operator maszyn i urzadzen odlewniczych 812[03] o1 05 u

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MINISTERSTWO EDUKACJI
NARODOWEJ

Robert Klarecki

Analizowanie

układów

elektrycznych

automatyki

przemysłowej 812[03].O1.05

Poradnik dla ucznia

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2007

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Recenzenci:

mgr Janusz Górny

mgr inż. Marek Olsza

Opracowanie redakcyjne:
mgr inż. Paweł Krawczak

Konsultacja:
dr inż. Bożena Zając

Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 812[03].O1.05.
„Analizowanie układów elektrycznych i automatyki przemysłowej”, zawartego w modułowym
programie nauczania dla zawodu operator maszyn i urządzeń odlewniczych.

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2007

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SPIS TREŚCI

1. Wprowadzenie

2. Wymagania wstępne

3. Cele kształcenia

4. Materiał nauczania

4.1. Podstawowe elementy i prawa obwodu elektrycznego

4.1.1. Materiał nauczania
4.1.2. Pytania sprawdzające
4.1.3. Ćwiczenia
4.1.4. Sprawdzian postępów

15
15
16

4.2. Podstawy miernictwa elektrycznego

4.2.1. Materiał nauczania
4.2.2. Pytania sprawdzające
4.2.3. Ćwiczenia
4.2.4. Sprawdzian postępów

17
23
24
25

4.3. Maszyny elektryczne i transformatory. Instalacje elektryczne

4.3.1. Materiał nauczania
4.3.2. Pytania sprawdzające
4.3.3. Ćwiczenia
4.3.4. Sprawdzian postępów

26
34
34
36

4.4. Układy sterowania i automatyki przemysłowej

4.4.1. Materiał nauczania
4.4.2. Pytania sprawdzające
4.4.3. Ćwiczenia
4.4.4. Sprawdzian postępów

37
41
42
43

5. Sprawdzian osiągnięć

6. Literatura

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1. WPROWADZENIE

Poradnik ten będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy na temat analizowania układów

elektrycznych i automatyki przemysłowej. W poradniku znajdziesz:
–

wymagania wstępne określające umiejętności, jakie powinieneś posiadać, abyś mógł bez

problemów rozpocząć pracę z poradnikiem,

–

cele kształcenia czyli wykaz umiejętności, jakie opanujesz w wyniku kształcenia
w ramach tej jednostki modułowej,

–

materiał nauczania, czyli wiadomości teoretyczne konieczne do opanowania treści
jednostki modułowej,

–

zestaw pytań sprawdzających, abyś mógł sprawdzić czy opanowałeś już materiał
nauczania,

–

wiczenia zawierające polecenia, sposób wykonania oraz wyposażenie stanowiska pracy,

które pozwolą Ci ukształtować określone umiejętności praktyczne,

–

sprawdzian postępów pozwalający sprawdzić Twój poziom wiedzy po wykonaniu
ć

wiczeń,

–

sprawdzian osiągnięć opracowany w postaci testu, który umożliwi Ci sprawdzenie
Twoich wiadomości i umiejętności opanowanych podczas realizacji programu danej
jednostki modułowej,

–

literaturę związaną z programem jednostki modułowej umożliwiającą pogłębienie Twej
wiedzy z zakresu programu tej jednostki.
Materiał nauczania został podzielony na cztery części. W pierwszej części znajdziesz

informacje związane z podstawowymi elementami elektrycznymi i elektronicznymi oraz
prawami, jakimi rządzi się obwód elektryczny. Informacje na temat podstaw miernictwa
elektrycznego zawarte zostały w rozdziale drugim. Trzeci rozdział poświęcony został
maszynom elektrycznym i transformatory, a także instalacjom elektrycznym. W końcu
w rozdziale czwartym bardzo krótko omówiłem układy sterowania i automatyki
przemysłowej.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Schemat układu jednostek modułowych

812[03].O1.01

Przestrzeganie wymagań

bezpieczeństwa i higieny pracy,

ochrony przeciwpożarowej

i ochrony środowiska

812[03].O1.02

Posługiwanie się

dokumentacją techniczną

812[03].O1.04

Rozpoznawanie elementów maszyn

i mechanizmów

812[03].O1.05

Analizowanie układów

elektrycznych i automatyki

przemysłowej

812[03].O1.06

Stosowanie podstawowych technik

wytwarzania części maszyn

812[03].O1

Techniczne podstawy zawodu

812[03].O1.03

Stosowanie materiałów

konstrukcyjnych

i narzędziowych

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

WYMAGANIA WSTĘPNE

Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

posługiwać się dokumentacją techniczną,

−

korzystać z różnych źródeł informacji technicznej, jak: Polskie Normy, poradniki,

−

analizować treść zadania, dobierać metody i plan rozwiązania,

−

posługiwać się podstawowymi pojęciami z zakresu fizyki, takimi jak: masa, siła,
prędkość,

−

interpretować związki wyrażone za pomocą wzorów, tabel,

−

komunikować się i pracować w zespole,

−

samodzielnie podejmować decyzje,

−

dokonywać oceny swoich umiejętności,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

–

rozróżnić podstawowe wielkości dotyczące energii elektrycznej oraz określić ich
jednostki,

–

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

–

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

–

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

–

rozróżnić instalacje mieszkaniowe i przemysłowe,

–

dobrać układ zabezpieczeń w obwodzie elektrycznym,

–

określić średnicę przewodu w zależności od wielkości mocy,

–

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

–

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

–

zmierzyć rezystancję izolacji i rezystancję uziemienia,

–

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

–

wyjaśnić zasadę działania transformatora, prądnicy, silnika elektrycznego,

–

wskazać różnice w budowie i pracy prądnicy, silnika i transformatora,

–

określić parametry maszyn i urządzeń elektrycznych na podstawie tabliczki
znamionowej,

–

rozróżnić podstawowe elementy elektroniczne,

–

rozróżnić podstawowe elementy układu sterowania,

–

określić przeznaczenie elementów układu sterowania,

–

rozróżnić elementy układów automatyki przemysłowej,

–

odczytać proste schematy układów automatycznej regulacji,

–

posłużyć się Polskimi Normami, katalogami oraz poradnikami,

–

przewidzieć zagrożenia i ich skutki podczas pracy przy urządzeniach elektrycznych,

–

zastosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony od porażeń prądem
elektrycznym, ochrony przeciwpożarowej podczas wykonywania pomiarów.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4. MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1. Podstawowe elementy i prawa obwodu elektrycznego

4.1.1. Materiał nauczania

Podstawowe wielkości elektryczne
W elektrotechnice można wyróżnić wiele wielkości elektrycznych. Niektóre z nich, to:

prąd elektryczny, napięcie, rezystancja, moc prądu elektrycznego, pojemność kondensatora,
indukcyjność cewki i wiele innych.

Prąd elektryczny, to uporządkowany ruch elektronów. Można powiedzieć, że prąd

płynie w przewodach podobnie jak woda w rurach wodociągowych. Czym więcej elektronów
przepływa w danym okresie czasu, tym większy płynie prąd. Do oznaczania natężenia prądu
elektrycznego stosuje się literę I. Z kolei jednostką prądu elektrycznego jest amper (A).
Dlatego właśnie mówi się, że w danym obwodzie elektrycznym płynie prąd, o natężeniu tylu,
czy tylu amperów.

Aby w obwodzie elektrycznym popłynął prąd, potrzebne jest jakieś źródło energii

elektrycznej. Źródłem takim może być na przykład bateria. (Mamy wtedy do czynienia ze
ź

ródłem napięcia stałego.) Bateria ma dwa bieguny: dodatni i ujemny (nazywane też plusem

i minusem). Dawno temu przyjęto, że prąd płynie od plusa do minusa. I chociaż później
okazało się, że jest zupełnie odwrotnie nadal przyjmuje się, że prąd płynie od plusa do minusa
i w taki sposób oznacza się go na schematach.

Rys. 1. Obwód elektryczny [2, s. 16]

Podstawowym parametrem charakteryzującym baterię jako źródło energii elektrycznej jest
napięcie. Jeżeli prąd elektryczny można porównać do przepływu wody, to napięcie możemy
sobie wyobrazić jako ciśnienie wody w instalacji hydraulicznej. Napięcie oznaczamy literą U
i mierzymy w woltach (V). Popularny „paluszek" daje napięcie o wartości około półtora wolta

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

(1,5V). Akumulator samochodowy ma napięcie 12V. Napięcie instalacji domowej (uwaga jest to
napięcie przemienne i nie ma „+” i „-”) wynosi 230 V.
Uwaga! Prąd i napięcie to nie jest to samo!

W instalacji wodociągowej może panować duże ciśnienie (przyrównaliśmy je do

napięcia), ale jeśli wszystkie krany są pozakręcane, to woda nie płynie (podobnie jest
z prądem). W obwodzie elektrycznym dzieje się identycznie. Jeśli bateria (źródło napięcia)
nie jest do niczego podłączona, to na jej biegunach występuje co prawda napięcie, ale prąd nie
płynie. śeby popłynął prąd, do baterii trzeba dołączyć jakiś odbiornik (na przykład żarówkę).
Prąd wpłynący w obwodzie elektrycznym jest zawsze ściśle związany z napięciem. śeby
płynął prąd, musi występować też napięcie. Jednak może się zdarzyć, że na zaciskach
występuje napięcie a prąd nie płynie. Dzieje się tak z powodu jeszcze jednej wielkości
elektrycznej, jaką jest oporność, czyli rezystancja (R).

Mówimy, że niektóre materiały nie przewodzą prądu elektrycznego, na przykład guma,

papier, drewno, tworzywa sztuczne, czy szkło, stawiają tak duży opór, że prąd przez nie nie
płynie. Materiały takie nazywamy izolatorami (dielektrykami). Inne materiały, przede
wszystkim metale, takie jak miedź, srebro, złoto czy aluminium bardzo dobrze przewodzą
prąd elektryczny. Dlatego nazywamy je przewodnikami.

Istnieją jeszcze materiały, które nazywamy półprzewodnikami. Na razie wystarczy,

wiedzieć, że półprzewodniki przewodzą prąd w określonych sytuacjach i to właśnie
z półprzewodników wytwarza się tranzystory, diody, układy scalone, które są podstawą całej
skomplikowanej elektroniki.

Rezystancja jest więc wielkością, która ma ścisły związek z przewodami, którymi płynie

prąd, czy elementami przewodzącymi w odbiornikach (w żarówce jest to na przykład włókno,
które nagrzewając się świeci). Należy pamiętać, że rezystancję mierzymy w omach
i oznaczamy grecką literą Ω.

Napięcie, natężenie prądu i rezystancja, to parametry, które najczęściej mierzymy, żeby

na przykład zlokalizować usterkę zarówno w prostym, jak i bardzo skomplikowanym
układzie elektrycznym. Praktycznie każdym współczesnym elektronicznym miernikiem
uniwersalnym możemy pomierzyć te wielkości.

Prawem, które łączy we wspólnej zależności napięcie, natężenie prądu (prąd)

i rezystancję, jest tak zwane prawo Ohma. W postaci wzoru wygląda ono następująco:

gdzie

I – to natężenie prądu (prąd) [A]

U – to napięcie [V]

R – rezystancja [Ω]

Bardzo wiele obliczeń dotyczących obwodu elektrycznego opiera się na przekształcaniu tego
wzoru, kiedy to znamy dwie wielkości, a musimy obliczyć trzecią.

Dla powtórzenia, przedstawione przeze mnie wielkości elektryczne i te, o których jeszcze

nie wspominałem zamieściłem w tabelce.

Tabela 1. Podstawowe wielkości elektryczne

wielkość elektryczna

symbol

nazwa jednostki

oznaczenie jednostki

prąd elektryczny

amper

napięcie elektryczne

wolt

rezystancja

Ω

pojemność

farad

indukcyjność

henr

ładunek elektryczny

Q, q

kulomb

moc elektryczna

wat

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Przy podawaniu parametrów układów elektrycznych bardzo często mamy do czynienia

z wartościami, które są wielokrotnie większe lub mniejsze od 1 ampera, wolta, czy oma.
Korzystamy wtedy z mnożników, które pozwalają zapisać w prosty sposób wartości tysiąc,
milion, czy nawet miliard razy większe lub, mniejsze niż 1 amper, wolt, czy om.
W elektrotechnice prawie zawsze korzysta się z mnożników, które są 1 000 razy większe lub
mniejsze od poprzedniego. Przedstawiam je w kolejnej tabeli.

Tabela 2. Wielkości podwielokrotne i wielokrotne

przedrostek

oznaczenie

mnożnik

giga

mega

kilo

mili

–3

mikro

–6

nano

–9

piko

–12

Mam nadzieję, że teraz z nie będzie żadnych wątpliwości, kiedy na bezpieczniku do radia
będzie podana wartość w mA (miliamperach), a przechodząc koło słupa elektrycznego będzie
można zobaczyć informację o napięciu w kV (kilowoltach).
Elementy obwodu elektrycznego.

Na rysunku 1przedstawiłem rzeczywisty obwód elektryczny i jego odwzorowanie za

pomocą schematu. Na schemat elektryczny składają się znormalizowane symbole graficzne
oraz połączenia między poszczególnymi elementami schematu. Najprostsze elementy
obwodów elektrycznych mają dwa wyprowadzenia (tak jakby wejście i wyjście), są jednak
niestety elementy, które mają tych wyprowadzeń więcej. Jednak żeby sprawdzić poprawność
połączenia obwodu elektrycznego wystarczy prześledzić którędy płynie prąd w tym
obwodzie. Trzeba pamiętać, że droga przepływu prądu zawsze musi być zamknięta.
Przedstawię teraz kilka elementów wchodzących w skład obwodów elektrycznych
i elektronicznych wraz z symbolami stosowanymi przy rysowaniu schematów.
Rezystory to elementy stanowiące dla płynącego w obwodzie prądu elektrycznego pewną
przeszkodę – opór, (rezystancję). Czym większą rezystancję ma rezystor, tym większy stawia
opór płynącemu prądowi. Rezystory nie są elementami biegunowymi, to znaczy, że obojętne
jest w którą stronę włączymy rezystor do obwodu elektrycznego.

Rys. 2. Symbol rezystora

Rys. 3. Rezystory [5, s. 14]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rezystory produkowane w tak zwanej technice SMD mogą być tak małe jak łepek od zapałki.

Rys. 4. Rezystory SMD [3, s. 8]

Bezpieczniki jak sama nazwa to wskazuje zabezpieczają obwód elektryczny, czy
elektroniczny. Dokładnie mówiąc chronią, żeby w obwodzie nie popłynął zbyt duży prąd,
który mógłby uszkodzić znajdujące się w nim elementy. Dlatego bardzo ważny jest dobór
bezpiecznika. W wypadku uszkodzenia bezpiecznika (przepalenia) należy zastąpić go takim
samym. Nie wolno naprawiać bezpieczników. Bezpieczniki w zależności od tego w jakich
urządzeniach się znajdują mają bardzo różne kształty, te na zdjęciu to tak zwane bezpieczniki
aparatowe, stosowane na przykład w radiu.

Rys. 5. Symbol bezpiecznika

Rys. 6. Bezpieczniki [6]

Diody przewodzą prąd tylko w jedną stronę. Dlatego właśnie muszą być odpowiednio
włączone do układu. Najczęściej są wykorzystywane w tak zwanych układach
prostowniczych, wchodzących w skład zasilaczy. Każde urządzenie elektroniczne zasilane
z sieci napięcia przemiennego (w domu 230V) musi mieć taki zasilacz, który zmienia
napięcie z przemiennego na stałe.

Rys. 7. Symbol diody

Rys. 8. Diody [5, s. 60]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Diody mogą być też świecące, tak zwane LED. Stanowią one element sygnalizacyjny, lub
dekoracyjny. W obecnym czasie coraz częściej stosuje się je do oświetlenia.

Rys. 9. Symbol diody LED

Rys. 10. Dioda LED [5, s. 14]

Kondensatory stałe i elektrolityczne, to elementy, które gromadzą energie elektryczną. Czym
większa pojemność kondensatora, tym większą ilość energii może on zgromadzić. Jednak jest
to nieporównywalnie mniejsza ilość energii, niż ta która możemy pobrać z akumulatora, czy
baterii.

Rys. 11. Symbole kondensatorów

Rys. 12. Kondensatory [5, s. 32]

Potencjometry, czyli tak naprawdę rezystory o regulowanej oporności do tej pory były
wykorzystywane na przykład do regulacji siły głosu. Teraz coraz częściej zastępują je
regulatory elektroniczne. W związku z tym potencjometry wykorzystywane są do regulacji
wstępnej, która nie jest dostępna dla przeciętnego użytkownika.

Rys. 13. Symbol potencjometru

Rys. 14. Potencjometry [5, s. 58]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Cewki najprościej mówiąc, to elementy składające się z pewnej ilości zwojów drutu. Często
drut ten nawinięty jest na rdzeniu. Małe cewki są bardzo podobne do rezystorów i można je
rozpoznać tylko po oznaczeniach, lub wykonując pomiary. Cewki w układach
elektronicznych są raczej rzadko wykorzystywane. W wielu aparatach elektrycznych znajdują
się jednak cewki, które wraz z rdzeniem, na którym są nawinięte stanowią tak zwany
elektromagnes (magnes który można włączyć i wyłączyć).

Rys. 15. Symbol cewki

Rys. 16. Cewki [5, s. 70]

Łączniki, które mogą mieć bardzo różne kształty i funkcje umożliwiają nam najczęściej
załączenie i przerwanie obwodu elektrycznego.

Rys. 17. Symbole łączników

Rys. 18. Łączniki [5, s. 22]

Tranzystory, to elementy trochę bardziej skomplikowane. Mają trzy wyprowadzenia i każde
z nich pełni inną funkcję. Najczęściej tranzystory pełnią rolę wzmacniacza lub
elektronicznego łącznika. Do tranzystorów nie rzadko przykręcone są elementy
odpowiadające za ich chłodzenie, tak zwane radiatory.

Rys. 19. Symbol tranzystora

Rys. 20. Tranzystory [5, s. 18]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Układy scalone to chyba najbardziej skomplikowane elementy elektroniczne. Tak naprawdę
w każdym układzie scalonym znajduje się kilka, czy nawet kilkadziesiąt elementów
elektronicznych.

Wymianę

uszkodzonego

układu

scalonego

najlepiej

powierzyć

wykwalifikowanemu elektronikowi.

Rys. 21. Wprowadzenia układu scalonego

Rys. 22. Układy scalone

Transformator składa się z przynajmniej dwóch cewek (z wyjątkiem specjalistycznych
bardzo rzadko występujących autotransformatorów). Najczęściej transformatory stosujemy do
obniżenia napięcia. Trzeba pamiętać, że transformator działa tylko przy napięciu
przemiennym. W każdym domowym urządzeniu elektronicznym znajduje się transformator,
który obniża napięcie z 230V (tak zwane napięcie sieciowe) do żądanej, niższej wartości.
Transformator może także podwyższać napięcie, chociaż wykorzystywane jest to znacznie
rzadziej. Należy zwrócić szczególna uwagę przy podłączaniu transformatora, aby nie
zamienić uzwojenia zasilanego z tym, z którego odbieramy napięcie.

Rys. 23. Symbol transformatora

Rys. 24. Transformatory [5, s. 12]

Oczywiście elementy obwodów elektrycznych i elektronicznych można by wymieniać
w nieskończoność, ale myślę, że te najważniejsze wymieniłem.

Trzeba pamiętać też, że na większości elementów elektronicznych znajdują się opisy, po

których można je odnaleźć w katalogach.

W zależności od złożoności obwodu elektrycznego jego elementy mogą być bardzo

różnie połączone. Dwa podstawowe połączenia stosowane w elektrotechnice, to połączenie
szeregowe i równoległe. Najczęściej te dwa sposoby połączeń przedstawia się na przykładzie
rezystorów. Poniższy rysunek przedstawia połączenie szeregowe trzech rezystorów.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 25. Połączenie szeregowe rezystorów

Połączone w ten sposób rezystory stanowią dla płynącego przez nie prądu rezystancję, którą
można wyliczyć ze wzoru;

Tak obliczon

rezystancj

Rz nazywa si

rezystancja zastępczą

, lub

wypadkową

. Bardzo

sto (chocia

nie zawsze) szeregowo poł

czone s

aróweczki na choince. Wad

takiego

poł

czenia jest fakt,

e uszkodzenie jednego z elementów, na przykład przepalenie

aróweczki na choince powoduje przerw

w obwodzie. W zwi

zku z tym pr

d przestaje

płyn

ąć

Połączenie równoległe

trzech rezystorów wygl

da nast

puj

co;

Rys. 26. Połączenie równoległe rezystorów

W tym przypadku wzór na obliczenie rezystancji zast

pczej jest troch

bardziej

skomplikowany i ma posta

Oczywi

cie zarówno szeregowo, jak i równolegle mo

emy ł

czy

dowoln

ilo

ść

elementów,

zachowuj

c te same reguły. Równie

we wzorach na rezystancj

zastepcza musimy

uwzgl

dni

ksz

ilo

ść

elementów. Najcz

ęś

ciej jednak w elektrotechnice wyst

puj

mieszane poł

czenie szeregow-równoległe, to znaczy

e niektóre elementy s

ze sob

poł

czone szeregowo, a inne równolegle. Rezystory i kondensatory cz

sto ł

czy si

szeregowo lub równolegle, aby uzyska

potrzebna warto

ść

rezystancji, czy pojemno

ci,

jednak w stosunku do wszystkich elementów mo

na powiedzie

e s

poł

czone ze sob

szeregowo, lub równolegle.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.1.2. Pytania sprawdzające

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

Jakie znasz wielkości stosowane w elektrotechnice?

Czy umiesz podać literowe oznaczenia tych wielkości?

W jakich jednostkach podajemy podstawowe wielkości elektryczne?

Wymień kilka materiałów, które w elektrotechnice wykorzystywane są jako
przewodniki?

Wymień kilka materiałów, które w elektrotechnice wykorzystywane są jako dielektryki
(izolatory)?

Czy umiesz wymienić kilka podstawowe elementy obwodu elektrycznego i elektronicznego?

Czy wiesz, w jaki sposób oznacza się ja na schematach?

Czy umiesz narysować połączenie szeregowe i równoległe rezystorów?

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie1

Zapisz podane niżej wartości wielkości elektrycznych posługując się mnożnikiem

i jednostką podstawową: 250mA; 0,4kV; 2,2kΩ; 2700µA; 0,5MΩ.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

wykonać obliczenia,

zaprezentować wyniki.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

kalkulator,

–

literatura wskazana przez nauczyciela.

Ćwiczenie 2

Przyporządkuj symbole elementów elektronicznych stosowane przy rysowaniu

schematów elektronicznych do nazw tych elementów.

rezystor

łącznik

dioda

bezpiecznik

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) przypomnieć sobie symbole elementów elektronicznych,
2) dobrać nazwy z symbolami w pary.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

literatura wskazana przez nauczyciela.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 3

Połącz w pary nazwy wielkości elektrycznych z odpowiadającymi im oznaczeniami

jednostek.

Symbol wielkości elektrycznej

Oznaczenie jednostki

natężenie prądu

napięcie elektryczne

rezystancja

pojemność

Ω

indukcyjność

moc elektryczna

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

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

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

literatura wskazana przez nauczyciela.

4.1.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

podać przykłady wielkości stosowanych w elektrotechnice?

przyporządkować wielkości do symboli i jednostek?

zastosować wielokrotności i podwielokrotności jednostek?

podać przykłady przewodników?

podać przykłady dielektryków (izolatorów)?

rozpoznać podstawowe elementy elektroniczne na podstawie ich symboli
graficznych?

rozpoznać połączenie szeregowe i równoległe elementów

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2. Podstawy miernictwa elektrycznego

4.2.1.

Materiał nauczania

Niektórzy elektrycy często śmieją się, że największym problemem z prądem

elektrycznym jest to, że go nie widać. Wbrew pozorom jest w tym żarcie bardzo dużo
prawdy. Są jednak przyrządy, które potrafią oczywiście nie dosłownie „zobaczyć prąd”.
Przyrządy te, to próbniki i mierniki elektryczne.

W wielu sytuacjach tak naprawdę nie musimy znać dokładnych parametrów energii

elektrycznej. Często wystarczy nam samo stwierdzenie, czy napięcie jest, czy też go nie ma.
Jeżeli na przykład zgaśnie nam lampka na biurku, mimo że niedawno wkręciliśmy do niej
nową żarówkę warto przekonać się, czy;
–

arówka mimo że nowa, jest sprawna,

–

w gniazdku elektrycznym do którego podłączyliśmy lampkę jest napięcie,

–

czy działa wyłącznik lampki.

Te wszystkie czynności, przy szczególnym zachowaniu przepisów bezpieczeństwa może
wykonać każdy, kto ma chociażby ogólne pojęcie o prawach, którymi rządzi się
elektrotechnika.

Często można zaobserwować jak ktoś z sprawdzał czy w gniazdku jest napięcie. Wcale

nie jest do tego potrzebny skomplikowany i drogi sprzęt. Wystarczy neonowy próbnik
napięcia nazywany też „neonówką”, który jest pewnie w większości domów. Budowę takiego
próbnika i sposób wykorzystania pokazuje poniższy rysunek.

Rys. 27. Próbnik napięcia [1, s. 159]

Należy tylko pamiętać, że w gniazdku próbnik pokaże istnienie napięcia tylko w jednej
„dziurce” i do elementu stykowego (blaszki na końcu neonówki) trzeba dotykać palcem.
Proponuję też, żeby pierwszy raz takiej próby dokonać pod nadzorem nauczyciela. Ja
osobiście stosuję bardziej uniwersalny próbnik o nazwie PHASER 777. Można nim sprawdzić
nawet gdzie biegną przewody pod napięciem w ścianie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 28. Próbnik napięcia [6]

Właśnie takie, czy inne próbnik służą do próby, czyli stwierdzenia istnienia, czy też

braku napięcia. Nie wiemy wykorzystując je, jaka jest wartość tego napięcia, ale najczęściej
wcale nie jest to nam potrzebne.

Zdarza się jednak, że trzeba wykonać bardziej dokładne pomiary. Pomiar to ustalenie

wartości wielkości fizycznej. Na przykładzie napięcia. Dzięki pomiarowi będzie wiadomo,
czy napięcie w sieci (gniazdku) wynosi 230V, czy może spadło do wartości 215V. Do
wykonania pomiarów parametrów energii elektrycznej wykorzystujemy mierniki.

Obecnie bardzo popularnymi i stosunkowo tanimi mirnikami są multimetry. Praktycznie

każdy, z nich pozwala mierzyć napięcie i natężenie prądu stałego, napięcie zmienne oraz
rezystancję. Zazwyczaj ma też wiele dodatkowych możliwości. Większość multimetrów
mierzy również natężenie prądu zmiennego oraz ma funkcję akustycznego pomiaru przejścia
(zwarcia). Może nie najlepszy, ale z pewnością najbardziej popularny i tani miernik pokazuje
zdjęcie poniżej. Dla podstawowych pomiarów miernik taki na pewno wystarczy.

Rys. 29. Multimetr [14]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Czarny przewód pomiarowy zawsze należy dołączać do gniazda oznaczonego COM -to

tak zwany zimny zacisk (neutralny, zerowy). Czerwony przewód dołączamy w zależności od
tego, co chcemy mierzyć. Tak jak na zdjęciu, w większości przypadków. Do najwyżej
położonego zacisku podłączymy przewód czerwony tylko przy pomiarach natężenia prądu od
2A, do 10A.

Pomiar natężenia prądu w praktyce nie jest taki łatwy. Trzeba pamiętać, że prąd płynie

w obwodzie elektrycznym tylko wtedy, kiedy tworzy on zamknięty obwód, a w obwodzie tym
umieszczony jest odbiornik. śeby dowiedzieć się, jaka jest wartość tego prądu musimy jak
gdyby przerwać obwód i w to miejsce włączyć amperomierz. Mówimy, że amperomierz
włączamy do obwodu szeregowo. Wygląda to, jak na schemacie poniżej. Gdzie kółko
z literką A (tak oznacza się amperomierz na schematach) to amperomierz (w rzeczywistości
nasz uniwersalny miernik ustawiony jako amperomierz).

Odbiornik

Rys. 30. Sposób podłączenia amperomierza

Miernik musimy ustawić na pomiar prądu stałego, bo nasz odbiornik zasilany jest napięciem
stałym (baterią). Dobrze, jeżeli czerwony przewód dołączymy do „+” źródła, a czarny do
odbiornika, ale jeżeli będzie odwrotnie nic się nie stanie miernik pokaże na wyświetlaczu „-”,
ż

eby zasygnalizować, że jest włączony odwrotnie. Jeżeli mielibyśmy zmierzyć prąd płynący

w obwodzie prądu przemiennego (takie zasilanie mamy w domach, w naszych „gniazdkach”)
pomiar wyglądałby identycznie tylko musielibyśmy użyć odpowiedniego miernika.

Mierniki, albo ustawienia pokrętła do pomiaru napięcia stałego (bateria, akumulator,

zasilacz napięcia stałego) oznaczane są literami

lub symbolem .

Dla pomiaru napięcia przemiennego stosuje się ustawienie

lub

Należy też dobrać odpowiedni zakres miernika. Powinien być większy niż wartość natężenia
prądu, jakiego możemy się spodziewać. Jeżeli mierzona wartość wykracza poza zakres
pomiarowy (jest za duża), na wyświetlaczu świeci tylko cyfra l z lewej strony wyświetlacza.
W innych multimetrach zaświeca się wtedy napis OL - overload, czyli przeciążenie. Wcale
nie oznacza to, że tak przeciążony przyrząd ulega uszkodzeniu. Większość multimetrów ma
wewnętrzne zabezpieczenia, jednak trzeba starać się nie dopuszczać do takich sytuacji.

Jak widać (patrz schemat) prąd płynący do odbiornika przepływa też przez amperomierz,

dlatego możliwy jest pomiar wartości tego prądu. Trzeba pamiętać, że aby zmierzyć prąd
płynący w obwodzie trzeba go przerwać. No oprócz jednego wyjątku. Są specjalne
mierniki, które umożliwiają pomiar prądu bez przerywania obwodu. Nazywa się je
miernikami cęgowymi, niestety są to mierniki dosyć drogie. Jednak, aby zaspokoić ciekawość
na rysunku poniżej pokazuję jak wygląda taki pomiar.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 31. Pomiar miernikiem cęgowym [1, s. 165]

Jeżeli chodzi o pomiar napięcia, to woltomierz zawsze włączamy równolegle, to

znaczy, że możemy go podłączyć, kiedy obwód jest już połączony. Niejako „dostawić”
woltomierz w tym, czy innym miejscu. Oczywiście trzeba to robić bardzo ostrożnie, bo
obwód jest cały czas załączony. Napięcie możemy też zmierzyć, kiedy wcale nie
podłączyliśmy odbiornika (na źródle). Na przykład po to, żeby zmierzyć, czy bateria, którą
chcemy włożyć do walkmana jest jeszcze dobra (powinna mieć około 1,5V), czy już całkiem
się rozładowała. Podłączając woltomierz (na zakresie napięcia przemiennego) do „gniazdka”
w domu również zobaczymy, jakie tak naprawdę napięcie przesyła nam elektrownia (niestety
nie zawsze jest to 230V). Oczywiście zasady ustawienia miernika pozostają tak jak przy
poprzednim pomiarze. Musimy ustawić miernik jako woltomierz, wybrać czy będzie to
pomiar napięcia stałego (baterie akumulatory, zasilacze napięcia stałego), czy przemiennego
(sieć elektroenergetyczna), a także dobrać zakres. Schemat może wyglądać tak.

Odbiornik

Rys. 32. Sposób podłączenia woltomierz

Zauważ, że jeżeli odłączymy odbiornik, woltomierz nadal będzie wskazywał napięcie źródła.

Wykorzystując nasz popularny multimetr możemy chwilę zatrzymać się jeszcze nad

pomiarem rezystancji. Wartość oporności danego elementu może nam o nim sporo
powiedzieć. Wracając do naszego przykładu z lampką, aby dowiedzieć się, czy żarówka znów
się spaliła, czy tym razem przyczyna tkwi gdzieś indziej wystarczy zmierzyć jej rezystancję.
W dodatku ten pomiar można spokojnie wykonać samemu, bo jest on w stanie
beznapięciowym. To znaczy, że żeby zmierzyć, jaka jest rezystancja naszego elementu (na
przykład żarówki) musimy odłączyć go od źródła napięcia (żarówkę wystarczy wykręcić).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Trzeba o tym pamiętać, po pierwsze dlatego, żeby nie ulec porażeniu elektrycznemu, a po
drugie aby nie zniszczyć miernika. Teraz już możemy ustawić miernik na pomiar rezystancji
(symbol Ω, albo literka R) i dołączyć przewody do elementów stykowych żarówki. Tak jak na
rysunku.

Ω

Rys. 33. Sposób podłączenia omomierza do żarówki [7]

Teraz wypada tylko zinterpretować wyniki. Rezystancja żarówki jest uzależniona od jej
typu, mocy, napięcia na jakie jest przeznaczona. Nie trzeba jednak znać konkretnych
wartości. Pewne natomiast jest to, że jeżeli rezystancja żarówki jest tak duża, że miernik nie
może jej zmierzyć, to znaczy że gdzieś najprawdopodobniej przerwany jest żarnik. Wtedy
nadaje się tylko do wymiany. Gdyby rezystancja wynosiła 0 Ω (co zdarzyć się może bardzo
rzadko), oznaczałoby to, że zrobiło się w niej zwarcie i również jest do wymiany. Wartości od
kilkudziesięciu, do nawet kilku tysięcy Ω (kilku kΩ) wskazują, że powinna być dobra
(chociaż nie jest to pewne w 100%).

Dobrze byłoby też wiedzieć, że często mierzy się rezystancję tam gdzie jest ona bardzo

duża. Jest to tak zwany pomiar rezystancji izolacji. Mówiliśmy, że izolatory (dielektryki)
nie przewodzą prądu. Nie jest to jednak tak do końca prawda. Przy odpowiednio dużym
napięciu nawet izolator może „przepuścić” prąd. Dlatego właśnie sprawdza się izolację tam
gdzie chcemy, żeby była ona jak największa. Na przykład urządzenia, które powszechnie
wykorzystywane są w domu powinny mieć rezystancję izolacji nie mniejszą niż 0,5MΩ
(500000Ω). Do pomiarów wykorzystuje się specjalne mierniki nazywane megaomomierzami
(MΩ). Dawniej były to mierniki induktorowe – (trzeba było pokręcić korbką, która napędzała
prądnicę wytwarzającą odpowiednie napięcie - 500V napięcia stałego).

Rys. 34. Induktorowy miernik izolacji [7]

Teraz są to mierniki elektroniczne, czasami bardzo skomplikowane i wyglądające jak mały
laptop, ale posiadające bardzo dużo funkcji.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

No przyszedł czas na najbardziej skomplikowany pomiar. A mianowicie pomiar mocy.

Łatwo można zauważyć, że na większości urządzeń elektrycznych nie podaje się natężenia
prądu jaki pobierają. Bardziej popularne jest podawanie mocy danego urządzenia. Kiedy
kupujemy żarówkę prosimy o 100W, 60W, 40W. Czym większa moc żarówki (oczywiście
tego samego typu), tym jaśniej ona świeci. Na czajniku elektrycznym, grzejniku, czy nawet
telewizorze podawana jest właśnie moc. To ona też decyduje ile zapłacimy za energię
pobieraną przez dane urządzenie. Jak łatwo się przekonać jest to bardzo ważna wielkość
elektryczna. Dlatego właśnie nauczymy się ją mierzyć.

Do pomiaru mocy ( w watach) służy watomierz. Jest to trochę bardziej skomplikowany

miernik i ma więcej zacisków. W dodatku watomierze elektroniczne są jeszcze rzadko
spotykane. W zasadzie w dużym uproszczeniu można powiedzieć, że watomierz to taki
woltomierz i amperomierz w jednej obudowie. Jeżeli chodzi o pomiar mocy w obwodach
prądu stałego, to amperomierz i woltomierz w zupełności wystarczy nam żeby obliczyć moc
urządzenia (jest to tzw. pomiar mocy metodą techniczną). Jeśli pomnożymy prąd płynący
w obwodzie i napięcie, jakim obwód jest zasilany uzyskamy moc podłączonego urządzenia.

⋅

Niestety sprawa nie jest taka prosta przy prądzie przemiennym. Dlatego lepiej skorzystać
z watomierza. Aby dokonać pomiaru mocy musimy podłączyć cztery zaciski watomierza
(dwa prądowe i dwa napięciowe). Schemat pomiaru watomierzem wygląda następująco:

Odbiornik

Rys. 35. Sposób podłączenia watomierza

Gwiazdkami zaznaczone są tak zwane początki cewek; napięciowej – U* (podłączamy tak jak
woltomierz) i prądowej – I* (podłączamy tak jak amperomierz). Jak widać początki cewek
(prądowej i napięciowej) są połączone ze sobą, wtedy miernik z pewnością pokaże właściwą
wartość. Praktyczne podłączenie miernika do pomiaru mocy przy prądzie przemiennym oraz
funkcje poszczególnych jego pokręteł pokazuje ilustracja.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 36. Watomierz [1, s. 169]

Myślę, że teraz pomiar napięcia, natężenia prądu i mocy w układach elektrycznych nie

będzie stanowił już żądnej trudności.

Na koniec pozwolę sobie podać jeszcze parę rad. Po pierwsze trzeba pamiętać, że

z prądem naprawdę nie ma żartów. Nawet jeżeli niskie napięcie nie stanowi zagrożenia dla
ż

ycia, to może uszkodzić miernik. Przy napięciu sieciowym (w naszych „gniazdkach”) trzeba

być już naprawdę ostrożnym. Wszelkie pomiary najlepiej wykonywać tylko za zgodą
nauczyciela w specjalnie do tego przeznaczonej pracowni. Po drugie zawsze na spokojnie
trzeba sprawdzić ustawienia na mierniku. Czy pokrętło zakresów jest we właściwej pozycji?
Czy przewody są podłączone do właściwych gniazd? Najczęściej uszkodzenia mierników są
powodowane przez nieuwagę. Szczególnie kiedy mamy do czynienia z multimetrem, którym
przed chwilą mierzyliśmy rezystancję, a teraz chcemy zmierzyć napięcie.

4.2.2. Pytania sprawdzające

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

Jaki miernik służy do pomiaru natężenia prądu?

Jak podłączamy miernik do pomiaru natężenia prądu do obwodu elektrycznego?

Jaki miernik służy do pomiaru napięcia?

Jak podłączamy miernik do pomiaru napięcia do obwodu elektrycznego?

Jaki miernik służy do pomiaru rezystancji?

Jak podłączamy miernik do pomiaru rezystancji?

Jaki miernik służy do pomiaru mocy?

Jak podłączamy miernik do pomiaru mocy?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Wykonaj pomiary rezystancji żarówek (dokładnie żarników) trzech różnych żarówek za

pomocą miernika uniwersalnego.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

narysować schemat pomiarowy,

zgromadzić potrzebną aparaturę i elementy elektryczne,

wybrać tryb pracy miernika,

wykonać pomiary rezystancji żarówek,

zapisać wyniki pomiarów.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

trzy dowolne żarówki o różnych parametrach,

–

miernik uniwersalny cyfrowy,

–

przybory do pisania,

–

kartki do notatek.

Ćwiczenie 2

Dokonaj pomiaru napięcia trzech różnych baterii za pomocą miernika uniwersalnego.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

narysować schemat pomiarowy,

zgromadzić potrzebną aparaturę i elementy elektryczne,

wybrać tryb pracy miernika,

wykonać pomiary napięcia,

zapisać wyniki pomiarów,

uszeregować baterie od najwyższego napięcia, do najniższego.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

trzy baterie (o różnych napięciach, mogą być częściowo rozładowane, lub o różnych

napięciach znamionowych),

–

miernik uniwersalny cyfrowy,

–

przybory do pisania, kartki do prowadzenia notatek.

Ćwiczenie 3

Pod kontrolą nauczyciela sprawdź neonowym wskaźnikiem napięcia obecność napięcia,

lub jego brak.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

zapoznać się z obsługą wskaźnika neonowego (może być potrzebna jego instrukcja),

dokonać próby napięcia.

Uwaga! Próby możesz dokonać tylko pod ścisłym nadzorem nauczyciela.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

„gniazdko” elektryczne pod napięciem (najlepiej z osobnym wyłącznikiem zabezpieczone
wyłącznikiem różnicowoprądowym)

–

dowolny (najlepiej kilka typów) próbnik napięcia (jeżeli to możliwe z instrukcją obsługi).

4.2.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

narysować schemat podłączenia amperomierza?

narysować schemat podłączenia woltomierza?

narysować schemat podłączenia watomierza?

właściwie (zgodnie z żądanym pomiarem) ustawić pokrętło na

mierniku i podłączyć przewody

odczytać z miernika wartość mierzonej wielkości?

zmierzyć wartość rezystancji dowolnego elementu?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3. Maszyny elektryczne i transformatory. Instalacje elektryczne

4.3.1.

Materiał nauczania

Bardzo często spotkamy się z różnymi urządzeniami elektrycznymi napędzanymi

silnikami elektrycznymi. Począwszy od samochodu na baterie, poprzez stacje CD-ROM
w komputerze, mikser kuchenny czy tokarkę w zakładzie ślusarskim, wszystkie te urządzenia
wykorzystują silniki. Oczywiście są to bardzo różne silniki. Różna jest ich budowa, sposób
zasilania, a czasami nawet sposób działania. śeby w takim razie jakoś ruszyć do przodu
zacznijmy od podziału na silniki prądu stałego i zmiennego. Te pierwsze z pewnością
zastosowane są w każdym samochodzie na baterie (przypominam, że bateria daje nam
napięcie stałe). Zasada działania takiego silnika jest stosunkowo prosta.

Rys. 37. Zasada działania silnika prądu stałego [14]

Prześledźmy działanie prostego silnik prądu stałego z trwałymi magnesami. W

uzwojeniu wirnika płynie prąd (wirnik nazywany też rotorem, to ten element który się
obraca), wokół wirnika powstaje pole magnetyczne. Lewa strona wirnika jest odpychana
przez lewy biegun trwałego magnesu w prawo, powodując obrót wirnika. Po chwili wirnik
kontynuuje obrót. Gdy wirnik osiągnie położenie pionowe, komutator zmienia kierunek
płynącego przez elektromagnesy wirnika prądu, zmieniając kierunek wytworzonego pola
magnetycznego. Proces powtarza się.

Jeżeli zrozumie się zasadę działania silnika prądu stałego, to znaczy że zrozumiało się

również zasadę działania prądnicy. Jak to możliwe? Sekret polega na tym, że prądnica działa
zupełnie odwrotnie. To znaczy, że najpierw musimy pokręcić wirnikiem, a później
w uzwojeniach zaczyna płynąć prąd. Najprostszym przykładem prądnicy jest dynamo
rowerowe (szkoda że coraz rzadziej spotykane).

Rys. 38. Dynamo rowerowe [14]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Trzeba zapamiętać raz na zawsze, że do silnika doprowadzamy napięcie, a jego wirnik

zaczyna się obracać. Natomiast w przypadku prądnicy obracamy wirnikiem żeby uzyskać
energię elektryczną. Nawet przy bardzo skomplikowanych silnikach i prądnicach zasada ta się
nie zmienia. Silniki przetwarzają energię elektryczna na mechaniczną, prądnice energię
mechaniczną na elektryczną.

Kolejną grupą silników są tak zwane silniki uniwersalne, które mogą być zasilane

napięciem stałym jak i przemiennym. Takie silniki można spotkać w odkurzaczach,
mikserach i temu podobnym sprzęcie gospodarstwa domowego.

Rys. 39. Silnik uniwersalny [1, s. 268]

Jeszcze inne silniki umieszczone są we wspomnianej już przeze mnie tokarce. Ich moce

zaczynają się od 0,5kW. Zasilane są przeważnie napięciem trójfazowym, chociaż zdarzają się
również jednofazowe. Trudno jest je odróżnić po wyglądzie. Silnik zasilany z jednej fazy
najczęściej będzie miał do obudowy dołączony duży kondensator. Silniki te nazywane są
silnikami asynchronicznymi, zwartymi lub klatkowymi.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 40. Silnik asynchroniczny [8]

eby podłączyć taki silnik trzeba odpowiednio skojarzyć (podłączyć) uzwojenia silnika.

Końce uzwojeń silnika wyprowadzone są na tabliczkę zaciskową silnika. Poszczególne
uzwojenia oznacza się literami U, V, W. Początki uzwojeń oznaczone są „1” (U1, V1, W1),
a końce „2” (odpowiednio U2, V2, W2). Uzwojenia takie łączy się w tak zwany „trójkąt”, lub
znacznie częściej „gwiazdę”. Połączenia należy wykonać według poniższego schematu. Wart
zauważyć w jaki sposób początki i końce uzwojeń silnika są podłączone do wyprowadzeń
silnika (gdzie jest początek pierwszego uzwojenia – U1, a gdzie jego koniec – U2
i odpowiednio kolejne uzwojenia).

Rys. 41. Połączenie w gwiazdę i trójkąt [1, s. 258]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Bardzo ważnym elementem każdego urządzenia elektrycznego jest jego tabliczka

znamionowa. Na niej podane są najważniejsze parametry urządzenia. Dla silników są to:
(w nawiasie podaję wartości przedstawionej przykładowej tabliczki)
–

typ silnika (Se 100L – 4B),

–

numer fabryczny (brak),

–

moc silnika (3 kW),

–

klasa izolacji (B),

–

data produkcji (1989),

–

napięcie zasilania (3 x 220V lub 3 x 380V),

–

pobierany prąd (12A przy połączeniu w trójkąt i 6,9A przy połączeniu w gwiazdę),

–

wartość współczynnika mocy – cosφ (0,8)

–

stopień ochrony obudowy – IP (44),

–

rodzaj pracy (S1 – do pracy ciągłej),

–

prędkość obrotowa wirnika (1405 obr/min),

–

temperatura pracy (40 °C),

–

przyrost temperatury uzwojeń (80 °C),

–

rodzaj napięcia zasilania (3-fazowe),

–

częstotliwość napięcia zasilającego (50 Hz),

–

masa (35,5 kg),

–

numer normy zgodnie z którą został wyprodukowany (PN-88/E-06701).

Rys. 42. Tabliczka znamionowa [4, s. 44]

Niestety niektórzy producenci podają nie wszystkie parametry, ale te najważniejsze zawsze
znajdują się na tabliczce. Obecnie zgodnie z wymogami Unii Europejskiej na każdym
urządzeniu powinno się także znajdować oznaczenie, które informuje, że urządzenie
odpowiada europejskim dyrektywom o bezpieczeństwie.

eby sprawnie poruszać się w „świcie elektrotechniki” należałoby poznać jeszcze jedno

urządzenie, które niektórzy zaliczają do maszyn elektrycznych (wciąż są o to spory),
a mianowicie transformator. Oczywiście, że wiadomo już jak wygląda transformator.
Mówiliśmy o tym przy okazji elementów wchodzących w skład obwodu elektrycznego. Teraz
zatrzymamy się na chwilę nad zasadą działania transformatora. Każdy transformator
zbudowany jest z przynajmniej dwóch uzwojeń nawiniętych na wspólnym rdzeniu. Jedno
z tych uzwojeń nazywamy uzwojeniem pierwotnym, drugie wtórnym. Pierwsze uzwojenie

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

zasilamy napięciem przemiennym (transformatory działają tylko przy napięciu
przemiennym), a z drugiego uzyskujemy napięcie przeważnie o innych parametrach.
Najczęściej mamy do czynienia z transformatorami obniżającymi napięcie. Uzwojenie
pierwotne zasilamy z sieci 230V, a z uzwojenia wtórnego uzyskujemy napięcie na przykład
o wartości 12V. Taki transformator obniżający napięcie jest w większości urządzeń
elektronicznych wykorzystywanych w domu. Zasadę działania i budowę transformatora
ilustruje poniższy rysunek.

Rys. 43. Transformator [2, s. 159]

Oczywiście praktyczne wykonania transformatorów mogą nieco różnić się od tego schematu,
ale nie zmienia to ich zasady działania. Transformatory 3-fazowe na przykład mają
przynajmniej dwa uzwojenia dla każdej fazy (czyli razem 6 uzwojeń).

eby poznane maszyny i urządzenia elektryczne mogły pracować musimy doprowadzić

do nich energię elektryczna. Robimy to za pośrednictwem instalacji elektrycznej. Istnieją
różne kryteria podziału instalacji elektrycznych. Jedna z nich to rozróżnienie instalacji
w zależności od zasilanych przez nią odbiorników. Wyróżniamy więc;
–

instalacje oświetleniowe - zasilające elektryczne źródła światła i inne urządzenia
o niewielkiej mocy (przenośne urządzenia grzejne, podgrzewacze wody itp.),

–

instalacje siłowe - zasilające silniki elektryczne oraz przemysłowe urządzenia grzejne;

W zależności od miejsca występowania instalacje dzieli się na:
–

nieprzemysłowe - zasilające odbiorniki elektryczne w budynkach mieszkalnych,
biurowych, szkolnych itp.,

–

przemysłowe - wykonane w zakładach przemysłowym,

–

inne - np. w obiektach rolniczych, hodowlanych, górnictwie.

O tym, że w domu istnieje instalacja elektryczna często można zorientować się tylko po
ułożeniu gniazdek, wyłączników i punktów świetlnych. Jest tak dlatego, że instalacja ułożona
jest pod tynkiem. Czasami instalacja może być też ułożona w listwach, czy tak zwanych
korytkach instalacyjnych.

Zupełnie inaczej jest z instalacją przemysłową. W zakładach przemysłowych,

szczególnie halach produkcyjnych instalacja elektryczna musi być wykonana w taki sposób,
aby łatwo można było ją modyfikować. Bardzo często istnieje konieczność dostawienia
jakiejś maszyny, czy też wymiany starej na nową. Sposób wykonania instalacji musi
umożliwiać takie przeróbki. Drugim kryterium wykonywania instalacji przemysłowych są
moce, jakie musi ona przenosić. Często suma mocy wszystkich odbiorników elektrycznych,
jakich używamy w domu jest nieporównywalnie mniejsza od mocy pojedynczych maszyn
przemysłowych. Co za tym idzie, przewody instalacji przemysłowych są o wiele grubsze, niż
przewody w instalacji domowej (mogą być nawet grubsze od ramienia). Nie rzadko przewody
wykonane są w postaci miedzianych lub aluminiowych płaskowników nazywanych
szynoprzewodami. W inny sposób również układa się takie przewody. Mogą być umieszczane

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

w rurach metalowych lub z tworzywa sztucznego. Innym sposobem jest układanie ich
w specjalnie przygotowanych korytkach w podłodze, lub na tak zwanych drabinkach
podwieszonych do sufitu lub mocowanych na wspornikach. Instalacje przemysłowe to
w przeważającej liczbie instalacje trójfazowe, gdzie napięcie między przewodami fazowymi
wynosi 400V. Instalacje przemysłowe wymagają ścisłego nadzoru wykwalifikowanych
elektryków. Osobom nieuprawnionym nie wolno dokonywać żadnych napraw, ani
przeróbek instalacji.

Pokażę teraz, w jaki sposób podłączona jest wtyczka i gniazdo w domowej instalacji

jednofazowej. We wszystkich nowych budynkach instalacja jednofazowa (taka jak w domu
do gniazdka, albo oświetlenia) wykonywana jest trzema przewodami. Nazwy, kolory
i oznaczenia przewodów podaję w tabeli.

Kolor przewodu

Oznaczenie literowe

Nazwa

ółto-zielony

przewód ochronny

jasnoniebieski

przewód neutralny

inny niż dwa poprzednie (np. czarny) L (L1, L2, L3)

przewód fazowy

Rys. 44. Gniazdo 1-fazowe [1, s. 75]

Rys. 45. Przedłużacz [1, s. 77]

Oprócz tego, jakiego koloru przewód podłączymy do jakiego zacisku ważne jest też żeby
właściwie dobrać średnicę przewodu.
Uwaga! W elektrotechnice posługujemy się przekrojem poprzecznym przewodu.
Popularne przekroje, z którymi najczęściej mamy do czynienia, to 0,75 mm

; 1 mm

;

1,5 mm

; 2,5 mm

. Czym grubszym przewód (o większym przekroju), tym większy prąd

może przez niego płynąć (możemy obciążyć go większą mocą). Nie jest to jednak takie
proste, ponieważ przewody zawsze dobieramy pod kątem konkretnego zastosowania. Musimy
się zastanowić, do czego będą służyły i w jakich warunkach będą użytkowane. Inny rodzaj
przewodu wykorzystujemy do instalacji ułożonych na stałe, inny do zasilania odbiorników
przenośnych i ruchomych. Pod uwagę trzeba wziąć;

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

czy przewód ma być ułożony na stałe – wykorzystujemy do takich instalacji druty jedno
lub wielożyłowe,

czy ma być ruchomy (albo chociażby zaginany) – wtedy wykorzystamy linkę,

w jakich warunkach środowiskowych będzie pracował (czy będzie tam wilgoć, czy może
ż

rące opary, czy łatwo może ulec uszkodzeniu) – dobieramy właściwe ułożenie i izolację,

jakie moce będzie przenosił – czym większe moce obciążenia, tym grubszy przewód.

Niestety dobór przewodu nie jest taki prosty, dlatego jeżeli zaistniałaby konieczność wymiany
uszkodzonego przewód należy zastąpić go najlepiej identycznym (oznaczenie przewodu może
znajdować się na w instrukcji urządzenia, lub być nadrukowane na nim). Fachowcy
(instalatorzy instalacji elektrycznej, czy konstruktorzy urządzenia) na pewno dobrze go
dobrali (obliczyli).

Przy okazji warto wspomnieć również o zabezpieczeniach. Każde urządzenie elektryczne

i każda instalacja elektryczna jest zabezpieczona. Tak naprawdę to jest to cały system
zabezpieczeń. Nie zawsze jest on identyfikowany z instalacją elektryczną. Na przykład bardzo
często możesz spotkać się z różnego rodzaju uziomami. Często można zauważyć schodzący
z dachu budynku do ziemi gruby przewód. Ten przewód to fragment instalacji
piorunochronnej. Płaskownik wkopany w ziemię to uziom. To on ma w wypadku uderzenia
pioruna odprowadzić niebezpieczny ładunek elektryczny do ziemi. Niektóre maszyny
przemysłowe również są uziemione. W domu uziemiona powinna być tak zwana główna
szyna wyrównawcza.

Najbardziej popularnym zabezpieczeniem urządzeń i instalacji elektrycznych są

bezpieczniki topikowe. Tak zwane bezpieczniki aparatowe już przedstawiłem. Stosujemy je
przeważnie w sprzęcie elektronicznym.

Podobną funkcję zabezpieczenia instalacji elektrycznej pełni instalacyjny bezpiecznik

topikowy. Czasami zastępują go tak zwane bezpieczniki automatyczne, które
w rzeczywistości są bardziej skomplikowanymi wyłącznikami.

Rys. 46. Instalacyjny bezpiecznik topikowy [10]

Rys. 47. Bezpiecznik automatyczny [10]

W najnowszych instalacjach zabezpieczenie jest bardziej kompleksowe (całościowe)
i w związku z tym zajmuje więcej miejsca.

Rys. 48. Rozdzielnica z zabezpieczeniami [14]

Postaram się teraz zrobić krótki przegląd stosowanych zabezpieczeń. Instalacje i urządzenia
elektryczne chronimy przed:
1.

zwarciem (na przykład połączeniem przewodu fazowego z neutralnym bez odbiornika) –
bezpieczniki, wyłączniki instalacyjne,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 49. Wyłącznik instalacyjny [13]

zbyt dużym prądem, przeciążeniem (za dużo odbiorników podłączonych jednocześnie, na
przykład silnik za mocno hamowany) – bezpieczniki, wyłączniki instalacyjne
nadprądowe, wyłączniki silnikowe,

Rys. 50. Wyłącznik silnikowy [11]

zbyt dużym napięciem, przepięciem (na przykład uderzeniem pioruna) – ograniczniki
przepięć różnego typu (nawet w listwie do komputera jest element elektroniczny, który
spełnia takie zadanie),

porażeniem prądem elektrycznym (ochrona ludzi obsługujących urządzenie elektryczne)
– wyłączniki różnicowoprądowe (łatwo je poznać, bo mają przyciski testu),

Rys. 51. Wyłącznik różnicowoprądowy [6]

Trzeba pamiętać, że każdy z wymienionych aparatów zabezpiecza urządzenie lub

instalację pod innym kątem, dlatego nie można zastosować tylko jednego. W dodatku
zabezpieczenia się powielają. Na przykład w radiu, jest bezpiecznik aparatowy, gniazdko do
którego jest ono podłączone chronią zabezpieczenia w rozdzielni zasilającej mieszkanie, ale
dalej jest jeszcze wspólne zabezpieczenie dla całego bloku itd. śaden z wymienionych
aparatów nie zabezpieczy jednak w 100% urządzenia czy obsługi, jeżeli nie będą
przestrzegane warunki eksploatacji instalacji czy urządzenia. Na pewno są one
szczegółowo opisane w instrukcjach obsługi.

Budowa samej instalacji też wykonana jest w taki sposób, żeby zapewnić

bezpieczeństwo. Dlatego należy korzystać tylko z gniazdek z bolcami ochronnymi, nie
wolno demontować obudów i osłon, oraz dokonywać samowolnych przeróbek.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.2. Pytania sprawdzające

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

Na czym polega różnica w pracy silnika elektrycznego i prądnicy?

Na czym polega zasada działania transformatora?

Czy umiesz na tabliczce zaciskowej silnika połączyć go w trójkąt i gwiazdę?

Czy umiesz odczytać podstawowe parametry maszyny elektrycznej z jego tabliczki
znamionowej?

Jakie znasz rodzaje instalacji elektrycznych?

Czy umiesz podać kolory, oznaczenia i nazwy przewodów w instalacji elektrycznej?

Czy wiesz czym powinna charakteryzować się instalacja przemysłowa?

Jakie znasz rodzaje zabezpieczeń stosowanych w instalacji elektrycznej?

4.3.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Odczytaj z tabliczki znamionowej silnika takie parametry maszyny, jak:

–

rodzaj i wartość napięcia zasilania,

–

moc maszyny,

–

prędkość obrotową wirnika silnika,

–

wartość prądu znamionowego,

–

stopień ochrony obudowy.

Rysunek do ćwiczenia 1 Tabliczka znamionowa [1, s. 255]

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

odczytać wartości z tabliczki zaciskowej,

przyporządkować wartości do ich nazw,

zapisać wymagane parametry silnika.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

tabliczka znamionowa lub jej rysunek,

–

przybory do pisania i zeszyt.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 2

Połącz w trójki nazwy przewodów instalacji elektrycznych, ich oznaczeń literowych

i kolorystycznych.

przewód fazowy

ółto-zielony

przewód neutralny

inny niż żółto-zielony i jasnoniebieski

przewód ochronny

jasnoniebieski

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) przyporządkować danej nazwie przewodu oznaczenie i kolor,
2) zaprezentować wyniki.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

odcinki przewodów,

–

przybory do pisania.

Ćwiczenie 3

Połącz trójfazowy silnik asynchroniczny na tabliczce zaciskowej w trójkąt.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

przypomnieć sobie sposób połączenia uzwojeń silnika na jego tabliczce zaciskowej,

dobrać odpowiednie narzędzia do wykonania połączenia,

podłączyć przewody zasilające i zwory kojarzące uzwojenia,

sprawdzić sposób połączenia z dokumentacją silnika, lub literatura.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

sinik trójfazowy lub sama tabliczka zaciskowa z możliwością skojarzenia uzwojeń silnika
w trójkąt,

–

zwory do wykonania połączenia,

–

pojedyncze przewody połączeniowe lub przewód wielożyłowy zakończony wtyczką
trójfazową,

–

końcówki do zaprasowania,

–

narzędzia; nóż monterski, komplet wkrętaków i kluczy nasadowych, praska do zaciskania
końcówek,

–

dokumentacja silnika i/lub literatura podana przez nauczyciela.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

podać różnicę w pracy silnika elektrycznego i prądnicy?

wyjaśnić zasadę działania transformatora?

połączyć tabliczkę silnika 3-fazowego w trójkąt i gwiazdę?

odczytać podstawowe parametry maszyny z jej tabliczki
znamionowej?

wymienić rodzaje instalacji elektrycznych?

przyporządkować do poszczególnych przewodów instalacji
elektrycznej oznaczenia i kolory?

wymienić cechy charakterystyczne instalacji przemysłowej?

wymienić rodzaje zabezpieczeń stosowanych w instalacjach
elektrycznych?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4. Układy sterowania i automatyki przemysłowej

4.4.1.

Materiał nauczania

Każdy wie jak wygląda instalacja elektryczna w domu. Teraz, kiedy poznalismy również

zabezpieczenia stosowane w tej instalacji z pewnością nie stanowi ona niczego
nadzwyczajnego i niezrozumiałego. Niestety muszę przyznać, że nie wszystkie instalacje są
tak proste. Za to mogę przyznać, że nawet najbardziej skomplikowane instalacje rządzą się
zawsze takimi samymi prawami.

W różnych, czasami bardzo skomplikowanych urządzeniach czy maszynach instalacja

elektryczna składa się z dwóch obwodów;
–

obwodu głównego, w którym płynie prąd do odbiornika (np. silnika),

–

obwodu sterowania, w którym znajdują się elementy sterownicze (łączniki przyciski,
czujniki itp.) i sygnalizacyjne (kontrolki, wskaźniki, lampki, itp.).

Elektrycy żeby ułatwić sobie pracę rozpatrują te obwody osobno i szukają ewentualnych
usterek najpierw w jednym, a potem drugim. Nawet schematy tych obwodów najczęściej są
dwa.

Obwód główny najczęściej jest mniej skomplikowany. Składa się przeważnie

z zabezpieczeń, wyłącznika głównego, stycznika dalej odbiornika. Obwód sterowania jest
trochę bardziej skomplikowany. Należy też zwrócić uwagę na kolory typowych elementów
przełączających i ich symbole stosowane na schematach elektrycznych. Przyciski sterujące
muszą mieć kolory zgodne z odpowiednimi normami. Załączające są koloru zielonego lub
ż

ółtego, wyłączające są zawsze koloru czerwonego (przyciski awaryjnego wyłączenia są

czerwone i mają kształt „grzybka”).

Rys. 52. Dłoniowy wyłącznik bezpieczeństwa [11]

W przypadku konieczności wymiany przycisku sterującego lub lampki kontrolnej

bezwzględnie trzeba zachować kolor taki, jaki był przed wymianą. Ma to duże znaczenie
dla bezpieczeństwa obsługi danej maszyny! Inne elementy obwodu sterowania, to bardzo
różne, tak zwane wyłączniki krańcowe.

Rys. 53. Wyłącznik krańcowy [11]

Umożliwiają one na zautomatyzowanie działania urządzenia. Na przykład przesuwający

się wraz ze stołem obrabiarki element w „krańcowej” pozycji (stąd nazwa łącznika) naciśnie
rolkę i poda sygnał. Może to spowodować zatrzymanie, maszyny, zmianę kierunku
przesuwania się stołu czy wiele innych operacji. Bardzo często wyłącznik krańcowy stanowi
dodatkowe zabezpieczenie obsługi przed uszkodzeniami ciała. Dzięki zastosowaniu

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

w obwodzie sterowania tych wyłączników na przykład nie można uruchomić maszyny bez
zamknięcia wszystkich osłon. Bardzo często tego typu zabezpieczenia stosuje się przy
różnego rodzaju prasach, chociażby do przycinania wypływek odlewów.
Łączniki mogą posiadać jeden lub kilka zestyków. Zestyk najczęściej tworzy zespół dwóch
styków, z których jeden jest ruchomy, a drugi nieruchomy. Wyróżniamy dwa rodzaje
zestyków:
–

zestyk normalnie otwarty (zwierny) „NO”, który po naciśnięciu zamyka obwód
elektryczny,

–

zestyk normalnie zamknięty (rozwierny) „NC”, który po naciśnięciu otwiera obwód
elektryczny.

W nowoczesnych maszynach i urządzeniach stosowane są łączniki krańcowe bezstykowe.
Mogą to być łączniki:
–

indukcyjne – reagują na zbliżenie metalowego przedmiotu,

–

pojemnościowe – reagują na zbliżenie cieczy, przedmiotów szklanych, z tworzyw
sztucznych, drewna, metali,

–

optoelektroniczne – działają na zasadzie przerwania wiązki promieniowania
podczerwonego, lub wiązki z diody laserowej,

–

magnetyczne – reagują na zbliżenie magnesu.

Zaprezentowane przeze mnie łączniki mogą pełnić rolę tak zwanych czujników, czy inaczej
sensorów. W układach bardziej skomplikowanej automatyki wiele czujników przekazuje
swoje sygnały do sterownika (to tak jakby centrum dowodzenia) i dopiero tam podejmowane
decyzje o wysłaniu sygnałów (rozkazów) uruchamiających kolejne procesy. W prostszych
układach czujniki mogą sterować na przykład podajnikiem, który transportuje materiały
i przedmioty.

Praktycznie każda maszyna elektryczna jest napędzana silnikiem elektrycznym. Niektóre

maszyny mogą mieć takich silników kilka, gdzie każdy odpowiedzialny jest za inną operację.
Do najprostszych układów sterowania silnikami elektrycznymi wyróżniamy:
–

układ z samopodtrzymaniem – stosowany do włączania i wyłączania silnika za pomocą
przycisków „start” i „stop”,

–

układ przełączania kierunku obrotów silnika elektrycznego – tzw. Układ prawo -lewo,

–

układ zmiany połączenia uzwojeń silnika – tzw. przełącznik gwiazda – trójkąt.

Poniżej zamieszczam schemat (osobny obwodu głównego i osobny sterowania) układu
z samopodtrzymaniem.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 54. Układ stycznikowy z samopodtrzymaniem [2, s. 116]

Zastosowane oznaczenia, to:
F1 – bezpiecznik w każdej fazie (ten symbol już znasz),
F2 – bezpiecznik w obwodzie sterowania,
K1 – stycznik (w obwodzie głównym 3 styki zwierne, w obwodzie pomocniczym styk
zwierny i cewka stycznika),
M1 – silnik,
S1 – przycisk rozwierny „STOP” (czerwony),
S2 – przycisk zwierny „START” (zielony).
Jak widać na każdym elemencie obwodu sterowania są umieszczone nawet numery
wyprowadzeń. Bardzo ułatwia to łączenie. Czasami na przewodach stosuje się również
specjalne oznaczniki (mogą to być opaski z nadrukiem), na których napisane jest gdzie trzeba
podłączyć dany przewód. Wydaje się to bardzo proste, ale w rzeczywistej maszynie już wcale
takie nie musi być. Tym bardziej, jeżeli maszyna jest duża i poszczególne elementy są od
siebie znacznie oddalone. W dodatku w większości przypadków nawet w tak prostym
układzie stosuje się więcej przycisków. Łącząc je szeregowo lub równolegle. Ten sam układ
tym razem już tylko sterowania czterema przyciskami (dwa „START” i dwa „STOP”)
wyglądałby następująco:

Rys. 55. Układ stycznikowy z samopodtrzymaniem [1, s. 95]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Dwa przyciski „START”, S3 i S4 są ze sobą połączone równolegle. Dzięki temu każdym

z nich możemy niezależnie załączyć układ. Przyciski „STOP”, S1 i S2 są połączone
szeregowo i naciśnięcie któregokolwiek z nich spowoduje zatrzymanie układu. Spotkałem
wiele urządzeń, gdzie połączonych szeregowo zestyków rozwiernych było kilka. Nie zawsze
wszystkie były przyciskami, ale na przykład część z nich to łączniki krańcowe. Pełniły one
funkcje różnych zabezpieczeń. Łącznik umieszczony zaraz pod osłoną na przykład
ruchomych części maszyny po otworzeniu osłony uniemożliwiał jej uruchomienie. Z kolei
przy prasie trzeba było nacisnąć jednocześnie dwa oddalone, na wyciągnięcie rąk od siebie
przyciski jednocześnie, żeby prasa wykonała uderzenie. Zabezpieczało to przed
przypadkowym uruchomieniem prasy podczas, kiedy ręce operatora nie były w bezpiecznej
pozycji. Ma nadzieję, że udowodniłem, że układy odpowiednio połączonych ze sobą
przycisków mogą w bardzo prosty sposób zabezpieczać urządzenia i maszyny elektryczne
oraz ich obsługę. Połączenia takie można też wykorzystywać do prostych układów
automatyki. Chociaż tak naprawdę automatyka sięga o wiele głąbiej. śeby mówić
o automatyce musimy zapoznać się z takimi pojęciami, jak:
–

sygnał – informacja mająca najczęściej postać elektryczną (np. czy przycisk jest
wciśnięty, czy nie),

–

obiekt – na przykład element podlegający obróbce, ale też i cały proces produkcyjny,

–

urządzenie sterujące – często bardzo skomplikowany element elektroniczny, sterownik
(nierzadko to komputer)

–

element wykonawczy – na przykład silnik, siłownik hydrauliczny, elektrozawór, itp.

Rys. 56. Elektrozawór [9]

Rys. 57. Siłowniki pneumatyczne [12]

Przykładem prostych układów automatyki może być nowoczesna pralka automatyczna,

nierzadko sterowana elektronicznie (mikroprocesorowo). Sygnały będą pochodziły z różnych
czujników. Przykładowo mogą to być:
–

czujnik zamknięcia drzwiczek wsadowych (może to być wyłącznik krańcowy),

–

czujnik temperatury,

–

czujnik poziomu wody,

–

czujnik sprawdzający wagowo ilość prania,

–

czujniki ustawiane przez obsługę.
To wszystko trafia do elementu sterującego – programatora (może być

mikroprocesorowy), który decyduje na podstawie sygnałów z czujników, jakie wysłać
sygnały do elementów wykonawczych. Elementem wykonawczym staje się elektrozawór,
który będzie dopuszczał wodę, albo zatrzyma jej przepływ. Również grzałka musi „wiedzieć”
czy podgrzewać kąpiel piorącą, czy już wystarczy? Pompka musi wypompować wodę na
końcu cyklu prania, a nie na przykład na samym początku. Elementy sterujące silnikiem
uruchomią go z małą prędkością przy praniu, ale za to z okresową zmianą kierunku obrotów.
Na koniec prania, ale dopiero po wypompowaniu wody obroty silnika będą duże. Do tego
wszystkiego w sterowaniu trzeba jeszcze uwzględnić czas podstawowych operacji. Tak dużo
operacji, a to prosty przykład automatyki.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Pewnie każdy miał okazję oglądać w telewizji bardziej skomplikowane układy

automatyki. Myślę na przykład o taśmach produkcyjnych samochodów, gdzie wydaje się, że
na hali produkcyjnej pracują same roboty. Układy automatyki wykorzystują elementy
elektryczne, elektroniczne, hydrauliczne i instalacje sprężonego powietrza. W maszynach
odlewniczych bardzo często występują obwody hydrauliczne, które sterowane są zaworami
elektrycznymi. Również wiele czujników (za pośrednictwem elementu sterującego)
„decyduje” który z etapów produkcji będzie następny.

Zarówno bardzo proste urządzenia elektryczne, jak i te skomplikowane czasami się psują.

Oczywiście naprawę urządzeń elektrycznych najlepiej zostawić elektrykom (liczy się nie
tylko wykształcenie i umiejętności, ale również odpowiednie uprawnienia), ale zanim
poprosimy o to fachowca można samemu sprawdzić parę rzeczy. Oczywiście to, od czego
zaczniemy uzależnione jest od konkretnej maszyny, warunków awarii i wielu rzeczy, ale
mimo to warto zapamiętać i w razie konieczności zastosować;
1.

Sprawdzić, czy w instrukcji obsługi urządzenia nie ma sposobu postępowania przy awarii
urządzenia (jest to obowiązek producenta),

Upewnić się, że urządzenie elektryczne jest zasilane.

–

sprawdzić czy wtyczka jest w gnieździe,

–

czy przewód nie jest uszkodzony,

–

czy linia zasilająca jest pod napięciem,

–

sprawdzić czy nie zadziałały zabezpieczenia (przepalone bezpieczniki, wyłączone
wyłączniki instalacyjne),

Sprawdzić wszystkie wyłączniki.
–

sprawdzić czy któryś z wyłączników nie jest wyłączony (przyciski, pokrętła, itp.),

–

czy wszystkie zabezpieczenia są we właściwej pozycji (na przykład wyłączniki
krańcowe),

W bezpieczny sposób można sprawdzić poszczególne elementy,

–

przy odłączonym napięciu (wtyczka z gniazdka) omomierzem można sprawdzić
sprawność wyłącznika, przewodów, np. żarówki (tak jak w ćwiczeniu).

4.4.2. Pytania sprawdzające

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

Jakie elementy mogą wchodzić w skład obwodu głównego?

Jakie elementy mogą wchodzić w skład obwodu sterowania?

Jak działa i jaki jest symbol łącznika zwiernego?

Jak działa i jaki jest symbol łącznika rozwiernego?

Czy znasz symbole wykorzystywane przy rysowaniu obwodu głównego i obwodu
sterowania?

Czy znasz zasady lokalizacji i usuwania usterek w urządzeniach elektrycznych?

Czy znasz zasady bezpiecznej pracy przy naprawie urządzeń elektrycznych?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Montaż obwodu głównego zasilającego 3-fazowy silnik asynchroniczny. Ćwiczenie

wykonuje się bez napięcia.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

rozpoznać elementy układu według schematu i przyporządkować je elementom
rzeczywistymi,

dobrać narzędzia do wykonania zadania,

połączyć układ zgodnie ze schematem.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

rozdzielnica rzeczywista nie podłączona, wyposażona kompletnie,

–

narzędzia monterskie,

–

schemat ideowy i montażowy,

–

miernik uniwersalny.

Ćwiczenie 2

Narysuj połączenie szeregowe i równoległe trzech dowolnie wybranych elementów

elektrotechnicznych (dwa rysunki).

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

przypomnieć sobie jak wygląda połączenie szeregowe, a jak równoległe,

jeżeli jest taka potrzeba odnaleźć wiadomości o tych połączeniach w literaturze
elektrotechnicznej,

narysować połączenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

wybrana literatura,

–

zeszyt i przybory do pisania.

Ćwiczenie 3

Wyobraź sobie, że lampka halogenowa na twoim biurku (z wyłącznikiem,

i transformatorem) nagle zgasła. Zaproponuj sposób postępowania w celu zdiagnozowania
uszkodzenia, pamiętając o bezpieczeństwie. W swojej pracy uwzględnij różne uszkodzenia
(jeżeli nie popsuło się to, to sprawdzić należy jeszcze to). Oprócz możliwych uszkodzeń
wypisz narzędzia, które będą ci potrzebne do wykonania zadania.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

przypomnieć sobie sposób postępowania przy awariach sprzętu elektrycznego,

zadbaj o bezpieczeństwo wykonywanych prac,

wypisz możliwe usterki,

wypisz sposoby zdiagnozowania poszczególnych uszkodzeń,

wypisz możliwe sposoby ich usunięcia,

wypisz narzędzia potrzebne Ci do wykonania zadania.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

wybrana literatura,

–

instrukcja obsługi lampki (jeżeli jest takowa),

–

rzeczywista lampka,

–

zeszyt i przybory do pisania.

4.4.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

odróżnić na schemacie obwód główny od obwodu sterowania?

rozpoznać elementy wchodzące w skład obwodu głównego i

sterowania na podstawie ich symboli graficznych?

połączyć obwód główny zasilania silnika asynchronicznego

trójfazowego?

wskazać możliwe usterki w prostym sprzęcie elektrycznym?

zaproponować sposoby usunięcia tych usterek?

przestrzegać zasad bezpiecznej naprawy i konserwacji urządzeń

elektrycznych?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

Przeczytaj dokładnie instrukcję.

Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.

Odpowiedzi udzielaj wyłącznie na karcie odpowiedzi.

Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.

Test zawiera 20 zadań.

Do każdego zadania podane są cztery odpowiedzi, z których tylko jedna jest prawidłowa.

Zaznacz prawidłową według Ciebie odpowiedź wstawiając literę X w odpowiednim
miejscu na karcie odpowiedzi.

W przypadku pomyłki zaznacz błędną odpowiedź kółkiem, a następnie literą X zaznacz
odpowiedź prawidłową.

Za każde poprawne rozwiązanie zadania otrzymujesz jeden punkt.

10.

Za udzielenie błędnej odpowiedzi, jej brak lub zakreślenie więcej niż jednej odpowiedzi -
otrzymujesz zero punktów.

11.

Uważnie czytaj treść zadań i proponowane warianty odpowiedzi.

12.

Nie odpowiadaj bez zastanowienia; jeśli któreś z zadań sprawi Ci trudność – przejdź do
następnego. Do zadań, na które nie udzieliłeś odpowiedzi możesz wrócić później.

13.

Pamiętaj, że odpowiedzi masz udzielać samodzielnie.

14.

Na rozwiązanie testu masz 40 minut.

Powodzenia!

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

Materiałami, które nie przewodzą prądu są
a)

dielektryki.

elektrolity.

metale.

roztwory kwasów.

Rysunek przedstawia symbol
a)

woltomierza.

łącznika.

amperomierza.

rezystora.

Jednostka napięcia elektrycznego, to
a)

Ω

Energię elektryczną na mechaniczną przetwarza
a)

transformator.

prądnica.

silnik elektryczny.

przetwornica.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Aby prawidłowo podłączyć do obwodu elektrycznego amperomierz należy włączyć go
a)

równolegle do odbiornika, którego prąd ma być mierzony.

równolegle do źródła zasilania.

szeregowo w obwód, przez którym płynie prąd.

równolegle do elementu, na zaciskach którego mierzymy prąd.

Przycisk sterowniczy maszyny odpowiedzialny za wyłączenie awaryjne powinien być
koloru
a)

czerwonego.

zielonego.

niebieskiego.

obojętnie jakiego.

Do urządzeń wykonawczych automatyki zaliczamy
a)

siłownik.

wzmacniacz.

regulator.

prądnicę.

W instalacji domowej korzystamy z napięcia
a)

12 V napięcia przemiennego.

230 V napięcia przemiennego.

12 V napięcia stałego.

230 V napięcia stałego.

W instalacjach elektrycznych urządzeniem chroniącym obsługę przed porażeniem
prądem elektrycznym jest
a)

wyłącznik silnikowy.

wyłącznik różnicowoprądowy.

ogranicznik przepięć.

wyłącznik instalacyjny nadprądowy.

10.

Przewód koloru żółto-zielonego w instalacji elektrycznej, to przewód
a)

ochronny.

zasilający.

sterowniczy.

fazowy.

11.

Warunkiem pracy transformatora jest

doprowadzenie napięcia stałego do uzwojenia pierwotnego.

zwarcie uzwojenia pierwotnego z wtórnym.

doprowadzenie napięcia przemiennego do uzwojenia pierwotnego.

doprowadzenie napięcia stałego do uzwojenia wtórnego.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

12.

Przedstawione na zdjęciu elementy elektroniczne, to

kondensatory.

rezystory.

transformatory.

diody.

13.

W instalacji elektrycznej przewód oznaczony literami „PE” to
a)

przewód ochronny.

przewód fazowy.

przewód neutralny.

przewód pomiarowy.

14.

Połączenie „w trójkąt” wykonane na tabliczce silnika 3-fazowego przedstawia schemat

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

15.

Na schemacie przedstawionego układu sterowniczego (z samopodtrzymaniem) element
oznaczony S1, to

bezpiecznik.

przycisk STOP.

styk stycznika.

przycisk START.

16.

Aby zmierzyć napięcie baterii (popularnego paluszka) miernikiem uniwersalnym
(multimetrem) musisz ustawić go na ustawienie
a)

DC A.

AC A.

DC V.

AC V.

17.

Do pomiaru rezystancji izolacji silnika użyjesz
a)

woltomierza.

omomierza.

megaomomierza.

amperomierza.

18.

Na bezpieczniku aparatowym zasilacza znajduje się oznaczenie „200mA” oznacza to, że
ulegnie przepaleniu, kiedy przepłynie przez niego prąd powyżej
a)

2 A.

200 A.

0,2 A.

0,02 A.

19.

Zgodnie z przedstawioną poniżej tabliczką znamionową silnika, jego moc znamionowa
wynosi
a)

4800000 W.

995 min

-1

531 A.

6000 V.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

20.

Pomiaru rezystancji dokonujemy
a)

przy napięciu przemiennym .

w stanie beznapięciowym.

włączając miernik w szereg.

podłączając miernik równolegle ze żródłem zasilania.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

KARTA ODPOWIEDZI

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

Analizowanie układów elektrycznych i automatyki przemysłowej

Zakreśl poprawną odpowiedź.

zadania

Odpowiedzi

Punkty

Razem:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

6. LITERATURA

Bastian P., Schuberth G., Spielvogel O., Steil H. J., Tkotz K., Ziegler K.: Praktyczna
elektrotechnika ogólna. Podręcznik dla zawodowych i średnich szkół technicznych.
Wydawnictwo REA s. j., Warszawa 2003.

Dehler E., Grimm B., Häberle G., Philipp W., Schliemann B., Schnnell D.: Podstawy
elektroniki. Podręcznik dla zawodowych i średnich szkół technicznych. Wydawnictwo
REA s. j., Warszawa 2006.

Elektronika dla nieelktroników. 1/2006, wydawca Wiesław Marciniak.

Gozlińska E.: Maszyny elektryczne. WSiP, Warszawa 1998.

Górecki P.: Wyprawy w świat elektroniki. Wydawnictwo Komunikacji i Łączności
Sp. z o. o., Warszawa 2004.

http://aukcja .onet.pl

http://ise.pl

http://silnikielektryczne.prv.pl

www.elektrozawory.eu

10.

www.instalacjebudowlane.pl

11.

www.luxmarket.pl

12.

www.siłowniki-pneumatyczne.pl

13.

www.tech.co.bydgoszcz.pl

14.

http://pl.wikipedia.org/