ŹRÓDŁA ENERGII ELEKTRYCZNEJ ZIS_JEDEN

1. Podać zjawisko wykorzystywane w procesach chemicznych. W jaki sposób zmienia się energia chemiczna na elektryczną.

Dysocjacja jonowa - proces polegający na samorzutnej jonizacji (rozpadzie na jony) wodnych roztworów kwasów, soli i zasad. Wynikiem dysocjacji jest elektrolit czyli roztwór złożony z dodatnio naładowanych cząstek zwanych kationami i ujemnie naładowanych zwanych anionami.

Elektroliza - proces towarzyszący zjawisku powstawania prądu w elektrolicie.

2. W jaki sposób zmienia się energia chemiczna na elektryczną.

Energia chemiczna ulega zamianie na energie elektryczną pod wpływem reakcji chemicznych (reakcji redoks) zachodzących w ogniwie (lub innym chemicznym źródle energii).

3. Wymień źródła prądu stałego i zmiennego.

Prądu zmiennego

• prądnica prądu zmiennego

Prądu stałego

• prądnica prądu stałego

• ogniwa pierwotne (baterie ogniw) i wtórne (akumulatory)

• ogniwa paliwowe

• ogniwa fotowoltaiczne (fotoogniwa)

4. Czym się charakteryzują pierwotne i wtórne źródła energii elektrycznej.

Pierwotne źródła energii chemicznej to nieodwracalne przetworniki energii chemicznej na elektryczną. Po rozładowaniu ogniwa pierwotnego (lub baterii ogniw tj. kilku ogniw połączonych ze sobą szeregowo lub równolegle) następuje zużycie materiału i nie ma możliwości ponownego jego zregenerowania.

Wtórne źródła energii chemicznej - odwracalne przetworniki energii chemicznej na elektryczną. PO rozładowaniu ogniwa istnieje możliwość ponownego naładowania („napełnienia”) ogniwa poprzez przepuszczenie prądu w ogniwie (np. akumulatorze) w przeciwnym kierunku.

5. 
   Podaj reakcje chemiczne zachodzące w ogniwie Leclanchego.

Elektroda ujemna: Zn + 2NH₄Cl --> ZnCl₂ + H₂ + NH₃ (amoniak)

Elektroda dodatnia: MnO₂ + H₂ --> MnO + H₂O

Zn - cynk: elektroda ujemna

MnO₂ - brausztyn: elektroda dodatnia

2NH₄Cl - salmiak: elektrolit

6. Jaką role pełnie depolaryzator w ogniwie Leclanchego.

Depolaryzator, którym w ogniwie Leclanchego jest brausztyn (dwutlenek manganu) pochłania wodór powstający w reakcji elektrolitu z cynkiem.

7. Co to jest pojemność elektryczna źródła prądu stałego.

Q_{el zn} - znamionowa pojemność elektryczna źródła prądu stałego określa ilość elektryczności jaką źródło oddaje w znamionowych (podanych przez producenta) warunkach pracy (znamionowy prąd wyładowania, znamionowe napięcie wyładowania, znamionowa temperatura pracy). Jednostką pojemności elektrycznej jest Ah (amperogodzina podawana najczęściej dla 5 - , 10 -. 20 - godzinnego prądu wyładowania w temperaturze pokojowej).

Q_{el zn} = ∫ i_wyłdt jeżeli i_wył = I_wył = const to Q_{el zn} = I_wył • T_wył

8. Cechy dobrego chemicznego źródła energii.

Parametry elektryczne:

• duża gęstość energii (Wh/l) i mocy (W/l)

• niewielki ciężar

• duży prąd wyładowania

• stabilność napięcia w czasie wylądowania

• niewielka oporność wewnętrzna

Parametry czasowe:

• długi czas życia

• duża liczba cykli ładowania/wyładowania

• łatwe ładowanie

• krótki czas ładowania

Inne parametry:

• mała zależność od T

• krótki czas ładowania

9. Parametry chemicznych źródeł prądu.

Napięcie źródłowe (SEM) - różnica potencjałów między elektrodami bez obciążenia

Napięcie (V) - różnica potencjałów między elektrodami przy obciązeniu

Napięcie końcowe wyładowania - napięcie, przy osiągnięciu którego wyładowanie jest zakończone

Rezystancja wewnętrzna - rezystancja elektrod, styków elektrod z elektrolitem, elektrolitu i separatorów

Sprawność elektryczna - stosunek ilości elektryczności rozładowywanej do elektryczności ładowanej

Samo wyładowanie - procentowy ubytek pojemności w danym czasie

TRANSFORMATORY W UKŁADACH ZASILANIA

1. Dlaczego przy ze wzrostem obciążenia czynnego maleje napięcie na wyjściu transformatora.

Spadek napięcia przy zwiększaniu obciążenia czynnego jest związany z odkładaniem się części napięcia na impedancji transformatora. Wiemy, że źródłem tego napięcia jest uzwojenie, które posiada pewną rezystancję (impedancję). Różnica o jaką odchyla się napięcie od ideału to właśnie: ΔU = Z₂I₂

2. Dla czego przy tym samym prądzie odbiornika napięcie wyjściowe transformatora jest niższe przy obciążeniu o charakterze indukcyjnym niż przy obciążeniu rezystancyjnym

Różnica ta jest związana z przesunięciem fazowym między prądem a napięciem wnoszonym przez cewkę indukcyjną. Na odbiorniku prąd opóźni się względem napięcia - składowa bierna tego prądu będzie składową rozmagnesowująca - będzie powodowała zmniejszenie strumienia.

3. Dla czego przy tym samym prądzie, napięcia są wyższe w obwodzie pojemnościowym niż przy obciążeniu rezystancyjnym

Różnica ta jest związana z przesunięciem fazowym między napięciem a prądem wnoszonym przez elementy pojemnościowe. Prąd w obciążeniu będzie wyprzedzał napięcie i składowa bierna tego prądu będzie składową domagnesowująca - zwiększającą strumień.

4. 
   Narysować schemat zastępczy transformatora i nazwać poszczególne jego elementy.

Xm - reaktancja magnesująca

Rfe - rezystancja zastępcza obrazująca straty w rdzeniu

R1, R2 - rezystancja uzwojeń pierwotnego i wtórnego

X1, X2 - reaktancja uzwojeń pierwotnego i wtórnego

5. Z jakich elementów składa się transformator

Transformator składa się z:

• obwodu magnetycznego: wykonanego z magnetycznie miękkiego materiału

• obwód elektryczny: uzwojenia wykonane z miedzianego drutu nawojowego pokrytego emalią izolacyjną

6. Wzór na napięcie indukowane w transformatorze (na wartości chwilowe i skuteczne)

Napięcia chwilowe indukowane w transformatorze - kolejno po stronie pierwotnej i wtórnej - to:

e₁ = -z₁•dФ/dt oraz e₂ = -z₂•dФ/dt gdzie

• Ф - strumień główny,

• z₁ z_{2 -}liczba zwojów po stronie pierwotnej i wtórnej

Dodatkowo Ф = Φsinωt stąd

e₁ = -z₁Φωcosωt = -E_1mcosωt i e₂ = -E_2mcosωt

E_1m = z₁ωΦ i E_2m = z₂ωΦ a stąd

E₁ = 4,44z₁f₁Φ i E₂ = 4,44z₂f₂Φ

7. Jak zmienia się prąd pierwotny przy zmianie prądu wtórnego w transformatorze

Zwiększenie prądu wtórnego transformatora powoduję zmniejszenie strumienia. Mniejszy strumień oznacza mniejsze napięcie indukowane po stronie pierwotnej. Wtedy ze wzoru na prąd strony pierwotnej wynika, że prąd wzrośnie. I₁ = (U₁ - E₁)/ Z₁

8. Jakie są straty w transformatorze i z jakimi zjawiskami są związane.

Straty w transformatorze: P_str = P_Cu + P_Fe + P_iz = P_Cu + (P_h + P_w) + P_iz

Straty mocy w transformatorze- P_str

Straty w obwodzie magnetycznym (związane z histerezą i prądami wirowymi) - P_Fe

Straty w uzwojeniach (związane z rezystancją uzwojeń) - P_Cu

Straty histerezowe (związane z przemagnesowaniem rdzenia- zależne od indukcji i częstotliwości) - P_h

Straty na prądy wirowe (zależne od częstotliwości i indukcji) - P_w

Straty w izolacji - P_iz

9. Od czego zależą straty na uzwojeniach transformatora

Straty mocy na uzwojeniach transformatora zależą od rezystancji uzwojeń transformatora oraz wielkości prądów w nich płynących. P_Cu = I₁²R₁ + I₂²R₂

10. W jaki sposób możemy pomierzyć straty w uzwojeniach transformatora

Jeżeli znamy rezystancje uzwojeń to straty w nich możemy wyznaczyć poprzez pomiar prądów płynących w uzwojeniu wtórnym i pierwotnym.

11. Od czego zależą straty w obwodzie magnetycznym transformatora

Straty w obwodzie magnetycznym transformatora dzielą się na straty:

• histerezowe - związane z przemagnesowaniem rdzenia, zależne proporcjonalnie od iloczynu częstotliwości, stałej materiałowej oraz kwadratu indukcji.

• na prądy wirowe - związane z powstawaniem prądów wirowych, zależne od iloczynu stałej materiałowej i kwadratów częstotliwości oraz indukcji.

W dość dużym przybliżeniu można założyć, że straty w rdzeniu są proporcjonalne do kwadratu napięcia zasilania.

12. Dlaczego moc pobrana przez transformator w stanie jałowym idzie głównie na straty w obwodzie magnetycznym.

Dzieje się tak, ponieważ prąd w uzwojeniu pierwotnym w stanie jałowym przy napięciu znamionowym stanowi ok. 2 - 15 % prądu znamionowego, czyli jest bardzo mały. Po stronie wtórnej prąd jest zerowy więc straty w uzwojeniu wtórnym nie występują. Straty w izolacji są pomijalne i cała energia wydziela się w postaci ciepła w rdzeniu.

UKŁADY PROSTOWNICZE

1. Gdzie i w jakim celu stosowane są układy prostownicze

Układy prostownicze stosujemy wszędzie tam, gdzie przy zasilaniu prądem zmiennym chcemy otrzymać na wyjściu prąd stały. Z tej przyczyny prostowniki znajdują zastosowanie we wszelkiego rodzaju zasilaczach i przetwornikach AC/DC.

2. Czym różnią się układy prostownicze jednokierunkowe od dwukierunkowych

W układach prostowniczych jednokierunkowych w czasie trwania jednego okresu fazy zasilającej na wyjściu układu występuje jeden impuls prądu. W przypadku prostowników dwukierunkowych liczba tych impulsów to dwa. Inaczej mówiąc układy prostownicze jednokierunkowe prostują przez pół okresu a dwukierunkowe przez cały okres.

3. Parametry układów prostowniczych

• wartość średnia wyprostowanego prądu I_o

• wartość średnia wyprostowanego napięcia U_o

• współczynnik pulsacji (tętnień) k_p = U_nm / U_o

• częstotliwość pulsacji f_t = f_sq

• liczba impulsów w czasie trwania jednego okresu q = km

• maksymalny prąd wsteczny diody U_w

4. Rozróżnianie wartości skutecznej, średniej i amplitudy

Wartość skuteczna to pierwiastek z iloczynu 1/T i całki z kwadratu wartości chwilowej napięcia. Wartość średnia (składowa stała) to iloczyn 1/T i całki z wartości chwilowej napięcia. Amplituda określa maksymalny zakres zmian wartości napięcia lub prądu.

5. Narysuj układ prostowniczy 1-fazowy jednokierunkowy

6. 
   Narysuj układ prostowniczy 1-fazowy dwukierunkowy

7. Narysuj układ prostowniczy 1-fazowy mostkowy - Gretza

8. 
   Narysuj układ prostowniczy 3-fazowy jednokierunkowy

9. Narysuj układ prostowniczy 3-fazowy mostkowy

10. Jak w układzie prostowniczym zachowuje się składowa zmienna napięcia na odbiorniku czynnym przy dołączonej w szereg indukcyjności

Składowa zmienna po dołączeniu do obciążenia szeregowej indukcyjności zmienia się znacznie wolniej. Oznacza to, że napięcie ulega jeszcze lepszemu wyprostowaniu. Zjawiska te są związane z przesunięciem fazowym między prądem a napięciem wnoszonym przez indukcyjność (wzrost składowej zmiennej).

11. Jak w układzie prostowniczym zachowuje się składowa
    zmienna napięcia na odbiorniku czynnym przy załączeniu
    równoległym pojemności

Składowa zmienna po dołączeniu do obciążenia

równoległej pojemności zmienia się znacznie wolniej.
Oznacza to, że napięcie ulega jeszcze lepszemu

wyprostowaniu. Zjawiska te są związane z przesunięciem

fazowym między prądem a napięciem wnoszonym

przez pojemność (tłumienie składowej zmiennej)

FILTRY PROSTOWNICZE

1. Czym charakteryzuje się filtr pasywny i aktywny.

Filtry aktywne zawierają elementy zarówno pasywne jak i aktywne (np. tranzystor). Filtry pasywne zawierają wyłącznie elementy pasywne (R, L, C)

2. Jakie elementy wykorzystywane są w filtrze pasywnym. Jak się je włącza w układ.

W filtrze pasywnym stosujemy elementy rezystancyjne, indukcyjne i pojemnościowe (R, L, C). Możemy je łączyć ze sobą szeregowo lub równolegle tworząc w ten sposób filtry różnego rodzaju i różnego typu: np. L, C, RL, RC, LC - Π lub Γ.

3. Jak dzielimy filtry pasywne.

Filtry możemy podzielić ze względu na:

• charakterystykę częstotliwościowa: dolnoprzepustowe (górnozaporowe), górnoprzepustowe (dolnozaporowe), środkowoprzepustowe, środkowozaporowe

• użyte elementy: filtry L, C, RC, RL, LC

• sposób połączenia: Π lub Γ

• charakter wejścia: wejście typu C, wejście typu L

4. Jakie parametry charakteryzują skuteczność filtru.

Skuteczność filtru charakteryzują:

• współczynnik wygładzania - stosunek współczynnika pulsacji napięcia wejściowego do napięcia wyjściowego

• współczynnik tłumienia składowej zmiennej - amplituda tętnień na wejściu i wyjściu filtru

• współczynnik przenoszenia składowej stałej - λ = U_owy/U_owe

• sprawność η = λ(I_wy/I_we)

5. Jaka jest droga postępowania przy doborze elementów filtrów przy zadanych współczynnikach wygładzania.

Jeżeli dany układ będzie pracował na duże moce i posiada duża rezystancje wewnętrzna powinniśmy stosować filtry z wejściem pojemnościowym. W sytuacji odwrotnej - gdy układ bezie pracował na małe moce i małe rezystancje wejściowe powinniśmy stosować wejście filtru indukcyjne.

6. Narysuj schemat przykład filtry Π i Γ.

STABILIZATORY NAPIĘCIA

1. Jak dzielimy stabilizatory napięcia stałego

Stabilizatory napięcia stałego dzielimy na:

• parametryczne

• kompensacyjne o regulacji ciągłej

• kompensacyjne o regulacji impulsowej

• kompensacyjne o regulacji impulsowo ciągłej

2. Na czym polega istota stabilizacji w stabilizatorze kompensacyjnym o działaniu ciągłym

Istota działania stabilizacji w stabilizatorze ciągłym opiera się na zmianie rezystancji kolektor - emiter w tranzystorze, który pełni rolę elementu regulującego.

3. Na czym polega istota stabilizacji w stabilizatorze kompensacyjnym o działaniu impulsowym

Istota działania stabilizacji w stabilizatorze impulsowym polega zmianie współczynnika wypełnienia impulsowego sygnału w układzie regulującym.

4. Kiedy i w jaki celu stosuje się stabilizator napięcia stałego
   

Stabilizatory napięcia stałego wykorzystujemy wszędzie tam, gdzie zależy nam na utrzymaniu tego samego poziomu napięcia niezależnie od zmian napięcia wejściowego, temperatury i czasu. Zastosowanie np. w zasilaczach prądu stałego za filtrem a przed obciążeniem.

5. 
   Narysuj charakterystykę napięciowo - prądową diody Zenera

6. Na czym polega istota stabilizacji w stabilizatorze parametrycznym

Istota stabilizacji w stabilizatorze parametrycznym opiera się o zasadę działania diody Zenera, która pracuje przy polaryzacji zaporowej.

7. Na czym polega i jak jest realizowane sprzężenie zwrotne w stabilizatorach kompensacyjnych

Sprzężenie zwrotne ma za zadanie doprowadzić i porównać sygnał z wyjścia stabilizatora z sygnałem na jego wejściu. Tor sprzężenia jest złożony kolejno z członu pomiarowego, napięcia wzorcowego, układu porównującego, wzmacniacza błędu i układu sterującego.

8. Jak pracuje tranzystor regulacyjny stabilizatora kompensacyjne o działaniu ciągłym i impulsowym

Tranzystor ten pracuje w oparciu o dwa stany: nasycenia i odcięcia. Pełni on rolę układu regulacyjnego, który zmienia napięcie wyjściowe.

9. Jaka role pełni Filtr LC w stabilizatorach impulsowych

Filtr LC pełni rolę układu uśredniającego napięcie - z impulsu prostokątnego na stałe.

PRZETWORNICE DC/DC

1. Jak można podzieli przetwornice DC/DC,

Ze względu na stabilizację:

• przetwornice stabilizowane

• przetwornice niestabilizowane

Ze względu na sposób przekazywania energii

• przetwornice przepustowe

• przetwornice zaporowe

• przetwornice sumujące

Ze względu na liczbę tranzystorów

• przetwornice jednotaktowe, symetryczne

• przetwornice dwutaktowe, niesymetryczne

Ze względu na sposób wzbudzenia

• przetwornice samo wzbudne

• przetwornice obcowzbudne

Ze względu na budowę

• przetwornice z transformatorem

• przetwornice bez transformatora

2. Schemat blokowy przetwornicy DC/DC

Wejście napięcia stałego - Falownik DC/AC - Prostownik - Filtr LC - Wyjście napięcia stałego

|

Izolacja galwaniczna

3. Istota pracy przetwornicy DC/DC

Przetworzenie prądu/napięcia stałego o małej wartości napięcia/prądu na wejściu przetwarza je w wyższe/wyższe prąd/napięcie stałe o biegunowości zgodnej lub przeciwnej.

4. Jak można zwiększyć napięcia stałe

Napięcie stałe możemy zwiększać wykorzystując w tym celu przetwornice DC/DC lub wzmacniacze prądu stałego.

ZASILANIE REZERWOWE

1. Co to jest UPS i do czego wykorzystywany

To awaryjny zasilacz bezprzerwowy gwarantujący ochronę urządzeń przed spadkami napięć i przedpięciami. W razie zakłóceń w pracy podstawowego źródła zasilania zasilacz bezprzerwowy automatycznie włącza normatywne zasilanie z akumulatorów.

2. Jakie są możliwości zapewnienia zasilania rezerwowego

W układach zasilania awaryjnego źródłami zasilania rezerwowego mogą być:

• fazami tej samej linii

• niezależnymi liniami energetycznymi

• niezależnymi sieciami

3. Różnica między zasilaczami on-line i off-line

Zasilacz awaryjny online pracuje cały czas i nie ma stanów przejściowych przy zaniku zasilania na obciążeniu natomiast off-line załącza akumulatory dopiero po zaniku zasilania co powoduje stany przejściowe.

4. Do czego jest wykorzystywany UPS

UPS stosowany jest do stabilizacji napięcia i czasowej kontynuacji pracy na urządzeniach do niego podłączonych nawet w przypadku zaniku napięcia

5. Zasilacz awaryjny on-line

6. Zasilacz awaryjny off-line

strona 7

Zalety zasilacza On-line:

Ciągłe, bezprzerwowe zasilanie, brak stanów przejściowych na obciążeniu przy zaniku

zasilania, automatyczny bypass , duży zakres napięcia wejściowego, możliwość

wydłużenia czasu pracy bateryjnej, bogate wyposażenie opcjonalne

Wady:

Większa ilość komponentów, wyższa cena

Zalety zasilacza Off-Line:

niska cena, cicha praca, małe gabaryty, prosta obsługa,

możliwość podwyższania lub obniżania napięcia wyjściowego bez użycia energii z

akumulatorów (układ AVR), zabezpieczenie przepięciowe

Wada: przenoszenie zakłóceń częstotliwości i kształtu napięcia do odbiorników

podczas pracy normalnej

---