

37 

4.6.2. Pytania sprawdzające 

41 

4.6.3. Ćwiczenia 

42 

4.6.4. Sprawdzian postępów 

43 

4.7. Moc w układach trójfazowych 

45 

4.7.1. Materiał nauczania 

45 

4.7.2. Pytania sprawdzające 

47 

4.7.3. Ćwiczenia 

47 

4.7.4. Sprawdzian postępów 

49 

4.8. Pomiar energii prądu przemiennego 

50 

4.8.1. Materiał nauczania 

50 

4.8.2. Pytania sprawdzające 

51 

4.8.3. Ćwiczenia 

51 

4.8.4. Sprawdzian postępów 

52 

5.  Sprawdzian osiągnięć 

53 

6.  Literatura 

58 

 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

1. WPROWADZENIE

 

  

 

 

 

 

 

 

 

Poradnik  będzie  Ci  pomocny  w  kształtowaniu  umiejętności  z  zakresu  wykonywania 

obliczeń i pomiarów w obwodach prądu przemiennego. 

W poradniku zamieszczono: 

 

wymagania  wstępne:  wykaz  umiejętności,  jakie powinieneś  mieć  już  opanowane, abyś  bez 
problemów  mógł  korzystać  z  poradnika  i  realizować  kształcenie  w  oparciu  o  program 
jednostki modułowej, 

 

cele  kształcenia:  wykaz  umiejętności,  jakie  ukształtujesz  podczas  realizacji  tej  jednostki, 
korzystając  z  poradnika;  ich  osiągnięcie  jest  warunkiem  koniecznym  do  zrozumienia 
i przyswojenia treści zawartych w programach następnych modułów, 

 

materiał  nauczania:  zawiera  wiadomości  teoretyczne  niezbędne  do  osiągnięcia  celów 
kształcenia  zawartych  w  tej  jednostce  modułowej;  materiał  nauczania  został  podzielony  na 
osiem  części  (rozdziałów),  obejmujących  grupy  zagadnień  kształtujących  umiejętności, 
które można wyodrębnić, 

 

sprawdzian  osiągnięć:  umożliwi  sprawdzenie  twoich  wiadomości  i  umiejętności,  które 
opanowałeś podczas realizacji programu tej jednostki modułowej, 

 

wykaz  literatury:  wymieniona  tutaj  literatura  zawiera  pełne  treści  materiału  nauczania 
i korzystając z  niej pogłębisz wiedzę z zakresu programu jednostki modułowej; w podpisie 
pod rysunkami oraz na końcu każdego rozdziału podano w nawiasie kwadratowym pozycję 
z wykazu literatury, którą wykorzystano przy jego opracowywaniu.  
Każdy rozdział materiału nauczania zawiera: 

 

pytania  sprawdzające:  zestaw  pytań  przydatnych  do  sprawdzenia,  czy  już  opanowałeś 
podane treści, 

 

ćwiczenia:  pomogą  Ci  zweryfikować  wiadomości  teoretyczne  oraz  ukształtować 
umiejętności praktyczne, 

 

sprawdzian postępów: pozwoli Ci na dokonanie samooceny wiedzy po wykonaniu ćwiczeń, 

 

sprawdzian  osiągnięć:  umożliwi  sprawdzenie  twoich  wiadomości  i  umiejętności,  które 
opanowałeś podczas realizacji programu tej jednostki modułowej. 
 
Szczególną  uwagę  zwróć  na  zależności  pomiędzy  prądem  i  napięciem  dla  idealnych 

elementów.  Zależności  te  wykorzystasz  przy  rozpatrywaniu  obwodów  złożonych  z  wielu 
elementów oraz w obwodach zawierających rzeczywiste cewki i kondensatory.  

Wszystkie  zaproponowane  ćwiczenia  postaraj  się  wykonać  z  należytą  starannością. 

Wykonując  ćwiczenia  dotyczące  obliczeń  i  sporządzania  wykresów  wektorowych  zrozumiesz 
i utrwalisz  poznane  wcześniej  zależności.  Do  wykonywania obliczeń  i  wykresów  na  podstawie 
przeprowadzonych  pomiarów  staraj  się  wykorzystywać  programy  komputerowe.  W  ten  sposób 
usprawnisz sobie pracę i udoskonalisz swoje umiejętności informatyczne.  

Podczas  wykonywania  ćwiczeń  pomiarowych  analizuj  wyniki  pomiarów.  Wnioski  z  tej 

analizy pomogą Ci zdiagnozować pracę urządzeń i zlokalizować miejsce ich uszkodzenia. 
 
Bezpieczeństwo i higiena pracy 
 

W czasie pobytu w pracowni  musisz przestrzegać regulaminów, przepisów bezpieczeństwa 

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

 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Schemat układu jednostek modułowych 

724[05].E1.02 

Rozpoznawanie materiałów 

stosowanych w maszynach 

i urządzeniach elektrycznych 

724[05].E1.07 

Obliczanie i pomiary parametrów 

obwodów prądu stałego 

Moduł 724[05].E1 

Podstawy elektromechaniki 

724[05].E1.01 

Przestrzeganie przepisów bezpieczeństwa 

i higieny pracy, ochrony przeciwpożarowej 

oraz ochrony środowiska 

724[05].E1.05 

Wykonywanie prac z zakresu obróbki 

ręcznej metali i tworzyw sztucznych 

724[05].E1.06 

Wykonywanie prac z zakresu obróbki 

mechanicznej metali  

724[05].E1.03 

Posługiwanie się dokumentacją 

techniczną 

724[05].E1.04 

Rozpoznawanie podzespołów 

stosowanych w maszynach 

i urządzeniach elektrycznych 

724[05].E1.08 

Obliczanie i pomiary parametrów 

obwodów prądu przemiennego 

724[05].E1.09 

Dobieranie elementów i podzespołów 

elektronicznych oraz sprawdzanie ich 

parametrów 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

2. WYMAGANIA WSTĘPNE    

 

 

 

 

 

 

Przystępując  do  realizacji  programu  jednostki  modułowej  „Obliczanie  i  pomiary 

parametrów obwodów prądu przemiennego” powinieneś umieć: 

 

rozróżniać podstawowe wielkości elektryczne prądu stałego i ich jednostki, 

 

rozpoznawać elementy elektryczne na podstawie ich symboli oraz wyglądu zewnętrznego, 

 

charakteryzować  zjawiska  zachodzące  w  obwodach  elektrycznych,  w  polu  elektrycznym 
oraz magnetycznym, 

 

rozróżniać materiały stosowane w obwodach elektrycznych i magnetycznych, 

 

rozróżniać podstawowe pojęcia oraz wielkości obwodu magnetycznego i ich jednostki, 

 

charakteryzować  właściwości  materiałów  elektrycznych  i  magnetycznych,  wskazywać  ich 
zastosowania, 

 

stosować prawo Ohma i prawa Kirchhoffa do obliczania prostych obwodów prądu stałego, 

 

obliczać rezystancję zastępczą  prostych obwodów, 

 

obliczać pojemność zastępczą obwodu, 

 

obliczać prądy i napięcia w obwodach prądu stałego, 

 

obliczać moc odbiorników prądu stałego, 

 

wykonywać działania na wektorach, 

 

dobierać przyrządy pomiarowe do wykonywania pomiarów w obwodach prądu stałego, 

 

łączyć obwody elektryczne prądu stałego na podstawie ich schematów, 

 

mierzyć podstawowe wielkości elektryczne w obwodach prądu stałego, 

 

szacować wartości wielkości mierzonych przed wykonaniem pomiarów, 

 

wyznaczać parametry elementów obwodu i układu na podstawie pomiarów, 

 

lokalizować i usuwać proste usterki w obwodach prądu stałego, 

 

stosować zasady bhp i ochrony ppoż. podczas pomiarów oraz pokazów zjawisk fizycznych. 

 
 
 
 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

3. CELE KSZTAŁCENIA   

 

 

 

 

 

 

 

W wyniku realizacji programu tej jednostki modułowej powinieneś umieć: 

 

rozróżnić podstawowe wielkości elektryczne prądu przemiennego i ich jednostki, 

 

scharakteryzować zjawisko indukcji elektromagnetycznej, 

 

wskazać przykłady wykorzystania zjawiska indukcji elektromagnetycznej, 

 

rozróżnić podstawowe parametry przebiegu sinusoidalnego, 

 

obliczyć impedancje prostych obwodów RLC, 

 

obliczyć prądy i napięcia w prostych obwodach RLC, 

 

obliczyć moce odbiorników prądu sinusoidalnego, 

 

rozróżnić połączenie odbiornika trójfazowego w gwiazdę i w trójkąt 

 

obliczyć prądy oraz moce odbiornika trójfazowego symetrycznego, 

 

połączyć  obwody  elektryczne  prądu  przemiennego  na  podstawie  ich  schematów  ideowych 
i montażowych, 

 

dobrać  odpowiednie  przyrządy  pomiarowe  do  wykonania  pomiarów  w  obwodach  prądu 
przemiennego, 

 

zmierzyć  podstawowe  wielkości  elektryczne  w  obwodach  prądu  przemiennego 
jednofazowego i trójfazowego, 

 

wyznaczyć  parametry  elementów  R,  L,  C  oraz  ich  połączeń  w  obwodach  prądu 
przemiennego, 

 

zlokalizować i usunąć proste usterki w układach elektrycznych, 

 

opracować wyniki pomiarów wykorzystując technikę komputerową, 

 

zastosować zasady bhp i ochrony ppoż. obowiązujące na stanowisku pracy. 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

4. MATERIAŁ NAUCZANIA

    

 

 

 

 

4.1. Napięcia przemienne   

 

 

 

 

 

4.1.1. Materiał nauczania 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ZJAWISKA  TOWARZYSZĄCE  PROCESOWI  WYTWARZANIA  I  PRZETWARZANIA 
ENERGII ELEKTRYCZNEJ 

Zjawisko 

indukcji 

elektromagnetycznej 

polega 

na 

indukowaniu 

się 

siły 

elektromotorycznej  w  przewodzie  poruszającym  się  w  polu  magnetycznym  lub  w  zamkniętym 
obwodzie obejmującym zmienny w czasie strumień magnetyczny. 

Siła elektromotoryczna indukowana w przewodzie 

Wartość  siły  elektromotorycznej  indukowanej  w  przewodzie  o  długości  ,  umieszczonym 

w równomiernym  polu  magnetycznym  o  indukcji    i  poruszającym  się  z  prędkością   
określamy z zależności: 

 

Blv

e

=

, jeżeli wektor prędkości jest prostopadły do wektora indukcji   (rys. 1a) 

 

α

sin

Blv

e

=

, jeżeli wektor prędkości tworzy z wektorem indukcji kąt 

α  (rys. 1b) 

 

Rys. 1. Rysunek objaśniający stosowanie wzorów do obliczania wartości siły elektromotorycznej indukowanej 

w przewodzie [1] 

Kierunek  siły  elektromotorycznej  indukowanej  w  przewodzie  poruszającym  się  w  polu 

magnetycznym można wyznaczyć na podstawie reguły prawej dłoni: 

Reguła prawej dłoni: prawą dłoń umieszczamy tak, aby  linie  indukcji   były  skierowane 

do wnętrza dłoni, duży odchylony palec w kierunku prędkości  ; cztery wyprostowane wzdłuż 
przewodu palce wskażą kierunek indukowanej siły elektromotorycznej. 

Siła elektromotoryczna indukowana w cewkach 

Siła  elektromotoryczna  indukuje  się  również  w  nieruchomym  przewodzie  lub  cewce,  jeżeli 
zmienia się strumień magnetyczny objęty przez ten zwój lub cewkę . 

Dla pojedynczego zwoju: 

t

e

±

=

Φ

 

Dla cewki o liczbie zwojów   obejmowanych przez ten sam strumień: 

t

N

e

±

=

Φ

 

Ustalenie  zwrotu  siły  elektromotorycznej  (zastosowanie  znaku  +  lub  –  we  wzorze)  można 
przeprowadzić doświadczalnie. [1] 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

Napięcie indukcji własnej i wzajemnej 

Jeżeli obwód cewki,  na której końcach  indukuje się  siła elektromotoryczna zostanie zamknięty, 
to popłynie prąd, który wytworzy w cewce dodatkowy strumień magnetyczny. Zwrot strumienia 
określa  się  stosując  (poznaną  wcześniej)  regułę  śruby  prawoskrętnej.  Zaobserwowane 
doświadczalnie zjawiska pozwoliły na sformułowanie reguły, zwanej regułą Lenza: 

Przy wszelkich zmianach  strumienia  magnetycznego w zamkniętym obwodzie indukuje się  siła 
elektromotoryczna  o  takim  zwrocie,  że  wywołany  przez  nią  prąd  w  obwodzie  przeciwdziała 
zachodzącym zmianom, albo stara się utrzymać poprzedni stan. 

Z  przepływem  prądu  w  cewce  wiąże  się  wytwarzanie  strumienia  magnetycznego  w  tej 

cewce,  a  każda  zmiana  tego  prądu  powoduje  zmianę  strumienia,  co  z  kolei  powoduje 
indukowanie  się  siły  elektromotorycznej.  Zjawisko  indukowania  się  siły  elektromotorycznej 
w cewce pod wpływem zmian prądu płynącego przez tę cewkę nazywa się zjawiskiem indukcji 
własnej (samoindukcją). 
Siła  elektromotoryczna  indukcji  własnej  jest  proporcjonalna  do  szybkości  zmian  prądu 
w czasie. 

t

i

L

e

=

 

gdzie:  – indukcyjność własna cewki  

i

N

L

Φ

=

. Jednostką indukcyjności jest 1 henr [1H]. 

Interpretacja wzoru na siłę elektromotoryczną jest następująca: 

 

jeżeli prąd rośnie 

),

0

(

>

i

 to siła elektromotoryczna  ma zwrot przeciwny do zwrotu prądu 

),

0

(

<

e

  czyli przeciwdziała wzrostowi prądu, 

 

jeżeli prąd zmniejsza się, 

),

0

(

<

i

 to siła elektromotoryczna ma zwrot zgodny ze zwrotem 

prądu 

),

0

(

>

e

 czyli przeciwdziała zmniejszaniu prądu. 

Praktycznie  zamiast  określenia  siła  elektromotoryczna  indukowana  w  cewce  używa się  pojęcia 
napięcie indukowane lub napięcie na cewce i oznacza odpowiednio:   lub 

L

Jeżeli  w  polu  magnetycznym  wytwarzanym  przez  prąd  płynący  w  cewce  o  indukcyjności 

1

 

umieścimy  drugą  cewkę  o  indukcyjności 

2

,  to  o  tych  cewkach  mówimy,  że  są  sprzężone 

magnetycznie (rys. 2). 

 

Rys. 2. Dwie cewki sprzężone magnetycznie: a) prąd płynie w cewce 1; b) prąd płynie w cewce 2 [1] 

Na  skutek  przepływu  prądu 

1

w  cewce  1,  w  cewce  2  indukuje  się  siła  elektromotoryczna 

21

Na skutek przepływu prądu 

2

 w cewce 2, indukuje się siła elektromotoryczna 

12

 w cewce 1: 

t

i

M

e

=

1

21

   

t

i

M

e

=

2

12

 

– indukcyjność wzajemna, wyrażana w henrach. 

2

1

L

L

k

M

=

 

– współczynnik sprzężenia cewek (

1

=

k

sprzężenie idealne). 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

Zjawisko  indukcyjności  wzajemnej  jest  wykorzystywane  w  wielu  urządzeniach,  np. 

transformatorach.  Innym  z  zastosowań  tego  zjawiska  jest  układ  zapłonowy  w  silnikach 
samochodowych  (cewka  układu  zapłonowego  ma  dwa  uzwojenia).Opis  działania  znajduje  się 
w literaturze[1]. 

WYTWARZANIE NAPIĘCIA PRZEMIENNEGO 

Napięcie przemienne jest to napięcie, które w czasie zmienia swoją wartość i zwrot. 

Jeżeli te zmiany powtarzają się w pewnych określonych przedziałach czasowych (okresach), 

to wielkości te nazywa się okresowymi. Przebieg powtarzający się w drugiej połowie okresu co 
do wartości, ale zmieniający w połowie okresu swój kierunek, nazywa się przemiennym. 

Szczególnym przypadkiem napięcia przemiennego jest napięcie sinusoidalne – jego wartość 

w czasie zmienia się według sinusoidy. 

Powstawanie siły elektromotorycznej (napięcia źródłowego) oparte jest na zjawisku indukcji 

elektromagnetycznej: w zwoju w postaci ramki wirującym ze stałą prędkością w równomiernym 
polu  magnetycznym  indukuje  się  siła  elektromotoryczna  (napięcie  źródłowe).  Jej  wartość 
w każdej chwili można wyrazić zależnością: 

α

sin

lv

B

e

m

=

 

m

–  maksymalna  wartość  indukcji  megnetycznej, 

–  długość  czynna  ramki,  –  stała 

prędkość  wirowania, 

α –  kąt  zawarty  pomiędzy  płaszczyzną  zwoju  a  liniami  sił  pola 

magnetycznego,  wyrażenie 

m

m

E

lv

B

=

  jest  to  wartość  maksymalna  (amplituda)  siły 

elektromotorycznej. 

Napięcia  sinusoidalne  są  wytwarzane  w  elektrowniach  przemysłowych  przez  generatory 

(prądnice). 

Warunkiem  indukowania  się  siły  elektromotorycznej  w  prądnicy  jest  ruch  prętów  uzwojeń 

względem  pola  magnetycznego.  Nie  ma  znaczenia,  czy  porusza  się  magneśnica,  a  uzwojenie 
twornika  jest  nieruchome,  czy  też  wiruje  rozłożone  równomiernie  na  obwodzie  wirnika 
uzwojenie twornika, a magneśnica jest umieszczona na stojanie.  

 

Rys. 3. Dwa zwoje na stojanie prądnicy dwubiegunowej tworzące między sobą kąt 

α [1] 

W  przypadku,  gdy  prądnica  ma  jedną  parę  biegunów,  to  magneśnica  zatacza  kąt  pełny 

2π radianów w czasie  , natomiast w dowolnym czasie 

t

 zatacza kąt 

α , zatem: 

t

T

α

π

=

2

,        stąd:    

t

t

T

ω

π

α

=

=

2

 

ω  – prędkość kątowa (pulsacja). Jednostką pulsacji jest 1 radian na sekundę (1 rad/s) 

Przebieg siły elektromotorycznej w czasie opisuje zależność: 

t

E

e

ω

sin

m

=

 

Czas  = 0 jest początkiem obserwacji. 
Ponieważ  w  chwili  rozpoczęcia  obserwacji  ramka  może  znajdować  się  w  położeniu 

dowolnym, przyjmujemy, że kąt odchylenia ramki dla   = 0 wynosi: 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

10 

ψ

ω

α

+

=

t

 

α  – faza przebiegu sinusoidalnego 

ψ  – faza początkowa odpowiadająca chwili  = 0 

Zależności  powyższe  są  słuszne  dla  wszystkich  przebiegów  sinusoidalnych,  a  więc  także 

prądu i napięcia sinusoidalnie zmiennego. 

Napięcie sinusoidalne przy fazie początkowej różnej od zera (rys. 4) przedstawia zależność:  

)

sin(

m

ψ

ω

+

=

t

U

u

 

T

– okres przebiegu, jego jednostką jest [1s], jest to czas pełnego obrotu ramki  

Odwrotnością okresu jest częstotliwość  

T

f

1

=

 

Jednostką częstotliwości jest herc [1 Hz ] 

Częstotliwość przebiegu sinusoidalnego jest to ilość okresów przypadająca na 1 sekundę. 
 

 

Rys. 4. Wykres czasowy napięcia sinusoidalnego 

Pulsację 

ω  można wyrazić: 

f

π

2

=

ω

 

Przy  przedstawianiu  przebiegów  sinusoidalnych  wielkości  elektrycznych  można  na  oś 

x nanieść podziałkę czasu ( ), a także kąta ( t

ω ). 

Przy  obliczaniu  obwodów  prądu  sinusoidalnego  posługujemy  się  pojęciem  wartości 

skutecznej prądu i napięcia oraz pojęciem wartości średniej. 

Interpretacja fizyczna wartości skutecznej prądu jest następująca: 
Wartością  skuteczną  prądu  sinusoidalnego  nazywamy  taką  wartość  prądu  stałego,  który 

przepływając przez niezmienną rezystancję 

R

 w czasie odpowiadającym jednemu okresowi 

T

spowoduje  wydzielenie  się  na  tej  rezystancji  takiej  samej  ilości  energii  cieplnej,  co  prąd 
sinusoidalny w tym samym czasie. 

Można dowieść, że wartość skuteczna: 

m

m

I

I

I

707

,

0

2

=

 

Wartość skuteczna prądu sinusoidalnego jest równa jego amplitudzie podzielonej przez 

2 . 

Analogicznie określa się wartość skuteczną innych wielkości sinusoidalnych: 

m

m

U

U

U

707

,

0

2

=

 

m

m

E

E

E

707

,

0

2

=

 

Do  pomiaru  wartości  skutecznej  prądów  i  napięć  służą  mierniki  elektromagnetyczne 

i elektrodynamiczne.  Miernikami  magnetoelektrycznymi  można  mierzyć  napięcia  i  prądy 
wyprostowane,  tzn.  takie,  których  wartość  jest  zawsze  dodatnia.  Dla  prądu  i  napięcia 
sinusoidalnego wyprostowanego całofalowo określa się tzw. wartość średnią półokresową: 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

11 

m

m

śr

637

,

0

2

I

I

I

=

π

 

 

m

m

śr

637

,

0

2

U

U

U

=

π

 

Wartość średnia całookresowa dla przebiegu sinusoidalnego wynosi zero. Przebiegi, których 

wartość średnia całookresowa jest równa zeru, nazywamy przebiegami przemiennymi.  

Przebiegi  sinusoidalne  o  jednakowej  pulsacji  nazywamy  synchronicznymi.  Przesunięcie 

fazowe tych przebiegów jest równe 

2

1

ψ

ψ

. Tutaj napięcie 

1

u

 wyprzedza napięcie 

2

u

.

  

Napięcie i prąd sinusoidalne w ogólnej postaci można zapisać: 

)

sin(

u

m

ψ

ω

+

=

t

U

u

 

 

)

sin(

i

m

ψ

ω

+

=

t

I

i

 

Różnicę  faz  początkowych  dwóch  wielkości  sinusoidalnych  nazywamy  przesunięciem 

fazowym. 

Przesunięcie  fazowe  między  prądem,  a  napięciem  oznaczamy  literą 

ϕ

  i  obliczamy 

następująco: 

i

u

ψ

ψ

ϕ

=

 

Faza początkowa jednej z tych wielkości może być przyjęta dowolnie, ale druga już od niej 

zależy. Jeżeli przyjmiemy, że  np. 

0

u

=

ψ

, to 

i

 

ψ

ϕ

=

: 

t

U

u

ω

sin

m

=

 

 

)

sin(

m

ϕ

ω

+

=

t

I

i

 

 

Rys. 5. Ilustracja przesunięcia fazowego prądu względem napięcia na wykresie czasowym 

Na rysunku 5 przedstawiony jest wykres czasowy prądu i napięcia. 
Wielkości sinusoidalne można przedstawiać za pomocą wektorów. Na tym samym wykresie 

wektorowym  można  przedstawić  kilka  przebiegów  sinusoidalnych  synchronicznych.  Należy 
pamiętać,  że  dodawać  i  odejmować  można  tylko  te  same  wielkości  fizyczne  (dotyczy  to 
wykonywania działań w każdej postaci, także na wartościach chwilowych). Na jednym wykresie 
wektorowym  mogą  być  przedstawione prąd  i  napięcie  dla  tego  samego  obwodu, ale  nie  wolno 
ich dodawać! 

Wartość skuteczna   sumy dwóch wielkości sinusoidalnych: 

– zgodnych w fazach jest równa sumie algebraicznej ich wartości skutecznych: 

2

1

U

U

U

+

=

 

–  o  fazach  różniących  się  o  π/2  (90

o

)  jest  równa  pierwiastkowi  drugiego  stopnia  z  sumy 

kwadratów  wartości  skutecznych  (stosujemy  twierdzenie  Pitagorasa  do  obliczenia  sumy 
wektorów): 

2

2

2

1

U

U

U

+

=

 

– o fazach przeciwnych ((będących w przeciwfazie)  jest równa różnicy arytmetycznej wartości 
skutecznych: 

2

1

U

U

U

=

 

Suma kilku przebiegów sinusoidalnych o pulsacji 

ω  jest wielkością sinusoidalną o tej samej 

pulsacji. 

Mierniki  mierzą  wartości  skuteczne  prądów  i  napięć,  dlatego  działania  na  wektorach  przy 

obliczaniu obwodów praktycznie jest wykonywać dla wartości skutecznych. 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

12 

Do  obserwacji  i  pomiaru  napięcia,  prądu  (pośrednio),  częstotliwości,  amplitudy  oraz 

przesunięcia  fazowego  przebiegów  przemiennych  bardzo  dogodnym  przyrządem  jest 
oscyloskop.  Jego  budowę  i  zasadę  działania  oraz  sposób  pomiarów  przedstawiono  bardzo 
dokładnie w pozycji 3 literatury. [1] 

 

4.1.2. Pytania sprawdzające 

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

1. Na czym polega zjawisko indukcji elektromagnetycznej i jakie ma zastosowanie? 
2. Z  jakiej  zależności  korzystamy  obliczając  wartość  siły  elektromotorycznej  w  przewodzie 

poruszającym się w polu magnetycznym, w cewce obejmującej strumień magnetyczny 

Φ

3. Na czym polega zjawisko indukcji własnej? 
4. Z  jakiej  zależności  korzystamy  obliczając  wartość  siły  elektromotorycznej  indukowanej 

w cewce przy zmianie prądu? 

5. Co nazywamy indukcyjnością własną cewki, w jakich jednostkach ją wyrażamy? 
6. O jakich cewkach mówimy, że są sprzężone magnetycznie? 
7. Jak określamy siłę elektromotoryczną (napięcie) indukcji wzajemnej? 
8. Jak obliczamy indukcyjność wzajemną dwóch cewek sprzężonych magnetycznie? 
9. Jakie wielkości charakteryzują przebieg sinusoidalny? 

10. Jak obliczamy wartość skuteczną prądu? Jaka jest jej interpretacja fizyczna? 
11. Co to jest wartość średnia prądu? 
12. Co to jest wykres wektorowy a co czasowy? 
13. Jak obliczamy wartość skuteczną sumy (różnicy) przebiegów przesuniętych w fazie o 90

o

 

4.1.3. Ćwiczenia 

 

Ćwiczenie 1   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Zinterpretuj  zjawiska  zachodzące  w  układzie  zapłonowym  samochodu.  Oblicz wartość  siły 

elektromotorycznej  indukowanej  w  uzwojeniu  wtórnym  cewki  zapłonowej,  jeżeli  prąd 
w uzwojeniu  pierwotnym  zanika  liniowo  od  wartości  2  A  do  zera  w  czasie  0,1  ms, 
a indukcyjność wzajemna 

H.

 

7

,

0

=

M

 

 

Sposób wykonania ćwiczenia 

 

Aby poprawnie wykonać ćwiczenie, powinieneś: 

1)  narysować schemat układu zapłonowego, 

2)  obserwować demonstrację budowy i działania cewki przeprowadzoną przez nauczyciela, 

3)  opisać działanie tego układu ze wskazaniem wykorzystanych zjawisk, 

4)  wykonać obliczenia dla cewki o danych podanych w treści ćwiczenia, 

5)  zapisać i sformułować wnioski, 

6)  ocenić jakość wykonania ćwiczenia. 

 
Wyposażenie stanowiska pracy: 

  model układu zapłonowego, 

  podręcznik z wykazu literatury [1] 

  przybory do rysowania, 

  kalkulator. 

 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

13 

Ćwiczenie 2 

Oblicz  wartość  skuteczną  napięcia  i  częstotliwość na  podstawie  przebiegu  czasowego tego 

napięcia przedstawionego na rysunku. Okres 

ms.

 

20

 

=

T

 

 

  

Sposób wykonania ćwiczenia 

 

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 

1)  określić amplitudę napięcia, 
2)  obliczyć wartość skuteczną i częstotliwość napięcia, 
3)  ocenić poprawność wykonania ćwiczenia. 

 
Wyposażenie stanowiska pracy: 

  rysunek przedstawiający przebieg sinusoidalny z naniesioną podziałką, 

  kalkulator. 

 
Ćwiczenie 3 

Oblicz  częstotliwość  i  wartość  skuteczną  prądu  sinusoidalnego: 

)

/2

sin(628

  

4,23

π

t

i

+

=

oraz przedstaw go na wykresie czasowym.

  

 
Sposób wykonania ćwiczenia 

 

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 

1)  określić  amplitudę,  pulsację  i  fazę  początkową  prądu  na  podstawie  zależności  na  wartość 

chwilową, 

2)  obliczyć częstotliwość, okres i wartość skuteczną prądu, 
3)  nanieść podziałki na osie i naszkicować wykres czasowy prądu w przyjętej skali, 
4)  oznaczyć na wykresie wartość maksymalną, okres, fazę początkową.  

 
Wyposażenie stanowiska pracy: 

  papier milimetrowy, kalkulator. 

 

4.1.4. Sprawdzian postępów 

 

Czy potrafisz: 

Tak 

Nie 

1)  scharakteryzować zjawisko indukcji elektromagnetycznej? 

 

 

2)  wskazać przykłady wykorzystania zjawiska indukcji elektromagnetycznej? 

 

 

3)  obliczyć wartość siły elektromotorycznej indukowanej w przewodzie, cewce? 

 

 

4)  obliczyć wartość napięcia indukcji własnej, wzajemnej? 

 

 

5)  określić parametry przebiegu sinusoidalnego na podstawie jego wykresu 

czasowego i zapisu matematycznego? 

 

 

6)  obliczyć okres, częstotliwość, pulsację? 

 

 

7)  narysować wykres czasowy i wektorowy wielkości sinusoidalnej? 

 

 

8)  obliczyć wartość skuteczną i średnią przebiegu sinusoidalnego? 

 

 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

14 

4.2. Elementy R, L, C w obwodzie prądu sinusoidalnego   

 

 

 

4.2.1. Materiał nauczania 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rezystory,  cewki,  kondensatory  nazywamy  elementami  idealnymi  R,  L,  C,  jeżeli  każdy 

z nich zawiera tylko jeden parametr (odpowiednio: rezystancję, indukcyjność, pojemność). 

W  elementach  rzeczywistych  należy  uwzględniać  pozostałe  parametry:  pojemność  i  (lub) 

indukcyjność  występujące  w  rezystorze, rezystancję  cewki  (jest  nawinięta  z  drutu  nawojowego 
o określonej  rezystywności),  rezystancję  upływową  dielektryka  w  kondensatorze.  Przy 
obliczaniu  prądu  w  dwójniku  korzystamy  z  prawa  Ohma,  które  jest  spełnione  zarówno 
w odniesieniu do wartości chwilowych, amplitud, jak i do wartości skutecznych. 

 

REZYSTOR ZASILANY NAPIĘCIEM SINUSOIDALNYM 
 
Jeżeli rezystor idealny zasilimy napięciem sinusoidalnym (rys. 6): 

t

U

u

ω

sin

m

=

, to w obwodzie popłynie prąd:   

t

I

R

t

U

R

u

i

ω

ω

sin

sin

m

m

=

=

=

 

 

Rys. 6. Rezystor zasilany napięciem sinusoidalnym: a) schemat obwodu, b) wykres czasowy napięcia i prądu, 

c) wykres wektorowy [1] 

Amplituda prądu: 

 

 

R

U

I

m

m

=

 

Wartość skuteczna prądu: 

R

U

I

=

 

Dla idealnego rezystora napięcie i prąd są w fazie: 

0

i

u

=

=

ψ

ψ

ϕ

 

 

CEWKA O INDUKCYJNOŚCI 

L

 W OBWODZIE PRĄDU SINUSOIDALNEGO 

 
Jeżeli przez idealną cewkę o indukcyjności 

L

 (rys. 7) płynie prąd sinusoidalny:

,

sin

m

t

I

i

ω

=

 to: 

– napięcie na jej zaciskach wynosi: 

)

2

/

sin(

cos

m

m

π

ω

ω

ω

+

=

=

t

U

t

LI

u

),  

– amplituda napięcia: 

,

m

m

LI

U

ω

=

 

– wartość skuteczna napięcia: 

.

LI

U

ω

=

 

Oznaczamy: 

fL

L

X

π

ω

2

L

=

=

 – reaktancja indukcyjna (opór bierny indukcyjny); jej jednostką jest 1om (1Ω). 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

15 

 

Rys. 7. Cewka idealna w obwodzie pądu sinusoidalnego: a) schemat obwodu, b) wykres czasowy napięcia i prądu, 

c) wykres wektorowy [1] 

W obwodzie z cewką idealną napięcie wyprzedza prąd o kąt fazowy 

.

π/2

=

ϕ

 

Wartość skuteczna prądu w obwodzie z cewką idealną: 

L

X

U

I

=

 

Reaktancja  indukcyjna  jest  wprost  proporcjonalna  do  częstotliwości  .  Oznacza  to,  że 

jeżeli  → ∞ reaktancja  indukcyjna również dąży do nieskończoności, a dla 

f

= 0 (prąd stały) 

,

0

L

=

X

 co można interpretować następująco: w obwodzie prądu stałego idealna cewka stanowi 

zwarcie. W obwodzie z cewką rzeczywistą dla 

f

= 0 prąd jest ograniczony tylko jej rezystancją. 

 

KONDENSATOR ZASILANY NAPIĘCIEM SINUSOIDALNYM 

Jeżeli do idealnego kondensatora o pojemności C (rys. 8) przyłożymy napięcie sinusoidalne  

t

U

u

ω

sin

m

=

, to w obwodzie popłynie prąd: 

)

2

/

π

sin(

cos

cos

m

m

m

+

=

=

=

t

I

t

I

t

CU

i

ω

ω

ω

ω

 

 

Rys. 8. Kondensator zasilany napięciem sinusoidalnym: a) schemat obwodu, b) wykres czasowy napięcia i prądu, 

c) wykres wektorowy dla amplitud [1] 

W obwodzie z idealnym kondensatorem napięcie opóźnia się względem prądu o kąt fazowy 

2

/

 π

=

ϕ

. Prąd wyprzedza napięcie o π/2. 

Wartość maksymalna prądu: 

.

m

m

CU

I

ω

=

 

Wartość skuteczna prądu: 

.

CU

I

ω

=

 

Wielkość 

 

fC

C

X

π

ω

2

1

1

C

=

=

 – reaktancja pojemnościowa. Jej jednostką jest 1om (1Ω). 

Prawo Ohma dla obwodu zawierającego idealny kondensator przyjmuje postać: 

C

X

U

I

=

 

Reaktancja pojemnościowa 

C

 jest odwrotnie proporcjonalna do częstotliwości 

f

Oznacza to, że: 

 

w obwodzie prądu stałego idealny kondensator stanowi przerwę, 

 

przy nieskończenie dużej częstotliwości prądu idealny kondensator powoduje zwarcie. 

 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

16 

Pomiar pojemności kondensatora metodą techniczną 

Przy  założeniu,  że  rezystancja  dielektryka  kondensatora  jest  nieskończenie  duża 

(kondensator idealny), sposób postępowania przy tej metodzie jest następujący: 

 

włączamy  kondensator  w  obwód  napięcia  przemiennego  (jak  na  rysunku  8a)  o  znanej 
częstotliwości, 

 

mierzymy prąd, napięcie, 

 

z prawa Ohma wyznaczamy reaktancję kondensatora: 

I

U

X

=

C

 

wykorzystujemy zależność: 

fC

X

C

π

2

1

=

 i obliczamy pojemność 

C

2

1

fX

C

π

=

  

 
4.2.2. Pytania sprawdzające 

 

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

1.  Jaki element nazywamy idealnym?  
2.  Jak  obliczamy  wartość  skuteczną  prądu  sinusoidalnego  płynącego  przez  rezystor  idealny? 

Czy ten prąd zależy od częstotliwości napięcia zasilającego? 

3.  Jaką zależnością określamy reaktancję indukcyjną, pojemnościową? Jaka jest jej jednostka?  
4.  Jak obliczamy wartość skuteczną prądu w obwodzie z idealną cewką?  
5.  Jak obliczamy wartość skuteczną prądu w obwodzie z idealnym kondensatorem? 
6.  Jakie  jest  przesunięcie  fazowe  między  napięciem  a  prądem  w  obwodzie  z  idealnym 

kondensatorem? 

7.  Jak można zmierzyć pojemność kondensatora metodą techniczną? 

 
4.2.3. Ćwiczenia 

 

Ćwiczenie 1 

Oblicz  wartość  skuteczną  napięcia,  jakim  zasilana  jest  idealna  cewka  o  indukcyjności 

mH,

 

10

=

L

 jeżeli płynie przez nią prąd 

A.

 

)

/2

sin(314

  

10

π

t

i

=

 Dla wartości skutecznych prądu 

i napięcia wykonaj wykres wektorowy w przyjętej skali. 
 

Sposób wykonania ćwiczenia 

 

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 

1)  obliczyć wartość skuteczną prądu oraz częstotliwość, 
2)  obliczyć reaktancję indukcyjną, 
3)  obliczyć wartość skuteczną napięcia, 
4)  przyjąć skalę dla napięcia i skalę dla prądu i narysować wykres, 
5)  ocenić poprawność wykonania ćwiczenia. 
 

Wyposażenie stanowiska pracy: 

 

przybory do rysowania, papier milimetrowy, 

 

kalkulator. 

 
 
 
 
 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

17 

Ćwiczenie 2 

Zmierz pojemność kondensatora metodą techniczną. 

 

Rysunek do ćwiczenia [4] 

 

Sposób wykonania ćwiczenia 

 

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 

1)  zmontować układ pomiarowy według schematu, 
2)  przedstawić nauczycielowi układ pomiarowy do sprawdzenia, 
3)  odczytać i zanotować wartości wskazane przez mierniki, 
4)  obliczyć reaktancję pojemnościową, 
5)  obliczyć pojemność kondensatora, 
6)  ocenić,  jak  by  się  zmienił  prąd  w  obwodzie,  gdyby  częstotliwość  napięcia  wzrosła 

dwukrotnie, 

7)  ocenić poprawność wykonania ćwiczenia. 

 
Wyposażenie stanowiska pracy: 

 

schemat układu pomiarowego, 

 

kondensator, 

 

autotransformator, 

 

woltomierz i amperomierz elektromagnetyczny, 

 

częstotliwościomierz, 

 

przybory do rysowania, 

 

kalkulator. 

 
4.2.4. Sprawdzian postępów 

 

Czy potrafisz: 

Tak 

Nie 

1)  określić zależność między wartościami chwilowymi prądu i napięcia dla 

idealnych elementów R, L i C?  

 

 

2)  napisać zależność na wartość chwilową prądu przy podanej wartości 

chwilowej napięcia na elementach R, L i C? 

 

 

3)  narysować wykres czasowy i wektorowy napięcia i prądu dla dwójników 

zawierających R, L lub C? 

 

 

4)  obliczyć reaktancję pojemnościową i indukcyjną? 

 

 

5)  zastosować prawo Ohma dla wartości skutecznych i amplitud w obwodzie 

zawierającym idealny element R, L lub C?  

 

 

6)  zanalizować wpływ zmian częstotliwości na wartość prądu w obwodzie?  

 

 

 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

18 

4.3. Połączenie szeregowe elementów R, L, C   

 

 

 

 

4.3.1. Materiał nauczania 

 

 

 

 

 

 
SZEREGOWE POŁĄCZENIE R i L 
 

Szeregowe połączenie R i L to zarówno połączenie idealnego rezystora z idealną cewką, jak 

też schemat zastępczy rzeczywistej cewki o indukcyjności 

L

 i rezystancji 

R

 (rys. 9). 

 

Rys. 9. Gałąź szeregowa RL zasilana napięciem sinusoidalnym: a) schemat dwójnika, b) wykres czasowy napięć 

i prądu, c) wykres wektorowy napięć [1] 

W tym obwodzie: 

L

R

u

u

u

+

=

 

Jeżeli : 

t

I

i

ω

sin

m

=

,  to: 

)

sin(

m

ϕ

ω

+

=

t

U

u

 

ϕ

 – kąt przesunięcia fazowego: 

i

u

ψ

ψ

ϕ

=

 

Dodawaniu  wartości  chwilowych  napięć  zgodnie  z  drugim  prawem  Kirchhoffa  odpowiada 

dodawanie geometryczne wektorów odwzorowujących te napięcia. 
Dla wartości skutecznych: 

L

R

U

U

U

+

=

 

Moduł napięcia ma wartość:   

I

X

R

U

U

U

 

2

L

2

2

L

2

R

+

=

+

=

 

Oznaczamy: 

Z

X

R

=

+

2

L

2

 

Z

 – impedancja dwójnika szeregowego RL; jednostką impedancji jest 1Ω. 

Prawo Ohma dla dwójnika RL zasilanego napięciem sinusoidalnym: 

ZI

U

=

 

Napięcia na elementach obwodu szeregowego obliczamy z prawa Ohma, czyli: 

RI

U

=

R

 

I

X

U

L

L

=

,

  

 

ZI

U

=

 

Po podzieleniu  boków trójkąta  napięć przez  prąd    otrzymujemy trójkąt  impedancji  o  bokach: 
R, X

L

, Z, który jest trójkątem podobnym do trójkąta napięć. 

 

Rys. 10. Trójkąty: a) napięć, b) impedancji dla szeregowego połączenia R i L [1] 

Wynika z niego, że:    

ϕ

cos

Z

R

=

,   

ϕ

sin

L

Z

X

=

,  

Z

R

=

ϕ

cos

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

19 

Kąt 

ϕ

 dla dwójnika RL jest dodatni zawarty w przedziale 

2

0

π

ϕ

 

 
SZEREGOWE POŁĄCZENIE R i C 

Szeregowe połączenie rezystora o rezystancji 

R

 i kondensatora o pojemności 

 zasilanych 

napięciem sinusoidalnym oraz wykresy dla tego dwójnika przedstawia rys. 11. 

 

Rys. 11. Gałąź szeregowa RC: a) schemat dwójnika, b) wykres wektorowy, c) wykres czasowy napięć i prądu [1] 

W tym obwodzie: 

C

R

u

u

u

+

=

 

Jeżeli : 

t

I

i

ω

sin

m

=

,   to: 

)

sin(

m

ϕ

ω

+

=

t

U

u

Dla wartości skutecznych: 

 

C

R

U

U

U

+

=

 

oraz: 

I

X

R

U

U

U

 

2

C

2

2

C

2

R

+

=

+

=

 

Oznaczamy: 

2

C

2

X

R

Z

+

=

 

Z

 – impedancja dwójnika szeregowego RC; jednostką impedancji jest 1 om (1Ω). 

ϕ

 – kąt przesunięcia fazowego: 

i

u

ψ

ψ

ϕ

=

 

Prawo Ohma dla dwójnika RC zasilanego napięciem sinusoidalnym: 

ZI

U

=

 

Moduły  napięć  są  proporcjonalne  do  prądu,  czyli: 

RI

U

=

R

I

X

U

C

C

=

,

 

ZI

U

=

.  Trójkąt 

impedancji o bokach R, X

C

, Z jest trójkątem podobnym do trójkąta napięć. Wynika z niego, że : 

ϕ

cos

Z

R

=

,   

ϕ

sin

Z

X

C

=

 

Z

R

=

ϕ

cos

 

Z

X

C

=

ϕ

sin

;  

 

Rys. 12. Trójkąty: a) napięć, b) impedancji dla szeregowego połączenia R i C [1] 

Kąt 

ϕ

 dla dwójnika RC jest ujemny, zawarty w przedziale: 

0

2

ϕ

π

 

SZEREGOWE POŁĄCZENIE R, L, C 
W  szeregowym  obwodzie  RLC  (rys.  13)  można  zastosować  II  prawo  Kirchhoffa  dla  wartości 
chwilowych lub wektorów napięć. 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

20 

 

Rys. 13. Szeregowa gałąź RLC: a) schemat układu, b) wykres wektorowy dla 

C

L

X

X

>

, c) trójkąt napięć, 

d) trójkąt impedancji [1] 

W tym obwodzie: 

C

L

R

u

u

u

u

+

+

=

 

Jeżeli :   

t

I

i

ω

sin

m

=

 to: 

 

)

sin(

m

ϕ

ω

+

=

t

U

u

 

ϕ

 – kąt przesunięcia fazowego: 

i

u

ψ

ψ

ϕ

=

 

Dla wartości skutecznych: 

 

C

L

R

U

U

U

U

+

+

=

 

oraz: 

 

 

 

I

X

X

R

U

U

 

)

(

)

U

(

U

2

C

L

2

2

C

L

2
R

+

=

+

=

 

Oznaczamy: 

2

2

2

C

L

2

)

(

X

R

X

X

R

Z

+

=

+

=

 

Z

 – impedancja dwójnika szeregowego RLC; jednostką impedancji jest 1 Ω. 

C

L

X

X

X

=

 – reaktancja gałęzi RLC 

Prawo Ohma dla gałęzi szeregowo połączonych RLC, zasilanej napięciem sinusoidalnym: 

ZI

U

=

 

Kąt  przesunięcia  fazowego: 

i

u

ψ

ψ

ϕ

=

  dla  dwójnika  RLC  jest  zawarty  w  przedziale: 

2

2

π

ϕ

π

 

Rys. 14. Wykresy dla układu szeregowej gałązi RLC dla 

C

L

X

X

<

: a) wykres wektorowy, b) trójkąt napięć, 

c) trójkąt impedancji [1] 

Jeżeli: 

0

>

X

 (gdy 

C

L

X

X

>

) – to kąt 

ϕ

 jest dodatni – obwód ma charakter indukcyjny

,

 

0

<

X

 (gdy 

C

L

X

X

<

) – to kąt 

ϕ

 jest ujemny – obwód ma charakter pojemnościowy, 

0

=

X

  (gdy 

C

L

X

X

=

)  –  to  kąt 

ϕ

  jest  równy  zeru  –  obwód  ma  charakter  rezystancyjny, 

w obwodzie zachodzi rezonans. 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

21 

Rezonans w tym obwodzie nazywamy rezonansem napięć lub rezonansem szeregowym. 
Dla rezonansu: 

 

 

0

C

L

=

=

X

X

X

 

C

L

X

X

=

 

C

L

ω

ω

1

=

 

R

X

X

R

Z

=

+

=

2

C

L

2

)

(

 

 

Rys. 15. Wykres napięć dla układu szeregowego RLC: dla 

C

L

X

X

=

 – układ w stanie rezonansu [1] 

Częstotliwość,  przy  której  zachodzi  rezonans  w  obwodzie  nazywamy  częstotliwością 

rezonansową: 

LC

f

o

π

2

1

=

  

W stanie rezonansu napięć: 

C

L

U

U

=

;      

R

U

U

=

;        

R

U

I

=

;        

0

=

ϕ

 

 

reaktancja pojemnościowa jest równa reaktancji indukcyjnej, 

 

impedancja obwodu jest równa rezystancji, przesunięcie fazowe jest równe zeru, 

 

napięcie na cewce jest równe napięciu na kondensatorze, a suma wektorów tych napięć jest 
równa zeru (całkowita kompensacja napięć), 

 

prąd w obwodzie osiąga największą wartość, 

 

wypadkowa moc bierna układu jest równa zeru. 
W  stanie  rezonansu  napięć  prąd  w  obwodzie  może  osiągać  bardzo  duże  wartości  –  przy 

małej rezystancji 

R

 źródło pracuje w warunkach zbliżonych do zwarcia. 

Napięcia  na  elementach  L  i  C  mogą  osiągać  znaczne  wartości,  dużo  większe  od  napięcia 

zasilającego.  Zjawisko  to  nazywamy  przepięciem.  Przepięcia  są  zjawiskiem  niekorzystnym 
w obwodach elektroenergetycznych. 

Dla obwodu rezonansowego szeregowego można określić dobroć obwodu 

R

X

U

U

Q

L

R

L

=

=

 

BADANIE OBWODÓW RLC 

Badając  obwody  RLC  możemy  na  podstawie  pomiarów  określić  rozkład  napięć  na 

poszczególnych  elementach  połączonych  szeregowo  lub  rozpływ  prądów  w  połączeniach 
równoległych.  Za  pomocą  pomiarów  można  również  wyznaczyć  częstotliwość  rezonansową 
obwodu. 

Parametry  obwodów  RLC  można  wyznaczyć  pośrednio,  mierząc  prąd,  napięcie, 

częstotliwość i wykorzystując zależności zachodzące w tych obwodach. 
 
Pomiar indukcyjności cewki rzeczywistej metodą techniczną 

Sposób postępowania przy tej metodzie jest następujący: 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

22 

 

włączamy  cewkę  w  obwód  napięcia  stałego,  mierzymy  prąd  i  napięcie  i  z  prawa  Ohma 

wyznaczamy  rezystancję  cewki: 

I

U

R

=

  (lub  przed  załączeniem  napięcia  mierzymy 

rezystancję cewki omomierzem), 

 

włączamy cewkę w obwód napięcia przemiennego o znanej częstotliwości, mierzymy prąd, 

napięcie i z prawa Ohma wyznaczamy impedancję cewki: 

I

U

Z

=

 

 

z zależności: 

2

2

L

X

R

Z

+

=

 wyznaczamy reaktancję cewki: 

2

2

R

Z

X

L

=

 

 

wykorzystujemy zależność: 

fL

X

π

2

L

=

 i obliczamy indukcyjność cewki 

f

X

L

L

π

2

=

  

Dla  rzeczywistej  cewki  możemy  sporządzić  wykresy  wektorowe  oraz  trójkąty  impedancji 

i mocy jak dla dwójnika składającego się z idealnych elementów R i L. 
 
Pomiar indukcyjności cewki lub pojemności kondensatora metodą rezonansową 

Metoda ta polega na wykorzystaniu równości reaktancji indukcyjnej i pojemnościowej przy 

rezonansie  napięć.  Regulując  częstotliwość  napięcia  zasilającego  w  szeregowym  połączeniu 
RLC  mierzymy  napięcie  na  rezystorze  R  woltomierzem  o  dużej  rezystancji  wewnętrznej.  Przy 
rezonansie  napięcie  to  ma  największą  wartość.  Mając  wzorcowy  kondensator  o  znanej 
pojemności  możemy  wyznaczyć  indukcyjność  cewki  lub  posiadając  cewkę  o  znanej 
indukcyjności, wyznaczyć pojemność kondensatora. 

W  przypadku  braku  prądu  po  podaniu  napięcia  do  obwodu  należy  przypuszczać,  że 

w obwodzie  wystąpiła  przerwa.  Należy  wówczas  w  stanie  beznapięciowym  zlokalizować 
przerwę  za  pomocą  omomierza  lub  zachowując  środki  ostrożności  sprawdzać  układ 
woltomierzem przy włączonym napięciu.[1, 3] 

 
4.3.2. Pytania sprawdzające 

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

1.  Jakie  wartości  może  przyjmować  kąt  przesunięcia  fazowego 

ϕ

  w  dwójniku  szeregowym 

RL, a jakie w RC?  

2.  Jak obliczamy impedancję dwójnika szeregowego RL? Jaka jest jej jednostka? 
3.  Jak obliczamy wartość skuteczną prądu sinusoidalnego płynącego przez dwójnik szeregowy 

RL? Czy ten prąd zależy od częstotliwości napięcia zasilającego? 

4.  Jak obliczamy impedancję dwójnika szeregowego RC? Jaka jest jej jednostka? 
5.  Jak obliczamy wartość skuteczną prądu sinusoidalnego płynącego przez dwójnik szeregowy 

RC? Czy ten prąd zależy od częstotliwości napięcia zasilającego? 

6.  Jakie  wartości  może  przyjmować  kąt  przesunięcia  fazowego 

ϕ

  w  dwójniku  szeregowym 

RLC?  

7.  Jak obliczamy impedancję dwójnika szeregowego RLC? 
8.  Jak obliczamy wartość skuteczną prądu sinusoidalnego płynącego przez dwójnik szeregowy 

RLC? Czy ten prąd zależy od częstotliwości napięcia zasilającego? 

9.  Na czym polega metoda techniczna pomiaru indukcyjności cewki? 
 
 
 
 
 

 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

23 

4.3.3. Ćwiczenia 

 
Ćwiczenie 1 

Oblicz  wartość  prądu  płynącego  przez  rzeczywistą  cewkę  o  rezystancji 

=

 

5

R

 

i indukcyjności 

mH,

 

9

,

31

=

L

 do której końców doprowadzono napięcie sinusoidalne o wartości 

skutecznej 

V

 

110

=

U

 i częstotliwości 

Hz.

 

50

=

f

 Narysuj trójkąt napięć i trójkąt impedancji dla 

tego obwodu. Cewkę traktujemy jako szeregowe połączenie R i L. 
 

Sposób wykonania ćwiczenia 

 

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 

1)  obliczyć reaktancję i impedancję cewki, 
2)  obliczyć prąd płynący przez cewkę, 
3)  obliczyć składowe napięć 

R

 i 

L

,  

4)  narysować wykres wektorowy i trójkąt impedancji, 
5)  ocenić jakość wykonania ćwiczenia. 
 

Wyposażenie stanowiska pracy: 

  przybory do rysowania, papier milimetrowy, 

  kalkulator. 

 
Ćwiczenie 2 

Oblicz wartość napięcia  zasilającego układ szeregowo połączonych: rezystora o rezystancji 

=

 

600

R

  i  kondensatora  o  pojemności 

μF,

 

4

=

C

  jeżeli  wartość  skuteczna  prądu  płynącego 

w tym obwodzie wynosi 

mA,

 

200

=

I

 a jego częstotliwość 

Hz.

 

50

=

f

 

 

Sposób wykonania ćwiczenia 

 

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 

1)  narysować dwójnik RC i oznaczyć napięcia i prąd, 
2)  obliczyć wielkości niezbędne do narysowania trójkąta impedancji i wykresu wektorowego, 
3)  narysować wykres wektorowy dla tego dwójnika i trójkąt impedancji, 
4)  obliczyć napięcie zasilające układ, 
5)  porównać  wartość  napięcia  zasilania:  obliczoną  oraz  uzyskaną  wykreślnie  i zinterpretować 

wynik porównania. 

 

Wyposażenie stanowiska pracy: 

  przybory do rysowania, papier milimetrowy, 

  kalkulator, 

 
Ćwiczenie 3 

W  układzie  jak  na  załączonym  schemacie  wyznacz  indukcyjność  cewki  metodą 

rezonansową. 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

24 

 

Rysunek do ćwiczenia 

 

Sposób wykonania ćwiczenia 

 

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 

1)  zaproponować tok postępowania (w opisie czynności należy wykorzystać numery zacisków 

naniesione na schemat), 

2)  zapisać zależności potrzebne do wykonania obliczeń, 
3)  wykonać pomiary według zatwierdzonego przez nauczyciela toku postępowania, 
4)  wykonać obliczenia, 
5)  sformułować  wnioski,  rozważyć  możliwość  wykonania  pomiaru  nieznanej  pojemności 

w tym układzie, 

6)  ocenić wykonanie ćwiczenia.  
 

Wyposażenie stanowiska pracy: 

 

schemat układu, 

 

generator akustyczny, 

 

cewka indukcyjna bezrdzeniowa, 

 

kondensator wzorcowy, 

 

rezystor laboratoryjny, 

 

woltomierz, 

 

literatura [2]. 

 

4.3.4. Sprawdzian postępów 
 

Czy potrafisz: 

Tak 

Nie 

1)  obliczyć reaktancje i impedancje dwójników szeregowych RL, RC i RLC?  

 

 

2)  zastosować prawo Ohma dla wartości skutecznych i amplitud w obwodzie 

szeregowym RL, RC i RLC?  

 

 

3)  zastosować II prawo Kirchhoffa dla obwodu szeregowego RLC? 

 

 

4)  obliczyć prąd i napięcia na elementach R, L i C dwójników szeregowych 

RL, RC i RLC? 

 

 

5)  narysować wykresy wektorowe dwójników szeregowych RL, RC i RLC? 

 

 

6)  określić charakter dwójnika na podstawie wykresu wektorowego? 

 

 

7)  zanalizować wpływ zmian parametrów R, L i C obwodu na charakter tego 

obwodu? 

 

 

8)  scharakteryzować zjawisko rezonansu napięć?  

 

 

9)  zmierzyć prądy i napięcia w obwodach RLC? 

 

 

10) wykorzystać poznane zależności i zjawiska do pomiaru indukcyjności 

cewek i pojemności kondensatorów?  

 

 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

25 

4.4. Połączenie równoległe elementów R, L, C  
 

4.4.1. Materiał nauczania 

 
RÓWNOLEGŁE POŁĄCZENIE R i L 

Dla równoległego połączenia R i L (rys. 16) , zgodnie z I prawem Kirchhoffa: 

L

R

i

i

i

+

=

 

 

Rys. 16. Układ równoległy RL: a) schemat, b) wykres wektorowy, c) wykres czasowy [1] 

Jeżeli napięcie zasilające dwójnik ma wartość: 

t

U

u

ω

sin

m

=

to: 

t

R

U

R

u

i

ω

sin

m

R

=

=

,  

)

2

sin(

L

m

L

L

π

ω

=

=

t

X

U

X

u

i

,   

)

sin(

m

ϕ

ω

=

t

I

i

ϕ

 – kąt przesunięcia fazowego: 

i

u

ψ

ψ

ϕ

=

 

Wektor prądu 

I

 pobieranego przez dwójnik RL: 

L

R

I

I

I

+

=

 

Moduł wartości skutecznej prądu (długość wektora  ): 

U

L

R

I

I

I

 

1

1

2

2

2

L

2

R

+

=

+

=

ω

 

Dla równoległego połączenia R i L można obliczyć prądy w gałęziach: 

R

U

I

=

R

L

L

X

U

I

=

 

 

RÓWNOLEGŁE POŁĄCZENIE R i C 

Dla równoległego połączenia R i C (rys. 17) zgodnie z I prawem Kirchhoffa: 

C

R

i

i

i

+

=

 

 

Rys. 17. Układ równoległy RC zasilany napięciem sinusoidalnym: a) schemat obwodu, b) wykres wektorowy [1] 

Jeżeli napięcie zasilające dwójnik ma wartość: 

t

U

u

ω

sin

m

=

,  

to: 

)

sin(

m

ϕ

ω

+

=

t

I

i

 

Wektor prądu 

I

 pobieranego przez dwójnik RC: 

C

R

I

I

I

+

=

 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

26 

Moduł wartości skutecznej prądu (długość wektora 

): 

U

C

R

I

I

I

 

)

(

1

2

2

2

C

2

R

ω

+

=

+

=

 

Dla równoległego połączenia 

R

 i 

 można obliczyć prądy w gałęziach z 

R

 i 

:  

R

U

I

=

R

 

C

C

X

U

I

=

 

 
RÓWNOLEGŁE POŁĄCZENIE R, L i C 

Dla równoległego połączenia R, L i C (rys. 18) zgodnie z I prawem Kirchhoffa:  

C

L

R

i

i

i

i

+

+

=

 

 

Rys. 18. Układ równoległy połączenia RLC: a) schemat dwójnika, b) wykres wektorowy dla 

0

>

ϕ

, c) wykres 

wektorowy dla 

0

<

ϕ

 [1] 

Jeżeli napięcie zasilające dwójnik ma wartość: 

t

U

u

ω

sin

m

=

, to: 

)

sin(

m

ϕ

ω

+

=

t

I

i

 

ϕ

 – kąt przesunięcia fazowego: 

i

u

ψ

ψ

ϕ

=

 

Wektor prądu 

I

 pobieranego przez dwójnik 

RLC

C

L

R

I

I

I

I

+

+

=

 

Moduł wartości skutecznej prądu (długość wektora 

): 

U

L

C

R

I

I

I

I

 

)

1

(

)

1

(

)

(

2

2

2

L

C

2

R

ω

ω

+

=

+

=

 

Moduły prądów w poszczególnych gałęziach można obliczyć następująco: 

R

U

I

=

R

 

L

L

X

U

I

=

 

C

X

U

I

=

C

 

Kąt przesunięcia fazowego 

ϕ

 można wyznaczyć wykorzystując funkcje trygonometryczne: 

I

I

R

cos

=

ϕ

,   

I

I

I

C

L

sin

=

ϕ

 

Rezonans prądów 
Mówimy, że w obwodzie równolegle połączonych R, L, C (rys. 18) zachodzi rezonans, gdy: 

L

C

ω

ω

1

=

 

Rezonans w tym obwodzie nazywamy rezonansem prądów lub rezonansem równoległym. 

Częstotliwość oraz pulsację, przy której zachodzi rezonans wyznaczamy ze wzoru: 

LC

f

o

π

2

1

=

;                

LC

o

1

=

ω

 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

27 

 

Rys. 19. Wykres wektorowy dla równoległego obwodu RLC w stanie rezonansu [1] 

Zjawisko  rezonansu  można  osiągnąć  w  układach  składających  się  z  elementów  R, L, C 

poprzez zmianę parametrów 

L

 i 

 lub częstotliwości napięcia zasilającego obwód. 

Dla obwodu w stanie rezonansu równoległego słuszne są poniższe zależności: 

C

L

I

I

=

;  

 

R

I

I

=

R

U

I

=

;   

 

0

=

ϕ

 

  przesunięcie fazowe jest równe zeru, 

  wypadkowa moc bierna układu jest równa zeru, 

  prąd  w  gałęzi  z    indukcyjnością  jest  równy  prądowi  w  gałęzi  z  pojemnością,  a  suma 

wektorów tych prądów jest równa zeru (całkowita kompensacja prądów), 

  prąd całkowity w obwodzie osiąga najmniejszą wartość. 

W  stanie  rezonansu  prądów  prąd  w  obwodzie  osiąga  bardzo  małe  wartości  –  przy  dużej 

rezystancji 

R

 źródło pracuje w warunkach zbliżonych do stanu jałowego.  

Prądy  w  gałęziach  z 

L

  i 

  mogą  osiągać  znaczne  wartości,  dużo  większe  od  prądu 

pobieranego przez układ ze źródła. Zjawisko to nazywamy przetężeniem.  

Zjawiska  zachodzące  w  obwodzie  rezonansowym  są  wykorzystywane  m.in.  w  filtrach 

częstotliwościowych,  a  także  w  urządzeniach  elektroenergetycznych  do  kompensacji  mocy 
biernej. [1] 

 
4.4.2.Pytania sprawdzające 

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

1.  Jakie  wartości  może  przyjmować  kąt  przesunięcia  fazowego 

ϕ

  w  dwójniku  równoległym 

RL, a jakie w RC i w RLC?  

2.  Jak obliczamy wartość skuteczną prądu sinusoidalnego pobieranego ze źródła przez dwójnik 

równoległy RL? Czy ten prąd zależy od częstotliwości napięcia zasilającego? 

3.  Jak  obliczamy  wartość  skuteczną  prądu  sinusoidalnego  pobieranego  ze  źródła  przez  

dwójnik równoległy RC? Czy ten prąd zależy od częstotliwości napięcia zasilającego? 

4.  Jak obliczamy wartość skuteczną prądu sinusoidalnego pobieranego ze źródła przez dwójnik 

równoległy RLC? Czy ten prąd zależy od częstotliwości napięcia zasilającego? 

5.  Jakie są warunki rezonansu w obwodzie równoległym? 
 

 

 

4.4.3. Ćwiczenia 
 

Ćwiczenie 1 

Rezystor o rezystancji 

=

 

46

R

 i cewkę o indukcyjności 

mH

 

70

=

L

 połączono równolegle 

i zasilano  napięciem  sinusoidalnym  o  wartości 

V

 

230

=

U

  i  częstotliwości 

Hz.

 

50

=

f

  Oblicz 

wartość prądu pobieranego przez ten dwójnik ze źródła.  

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

28 

Sposób wykonania ćwiczenia: 

 

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 

1)  narysować schemat ideowy dwójnika równoległego RL, oznaczyć prądy, 
2)  obliczyć prądy w gałęzi z rezystancją i w gałęzi z indukcyjnością oraz prąd całkowity,  
3)  sporządzić wykres wektorowy, 
4)  przeanalizować  wpływ  wzrostu  częstotliwości  (np.  dwukrotnego)  na  parametry  dwójnika 

i sformułować wnioski dotyczące prądów w obwodzie. 

 

Wyposażenie stanowiska pracy: 

 

przybory do rysowania, papier milimetrowy, 

 

kalkulator. 

 
Ćwiczenie 2 

Na  postawie  pomiarów  określ  dla  dwójnika  RC:  rezystancję  rezystora  i  pojemność 

kondensatora. 

 

Rysunek do ćwiczenia [4] 

 

Sposób wykonania ćwiczenia 

 

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 

1)  połączyć układ pomiarowy jak na rysunku, 
2)  określić wielkości, które musisz zmierzyć i obliczyć, 
3)  zaproponować tabelę do zanotowania niezbędnych pomiarów i obliczeń, 
4)  wykonać pomiary i obliczenia, 
5)  wykonać wykres wektorowy, 
6)  sformułować wnioski, 
7)  ocenić wykonanie ćwiczenia. 
 

Wyposażenie stanowiska pracy: 

 

schemat obwodu pomiarowego, 

 

amperomierze, woltomierze, 

 

rezystor laboratoryjny, 

 

kondensator, 

 

częstotliwościomierz, 

 

autotransformator, 

 

komputer z programem graficznym i arkuszem kalkulacyjnym. 

 
Ćwiczenie 3 

Jaki  prąd  zostanie  pobrany  przez  układ  równolegle  połączonych:  rezystora  o  rezystancji 

=

 

100

R

,  cewki  o  indukcyjności 

H

 

25

,

0

=

L

  i  kondensatora  o  pojemności 

μF,

 

88

=

C

  jeżeli 

układ  ten  dołączono  do  napięcia 

V,

 

230

=

U

 

Hz.

 

50

=

f

  Określ  charakter  tego  obwodu  na 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

29 

podstawie  wykresu  wektorowego  i  oceń  czy  zmieni  się  charakter  obwodu,  jeżeli  częstotliwość 
napięcia zasilającego zmniejszy się dwukrotnie. 

 

Sposób wykonania ćwiczenia 

 

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 

1)  narysować schemat dwójnika równoległego RLC i oznaczyć napięcie i prądy, 
2)  wymienić  i  obliczyć  wielkości  potrzebne  do  sporządzenia  wykresu  wektorowego 

(w obliczeniach stosować oznaczenia przyjęte na schemacie), 

3)  narysować wykres wektorowy dla tego dwójnika, 
4)  określić przesunięcie fazowe, 
5)  na podstawie obliczeń i wykresu ocenić charakter tego obwodu, 
6)  przeanalizować wpływ zmniejszenia częstotliwości na parametry obwodu i jego charakter, 
7)  ocenić jakość wykonania ćwiczenia. 
 

Wyposażenie stanowiska pracy: 

 

przybory do rysowania, papier milimetrowy, 

 

kalkulator. 

 

4.4.4. Sprawdzian postępów 

 

Czy potrafisz: 

Tak 

Nie 

1)  zastosować prawo Ohma w obwodzie zawierającym równolegle 

połączone elementy R i L, R i C oraz R, L i C?  

 

 

2)  zastosować I prawo Kirchhoffa dla obwodu równoległego RLC? 

 

 

3)  obliczyć prądy płynące przez elementy R, L i C dwójników równoległych 

RL, RC i RLC oraz prąd pobierany przez dwójnik? 

 

 

4)  narysować wykresy wektorowe dwójników równoległych RL, RC 

i RLC? 

 

 

5)  określić charakter dwójnika na podstawie wykresu wektorowego? 

 

 

6)  zanalizować wpływ zmian parametrów  ,   i   obwodu na charakter 

tego obwodu? 

 

 

7)  scharakteryzować zjawisko rezonansu prądów?  

 

 

8)  połączyć układ równoległy i przeprowadzić pomiary?  

 

 

 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

30 

4.5. Moc prądu sinusoidalnego. Poprawa współczynnika mocy. 
 

4.5.1. Materiał nauczania 
 

W  obwodzie  prądu  sinusoidalnego  zasilonym  napięciem  o  wartości  chwilowej  

pobierającym prąd o wartości chwilowej   wartość chwilowa mocy jest równa iloczynowi prądu 
i napięcia: 

ui

p

=

 

Ponieważ  w  obwodzie  prądu  zmiennego  napięcie  i  prąd zmieniają  w  czasie  swoją  wartość 

oraz  znak,  moc  chwilowa  ma  wartość  dodatnią  w  tych  przedziałach  czasu,  w  których  wartości 
chwilowe  prądu  i  napięcia  mają  te  same  znaki,  oraz  ujemną  w  przedziałach    czasu,  gdzie 
napięcie i prąd mają znaki przeciwne (rys. 20). 

 

Rys. 20. Pzebieg mocy chwilowej odbiornika o charakterze rezystancyjno-reaktancyjnym [1] 

Jeżeli 

0

>

p

,  to  energia  jest  dostarczana  ze  źródła  do  odbiornika;  jeżeli 

0

<

p

,  to  energia 

jest zwracana przez odbiornik do źródła. 

Energia dostarczana do odbiornika w równych przedziałach czasu  t

  jest różna, ponieważ 

wartość chwilowa mocy dla poszczególnych przedziałów czasu jest różna. Energia w czasie  t

 

wynosi: 

t

p

W

=

 

Graficznie  tę  energię  ilustruje  pole  powierzchni  paska  o  podstawie  t

.  Sumując  iloczyny 

t

p

 w ciągu całego okresu otrzymamy energię pobraną w ciągu okresu 

Pt

W

=

 

Po  podzieleniu  przez    otrzymujemy  wartość  średnią  mocy  chwilowej  za  okres,  którą 
nazywamy mocą czynną. Moc czynną mierzą watomierze , a obliczamy ją z zależności: 

ϕ

cos

UI

P

=

 

–  wartość  skuteczna  napięcia  sinusoidalnego, 

I

  –  wartość  skuteczna  prądu  sinusoidalnego, 

ϕ

cos  – współczynnik mocy (cosinus kąta przesunięcia fazowego). 

Mocą czynną   nazywamy wartość średnią mocy chwilowej. Jednostką mocy czynnej jest 

1 wat (1W). 

Dla  urządzeń  elektrycznych  o  określonych  wartościach  znamionowych  napięcia    oraz 

prądu 

I

 określamy moc pozorną  

UI

S

=

 

Moc pozorna jest iloczynem wartości skutecznych napięcia i prądu. 

Jednostką  mocy  pozornej  jest  1  woltoamper  (1VA).  Moc  pozorna  jest  równa  największej 
wartości mocy czynnej. Zachodzi to przy 

1

cos

=

ϕ

 (

0

=

ϕ

). 

W obwodach prądu sinusoidalnego określa się także moc bierną  

ϕ

sin

UI

Q

=

 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

31 

Moc bierna (reaktancyjna) jest iloczynem wartości skutecznych napięcia i prądu oraz sinusa 

kąta przesunięcia fazowego. Jednostką mocy biernej jest 1 war(1 var). 

Pomiędzy mocami: czynną, bierną i pozorną zachodzi zależność: 

2

2

2

Q

P

S

+

=

,  

 

stąd: 

2

2

Q

P

S

+

=

 

Funkcje kąta 

ϕ

 można określić z zależności: 

P

Q

tg

=

ϕ

S

P

=

ϕ

cos

 

Na  podstawie  zależności  pomiędzy  napięciem  a  prądem  sinusoidalnym  zachodzących  dla 

elementów  R,  L  i  C  (omówionych  w  rozdziale  4.3.1)  oraz  przedstawionych  wyżej  zależności 
dotyczących  mocy,  dla  poszczególnych  elementów  R,  L  i  C  oraz  ich  połączeń  słuszne  są 
zależności i twierdzenia dotyczące mocy podane niżej. 

MOC W IDEALNYM REZYSTORZE 

W  idealnym  rezystorze  przesunięcie  fazowe 

0

=

ϕ

,  moc  chwilowa  p  może  przyjmować 

wyłącznie  wartości  dodatnie,  tzn.,  że  rezystor  może  tylko  pobierać  energię  elektryczną,  która 
natychmiast  zostaje  przemieniona  w  ciepło.  Moc  czynna  (wartość  średnia  mocy  chwilowej) 
związana z rezystorem: 

R

U

RI

UI

P

2

2

=

=

=

 

Dla rezystora idealnego 

0

=

Q

, ponieważ 

0

0

sin

=

, stąd 

S

P

=

MOC W IDEALNEJ CEWCE 

W  cewce  idealnej  napięcie  sinusoidalne  wyprzedza  prąd  o  kąt  fazowy 

o

90

=

ϕ

,  stąd 

otrzymujemy:

0

=

P

 

Wartość średnia mocy chwilowej (moc czynna) dla idealnej cewki jest równa zeru. 
Moc ta oscyluje pomiędzy źródłem zasilającym, a cewką, przyjmując na przemian wartości 

dodatnie i ujemne. 
Dla idealnej cewki określamy moc bierną indukcyjną

S

UI

I

X

UI

Q

=

=

=

=

2

L

L

2

sin

π

 

MOC W IDEALNYM KONDENSATORZE 

W idealnym kondensatorze napięcie sinusoidalne opóźnia się względem prądu o kąt fazowy 

o

90

=

ϕ

, stąd otrzymujemy: 

0

=

P

.

 

Wartość średnia mocy chwilowej (moc czynna) dla idealnego kondensatora jest równa 

zeru. Moc ta oscyluje pomiędzy źródłem zasilającym a kondensatorem, przyjmując na przemian 
wartości dodatnie i ujemne. 

Dla idealnego kondensatora określamy moc bierną pojemnościową: 

UI

I

X

UI

Q

=

=

=

2

C

C

)

2

sin(

π

 

Jest ona równa co do bezwzględnej wartości mocy pozornej 

Q

S

=

 
MOC SZEREGOWO POŁĄCZONYCH R, L i C 

Przy  połączeniu  elementów  R,  L  i  C  o  mocy  czynnej  decyduje  tylko  moc  pobrana  przez 

rezystor  R,  bowiem  dla  cewki  i  kondensatora  moc  średnia  (czynna)  jest  równa  zeru.  Zatem 
słuszne są zależności ogólne: 

2

cos

RI

UI

P

=

=

ϕ

2

sin

XI

UI

Q

=

=

ϕ

2

2

Q

P

UI

S

+

=

=

 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

32 

Z

R

=

ϕ

cos

 

 

Z

X

=

ϕ

sin

Przy czym należy pamiętać, że: 

2

2

C

L

C

L

)

(

XI

I

X

X

Q

Q

Q

=

=

+

=

 

C

L

X

X

X

=

 

2

2

2

C

L

2

)

(

X

R

X

X

R

Z

+

=

+

=

 

Ponadto, jeżeli: 

 

0

>

X

 (gdy 

C

L

X

X

>

), to kąt 

ϕ  jest dodatni – obwód ma charakter indukcyjny

 

C

L

Q

Q

>

 

 

0

<

X

  (gdy

C

L

X

X

<

),  to  kąt 

ϕ

  jest  ujemny  –  obwód  ma  charakter  pojemnościowy 

C

L

Q

Q

<

 

 

0

=

X

 (gdy

C

L

X

X

=

), to 

ϕ

= 0 - obwód ma charakter rezystancyjny (w obwodzie zachodzi 

zjawisko rezonansu napięć), moc bierna 

0

=

Q

.

 

Połączenia szeregowe elementów R i L, to przypadek, gdy 

0

C

=

X

Połączenia szeregowe elementów R i C, to przypadek, gdy 

0

L

=

X

.

 

MOC RÓWNOLEGLE POŁĄCZONYCH R i C 

Moc  czynna  w  dwójniku  równoległym 

RC

  związana  jest  z  rezystancją 

R

  i  obliczamy  ją 

następująco: 

R

U

RI

UI

UI

P

2

2

R

cos

=

=

=

=

ϕ

 

Moc bierna: 

 

 

2

C

sin

CU

UI

UI

Q

ω

ϕ

=

=

=

 

Moc pozorna: 

 

 

 

2

2

Q

P

S

+

=

 

MOC RÓWNOLEGLE POŁĄCZONYCH R, L, C 

Zależności  występujące  przy  obliczaniu  mocy  pobranej  przez  równolegle  połączone 

elementy R, L, C są analogiczne jak dla dwójników RL i RC. 

Prąd  pobierany  przez  równolegle  połączone  elementy  R,  L  i  C  możemy  rozłożyć  na  dwie 

składowe: czynną i bierną (rys.21). 

 

Rys. 21. Rozkład wektoa prądu w obwodzie rozgałęzionym na składowe [1] 

Moc czynna jest związana z rezystancją 

R

:  

R

U

UI

UI

P

2

cz

cos

=

=

=

ϕ

 

Moc bierna jest związana z elementami biernymi, tzn. z cewką i z kondensatorem.  

U

I

UI

Q

b

sin

=

=

ϕ

 

Moc pozorna układu:   

 

2

2

Q

P

S

+

=

 

gdzie: 

ϕ

cos

cz

I

I

=

 – składowa czynna prądu, 

ϕ

sin

b

I

I

=

 – składowa bierna prądu (wektor 

C

L

b

I

I

I

+

=

). 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

33 

Moduły prądów można obliczyć następująco: 

R

U

I

=

cz

 

X

U

I

=

b

 

2

b

2

cz

I

I

I

+

=

,  

L

L

X

U

I

=

 

C

C

X

U

I

=

 

– napięcie doprowadzone do równoległego połączenia

RLC

I

– prąd pobierany przez układ równolegle połączonych R, L i 

; wektor

b

cz

I

I

I

+

=

,

 

ϕ

– przesunięcie fazowe pomiędzy napięciem a prądem wypadkowym 

I

 
Dla  wielu  połączonych  równolegle  elementów  R,  L  i  C  można  sumować  algebraicznie 

składowe czynne prądu (są w fazie z napięciem) oraz składowe bierne, uwzględniając, że prądy 

L

 oraz 

C

I

 

są w przeciwfazie (mają przeciwne zwroty). 

ZNACZENIE WSPÓŁCZYNNIKA MOCY I JEGO POPRAWA 

Współczynnik  mocy 

)

(cos

ϕ odgrywa  ważną  rolę  z  punktu  widzenia  efektywności 

wykorzystania urządzeń elektrycznych. 

W praktyce najczęściej do sieci są przyłączane równolegle odbiorniki o różnym charakterze. 

Odbiorniki  te:  silniki,  urządzenia  grzejne,  oświetlenie  są  dobierane  pod  kątem  mocy  czynnej, 
której odpowiada energia użyteczna pobrana przez te urządzenia i przekształcana w inny rodzaj 
energii (mechaniczną, cieplną, świetlną). Prąd niezbędny do doprowadzenia tej energii zależy od 
współczynnika mocy (

ϕ

cos ), ponieważ: 

ϕ

cos

UI

P

=

, stąd: 

ϕ

cos

U

P

I

=

 

Z  podanej  zależności  wynika,  że  jeżeli 

ϕ

cos

  jest  mały,  to  dostarczenie  mocy 

P

  przy 

określonym  napięciu 

  wymaga  przepływu  prądu  o  większej  wartości.  Dostarczanie  energii 

przy małym 

ϕ

cos

 jest zatem niekorzystne, ponieważ: 

 

zwiększona  wartość  prądu  wymaga  stosowania  przez  dostawcę  energii  przewodów 
zasilających o większych przekrojach, 

 

większa  wartość  prądu  powoduje  większe  straty  mocy  czynnej  (zamienianej  w  ciepło 
oddawane do atmosfery) w liniach przesyłowych łączących źródło energii z odbiornikiem, 

 

zwiększenie poboru prądu wymaga zastosowania większych prądnic i transformatorów. 
Dąży  się  do  tego,  aby  współczynnik  mocy  był  bliski  jedności.  W  tym  celu  stosuje  się 

poprawę  współczynnika  mocy,  której  istotą  jest  kompensacja  mocy  biernej  indukcyjnej  mocą 
bierną  pojemnościową.  Realizuje  się  to  poprzez  dołączenie  równolegle  do  odbiornika 
o charakterze  indukcyjnym  (np.  silnika  indukcyjnego),  kondensatora  (baterii  kondensatorów) 
o odpowiednio  dobranej  pojemności.  Schemat  układu  i  wykres  ilustrujący  to  zjawisko 
przedstawiono na rys. 22. 

 

Rys. 22. Wyjaśnienie zasady kompensacji mocy biernej: a) schemat obwodu, b) wykres wektorowy dla przypadku 

odbiornika o charakterze indukcyjnym bez kondensatora, c) wykres wektorowy dla przypadku 

kondensatora dołączonego do odbiornika o charakterze indukcyjnym [1] 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

34 

Z analizy wykresów wynika, że: 

Przed dołączeniem kondensatora: 

  prąd w linii 

o

I

I

=

,

 

  składowa bierna prądu 

L

b

I

I

=

,

 

  moc bierna układu: 

L

Q

Q

=

.

 

Po dołączeniu kondensatora: 

  prąd w linii: 

o

I

I

<

,

 

  składowa bierna prądu: 

C

L

b

I

I

I

=

,

 

  moc bierna układu: 

C

L

Q

Q

Q

=

,

 

  współczynnik mocy układu: 

o

cos

cos

ϕ

ϕ

>

,

 

  moc czynna układu nie zmienia się. 

Pojemność 

 kondensatora obliczamy z zależności: 

2

C

U

Q

C

ω

=

 

Aby uzyskać kompensację całkowitą mocy biernej indukcyjnej mocą bierną pojemnościową 

należy  tak  dobrać  pojemność 

,  aby 

L

C

I

I

=

.  Wówczas 

C

C

UI

Q

=

,  prąd 

I

  dopływający  do 

obwodu  jest  równy  prądowi 

R

I

,  a  współczynnik  mocy  jest  równy  jedności.  Jak  wcześniej 

podano,  obwód  w  którym  ma  to  miejsce,  znajduje  się  w  stanie  rezonansu

.. 

Obwód  w  stanie 

rezonansu  nie  pobiera  ze  źródła  mocy  biernej  (moc  bierna  wypadkowa  jest  równa  zeru)  – 
występuje  pełna  kompensacja  mocy  biernej,  ponieważ  w  stanie  rezonansu  moc  bierna 
indukcyjna jest równa mocy biernej pojemnościowej. 

W  praktyce  stosuje  się  kompensację  niepełną,  to  znaczy  dąży  się  do  osiągnięcia 

współczynnika mocy bliskiego jedności. [1, 2] 
 
POMIAR MOCY  

Do  pomiaru  mocy  w  obwodach  prądu  przemiennego  stosowane  są  najczęściej  watomierze 

o ustroju elektrodynamicznym  lub  ferrodynamicznym. Są to mierniki o dwóch cewkach: cewce 
prądowej  i  napięciowej.  Początki  cewek  są oznaczone na  obudowie  kropką  (gwiazdką).  Cewkę 
prądową  zawsze  włączamy  w  obwód  szeregowo  (jak  amperomierz),  a  cewkę  napięciową 
równolegle  (jak  woltomierz).  Sposób  włączenia  watomierza  w  obwodzie  jednofazowym 
przedstawiono na rys. 23. 

 

Rys. 23. Sposoby włączenia watomierza: a) schemat elektryczny i symbol watomierza, gdzie: 1 – cewka prądowa, 

2 – cewka napięciowa, R

– rezystor poszerzający zakres napięciowy, b) pomiar mocy odbiornika i cewki 

prądowej, c) pomiar mocy odbiornika i cewki napięciowej [2] 

Watomierze mają zwykle kilka zakresów prądowych i kilka napięciowych. Dla watomierzy 

wyskalowanych w działkach należy obliczyć stałą dla wybranych zakresów. 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

35 

Stała watomierza: 

n

W

W

I

U

C

α

ϕ

cos

max

max

=

gdzie:

max

max

I

U

– wartości maksymalne wybranych zakresów watomierza, 

  

n

α – znamionowa liczba działek, 

  

W

cos

ϕ

 

–  cosinus  kąta  pomiędzy  prądami  w  cewkach  prądowej  i  napięciowej;  na  ogół 

watomierze  są  tak  budowane,  aby 

1

cos

=

W

ϕ

,  jeżeli  ma  inną  wartość  producent  podaje  ją  na 

tarczy podziałkowej watomierza. 

Moc wskazana przez watomierz: 

α

W

C

P

=

gdzie 

α  oznacza odczytaną liczbę działek. 

 

4.5.2. Pytania sprawdzające 

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

1. Jaką zależnością określamy moc chwilową, czynną, bierną i pozorną w obwodzie zasilanym 

napięciem sinusoidalnym? Jakie są ich jednostki? 

2. Czy moc czynna zależy od częstotliwości napięcia zasilającego? 
3. Jaka jest wartość mocy czynnej związana z idealną cewką, idealnym kondensatorem? 
4. Jaką zależnością określamy moc bierną idealnej cewki, idealnego kondensatora? 
5. Jaką zależnością określamy  moc czynną, a  jaką zależnością  moc  bierną rzeczywistej cewki, 

rzeczywistego kondensatora? 

6. Jak obliczamy moc szeregowych i równoległych obwodów RLC? 
7. Jaki związek zachodzi pomiędzy mocami czynną, bierną i pozorną w obwodach RLC? 
8. Co to jest współczynnik mocy ? 
9. Dlaczego warto poprawiać współczynnik mocy i jakie są metody jego poprawy? 

10. Jak włączamy watomierz do pomiaru mocy w układzie jednofazowym? 

 
4.5.3. Ćwiczenia 

 
Ćwiczenie 1 

Oblicz  moc  rzeczywistej  cewki  (schemat  zastępczy  szeregowy),  której  rezystancja  wynosi 

40 

,  a  indukcyjność

mH.

 

20

=

L

  Cewka  jest  zasilana  ze  źródła  napięcia  sinusoidalnego 

V,

 

15

=

U

 

Hz.

 

50

=

f

  Przeprowadź  analizę  mocy  związanej  z  tą  cewką,  jeżeli  wzrasta 

częstotliwość napięcia zasilającego. 
 

Sposób wykonania ćwiczenia 

 

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 

1)  narysować schemat cewki, 
2)  obliczyć moc czynną, bierną i pozorną, 
3)  przeanalizować wpływ zmiany częstotliwości na poszczególne rodzaje mocy, 
4)  sformułować i zapisać wnioski, 
5)  ocenić jakość wykonania ćwiczenia. 
 

Wyposażenie stanowiska pracy: 

  komputer z programem graficznym i arkuszem kalkulacyjnym. 

 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

36 

Ćwiczenie 2 

Oblicz  moce  dla  dwójnika  RLC  –  dla  szeregowego,  a  następnie  równoległego  połączenia 

elementów 

,

 

800

=

R

 

mH,

 

20

=

L

 

μF.

 

4

=

C

  Dwójnik  jest  zasilany  napięciem  sinusoidalnym 

V,

 

50

=

U

 

Hz.

 

50

=

f

  Porównaj  moce  związane  z  tym  dwójnikiem,  dla  obydwu  układów 

połączeń. 
 

Sposób wykonania ćwiczenia 

 

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 

1)  narysować schematy dwójnika, 
2)  obliczyć moc czynną, bierną i pozorną w obu układach, narysować trójkąt mocy, 
3)  sformułować i zapisać wnioski, 
4)  ocenić jakość wykonania ćwiczenia. 
 

Wyposażenie stanowiska pracy: 

  komputer z programem graficznym i arkuszem kalkulacyjnym. 

 
Ćwiczenie 3 

Pomiar mocy i poprawa współczynnika mocy. 
 
Sposób wykonania ćwiczenia 

 

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 

1)  zapoznać się z przewodnim tekstem do ćwiczenia, otrzymanym od nauczyciela, 
2)  wykonać ćwiczenie według przewodniego tekstu. 
 

Wyposażenie stanowiska pracy: 

  urządzenia i mierniki wskazane przez ucznia, 

  literatura [1, 4], 

  komputer z programem graficznym i arkuszem kalkulacyjnym. 

 

 

 

4.5.4. Sprawdzian postępów 

 

Czy potrafisz: 

Tak 

Nie 

1)  obliczyć moc idealnych elementów R, L i C? 

 

 

2)  nazwać rodzaje mocy i podać ich jednostki? 

 

 

3)  obliczyć moc szeregowo połączonych elementów R i L oraz R i C? 

 

 

4)  obliczyć moc równolegle połączonych elementów R i L oraz R i C? 

 

 

5)  obliczyć moc szeregowo połączonych elementów R, L i C? 

 

 

6)  obliczyć moc równolegle połączonych elementów R, L i C? 

 

 

7)  narysować trójkąt mocy dla dwójnika RLC szeregowego? 

 

 

8)  narysować trójkąt mocy dla dwójnika RLC równoległego? 

 

 

9)  uzasadnić cel poprawy współczynnika mocy (kompensację mocy biernej)? 

 

 

10) dobrać kondensator w celu osiągnięcia założonej poprawy 

ϕ

cos

 

 

11) dobrać mierniki do pomiaru mocy w obwodach i włączyć je w obwód? 

 

 

12) poprawnie i w bezpieczny sposób zmierzyć moc? 

 

 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

37 

4.6. Układy trójfazowe 
 

4.6.1. Materiał nauczania 

 
WYTWARZANIE NAPIĘĆ PRZEMIENNYCH TRÓJFAZOWYCH 

Układ  kilku  napięć  źródłowych  o  jednakowej  częstotliwości,  czyli  synchronicznych, 

przesuniętych względem siebie w fazie, nazywamy układem wielofazowym. 

W  energetyce  są  powszechnie  stosowane  układy  trójfazowe  ze  względu  na  ekonomikę 

i łatwość  wytwarzania,  przesyłania  i  rozdziału  energii  elektrycznej  oraz  jej  zamiany  w  energię 
mechaniczną  

Układ  trójfazowy  symetryczny  jest  to  układ  trzech  napięć  źródłowych  sinusoidalnych 

o jednakowej  częstotliwości,  o  jednakowych  wartościach  skutecznych  (oraz  amplitudach), 
przesuniętych kolejno w fazie co 2

π

/3 rad (120°). 

Do wytwarzania napięć w układzie trójfazowym służą prądnice (generatory) trójfazowe. Na 

stojanie  prądnicy  dwubiegunowej  znajdują  się  trzy  jednakowe,  niezależne  uzwojenia, 
przesunięte  względem  siebie  kolejno  na  obwodzie  co  120°.  Wirnik,  pełniący  rolę  magneśnicy, 
wiruje ze  stałą prędkością kątową 

ω . Poszczególne uzwojenia prądnicy trójfazowej nazywa się 

fazami prądnicy. 

 

Rys. 24. Uproszczony model prądnicy trójfazowej: a) szkic prądnicy, b) schemat rozmieszczenia uzwojeń 

stojana [1] 

Początki uzwojeń fazowych oznaczamy: U1,V1,W1, a końce: U2,V2, W2.  
Podczas  ruchu  magneśnicy  ze  stałą  prędkością kątową 

ω  w uzwojeniach indukują się siły 

elektromotoryczne (napięcia źródłowe) sinusoidalne: 

 

jednakowej częstotliwości, ze względu na wspólną magneśnicę, 

 

jednakowych  amplitudach 

m

  (i  wartościach  skutecznych),  bo  uzwojenia  poszczególnych 

faz są identyczne, 

 

fazach przesuniętych co 2

π

/3 rad (120°), z uwagi na rozmieszczenie uzwojeń na stojanie. 

Jedną  z  faz  prądnicy  przyjmujemy  jako  podstawową  i  względem  napięcia  źródłowego  tej 

fazy określamy napięcia w fazach pozostałych. 

Wartości  chwilowe  sił  elektromotorycznych  indukowanych  w  poszczególnych  fazach 

symetrycznego źródła trójfazowego (prądnicy) opisuje układ równań: 

 

t

E

e

ω

sin

m

U

=

 

)

3

/

2

sin(

m

V

π

ω

=

t

E

e

 

)

3

/

4

sin(

m

W

π

ω

=

t

E

e

 

 

 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

38 

PODSTAWOWE WIELKOŚCI I ZALEŻNOŚCI W UKŁADACH TRÓJFAZOWYCH 

W  każdej  chwili  suma  wartości  chwilowych  sił  elektromotorycznych  oraz  wektorów 

wartości skutecznych sił elektromotorycznych fazowych prądnicy jest równa zero: 

0

W

V

U

=

+

+

e

e

e

   

 

0

W

V

U

=

+

+

E

E

E

 

 

Rys. 25. Siły elektromotoryczne w prądnicy trójfazowej symetrycznej: a) przebiegi w czasie; b) wykres wektorowy 

dla wartości skutecznych i amplitud [1] 

Uzwojenia (fazy) prądnicy trójfazowej mogą być połączone w gwiazdę lub w trójkąt. 

 

Układ połączeń w gwiazdę 

Układ połączeń w gwiazdę może być trójprzewodowy (stosowany w prądnicach wysokiego 

napięcia) lub czteroprzewodowy (rys. 26). 

Przewód połączony z uziemionym punktem  neutralnym  nazywamy przewodem  neutralnym 

układu  i  oznaczamy  literą  N.  Pozostałe  trzy  przewody  nazywamy  przewodami  fazowymi 
i oznaczamy je przez L1, L2, L3. 

Jeżeli  układ  gwiazdowy  nie  jest  obciążony,  to  napięcia  fazowe  są  równe  siłom 

elektromotorycznym indukowanym w poszczególnych fazach prądnicy:  

,

U

U

e

u

=

   

,

V

V

e

u

=

 

 

W

W

e

u

=

 

Napięcia  między  dwoma  dowolnymi  przewodami  fazowymi  nazywamy  napięciami 

międzyfazowymi i oznaczamy je: 

,

UV

u

,

VW

u

 

WU

u

 

(wartości chwilowe) lub: 

,

UV

U

 

,

VW

U

 

WU

U

 – 

wartości skuteczne. 

Napięcia  między  dowolnym  przewodem  fazowym,  a  punktem  neutralnym  nazywamy 

napięciami fazowymi i oznaczamy je przez: 

,

U

u

,

V

u

W

 – wartości chwilowe oraz 

,

U

U

,

V

U

W

 

– wartości skuteczne. 

 

Rys. 26. Powszechnie stosowany sposób rysowania układu połączeń w gwiazdę: a) trójprzewodowego,  

b) czteroprzewodowego [1] 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

39 

Odejmowaniu  wartości  chwilowych  napięć  sinusoidalnych  o  jednakowej  pulsacji 

ω  odpowiada odejmowanie opisujących je wektorów. 

Wektory  napięć  fazowych 

,

U

U

 

,

V

U

  i 

W

U

  tworzą  układ  symetryczny  napięć 

o jednakowych wartościach skutecznych 

f

, przesuniętych względem siebie kolejno o kąt 120

o

.  

Również  wektory  napięć  międzyfazowych 

,

UV

U

 

VW

U

  i 

WU

U

  tworzą  układ  symetryczny. 

Wartości  skuteczne  napięć  międzyfazowych  w  układzie  symetrycznym  są  sobie  równe. 
Oznaczamy je 

 
Dla układu symetrycznego połączonego w gwiazdę: 

f

3U

U

=

 

Napięcia międzyfazowe  w  układzie  trójfazowym  gwiazdowym  są 

3   razy  większe od  napięć 

fazowych.  
 
Układ połączeń w trójkąt 

Uzwojenia trzech faz prądnicy można połączyć również w taki sposób, że koniec pierwszej 

fazy  będzie  połączony  z  początkiem  drugiej,  koniec  drugiej  z  początkiem  trzeciej,  a koniec 
trzeciej z początkiem pierwszej.  

120

o

L 1

L 2

L 3

U2

e

W

e

V

e

U

V1

V 2

W 1

U1

W2

120

o

V

V

W

E  

W

U

 

Rys. 27. Połączenie uzwojeń prądnicy w trójkąt: a) układ połączeń, b) wykres wektorowy sił elektromotorycznych 

Takie połączenie nazywamy połączeniem w trójkąt (rys. 27). 
W  tak  utworzonym  oczku  działają  siły  elektromotoryczne  fazowe 

W

V

U

 

i

 

 

,

e

e

e

 

poszczególnych  faz,  które  są  jednocześnie  siłami  elektromotorycznymi  międzyfazowymi.  Ich 
suma  w  każdej  chwili  jest  równa  zeru.  Ich  wektory 

,

U

E

 

i

 

V

E

W

E

  tworzą  układ  symetryczny 

(rys.31). Dodając te wektory otrzymujemy: 

0

W

V

U

=

+

+

E

E

E

 

Wewnątrz  układu  trójkątowego  symetrycznego  uzwojeń  prądnicy  nie  obciążonej 

odbiornikami, prąd nie płynie. 

Stosowany w praktyce schemat połączeń w trójkąt przedstawia rys. 28.  

 

Rys. 28 Powszechnie stosowany sposób oznaczania napięć w układzie trójkątowym  

W układzie  trójkątowym  moduł  napięcia  międzyfazowego jest równy  modułowi  napięcia 

fazowego, czyli: 

f

U

U

=

 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

40 

POŁĄCZENIE ODBIORNIKÓW TRÓJFAZOWYCH 
Odbiornik  trójfazowy  nazywamy  symetrycznym,  jeżeli  impedancje  poszczególnych  faz  są 
jednakowe.  Typowymi  odbiornikami  trójfazowymi  symetrycznymi  są  transformatory  i silniki 
trójfazowe.  Przy  ich  podłączaniu  do  sieci  trójfazowej  należy  zwrócić  uwagę  na  kolejność  faz 
napięcia  zasilającego.  Zamiana  kolejności  faz  napięcia  zasilającego  spowoduje  wirowanie 
silnika w kierunku przeciwnym do założonego konstrukcyjnie. Zjawisko to jest wykorzystywane 
w układach sterowania, gdzie wymagana jest praca nawrotna silnika. 

Układ  nazywamy  symetrycznym,  jeżeli  symetryczny  odbiornik  trójfazowy  jest  zasilany 

z symetrycznej sieci trójfazowej. 

Odbiorniki trójfazowe można łączyć w gwiazdę lub w trójkąt. 

Odbiornik połączony w gwiazdę  

Sposób połączenia odbiornika trójfazowego w gwiazdę  i przyłączenie go do zacisków sieci 

pokazano na rys. 29. 

 

Rys. 29. Przyłączanie odbiornika trójfazowego symetrycznego połączonego w gwiazdę do sieci trójfazowej: 

a) sposób przyłączenia do sieci, b) ten sam układ z oznaczeniem prądów i napięć odbiornika, c) wykres 

wektorowy prądów i napięć dla tego układu 

Do  każdej  fazy  odbiornika  doprowadzone  jest  napięcie  fazowe  sieci  zasilającej.  Dla 

odbiornika trójfazowego połączonego w gwiazdę między napięciami zachodzą zależności: 

0

3

2

1

=

+

+

U

U

U

 

0

31

23

12

=

+

+

U

U

U

 

Prądy płynące przez uzwojenia fazowe źródła oraz poszczególne fazy odbiornika nazywamy 

prądami fazowymi. 

Prądy  płynące  w  przewodach  linii,  za  pomocą  których  wyprowadzamy  energię  ze  źródła, 

nazywamy prądami przewodowymi (albo liniowymi). 
W układzie połączeń w gwiazdę prądy przewodowe są równe prądom fazowym. 

Przy braku symetrii w przewodzie neutralnym płynie prąd: 

3

2

1

i

i

i

i

N

+

+

=

Dla  układu  symetrycznego  prądy  w  poszczególnych  fazach  odbiornika  tworzą  układ 

symetryczny:  mają  jednakowe  moduły  i  są  przesunięte  między  sobą  w  fazie  co 120

0

.  Suma  ich 

wartości chwilowych wynosi zero. Także suma wektorów tych prądów wynosi zero:  

0

3

2

1

=

+

+

i

i

i

   

 

0

3

2

1

=

+

+

I

I

I

 

W  przypadku  obwodu  symetrycznego  prąd  w  przewodzie  neutralnym  nie  płynie.  Stąd 

wynika, że odbiorniki trójfazowe symetryczne połączone w gwiazdę należy przyłączać tylko do 
trzech przewodów fazowych. 

W  odbiorniku  symetrycznym  wszystkie  prądy  są  przesunięte  względem  napięć  fazowych 

o ten sam kąt 

ϕ

.  

Dla odbiornika trójfazowego symetrycznego połączonego w gwiazdę słuszne są zależności: 

f

3

2

1

U

U

U

U

=

=

=

 

 

U

U

U

U

=

=

=

31

23

12

 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

41 

Z

U

I

I

I

I

f

f

3

2

1

=

=

=

=

 

f

I

I

=

 – prądy przewodowe równe są prądom płynącym w fazach odbiornika 

f

3U

U

=

 – napięcia międzyfazowe są  3  razy większe od napięć na fazach odbiornika. 

 

Odbiornik symetryczny połączony w trójkąt 

Odbiornik połączony w trójkąt przyłączamy do trzech przewodów fazowych sieci w sposób 

pokazany na rys. 30. 

 

Rys. 30. Odbiornik trójfazowy symetryczny połączony w trójkąt: a) przyłączony do sieci trójfazowej, b) ten sam 

układ z zaznaczonymi prądami i napięciami  na odbiorniku, c) wykres wektorowy prądów i napięć 

Do każdej fazy odbiornika połączonego w trójkąt jest doprowadzone napięcie międzyfazowe 

źródła. Dla układu symetrycznego:  

0

31

23

12

=

+

+

U

U

U

 

 

U

U

U

U

U

f

=

=

=

=

31

23

12

 

Moduły  prądów  fazowych  płynących  w gałęziach  trójkąta  są  jednakowe,  a  ich  suma 

wektorowa wynosi zero: 

Z

U

I

I

I

I

f

f

31

23

12

=

=

=

=

,

 

 

0

31

23

12

=

+

+

I

I

I

 

Moduły  prądów  przewodowych  (liniowych)  są  sobie  równe,  a  suma  ich  wektorów  jest 

równa zeru (zależności te pokazane są na rys. 30): 

I

I

I

I

=

=

=

3

2

1

 

 

0

3

2

2

=

+

+

I

I

I

 

W  odbiorniku  trójfazowym  symetrycznym  moduł  prądu  przewodowego  jest 

3  razy 

większy od modułu prądu fazowego, czyli: 

f

3I

I

=

 

 

4.6.2. Pytania sprawdzające 

 

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

1.  O jaki kąt przesunięte są napięcia w fazach prądnicy trójfazowej symetrycznej? 

2. Jakie napięcia rozróżniamy w układzie gwiazdowym? 
3. Co to jest punkt neutralny układu gwiazdowego, a co przewód neutralny? 
4. Ile wynosi suma wartości chwilowych (lub suma wektorów) napięć fazowych symetrycznego 

układu?  

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

42 

5. Jaka jest zależność między napięciem fazowym i międzyfazowym dla symetrycznego źródła 

lub odbiornika połączonego w gwiazdę? 

6. Jaka jest zależność między prądem fazowym i przewodowym dla symetrycznego odbiornika 

połączonego w gwiazdę? 

7. Jaka jest zależność między napięciem fazowym i międzyfazowym dla układu trójkątowego? 
8. Jaka jest zależność między prądem fazowym i przewodowym dla układu trójkątowego? 
9. Czy  odbiornik  trójfazowy  może  być  kojarzony  dowolnie:  w  trójkąt  lub  w  gwiazdę  przy 

podłączaniu do sieci o określonym napięciu? 

10. Jaką rolę pełni przewód neutralny?  
11. W jaki sposób dokonujemy pomiaru napięć odbiorników trójfazowych? 
12. Dla  jakich  odbiorników  trójfazowych  istotna  jest  kolejność  faz  przy  podłączaniu  ich  do 

sieci? 

 

4.6.3. Ćwiczenia

 

 
Ćwiczenie 1 

Wyznacz  wykreślnie  wartość  modułu  napięcia  międzyfazowego  na  zaciskach  prądnicy 

trójfazowej symetrycznej połączonej w gwiazdę, jeżeli moduł napięcia fazowego wynosi 230 V. 
 

Sposób wykonania ćwiczenia 

 

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 

1)  narysować  schemat  połączeń  uzwojeń  prądnicy,  oznaczyć  początki  i  końce  uzwojeń 

fazowych, 

2)  oznaczyć napięcia fazowe i międzyfazowe, 
3)  stosując 

II 

prawo 

Kirchhoffa 

napisać 

równania 

określające 

wektory 

napięć 

międzyfazowych, 

4)  narysować w przyjętej skali wykres napięć fazowych, 
5)  wykreślić  napięcia  międzyfazowe  wykonując  działania  na  wektorach  według  równań 

zapisanych w p.3,  

6)  zmierzyć  długości  wektorów  napięć  międzyfazowych  i  podać  wartość  modułu  napięcia 

międzyfazowego, 

7)  porównać uzyskany wynik z wartością obliczoną na podstawie zależności między napięciem 

fazowym i międzyfazowym, występującą w symetrycznym układzie gwiazdowym, 

8)  ocenić jakość wykonania ćwiczenia. 

 

Wyposażenie stanowiska pracy: 

 

linijka, kątomierz, 

 

kalkulator. 

 
Ćwiczenie 2 

Oblicz  wartość  prądów  płynących  w  linii  czteroprzewodowej  (z  dostępnym  punktem 

neutralnym transformatora) zasilającej odbiornik połączony w gwiazdę. Napięcie międzyfazowe 
układu zasilającego wynosi 400 V. Każda faza odbiornika ma rezystancję 

.

 

46

=

R

 

 

Sposób wykonania ćwiczenia 

 

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 

1)  narysować odbiornik przyłączony do zacisków sieci, 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

43 

2)  obliczyć napięcie fazowe, 
3)  obliczyć prąd,  
4)  podać wartość prądu w przewodzie neutralnym i uzasadnić odpowiedź, 
5)  narysować wykres wektorowy, przyjmując skalę: 1cm → 50 V, 1 cm → 0,5 A, 
6)  ocenić jakość wykonania ćwiczenia. 
 

Wyposażenie stanowiska pracy: 

 

linijka, 

 

kątomierz (lub cyrkiel), kalkulator. 

 
Ćwiczenie 3 

Odbiornik trójfazowy symetryczny połączony w trójkąt jest przyłączony do sieci trójfazowej 

trójprzewodowej. Zmierz prądy fazowe i prądy przewodowe oraz napięcia. Sprawdź za pomocą 
pomiarów,  jaki  wpływ  na  wartość  napięć  i  prądów  fazowych  i przewodowych  ma  powstanie 
przerwy w jednej fazie linii zasilającej. 
 

Sposób wykonania ćwiczenia 

 

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 

1)  połączyć  układ  jak  na  rysunku  (opracowanym  w  ramach  pracy  domowej  i  zatwierdzonym 

przez nauczyciela): 

2)  oszacować wartości prądów i napięć i dobrać mierniki o właściwych zakresach, 
3)  przed  przyłączeniem  układu  do  sieci  zasilającej  sprawdzić  w  bezpieczny  sposób  brak 

napięcia na zaciskach fazowych, 

4)  przygotować tabelę do zapisania wyników pomiarów, 
5)  zgłosić nauczycielowi gotowość wykonywania pomiarów, 
6)  wykonać  pomiary  napięć  i  prądów  i  zapisać  wyniki  dla  odbiornika  przy  symetrycznym 

zasilaniu, 

7)  powtórzyć pomiary przy asymetrii zasilania (symulacja przerwy wyłącznikiem), 
8)  sformułować i zapisać wnioski dotyczące wpływu asymetrii na wartości prądów i napięć, 
9)  ocenić wykonanie ćwiczenia. 
 

Wyposażenie stanowiska pracy: 

 

schemat połączeń, 

 

odbiornik trójfazowy symetryczny z możliwością połączenia w trójkąt, 

 

amperomierze, 

 

woltomierze, 

 

wyłączniki jednofazowe, wyłącznik trójfazowy.  

 
 
4.6.4. Sprawdzian postępów 

 

Czy potrafisz: 

Tak 

Nie 

1)  wyjaśnić zjawisko powstawania napięć w prądnicy trójfazowej? 

 

 

2)  scharakteryzować sposoby łączenia uzwojeń prądnicy trójfazowej? 

 

 

3)  nazwać i określić napięcia na zaciskach trójfazowej nieobciążonej 

prądnicy połączonej w gwiazdę, w trójkąt? 

 

 

4)  określić zależność między napięciami fazowymi i międzyfazowymi dla 

prądnicy połączonej w gwiazdę? 

 

 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

44 

5)  połączyć odbiornik w gwiazdę i przyłączyć go do sieci trójfazowej? 

 

 

6)  połączyć odbiornik w trójkąt i przyłączyć go do sieci trójfazowej? 

 

 

7)  określić zależności między napięciami fazowymi i międzyfazowymi dla 

odbiornika połączonego w gwiazdę? 

 

 

8)  określić zależności między prądami fazowymi i przewodowymi dla 

odbiornika połączonego w trójkąt? 

 

 

9)  obliczyć prądy przewodowe dla dowolnie połączonego odbiornika 

trójfazowego symetrycznego? 

 

 

10) zmierzyć prądy i napięcia w układzie trójfazowym? 

 

 

11) dobrać właściwe mierniki do pomiaru prądów i napięć? 

 

 

12) określić przyczynę nieprawidłowego działania układu na podstawie 

wyników pomiarów? 

 

 

13) przewidzieć niebezpieczeństwo mogące wystąpić przy wykonywaniu 

pomiarów i zapobiec mu? 

 

 

 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

45 

4.7. Moc w układach trójfazowych 

 

4.7.1. Materiał nauczania 
 

W układzie trójfazowym moc chwilowa jest równa sumie mocy chwilowych trzech faz. 
Dla dowolnego odbiornika trójfazowego (symetrycznego i niesymetrycznego) moce czynną 

i bierną można obliczyć sumując moce poszczególnych faz: 

 

3

2

1

P

P

P

P

+

+

=

   

3

3f

3f

2

2f

2f

1

1f

f

1

cos

cos

cos

ϕ

ϕ

ϕ

I

U

I

U

I

U

P

+

+

=

 

3

f

3

f

3

2

f

2

f

2

1

f

1

f

1

3

2

1

sin

sin

sin

ϕ

ϕ

ϕ

I

U

I

U

I

U

Q

Q

Q

Q

+

+

=

+

+

=

 

 
gdzie: 

3f

2f

1f

 

,

 

,

U

U

U

– napięcia fazowe, 

f

3

f

2

f

1

 ,

 

,

I

I

I

– prądy fazowe, 

3

2

1

 ,

 ,

ϕ

ϕ

ϕ

– przesunięcia 

fazowe. 

2

2

Q

P

S

+

=

 

Dla układu symetrycznego: 
 

ϕ

ϕ

cos

3

cos

3

f

f

UI

I

U

P

=

=

 

ϕ

ϕ

sin

3

sin

3

f

f

UI

I

U

Q

=

=

 

UI

Q

P

S

3

2

2

=

+

=

 

Moc wyrażamy zwykle za pomocą napięć międzyfazowych i prądów przewodowych (nie zawsze 
prądy fazowe odbiornika są dostępne do pomiaru).  

 

POMIAR MOCY CZYNNEJ W UKŁADACH TRÓJFAZOWYCH 

Sposób  włączania  i  liczba  niezbędnych  watomierzy  do  pomiaru  mocy  odbiornika 

trójfazowego  zależy  od  rodzaju  odbiornika  (symetryczny,  niesymetryczny)  lub  rodzaju  układu: 
trójprzewodowy,  czteroprzewodowy,  a  także  dostępności  punktu  neutralnego  odbiornika  lub 
źródła. 
Pomiar mocy w układzie trójfazowym czteroprzewodowym: 
– układ niesymetryczny – stosujemy trzy watomierze włączone jak na rys. 31. Każdy watomierz 
mierzy  moc  pobraną  przez  jedną  fazę  odbiornika.  Moc  układu  jest  równa  sumie  mocy 
mierzonych przez poszczególne watomierze: 

3

2

1

P

P

P

P

+

+

=

 

 

Rys. 31. Pomiar mocy odbiornika trójfazowego niesymetrycznego  

–  układ  symetryczny  –  odbiornik  połączony  w  gwiazdę  –  wystarczy  jeden  watomierz,  którego 
cewka  prądowa  jest  włączona  tak,  aby  płynął  przez  nią  prąd  fazowy,  a  cewka  napięciowa 
włączona na napięcie fazowe (rys. 31). Moc takiego odbiornika:  

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

46 

1

3P

P

=

 

gdzie:

1

 – wskazanie watomierza 

 
Pomiar mocy w układzie trójfazowym trójprzewodowym. 
– dla układów symetrycznych  jak  i  niesymetrycznych w linii trójprzewodowej  można  stosować 
pomiar  mocy dwoma amperomierzami. Układ taki  nazywa się układem Arona (rys. 32). Cewki 
prądowe  amperomierzy  włączone  są  szeregowo  w  dwie  dowolne  fazy,  początki  cewek 
napięciowych włączone są między te fazy, a końce na fazę wolna. 

 

Rys. 32. Pomiar mocy odbiornika trójfazowego dwoma watomierzami (układ Arona) 

Moc układu obliczamy sumując wskazania obu watomierzy 

2

1

P

P

P

+

=

gdzie: 

2

1

 

P

P

 – wskazania watomierzy 

Przy tak włączonych watomierzach jak na rysunku, jeżeli kąt 

0

=

ϕ

 będzie mniejszy od 30°, 

lub  ujemny  (w  przypadku  odbiornika  o  charakterze  pojemnościowym),  jedno  ze  wskazań 
watomierzy może być ujemne (watomierz odchyla się w przeciwną stronę). W takim przypadku 
należy zamienić początek z końcem  cewki  napięciowej (lub prądowej) tego watomierza, a  jego 
wskazania  do  obliczenia  mocy  układu  przyjmować  ze  znakiem  „–”.  Jednakowe  wskazania 
watomierzy będą tylko przy

0

=

ϕ

, czyli dla odbiornika rezystancyjnego. 

Przy pomiarach mocy (bez względu na metodę) trzeba zwracać uwagę na dobór właściwych 

zakresów  cewki  prądowej  i  napięciowej  watomierza.  Należy  pamiętać,  że  watomierz  pokazuje 
iloczyn  trzech  wielkości:  prądu,  napięcia  i  cos  kąta  pomiędzy  nimi  zawartego.  Wskazanie 
watomierza  mniejsze  od  maksymalnego  dla  danego  zakresu  nie  oznacza  wcale,  że  jeden  z  jego 
obwodów nie został przeciążony.  

 

POMIAR MOCY BIERNEJ W UKŁADACH TRÓJFAZOWYCH 

Moc  bierną  można  mierzyć  bezpośrednio  za  pomocą  mierników  elektrodynamicznych 

zwanych  waromierzami.  W  waromierzu  faza  prądu  w  cewce  napięciowej  jest  przez  specjalny 
układ  przesunięta  o  90

°

  względem  fazy  napięcia.  Wykorzystując  fakt,  że  w  linii  trójfazowej 

występuje  naturalne  przesunięcie  między  napięciem  fazowym  i  jednym  z  napięć 
międzyfazowych  o  90°

 

zauważamy,  że  moc  bierną  można  mierzyć  za  pomocą  odpowiednio 

włączonych watomierzy.  
Pomiar mocy biernej odbiornika symetrycznego watomierzem jest przedstawiony na rys. 33. 
 

 

Rys. 33. Pomiar mocy biernej odbiornika symetrycznego w linii trójprzewodowej 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

47 

Moc bierna tego odbiornika wynosi: 

W

3P

Q

=

gdzie 

W

– wskazanie watomierza. 

Moc bierną odbiornika niesymetrycznego można zmierzyć w układzie jak na rys. 34.  

 

Rys. 34. Pomiar mocy biernej odbiornika niesymetrycznego trzema watomierzami 

Moc bierna w układzie jak na rys. 34 wynosi: 

3

3

2

1

Q

Q

Q

Q

+

+

=

, gdzie: 

3

2

1

,

,

Q

Q

Q

– wskazania watomierzy. 

Należy  pamiętać,  że  omówiony  wyżej  sposób  pomiaru  mocy  można  zastosować  dla 

niesymetrycznego odbiornika, ale przy symetrycznym układzie napięć zasilających. 
 

 

4.7.2. Pytania sprawdzające 

 

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

1. Jak oblicza się moc czynną odbiornika trójfazowego symetrycznego połączonego w gwiazdę 

lub w trójkąt? 

2. Jak zmieni się  moc czynna pobierana przez odbiornik utworzony z tych  samych elementów 

po przełączeniu go z gwiazdy w trójkąt, bez zmiany napięcia zasilania? 

3. Jak oblicza  się  moc  bierną odbiornika trójfazowego symetrycznego połączonego w gwiazdę 

lub w trójkąt? 

4. Jak oblicza się moc pozorną odbiornika trójfazowego połączonego w gwiazdę lub w trójkąt? 
5. Jak można mierzyć  moc czynną w układach trójfazowych symetrycznych? 
6. Jak można mierzyć moc czynną w układach trójfazowych niesymetrycznych? 
7. Jak  należy  włączyć    watomierze  przy  pomiarze  mocy  czynnej  w  układach  trójfazowych 

metodą dwóch watomierzy (metoda Arona)? 

8. Co należy zrobić w przypadku, gdy jeden z watomierzy odchyla się w przeciwną stronę? 
9. W jaki sposób mierzymy moc bierną  odbiorników trójfazowych symetrycznych?  

10. W jaki sposób mierzymy moc bierną  odbiorników trójfazowych niesymetrycznych? 

 

4.7.3. Ćwiczenia 

 
Ćwiczenie 1 

Sprawdź  poprzez  obliczenia,  jak  zmieni  się  moc  czynna  pobierana  przez  odbiornik 

trójfazowy  rezystancyjny  symetryczny  połączony  w  trójkąt  po  przełączeniu  go  w  gwiazdę. 
W obu  przypadkach  odbiornik  jest  zasilany  z  sieci  trójfazowej  o  napięciu  międzyfazowym 

V,

 

400

=

U

 a rezystancja fazowa 

.

 

100

f

=

R

 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

48 

Sposób wykonania ćwiczenia 
 
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 

1)  obliczyć prąd fazowy odbiornika połączonego w trójkąt, 
2)  obliczyć prąd przewodowy odbiornika połączonego w trójkąt, 
3)  obliczyć moc czynną tego odbiornika połączonego w trójkąt, 
4)  obliczyć napięcie fazowe odbiornika połączonego w gwiazdę 
5)  obliczyć prąd przewodowy odbiornika połączonego w gwiazdę,  
6)  obliczyć moc czynną odbiornika połączonego w gwiazdę, 
7)  porównać  moc  pobraną  przez  odbiornik  połączony  w  trójkąt  z  mocą  tego  odbiornika 

połączonego w gwiazdę (obliczyć stosunek 

 do 

Y

P

 

), 

8)  porównać  prąd  przewodowy  odbiornika  połączonego  w  trójkąt  z  prądem  przewodowym 

tego  odbiornika  połączonego  w  gwiazdę  (obliczyć  stosunek 

  do 

Y

)  i  sformułować 

wnioski. 

 

Wyposażenie stanowiska pracy: 

  kalkulator. 

 
Ćwiczenie 2 

Dokonaj  pomiarów  mocy  czynnej  oraz  prądów  i  napięć  koniecznych  do  określenia  mocy 

biernej, pozornej i 

ϕ

cos  odbiornika trójfazowego połączonego w gwiazdę. Sprawdź za pomocą 

pomiarów,  jaki  wpływ  na  wartość  mierzonych  i  obliczanych  wielkości  ma  brak  symetrii 
zasilania w przypadku linii czteroprzewodowej i trójprzewodowej. 

 

 

Rysunek do ćwiczenia

 

 

Sposób wykonania ćwiczenia 
 
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 

1)  zapoznać  się  z  danymi  znamionowymi  odbiornika  i  sieci  zasilającej  oraz  schematem 

połączeń (rysunek), 

2)  przerysować schemat do zeszytu, 
3)  połączyć układ jak na rysunku, 
4)  oszacować wartości prądów i napięć, 
5)  dobrać mierniki odpowiedniego rodzaju i o właściwych zakresach, 
6)  przed  przyłączeniem  układu  do  sieci  zasilającej  sprawdzić  w  bezpieczny  sposób  brak 

napięcia na zaciskach fazowych, 

7)  sporządzić  wykaz  przyrządów  i  sprzętu  pomiarowego  z  opisem  ich  danych 

eksploatacyjnych, 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

49 

8)  przygotować 

tabelę 

do 

zapisania 

wyników 

pomiarów: 

  

,

  

,

  

,

  

,

N

3

2

1

I

I

I

I

 

 

  

,

  

,

  

,

  

,

  

,

  

,

  

,

  

,

 

3

2

1

3

2

1

31

23

12

P

P

P

U

U

U

U

U

U

oraz  obliczeń: 

P

Σ

  (suma  wskazań  watomierzy), 

Q

S

  

,

cos

  

,

ϕ

 dla następujących przypadków: 

 

odbiornik symetryczny, zasilanie symetryczne, linia czteroprzewodowa, 

 

odbiornik symetryczny, przerwa w jednej fazie zasilania, linia czteroprzewodowa, 

 

odbiornik symetryczny, zasilanie symetryczne, linia trójprzewodowa, 

 

odbiornik symetryczny, przerwa w jednej fazie zasilania, linia trójprzewodowa,  

9)  zgłosić nauczycielowi gotowość wykonywania pomiarów, 
10)  wykonać  pomiary  i  obliczenia  dla  wymienionych  przypadków,  zapisać  wyniki 

w przygotowanej tabeli, 

11)  przeanalizować wyniki pomiarów i obliczeń, 
12)  sformułować i zapisać wnioski dotyczące wpływu asymetrii na wartości mocy i pozostałych 

wielkości, 

13)  ocenić jakość wykonania ćwiczenia. 
 

Wyposażenie stanowiska pracy: 

  schemat połączeń, 

  odbiornik trójfazowy symetryczny impedancyjny, 

  amperomierze elektromagnetyczne, 

  watomierze elektrodynamiczne, 

  woltomierz i przełącznik woltomierzowy lub odpowiednia ilość woltomierzy, 

  wyłączniki jednofazowe, wyłącznik trójfazowy. 

 
4.7.4. Sprawdzian postępów 

Czy potrafisz: 

Tak  Nie 

1)  obliczyć moc czynną, bierną i pozorną odbiornika trójfazowego 

symetrycznego? 

 

 

2)  dobrać watomierze do pomiaru mocy czynnej i biernej? 

 

 

3)  zmierzyć moc odbiornika trójfazowego symetrycznego? 

 

 

4)  zmierzyć moc odbiornika niesymetrycznego? 

 

 

5)  włączyć watomierze do pomiaru mocy biernej odbiornika i zmierzyć  

tę moc? 

 

 

6)  na podstawie pomiarów wyznaczyć współczynnik mocy odbiornika? 

 

 

7)  zanalizować pracę układu trójfazowego na podstawie pomiarów mocy? 

 

 

8)  ocenić charakter układu na podstawie pomiarów mocy? 

 

 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

50 

4.8. Pomiar energii prądu przemiennego  

 

4.8.1. Materiał nauczania 

Energia elektryczna czynna jest wprost proporcjonalna do mocy i czasu poboru tej mocy: 

Pt

W

=

 

Zwyczajowo przyjęte jest określanie energii czynnej po prostu energią elektryczną.  
Energię  pobieraną  w  dłuższym  czasie  przez  odbiorniki  o  znacznej  mocy  wyrażamy 

w kilowatogodzinach. 

Energię można zmierzyć pośrednio mierząc moc (właściwą metodą) i czas. 
Do  pomiaru  energii  służą  liczniki  indukcyjne.  Liczniki  zliczają  moc  pobraną  w  jednostce 

czasu.  Na  każdym  liczniku  umieszczona  jest  tabliczka  znamionowa,  na  której  podane  są  m.in. 
znamionowe  napięcie  i  jego  częstotliwość,  prąd  oraz  stała  licznika 

L

C

Stała  licznika  określa 

ilość  obrotów  tarczy  licznika  przy  poborze  energii  równej  1  kWh.  Na  jej  podstawie  można 
określić pośrednio moc odbiorników przyłączonych do licznika:  

L

C

n

P

=

 [kW], gdzie   – liczba obrotów tarczy w ciągu godziny. 

Cewki licznika włącza się w obwód jak cewki watomierza (rys. 35): prądową (zaciski 1, 2) – 

szeregowo z odbiornikiem energii, napięciową, która jest dzielona (zaciski 1, 3, 4) równolegle do 
odbiornika.  Przed  włączeniem  licznika  należy  zapoznać  się  z  jego  kartą  katalogową  oraz 
instrukcją producenta. 

 

Rys. 35. Schemat włączenia licznika jednofazowego [1] 

Do bezpośredniego pomiaru energii w układach trójfazowych stosuje się najczęściej liczniki 

indukcyjne  trójfazowe.  Zasada  działania  licznika  mierzącego  moc  w układzie trójfazowym  jest 
taka sama jak licznika jednofazowego, różni się natomiast budową. 

Cewki  licznika  trójfazowego  są  połączone  tak  jak  cewki  watomierzy  do  pomiaru  mocy 

w układach trójfazowych. 

Liczniki  przyłączane  do  sieci  trójprzewodowej  mają  dwa  ustroje  pomiarowe  działające  na 

wspólną oś. W analogii do pomiaru mocy w układzie trójfazowym trójprzewodowym taki układ 
nazywamy układem Arona. Na rys 36 przedstawiony jest układ połączeń takiego licznika. 

 

 

 

 

 

Rys. 36. Układ połączeń trójfazowego trójprzewodowego licznika energii czynnej o dwóch ustrojach pomiarowych 

O

D

B

I

O

R

N

IK

L 3

L 2

L 1

1

6

2

3

4

5

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

51 

Do  zacisków  1,  3,  5  przyłącza  się  przewody  od  strony  zasilania,  a  do  zacisków  2,  4,  6  

– przewody doprowadzające energię do odbiornika. 

Istnieją ponadto liczniki wielotaryfowe – najczęściej dwutaryfowe. Posiadają dwa  liczydła: 

liczydło dla taryfy dziennej i dla taryfy nocnej.  
 
Pomiar energii biernej 

Do  pomiaru  energii  biernej  służą  liczniki  trójfazowe  energii  biernej,  przystosowane  do 

pomiaru  przy  nierównomiernym  obciążeniu.  Należy  je  włączać  zgodnie  z  podanymi  przez 
wytwórcę układami połączeń, zachowując kolejność faz L1, L2, L3. 

Przy  pomiarze  energii  biernej  odbiornika  trójfazowego  symetrycznego  w  układzie 

trójprzewodowym  może  być  zastosowany  licznik  jednofazowy  przystosowany  do  pomiaru 
energii  czynnej,  którego  cewkę  prądową  należy  włączyć  w dowolny  przewód  fazowy, a cewkę 
napięciową w pozostałe dwa przewody fazowe (na napięcie międzyfazowe). Wskazanie licznika 

należy pomnożyć przez  3 . 

 

4.8.2. Pytania sprawdzające 

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

1.  Czym  zasadniczo  różni  się    budowa  licznika  do  pomiaru  energii  elektrycznej  w  obwodach 

trójfazowych od licznika jednofazowego? 

2.  W jakich układach należy stosować liczniki trójustrojowe? 
3.  W jaki sposób należy włączać cewki licznika trójustrojowy do pomiaru energii czynnej?  
4.  W jakich układach należy stosować liczniki dwuustrojowe? 
5.  W jaki sposób należy włączać cewki licznika dwustrojowego do pomiaru energii czynnej? 

 

4.8.3. Ćwiczenia 

 
Ćwiczenie 1 

Wybierz  spośród  przedstawionych  propozycji  właściwy  sposób  włączenia  licznika  do 

pomiaru energii. Wykaż błędy w pozostałych układach. 

L1 

 

L1 

 

L1 

 

L1 

 

d) 

c) 

b) 

a) 

 

Rysunek do ćwiczenia 

 
Sposób wykonania ćwiczenia 

 

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 

1)  wybrać właściwy schemat, przerysować go do zeszytu, 
2)  uzasadnić wybór, 
3)  wyjaśnić, na czym polegają błędy w pozostałych układach, 
4)  przeanalizować skutki błędnego włączenia licznika. 
 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

52 

Wyposażenie stanowiska pracy: 

 

karty katalogowe liczników, 

 

rysunek do ćwiczenia. 

 

Ćwiczenie 2 

Zmierz  energię  pobraną  przez  odbiornik  trójfazowy  w  ciągu  5  minut  licznikiem 

trójfazowym. Na podstawie wskazań licznika określ moc tego odbiornika.  
 

Sposób wykonania ćwiczenia 

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 

1)  zapoznać się z danymi znamionowymi odbiornika, 
2)  odczytać dane znamionowe licznika z tabliczki znamionowej i instrukcji producenta, 
3)  dokonać oględzin stanu technicznego licznika, 
4)  narysować układ pomiarowy (schemat licznika przerysować z instrukcji producenta), 
5)  podłączyć do sieci zasilającej licznik i odbiornik zgodnie ze schematem, zachowując zasady 

bezpieczeństwa, 

6)  wykonać pomiary i zapisać wyniki, 
7)  wykonać obliczenie mocy, 
8)  uzasadnić wybór licznika, 
9)  ocenić wykonanie ćwiczenia. 
 

Wyposażenie stanowiska pracy: 

 

karty katalogowe liczników, 

 

licznik trójfazowy do pomiaru energii czynnej, 

 

odbiornik trójfazowy (na przykład silnik indukcyjny klatkowy), 

 

woltomierz, 

 

stoper lub zegarek. 

 

4.8.4. Sprawdzian postępów 

 

 

Czy potrafisz: 

Tak  Nie 

1)  obliczyć energię dostarczaną do odbiornika jednofazowego? 

 

 

2)  obliczyć energię pobieraną przez odbiornik trójfazowy symetryczny? 

 

 

3)  wymienić dane znamionowe licznika podawane przez producenta? 

 

 

4)  podłączyć licznik jednofazowy? 

 

 

5)  zaproponować  właściwy  sposób  podłączenia  licznika  trójfazowego  

do pomiaru energii w linii trójprzewodowej? 

 

 

6)  zaproponować  właściwy  sposób  podłączenia  licznika  trójfazowego  

do pomiaru energii w linii czteroprzewodowej? 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

53 

5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ 

 

 

 

 

 

 

INSTRUKCJA DLA UCZNIA  

 

 

 

 

 

 

1.  Przeczytaj uważnie instrukcję – masz na tę czynność 5 minut; jeżeli są wątpliwości, zapytaj 

nauczyciela. 

2.  Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi. 
3.  Zapoznaj się z zestawem zadań testowych. 
4.  Test zawiera 20 zadań. Do każdego zadania dołączone są 4  możliwości odpowiedzi. Tylko 

jedna jest prawidłowa. 

5.  Za każdą poprawną odpowiedź otrzymasz 1 punkt, za złą lub brak odpowiedzi 0 punktów. 
6.  W czasie rozwiązywania zadań możesz korzystać z kalkulatora. 
7.  Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi; zaznacz poprawną odpowiedź, 

zaczerniając odpowiednie pole w karcie odpowiedzi.  

8.  W  przypadku  pomyłki  błędną  odpowiedź  otocz  kółkiem,  a  następnie  zaznacz  odpowiedź 

prawidłową. 

9.  Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania. 

10.  Kiedy udzielenie odpowiedzi na kolejne zadanie będzie Ci sprawiało trudność, wtedy odłóż 

jego rozwiązanie na później i wróć do niego, gdy zostanie Ci wolny czas. 

11.  Na rozwiązanie testu masz 40 minut. 
12.  Po zakończeniu testu podnieś rękę i zaczekaj, aż nauczyciel odbierze od Ciebie pracę. 

 

Powodzenia! 

 

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

   

 

 

 

 

 

1.  Zjawisko indukcji elektromagnetycznej jest wykorzystywane w: 

a)  prądnicach i akumulatorach, 
b)  transformatorach i kondensatorach, 
c)  prądnicach i transformatorach, 
d)  transformatorach i akumulatorach. 
 

2.  Która zależność opisuje wykres czasowy napięcia przedstawiony na rysunku? 

 

 

a) 

V,

 

)

(sin314

 

20

t

 

b) 

V,

 

)

π/6

(sin314

 

10

+

t

 

c) 

V,

 

)

π/6

(sin314

 

20

+

t

 

d) 

V,

 

)

π/6

(sin314

 

10

t

 

 
 
 
3.  Częstotliwość napięcia o wartości chwilowej 10(sin314t)V wynosi: 

a)  10 Hz, 
b)  20 Hz, 
c)  50 Hz, 
d)  100 Hz. 

 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

54 

4.  O  jakim  ustroju  miernik  nie  może  być  zastosowany  do  pomiarów  w  obwodzie  prądu 

sinusoidalnego? 
a)  magnetoelektryczny 
b)  elektromagnetyczny 
c)  elektrodynamiczny 
d)  ferrodynamiczny 

 
5.  Wskaż rysunek, na którym przedstawiono wykres czasowy dla idealnego kondensatora: 

 

 
6.  Wskaż wykres wektorowy dla odbiornika rezystancyjno-indukcyjnego: 

 

7.  Jaka jest reaktancja idealnej cewki o indukcyjności 

H

 

2

=

L

 zasilanej napięciem 

o częstotliwości 

Hz?

 

100

=

f

 

a)  1256 Ω 
b)  628 Ω 
c)  140 Ω 
d)  200 Ω 

 
8.  Jaką impedancję ma rzeczywista cewka, której rezystancja 

,

 

600

=

R

 a reaktancja 

?

 

80

=

X

 

a)  20 Ω 
b)  100 Ω 
c)  314 Ω 
d)  157 Ω 

 
9.  Obwód jest zasilany napięciem sinusoidalnym. Jaka jest wartość napięcia 

?

R

U

 

 

a)  20 V 
b)  40 V 
c)  60 V 
d)  80 V 

 
 
 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

55 

10.  W obwodzie przedstawionym na rysunku rezonans prądów zachodzi, gdy: 

 

a) 

C

L

I

I

I

=

=

 

b) 

C

L

R

I

I

I

=

=

 

c) 

C

L

I

I

=

 

d) 

C

R

I

I

=

 

 
11.  Wskazania  mierników włączonych  jak  na rysunku są  następujące: 

V,

 

100

=

U

 

 W,

800

=

P

 

A.

 

10

=

I

 Moc bierna obwodu wynosi: 

a)  1000var 
b)  600var 
c)  800var 
d)  500var 

 
 
 
 
12.  Dołączenie kondensatora równolegle do impedancji   w układzie z zadania 10 wpłynie na 

poprawę współczynnika mocy 

)

(cos

ϕ  układu. Na skutek tego: 

a)  wzrośnie moc czynna, 
b)  wzrośnie moc bierna, 
c)  zmaleje prąd, 
d)  wzrośnie prąd. 

 
13.  W  uzwojeniach  fazowych  prądnicy  trójfazowej  indukują  się  siły  elektromotoryczne 

o jednakowej amplitudzie, ponieważ:  
a)  prądnica posiada jedną magneśnicę, 
b)  uzwojenia wszystkich faz są identyczne, 
c)  uzwojenia wszystkich faz są przesunięte co 120

o

d)  prądnica posiada jedną parę biegunów. 

 

14.  Na  którym  rysunku  do  sieci  trójfazowej  przyłączono  prawidłowo  odbiornik  trójfazowy 

połączony w trójkąt? 

a) 

 

b) 

 

c) 

 

d) 

N

L3

L2

L1

 

 
15.  Dla odbiornika trójfazowego symetrycznego połączonego w gwiazdę słuszne są zależności: 

a) 

U

U

=

f

           oraz      

,

f

I

I

=

 

b) 

U

U

3

f

=

      oraz      

,

f

I

I

=

 

c) 

3

/

f

U

U

=

    oraz     

,

3

/

f

I

I

=

 

d) 

3

/

f

U

U

=

    oraz     

.

f

I

I

=

 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

56 

16.  Dla odbiornika trójfazowego symetrycznego połączonego w trójkąt słuszne są zależności: 

a) 

U

U

=

f

          oraz      

,

f

I

I

=

 

b) 

U

U

3

f

=

     oraz      

,

f

I

I

=

 

c) 

f

U

U

=

          oraz      

,

3

f

I

I

=

 

d) 

3

/

f

U

U

=

   oraz      

.

f

I

I

=

 

 

17.  Do  poprawnego  pomiaru  prądu  przewodowego  pobieranego  przez  silnik  indukcyjny 

trójfazowy  połączony  w  gwiazdę  o  impedancji  jednej  fazy 

,

 

50

=

Z

  zasilany  z  sieci 

trójfazowej o napięciu międzyfazowym 

V,

 

400

=

U

 należy użyć amperomierza o zakresie: 

a)  25 A, 
b)  15 A, 
c)  5 A, 
d)  1 A. 

 

18.  Moc czynną odbiornika trójfazowego symetrycznego obliczamy z zależności: 

a) 

,

cos

3

f

f

ϕ

I

U

P

=

 

b) 

,

cos

3

ϕ

UI

P

=

 

c) 

,

cos

ϕ

UI

P

=

 

d) 

.

cos

3

ϕ

UI

P

=

 

 

19.  Przy  pomiarze  mocy  czynnej  odbiornika  trójfazowego  (w  układzie  jak  na  rysunku)  do 

określenia  mocy  tego  odbiornika  należy  posłużyć  się  zależnością  (

2

1

 

P

P

  –  wskazania 

watomierzy): 

 

a) 

,

 

2

1

P

P

P

+

=

 

b) 

,

cos

)

 

(

2

1

ϕ

P

P

P

+

=

 

c) 

),

 

(

3

2

1

P

P

P

+

=

 

d) 

).

 

(

3

2

1

P

P

P

+

=

 

 
 

20.  Rysunek przedstawia sposób włączenia licznika: 

a)  mierzącego energię czynną pobieraną przez dwie fazy odbiornika trójfazowego, 
b)  mierzącego energię czynną odbiornika trójfazowego w systemie dwutaryfowym, 
c)  mierzącego energię bierną dwóch faz odbiornika trójfazowego, 
d)  dwuustrojowego do pomiaru energii czynnej odbiornika trójfazowego. 

 

O

D

B

I

OR

N

IK

L 3

L 2

L 1

1

6

2

3

4

5

 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

57 

 

KARTA ODPOWIEDZI 

 

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

 
Obliczanie i pomiary parametrów obwodów prądu przemiennego 

 

 

Zakreśl poprawną odpowiedź  

 

Nr 

zadania 

Odpowiedź 

Punkty 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10 

 

11 

 

12 

 

13 

 

14 

 

15 

 

16 

 

17 

 

18 

 

19 

 

20 

 

Razem:   

 

background image

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

58 

6. LITERATURA  

 

 

 

 

 

 

1.  Kurdziel R.: Podstawy elektrotechniki dla szkoły zasadniczej. Część 1 i 2. WSiP, Warszawa 

1999 

2.  Pilawski M.: Pracownia elektryczna dla ZSE. WSiP, Warszawa 1992 
3.  Praca zbiorowa: Praktyczna elektrotechnika ogólna. REA, Warszawa 2003 
4.  Woźniak  J.:  Pracownia  elektryczna.  Tom  I.  Pomiary  elektryczne.  Instytut  Technologii 

Eksploatacji, Radom 1995