ELEKTROTECHNIKA - ZALICZENIE

1.Podstawowe prawa , zależności , reguły

Prawo Ohma - natężenie prądu stałego płynącego przez przewodnik elektryczny jest wprost proporcjonalne do napięcia elektrycznego występującego między końcówkami przewodnika a odwrotnie proporcjonalne do jego rezystancji.

Pierwsze prawo Kirchhoffa dla prądu stałego - w każdym węźle obwodu elektrycznego suma natężeń prądów wpływających do węzła równa się sumie natężeń prądów wypływających z węzła.

Σ I_K = O

Drugie prawo Kirchhoffa dla prądu stałego - w dowolnym oczku obwodu elektrycznego suma algebraiczna sił elektromotorycznych jest równa sumie algebraicznej spadków napięć na rezystancjach tego oczka.

Σ E_L = Σ R_K I_K

Pierwsze prawo Kirchoffa dla wartości chwilowych: suma algebraiczna wartości chwilowych prądów w dowolnym węźle obwodu elektrycznego jest równa

Σi_k = O

dla wartości skutecznych zespolonych: suma geometryczna wartości skutecznych zespolonych prądów w węźle obwodu elektrycznego równa jest zeru.

ΣI_k = O

Drugie prawo Kirchhoffa dla wartości chwilowych: w dowolnym oczku obwodu elektrycznego prądu sinusoidalnego suma algebraiczna wartości chwilowych sił elektromotorycznych jest równa sumie wartości chwilowych napięć na wszystkich elementach R, L, C rozpatrywanego oczka.

Σe_L = Σ (U_RK + U_LK + U_CK)

dla wartości skutecznych: suma wartości skutecznych zespolonych sił elektromotorycznych jest równa sumie wartości skutecznych zespolonych napięć na wszystkich elementach R, L,, C rozpatrywanego oczka.

Σ E_L = Σ (U_RK + U_LK + U_CK)

gdzie: U_R = R x I napięcie na rezystancji ,

U_L = jX_L I = j ω LI napięcie na indukcyjności ,

U_C = -j Xc I = -j ( 1/ωC) I napięcie na pojemności

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 (opór elektryczny) przewodnika jest zależna od rodzaju materiału z którego przewodnik jest wykonany i jest wprost proporcjonalna do długości przewodnika a odwrotnie proporcjonalna do jego przekroju poprzecznego.

ρ - rezystywnośc materiału

Jednostką rezystancji jest om - jest to wartością rezystancji jaka istnieje miedzy dwoma punktami przewodnika gdy napięcie 1V występujące między tymi punktami w przewodniku wywołuje przepływ prądu o wartości 1A

Odwrotnością rezystancji jest konduktancja G

Odwrotnością rezystowności jest konduktywność γ

Prędkość kątowa ramki - nazywa się pulsacją

T - czas pełnego obrotu ramki (okres siły elektromotorycznej)

Odwrotnością okresu jest częstotliwość przebiegu sinusoidalnego f

(Polska - f= 50Hz, USA =f=60 Hz)

Wartość skuteczna prądu sinusoidalnego

Wartość skuteczna napięcia sinusoidalnego

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

Opornik idealny R jest elementem, który przy przepływie prądu ma jedynie właściwość zamiany energii elektrycznej w ciepło. Prąd w rezystorze jest w fazie z napięciem na wykresie czasowym. Moc chwilowa w rezystorze nie może przyjmować wartości ujemnych co oznacza, że element rezystancyjny może tylko pobierać energię elektryczna i zamieniać ją na ciepło.

Indukcyjność idealna L własna przy przepływie prądu zmiennego może gromadzić energie we własnym polu magnetycznym. Jeśli przez indukcyjność L przepływa prąd sinusoidalny

I= I_msinω t

to napięcie na zaciskach cewki jest równe bezwzględnej wartości siły elektromotorycznej samoindukcji lecz zgodnie z drugim prawem Kirchhoffa ma znak przeciwny. Napięcie sinusoidalne na zaciskach elementu indukcyjnego wyprzedza w fazie prąd płynący przez ten element o kąt φ = π/2

występujący iloczyn ωL nazywa s się reaktancją indukcyjną:

Prawo Ohma wyrażone dla wartości skutecznych zespolonych tego obwodu ma postać

Kondensator idealny o pojemności C może gromadzić energie we własnym polu elektrycznym. Jeżeli kondensator podłączymy do źródła napięcia sinusoidalnego mającego następujący przebieg u=U_msinω t, to kondensator będzie na przemian ładowny i rozładowywany. Przy napięciu sinusoidalnym prąd płynący przez kondensator idealny wyprzedza napięcie na jego zaciskach o kąt φ = π/2.

Odwrotność występującego w zależności iloczynu ωC nazywa się reaktancją pojemnościową X_C (opór bierny pojemnościowy)

Prawo Ohma wyrażone dla wartości skutecznych zespolonych tego obwodu ma postać:

Rozwiązywanie obwodów prądu stałego i zmiennego

2.Rezonans napięć i prądów

W obwodach prądu sinusoidalnego impedancje a zatem i prąd oraz ich przesunięcia fazowe w stosunku do napięcia zależą do reaktancji indukcyjnej i pojemnościowe obwodu. Może zdarzyć się przypadek szczególny, że oddziaływania tych dwóch reaktancji wzajemnie się skompensują czyli: X_L=X_C Oznacza to, żę miedzy napięciem zasilającym obwód a prądem w obwodzie nie będzie przesunięcia fazowego; obwód będzie się zachowywał jak gdyby miał tylko rezystancję. Taki przypadek nazywa się rezonansem elektrycznym i wyróżnia się dwa typy rezonansu:

a)rezonans napięć związany jest z faktem , że występujące w obwodzie 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 :

b) 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:

3.Poprawa współczynnika mocy

W energetyce dąży się do tego by przy wytwarzaniu, transformowaniu, przesyłaniu energii elektrycznej utrzymywać współczynnik mocy na poziomie zbliżonym do jedności. Wtedy przy nie zmienionej mocy czynnej oddawanej przez generator, prą płynący w uzwojeniach generatorach jest najmniejszy. Niski współczynnik mocy nie pozwala generatorowi rozwinąć pełnej mocy na jaką został zbudowany.

W zakładach przemysłowych częstą przyczyną niskiego współczynnika mocy są nieobciążone silniki asynchroniczne indukcyjne, których cosφ zmienia się od ok. 0,1 - 0,2 przy biegu jałowym, do ok. 0,8 - 0,9 przy obciążeniu znamionowym.

Do środków naturalnych poprawy współczynnika mocy zalicza się właściwy dobór silników asynchronicznych indukcyjnych prowadzony pod kątem zapotrzebowanej mocy oraz wyłączanie tych silników, a także spawarek i transformatorów i podobnych urządzeń , jeśli pracują na biegu jałowym.
Natomiast sztuczne sposoby poprawy współczynnika mocy polegają na kompensacji mocy biernej indukcyjnej przez równoległe włączenie do odbiorników o charakterze indukcyjnym urządzenia pobierającego moc bierną pojemnościową . Takim urządzeniem jest kondensator lub przewzbudzona maszyna synchroniczna. Pojemność kondensatora potrzebną do zwiększenia współczynnika mocy z cosφ₁ do cosφ₂ można określić z wzoru:

- jest to kompensacja częściowa

- jest to kompensacja zupełna

w praktyce nie stosuje się kompensacji zupełnej gdyż przy zmieniającym się statystycznie w zakładzie przemysłowym obciążeniu zwiększa to prawdopodobieństwa wystąpienia niekorzystnego przekompensowania tj. zmiany charakteru odbioru jako całości z indukcyjnego na pojemnościowy.

4.Obwody elektryczne trójfazowe prądu sinusoidalnego

Obwód trójfazowy zawiera trzy wzajemnie sprzężone źródła napięcia sinusoidalnego, mające tę samą częstotliwość lecz przesunięte względem siebie w fazie o kąt 120° czyli 2/3π.

Napięcie trójfazowe wytwarza się w prądnicach trójfazowych. Zasada działania tej prądnicy polega na tym , że stały strumień magnetyczny wytwarzany przez elektromagnes zwany magneśnicą wiruje ze stałą prędkością kątową wskutek działania dostarczanego z zewnątrz momentu obrotowego. Magneśnica zasilana jest z zewnątrz poprzez szczotki i pierścienie na wale prądnicy trójfazowej, z małej niezależnej prądnicy prądu stałego zwana wzbudnicą. Strumień magnetyczny wirując przecina uzwojenie indukując w nich siły elektromotoryczne.

Jeżeli końce faz prądnicy będą połączone razem to układ taki nazywamy połączonym w gwiazdę. Wspólny węzeł faz prądnicy i odbiornika nazywa się punktem neutralnym lub zerowym. Może być układ trójfazowy gwiazdowy trójprzewodowy (punkt zerowy prądnicy nie jest połączony z odbiornikiem) lub trójfazowy gwiazdowy czteroprzewodowym (połączenie punktów zerowych przy pomocy przewodu). Przewody łączące początki faz prądnicy z odbiornikiem nazywamy przewodami fazowymi. Szczególnym przykładem układu trójfazowego jest układ symetryczny, cechuje go równość modułów sił elektromotorycznych indukowanych we wszystkich fazach prądnicy.

Jeżeli koniec jednej fazy prądnicy będzie połączony z początkiem drugiego i tak kolejno to układ taki nazywany połączonym w trójkąt. W układzie trójkątowym napięcia międzyprzewodowe są równe napięciom fazowym Jeżeli układ jest układem symetrycznym oznacza to, że: U_ab = U_bc = U_ca = U = U_f
W układzie trójkątowym występują dwa rodzaje prądów: prądy przewodowe płynące w przewodach łączących prądnicę z odbiornikiem oraz prądy fazowe płynące przez fazy prądnicy lub odbiornika.

5.Moc układów trójfazowych

Moc czynna wydawana przez trójfazowe źródło napięcia lub pobierana przez odbiornik trójfazowy jest równa sumie mocy czynnych poszczególnych faz:

W przypadku układu symetrycznego wszystkie napięcia, prądy i przesunięcia fazowe mają jednakowe wartości skuteczne i wobec tego wzór na moc czynną przybiera postać:

Gdzie: U - napięcie międzyfazowe

I - prąd liniowy

φf - kąt przesunięcia fazowego

Moc użyteczna - podawana na tabliczkach znamionowych silników jest iloczynem mocy elektrycznej i sprawności silnika:

gdzie:η - sprawność silnika

Moc bierna wydawana przez trójfazowe źródło napięcia lub pobierana przez odbiornik trójfazowy w przypadku symetrii oblicz się ze wzoru:

Moc pozorna układu trójfazowego w przypadku symetrii określa wyrażenie:

10.Mierniki magnetoelektryczne

Do działania mierników magnetoelektrycznych wykorzystuje się siłę działającą na przewód w którym płynie prąd elektryczny umieszczony w polu magnetycznym . pobór mocy przez przyrządy magnetoelektryczne jest niewielki natomiast dokładność osiągana przez nie jest większa niż innych rodzajów mierników.

Woltomierz, miernik elektryczny służący do pomiaru napięcia, włączany równolegle do obwodu elektrycznego. Zbudowany jest z odpowiednio wyskalowanego mikroamperomierza i dużego opornika elektrycznego. Pomiar odbywa się poprzez wyznaczenie natężenia prądu płynącego przez woltomierz, który charakteryzuje się znaczną opornością wewnętrzną. W zależności od zastosowania rozróżnia się woltomierze prądu zmiennego i woltomierze prądu stałego

Amperomierz, przyrząd służący do pomiaru natężenia prądu elektrycznego. Działanie amperomierza opiera się na pomiarach efektów elektromagnetycznych, cieplnych itp., wywołanych przepływającym prądem. Włącza się go szeregowo do obwodu elektrycznego, w związku z czym istotną cechą jest jego niewielka oporność wewnętrzna, nie wpływająca na wartość mierzonego prądu. Amperomierze klasyfikuje się ze względu na: rodzaj mierzonego prądu (amperomierze prądu stałego i przemiennego - te ostatnie mierzą wartość skuteczną, rzadziej średnią), wartość mierzonego prądu (mikro-, miliamperomierze lub kiloamperomierze - duży zakres pomiaru uzyskuje się przez zastosowanie boczników lub przekładników prądowych w przypadku prądu zmiennego), konstrukcję (np. magnetoelektryczny, elektromagnetyczny, cieplny), rodzaj wskazań (analogowy, cyfrowy).

Omomierz, miernik elektryczny służący do pomiaru oporności (oporność elektryczna) przewodnika. Zbudowany jest zazwyczaj z amperomierza połączonego szeregowo z badanym oporem i mierzącego prąd płynący z wewnętrznego źródła zasilania omomierza (np. baterii) przez ten opór.

11.Mierniki elektromagnetyczne

Mierniki elektromagnetyczne ze względu na rozwiązania konstrukcyjne dzielimy na mierniki jednordzeniowe oraz dwurdzeniowe. W mierniku jednordzeniowym rdzeń z materiału ferromagnetycznego w postaci blaszki jest wciągany do wnętrza cewki jeżeli Płynie przez nią prąd elektryczny. Powoduje to odchylenie organu ruchomego. Dobierając kształt blaszki można w części zakresu pomiarowego przyrządu uzyskać skalę liniową.

Mierniki elektromagnetyczne są stosowane do pomiaru napięć których wartości zawarte są w przedziale od kilku do kilkuset voltów i prądów o wartości od kilkudziesięciu mikroamperów do kilkudziesięciu amperów.

12.Pomiary rezystancji metodą techniczną i mostkową

Metoda techniczna : pomiar rezystancji polega na włączeniu rezystancji do źródła napięcia stałego oraz na pomiarze prądu płynącego przez rezystancję za pomocą amperomierza i napięcia na zaciskach rezystancji za pomocą woltomierza. Wyniki tych pomiarów umożliwiają obliczenia wartości rezystancji z prawa Ohma. Istnieją dwa sposoby włączenia mierników w obwodzie pomiarowym:
a) układ z poprawnie mierzonym prądem - do pomiaru dużych rezystancji pow. 1 Ω
b) układ z poprawnie mierzonym napięciem - do pomiaru niedużych rezystancji pon. 1 Ω

Metoda mostkowa : należy do dokładnych metod pomiaru rezystancji. Pomiaru dokonuje się budując tzw. mostek Wheatstone”a. W początkowym stadium pomiaru mostek nie jest zrównoważony i prąd płynący przez galwanometr może go uszkodzić. By ograniczyć ten prąd w szereg łączy się rezystor R o odpowiednio dużej rezystancji i doprowadza do równowagi . Następnie zmniejsza się rezystancje R do zera i koryguje dokładnie stan równowagi mostka.

13.Pomiary mocy i energii w układach trójfazowych

Do pomiaru mocy czynnej w układzie trójfazowym 4-przewodowym używa się trzech watomierzy włączonych między poszczególne przewody fazowe a przewód neutralny. Każdy z tych watomierzy mierzy moc jednej fazy. Moc czynna pobierana przez odbiorniki jest równa sumie mocy poszczególnych faz.

W przypadku układu 3-fazowego symetrycznego wystarczy jeden watomierz a 3-fazowego 3-przewodowego - dwa watomierze.

Energię w układach 3-fazowych mierzy się praktycznie licznikami trójsystemowymi w których każda z faz wytwarza we wspólnej tarczy jeden moment napędowy, tak że tarcza doznaje działania sumy momentów pochodzących od poszczególnych faz

14.Zasada działania transformatora jednofazowego

Na rdzeniu z materiału ferromagnetycznego nawinięte są dwa uzwojenia odizolowane od siebie i od rdzenia. Uzwojenie pierwsze - pierwotne, dołączone jest do źródła napięcia sinusoidalnego. Prąd sinusoidalny płynący w uzwojeniu pierwotnym wywołuje w rdzeniu transformatora sinusoidalny strumień magnetyczny. W obu uzwojeniach zmiany strumienia magnetycznego sprzęgającego oba uzwojenia indukują siły elektromotoryczne. Przebiegi czasowe tych sił są przesunięte o kąt π/2 względem wytwarzającego je strumienia magnetycznego. Stosunek wartości sił elektromotorycznych nazywa się przekładnią transformatora.

Stosunki napięć indukowanych w poszczególnych uzwojeniach transformatora zależy od stosunku liczby zwojów tych uzwojeń.

przekładnia transformatora

15.Straty mocy w transformatorze

Straty mocy czynnej związane z przenoszeniem energii elektrycznej przez transformator można ograniczyć do strat mocy w rdzeniu ΔP_Fe oraz strat mocy w uzwojeniu ΔP_Cu. Przemagnesowanie materiału ferromagnetycznego rdzenia powoduje straty histerezowe, które są proporcjonalne do częstotliwości f i kwadratu amplitudy indukcji magnetycznej B_m.

gdzie: k_h współczynnik proporcjonalności zależny od mat. rdzenia
Straty mocy związane są również z indukowaniem się i przepływem prądów wirowych.

gdzie: k_{w -} współcz. proporcjonalności zależny od rodzaju materiału rdzenia
Aby ograniczyć te straty rdzenie transformatorów wykonuje się z cienkich blach pokrytych lakierem elektroizolacyjnym.

Straty mocy w uzwojeniach związane są z przepływem prądu przez uzwojenie pierwotne i wtórne. Zjawisko to związane jest z prawem Joule'e-Lenza i oblicza się je wg wzoru :

16. Podstawowe stany pracy transformatora

Stan jałowy transformatora jest to stan w którym uzwojenie pierwotne połączone jest ze żródłem napięcia sinusoidalnego a uzwojenie wtórne jest otwarte. Prąd płynący przez uzwojenie pierwotne nazywa się wtedy prądem stanu jałowego I_o. Wartość tego prądu w większości transformatorów jest rzędu kilku procent wartości prądu znamionowego uzwojenia pierwotnego. Całkowity prąd stanu jałowego jest sumą wektorową prądu magnesującego i prądu I_hw. Napięcie zasilające transformator w stanie jałowym jest równe sumie siły elektromotorycznej i spadków napięć na rezystancji i reaktancji indukcyjnej uzwojenia pierwotnego

Prąd stanu jałowego transformatora jest kilkanaście razy mniejszy od prądu znamionowego uzwojenia pierwotnego tak że spadki napięcia na rezystancji i reaktancji indukcyjnej uzwojenia pierwotnego są znikomo małe.

Stan obciążenia występuje wtedy gdy do zacisków uzwojenia wtórnego zostanie włączony odbiornik o impedancji Z_odb. , wtedy to pod wpływem siły elektromotorycznej E₂ w obwodzie tym popłynie prąd I₂ . Bilans napięć dla tego obwodu wynosi :

Analizie pracy transformatora najlepiej przeprowadza się wykorzystując wykres wektorowy prądów i napięć występujących w obu uzwojeniach. W związku z tym wielkości występujące w uzwojeniu wtórnym sprowadza się na stronę uzwojenia pierwotnego. W tym celu równanie mnoży się przez przekładnię transformatora.

Stan zwarcia jest takim stanem transformatora w którym zacikiwtórne są zwarte a uzwojenia pierwotne jest zasilane napięciem. W praktyce stan ten jest stanem awaryjnym i realizuje się go celowo przy pomiarach rezystancji i reaktancji uzwojeń . Parametrem charakteryzującym dany transformator jest znamionowe napięcie zwarcia , jest to wartość napięcia zasilającego uzwojenie pierwotne transformatora, gdy przy zwartych zaciskach uzwojenia wtórnego w uzwojeniu pierwotnym płynie prąd równy prądowi znamionowemu.

gdzie: Z_z - impedancja zwarcia transformatora

Napięcie zwarcia podaje się zwykle jako wartość procentową odniesioną do napięcia znamionowego U_1n transformatora, czyli:

17. Budowa transformatora trójfazowego

Rdzeń transformatora trójfazowego składa się z trzech kolumn połączonych na obu końcach jarzmami. Uzwojenia pierwotne i wtórne poszczególnych faz umieszczone są na kolumnach rdzenia. Jeżeli uzwojenia pierwotne zostaną przyłączone do symetrycznej trójfazowej sieci to w uzwojeniach tych popłyną prądy wytwarzające w kolumnach rdzenia strumienie magnetyczne proporcjonalne do wartości prądów. Uzwojenia pierwotne i wtórne transformatora mogą być łączone w gwiazdę , trójkąt lub w zygzak ( tylko uzwojenie dolnego napięcia ). Wynikiem różnych sposobów połączeń uzwojeń transformatorów jest występowanie przesunięć fazowych między napięciem pierwotnym a wtórnym : 0°, 30°, 150°, 180°, 330°

18. Budowa transformatorów energetycznych

W transformatorach energetycznych uzwojenia są umieszczane na kolumnach rdzenia , których przekrój zbliżony jest do koła. Uzwojenia mogą być wykonane jako walcowe bądż krążkowe. Przy uzwojeniach cylindrycznych bliżej rdzenia umieszcza się uzwojenie dolnego napięcia. Przy uzwojeniu krążkowym - krążki cewek ułożone są na przemian i podzielone przegrodami z materiału elektroizolacyjnego. W czasie pracy transformatora w rdzeniu i w uzwojeniach wydziela się dużo ciepła, dlatego bardzo ważnym zagadnieniem jest chłodzenie transformatora. Zazwyczaj transformatory chłodzone są olejem izolacyjnym mineralnym (transformatory olejowe). Spotyka się transformatory chłodzone powietrzem lub gazem elektroizolacyjnym. W celu odprowadzenia ciepła z transformatora do otoczenia ścianki kadzi transformatora wykonuje się z blachy falistej lub montuje się radiatory rurowe umożliwiające grawitację.

19. Autotransformatory

Autotransformatory maja wspólne uzwojenie pierwotne i wtórne. Dlatego ten typ transformatorów nie posiada oddzielenia galwanicznego miedzy wejściem i wyjściem, ale może być używany zarówno do transformacji napięć w górę jak i w dół. Ze względu na "ścisłe" sprzężenie miedzy uzwojeniami i fakt,, ze uzwojenie zajmuje mniej miejsca, ten typ transformatora posiada mniejsze wymiary niż porównywalny transformator dwuuzwojeniowy.

Napięcie wtórne w przypadku podwyższania napięcia:

Napięcie wtórne w przypadku obniżania napięcia:

W laboratoriach stosuje się powszechnie autotransformatory umożliwiające płynną regulację napięcia w zakresie od 0 do 250V przy zasilaniu napięciem o wartości 220V. Rdzeń takiego autotransformatora ma kształt pierścienia, w którym jednowarstwowo nawinięte jest uzwojenie.

20.Przekładniki napięciowe i prądowe

Przekładniki są to transformatory małej mocy. Umożliwiają one pomiar napięcia , prądu , mocy i energii elektrycznej przy zastosowaniu przyrządów o niewielkich zakresach pomiarowych i o stosunkowo nieskomplikowanej budowie. W zależności od przeznaczenia przekładniki dzielimy na prądowe - wykorzystywane przy pomiarach prądu , napięciowe - wykorzystywane przy pomiarach napięcia. Przekładniki prądowe to jednofazowe transformatory małej mocy , przez ich uzwojenie pierwotne przepływa mierzony prąd. Do zacisków uzwojenia wtórnego jest włączony amperomierz, bądź w przypadku pomiaru mocy lub energii - cewka prądowa watomierza lub licznika.

Przekładniki napięciowe są transformatorami małej mocy zasilanymi po stronie pierwotnej wysokim napięciem, którego wartość jest mierzona . Uzwojenie wtórne zasila woltomierz bądź cewka napięciowa watomierza. W czasie pracy przepływ uzwojenia pierwotnego jest prawie równy przepływowi uzwojenia wtórnego, czyli: I₁ z₁ = I₂ z₂ a zatem prąd mierzony:

gdzie: υ - przekładnia przekładnika prądowego

21.Zasada działania silnika indukcyjnego

Uproszczony model silnika indukcyjnego składa się ze stojana , układu cewek zasilanych z sieci trójfazowej , wirnika oraz ruchoma cewka mająca uzwojenie zwarte. Cewka przymocowana jest do ułożyskowanej osi wirnikiem. Układ cewek wirując wytwarza pole magnetyczne. Gdy pole magnetyczne wirując z prędkością kątową zbliża się z prędkością liniową do początkowo nieruchomej ramki , w równoległych do osi prętach ramki , indukują się siły elektromotoryczne. Pole przecina pręty ramki Z prędkością V , więc wartość chwilowa siły elektromotorycznej indukowanej w pręcie ramki równoległym do osi obrotu wynosi :

E=BlV

B - wartość indukcji magnetycznej

l - długość pręta

Zwroty sił elektromotorycznych można wyznaczyć z reguły prawej dłoni.

23.Charakterystyki mechaniczne silników indukcyjnych

Moc mechaniczna wytwarzana przez jedną fazę silnika przy poślizgu jest równa mocy wydzielonej na rezystorze. W przypadku silników trójfazowych moc całkowita jest trzykrotnie większa. Charakterystyka mechaniczna silnika w zasadzie jest to zależność momentu elektromagnetycznego od jego prędkości obrotowej. Typowy przebieg charakterystyki mechanicznej można podzielić na cztery ćwiartki. W ćwiartce I mieści się zakres pracy silnikowej. Po włączeniu nieruchomego silnika do sieci wytwarza on moment rozruchowy, silnik zaczyna swoją prędkość obrotową, wzrasta moment elektromagnetyczny. W konsekwencji prędkość silnika ustala się na poziomie przy którym występuje równość momentu elektromagnetycznego i hamującego. W zakresie II ćwiartki wirnik obraca się przeciwnie do kierunku wirowania pola magnetycznego, zwrot wytwarzanego momentu elektromagnetycznego jest przeciwny do zwrotu wirowania silnika, moment ten jest momentem hamującym. W IV ćwiartce mamy do czynienia z osiągnięciem przez silnik prędkości synchronicznej z polem magnetycznym wirującym. W związku z przeciwnym zwrotem kierunku wirowania wirnika do momentu elektromagnetycznego ten zakres pracy maszyny indukcyjnej nazywamy hamowaniem odzyskowym.

24.Metody rozruchu silników indukcyjnych

Rozruch silnika jest procesem przejścia wirnika silnika od stanu postoju do stanu pracy ustalonej. Rozruch może nastąpić tylko wówczas gdy wytworzony przez silnik w chwili włączenia, moment rozruchowy będzie większy od momentu hamującego. Najprostszą metodą uruchomienia silnika indukcyjnego klatkowego jest bezpośrednie podłączenie go do sieci (silniki o mocy poniżej 3 kW.). Przy uruchamianiu silników o mocy powyżej 3 kW należy obniżyć napięcie doprowadzane do uzwojeń faz silnika w czasie rozruchu, wiąże się to ze zmniejszeniem momentu rozruchowego. Najczęściej uzyskuje się to przez zastosowanie przełącznika gwiazda-trójkąt, włączenie szeregowo z uzwojeniem stojana rezystancji lub reaktancji oraz zastosowanie autotransformatora rozruchowego. W silnikach indukcyjnych pierścieniowych prąd rozruchu może być zmniejszany przez włączenie w obwód uzwojenia wirnika dodatkowych rezystorów tworzących tzw. rozrusznik będący układem trzech kilkustopniowych rezystorów.

25.Regulacja prędkości obrotowej silników indukcyjnych

Zmiana prędkości obrotowej silnika indukcyjnego może nastąpić w wyniku zmiany częstotliwości napięcia zasilającego silnik, liczby par biegunów a także poślizgu wirnika. Częstotliwość napięcia zasilającego silnik uzyskuje się przez zmianę zasilania silnika przez przetwornik częstotliwości np. przekształtnik tyrystorowy. Regulacja prędkości obrotowej przez zmianę liczby par biegunów jest możliwa tylko przy zastosowaniu silników indukcyjnych o specjalnej budowie zwanych silnikami wielobiegunowymi.

Natomiast zmianę poślizgu wirnika można uzyskać na drodze zmiany wartości napięcia zasilającego silnik lub przez włączenie w obwód wirnika pierścieniowego specjalnej rezystancji.

---