Zagadnienia na elektrotechnikę

1. Prawko Kirchhoffa, prawo oma, moc czynna, moc bierna, wartość skuteczna każda definicja za 1,5 pkt
   
   Obwód elektryczny – służy do przekazywania energii elektrycznej ze źródeł do odbiorników;

• Element pasywny - jest to taki element, który jest odbiornikiem energii elektrycznej, np. rezystor, kondensator, cewka;

• Element aktywny - jest to taki element, który nie jest elementem pasywnym. Elementy aktywne można określić jako przetworniki energii elektrycznej aktywnie przetwarzające sygnał, źródła energii elektrycznej oraz siła elektromotoryczna (SEM), np. źródło napięcia, źródło prądu;

• Prawo Ohma – stwierdza, że natężenie prądu stałego I płynącego przez przewodnik jest wprost proporcjonalne do napięcia elektrycznego U występującego między końcami przewodnika i odwrotnie proporcjonalne do jego czynnego oporu elektrycznego (rezystancja);

- dla prądu stałego – prąd jest wprost proporcjonalny do napięcia, a odwrotnie …

proporcjonalny do rezystancji

- dla prądu zmiennego – prąd jest wprost proporcjonalny do napięcia, a odwrotnie …

proporcjonalny do impedancji

Natężenie prądu elektrycznego jest to stosunek ładunku przepływającego przez dowolny poprzeczny przekrój przewodnika do czasu przepływu tego ładunku.

Gęstość prądu jest to stosunek prądu przepływającego przez poprzeczny przekrój przewodnika do pola powierzchni tego przekroju.

Napięcie elektryczne jest to stosunek pracy wykonanej przy przemieszczaniu ładunku między dwoma punktami do wartości przemieszczanego ładunku.

• Rezystancja – zależy od rodzaju materiału, z którego przewodnik jest wykonany, i jest wprost proporcjonalna do długości przewodnika, a odwrotnie proporcjonalna do jego przekroju poprzecznego (- rezystywność „opór właściwy” materiału przewodu w omometrach; l – długość przewodu w metrach; S – pole przekroju poprzecznego w metrach kwadratowych);

Om jest wartością rezystancji, jaka istnieje między dwoma punktami przewodnika, gdy napięcie 1V występuję między tymi punktami wywołuje w przewodniku przepływ prądu o wartości 1A;

• Kondunktancja (przewodność) – jest odwrotnością rezystancji;

Konduktywność (przewodność właściwa) – jest odwrotnością rezystywności;

Impedancja, Z – wielkość charakteryzująca zależność między natężeniem prądu i napięciem w obwodach prądu zmiennego.

Impedancja jest uogólnieniem oporu elektrycznego charakteryzującego tę zależność w obwodach prądu stałego. Impedancja jest wielkością zespoloną. Część rzeczywista impedancji opisuje opór związany z prądem płynącym w fazie zgodnej z przyłożonym napięciem, część urojona – z prądem przesuniętym w fazie, który wyprzedza przyłożone napięcie lub jest opóźniony względem niego.

• Gałąź – jest to zbiór elementów połączonych ze sobą tak, że na zewnątrz wyprowadzane są tylko dwie końcówki;

• Węzeł – jest to punkt, w którym łączą się co najmniej 3 gałęzie;

• Oczko – jest to zbiór gałęzi połączonych ze sobą tak, że tworzą drogę zamkniętą dla prądu;

• Obwód nierozgałęziony – składa się z jednego oczka;

• Obwód rozgałęziony – składa się z więcej niż jednego oczka;

• I Prawo Kirchhoffa – w każdym węźle obwodu elektrycznego suma natężeń prądów wpływających do węzła równa się sumie natężeń prądów wypływających z węzła. Jeżeli przyjąć, że prądu wpływające są dodatnie, a wypływające ujemne, to wzór ogólny przyjmuje postać:

• II Prawo Kirchhoffa – w dowolnym oczku obwodu elektrycznego suma algebraiczna sił elektromotorycznych (napięć źródłowych) jest równa sumie algebraicznej spadków napięć na rezystorach tego oczka;

• Wartość skuteczna prądu zmiennego – taka wartość odpowiadającego prądu stałego, który płynąc przez niezmienną rezystancję R w tym samym czasie co rozpatrywany prąd zmienny powoduje wydzielenie na tej rezystancji takiej samej ilości ciepła jaką by wydzielił prąd sinusoidalny;

Wartość skuteczna prądu sinusoidalnego

Wartość skuteczna napięcia sinusoidalnego

• Współczynnik szczytu – jest to stosunek wartości maksymalnej do wartości skutecznej;

• Wartość średnia prądu sinusoidalnego – jest to wartość zastępczego prądu stałego, który w czasie równym połowie okresu przenosi taki sam ładunek elektryczny jak prąd sinusoidalny.

• Moc czynna – jest równa iloczynowi wartości skutecznych napięcia i prądu oraz kosinusa kąta przesunięcia fazowego między napięciem i prądem.

[W]

Moc bierna – jest iloczynem wartości skutecznych napięcia i prądu oraz sinusa kąta przesunięcia fazowego między napięciem i prądem.

[var]

Moc pozorna – jest iloczynem wartości skutecznych napięcia i prądu (woltoamper);

1. Wpływ czynników zewnętrznych na rezystancję 5pkt

Zależność rezystancji od warunków zewnętrznych:

- temperatura (wraz ze wzrostem rezystancja rośnie;

- wilgotność (im większa, tym rezystancja maleje – dotyczy materiałów higroskopijnych);

- ciśnienie (im większe, tym rezystancja maleje); dot proszków

- pole elektryczne (wpływ powoduje zmniejszenie rezystancji);

- pole magnetyczne (wpływ powoduje zwiększenie rezystancji);

3. Połączenie szeregowe i równoległe, wyznaczanie charakterystyk i wypadkowych metodami graficznymi

Połączenie równoległe (obwód równoległy) jest to taki rodzaj połączenia elementów elektrycznych, w którym wszystkie końce oraz wszystkie początki składowych elementów są połączone razem. Połączenie takie tworzy odpowiednią ilość gałęzi, w których mogą płynąć różne prądy, ale które zasilane są takim samym napięciem elektrycznym.

Połączenie szeregowe (obwód szeregowy) jest to taki rodzaj połączenia elementów elektrycznych, w którym koniec jednego elementu łączy się z początkiem następnego. Połączenie takie tworzy szereg (łańcuch) elementów, w którym prąd elektryczny musi przepływać kolejno przez wszystkie elementy (natężenie prądu ma więc taką samą wartość dla wszystkich elementów w połączeniu szeregowym).

4. Pomiar rezystancji metodą graficzną, układ bez wzorów na błędy

5. Moc czynna bierna i pozorna

Moc czynna prądu sinusoidalnego jest równa iloczynowi wartości skutecznych napięcia i prądu oraz kosinusa kata przesunięcia fazowego między napięciem i prądem zwanego współczynnikiem mocy

Moc bierna prądu sinusoidalnego jest równa iloczynowi wartości skutecznych napięcia i prądu oraz sinusa kata przesunięcia fazowego między napięciem i prądem

Moc pozorna prądu sinusoidalnego jest równa iloczynowi wartości skutecznych napięcia i prądu

4. Trójkąt impedancji a trójkąt mocy ze wzorami + jednostki

Trójkąt impedancji

Przyprostokątnymi trójkąta impedancji są rezystancja oraz reaktancja indukcyjna a przeciwprostokątną jest impedancja. Z zależności trójkąta impedancji wynikają następujące zależności:

R = Z cos j

X = Z sin j

tgj = X/R

trójkąt mocy

z trójkąta mocy wynikają następujące zależności

4. Rezonans szeregowy, równoległy

• rezonans napięć związany jest z faktem , że występujące w obwodzie szeregowym prądu sinusoidalnie złożonego z elementów RLC , napięcia na reaktancjach indukcyjnej i pojemnościowej są sobie równe lecz mają przeciwne zwroty, czyli: UL + UC = 0 i podstawiając do tego równania zależności określających reaktancje X_L i X_C warunek rezonansu przyjmuje postać :

• rezonans prądów w obwodzie równoległym RLC występuje wtedy gdy prądy płynące w tym obwodzie mają tę samą wartość lecz przeciwne zwroty, czyli: I_L + I_c = 0 Podobnie jak dla obwodu rezonansowego szeregowego wprowadzono pojęcie dobroci obwodu rezonansowego równoległego, przy czym dobroć ta określa ile razy przy rezonansie prąd płynący przez indukcyjność jest większy od wartości prądu płynącego przez rezystancję, czyli:

4. Transformator budowa, zasada działania, moment zastępczy, próba zwarcia

Transformator – jest urządzeniem służącym do przetwarzania energii elektrycznej o określonym napięciu i prądzie na energię elektryczną o innym napięciu i prądzie bez zmiany częstotliwości i bez udziału energii mechanicznej;

Napięcie wyższe nazywa się górnym napięciem a niższe dolnym. Tak samo w przypadku uzwojenia dolnego i górnego napięcia.

Moc znamionowa transformatora jest to moc pozorna odpowiadająca uzwojeniu pierwszemu i drugiemu. Obciążenie znamionowe zachodzi wtedy, gdy przez uzwojenia wtórne płynie prąd znamionowy.

Budowa transformatora ( składają się z trzech obwodów):

• obwód magnetyczny (rdzeń) – składa się z blach o grubości g=0,35-0,5mm i izoalcji. Straty powinny być możliwe małe – dodatek krzemu w blachach.

• obwód elektryczny (uzwojenia) – są tak instalowane na rdzeniu, żeby ich pole przekroju było prostopadłe do indukcji magnetycznej. Stosuje się uzwojenia z miedzi o konduktywności . Uzwojenia mogą być lewo lub prawoskrętne lub krążkowe (stosuje się w przypadku dużych napięć, gdy może dojść do przebicia) i cylindryczne (stosuje się w przypadku występowania sił osiowych).

• obwód chłodzenia ( zbiornik z olejem – duże; zbiornik z powietrzem – małe);

Zasada działania transformatora – działa on na zasadzie zjawiska indukcji elektromagnetycznej napięcia indukowanego transformacji, powstającego przy elektromagnetycznym oddziaływaniu na siebie uzwojeń nieruchomych względem siebie i sprężonych ze sobą magnetycznie. Zasilamy jego uzwojenia, wokół uzwojeń powstają skojarzenia magnetyczne i indukują się w tych uzwojeniach napięcia.

• Stany pracy transformatora:

• jałowy - jest to taki stan, w którym uzwojenie pierwotne jest dołączone do źródła prądu przemiennego, a uzwojenie wtórne jest otwarte. Transformator w stanie jałowym nie jest obciążony a więc nie oddaje żadnej mocy (w uzwojeniu wtórnym nie płynie prąd);, Próba ta służy do wyznaczania parametrów poprzecznych;

• obciążenia - to taki stan pracy, w którym uzwojenie pierwotne jest zasilane napięciem znamionowym, a w obwód wtórny jest włączony odbiornik.

• zwarcia - taki stan, w którym do uzwojenia pierwotnego jest doprowadzone napięcie zasilające, a uzwojenie wtórne jest zwarte. Zwarcie służy do wyznaczenia mocy utraconej w uzwojeniach.

4. Prąd wartość skuteczna wartość szczytu – wyżej w definicjach