Zygmunt Giętkowski, Andrzej Kamonciak
INSTALACJE
ELEKTRYCZNE
Materiały pomocnicze do przedmiotu Instalacje Elektryczne,
dla studentów Wydziału Inżynierii Lądowej i Środowiska
Wydział Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej
Gdańsk, 2004
SPIS TREÅšCI
1. PRZYRZ
DY POMIAROWE & & .................................................................... 01
1.1. PrzyrzÄ…dy pomiarowe................................................................................ 01
1.2. Pomiar rezystancji & ................................................................................. 04
1.3. Cel ćwiczenia & & & & & & & ................................................................... 04
1.4. Przebieg ćwiczenia ...& & & & & & & & & & & & & & & & & & & & .& & 04
1.5. Wnioski & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & ... 06
2. y
RÓDA
A ÅšWIATA
A & & .................................................................................. 07
2.1. Podstawowe wielkości fotometryczne ..................................................... 07
2.2. y
ródła światła & & & & ............................................................................ 12
2.3. Cel ćwiczenia & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & ..& .. 12
2.4. Pomiary & & & & & & & & & & & & & & & & & & ..& & & & & & & & & 12
2.5. Wnioski .& & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & .. 13
3. PRZEWODY ELEKTRYCZNE ........................................................................ 14
3.1. Oznaczenia przewodów ............................................................................ 14
3.2. Nagrzewanie & & & .................................................................................. 15
3.3. Ochrona przed nadmiernym nagrzewaniem & ..& & ................................ 15
3.4. Dobór przewodów & & & & & & & & & & & ............................................. 16
3.5. Cel ćwiczenia & & & & & & & & & & ........................................................ 17
3.6. Wyznaczanie przekroju przewodów & & & ..& & & & & & & & & & ..& .. 17
3.7. Badanie nagrzewania przewodów .& & ..& & & & & & & & & & & & & . 17
4. ZABEZPIECZENIA NADPR
DOWE ............................................................... 18
4.1. Zabezpieczenia obwodów elektrycznych & & ........................................... 18
4.2. Cel ćwiczenia & ........................................................................................ 20
4.3. Układ pomiarowy & & & & & & & ............................................................. 20
4.4. Pomiary & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & ............................. 20
5. OCHRONA PRZECIWPORAŻENIOWA .......................................................... 22
5.1. Wprowadzenie & & & & & & & & & & & ................................................... 22
5.2. Ochrona podstawowa ............................................................................... 22
5.3. Ochrona dodatkowa & & & & & & & & & & & & ....................................... 22
5.4. Przebieg ćwiczenia & ....& & & & & & & & ............................................... 28
5.5. Wnioski & ...& & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & .& 29
6. NAP
DY ELEKTRYCZNE & & & & & & & & & & & & & & & & ...................... 30
6.1. Wstęp & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & ...................... 30
6.2. Cel ćwiczenia & & & ................................................................................. 36
6.3. Układy pomiarowe & ....& & & & & & & & & & & & ..& & & & & & & & .. 36
6.4. Wnioski & & & & & & & & & & & & & .& & & & & & & & & & & & & & ... 37
 Laboratorium z Instalacji Elektrycznych dla WILiÅš
Ćwiczenie nr 1
PRZYRZ
DY POMIAROWE
1.1. PrzyrzÄ…dy pomiarowe
Przyrządy pomiarowe do pomiarów wielkości elektrycznych
w obwodach elektrycznych prądu stałego i przemiennego różnią się
między sobą układem wytwarzania momentu napędowego. Jest to
spowodowane różnicami w przebiegu obu prądów - w obwodzie
prądu stałego przebieg ten jest prostoliniowy, natomiast w obwodach
prądu przemiennego jest on sinusoidalny. Dlatego też do pomiarów
napięć i prądów w obwodach stałoprądowych służą woltomierze i
amperomierze magnetoelektryczne oznaczone (na tarczy miernika)
symbolem , natomiast w obwodach prÄ…du przemiennego woltomie-
rze i amperomierze elektromagnetyczne, oznaczone sÄ… symbolem .
Szczególną cechą przyrządów magnetoelektrycznych jest to, że zaw-
sze jeden zacisk oznaczony jest symbolem +.
1.1.1. Woltomierz
Przyrząd ten służy do pomiaru napięcia i oznacza się go
symbolem  V . W obwodzie elektrycznym jest on włączony równo-
legle do z
ródła zasilania lub równolegle do odbiornika (rys.1.1).
Dlatego też cewka woltomierza posiada dużą rezystancję (dziesiątki
lub setki k©).
Rys.1.1. Sposób włączenia woltomierza do obwodu,
L1 - przewód fazowy, N - przewód zerowy.
1
 Laboratorium z Instalacji Elektrycznych dla WILiÅš
1.1.2. Amperomierz
Przyrząd ten służy do pomiaru prądu i oznacza się go symbo-
lem  A . W obwodzie elektrycznym jest on włączany szeregowo ze
z
ródłem lub szeregowo z obciążeniem. (rys.1.2). Cewka tego przy-
rządu nawinięta grubym drutem, posiada bardzo małą rezystancję i
dlatego włączenie amperomierza równolegle do zasilacza lub równo-
legle do odbiornika spowoduje ich zwarcie. W obu przypadkach
popłynie duży prąd) spowoduje jego elektryczne i mechaniczne
uszkodzenie.
Rys. 1.2. Sposób włączenia amperomierza do obwodu.
Do pomiarów prądów stałych o bardzo dużych wartościach
wykorzystuje siÄ™ boczniki  B (rys.1.3). SÄ… to oporniki o bardzo
małej rezystancji, tak dobranej, aby dla określonej wartości płynące-
go prÄ…du, spadek napiÄ™cia wynosiÅ‚ 60 mV (U=I×R), np. 30A/60 mV,
150A/60mV, 250A/60mV, 400A/60mV, itd. Współpracują one z
miliwoltomierzami  mV . Wychylenie miliwoltomierza jest propor-
cjonalne do wartości prądu przepływającego przez bocznik.
Rys. 1.3. Bocznik (B) z miliwoltomierzem (mV)
2
 Laboratorium z Instalacji Elektrycznych dla WILiÅš
1.1.3. Watomierz
Jest to przyrząd pomiarów służący do pomiaru mocy w ob-
wodach stało i przemiennoprądowych ( w drugim przypadku do po-
miaru mocy czynnej). Watomierz posiada dwie cewki - prÄ…dowÄ…,
włączaną do obwodu jak amperomierz i napięciową, włączaną jak
woltomierz (rys.1.4). Moment napędowy wytwarzany jest przez
strumienie obu cewek, na zasadzie ich iloczynu. Dlatego też moc
mierzona jest równa iloczynowi prÄ…du i napiÄ™cia P=U×I
( P=U×I×cosÕ dla obwodów prÄ…du przemiennego).
Każdy watomierz posiada cztery zaciski wejściowe - dwa
prądowe i dwa napięciowe. Początki uzwojeń oznaczone są kropka-
mi lub gwiazdkami i włączając miernik do obwodu należy je połą-
czyć przewodem.
przewód
cewka napięciowa
obciążenie
cewka prÄ…dowa
Rys. 1.4. Sposób włączenia watomierza do obwodu
1.2. Pomiar rezystancji
Istnieje wiele sposobów pomiarów rezystancji np. za pośred-
nictwem mostka Thomsona, mostka Whinstone2 a. Lecz najprostszÄ…
metodÄ… jest metoda techniczna. Polega ona na pomiarze w obwodzie
prądu stałego wartości prądu płynącego przez odbiornik i spadku
napiÄ™cia na nim. RezystancjÄ™ wyznacza siÄ™ z prawa Ohma U=I×R.
Jednakże w zależności od wartości rezystancji rozróżnia się
dwa układy:
3
zasilanie
 Laboratorium z Instalacji Elektrycznych dla WILiÅš
a) układ z poprawnie mierzonym prądem - do pomiaru rezystancji
dużych,
Rys. 1.5. Układ z poprawnie mierzonym prądem
b) układ z poprawnie mierzonym napięciem - do pomiaru rezystancji
małych.
Rys. 1.6. Układ z poprawnie mierzonym napięciem
1.3. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się studentów z podstawo-
wymi przyrządami pomiarowymi i opanowaniem umiejętności wy-
konywania pomiarów tymi przyrządami..
1.4. Przebieg ćwiczenia
1.4.1. Pomiar rezystancji
a) przy pomiarze rezystancji małych należy dokonać pomiaru tej
samej rezystancji w układzie z poprawnie mierzonym napięciem
(R1), a następnie w układzie z poprawnie mierzonym prądem (R2).
Wyniki zamieścić w tabeli.
4
 Laboratorium z Instalacji Elektrycznych dla WILiÅš
R1 - R2
× 100%
Układ U I R
R1
- V A %
©
z poprawnie mierzonym R1=
prÄ…dem
z poprawnie mierzonym R2=
napięciem
b) przy pomiarze rezystancji dużych należy dokonać pomiaru tej
samej rezystancji w układzie z poprawnie mierzonym prądem (R3),
a następnie w układzie z popranie mierzonym napięciem (R4). Wyni-
ki umieścić w tabeli.
R3 - R4
× 100%
Układ U I R
R3
- V A %
©
z poprawnie mierzonym R3=
prÄ…dem
z poprawnie mierzonym R4=
napięciem
1.4.2. Pomiary w obwodzie prądu stałego
a) schemat elektryczny
b) wyniki pomiarów
Pomiary przeprowadzić dla trzech wartości napięcia zasilającego.
5
 Laboratorium z Instalacji Elektrycznych dla WILiÅš
obciążenie L.p. U I P
P=U×I
- - V A W W
1.
R 2.
3.
1.
R, L 2.
3.
1.4.3. Pomiary w obwodzie prÄ…du przemiennego
a) schemat elektryczny - jak w punkcie 1.4.2 ( jako z
ródło zastoso-
wać autotransformator)
b) wyniki pomiarów
Pomiary przeprowadzić dla trzech wartości napięcia zasilającego.
cosÕ =
obciążenie l.p. U I P P
U×I
U × I
- - V A W W -
1.
R 2.
3.
1.
R, L 2.
3.
1.
R, L, C 2.
3.
1.5. Wnioski
W tej części należy przeprowadzić dyskusję nad uzyskanymi wyni-
kami.
6
 Laboratorium z Instalacji Elektrycznych dla WILiÅš
Ćwiczenie nr 2
y
RÓDA
A ÅšWIATA
A
2.1. Podstawowe wielkości fotometryczne
Do podstawowych wielkości fotometrycznych zalicza się:
strumień świetlny, światłość, natężenie oświetlenia, luminację.
Strumień świetlny (Ć) jest mocą promieniowania ocenioną wg zdol-
ności wywoływania wrażeń wzrokowych. Jego jednostką jest lumen
(lm).
Światłość (Ią) w określonym kierunku jest gęstością kątową strumie-
nia świetlnego w obrębie kąta przestrzennego obejmującego dany
kierunek. Charakteryzuje rozsył strumienia świetlnego w przestrzeni.
Jednostką światłości jest kandela (cd).
Natężenie oświetlenia (E) w punkcie powierzchni lub na polu po-
wierzchni jest gęstością powierzchniową strumienia świetlnego na
oświetlonej powierzchni. Jednostką natężenia oświetlenia jest luks
(lx).
Luminacja (Lą ) w określonym kierunku, w punkcie powierzchni
świecącej ( lub pola powierzchni świecącej) jest przybliżoną, tech-
niczną, umowną miarą intensywności wrażeń świetlnych. Jednostką
luminacji jest cd/m2 zwana nitem (nt).
2.2. y
ródła światła
2.2.1. Wielkości charakterystyczne
Współczesne z
ródła światła należą do z
ródeł temperaturo-
wych i wyładowczych (tablica 1).
7
 Laboratorium z Instalacji Elektrycznych dla WILiÅš
Tablica 1. Rodzaje z
ródeł światła
z
ródła temperaturowe z
ródła wyładowcze
żarówki próżniowe świetlówki
żarówki gazowe wysokoprężne lampy rtęciowe
żarówki halogenowe lampy rtęciowo-żarowe
lampy metalohalogenkowe
wysokoprężne lampy sodowe
niskoprężne lampy sodowe
Miarą efektywności przemiany energii elektrycznej w ener-
gię świetlną jest skuteczność świetlna z
ródÅ‚a · (lm/W) okreÅ›lona
stosunkiem wysyłanego strumienia świetlnego Ć (lm) do mocy P (W)
pobranej przez z
ródło.
Ć
· = (lm/W) (1)
P
Czas, w którym z
ródło światła świeciło się nim nie wygasło, lub nim
przestało spełniać określone wymagania dotyczące wielkości wysy-
łanego strumienia świetlnego, jest nazywane trwałością z
ródła.
Trwałość T jest określana zwykle w godzinach.
2.2.2. Żarówki
Żarówki są z
ródłem światła wytworzonego przez żarnik roz-
grzany wskutek przepływu przez niego prądu elektrycznego do stanu
żarzenia.
Żarniki współczesnych żarówek wykonane są z wolframu.
Temperatury żarnika wynoszą na ogół od około 2400 K (żarówki
próżniowe) do 3450 K (żarówki halogenowe). Rezystancja żarnika w
stanie rozżarzonym jest wiÄ™ksza (okoÅ‚o 12÷16 razy) od opornoÅ›ci
żarnika w stanie zimnym. Temperatura bańki żarówki i jej trzonka
zależy od mocy żarówki. Przy większych mocach np. 500 W mogą
one osiągnąć około 300 oC. Temperatura bańki powyżej 160 oC mo-
że być niebezpieczna dla otoczenia, np. może spowodować prze-
8
 Laboratorium z Instalacji Elektrycznych dla WILiÅš
grzanie, a nawet zapalenie elementów oprawy oświetleniowej
umieszczonych zbyt blisko żarówki.
Żarówki do mocy 40 W są z reguły próżniowe. Powyżej tej
mocy wnętrze bańki wypełnia się gazami obojętnymi (argon, kryp-
ton), aby ograniczyć rozpylanie się wolframu (ogrzany gaz, zwięk-
szając ciśnienie zmniejsza parowanie włókna żarówki)
Wypełnianie wnętrza bańki gazami stosuje się również w
żarówkach halogenowych. Dodatek halogenu (w postaci jodków,
chlorków, bromków) do gazu wypełniającego bańkę, powoduje tzw.
halogenowy cykl regeneracyjny. Polega on na tym, że odparowane z
żarnika cząsteczki wolframu wiążą się z cząsteczkami halogenu w
o
pobliżu bańki (jej temperatura musi mieć co najmniej 260 C).
Otrzymana w ten sposób cząsteczka pod działaniem bardzo wysokiej
temperatury przy żarniku rozpada się ponownie na wolfram i halo-
genek. Wolfram osadza się w miejscu gdzie temperatura jest najwyż-
sza, czyli tam, gdzie żarnik ma najmniejszy przekrój.
Bańki żarówek halogenowych wykonane są ze szkła kwar-
cowego, dlatego można je chwytać jedynie za specjalne uchwyty,
aby nie pozostawić na jej powierzchni tłuszczu.
2.2.3. Świetlówki.
Świetlówki są niskoprężnymi lampami rtęciowymi, w któ-
rych światło jest wytwarzane przez luminofor wzbudzony nadfiole-
towym promieniowaniem wyładowania w parach rtęci o niskim ci-
śnieniu (rys.2.1).
Rys. 2.1. Zasada działania świetlówki
9
 Laboratorium z Instalacji Elektrycznych dla WILiÅš
Podstawowym kształtem świetlówek jest rura prosta o dłu-
gości uzależnionej od mocy świetlówek. W świetlówkach są stoso-
wane luminofory o różnym składzie chemicznym, dzięki czemu uzy-
skuje się świetlówki o barwie dziennej, chłodno białej, białej, ciepło
białej. Wadą świetlówek jest duży współczynnik tętnień (stosunek
wartości największej i najmniejszej strumienia świetlnego), co przy
elementach wirujących może spowodować efekt stroboskopowy.
Tętnienie strumienia wzrasta w miarę zużycia świetlówki. Ograni-
czenie tętnienia (ponad dwukrotnie) można uzyskać przez zastoso-
wanie dwóch świetlówek połączonych w specjalnym układzie.
Zasada działania świetlówki (rys.2.2) opiera się na doprowa-
dzeniu do wyładowania elektrycznego w rurze. Napięcie zasilania U
jest zbyt niskie, aby nastąpił przepływ elektronów pomiędzy elektro-
dami (E). Dlatego poprzez zamykanie i otwieranie się zapłonnika Z,
w dławiku L indukuje się napięcie kilkakrotnie wyższe od napięcia
zasilającego. Dopiero wtedy pomiędzy elektrodami popłynie prąd.
Rys. 2.2. Układ elektryczny świetlówki
Odmianą świetlówek są świetlówki kompaktowe, które mają
wbudowany zapłonnik i statecznik (elektroniczny). Dzięki temu pra-
cują one z dużo wyższą częstotliwościąm (20 kHz), co zupełnie eli-
minuje zauważalność tętnień, a ponadto zapewnia mniejsze zużycie
energii, przy wyższym strumieniu świetlnym. Świetlówki kompak-
towe majÄ… trzonek gwintowany lub bagnetowy.
10
 Laboratorium z Instalacji Elektrycznych dla WILiÅš
2.2.4. Wysokoprężne lampy rtęciowe
Podstawowym elementem lampy rtęciowej jest rura wyła-
dowcza zwana jarznikiem J (rys.2.3). Po załączeniu napięcia rezy-
stancja przejścia pomiędzy elektrodami głównymi E1 i E2 jest duża,
natomiast pomiędzy elektrodą E1 i elektrodą pomocniczą E3 mała.
Dlatego w początkowej fazie zapłonu powstaje wyładowanie łukowe
pomiędzy elektrodą główną a pomocniczą. Powoduje ono wzrost
temperatury wewnątrz jarznika i parowanie rtęci. Zmniejsza się przez
to rezystancja pomiędzy elektrodami głównymi i gdy stanie się
mniejsza od R następuje wyładowanie główne, gaśnie natomiast
pomocnicze.
Rys. 2.3. Budowa lampy rtęciowej
Temperatura wewnątrz jarznika wynosi około 900 K przy ciśnieniu
kilku lub kilkunastu atmosfer. Po wyłączeniu lampy, ponowny za-
płon może nastąpić dopiero po ostygnięciu jarznika, gdy ciśnienie
gazów obniży się.
Światło rtęciówki ma barwę niebieskozieloną i można ją
poprawić przez zastosowanie odpowiedniego luminoforu.
2.2.5. Lampy sodowe
Zasada działania lamp sodowych jest podobna do zasady
działania lamp rtęciowych z tym, że wnętrze jarznika wypełnione
jest sodem.
11
 Laboratorium z Instalacji Elektrycznych dla WILiÅš
Barwa światła jest złotawo biała. Lampy sodowe wymagają
stosowania w specjalnych układach zapewniających odpowiedni
impuls zapłonowy.
2.3. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się studentów ze z
ródłami
światła, pomiar natężenia oświetlenia dla różnych z
ródeł, pomiar
charakterystyki E=f(U) dla żarówki i wyznaczenie czasu zapłonu
lampy rtęciowej..
2.4. Pomiary
2.4.1. Układ pomiarowy
Rys. 2.4. Schemat układu pomiarowego
2.4.2. Zasada pomiaru natężenia oświetlenia
Do pomiaru natężenia oświetlenia służy przyrząd zwany
luksometrem. Posiada on czujnik, który umieszcza się prostopadle do
strumienia światła (na powierzchni stołu). Aby wyniki były porów-
nywalne, należy dla wszystkich z
ródeł światła zachować tę samą
odległość pomiędzy nimi a luksometrem.
12
 Laboratorium z Instalacji Elektrycznych dla WILiÅš
2.4.2. Pomiar mocy P i natężenia oświetlenia E dla różnych z
ró-
deł światła
rodzaj świetlówka żarówka żarówka
z
ródła - świetlówka kompaktowa 60 W halogenowa
P W
E lx
2.4.3. Wyznaczenie charakterystyki natężenia oświetlenia w
funkcji napięcia zasilającego E=f(U) dla żarówki 60 W
U V
E lx
Wykreślić charakterystykę.
2.4.4. Pomiar natężenia oświetlenia E=f(t) i wyznaczenie czasu
zapłonu dla wysokoprężnej lampy rtęciowej
E lx
t min
Określić czas zapłonu lampy.
2.5. Wnioski
13
 Laboratorium z Instalacji Elektrycznych dla WILiÅš
Ćwiczenie nr 3.
PRZEWODY ELEKTRYCZNE
3.1. Oznaczanie przewodów
Instalacje elektryczne wykonywane są z przewodów o żyłach mie-
dzianych lub aluminiowych pokrytych warstwÄ… izolacji dla zapew-
nienia elektrycznego odizolowania żył od otoczenia i między sobą.
Przewody elektryczne mogą być wykonane jako jedno- lub wieloży-
łowe. Każdy przewód posiada swoje oznaczenie, które określa mate-
riał żyły, ilość i przekrój żył, materiał izolacji. Jeśli w oznaczeniu
przewodu pojawia się symbol A, oznacza, że jest to przewód alumi-
niowy, F - stalowy, a brak tych oznaczeń wskazuje, że żyły wykona-
ne sÄ… z miedzi.
Tablica 2. Oznaczania symbolowe przewodów
Rodzaj oznaczenia Znaczenie symboli litero- Przykłady
wych
Oznaczenie konstrukcji D - drut D, DY, DG
żyły L - linka LY
Lg - linka giętka LYg
Oznaczenie materiału A - aluminium ADY, ADG
żyły F - stal miękka FDYt
Oznaczenie materiału Y - izolacja polwinitowa DY, LY
izolacji (po symbolu żyły) G - izolacja gumowa DG, LG
Oznaczenie powłoki Y - powłoka polwinitowa YADY, YDY
(przed symbolem żyły)
Przykłady oznaczeń przewodów:
DY 750 1×2.5mm2 - przewód z żyÅ‚Ä… miedzianÄ… jednodrutowÄ… (D) o
izolacji polwinitowej (Y) na napięcie 750 V, o przekroju
znamionowym żyły 2,5 mm2
YADYp 3×4mm2 - przewód z żyÅ‚ami aluminiowymi jednodrutowymi
(D), z izolacją polwinitową (Y po symbolu D), z powłoką
polwinitową (Y przed symbolem A), płaski (p) 3 żyłowy,
o przekroju znamionowym żył 4 mm2.
14
 Laboratorium z Instalacji Elektrycznych dla WILiÅš
3.2. Nagrzewanie
Nagrzewanie się przewodów elektrycznych jest wynikiem
wydzielania się ciepła na skutek przepływu prądu. Każdy przewód,
niezależnie od swego przekroju, ma określoną temperaturę graniczną
dopuszczalną zależną od rodzaju materiału izolacji elektrycznej,
która nie może być długotrwale przekraczana.
Dla przewodów o izolacji wykonanej z polwinitu temperatu-
ra ta, przy przepływie prądu w czasie nieskończenie długim, wynosi
70 oC, przy zwarciu (bardzo krótki czas trwania) 150 oC. Dla prze-
wodów w izolacji gumowej odpowiednio 60 oC i 130 oC.
Nagrzewanie się przewodów powyżej temperatury dopusz-
czalnej stanowi poważne zagrożenie porażeniowe i pożarowe.
Wzrost temperatury powyżej Ådop przyspiesza proces starzenia siÄ™
izolacji ( zmniejszanie wartości rezystancji izolacji) tym szybszy, im
większe jest przekroczenie tej temperatury. Wzrost temperatury
przewodów przy przepływie prądów zwarciowych jest bardzo gwał-
towny, co w efekcie dłuższego czasu trwania może doprowadzić do
zapalenia się izolacji i powstania pożaru.
Nagrzewanie się przewodów jest nie tylko efektem przepły-
wu przez niego prądu. Na nadmierne nagrzewanie się przewodów
mają wpływ także połączenia elektryczne. Powinny one być tak wy-
konane, aby rezystancja przejścia była jak najmniejsza. Wzrost tej
rezystancji, czy to przez poluzowanie się styku, czy też jego zabru-
dzenie pogarsza warunki przepływu prądu i zwiększa wydzielanie
ciepła i nagrzewanie się dodatkowe przewodów. Dlatego też prze-
wody powinny być łączone ze sobą poprzez lutowanie, spawanie,
złącza śrubowe, skręcanie śrubami końcówek przyspawanych, przy-
lutowanych lub zaciskanych.
3.3. Ochrona przed nadmiernym nagrzewaniem
W obwodach elektrycznych stosuje siÄ™ odpowiednie zabez-
pieczenia ochraniające przewody przed przepływem prądów przecią-
żeniowych lub zwarciowych. Są nimi wkładki topikowe, bezpieczni-
ki, wyłączniki instalacyjne.
15
 Laboratorium z Instalacji Elektrycznych dla WILiÅš
Jednakże ważnym czynnikiem jest właściwy dobór przewo-
du o odpowiednim przekroju dla przewidywanego prądu, który bę-
dzie płynął tym przewodem.
3.4. Dobór przewodów
Dla danego przewodu, o znanym przekroju i rezystancji
można wyznaczyć prąd, który może płynąć w czasie nieskończenie
długim i nie spowoduje przekroczenia temperatury dopuszczalnej.
Ń - Ńo
dop
I = (2)
dd
R × S
gdzie: Ådop - temperatura dopuszczalna
Åot - temperatura otoczenia
S - przekrój żyły w mm2
R - rezystancja żyły
Dla uniknięcia żmudnych obliczeń (uwzględniając różne
ułożenie przewodów), obliczono dopuszczalne wartości prądów dla
danych przekrojów przewodów. Wyniki umieszczono w tablicach,
ułatwiających dobór przewodów do spodziewanych obciążeń.
Dla przykładu:
Tablica 3. Obciążalność długotrwała(Idd) przewodów z żyłami aluminio-
wymi (A)
Pojedynczo na tynku lub w tynku
Przekrój znamionowy
w mm 2
2- żyłowe 3-żyłowe 4-żyłowe 5-żyłowe
1.5 19 17 15 13
2.5 27 24 21 18
4 33 31 28 25
6 46 40 36 32
10 63 55 49 43
16 64 74 66 58
16
 Laboratorium z Instalacji Elektrycznych dla WILiÅš
3.5. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z przewodami elek-
trycznymi, poznanie zjawisk towarzyszących przepływowi prądu i
sprawdzenie wpływu prądów przeciążeniowych na izolację przewo-
dów.
Ćwiczenie jest podzielone na dwie części
a) obliczeniową - dobór przewodów do spodziewanych obciążeń
b) pomiarową - pomiar rezystancji izolacji i nagrzewanie przewodów
Na jednym laboratorium każda podgrupa zamiennie wykona
obie części.
3.6. Wyznaczanie przekroju przewodów
W tej części dla danych obciążeń (napięcie, moc odbiornika)
należy dobrać odpowiedni przekrój przewodu. Kalkulator niezbędny.
3.7. Badanie nagrzewania przewodów
Próbę nagrzewania przewodu przeprowadzić w oparciu o
poniższy schemat:
Zaobserwowane zjawiska zanotować.
17
 Laboratorium z Instalacji Elektrycznych dla WILiÅš
Ćwiczenie nr 4
ZABEZPIECZENIA NADPR
DOWE
4.1. Zabezpieczenia obwodów elektrycznych
Celem zabezpieczeń jest ochrona instalacji elektrycznej
przed przepływem prądów przeciążeniowych i zwarciowych. Ma to
uchronić przewody elektryczne przed pogorszeniem parametrów
izolacyjnych i zabezpieczyć od możliwości powstania szkód mate-
rialnych. Stosuje się kilka rozwiązań zabezpieczających, różniących
siÄ™ parametrami technicznymi.
4.1.1. Wkładki topikowe
Wkładki topikowe stosowane w obwodach elektrycznych
niskiego napięcia składają się z obudowy, drutu topikowego (wła-
ściwy element zabezpieczający), drucika sygnalizacyjnego z oczkiem
i piasku kwarcowego (rys.4.1).
Rys. 4.1. Budowa wkładki topikowej
Każda wkładka topikowa posiada określony prąd znamiono-
wy Ibn (6A, 10A, 16A, 25A, 32A, itd.) przy przepływie którego nie
może nastąpić jej zadziałanie. Zasada działania wkładki topikowej
polega na topieniu się drucika (Ag, Cu) pod wpływem przepływają-
cego prądu nadmiarowego czy też zwarciowego, większego od zna-
mionowego. Czas jej zadziałania zależy od wielkości przepływające-
go prądu. Im większy jest prąd, tym krótszy czas przerwania topika.
18
 Laboratorium z Instalacji Elektrycznych dla WILiÅš
Zależność czasu zadziałania od wielkości przepływającego prądu
tworzy charakterystykę czasowo-prądową, o kształcie hiperboli.
Wnętrze wkładki topikowej wypełnione jest piaskiem kwarcowym,
którego głównym zadaniem jest gaszenie łuku elektrycznego powsta-
łego w momencie przerywania się topika, jak i też usunięcie powie-
trza z wnętrza wkładki. Ma to uchronić od możliwości wybuchu
wkładki wskutek gwałtownego wzrostu ciśnienia tego powietrza
ogrzanego Å‚ukiem elektrycznym.
Zadanie drucika sygnalizacyjnego z oczkiem polega na
optycznym wskazaniu, czy wkładka topikowa jest sprawna. Bowiem
zadziałanie wkładki topikowej powoduje równoczesne przepalenie
drucika sygnalizacyjnego o przekroju wielokrotnie mniejszym i wy-
padnięcie oczka sygnalizacyjnego.
Jak wspomniano wcześniej, każda wkładka topikowa ma
określony prąd znamionowy Ibn, przy którym nie może zadziałać.
Jednakże przepływ prądu przez topik, zły styk w gniez
dzie bez-
piecznika (wzrost temperatury) powoduje, że na powierzchni topika
tworzą się tlenki, co zmniejsza jego przekrój. Dlatego też, wkładka
topikowa może zadziałać przy przepływie prądu mniejszego niż
znamionowy.
Wadą wkładek topikowych jest to, że nie rozróżniają one
prądu zwarciowego od przetężeniowego oraz to, że po zadziałaniu
trzeba wymienić je na nowe.
4.1.2. Nadmiarowe wyłączniki instalacyjne
Wymienionej wyżej wady nie posiadają wyłączniki instala-
cyjne, które posiadają dwa elementy reagujące na przepływ prądu
większego od znamionowego. Przy przepływie prądu przeciążenio-
wego (do 3Ibn) o wyłączeniu decydują zestyki termobimetalowe,
które nagrzewają się od przepływającego prądu. Charakterystyka dla
tego zakresu prądu jest identyczna jak dla wkładki topikowej
(rys.4.3). Przy przepływie prądów zwarciowych działa mechanizm
wyzwalania magnetycznego, który powoduje, że czas wyłączenia
jest kilkakrotnie krótszy. Rozróżnia się trzy zakresy prądu zadziała-
nia bezzwłocznego (przy zwarciu):
19
 Laboratorium z Instalacji Elektrycznych dla WILiÅš
typ B - od 3Ibn do 5Ibn
typ C - od 5Ibn do 10 Ibn
typ D - od 10Ibn do 20Ibn (Ibn - prąd znamionowy wyłącznika)
Wyłączniki instalacyjne o charakterystyce B są przeznaczone
do zabezpieczenia przewodów w instalacjach mieszkaniowych, typu
C do zabezpieczenia obwodów silników, typu D w obwodach z od-
biornikami o bardzo dużych prądach rozruchowych.
4.2. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest poznanie stosowanych zabezpieczeń w obwo-
dach elektrycznych i pomiar charakterystyki czasowo-prÄ…dowej
nadmiarowych wyłączników instalacyjnych.
4.3. Układ pomiarowy
4.4. Pomiary
W ćwiczeniu należy zmierzyć czas zadziałania wyłącznika
nadmiarowego dla różnych wartości prądu. Po zamknięciu wyłączni-
ka W sterującego pracą stycznika, za pomocą rezystora R należy
ustawić wartość prądu w obwodzie. Po osiągnięciu wymaganej war-
tości prądu należy wyłącznik W otworzyć i załączyć badany wyłącz-
nik instalacyjny, jednocześnie załączając czasomierz. Po zbadaniu
czasu jednego wyłącznika dla dalszego badania należy zmienić go na
inny. Wyniki zamieścić w tabeli. Na ich podstawie wykreślić charak-
terystykę czasowo-prądową. Omówić uzyskane wyniki.
20
 Laboratorium z Instalacji Elektrycznych dla WILiÅš
prÄ…d [A]
czas [s]
Rys. 4.2. Charakterystyka czasowo-prÄ…dowa
wyłącznika instalacyjnego serii S190
21
 Laboratorium z Instalacji Elektrycznych dla WILiÅš
Ćwiczenie nr 5
OCHRONA PRZECIWPORAŻENIOWA
5.1. Wprowadzenie.
Podczas stosowania urządzeń elektrycznych istnieje niebez-
pieczeństwo porażenia prądem elektrycznym. Stopień zagrożenia
obsługi tych urządzeń zależy od kilku czynników:
- od wartości napięcia
- sposobu obsługi urządzeń, np. przyrządy ręczne itp.
- okoliczności zmniejszających rezystancję ciała ludzkiego
np. duża wilgotność powietrza, wysoka temperatura
powodująca potnienie naskórka itd.
- okoliczności zmniejszających rezystancję przejścia między
człowiekiem a ziemią, np. podłogi z materiałów
przewodzących lub mokre, możliwość dotknięcia
uziemionych przedmiotów metalowych.
5.2. Ochrona podstawowa
Najczęściej wypadki porażeń zdarzają się wówczas, gdy
człowiek stojąc na podłodze przewodzącej lub dotykając ciałem me-
talowego elementu uziemionego jednocześnie dotknie części meta-
lowej znajdującej się pod napięciem.
Dlatego też ochrona podstawowa ma zapobiegać dotknięciu
przez człowieka części obwodu elektrycznego będących pod napię-
ciem przez zastosowanie odpowiednich osłon oraz nie dopuszczać do
pojawienia się napięcia na obudowach urządzeń przez zastosowanie
materiałów izolacyjnych.
5.3. Ochrona dodatkowa
W przypadkach, gdy niebezpieczeństwo porażenia jest duże,
poza ochroną podstawową stosować należy dodatkowe środki ochro-
ny od porażeń. Ochrona dodatkowa ma zapobiegać utrzymywaniu
22
 Laboratorium z Instalacji Elektrycznych dla WILiÅš
się na elementach metalowych (część przewodząca czynna) napięcia
dotykowego przekraczającego wartości niebezpieczne dla człowieka
w danych warunkach. Czas utrzymywania się napięć wyższych od
bezpiecznego powinien być możliwie jak najkrótszy.
W urządzeniach o napięciu do 1 kV stosuje się następujące
środki dodatkowej ochrony przeciwporażeniowej:
- zerowanie
- uziemienie ochronne
- sieć ochronną
- separację odbiorników
- wyłączniki różnicowo-prądowe
- izolacjÄ™ ochronnÄ…
- izolacjÄ™ stanowiska.
5.3.1. Zerowanie
Zerowanie, jako środek ochrony przeciwporażeniowej do-
datkowej, polega na połączeniu części przewodzących dostępnych z
uziemionym przewodem ochronnym PE lub przewodem ochronno-
neutralnym PEN i powoduje w warunkach zakłóceniowych samo-
czynne odłączenie zasilania. Zerowanie może być stosowane w urzą-
dzeniach prądu przemiennego o napięciu nie przekraczającym 500
V. Punkt zerowy transformatora jest bezpośrednio uziemiony, a czę-
ści przewodzące dostępne odbiorników mogą być połączone z tym
punktem:
1) przewodem ochronnym PE (układ TN-S) - rys.5.1,
2) przewodem ochronno-neutralnym PEN (układ TN-C) - rys. 5.2,
3) w części układu przewodem ochronnym PE, a w części układu
przewodem ochronno-neutralnym PEN (układ TN-C-S) - rys. 5.3.
Impedancja pętli zwarciowej powinna być taka, ażeby prze-
pływający prąd zwarcia spowodował samoczynne zadziałanie urzą-
dzenia odłączającego zasilanie w czasie nie dłuższym od podanego w
tablicy 4.
23
 Laboratorium z Instalacji Elektrycznych dla WILiÅš
Tablica 4. Dopuszczalne czasy samoczynnego odłączenia zasilania
Maksymalny czas odłączenia napięcia (TS)
L.p. Napięcie pomiędzy
[s]
przewodem a ziemiÄ…
[V]
Warunki Warunki
środowiskowe 1 środowiskowe 2
1 120 0,8 0,4
2 235 0,4 0,2
3 400 0,2 0,1
4 580 0,1 0,1
1) Warunki środowiskowe 1 są to takie warunki, w których rezystancja
ciaÅ‚a ludzkiego w stosunku do ziemi wynosi co najmniej 1000©. Warunki
środowiskowe 1 występują np. w pomieszczeniach o wilgotności nie
przekraczającej 75% i podłodze nieprzewodzącej.
2) Warunki środowiskowe 2 są to takie warunki, w których rezystancja
ciaÅ‚a ludzkiego w stosunku do ziemi wynosi mniej niż 1000©. Warunki
środowiskowe 2 występują np. w pomieszczeniach o wilgotności względnej
przekraczającej 75%, podłodze przewodzącej, na terenach otwartych,
placach budowy.
Rys. 5.1. Zerowanie - układ TN-S
24
 Laboratorium z Instalacji Elektrycznych dla WILiÅš
Rys. 5.2. Zerowanie - układ TN-C
Rys. 5.3. Zerowanie - układ TN-C-S
Wartość impedancji pętli zwarciowej określa się ze wzoru:
zs d" Uo / Ia (3)
gdzie:
zs - impedancja pÄ™tli zwarciowej, w ©
Ia - wartość prądu, w amperach, zapewniająca samoczynne
zadziałanie urządzenia odłączającego zasilanie w czasie
określonym w tablicy 1.
Uo - napięcie pomiędzy przewodem skrajnym a ziemią, w V.
25
 Laboratorium z Instalacji Elektrycznych dla WILiÅš
5.3.2. Uziemienie ochronne
Uziemienie ochronne, jako środek ochrony przeciwporaże-
niowej dodatkowej polega na połączeniu części przewodzących do-
stępnych z uziomem przewodem ochronnym PE (rys.5.4) i powoduje
w warunkach zakłóceniowych samoczynne odłączenie zasilania.
Uziemienie ochronne może być stosowane w urządzeniach prądu
przemiennego i stałego, niezależnie od ich napięcia znamionowego.
Rys.5.4. Uziemienie ochronne
Uziemienie powinno być tak dobrane, aby w razie zwarcia
przewodu skrajnego z częścią przewodzącą dostępną powodowało
samoczynne odłączenie w czasie określonym w tab.4. Wartość rezy-
stancji uziemienia ochronnego oblicza siÄ™ wg wzoru:
RA d" UL / Ia (4)
gdzie:
RA - rezystancja uziemienia części przewodzących
dostÄ™pnych, w ©
Ia - wartość prądu zapewniająca samoczynne zadziałanie
urządzenia odłączającego zasilanie w czasie określonym
w tab.4, w A.
UL - napięcie bezpieczne, w V.
26
 Laboratorium z Instalacji Elektrycznych dla WILiÅš
5.3.3. Sieć ochronna
Sieć ochronna łącząca części przewodzące czynne może być
połączona z uziemieniem roboczym lub też nie (rys.5 i 6). Wartość
rezystancji uziemienia sieci ochronnej nie połączonej z uziemieniem
roboczym nie powinna przekraczać 20 ©, a gdy jest z nim poÅ‚Ä…czo-
na, wartość wypadkowa rezystancji powinna być większa od warto-
ści obliczonej wg. wzoru:
Ruz = UL / Iz (5)
gdzie:
Ruz - wypadkowa rezystancja uziemienia, w ©
UL - napięcie bezpieczne, w V
Iz - wartość prądu zwarcia doziemnego, w A.
Rys. 5.5. Sieć ochronna połączona z uziemieniem ochronnym
Rys. 5.6. Sieć ochronna bez połączenia z uziemieniem ochronnym
27
 Laboratorium z Instalacji Elektrycznych dla WILiÅš
5.3.4 Izolacja stanowiska
Przy zastosowaniu izolacji stanowiska, jako środka ochrony
przeciwporażeniowej dodatkowej, rezystancja podłóg i ścian izola-
cyjnych w miejscu zainstalowania urządzeń elektroenergetycznych
powinna być nie mniejsza niż:
1) 50 k© - gdy napiÄ™cie znamionowe wzglÄ™dem ziemi nie przekracza
500 V
2) 100 k© - gdy napiÄ™cie znamionowe wzglÄ™dem ziemi przekracza
500 V
5.3.5. Wyłączniki przeciwporażeniowe różnicowo-prądowe
Prąd wyzwalający wyłącznika przeciwporażeniowego różni-
cowo-prądowego i rezystancja uziemienia części przewodzących
dostępnych powinny być tak dobrane, aby w warunkach zakłóce-
niowych nastąpiło samoczynne odłączenie zasilania w czasie okre-
ślonym w tab.4.
Wymaganie to uważa się za spełnione, jeśli:
RA d" UL / Ia (6)
gdzie:
RA - rezystancja uziemienia części przewodzących
dostÄ™pnych, w ©
UL - napięcie bezpieczne, w V
Ia - wartość różnicowego prądu, w amperach, zapewniająca
samoczynne wyłączenie wyłącznika w czasie określonym
w tablicy 4.
5.4. Przebieg ćwiczenia
5.4.1. Obliczenie impedancji pętli zwarciowej
Obliczenia impedancji pętli zwarciowej dokonać wykorzy-
stujÄ…c informacje z tablicy 4, charakterystykÄ™ czasowo-prÄ…dowÄ… bez-
pieczników (lub wyłączników instalacyjnych) i wzór (3). Wyniki
zamieścić w tablicy.
28
 Laboratorium z Instalacji Elektrycznych dla WILiÅš
5.4.2. Pomiar impedancji pętli zwarciowej.
Do pomiaru impedancji pętli zwarciowej użyty zostanie
miernik skuteczności zerowania MZC-2. Pomiar polega na podłą-
czeniu miernika do obwodu badanego i odczytaniu wartości bezpo-
średnio z wyświetlacza. Wyniki zamieścić w tabeli.
l.p. ocena skuteczności
R obliczone R zmierzone
zerowania
1.
2.
3.
4.
5.5. Wnioski
29
 Laboratorium z Instalacji Elektrycznych dla WILiÅš
Ćwiczenie nr 6
NAP
DY ELEKTRYCZNE
6.1. Wstęp
Silniki elektryczne stanowią szczególny rodzaj odbiorników,
zamieniajÄ… bowiem energiÄ™ elektrycznÄ… na energiÄ™ mechanicznÄ…
rotacji. Silniki elektryczne charakteryzują się bardzo dużą rozpięto-
ścią mocy - od kilku watów do kilkunastu megawatów.
Silniki elektryczne można podzielić na dwie grupy:
a) silniki prądu stałego,
b) silniki prÄ…du przemiennego.
A. Silniki prądu stałego
W zależności od sposobu zasilania uzwojenia wzbudzenia rozróżnia
się następujące rodzaje silników prądu stałego: obcowzbudne (rys.
6.1), bocznikowe (rys. 6.2) i szeregowe( rys. 6.3).
Silniki obcowzbudne wymagajÄ… zasilania uzwojenia wzbudzenia z
osobnego z
ródła, pozostałe natomiast korzystają z napięcia zasilają-
cego.
A1
A1
A1
E2
E1
F2
F1
E
E
E
D2 D1
A2
A2
A2
Rys. 6.1. Schemat silni- Rys. 6.2. Schemat silni- Rys. 6.3. Schemat silni-
ka obcowzbudnego ka bocznikowego ka szeregowego
A.1. Zasada działania
Jeśli uzwojenie wirnika i uzwojenie wzbudzenia maszyny
prądu stałego są zasilane napięciem z sieci, to pracuje ona jako sil-
nik. Umieszczone w stojanie (część nieruchoma silnika) uzwojenie
30
 Laboratorium z Instalacji Elektrycznych dla WILiÅš
wzbudzenia wytwarza pole magnetyczne o indukcji B. Jeśli przez
uzwojenie wirnika (część wirująca) przepływa prąd It, to działa na
nie siła mechaniczna F określona wzorem:
F = B × I t × l (7)
gdzie: l - długość przewodów uzwojenia wirnika, które znajdują się
pod działaniem pola magnetycznego.
Gdy przez uzwojenie twornika przepływa prąd It, w silniku
powstaje także moment elektromagnetyczny, opisany zależnością:
Me = c × Ä† × It (8)
Strumień magnetyczny Ć wytworzony przez uzwojenie
wzbudzenia indukuje w obracających się przewodach wirnika siłę
elektromotoryczną SEM. Jej wartość można określić wzorem:
E = c × Ä† × n (9)
gdzie:
c - stała
n - prędkość obrotowa (obr/min)
Wraz ze spadkiem napięcia na rezystancji uzwojeń twornika
SEM równoważy napięcie zasilające U, tak, jak to pokazano na
rys. 6.4.
I
U = E + It × Rt (10)
E
Rt - rezystancja całkowita
obwodu wirnika
Rt
Rys. 6.4. Spadki napięć w silniku prądu stałego
31
U
 Laboratorium z Instalacji Elektrycznych dla WILiÅš
Po uwzględnieniu w powyższym wzorze zależności (10) otrzymuje
się wzór określający prędkość obrotową
U - It × Rt
n = (11)
c × Ä†
A.2. Rozruch silnika prądu stałego
Rozruch, czyli doprowadzenie silnika ze stanu spoczynku
(n=0) do prędkości obrotowej wynikającej z obciążenia, można
przeprowadzić kilkoma sposobami:
a) rozruch bezpośredni, czyli zasilenie silnika napięciem znamiono-
wym. Wadą tego typu rozruchu jest bardzo duży prąd rozruchowy
rzędu kilku In, dlatego też stosuje się go dla silników o niewielkich
mocach,
b) przez zmianę napięcia z wykorzystaniem układów tyrystorowych
- prostownik sterowany dla przemiennego napięcia zasilającego, lub
chopper dla stałego napięcia zasilającego. Wadą tych układów jest
ich wysoka cena,
c) przez zastosowanie rezystorów rozruchowych (rys.6.5). W po-
czątkowym etapie rozruchu załączona zostaje cała rezystancja (ogra-
niczenie prÄ…du rozruchowego) stopniowo zwierana wraz ze wzro-
stem prędkości obrotowej. Wadą tego sposobu rozruchu są straty
energii na rezystorach, jednak jest to sposób najprostszy.
n
charakterystyka
naturalna
n=0
A1
n=nmax
E
D2
D1
n=o
A2
I
IRśr IRmax
IRmin
Rys. 6.5. Idea rozruchu rezystorowego
32
rezystor
rozruchowy
 Laboratorium z Instalacji Elektrycznych dla WILiÅš
A.3. Regulacja prędkości obrotowej
Konieczność regulacji prędkości zachodzi wówczas, gdy
zmienia siÄ™ obciążenie na wale (MÄ™! n“! i odwrotnie), a konieczne
jest utrzymanie stałej prędkości obrotowej, a w przypadku pojazdu,
gdy konieczna jest zmiana jego prędkości.
Stosowane do rozruchu układy tyrystorowe mogą służyć
także do płynnej regulacji prędkości obrotowej silników według
potrzeb. Istnieje także możliwość regulacji obrotów poprzez włącza-
nie do obwodu silnika dodatkowych rezystorów. Jednakże nie są to
te same rezystory, co stosowane podczas rozruchu, bowiem muszÄ…
być one przystosowane do tego, że przez cały czas płynie przez nie
prÄ…d.
B. Silniki prÄ…du przemiennego
Najczęściej spotykanymi rodzajami silników prądu prze-
miennego są silniki trójfazowe asynchroniczne i jednofazowe komu-
tatorowe.
B.1. Silniki trójfazowe
B.1.1. Zasada działania
Zasada działania silników trójfazowych opiera się na indu-
kowaniu w uzwojeniu wirnika (uzwojenie wtórne) siły elektromoto-
rycznej, powstałej na zasadzie indukcji elektromagnetycznej. Prze-
mienne pole magnetyczne wytwarzane jest w stojanie (uzwojenie
pierwotne) połączonym z siecią zasilającą. Prąd wirnika zamyka się
wyłącznie w uzwojeniu wtórnym (silniki klatkowe) lub poprzez pier-
ścienie ślizgowe i rezystory dodatkowe (silniki pierścieniowe). Dzię-
ki temu, że napięcie zasilania jest trójfazowe przemienne, w uzwoje-
niu pierwotnym wytwarzane jest pole magnetyczne, wirujące z pręd-
koÅ›ciÄ… És. Wirnik dąży do tego, aby uzyskać tÄ™ samÄ… , lecz zawsze
jego prÄ™dkość Öm jest mniejsza (gdyby Öm = Ös to na wirnik nie
działałby żaden moment napędowy i wirnik pod wpływem obciąże-
nia musi zwalniać).
33
 Laboratorium z Instalacji Elektrycznych dla WILiÅš
Z silnikami trójfazowymi związane jest pojęcie poślizgu
(stosunek różnicy prędkości pola wirującego i prędkości wirnika do
prędkości pola wirującego)
Ö - É
s m (12)
s =
É
s
2 ×  × f
(13)
É = × 1- s
( )
m
p
gdzie: f - częstotliwość zasilania
p - liczba par biegunów
Gdy w obwodzie wirnika płyną prądy, ich współdziałanie z
polem magnetycznym powoduje powstanie momentu na wale silnika
Pm
(14)
M = 955× × 1- s
.
( )
É
s
gdzie: Pm - moc mechaniczna na wale silnika
Moc Pm jest mniejsza od mocy pobranej z sieci trójfazowej
P1 o straty ·s (w Å‚ożyskach, na nagrzewanie, itd.)
Pm = P1 × ·s (15)
B.1.2 Rozruch silników asynchronicznych
Rozruch silnika asynchronicznego, podobnie jak w przypad-
ku silników prądu stałego, powinien być tak przeprowadzony, aby
ograniczyć wartość prądu rozruchowego. Rozruch można przepro-
wadzić w następujący sposób:
" rozruch bezpośredni - stosowany dla silników o mocy nie
przekraczajÄ…cej 5,5 kW,
" rozruch z wykorzystaniem przełącznika gwiazda-trójkąt ( /
" ). ZaletÄ… tego sposobu rozruchu jest prostota i trzykrotne
zmniejszenie wartości prądu rozruchowego. Wadą jest także
trzykrotne zmniejszenie momentu rozruchowego, dlatego
silnik w czasie rozruchu nie może być znamionowo obciążo-
ny.
34
 Laboratorium z Instalacji Elektrycznych dla WILiÅš
B.1.3. Regulacja prędkości obrotowej
Zgodnie ze wzorem (13), istniejÄ… trzy sposoby regulacji
prędkości silników asynchronicznych:
" przez zmianę częstotliwości - w rzeczywistości reguluje się
zarówno częstotliwość, jak i napięcie, tak aby stosunek U/f=
const. Do tego celu wykorzystuje się falowniki, głównie dla
silników klatkowych,
" przez zmianę liczby par biegunów (p). Ten sposób skokowej
regulacji prędkości jest stosowany tylko w silnikach specjal-
nych (wielobiegowych),
" przez regulację poślizgu - sposób możliwy tylko w silnikach
pierścieniowych przez regulację rezystancji obwodu wirnika.
WadÄ… tej metody sÄ… straty w rezystorach dodatkowych.
B.2. Silniki jednofazowe komutatorowe
Inaczej dzieje się w przypadku silników jednofazowych ko-
mutatorowych. Zasada działania jest identyczna jak w przypadku
silników prądu stałego, bowiem komutator działa jak prostownik.
Silniki te mają zastosowanie głównie w elektrycznym sprzęcie AGD,
a ich moc nie przekracza kilku kW.
35
 Laboratorium z Instalacji Elektrycznych dla WILiÅš
6.2. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się studentów z silnikami
prądu stałego i przemiennego, poznanie sposobów ich rozruchu, a
także możliwościami w zakresie regulacji prędkości obrotowej.
6.3. Układy pomiarowe
a) silniki prądu stałego
SL
Rezystor rozruchowy
A1
D1 D2
A2
oscyloskop
PSR
silnik
szeregowy
A
R
Rys. 6.7. Rezystorowy rozruch silnika prądu stałego
b) silniki prÄ…du przemiennego
L1
silnik
L2
trójfazowy
L3
Rys. 6.8. Rozruch z przełącznikiem / "
36
100 V
 Laboratorium z Instalacji Elektrycznych dla WILiÅš
L1
silnik
falownik
L2
trójfazowy
L3
Rys. 6.9. Regulacja prędkości w układzie z falownikiem
6. 4. Wnioski
37