3.Wyjaśnij, dlaczego wraz ze wzrostem obciążenia transformatora jego strumień jest stały.

Strumienie wytwarzane przez prąd pierwotny i wtórny sie kompensują w normalnych warunkach pracy transformatora, a prąd magnesujący sie nie zmienia

Prąd magnesujący= prąd jałowy

Prąd magnesujący nie zależy od mocy przenoszonej przez transformator.

Na potrzeby elektryków zakłada się:

1. Prąd jałowy jest sinusoidalny i ma dwie składowe

- bierną zwaną prądem magnesującym

- czynną zwaną prądem strat w rdzeniu

2. Poniżej nasycenia charakterystyka magnesowania jest liniowa

Konsekwencją tych założeń jest:

Prąd magnesujący wytwarza strumień główny w rdzeniu. Po obciążeniu transformatora prąd strony wtórnej wytwarza strumień przeciwdziałający strumieniowi głównemu. Osłabienie strumienia w rdzeniu wywołuje wzrost prądu strony pierwotnej. Tak więc niezależnie od wielkości prądu odbiornika strumień w rdzeniu pozostaje stały.

W rzeczywistości:

1. Prąd jałowy mocno odbiega od sinusoidy i oprócz dwóch wymienionych już składowych 50Hz ma całą gamę składowych sinusoidalnych o wyższych częstotliwościach

2. Poniżej charakterystyki nasycenia charakterystyka magnesowania jest tylko zbliżona do liniowej

4. Schemat zastępczy i wykres wektorowy dla transformatora w stanie obciążenia.

Schemat zastępczy transformatora w stanie obciążenia:

Wykres wektorowy:

5.Budowa i zasada działania maszyny indukcyjnej asynchronicznej. Definicja poślizgu w zależności od wirowania pola elektromagnetycznego i liczby par biegunów. Podać warunki kiedy osiąga on wartość ujemną.

Silnik asynchroniczny składa się z 2 podstawowych części: nieruchomego stojana, wykonanego z ferromagnetycznych blach elektrotechnicznych ze żłobkami na cewki uzwojenia, i ruchomego wirnika, również wykonanego z blach ze żłobkami na uzwojenie.

W silniku indukcyjnym asynchronicznym prąd w uzwojeniu wirnika powstaje w wyniku indukcji elektromagnetycznej. Zasada działania to wzajemne oddziaływanie wirującego pola magnetycznego stojana, wytworzonego przez prąd trójfazowy oraz prądu wzbudzonego w uzwojeniu wirnika, którego źródłem jest wirujące pole magnetyczne.

W silnikach indukcyjnych asynchronicznych stojan jest trójfazowym uzwojeniem rozmieszczonym w przestrzeni, co 120 stopni, zasilanym przez sieć trójfazową. Wskutek ustalonej kolejności zmian kierunku przepływu prądu w stojanie powstaje strumień magnetyczny, będący źródłem wirującego

pola magnetycznego.

Wirnik silnika klatkowego składa się z rdzenia w kształcie walca wykonanego z izolowanych blach stalowych, na którego powierzchni zewnętrznej usytuowane są pręty miedziane lub aluminiowe zwarte na obu końcach pierścieniami umieszczonymi po obu stronach wirnika. W przypadku silnika pierścieniowego wirnik ma trzy uzwojenia fazowe, których początki łączy się w gwiazdę, końce wyprowadza się do trzech pierścieni

ślizgowych.

Liczba par biegunów uzwojenia stojana wymusza konieczność wykonania tej samej liczby biegunów uzwojeń wirnika dla silników pierścieniowych, natomiast wirnik klatkowy tzw. klatka dostosowuje się do uzwojeń

stojana.

W silniku elektrycznym asynchronicznym poślizg opisuje różnicę między prędkością obrotową wirnika n a prędkością synchroniczną n_s (prędkość wirowania pola magnetycznego), wynikającą z liczby par biegunów i częstotliwości prądu zasilającego:

6. Zasada działania maszyn prądu stałego. Zjawisko komutacji i odziaływanie twornika.

Zasada działania:

Przy wirowaniu wirnika w polu magnetycznym wytworzonym przez bieguny główne stojana zachodzą dwa podstawowe zjawiska:

1. W przewodach twornika indukuje się sem E o wartości określonej wzorem:

E= B l v [V]

gdzie: B- indukcja magnetyczna w teslach, l - długość przewodu w m, v - prędkość, z jaką przewód przecina w kierunku prostopadłym linie sił pola magnetycznego w m/s.

Kierunek sem E można określić regułą prawej dłoni.

2. Przy przepływie prądu w przewodach twornika działa na nie siła mechaniczna o wartości:

F= B I l

Gdzie: I - natężenie prądu w amperach A.

Kierunek tej siły F można określić posługując się regułą lewej dłoni.

Siły mechaniczne działające na przewody twornika powodują powstanie momentu elektromagnetycznego Me, którego kierunek jest zależny od rodzaju pracy maszyny: prądnicowej, lub silnikowej.

Przez uzwojenie nieruchomych biegunów płynie prąd wzbudzenia If (magnesujący) wytwarzający strumień magnetyczny Φfa (rys. 2b).

Rozkład indukcji Bx wzdłuż obwodu wirnika jest przedstawiony na rys. 2c; W osi obojętnej maszyny ( rys. 2b. ) wartość tej indukcji jest równa zeru.

Jeśli wirnik obraca się z prędkością υ, to w każdym boku o długości l/2 jego uzwojenia o długości l indukuje się sem o wartości chwilowej ec. Na zaciskach uzwojenia składającego się z dwóch boków otrzymujemy, zatem sem

ec = B_x l/2 2 υ = B_x l υ

Komutator dokonuje przełączeń końców uzwojenia twornika poprzez wycinki k1-k2 i szczotki b1-b2 w chwilach, gdy sem ec = 0. Dzięki temu na szczotkach otrzymuje się sem e o jednym zwrocie (rys. 2e). Komutator spełnia rolę prostownika mechanicznego.

Komutacja:

Przełączanie zwojów uzwojenia z jednej gałęzi do drugiej przy użyciu wycinków komutatora i szczotek oraz związane z tym zmiany zwrotu prądu w kolejnych zwojach nazywamy komutacją.

Oddziaływanie twornika

Prąd It płynący przez uzwojenie twornika wytwarza strumień magnetyczny Φa, który można podzielić na dwie składowe:

Φdq – występujący w strefie obojętnej (w pobliżu osi obojętnej)

Φad – występujący pod biegunami głównymi

Następstwem działania strumienia Φaq jest nieznaczne przesunięcie osi obojętnej. Strumień Φad powoduje zmniejszenie strumienia głównego, a tym samym zmniejszenie sem E i momentu Me.

Rozmagnesowujące działanie pradu It nazywamy oddziaływaniem (reakcją) twornika.

Uzwojenie kompensacyjne pokazane na rysunku 2 ma za zadanie wytworzenie strumienia magnetycznego o przeciwnym zwrocie do Φad i o analogicznym rozkładzie. Jest ono połączone szeregowo z uzwojeniem twornika i płynie przez nie ten sam prąd It

7. Praca prądnicowa maszyn prądu stałego-prądnica obcowzbudna i samowzbudna. Narysować i omówić charakterystyki naturalne wymienionych prądnic.

Gdy wirnik maszyny jest napędzany przez inną maszynę wirującą np. przez turbinę - mamy do czynienia z pracą prądnicową. Na zaciskach (szczotkach) prądnicy powstaje wówczas sem, której wartość można regulować przez zmianę prądu wzbudzenia If. Przyłączony do szczotek odbiornik RL (rys.2a) pobierając energię elektryczną, wywołuje w tworniku (wirniku) przepływ prądu It. Napięcie U na zaciskach jest mniejsze od sem E o spadek napięcia na rezystancji twornika Ra i połączonych z nim szeregowo uzwojeniach komutacyjnym i kompensacyjnym. Całkowitą rezystancję obwodu wewnętrznego, przez który płynie prąd It, oznaczamy Rat,. Stąd,w przypadku prądnicy napięcie na jej zaciskach:

U = E – Rat It

Prąd It ma zwrot zgodny ze zwrotem E, natomiast moment Me jest skierowany przeciwnie do kierunku prędkości obrotowej n

8. Omówić wpływ strumienia wzbudzenia na prędkość obrotową silnika prądu stałego na przykładzie silnika bocznikowego i szeregowego.

Zmianę strumienia wzbudzenia mocna osiągnąć włączając w obwód wzbudzenia zmienny rezystor np. R_fr. Włączenie takiego regulatora spowoduje zmniejszenie się prądu magnesującego I_f, zmniejszy się, więc strumień magnetyczny Ф, a prędkość obrotowa wzrośnie . W ten sposób osiąga się regulację prędkości obrotowej powyżej prędkości obrotowej n_o. Powyższa regulacja prędkości obrotowej jest ekonomiczna, ale silnik elektryczny nie będzie w pełni wykorzystany. Będzie on pracował przy zmniejszonym strumieniu, a więc przy nie wykorzystanym w pełni obwodzie magnetycznym. Zakres regulacji prędkości obrotowej strumieniem jest ograniczony ze względów konstrukcyjnych. Każdy typ silnika ma pewną graniczną prędkość obrotową, której nie można przekroczyć ze względu na mechaniczną wytrzymałość twornika. Poza tym regulacja strumienia jest ograniczona ze względów elektrycznych, ponieważ przy osłabionym polu silniej jest odczuwalny wpływ pola magnetycznego twornika, co może spowodować niestabilną pracę silnika.

Ponadto pogarsza się komutacja i pojawia iskrzenie pod szczotkami. Wskutek tego nie stosuje się większego zakresu regulacji prędkości obrotowej strumieniem niż 1:3.

9. Maszyna synchroniczna. Wpływ rodzaju obciążenia prądnicy synchronicznej na jej strumień wypadkowy.

Prądnica synchroniczna prądu przemiennego ze względu na obciążeniezmienia swoje właściwości:

• obciążenie indukcyjne:

• cosFI_L(w przybliżeniu=)0 pole magnetyczne wytwarzane przez prąd twornika zmniejsza wypadkowy strumień wzbudzenia maszyny,

• obciążenie pojemnościowe:

• cosFI(w przybliżeniu=)0 pole twornika zwiększa strumień wzbudzenia- oddziaływanie podłużne twornika,

• obciążenie rezystancyjne:

• pole twornika jest skierowane między bieguny wirnika- oddziaływanie poprzeczne twornika, jest pomijalne

w stosunku do pola wypadkowego,

10.Prostowniki niesterowane jedno i dwupołówkowe. Działanie filtrów RL i RC w układach prostowniczych i ich wpływ na parametry pracy prostownika.

Przy prostowaniu jednopołówkowym prąd płynie przez obciążenie tylko przez połowę okresu napięcia zasilającego, natomiast przy prostowaniu dwupołówkowym przez cały okres.

11.Schemat blokowy wzmacniacza ze sprzężeniem zwrotnym wzmocnienie i rozdział sygnałów. Pasmo przenoszenia wzmacniacza. Charakterystyka amplitudowa i fazowa.

Wzmacniacz ze sprzężeniem zwrotnym:

Obwód sprzężenia zwrotnego wprowadza do obwodu wejściowego wzmacniacza o danym współczynniku wzmocnienia sygnał sterujący jako część napięcia wyjściowego:

β_u =U_s/U₂ U₂=k_u U₁= k_u (U_g+ U_s)= k_u(U_g+ β_u U₂)

k_u’= U₂/ U_g

Sprzężenie zwrotne zmienia wzmocnienie układu:

- │1-βuku│>1, to ku’<k,

- napięcie sprzężenia zwrotnego skierowane przeciwnie do napięcia sygnału wejściowego - ujemne sprzężenie zwrotne;

- 0<│1-βuku│=0, to ku’>ku,

- napięcie sprzężenia zwrotnego w fazie z napięciem sygnału wejściowego, - dodatnie sprzężenie zwrotne;

- -│1-βuku│=0, to ku’→∞,

- praca bez sygnału wejściowego Ug=0, - generator drgań,

Pasmo przenoszenia - różnica częstotliwości między dwoma punktami charakterystyki częstotliwościowej, dla których następuje spadek wzmocnienia o 3dB:

B = f_g - f_d

Interpretacja graficzna:

12.Definicja i właściwości sprzężenia dodatniego i ujemnego. Podać przykłady tych sprzężeń w układzie wzmacniacza z jednym tranzystorem.

Sprzężenie zwrotne nazywamy dodatnim, gdy faza napięcia zwrotnego doprowadzonego z wyjścia do wejścia układu jest zgodna z fazą napięcia wejściowego

Sprzężenie zwrotne nazywamy ujemnym, gdy faza napięcia zwrotnego doprowadzonego z wyjścia do wejścia układu jest przeciwna w porównaniu z fazą napięcia wejściowego.

Ujemne sprzężenie zwrotne, szeroko stosowane w układach wzmacniających, wpływa na ogół korzystnie na większość parametrów wzmacniaczy:

- poprawia stabilność wzmocnienia (układ jest mniej wrażliwy np. na wahania napięć zasilających i zmianę temperatury);

- zmniejszają się szumy i zniekształcenia (tak liniowe, jak i nieliniowe);

- zwiększa się górna częstotliwość graniczna (czyli ulega poszerzeniu pasmo);

- możliwe jest kształtowanie charakterystyki częstotliwościowej;

- możliwa jest modyfikacja impedancji wejściowej i wyjściowej.

13.Generator drgań relaksacyjnych.

14.Generator drgań sinusoidalnych.

Drgania sinusoidalne można uzyskać

· Poprzez utworzenie wzmacniacza, który dla jednej częstotliwości miałby wzmocnienie równe nieskończoności.

· Poprzez odtłumienie rzeczywistego obwodu rezonansowego LC elementem o ujemnej rezystancji (gen. dwójnikowy) celem skompensowania rezystancji strat. Sposób ten jest wykorzystywany głównie w zakresie wielkich częstotliwości.