EMAITIJOS KOLEGIJA

ANTANAS PUPAL

ELEKTROTECHNIKAKONSPEKTAS

2005

TURINYSPRATARM ................................................................................................................................ 3 VADAS. ELEKTROS MOKSLO SAMPRATA........................................................................ 4 1. NUOLATINS SROVS GRANDIN................................................................................. 5 1.1. Nuolatins srovs grandins ir pagrindiniai dsniai........................................................ 6 1.2. Nuolatins srovs altiniai............................................................................................... 12 2. VIENFAZ IR TRIFAZ KINTAMOJI SROV ................................................................. 16 2.1. Kintamoji elektros srov, pagrindins charakteristikos .................................................. 17 2.2. Kintamos srovs grandins.............................................................................................. 19 2.3. Trifaz kintamoji srov ................................................................................................... 27 3. ELEKTRINIAI MATAVIMAI .............................................................................................. 36 3.1. Elektrini matavim svokos, metodai ir priemons ...................................................... 37 3.2. Tiesiogins atskaitos prietais matuokliai....................................................................... 40 3.3. Elektrini dydi matavimas........................................................................................... 47 4. ELEKTROMAGNETIZMAS IR TRANSFORMATORIAI ................................................. 51 4.1. Elektros srovs magnetinis laukas ir pagrindiniai dsniai............................................... 52 4.2. Transformatoriaus konstrukcija ir veikimo principas ..................................................... 56 5. NUOLATINS SROVS MAINOS ................................................................................... 63 5.1. Bendros inios apie elektros mainas. Nuolatins srovs main konstrukcija ir veikimas........................................................................................................................... 64 5.2. Nuolatins srovs variklis. Jo ypatybs........................................................................... 70 5.3. Nuolatins srovs generatorius. Jo ypatybs................................................................... 74 6. KINTAMOS SROVS MAINOS........................................................................................ 77 6.1. Asinchroninio elektros variklio konstrukcija ir veikimas ............................................... 78 6.2. Elektros variklio valdymo ir apsaugos aparatai .............................................................. 85 7. ELEKTRONIKOS PAGRINDAI........................................................................................... 92 7.1. Puslaidininkiniai diodai ir j panaudojimas .................................................................... 93 7.2. Puslaidininkiniai tranzistoriai ir j panaudojimas ........................................................... 103 8. AUTOMATIKOS, SIGNALIZACIJOS IR APSAUGOS APARATAI ................................ 110 8.1. Jutikliai ............................................................................................................................ 111

2

PRATARMiuo metu Lietuvoje yra daugiau kaip milijonas automobili. Dauguma j - lengvieji, kuriuos vairuoja vairi profesij mons , kurie nelabai supranta apie automobilio elektros rang. iuolaikiniai automobiliai, be standartins elektros rangos, tai yra akumuliatoriaus, generatoriaus, apvietimo, udegimo ir signalizacijos indikacini prietais, prikimti vairios elektronins aparatros, kuri valdo variklio darb, kontroliuoja jo parametrus utikrina keleivi salono mikroklimat ir komfort. Auktos klass automobiliai aprpinti autopilotais, kurie gali palaikyti uprogramuot automobilio variklio darb. Remontuojant automobilius danas jo gedimas susijs su elektros gedimais. Norint elektrinius renginius sutaisyti reikia inoti i rengini veikimo principus. Elektrotechnika nagrinja elektros rengini veikimo principus. is konspektas skirtas automobili techninio eksploatavimo specialybs ininieriams susipainti su elektrotechnikos mokslo pagrindais, kuriais paremta automobili elektros rengim veikimas. Kiekvienos temos struktra yra tokia: tikslas, aikinamasis tekstas, nauji terminai, klausimai ir uduotys, siloma veikla.

Rekomenduojamos literatros sraas

1. S. Masiokas. Elektrotechnika, Vilnius, 1989. 2. V. Popovas, S. Nikolajevas. Elektrotechnika ir elektronikos pagrindai. Vilnius, 1989. 3. O. Leonova, V. Safronovas. Elektrotechnikos pagrindai ir elektriniai matavimai, Vilnius, 1977.

3

VADAS. ELEKTROS MOKSLO SAMPRATATikslas io skyriaus tikslas yra supaindinti su elektros kilme, elektros mokslo vystymosi raida. vadas monija neino ir neturi patogesns, higienikesns ir universalesns energijos kaip elektros energija. J galima perduoti tolimais atstumais, lengva paversti kitos ries energija. Pagamintas elektros energijos kiekis yra laikomas vienu i svarbiausi valstybins kins veiklos rodikli, todl raomas ms alies statistini suvestini lenteli pirmoje eilutje. Elektrotechnika- tai technikos mokslo aka, aprpianti elektrini ir magnetini reikini teorij ir j praktin taikym. iuolaikinje elektrotechnikoje galima velgti dvi pagrindines kryptis- energetin ir informacin. Kiekvien i j savo ruotu galima iskaidyti smulkesnes sritis, i kuri nemaa dalis jau pripastamos atskirais elektrotechnikaisiais mokslais. Energetin elektrotechnika nagrinja problemas, susijusias su elektros energijos gamyba, jos perdavimu ir vartojimu, pavertus j kitos ries energija, pavyzdiui, mechanine, ilumine, viesos (elektros pavaros, elektrotermija, viesos technika). Mediagoms apdirbti gali bti naudojama elektros energija (elektrotechnologija: elektrochemija, elektroerozija, elektrinis suvirinimas ir kt.) arba elektron ar jon srautai (eljonika). Informacin elektrotechnika nagrinja problemas, susijusias su elektros energijos pakeitimu informacijos signalais, j transformacija, laikymu ir perdavimu (automatika, elektronika, elektriniai ryiai, skaiiavimo technika). Visos elektrotechnikos sritys yra glaudiai susijusios ir neretai sunku nustatyti j tarpusavio ribas. J taisai sudaro tam tikr, organikai neatskiriam dal vairiausi iuolaikini technologini rengini. Antra vertus, kuriant vairius ir labai skirtingus renginius, yra pritaikomi panas elektriniai ir magnetiniai reikiniai, j dsniai. Pleiantis elektros energijos gamybai ir didjant elektrini galiai, elektros energijos nuostoliai sudaro labai svarbi ekologin problem. Tai- gamtos terimas iluma ir kuro degimo produktais. Pavyzdiui, prognozuojama, kad 2000 metais JAV elektrinms auinti bus suvartojama 2/3 vis sutekamj glj vanden. Ekologikai variomis yra laikomos tos elektrins, kurios naudoja atsinaujinanius energijos altinius. Tai vandens, sauls, vjo, ems gelmi ilumos elektrins. iuo metu i j plaiausiai yra naudojamos hidroelektrins, kurios pagamina apie 21- 23% visos pasaulyje gaminamos elektros energijos. Didiausias energijos altinis yra Saul, kuri per metus spinduliuoja em apie 7,5 1017 kWh energijos. Palyginimui galime pasakyti, kad 1975m. emje buvo suvartota apie 7,3 1013 kWh vis rsi energijos. Kitaip tariant, sauls energija, patenkanti 1/4 Egipto teritorijos plot, galt patenkinti viso pasaulio vis ri energijos poreikius (1972 met duomenimis). Kaip matome, monija kol kas nepajgia inaudoti Sauls energijos, o kuria priemones papildomai energijai igauti ir tuo paiu dar papildomai ildo planet. XX imtmeio antroje pusje mokslinink jgos yra nukreiptos sprsti vairioms energetinms ir ekologinms problemoms, i kuri svarbiausiomis galime laikyti tokias: 1) kaip racionaliau paversti ilumin energij elektros energija; 2) kaip panaudoti valdomj termobranduolin lengvj element sintezs reakcij elektros energijai gaminti; 3) kaip racionaliau inaudoti atsinaujinanius elektros energijos altinius. Isprendus pirmsias dvi problemas, energetiniai ems itekliai bt neriboti, bet tai nesumenkina iluminio terimo ekologins grsms. Manoma, kad tai bt tik JT tarpin -pakopa ir laikina ieitis, kol monija sugebs tiesiogiai panaudoti Sauls energij savo energetiniams poreikiams tenkinti. Bet tai jau XXI imtmeio mokslo problema... 4

1. SKYRIUS NUOLATINS SROVS GRANDINS

5

1.1. NUOLATINS SROVS GRANDINS IR PAGRINDINIAI DSNIAITIKSLAS io skyriaus tikslas yra supaindinti su nuolatins srovs grandinmis ir j skaiiavimo pagrindiniais dsniais. Gerai istudijavus mediag, reikt inoti: 1) kaip gali bti jungiami grandins elementai tarpusavyje; 2) kaip paskaiiuojami grandins elementai ir grandins elektriniai dydiai I, U, P, R. Bet koki nuolatins srovs grandin apibudina keturi parametrai, su kuriais tenka nuolat susidurti. Tai prie elektrins grandins gnybt prijungto altinio tampa, grandine tekanios srovs stipris, grandins vartojama galia ir grandins elektrin vara. Vienetai, kuriais matuojami ie dydiai, sudaro praktin vienet sistem. tampos vienetas voltas rodo potencin krauto altinio galimyb atlikti darb. Jei elektrovaros jga (evj) priveria vieno kulono elektros krv (6,24 milijardus milijard elektron) atlikti vieno daulio darb, tai toki evj sudaro vieno volto potencial skirtumas. Srovs stiprio vienetas amperas apibdina elektros krvio judjim. Sakoma, kad laidininku teka vieno ampero srov, kai to laidininko kiekvienu taku kas 1 sekund perneamas 1 kulono elektros krvis. Taigi amperas yra elektros srovs tekjimo greiio matas. Elektrins varos vienetas omas apibdina volto ir ampero sry. Mediagos vara yra lygi 1 omui, kai 1 volto evj pravaro per j 1 ampero srov. Galios vienetas vatas taip pat ireikiamas voltu ir amperu. 1 vatas - tai tokia galia, kuri kuria 1 volto varoma 1 ampero srov. 1.1.1. Omo dsnis Mediagos savyb prieintis elektros srovs tekjimui vadinama elektrine vara. Ji ymima raide R, o jos matavimo vienetas yra omas (ymimas graikika raide ). Srovei elektrinse grandinse riboti naudojami specials prietaisai- rezistoriai. Jie gaminami i var turinio laidininko ar grynos anglies. Grafinis rezistoriaus ymuo yra toks: Omo dsnis grandins daliai rodo, kad srovs stipris grandins dalyje yra tiesiogiai proporcingas tos dalies tampai ir atvirkiai proporcingas varai:

I= ia R- laidininko vara omais [], U - tampa voltais [V] ir l - srov amperais [A]. Varos matavimo vienetas:

U , R

1.1

[R] = V

A

= .

6

1.1.2. Savitoji elektrin varaSavitoji elektrin vara apibdina 1 m ilgio ir 1 mm2 skerspjvio ploto laidininko var, ireikiam omais. Savitoji vara ymima graikika raide (tariama ro).

mm 2 mm 2 , aliuminio- Al = 0,028 . m m Kuo maesn savitoji mediagos vara, tuo didesnis tos mediagos laidumas. Savitosios varos terminas buvo vestas, norint palyginti skirting mediag laidum. Laidininko vara R apskaiiuojama pagal formul:Pavyzdiui, vario savitoji vara Cu = 0,0175

R= ia R - laidininko vara []; - savitoji mediagos vara; l - laidininko ilgis [m]; S - laidininko skerspjvio plotas [mm2]. Greta savitosios varos vieneto

lS

,

1.2

mm 2 vartojamas ir kitas vienetas, t. y. m. m

1.1.3. Nuoseklusis element jungimas

Nuosekliai sujungtais prietaisais teka ta pati srov, todl, atjungus bet kur grandins prietais nustos tekti. tampos pasiskirstymas nuosekliojoje grandinje

1 pav. Nuoseklusis jungimas Kirchhofo tampos dsnis: tampos kritim nuosekliosios grandins elementuose suma lygi maitinimo tampai (elektrovarai): U = U1 + U2 + U3 + tampos kritimas rezistoriuje U = srovs stipris I x rezistoriaus vara R. Pilnutin nuosekliosios grandins vara Remiantis Kirchhofo dsniu: ir Omo dsniu galima rayti I R = I R1 + I R2 + I R37

1.3

U = U1 + U2 + U3 + U = I R,

arba I ia I R = I (R1 + R2 + R3) R = R1 + R2 + R3. 1.4

Taigi pilnutin nuosekliosios grandins vara lygi j sudarani element var sumai. Dmesio! Matuojant srov, ampermetras jungiamas grandin nuosekliai.1.1.4. Lygiagretusis element jungimas

tampos kritimas lygiagreiai vienas su kitu sujungtuose rezistoriuose yra toks pat. Srovs lygiagreiojoje grandinje Kirchhofo srovs dsnis: vien grandins tak tekani srovi stipri suma lygi itekani i to tako srovi stipri sumai.

2 pav. Lygiagretusis jungimas Srovi balansas: Mazgas A: l = l1 + l2 + l3 Mazgas B: l1 + l2 + l3 = l

1.5

Srovs stipris neisiakojusioje lygiagreiosios grandins dalyje lygus lygiagreiai sujungtais rezistoriais tekani srovi stipri sumai. Kuo didesn lygiagreios akos rezistoriaus vara, tuo silpnesn srov teka tuo rezistoriumi. Dmesio! Voltmetras visada jungiamas lygiagreiai su prietaisais, kuri tampos kritimas matuojamas. Pilnutin lygiagreiojo jungimo vara Pilnutin lygiagreiai sujungt rezistori vara visada yra maesn u atskir junginio rezistori var. Remiantis srovi balanso slyga, galima rayti: arba l = l1 + l2 + l3,

U U U U = + + . Re R1 R2 R3

8

I ia1 1 1 1 = + + . Re R1 R2 R3 Atskiras atvejis- dviej rezistori lygiagretusis jungimas: 1.6

1 1 1 = + Re R1 R2

R R Re = 1 2 R1 + R2

1.1.5. Mirusis element jungimas

Tokiose grandinse rezistoriai tarpusavyje jungimai ir nuosekliai, ir lygiagreiai.

3 pav. Miriojo jungimo schema Kai grandinje yra tik vienas elektrovaros altinis, arba viena grandins tampa, tokios grandins yra skaiiuojamos ekvivalentinio keitimo metodu. Grandin paprastinama palaipsniuinuosekliai ir lygiagreiai sujungtus imtuvus keiiant ekvivalentiniais, kol lieka tik vienas imtuvas. Tiriant taikomi Omo ir Kirchhofo dsniai.1.1.6. Nuolatins srovs darbas ir galia

Darbas - tai vienos ries energijos virsmas kitos ries energija. Energija nusako galimyb atlikti darb. Darb galima ireikti lygybe: MECHANINIS DARBAS = JGA x JGOS VEIKIMO KRYPTIMI NUEITAS KELIAS, arba simboliais A = Fs. Darbo (energijos) vienetas yra daulis (J): [A] = N m = N m = J. Galia vadinamas per vienetin laik suvartojamas energijos kiekis: P= A . t 1.8 1.7

Galios vienetas yra daulis per sekund, arba vatas:

[P] = Nm = Js

s

=W

9

Elektros srovs energija W ireikiama formule: W = I2 R t 1.9

i formul galima parayti kitaip, sandaug IR pagal Omo dsn grandins daliai pakeiiant tampa U: W = U l t. Elektros energija matuojama dauliais ir vatsekundmis: [W] = V A s = Ws, o galia - vatais: 1 V A = 1W. 1 Ws = 1J. arba 1 W = 1 J/s. Komerciniuose matavimuose elektros energijos matas yra ne daulis, o kilovatvaland (kWh).1.1.7 Elektrins grandins darbo reimai

1.10

Kiekviena elektrin grandin dirba tam tikru reimu. Aptarsime bdingesnius reimus, pasirink pavyzdiu elementarij grandin, kurios altinio E = const ir Rt = const, o imtuvo vara gali kisti (4 pav.).

4 pav. Elektrin grandin, kurios reim galima keisti, keiiant imtuvo var R Tuioji eiga. Ijungus jungikl S, grandin nutraukiama (R = ), srov ja nebeteka: I = 0. Galime apskaiiuoti altinio tuiosios eigos tamp: U0 = E Rt 0 = E, t. y. altiniui dirbant tuija, eiga, jo tampa lygi EVJ. Vardinis (nominalusis) reimas. Tai toks grandins reimas, kuriam yra apskaiiuoti visi jos elementai. J nusakantys elektriniai element parametrai yra vadinami vardiniais (nominaliaisiais). Vardin srov yra didiausia leistina ilgalaik grandins srov. Kai imtuvu teka vardin srov IN, jame gaunamas vardinis tampos kritimas UN, imtuvo galia taip pat yra vardin: P N = U N IN . Didesn u vardin srov imtuvui gali bti pavojinga, nes jame isiskiria ilumos kiekis, didesnis u leistin. Kai imtuvo srov, taigi ir galia, maesn u vardin, jis nepakankamai inaudojamas, jame suvartojamas maesnis energijos kiekis.

10

Trumpojo jungimo reimas. Tai toks grandins reimas, kai imtuvo vara lygi nuliui: R = 0. Trumpojo jungimo srov bus: IK = E E = . 0 + Rt Rt

Tai stipriausia grandins srov, nes j riboja tik altinio vidin vara. Kadangi galing altini vidin vara yra maa, tai daniausiai trumpojo jungimo srov yra neleistinai stipri ir pavojinga grandins elementams bei paiam altiniui. Imtuvo ir altinio trumpojo jungimo tampa yra lygi nuliui. Grandins element apsaugai nuo trumpojo jungimo srovs pavojingo poveikio jungiami saugikliai. Saugiklio lydusis dklas yra lengvai besilydanio metalo vielel, kuri, neleistinai sustiprjus srovei, kaista ir isilydydama nutraukia grandin.

Nauji terminai: rezistorius - specialus prietaisas grandins srovei riboti.Kartojimo klausimai

1. Paaikinkite kas tai yra : -nuolatin elektros srov; -elektrin vara, elektrinis laidumas; -vidin vara, savitoji vara; -elektros energijos altinis, imtuvas; -grandins mazgas, aka, kontras. 2. Kokia grandine gali tekti srov? 3. Nubraiykite grandins element sutartinius enklus? 4. Kokia srovs, tampos EVJ kryptis yra sutartin? 5. Nubraiykite elementarios elektrins grandins schem ir paymkite srovs, tampos ir EVJ kryptis. 6. Paraykite Omo dsn grandins daliai. 7. Paraykite Omo dsn visai elementariajai grandinei. 8. Nubraiykite akot grandin ir uraykite lygtis pagal I ir II Kirchhofo dsnius. 9. Uraykite formul grandins element galiai paskaiiuoti. 10. Kokiu atveju grandin veikia tuij eiga ir kuo ypatingas is rimas? 11. Kaip suprantate altinio ir imtuvo vardin rim? 12. Kokiu atveju grandin veikia trumpojo jungimo rimu ir kuo jis ypatingas? Kaip apskaiiuoti trumpo jungimo srov?Uduotys ir papildoma veikla

Paskaiiuokite grandins parametrus

Rasti: I1; I2; I3; P1; P2; P3; P4; P5; P6. 11

1.2. NUOLATINS SROVS ALTINIAITikslas: io skyriaus tikslas supaindinti su nuolatins srovs altiniais, j charakteristikomis, veikimo principais ir panaudojimo galimybmis. Inagrinjus skyri turtume mokti: paaikinti chemini srovs element veikim ir sandar; paaikinti akumuliatoriaus konstrukcij, veikim ir aptarnavim. EVJ ir srovs altiniai. Elektros energijos altiniai esti dviej tip: EVJ ir srovs. Juos panagrinsime kaip idealiuosius ir realiuosius. Plaiausiai naudojami EVJ altiniai (5 pav.).

5 pav. Idealiojo (a) ir realiojo (b) EVJ altini schemos Praktikoje imtuvai daniausiai jungiami prie elektros energijos tiekimo tinklo. Kadangi jo galia paprastai yra daug didesn nei imtuv galia, tinkl laikysime idealiuoju EVJ altiniu, kurio E = U = const, Rt = 0. Pasitaiko atvej, kai reikia, kad grandins srov ilikt pastovi, kintant imtuv varai, pavyzdiui, elektrinio suvirinimo grandinje. Toliau nagrinsime praktikai daniau sutinkamas grandines, kurioms energij tiekia elektros tinklas arba EVJ altiniai.1.2.1. Cheminiai srovs altiniai Elementai Tarp elektrodo ir elektrolito, kur jis merktas, visada susidaro tam tikras potencial skirtumas, kuris priklauso nuo elektrodo mediagos ir elektrolito sudties. Elektrodo potencialas atsiranda todl, kad elektrodo mediaga, veikiama chemikai, tirpsta elektrolite (pvz., cinkas sieros rgties tirpale) ir jo teigiami jonai pereina elektrolit. Elektrode vyrauja neigiami krviai, o j lieianiame elektrolito sluoksnyje- teigiami, todl elektrodo paviriuje susidaro dvigubas sluoksnis, kartu ir elektrinis laukas, nukreiptas i elektrolito elektrod. To lauko jgos trukdo teigiamiems jonams pereiti i elektrodo tirpal- atsveria elektrodo tirpinimo chemines jgas. Taip susidaro elektrodo potencialas. merk elektrolit du skirting mediag elektrodus, tarp j taip pat gauname potencial skirtum- evj E = 1 2. Vadinasi, taisas, sudarytas i dviej skirting mediag elektrod, yra evj altinis- pirminis srovs altinis, arba elementas, kuriame chemin energija negrtamai paveriama elektros energija. Labai plaiai naudojami sausi ir lapi mangano-cinko elementai. Jie bna indelins ir galetins konstrukcij. Indelins konstrukcijos elemento cinko elektrodas yra stiklins formos (6 pav.), kurio viduje taisytas teigiamas elektrodas- anglies strypelis. Jis apgaubtas depoliarizatoriumi, sudarytu i mangano dioksido, grafito ir suodi. Cinko stiklin pripildoma elektrolito- amonio chlorido vandeninio tirpalo, kuriam sutirtinti beriama krakmolo. Elemento elektrovaros jga E = 1,5V.

12

6 pav. Indelio tipo mangano-cinko elementas1.2.2. Akumuliatorius ir jo konstrukcija

Vienas i pagrindini akumuliatoriaus darbo reim yra starterio maitinimas, paleidiant vidaus degimo varikl iam tikslui naudojami starteriniai akumuliatoriai. 7 paveiksle parodyta tokio akumuliatoriaus konstrukcija. ebolitin ar kitok rgiai atspar ind 1 statomos vinins ploktels 20, upildytos aktyvija mase. Ploktels pagrindas yra groteli formos rmelis, pagamintas i 93- 94% vino ir 6-7% stibio lydinio. Aktyvioji mas gaminama i vino milteli su vairiais priedais pagal sudting technologij, kuri, be to nuolat tobulinama. Gamykla ileidia akumuliatorius su krautomis ploktmis. Plokteli yra du tipai (teigiamos ir neigiamos). Jos sustatytos pakaitomis ir sujungtos tarpusavyje kas antra. Vienos j sujungtos su teigiamu, kitos su neigiamu gnybtu. Kad ploktels nesusiliest, tarp j yra skyrikliai 19- plonos, akytos sintetins mediagos ploktels. Gnybtai tvirtinti dangtelyje, kurio lietimosi su indu vietos ulietos specialia mase. Dangtelyje yra anga elektrolitui pilti. Ji usukama kamiu 10. Taip rengta viena akumuliatoriaus sekcija. Jos tampa- 2 voltai. Nuosekliai (vienos sekcijos plius su kitos sekcijos minusu) sujungus sekcijas, gaunama baterija. Akumuliatoriai ymimi skaitmenimis ir raidmis, pavyzdiui, 6ST68PMS. Pirmas skaitmuo rodo akumuliatoriaus sekcij skaii. Raids ST (TST) reikia, kad akumuliatorius paprastas starterinis arba skirtas sunkioms darbo slygoms. Tolesnis skaiius reikia akumuliatoriaus talp, ikraunant j per 10 val. Po talpos raoma raid rodo bako mediag (P- plastmas, E- ebonitas). Paskutini enklas reikia skyriklio tip (MS- miplastas su stiklo vata, R- miporas).

13

7 pav. Akumuliatoriaus konstrukcija: 1- indas; 2- rgiai atsparus dklas; 3 ir 17plokteli ausels; 4 ir 16- kepurls; 5- bitumas; 6- dangtis; 7 ir 14- vino vors; 8 ir 15- vadai; 9guminis tarpiklis; 10- kamtis; 11- gumin vor; 12- anga dujoms ieiti; 13- tarpelementin jungtis; 18- apsaugin ploktel; 19- skyriklis; 20- ploktel; 21- briaunos. arminiai akumuliatoriai taip vadinami todl, kad j elektrolitas yra armas - kalio armo (KOH) arba natrio armo (NaOH) 21% vandenims tirpalas. Juos sudaro du plokteliu blokai, taisyti plieniniame inde su elektrolitu. Ploktels- tai plieniniuose rmuose statytos plienins duts su aktyvija mase. Nikelio ir kadmio elemento neigiam plokteli aktyvioji mas yra akytasis kadmis, o nikelio ir geleies- akytoji geleis. Abiej akumuliatori teigiam plokteli aktyvioji masnikelio hidroksidas Ni(OH)31.2.3. Fotoelementai ir sauls baterijos

Fotoelementas yra puslaidininkinis taisas, kuriame viesos energija veriama elektros energija. Pirmieji puslaidininkiniai fotoelementai buvo sukurti ir praktikai vartojami- daugiau kaip prie ketvirt amiaus. Juose puslaidininkis buvo vario oksidas, paskui geresniuose fotoelementuose- selenas. Seleno fotoelementai gaminami ir dabar. Pavyzdiui, jie vartojami liuksmetruose- apviestumo matavimo prietaisuose. Seleno fotoelementas yra fotografijos eksponometre, kuriuo matuojamas fotografuojamo objekto apviestumas. Seleno fotoelement naudingumo koeficientas ne didesnis kaip 0,1%, ir jie vartojami tik matavimams. Germanio fotoelement n. k. apie 5%, silicio- 7-11% ir daugiau. I silicio fotoelement sudaromos sauls baterijos, kurios sauls spinduliavimo energij veria tiesiog elektros energija.Nauji terminai: Fotoelementas yra puslaidininkinis taisas, kuriame viesos energija veriama elektros energija. Liuksmetras- apviestumo matavimo prietaisas. Kartojimo klausimai

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Paaikinkite koks yra idealus EVJ altinis, koks realus. Kokius inote nuolatins srovs altinius? I ko sudarytas cheminis nuolatins srovs altinis? Kaip gaunama elektros srov elemente? Kokia akumuliatoriaus konstrukcija? Kaip paruoiamas elektrolitas? Koks krauto akumuliatoriaus elektrolito tankis? 14

8. Kas yra akumuliatoriaus talpa? 9. Kokie bna akumuliatoriai? 10. Kas tai yra sulfatacija? 11. Kokie galimi akumuliatoriaus gedimai? 12. Kaip veikia sauls baterija?Uduotys ir papildoma veikla

Nuvykite artimiausi autodali parduotuv ir suinokite dabartiniu metu naudojamus akumuliatori tipus ir uraykite j techninius parametrus. Pateikite analiz kurie akumuliatoriai dabartiniu metu yra geriausi.

15

2. SKYRIUS VIENFAZ IR TRIFAZ KINTAMOJI SROV

16

2.1. KINTAMOJI ELEKTROS SROV. PAGRINDINS CHARAKTERISTIKOSTIKSLAS io skyriaus tikslas supaindinti su kintamosios srovs gavimu ir pagrindinmis charakteristikomis, kuriomis apibudinama kintamoji srov. Inagrinjus skyri turtume mokti: paaikinti kaip gaunama kintamoji elektros srov; paaikinti kas yra srovs danis, periodas, amplitudin, vidutin ir efektin verts; paaikinti kas yra faz ir fazi skirtumas.

Kintamoji srov, kitaip nei nuolatin, neteka nuolat ta paia kryptimi, o periodikai keiia tekjimo krypt. Tokia srov, kur laik tekjusi viena kryptimi, paskui ima tekti prieinga kryptimi ir toks krypties kaitos procesas vyksta tol, kol jungta elektrin grandin. I ia ir kilo terminas kintamoji elektros srov. Kadangi srov bet kuria elektrine grandine teka i maitinimo altinio teigiamojo gnybto neigiamj (i tikrj elektronai juda prieinga kryptimi - i neigiamojo gnybto teigiamj), tai kintamoji srov gali atsirasti tik tada, kai maitinimo altinio gnybt tampos polikumas nuolat kinta. Toki savybi turintys maitinimo altiniai vadinami kintamosios srovs altiniais. Kintamajai srovei generuoti naudojamos specialios mainos, kurianios kintamj elektrovaros jg (evj). Tokios mainos, sudarytos i pastoviame magnetiniame lauke sukamos apvijos kilpos, kurioje generuojama sinusins formos evj,2.1.1. Specialios kintamosios srovs grandini svokos

Pateiktame primityvaus generatoriaus pavyzdyje laidininko rmelis sukamas magnetiniame lauke. ia tenka kalbti apie generuojam tamp, kurios momentin vert priklauso nuo besisukanio rmelio padties. Taigi prisiminkime sukamj judes ir j apibdinanius dydius. Danis. Kai kintamosios tampos ar srovs skaitin vert atitinka rmelio posk, kampu 360, sakoma, kad atliktas vienas ciklas. Kintamosios tampos ar srovs danis - tai toki cikl skaiius per vien sekund. Kuo daugiau cikl atliekama per 1 sekund, tuo didesnis yra danis. Taigi danis yra cikl skaiius per sekund, o danio matavimo vienetas- hercas (Hz). Europoje ir Piet Amerikoje standartinis kintamosios tampos danis yra 50Hz. JAV standartinis elektrini danis yra 60Hz. Periodas. Kintamojo signalo, pavyzdiui, tampos ar srovs, periodas - tai laikas, per kur is signalas padaro vis cikl. Periodas matuojamas sekundmis. Faz. Norint palyginti dviej vienodo danio sinusini laikines charakteristikas, vartojama fazs svoka. Faz reikalinga, norint apibrti momentin sinusinio signalo vert. Visas sinusinio signalo ciklas gali bti iskleistas laipsniais. ie laipsniai danai vadinami sinusinio signalo faziniu kampu. Fazi skirtumas. Jei du identikus generatorius jungsime vienu metu ir suksime tuo paiu greiiu, tai j generuojami sinusiniai signalai vienu metu gis didiausi ir maiausi vert (maksimum ir minimum), taigi i signal fazs sutaps. Bet jei vien generatori jungsime anksiau, o kit - vliau, tai j generuojami signalai gis maksimum ir minimum skirtingu laiku, taigi j fazse nebesutaps. Praktikoje vartojami posakiai "Vienas signalas faze pralenkia kit" arba "Vienas signalas faze atsilieka nuo kito signalo" padeda vertinti dviej sinusini tampos ar srovs signal tarpusavio padt. Tas signalas, kuris yra pasislinks priek, palyginti su kitu, pralenkia savo faze. Suprantama, kad antrasis signalas savo faze atsilieka nuo pirmojo. Du sinusiniai signalai, kuri fazs sutampa, pavaizduoti 8 paveiksle, a. Tuo tarpu 8 paveiksle, b, pavaizduot sinusini signal l1 ir l2 fazs nesutampa. Signalas l1 pralenkia signal l2 90 kampu. 17

8 pav. Fazi skirtumo iliustravimas.Amplitud. Kintamosios srovs ar tampos amplitud- tai didiausia srovs ar tampos vert, pasiekiama per cikl: Amplitud bna teigiama ir neigiama. irint grafik, matyti, kad amplitud - tai atstumas nuo horizontalios simetrijos aies iki tolimiausio signal apibdinanios kreivs tako vien arba kita pus. Amplitud dar vadinama signalo maksimumu. Momentin vert. Tai sinusins tampos ar srovs stiprio vert konkreiu laiko momentu. Ji priklauso nuo pasirinkto laiko momento. Momentin sinusinio signalo vert gali kisti nuo nulio iki didiausios jo verts (maksimumo). Vidutin vert. Kintamosios srovs ar tampos vidutin vert (vidurkis) yra vert, gauta apskaiiavus vis momentini veri vidurk per vien pusperiod. Kadangi per pusperiod sinusinio signalo vert kinta nuo nulio iki didiausios verts ir vl sumaja iki nulio, tai vidutin jo vert yra tarp nulio ir didiausios signalo verts. Idealaus sinusinio signalo vidutin vieno pusperiodio vert sudaro 0,637 didiausios signalo verts. Efektin vert. Kintamosios tampos ar srovs efektin vert- tai tokia jos vert, kuri varinje grandinje iskiria tiek pat ilumos kiek ir tokio pat dydio nuolatin tampa ar srov. Taigi kintamoji srov, kurios efektin vert yra 1A, tekdama, pavyzdiui, 10 varos rezistoriaus grandine, iskiria tiek pat ilumos, kiek ir 1A nuolatin srov, tekdama to paties 10 varos rezistoriaus grandine. Idealios sinusins srovs efektin vert lygi 0,707 didiausios jos verts. Nauji terminai: Danis- cikl skaiius laiko vienet. Faz - sinusinio signalo vert susieta su tam tikra fazinio kampo reikme. Fazi skirtumas - dviej sinusini signal pradi skirtumas laike. Amplitud - tai didiausia srovs ar tampos vert, pasiekiama per cikl. Kartojimo klausimai

Paaikinkite , kas tai yra: -kintamoji srov, sinusin, nesinusin srov; -momentin, amplitudin, efektin, vidutin vert; -periodas, danis, kampinis danis; -faz, pradin faz, fazi skirtumas; -kompleksin ir pilnutin vara; -kompleksin, pilnutin, aktyvioji, reaktyvioji galia; -galios koeficientas.Uduotys ir papildoma veikla

Nubraiykite dviej srovi sinusoids ir pavaizduokite tas sroves vektorikai, kai srovs: a- faze sutampa; b- yra prieing fazi;

18

2.2. KINTAMOSIOS SROVS GRANDINSTIKSLAS io skyriaus tikslas supaindinti su kintamosios srovs grandinmis, j elementais, element jungimo bdais, grandini parametr skaiiavimu. 2.2.1. Varins kintamosios srovs grandins

Nuolatins srovs grandinse srovs tekjimui prieinasi tik vara. Kintamosios srovs grandinse vara taip pat reikiasi, nors ia yra ir kit prieasi, stabdani kintamosios srovs tekjim. Taiau jei kit prieasi taka, palyginti su grandins vara, yra nedidel, jas galima neatsivelgti. Tada tokia kintamosios srovs grandin vadinama varine. Prie rezistoriaus prijungus kintamj tamp, grandine ima tekti kintamoji srov. Momentin srovs stiprio vert yra tiesiogiai proporcinga momentinei tampos vertei ir atvirkiai proporcinga rezistoriaus varai. Taigi momentin srov varinje grandinje paklsta Omo dsniui taip pat, kaip ir nuolatins srovs grandinje. Vadinasi, kai tampa lygi nuliui, tai ir srovs stipris varinje grandinje yra lygus nuliui. Kai tampa gyja didiausi vert, tai ir srovs stipris grandinje yra didiausias. Kaip matyti i 9 paveiksle pateikt grafik, varins grandins maitinimo tampa ir ta grandine tekanti srov visada sutampa savo faze.

9 pav. Kintamosios tampos ir srovs sryis varinje grandinjeGalia. Bet kurios grandins vartojama galia priklauso nuo maitinimo tampos ir grandine tekanios srovs stiprio. Kadangi idealioje varinje kintamosios srovs grandinje galioja Omo dsnis, tai tiktina, kad tokioje grandinje isiskiriani gali galima apskaiiuoti taip pat, kaip ir nuolatins srovs grandinje. I ties taip ir yra. Varins kintamosios srovs grandins vartojama galia apskaiiuojama pagal formul P = UI. Kadangi srovs stipris ir tampa kintamosios srovs grandinse gali gyti vairias vertes, tai kalbama ir apie vairias galios vertes. Paprastai mus domina ne momentin, bet viso tampos periodo galia. Ji vadinama tiesiog galia, arba vidutine galia, ir apskaiiuojama remiantis efektinmis srovs ir tampos vertmis. Tai galia, iskirianti rezistoriuje tiek pat ilumos, kiek ir atitinkama nuolatins srovs galia:

P = Uef Ief Baigiant galima konstatuoti, kad varinse kintamosios srovs grandinse galioja tie patys dsniai ir tos paios priklausomybs, kaip ir nuolatins srovs grandinse.2.2.2. Nevarins kintamosios srovs grandins

Srovs tekjimui kintamosios srovs grandinmis prieinasi ne tik grandini vara, bet ir j induktyvumas bei talpa. 19

2.2.2.1. Induktyvioji kintamosios srovs grandin

Kintamoji srov, tekdama elektrine grandine ar laidininku, generuoja jame tam tikr priepriein evj. i evj gali bti ireikta formule: E = -L(l / t); ia L - grandins induktyvumas, ireikiamas henriais [H]; l- srovs stiprio pokytis per apibrt laiko tarp t. Minuso enklas rodo, kad ios indukuotosios evj kryptis yra prieinga srovs tekjimo krypiai. 1 Henris lygus induktyvumui tokios grandins ar rits, kurioje srov, kidama 1 ampero per sekund greiiu, indukuoja 1 volto priepriein evj. Kadangi idealioje induktyviojoje grandinje srovei prieinasi tik indukuotoji evj, tai ji buvo pavadinta reaktyvija induktyvija vara. Sinusins srovs kitimo greit galima ireikti kampiniu generatoriaus apvijos sukimosi greiiu = 2f (ia f- srovs kitimo danis), todl induktyviosios grandins reaktyvioji vara gyja toki iraik: XL = 2fL = L 2.2 2.1

Kintamosios tampos ir srovs sryis idealioje induktyviojoje grandinje. Induktyviosios grandins maitinimo tampa nesutampa savo faze su srove. Indukuotoji priepriein evj veria srov atsilikti nuo maitinimo tampos 90 kampu. Tai pavaizduota 10 paveiksle.

10 pav. Kintamosios srovs ir tampos sryis induktyvioje grandinje2.2.2.2. Talpins kintamosios srovs grandins

Elektrins grandins talpa - tai galimybs kaupti elektros krv matas. Talpa lygi grandinje sukauptam krviui (kulonais), atitinkaniam vien prijungtos maitinimo tampos volt. Grandins ar jos elemento (kondensatoriaus) talpa ireikiama formule:

C=

Q U

2.3

ia C - talpa faradais [F], Q - sukauptas krvis kulonais, U - prijungta tampa voltais. Taigi kondensatoriaus talpa lygi 1 faradui, jeigu prijungus prijo gnybt 1 volto tamp, kondensatorius sukaupia 1 kulono elektros krv.

20

Kintamosios tampos ir srovs sryis idealioje talpinje grandinje Nuolatins srovs grandinje kondensatorius nutraukia srovs tekjim. Visikai krautas ir nuolatins srovs grandin jungtas kondensatorius nutraukia srov, nes jame nutrksta elektron judjimas. Srov gali vl tekti tik tada, kai kondensatorius dirbtinai ikraunamas. Prie kintamosios srovs grandins prijungta tampa periodikai keiia savo enkl, todl elektron judjimas nenutrksta ir kondensatoriaus grandine teka kintamoji elektros srov. Kaip ir prie induktyviosios, prie talpins grandins prijungta tampa ir grandine tekanti srov nesutampa savo faze. Taiau talpinje grandinje, prieingai nei induktyviojoje, srov pralenkia prijungt tamp 90 kampu (11 pav.).

11 pav. tampos ir srovs tarpusavio sryis talpinje kintamosios srovs grandinjeTalpin reaktyvioji vara. Prie kondensatoriaus gnybt prijungus kintamj tamp, kondensatorius periodikai sikrauna ir isikrauna ir vl sikrauna prieingo enklo tampa. Tekanti krovos srov yra proporcinga kondensatoriaus talpai ir prijungtos tampos amplitudei. Krvio kitimo greitis priklauso nuo tampos kitimo danio. Atsivelgiant tai, kad srov apibdina elektron judjimo greit, galima rayti:

l = 2 fCU.

U , ia Xc - talpin reaktyvioji kondensatoriaus vara. Remdamiesi Xc kondensatoriumi tekanios srovs stiprio iraika, gauname:Pagal Omo dsn I =Xc = 1 2fC 2.4

2.2.3. Miriosios kintamosios srovs grandins

Praktikai rezistoriai, induktyvumo rits ir kondensatoriai bna sujungiami elektrines grandines vairiausiais bdais. iame skyrelyje kaip tik ir nagrinsime mirisias elektrines grandines su rezistoriais, induktyvumo ritmis bei kondensatoriais.2.2.3.1. RL grandins

RL grandins - tai grandins, kuriose nuosekliai ar lygiagreiai sujungti rezistoriai bei induktyvumo rits. Kadangi daugumos elektrini rengini maitinimo grandins turi ir var, ir induktyvum (pavyzdiui, maitinimo transformatoriaus rit), tai tokios grandins yra labai paplitusios.

21

Nuoseklioji RL grandin. Nuosekliosios RL grandins, sudarytos i varos R rezistoriaus ir induktyvumo L rits, schema pavaizduota 12 paveiksle.

12 pav. Nuoseklioji RL grandin (a) ir jos vektorin diagrama (b) Prijungus prie nuosekliosios RL grandins gnybt maitinimo tamp, grandine ima tekti srov, kuri sukuria tampos kritim rezistoriuje bei ritje (reikaling ritje indukuotai prieprieinei evj veikti), tampos kritimas rezistoriuje savo faze sutampa su grandine tekania srove, o tampos kritimas ritje pralenkia srov 90 kampu, tampos kritimas rezistoriuje yra tiesiogiai proporcingas srovei (UR = IR), o induktyvumo ritje rits induktyvumui (UL = IXL). Tai galima pavaizduoti grafikai, taikant vektorin princip (12 pav., b)2 2 2 U = U R + U L = ( IR) 2 + ( IX L ) 2 = I R 2 + X L

2.5

i iraik palygin su Omo dsniu, turime: U = IZ; 2.6

2 ia Z = R 2 + X L - RL grandins pilnutin vara (kartais ji netaisyklingai vadinama impedansu). Kampas atspindi grandins maitinimo tampos ir grandine tekanios srovs fazi skirtum.

Lygiagreioji RL grandin. Lygiagreiosios RL grandins schema pavaizduota 13 .paveiksle.

13 pav. Lygiagreioji RL grandin (a) ir jos vektorin diagrama (b) Lygiagreiojoje grandinje sumin altinio srov akojasi dvi dalis: srov IR, tekani rezistoriumi ir srov IL, tekani induktyvumo rite. Rezistoriumi tekanti srov sutampa savo faze su maitinimo tampa, o rite tekanti srov atsilieka nuo maitinimo tampos 90. Vaizduojant vektorikai, baziniu vektoriumi iuo atveju imamas maitinimo tampos vektorius U . Rezistoriumi tekanti srovs U dedamoji I R = braioma lygiagreiai su tampos vektoriumi, o rite tekanti srovs dedamoji R

22

U pasukta 90 kampu pagal laikrodio rodykl. Vektorin i dedamj suma sudaro srovs XL vektori I . io vektoriaus modul I galima apskaiiuoti pagal formul: IL =2 IR 2 + IL

I=

U U = + R XL

2

1 1 =U + 2 2 R XL

2

I Omo dsnio iplaukia, kad I = srovs fazi skirtum.

U . Ir ia kampas rodo maitinimo tampos ir sumins Z

2.2.3.2. RC grandinsRC grandinse rezistoriai yra sujungti su kondensatoriais nuosekliai arba lygiagreiai. Nuoseklioji RC grandin Nuosekliosios RC grandins schema pateikta 14 paveiksle, a.

14 pav. Nuoseklioji RC grandin (a) ir jos vektorin diagrama (b). Prijungus maitinimo tamp U, grandine ima tekti kintamoji srov, kuri sukelia tampos kritimus rezistoriuje ir kondensatoriuje, tampos kritimas rezistoriuje UR = IR savo faze sutampa su srove, o tampos kritimas kondensatoriuje UC = IXC atsilieka nuo grandine tekanios srovs 90 kampu. Vaizduojant vektorikai (14 pav., b), baziniu pasirenkamas suminis srovs stiprio vektorius I . tampos kritimo rezistoriuje dedamoji atidedama iame srovs vektoriuje, o tampos kritimo kondensatoriuje dedamoji - pasukta 90 kampu pagal laikrodio rodykl. Maitinimo tampos vektorius lygus tamp kritim vektorinei sumai, tad galima rayti:2 2 2 U = U R + U C = ( IR) 2 + ( IX C ) 2 = I R 2 + X C

Pagal Omo dsn U = IZ,2 ia Z = R 2 + X C - nuosekliosios RC grandins pilnutin vara, atspindinti bendr grandins

pasiprieinim srovs tekjimui. Kampas - tai maitinimo altinio tampos U ir sumins srovs fazi skirtumas RC grandinje.

23

Lygiagreioji RC grandin Lygiagreiosios RC grandins schema pateikta 15 paveiksle.

15 pav. Lygiagreioji RC grandin (a) ir jos vektorin diagrama (b). Lygiagreiojoje RC grandinje sumin srov akojasi dvi dedamsias: viena i j I R = teka rezistoriumi, kita I C =

U R

U - kondensatoriumi. Rezistoriumi tekanti srovs dedamoji savo faze XC sutampa su prijungta tampa, o tekanti kondensatoriumi - pralenkia prijungt tamp 90 kampu, tampos vektori U laikant baziniu, sudaroma vektorin srovi diagrama. Ji pavaizduota 15 paveiksle, b. Sumin grandins srov lygi vektorinei jos dedamj sumai. Remiantis ia diagrama, galima rayti:

U U 2 2 I = I R + IC = + R XC Pagal Omo dsn, sumin srov I =

2

1 1 =U + 2 2 R XC

2

2.7

U Z Vektorinje diagramoje pavaizduotas kampas lygus maitinimo tampos ir sumins srovs fazi skirtumui.2.2.3.3 LC grandins

Galima sivaizduoti grandin, kurioje yra tik ideali induktyvumo rit bei kondensatorius; taigi tos grandins aktyvioji (omin) vara R lygi nuliui. Nuoseklioji LC grandin Grandin, kurioje ideali induktyvumo rit nuosekliai sujungta su idealiu kondensatoriumi, pavaizduota 16 paveiksle, a.

16 pav. Nuoseklioji LC grandin (a) ir jos vektorin diagrama (b) Prie nuosekliosios LC grandins gnybt prijungus maitinimo tamp, grandine ima tekti srov, kuri sukuria tampos kritim ritje bei kondensatoriuje. tampos kritimas ritje UL = IXL9024

kampu pralenkia grandine tekani srov, o tampos kritimas kondensatoriuje UC = IXC tokiu pat kampu atsilieka nuo j sukrusios srovs. Vaizduojant grafikai, ie tamp kritimai yra nukreipti vienas prie kit (16 pav., b). Dl ios prieasties tamp balans nuosekliojoje grandinje galime apibudinti tokia lygtimi: U = UL UC = IXL IXC = l(XL XC). Palyginus i iraik su Omo dsnio iraika U = IZ, nesunku apskaiiuoti nuosekliosios LC grandins pilnutin var: Z = /XL XC/. I ia matyti, kad tokioje grandinje susidaro paradoksali situacija - tampos kritimas kuriame nors viename arba abiejuose elementuose yra didesnis u prijungt maitinimo tamp. Lygiagreioji LC grandin Lygiagreioji LC grandin pavaizduota 17 paveiksle.

17 pav. Lygiagreioji LC grandin (a) ir jos vektorin diagrama (b) Prie lygiagreiai sujungt induktyvumo rits ir kondensatoriaus prijungus kintamj tamp, U 90 kampu kiekviena i i ak ima tekti srov. Induktyvumo rite tekanti srov I L = XL U tokiu pat kampu atsilieka nuo maitinimo tampos, o kondensatoriumi tekanti srov I C = XC pralenkia maitinimo tamp. Vektorin srovi diagrama maitinimo tampos vektoriaus U atvilgiu pavaizduota 17 paveiksle, b. Matyti, kad grandins akomis tekanios srovs yra nukreiptos viena prieais kit, todl sumin grandine tekanios srovs stipr galima apskaiiuoti taip:I = I L IC = 1 U U 1 =U X X X L XC C L

2 2.4. Kintamosios srovs grandins galia

Visikai varini grandini, kaip ir nuolatins srovs grandini, vartojama galia lygi maitinimo tampos ir grandine tekanios srovs stiprio sandauga: P = UI. Grandinse, turiniose kondensatori bei induktyvumo rii, tiekiamos ir suvartotos energijos sryis yra sudtingesnis, mat rits ir kondensatoriai i altinio gaunam energij ne suvartoja, o laikinai kaupia magnetiniame ir elektriniame lauke, vliau graindami j altiniui. 25

Grandine, kurioje yra rii ir kondensatori, tekanios srovs stipris bei tampos sandauga lygi i altinio imamai pilnutinei galiai. Tai- altinio tiekiama, taiau ne imtuvo suvartojama galia. Realiai suvartojama galia, arba tiesiog galia, ireikiama priklausomybe: P = UIcos 2.8

Dydis cos vadinamas grandins galios koeficientu; ia - maitinimo tampos ir srovs fazi skirtumas. Varinje kintamosios srovs grandinje tampos ir srovs fazs sutampa, todl = 0 ir cos = 1. Taigi varinje grandinje imtuvas suvartoja vis altinio tiekiam energij. Grandinje, kuri sudaro tik prie maitinimo altinio prijungta ideali induktyvumo rit ar kondensatorius (R = 0), maitinimo tampos ir grandine tekanios srovs fazi skirtumas lygus 90, o cos90 = 0. Vadinasi tokia grandin energijos nevartoja; visa i altinio gaunama energija grinama altiniui. Kadangi visos praktikoje naudojamos elektrins grandins turi var, tai jos neivengiamai vartoja energij.Klausimai kartojimui

1. Kas yra bendra nuosekliai sujungtiems imtuvams? Kokio elektrinio dydio pradin faz patogiausia laikyti nuline? Kodl? 2. Kas yra bendra lygiagreiai sujungtiems imtuvams? Kokio elektrinio dydio pradin faz patogiausia laikyti nuline? Kodl? 3. Kaip paskaiiuojama nuosekliai ir lygiagreiai sujungt imtuv kompleksin, aktyvioji ir reaktyvioji galia? 4. Kaip apskaiiuojamas galios koeficientas? Kokia jo taka energijos tiekimo sistemos ekonomikumui? 5. Kaip gerinamas galios koeficientas? Kaip apskaiiuoti kondensatoriaus talp galios koeficientui gerinti?Uduotys ir papildoma veikla

Nubraiykite idealaus aktyviojo, induktyviojo ir talpinio imtuvo srovs ir tampos vektorines diagramas kompleksinje ploktumoje.

26

2.3. TRIFAZ KINTAMOJI SROVTIKSLAS io skyriaus tikslas supaindinti charakteristikomis, imtuv jungimo bdais.

su

trifazs

kintamosios

srovs

gavimu,

jos

2.3.1. Trifazi grandini savybs. altiniai ir imtuvai

Trifaz sistema ir jos privalumai. Be vienfazi grandini, kuriose veikia vienas ar keli atskiri EVJ altiniai, gali bti ir daugiafazs. Daugiafaz grandin yra tokia, kurios akose yra keletas vienodo danio, bet skirting fazi EVJ, sukurt viename generatoriuje. Kiekviena aka, kuria teka viena i daugiafazs grandins srovi, vadinama faze. Tai yra antroji elektrotechnikoje danai vartojamos svokos faz prasm. Pirmoji, kaip jau buvo minta, reikia sinusinio dydio argument- kamp. Priklausomai nuo fazi skaiiaus gali bti dvifazs, trifazs, eiafazs ir kitokios daugiafazs grandins. Energetikoje ir pramonje plaiausiai taikoma simetrin trifaze EVJ sistema. Tai tokia sistema, kuri sudaro trys sinusins 50 Hz (arba kitokio) danio vienodu amplitudi EVJ, kurios skiriasi 2/3 (120) faze. Trifaz grandin sudaro: 1) trifazis EVJ altinis (generatorius); 2) elektros energijos tiekimo linija; 3) imtuvai, kurie gali bti vienfaziai (kaitinamosios lempos, vieno ildymo elemento krosnys, vienfaziai varikliai) ar trifaziai (trij ildymo element krosnys, trifaziai varikliai ir pan.). Lyginant su vienfazmis, trifazi elektrini grandini privalumai yra tokie: a) trifaziai varikliai ekonomikesni ir patikimesni; b) elektros energijos tiekimo linijoms suvartojama maiau spalvotj metal (vario, aliuminio); c) trifaziai generatoriai ir transformatoriai yra ekonomikesni; d) prie trifazio tinklo galima jungti dviej skirting vardini tamp imtuvus. Trifazs EVJ sistemos gavimas ir vaizdavimas. Vien sinusin EVJ gavome, sukdami laidinink rmel vienalyiame magnetiniame lauke. Kai rmeliai yra idstomi vienas kito atvilgiu tam tikru kampu, juose indukuojamos EVJ, kurios skiriasi faze. Trifazei EVJ sistemai gauti tris vienodus rmelius (rites) idstome taip, kad j ploktumos (kartu ir ays) sudaryt 120 kampus (18 pav., a). Rmeli pradias paymime A, B, C, o pabaigasX, Y, Z. Sukant juos vienalyiame magnetiniame lauke pastoviu kampiniu greiiu , juose indukuojamos sinusins EVJ, kuri faz skiriasi 120. Tarkime, kad rmelyje A- X indukuotos EVJ pradin faz lygi nuliui. Rmelyje B- Y indukuotos EVJ pradin faz yra minus 120, o rmelyje CZ - minus 240. Kitaip tariant, eB ir eC atsilieka nuo eA 120 ir 240 fazmis. Indukuot EVJ kryptys paymtos remiantis deiniosios rankos taisykle.

18 pav. Trifazi EVJ gavimas: a- sukamuose rmeliuose; b- generatoriuje.

27

Praktikoje trifaz EVJ sistema gaunama sinchroniniuose generatoriuose. Trys apvijos rits yra sudtos statori ir nejuda, o sukamas rotorius - nuolatins srovs elektromagnetas (18 pav., b) Svarbiausia simetrins trifazs EVJ sistemos savyb yra ta, kad kiekvienu laiko momentu EVJ suma lygi nuliui: eA + eB + eC = 0 arba E A + E B + E C = 0

Laikoma, kad EVJ yra teigiama, kai ji nukreipta i apvijos pabaigos pradi. Generatoriaus apvija elektrinse schemose vaizduojama kaip trys rits su EVJ arba kaip trys vienfaziai EVJ altiniai. Generatoriaus apvijos ir imtuv jungimo bdai. Prijungus prie kiekvienos altinio fazs imtuv, gaunama trifaz eialaid grandin (19 pav., a). Tokia grandin yra analogika trims vienfazms grandinms, ir joki esmini privalum ji neturi. Sujungus generatoriaus apvijos galus X, Y, Z vien mazg N, kuris vadinamas neutraliuoju, trys vienfaziai altiniai gyja bendr potencial. Analogikai sujungus ir imtuvus, eialaid grandin galima pakeisti keturlaide (19 pav., b). Laidai, jungiantys altinio fazi pradias su imtuvais, yra vadinami linijiniais laidais. Laidas, jungiantis altinio fazi ir imtuv neutraliuosius mazgus, vadinamas neutraliuoju laidu. Taip sujungta altinio apvija arba imtuvai vadinami sujungtais vaigde su neutraliuoju laidu. Tokio jungimo bdo sutartinis enklas- . Atskiru atveju, kai neutraliuoju laidu srov neteka, jis nebereikalingas, ir grandin tampa trilaide (19 pav., c). Taip sujungta altinio apvija arba imtuvai yra vadinami sujungtais vaigde be neutraliojo laido. Toks sujungimo bdas ymimas enklu eialaide grandin galima paversti trilaide ir kitaip. Taip sujungta generatoriaus apvija arba imtuvai vadinami sujungtais trikampiu ir ymimi enklu . Gali bti generatoriaus apvija sujungta , o imtuvai , arba atvirkiai.

19 pav. Trifaz sistema: a- eialaid; b- keturlaid ir c- trilaid, kai generatoriaus apvijos ir imtuvai sujungti vaigde. Imtuvai t pat tinkl gali bti jungiami vaigde su neutraliuoju laidu ar be jo arba trikampiu priklausomai nuo to, kokia yra j vardin tampa. Vienfaziai imtuvai jungiami tarp linijinio laido ir neutraliojo arba tarp dviej linijini laid. Tiriant trifazes grandines, vienu trifaziu imtuvu galima laikyti tris vienfazius imtuvus ar j grupes, sujungtus taip, kad yra gaunamos trys imtuv fazs.28

Fazins bei linijins tampos ir srovs. Fazine tampa (U) vadinama kiekvienos altinio arba imtuvo fazs tampa. Sutarta teigiama altinio fazins tampos U kryptimi laikyti jos krypt i fazs pradios (A, B, C) pabaiga (X, Y, Z). Kai generatorius sujungtas vaigde, fazins tampos yra tarp kiekvienos generatoriaus fazs pradios ir neutraliojo mazgo arba tarp linijinio laido ir neutraliojo- U A , U B , U C , (19 pav., a ir c). Linijine (Ul) vadinama tampa tarp dviej altinio fazi pradi. Praktikai linijins tampos yra tarp dviej linijini laid. J sutartines teigiamas kryptis nurodo j indeksai: U AB , U BC , U CA . Nesunku pastebti, kad trikampiu sujungto generatoriaus linijin tampa yra lygi fazinei (r. 20 pav., b). Sujungus imtuv trikampiu, kiekviena jo faz jungiama prie trifazio tinklo linijins tampos (r. 20 pav., d). Fazine vadinama srov (I), tekanti kiekviena altinio arba imtuvo faze. Fazins srovs sutartin teigiama kryptis yra tokia pat kaip tos fazs altinio EVJ arba imtuvo fazins tampos. Kai altinio apvija arba imtuvai sujungti vaigde, fazins srovs yra I A , I B , I C , kai trikampiu I AB , I BC , I CA . Linijinmis vadinamos srovs (Il), tekanios linijiniais laidais- I A , I B , I C , . J sutartins teigiamos kryptys- i altinio imtuv. Kai altinio apvija arba imtuvai sujungti vaigde, altinio fazmis arba imtuvais tekanios fazins srovs yra lygios linijinms srovms. Neutraliuoju laidu tekanios srovs IN sutartin teigiama kryptis- i imtuvo altinio neutralj mazg. Simetrinio generatoriaus EA = EB = EC todl UA = UB = UC = U Simetrinio trifazio tinklo fazini tamp efektins verts yra lygios, bet tamp fazs skiriasi 120. Linijines tampas galime apskaiiuoti analizikai arba gauti grafikai, pritaik II Kirchhofo dsn.U AB = U A U B ; U CA = U C U A U AB = U BC = U CA = U l U BC = U B U C 2.9

U l = 3U f

2.10

Plaiausiai naudojam emos tampos trifazi altini linijins standartins vardins tampos yra 230, 400 ir 690V. Prie elektros tinklo prijungus imtuvus, susidaro tampos kritimas dl laid varos, todl apkrauto tinklo tampa yra keletu procent maesn nei altinio. Standartins vardins imtuv tampos yra atitinkamai 220, 380 ir 660V. Prie trifazio tinklo imtuvus reikia jungti taip, kad j tampa bt vardin. Trifazio imtuvo vienai fazei tenka fazin tinklo tampa, kai imtuvas prie jo prijungiamas vaigde, ir linijin, kai imtuvas prijungiamas trikampiu. Ms respublikoje plaiausiai naudojami pramoniniai tinklai, kuri linijin tampa yra artima 380V. Vienfazius imtuvus, pavyzdiui, kaitinamsias lempas, kuri vardin tampa yra 220V, prie tokio tinklo reikia jungti tarp linijinio laido ir neutraliojo, kad joms tekt fazin 380 380/ = 220 V tampa. Tarp linijini laid galima jungti tik tokius vienfazius imtuvus, kuri 3 vardin tampa yra 380V. Trifaz imtuv prie 380V tinklo reikia jungti vaigde, jei jo vardin fazin tampa yra 220 V, ir trikampiu, jei 380 V.

29

2.3.2. vaigde sujungt imtuv grandins

Trifaziai imtuvai yra jungiami vaigde (su neutraliuoju laidu arba be jo), kai j fazin vardin tampa yra lygi tinklo fazinei tampai. Sujungus imtuv vaigde su neutraliuoju laidu (r. 20 pav., c), kiekvienai jo fazei tenka tinklo fazins tampos U A , U B , U C . Juo teka fazins srovs: I A , I B , I C , kurios tuo paiu yra ir linijins.

20 pav. Sutartins teigiamos linijini bei fazini srovi ir tamp kryptys. Simetrinis imtuvas. Jo visos fazs yra vienodos, todl j kompleksins varos lygios: Z A = Z B = ZC = Z Taikydami Omo dsn: IA = UA ; Z IB = UB ; Z IC = UC . Z 2.11

Prisimin fazini tamp iraikas, gauname: IA = Uf ; Z IB = Uf ; Z IC = Uf . Z

30

Gavome, kad visos fazins srovs moduliais yra lygios, todl vaigde sujungto simetrinio imtuvo: IA = IB = IC = I = Il = Uf Z . 2.12

Pritaik mazgui N I Kirchhofo dsn neutraliojo laido srovei apskaiiuoti, i vektorins diagramos gauname: I N = I A + I B + IC = 0 2.13

Kitaip tariant, kiekvienu laiko momentu fazini srovi suma lygi, nuliui, todl vaigde sujungto simetrinio imtuvo neutraliuoju laidu srov neteka. Simetriniam imtuvui neutralusis laidas nereikalingas, todl toks imtuvas jungiamas vaigde be neutraliojo laido. Tokios simetrins trifazs grandins privalumas, lyginant su vienfaze, akivaizdus. vienfaz tinkl tris io imtuvo fazes tekt jungti eiais laidais, kai trifazei grandinei pakanka trij tokio pat skerspjvio laid. Kaip tik dl to visi trifaziai imtuvai (varikliai, kaitinimo krosnys ir kt.) yra gaminami simetriniai. Nesimetrinis imtuvas. Sujungus nesimetrin imtuv vaigde su neutraliuoju laidu, kiekvienai jo fazei tenka fazins tampos U A , U B , U C . Tarkime, kad dvi imtuvo fazs yra aktyvaus-induktyvaus, o treioji aktyvaus-talpinio pobdio: A > 0; B > 0; C < 0 (21 pav., a) Fazins srovs: IA = UA ; ZA IB = UB ; ZB IC = UC . ZC

Neutraliuoju laidu teka srov, kuri galima apskaiiuoti analizikai arba sudaryti I N vektori grafikai. I N = I A + I B + IC 2.14

Trifazis nesimetrinis imtuvas susidaro tuo atveju, kai 5 trifaz tinkl yra jungiami nevienodi vienfaziai imtuvai. Praktikai visada stengiamasi vis trij fazi apkrov suvienodinti ar taip paskirstyti, kad neutraliuoju laidu tekt kuo silpnesn srov. Praktikai neutraliuoju laidu daniausiai teka srov, silpnesn u linijines sroves, todl neutraliojo laido skerspjvis parenkamas maesnis negu keturlaids grandins linijini laid. Neutraliojo laido paskirtis. Neutralusis laidas jungia altinio ir imtuvo neutraliuosius mazgus. Kai imtuvas yra simetrinis, neutralusis laidas nereikalingas: juo srov neteka, neutralij mazg potencialai yra lygs. Kai imtuvas yra nesimetrinis ir neutraliuoju laidu teka srov, imtuvo neutraliojo mazgo potencialas tampa (jei nepaisome neutraliojo laido varos) lygus altinio neutraliojo mazgo potencialui. Taigi neutraliojo laido dka kiekvienos imtuvo fazs tampa lygi tinklo fazinei tampai. Nutraukus nesimetrinio imtuvo neutralj laid, tarp imtuvo ir altinio neutralij mazg atsiranda tampa U N , kurios sutartin teigiama kryptis yra tokia pat kaip neutraliojo laido srovs, t. y. i imtuvo altin. Atsijungus neutraliajam laidui, kiekvienai nesimetrinio imtuvo fazei tenka kitokia tampa, nors tinklo fazins tampos ilieka simetrikos. Imtuvo fazins tampos gali bti didesns ar maesns u tinklo, taigi ir u vardines imtuvo tampas. Tokie reikiniai vyksta keturlaidje 31

grandinje, kai dl .oksidacijos ar kit prieasi pablogja neutraliojo laido prijungimo kontaktai arba jis atjungiamas. Toks reimas imtuvui netinkamas, todl nesimetriniam imtuvui neutraliojo laido atjungti negalima. Kad keturlaids grandins neutralusis laidas nebt atjungtas, jame nemontuojami nei jungikliai, nei saugikliai.2.3.3. Trikampiu sujungt imtuv grandins

Trifaziai imtuvai jungiami trikampiu (r. 20 pav., d), kai j kiekvienos fazs vardin tampa yra lygi tinklo linijinei tampai. Kiekviena imtuvo faz jungiama tarp dviej linijini laid, todl imtuvo fazins tampos yra lygios tinklo linijinms- U AB , U BC , U CA . Imtuvo fazmis teka fazins srovs I AB , I BC , I CA , o linijiniais laidais- linijins I A , I B , I C . Fazins srovs apskaiiuojamos, taikant kiekvienai fazei Omo dsn:I AB = U AB ; Z AB I BC = U BC ; Z BC I CA = U CA . Z CA

I altinio trikampiu sujungt imtuv teka trys linijins srovs, kuri momentini veri suma kiekvienu laiko momentu yra lygi nuliui. Simetrinis imtuvas. Jo visos fazs vienodos, todl ir j pilnosios varos yra lygios: ZAB = ZBC = ZCA = Z Fazins srovs: I AB = U AB ; Z I BC = U BC ; Z I CA = U CA . Z 2.15

Trikampiu sujungto simetrinio imtuvo fazini srovi efektins verts yra lygios: IAB = IBC = ICA = I = Uf Z . 2.16

o kiekvienos fazins srovs faz linijini tamp U AB , U BC , U CA atvilgiu priklauso nuo imtuvo pobdio. Linijines sroves galima apskaiiuoti analizikai, bet paprasiau ir vaizdiau j vektorius sudaryti grafikai. Sujung vis fazini srovi vektori virnes, atliekame grafinius veiksmus su vektoriais, kurie analizikai urayti lygybse, ir gauname linijini srovi trikamp. Kiekvienos linijins srovs vektoriaus kryptis turi bti tokia, kad mazgams A, B ir C bt teisingos lygybs. Nesunku sitikinti, kad vis simetrinio imtuvo linijini srovi efektins verts yra lygios IA = IB = IC = Il. I vektorins diagramos: I l = 3I f 2.17

Matome, kad linijini srovi vektori ilgiai yra lygs, o j vektorin suma lygi nuliui. Tai reikia, kad simetrinio imtuvo linijins srovs yra lygios, ir skiriasi 120 fazmis. Linijins srovs = nuo atsilieka 30 faze nuo fazini srovi: I A nuo I AB , I B + I BC , I C nuo I CA . 32

Nesimetrinis imtuvas. Tarkime, kad imtuvo fazi varos yra skirtingos. Tada ir srovs bus skirtingos: I AB = Ul ; Z AB I BC = Ul ; Z BC I CA = Ul . Z CA

Kaip matome, kiekviena imtuvo faze teka vairaus stiprumo fazin srov. Jos yra toki fazi: I AB atsilieka nuo U AB , faze AB; I BC ir I CA pralenkia tampas U BC ir U CA fazmis BC ir CA. Sujung srovi I AB , I BC ir I CA vektori virnes, gauname linijini srovi= I A , I B +ir I C vektorius. Matome, kad j efektins verts ir fazs priklauso nuo imtuvo parametr, bet j momentini veri suma kiekvienu laiko momentu lygi nuliui. Nesimetrinis imtuvas daniausiai gaunamas tuo atveju, kai vairs vienfaziai imtuvai ar j grups yra jungiami tarp linijini laid. Projektuojant tinklus, stengiamasi imtuvus paskirstyti taip, kad fazi apkrovos bt kuo vienodesns. Tuomet vis linijini srovi efektins verts maai skiriasi, ir linijini laid skerspjvius galima parinkti vienodus.

a

21 pav. Nesimetrinio imtuvo schema2.3.4. Trifazi grandini galia

b

Simetrinis imtuvas. Nepriklausomai nuo imtuvo sujungimo bdo ( , ar P = 3Uf If cosf; Q = 3Uf If sinf; Ul 3 ; If = Il S = 3Uf If

) imtuvo galios: 2.18

Kai imtuvas sujungtas vaigde, U f =

I Kai imtuvas sujungtas trikampiu, Uf = Ul; I f = l . 3 Kadangi energetikoje paprastai nurodomos linijins tampos ir srovs, j indeksai l danai neraomi. Apie tai, kad S iraik turi bti raomi linijiniai dydiai, galima sprsti i koeficiento 3:P = 3UI cos ; Q = 3UI sin ; S = 3UI 2.19

ia - imtuvo fazs tampos ir srovs fazi skirtumas.

33

Nesimetrinis imtuvas. Tokio imtuvo galia apskaiiuojama sudedant vis trij fazi galias: P = P A + P B + PC Q = QA + QB + QC ia: PA = Uf IA cosA, PB = Uf IB cosB, PC = Uf IC cosC, QA = Uf IA sinA, QB = Uf IB sinB, QC = Uf IC sinC, kai imtuvas yra sujungtas ; . 2.20

PAB = Ul IAB cosAB, PBC = Ul IBC cosBC, PCA = Ul ICA, QAB = Ul IAB sinAB, QBC = Ul IBC sinBC, QCA = Ul ICA sinCA, kai imtuvas yra sujungtas

Aktyviosios galios sudedamos aritmetikai, o reaktyviosios algebrikai. Galios koeficientas. Jis turi didel reikm ne tiktai vienfazi, bet ir trifazi grandini ekonomikai. Kai galios koeficientas (cos) nepakankamai didelis, tenka didinti linijini laid skerspjv, altini gali. Trifazes grandins elementai - asinchroniniai varikliai, indukcins kaitinimo krosnys, liuminescencinio apvietimo taisai, taip pat transformatoriai bei oro linijos- yra aktyvaus ( = 0). ar aktyvaus-induktyvaus pobdio imtuvai ( > 0). Sinchroniniai varikliai, veikiantys specialiu reimu kondensatori baterijos, kabelins linijos yra aktyvaus-talpinio ar tik talpinio pobdio imtuvai, nes j srov pralenkia faze tamp ( < 0). Paprastai trifazi asinchronini varikli reaktyvioji galia sudaro 60 70 %, elektros energijos tiekimo sistemos transformatori 1525 %, oro linij, indukcini krosni, reaktori, liuminescencini lemp apvietimo rengini vis kartu - 5-10 % visos reaktyviosios galios. Kadangi didiausia yra asinchronini varikli reaktyvioji galia, o j pai cos = 0,1-0,90 (priklausomai nuo j apkrovos), grandins galios koeficientui pagerinti btina tobulinti technologin proces. Reikia, kad asinchroniniai varikliai kuo trumpesn laik dirbt tuiai ar maiau apkrauti, o, jei manoma, netgi pakeisti maai apkrautus (iki 0,45 PN) maesns galios varikliais. Daniausiai ios priemons yra nepakankamos, ir reaktyviajai energijai kompensuoti yra naudojami sinchroniniai varikliai (kompensatoriai) ir kondensatori baterijos. Kompensacini rengini parametrus reikia pagrsti techniniais ekonominiais skaiiavimais. Paprastai palyginti nedidels kompensuojamosios galios renginiams- iki 10 Mvar (U = 10kV) - neracionalu naudoti sinchroninius kompensatorius. Jiems naudojamos kondensatori baterijos, kuri vieno elemento reaktyvioji galia yra 4-10 kvar. Kondensatori baterijos gali bti individualios (kiekvienam imtuvui), grupins (imtuv grupei) ir centralizuotos. Pastarosios yra rengiamos mons cech transformatorinse pastotse ir yra efektyviausios.Kartojimo klausimai

1. Paaikinkite, kas tai yra: daugiafaz grandin, trifaz grandin ir jos faz; trifaz simetrin EVJ sistema; trifaz iaialaid, keturlaid, trilaid grandin; neutralus mazgas; linijinis laidas , neutralus laidas; fazin, linijin tampa; fazin, linijin srov; trifazis simetrinis imtuvas, trifazis nesimetrinis imtuvas. 2. Kokie trifazi grandini privalumai palyginti su vienfaziais? 3. Kuri i simetrinio trifazio tinklo tamp-fazin ar linijin - didesn ir kiek kart? rodykite. 34

4. inodami, kad tinklas trifazis ir jo tampa 220 V. Kokia io tinklo fazin ir linijin tampa? 5. Kokia plaiausiai Lietuvoje naudojam pramonini trifazi tinkl fazin ir linijin tampa? 6. Ar reikalingas neutralusis laidas simetriniam imtuvui?Uduotys ir papildoma veikla

Apskaiiuokite vaigde su neutraliuoju laidu sujungto imtuvo aktyvij, reaktyvij ir pilnutin gali, jei tinklo tampa 380V, fazins srovs IA = IB = IC = 3A ir imtuvo fazs aktyvaus (A), induktyvaus (B) bei talpinio pobdio (C). (Ats: 440W, 220var, 492VA).

35

3. SKYRIUS ELEKTRINIAI MATAVIMAI

36

3.1. ELEKTRINI MATAVIM SVOKOS, METODAI IR PRIEMONSTIKSLAS Supaindinti jus elektrini matavim svoka, elektrini matavim metodais ir priemonmis. Matavimas yra eksperimentinis fizikini dydi verts nustatymas specialiomis techninmis priemonmis. vairi fizikini dydi matavimai yra svarbiausias gamtos reikini ir jos dsni painimo bdas. Matavimai atliekami mokslikai tiriant reikinius, be matavim neapsieinama ir gamyboje. Nuo atlikt matavim tikslumo priklauso mokslo ir technikos paanga bei tobuljimo sparta. Atliekant elektrinius matavimus, kontroliuojami ir automatizuojami technologiniai procesai, vertinama gamybos kultra ir jos efektyvumas. Matavimo priemons. Tai technins priemons, kurios naudojamos elektriniams matavimams ir kuri paklaidos yra normuojamos. Prie j priskiriama 1) matai; 2) elektriniai matavimo prietaisai; 3) matavimo keitikliai; 4) matavimo renginiai; 5) matavimo informacijos sistemos. Elektrini dydi matai - tai knai ar taisai, kuriais; atkuriamos tam tikros elektrini dydi verts. Tiesiogiai gali bti atkurta elektrin vara (nuo 10-5 iki 109 ), induktyvumas (nuo 10-8 iki 10H), talpa (nuo 10-3 iki 108 pF). EVJ matas yra specialus normalinis elementas, kurio EVJ yra 1,0186-1,1094 V. Mat etalonai saugomi specialiuose metrologijos institutuose ar laboratorijose. Pagal juos gaminami pavyzdiniai matai, su kuriais sulyginami ir patikrinami darbiniai matai. Pastarieji yra naudojami praktikoje. Gali bti naudojami elektrini mat rinkiniai, kuri atkuriamo dydio vert keiiama uoliais (rezistori, induktyvumo rii, kondensatori rinkiniai) arba tolygiai (reostatai, induktyvumo variometrai, keiiamos talpos kondensatoriai). Elektriniai matavimo prietaisai matuojamojo elektrinio dydio signal paveria informacija, kuri gali suvokti stebtojas. Pagal vairius poymius elektrinius matavimo prietaisus galima suskirstyti kelias grupes. Pagal matavimo metod jie yra itokie: 1) tiesiogins atskaitos (pvz., rodykliniai, skaitmeniniai prietaisai); 2) palyginamieji, kuriais (pvz., tilteliai, kompensatoriai). Pagal tai, kaip prietaisai parodo matuojamj dyd, jie gali bti: 1) analoginiai, kuri rodmuo tolydiai seka matuojamojo dydio kitim (pvz., matuojamasis dydis tolydiai rodomas skalje); 2) skaitmeniniai (matuojamasis dydis rodomas skaitmenimis). Be to, elektriniai matavimo prietaisai dar gali bti: 1) automatiniai, kai matavimai automatizuoti; 2) registruojantieji, kurie urao diagramos forma (saviraiai) ar atspausdina skaitmenimis (spausdinantieji) matuojamj dyd kaip laiko funkcij; 3) integruojantieji, kurie integruoja matuojamj dyd pagal laik (pvz., elektros energijos skaitiklis) ar kit nepriklausom kintamj; 4) sumuojantieji, kurie susumuoja kelis matuojamuosius dydius (pvz., trifazis vatmetras). 3.1.1. Matavimo paklaidos ir prietais charakteristikos Matavimo paklaidos. Matuojant fizikin dyd gaunamas netikslus rezultatas, t. y. susidaro nuokryp nuo jo tikrosios verts. Absoliutine paklaida vadinamas nuokrypio absoliutinis didumas.

= Xn X

(3.1)

ia Xn ir X - matavimo rezultatas ir tikroji matuojamojo dydio vert. Santykin paklaida yra absoliutinis paklaidos santykis su tikrja matuojamojo dydio verte. -Ji gali bti ireikta santykiniais dydiais arba procentais: 37

=

X

arba

=

100 X

(3.2)

Prietaiso tikslumo klas. Prietaiso tikslumas yra viena svarbiausi jo charakteristik. Paklaidos, kurios matuojant gaunamos dl prietaiso element netobulumo, yra vadinamos prietaiso paklaidomis. Matavimo prietaisui galima apskaiiuoti absoliutin ir santykin paklaidas (r. (3-1) ir (3-2) lygybes), taip pat redukuotj paklaid:

XN XN ia Xn ir X - prietaiso rodoma ir tikroji matuojamojo dydio vert; XN didiausia dydio vert, kuri galima imatuoti prietaisu (matavimo riba).

=

( X n X )100 = 100

(3.3)

Rodyklinio prietaiso tikslumo klas yra jo leistina redukuotoji paklaida, ireikta procentais, kai prietaisas veikia normaliomis slygomis (jo padtis normali, aplinkos temperatra 205C, nra paalini elektrini ir magnetini lauk ir t. t.). Standartas numato tokias pagrindines rodyklini prietais tikslumo klases: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0; 5,0. Pavyzdiui, 0,1 tikslumo klass prietaiso redukuotoji paklaida yra: 0,1 %. Tiksliausi prietaisai (0,05- 0,2 klas) naudojami kitiems prietaisams tikrinti ir mokslo tiriamiesiems darbams. Vidutinio tikslumo (0,5; 1,0 klas) prietaisai skirti tikslesniems gamybiniams matavimams, o visi maiau tiksls taikytini matuojamj dydi pramoninei kontrolei. Prietais charakteristikos ir enklai skalse. Viena i svarbiausi prietaiso charakteristik yra jo tikslumo klas. enklais prietais skalse nurodomos ir kitokios j charakteristikos. Vienas svarbiausi enkl yra raide ar odiu uraomas prietaiso pavadinimas arba matuojamojo dydio ar jo vieneto enklas: ampermetras, voltmetras, fazometras, daniamatis arba A, V, , Hz ir t. t. Be to, paioje skalje arba greta gnybt uraoma prietaiso matavimo riba didiausia tuo prietaisu imatuojamo dydio vert: 10A, 1A, 300V ir t. t. Prietaiso skalje nurodoma ir jo matuoklio sistema (1 lentel), nuo kurios priklauso daugelis prietaiso savybi ir matavim galimybs. 1 lentel Tiesiogins atskaitos prietais vairi sistem matuokli enklai enklas Magnetoelektrinis Magnetoelektrinis logometras Elektromagnetinis Elektrodinaminis Ferodinaminis Indukcinis Elektrostatinis Matuoklis

38

Magnetoelektrinis su lygintuviniu keitikliu Magnetoelektrinis su elektroniniu keitikliu (su stiprintuvu) Magnetoelektrinis su termoelektriniu (neizoliuotu) keitikliu Ant prietaiso paprastai dar uraomi tokie enklai: kokiai srovei matuoti skirtas prietaisas, jo tikslumo klas, normali darbo padtis, kokiai tampai ibandyta prietaiso izoliacija, kokiam daniui skirtas prietaisas, gali bti nurodyta prietaiso vidin aktyvioji vara ir induktyvumas, prietaiso tipas, gamybos metai, gamyklinis numeris ir kiti (2 lentel). 2 lentel Kai kurie prietais skali sutartiniai enklai enklas Jo reikm Nuolatin srov Kintamoji srov Nuolatin ir kintamoji srov Trifaz srov Tikslumo klas, pvz.: 0,5 Darbo padtis vertikali Darbo padtis horizontali Magnetinis ekranas Izoliacija ibandyta 2kV eminimo gnybtas KorektoriusKartojimo klausimai

0,5

1. Paaikinkite, kas tai yra: matavimas, matavimo priemon; absoliutin, santykin, redukuota paklaida; tikslumo klas; 2. Kokie yra svarbiausi matavimo prietaiso skals enklai?Uduotys ir papildoma veikla

Ampermetras rodo 15A srov. inodami, kad jo absoliutin paklaida yra +0,05, apskaiiuokite santykin matavimo paklaid ir tikrj matuojamosios srovs vert.

39

3.2. TIESIOGINS ATSKAITOS PRIETAIS MATUOKLIAITIKSLAS io skyriaus tikslas supaindinti su tiesiogins atskaitos prietais matuokli konstrukcija, veikimo principais, privalumais ir trkumais. Istudijav skyri, turtume gebti paaikinti: matuokli klasifikacij; matuokli konstrukcij; matuokli veikimo principus; matuokli privalumus ir trkumus; oscilografo veikimo princip. 3.2.1. Tiesiogins atskaitos prietais bendrieji mazgai

Daugumos elektromechanini prietais mazgai ir elementai yra panaios funkcins, paskirties. Slygikai juos bt galima suskirstyti tris dalis: 1) keitikl; 2) matuokl; 3) likusias pagalbines dalis, kurios daugelio tiesiogins atskaitos prietais yra panaios. Keitikliai naudojami, kai matuojamojo dydio signalas matuokliui tiesiogiai netinka. Tai papildomi nuoseklieji rezistoriai, lygiagretieji rezistoriai (untai), lygintuvai, srovs ar tampos transformatoriai, tampos dalytuvai ir kiti panas taisai. Jie gali bti paiame prietaise arba papildomai jungti prietaiso grandin. Kai matuoklis reaguoja tiesiogiai matuojamj dyd, j gali ir nebti. Matuokliai, kuri yra vairi matavimo sistem pakeiia elektrin signal mechaniniu sukuria sukimo moment. Viena i likusi dali yra atoveikio sistema, sukurianti priein moment mechaninmis priemonmis spyruoklmis, atotampomis arba elektromechaniniu jg poveikiu. Kai atoveikio moment sukuria spyruokls, jis yra proporcingas matuoklio judamosios dalies poskio kampui: MC = K (3.4)

ia K = const - to paties prietaiso pastovus koeficientas. Spyruokls laiko prietaiso rodykl ties nuline yme, kai nra jimo signalo. Naudojant atotampas, prietaisai jautresni, nes nra guoli trinties. Atskaitos tais (22 pav.) daniausiai sudaro mechanin arba viesino rodykl ir skal. Atstumas tarp dviej skals ymi yra vadinamas padal. Skals diapazonas yra skals verts nuo jos pirmutins iki paskutins yms. Matavimo diapazonas yra skals dalis, kuriai prietaiso tikslumas atitinka jo tikslumo klas. Kai skal tolygi, ie diapazonai paprastai sutampa. Kai skal netolygi, matavimo diapazonas paprastai suenklinamas takais. Kad bt tikslesn atskaita mechanini rodykli galai daromi siauri, o po skale tvirtinimas siauras veidrodlis.

22 pav. Prietais atskaitos taisai: a, b, c- su mechanine rodykle; dveidrodlio paskirtis; e- su viesine rodykle.

40

3.2.2. Tiesiogins atskaitos prietais matuokliai

Magnetoelektrinis matuoklis. Jo veikimo principas pagristas tuo, kad nuolatiniame magnetiniame lauke esant laidinink, kuriuo teka srov, veikia elektromagnetin jga. Vienalyiame nuolatiniame magnetiniame lauke yra lengvas, suvyniotas i plono izoliuoto laido rmelis (23 pav.).

23 pav. Magnetoelektrinis matuoklis su nejudaniu magnetu. Magnetoelektrins sistemos prietaiso skals lygtis yra tiesin, todl prietaiso skal yra tolygi. Sukimo momento kryptis priklauso nuo rmelio srovs krypties. Kadangi rodyklinio prietaiso inercija didel, tai jungus j kintamosios srovs tinkl, jo matuoklis nespja sekti srovs kitimo. Magnetoelektrinio matuoklio konstrukcija gali bti ir iek tiek kitokia. Svarbiausi j privalumai: 1) tolygi skal; 2) jautrumas (stiprus magnetinis laukas, judamoji dalis lengva); 3) tikslumas (nuolatinis magnetinis laukas, todl nra nuostoli magnetikuose); 4) nejautrumas paaliniams magnetiniams laukams (stiprus savasis). Trkumai; 1) rodykliniai prietaisai tinka tik nuolatinei srovei matuoti; 2) jautrs perkrovai (srov teka rmel spyruoklmis ar atotampomis); 3) gana brangs ir j konstrukcija sudtinga. Dl savo gerj savybi magnetoelektrinis matuoklis naudojamas nuolatins srovs ampermetruose, voltmetruose, ommetruose, o panaudojus keitikl, ir kintamosios srovs matavimo prietaisuose. Dl didelio jautrumo magnetoelektrins sistemos matuokliai taikomi galvanometruose, kur yra labai sumainamas atoveikio mechaninis momentas, o atskaitai naudojama viesin rodykl. Elektromagnetinis matuoklis. Dvi jo iek tiek skirtingos konstrukcijos parodytos 24 pav. Tekant srovei nejudama staiakampio skerspjvio rite, atsiranda elektromagnetins jgos. Jos traukia minktamagnets mediagos lapel, siaur rits ply. Gali bti cilindrin rit. Jos magnetinis laukas magnetina, viduje esanias cilindro ipjovas: judamj (1) ir nejudamj (2). Tarp j vienvardi magnetini poli atsiranda stmos jgos, judamoji prietaiso dalis pasisuka. Permalojaus cilindras apsaugo rits vid nuo paalini magnetini lauk takos.

41

24 pav. Elektromagnetinis matuoklis su plokia staiakampio skerspjvio (a) ir cilindrine (b) rite (1- judamoji ir 2- nejudamoji feromagnetin cilindro ipjova) Elektromagnetiniai matuokliai geri tuo, kad jie yra: 1) paprasti ir pigs (nesudtingi pagaminti); 2) nejautrs perkrovoms (srov rit teka tiesiogiai, o ne spyruoklmis); 3) gali matuoti nuolatin ir kintamj srov (efektin vert). Svarbiausi j trkumai: 1) netiesin skal; 2) maiau tiksls (feromagnetinje erdelje gaunama liktin indukcija, nuostoliai dl histerezs ir skurini srovi); 3) nelabai jautrs (srautas silpnas, nes magnetinio lauko linijos usidaro oru). Gaminami nuolatins ir kintamosios srovs elektromagnetiniai ampermetrai ir voltmetrai. Elektrodinaminis ir ferodinaminis matuoklis. Elektrodinamin matuokl sudaro dvi rits: nejudamoji ir jos viduje esanti judamoji (25 pav.). Veikimo princip galima paaikinti abiej rii magnetini lauk sveika. Pirmja rite teka srov i1 Jos sukurtame magnetiniame lauke yra antroji rit, kuria teka srov i2, todl antrosios rits laidininkus veikia elektromagnetins jgos F (jg kryptys paymtos pagal kairiosios rankos taisykl).

25 pav. Elektrodinaminis matuoklis: a- erdvinis vaizdas ir b- pjvis. 42

Elektrodinaminio matuoklio gerosios savybs yra ios 1) tinka matuoti ir nuolatinei, ir kintamajai srovei (efektinei vertei); 2) tikslus (nra feromagnetik). Trkumai: 1) ampermetr ir voltmetr skal kvadratin; 2) jautrus perkrovoms (srov teka spyruoklmis); 3) sudtinga konstrukcija; 4) magnetinis laukas silpnas, todl nelabai jautrus ir didel tak turi paaliniai magnetiniai laukai. Gaminami elektrodinaminiai ampermetrai (rits jungiamos lygiagreiai), voltmetrai (rits jungiamos nuosekliai) ir aktyviosios bei reaktyviosios galios matuokliai - vatmetras bei varmetras. Ferodinaminis matuoklis (26 pav.) skiriasi nuo elektrodinaminio tuo, kad jo nejudamosios rits magnetinis srautas usidaro magnetolaidiu. Magnetinis srautas yra stipresnis negu elektrodinaminio matuoklio, todl ferodinaminis matuoklis jautresnis, jo sukimo momentas didesnis (dl to feromagnetins sistemos matuoklis danai naudojamas saviraiuose prietaisuose). Antra vertus, dl feromagnetinio magnetolaidio jo tikslumas maesnis (netiesin priklausomyb B = (i1), yra magnetiniai nuostoliai, liktin indukcija).

26 pav. Ferodinaminis matuoklis.Indukcinis matuoklis. J sudaro du elektromagnetai (27 pav.) ir tarp j esantis nemagnetinis (daniausiai aliuminio) diskas - judamoji matuoklio dalis. Kai abiej elektromagnet ritmis teka kintamosios srovs, sukuriami du magnetiniai srautai: 1 (t) ir 2 (t). Verdami disk, jie indukuoja diske skurines EVJ, todl jame teka skurins srovs i1F(t) ir i2F (t). disk galime irti kaip laidinink, kuriuo: 1) teka srov i1F ir jis yra antrojo elektromagneto magnetiniame lauke ir 2) teka srov i2f ir jis yra pirmojo elektromagneto magnetiniame lauke. Dl to disk veikia elektromagnetins jgos F1 ir F2 sudarydamos sukimo moment. 27 pav., b parodytas disko vaizdas i viraus, magnetini sraut 1 ir 2 kryptys, taip pat indukuot skurini srovi kryptys. Elektromagnetini jg kryptys nustatytos pagal kairiosios rankos taisykl.

27 pav. Indukcinio matuoklio bendras vaizdas (a) ir disko vaizdas i viraus: bties pagrindiniais elektromagnetais; c- ties nuolatiniu atoveikio magnetu.

43

3.2.3. Elektroniniai matavimo prietaisai

iuose prietaisuose yra naudojami vairs matuojamojo elektrinio signalo keitikliai elektroniniai mazgai: lygintuvai, stiprintuvai, multivibratoriai, taip pat impuls generatoriai, moduliatoriai, deifratoriai, ir kitokie specials blokai. Inagrinkime kai kuriuos plaiausiai naudojamus elektroninius matavimo prietaisus. Lygintuviniai prietaisai. Jie dar vadinami detektoriniais. Juose yra tikslus ir jautrus magnetoelektrinis matuoklis su keitikliu- lygintuvu, kuris pakeiia matuojamj kintamj srov nuolatine. Daniausiai naudojamas dvipusio lyginimo lygintuvas (28 pav.), kurio ilyginta vidutin srovs vert yra dvigubai didesn negu vienpusio lyginimo.

28 pav. Magnetoelektrinio matuoklio ir lygintuvo su transformatoriaus vidurine ataka (a) bei tiltelinio lygintuvo (b, c) jungimo schema.

29 pav. Universalaus daugiaribio lygintuvinio prietaiso skal ir matavimo rib perjungiklis.

Patogs yra universals ir daugiaribiai lygintuviniai prietaisai nuolatinei ir kintamajai 50Hz10kHz srovei bei tampai, taip pat varai ir talpai matuoti (29 pav.). Tai vairs ampervoltommetrai, kuri matavimo ribos keiiamos papildomais rezistoriais. Toki universali prietais tikslumas yra nedidelis (klass 1,0 - 2,5). Elektroninis voltmetras. Elektroniniai voltmetrai gali bti nuolatins srovs, kintamosios srovs, impulsiniai, universals. Svarbiausios j dalys yra dvi: magnetoelektrinis (reiau elektrostatinis) matuoklis ir keitiklis -elektroninis stiprintuvas, Paprasiausi nuolatins srovs elektronin voltmetr sudaro tampos lygintuvas matavimo riboms praplsti (jis sumaina matuojamj tamp n kart), nuolatins srovs stiprintuvas su maitinimo bloku MB ir jautrus bei tikslus magnetoeletrinis matuoklis (daniausiai 50- 100 (A mikroampermetras). Svarbiausias elektronini voltmetr privalumas yra didel j jimo vara 105 106. Jie jautrs, todl galima matuoti maas tampas (kelis mikrovoltus) ir praktikai jie energijos nevartoja. Jais galima matuoti kintamsias 20Hz- 200MHz danio tampas. Svarbiausi j trkumai yra sudtinga schema ir kol kas dar palyginti nedidelis matavim tikslumas (tikslumo klas daniausiainuo 0,5 iki 2,5). Sparti elektronikos mokslo ir technologijos paanga leidia tiktis, kad greitu laiku elektroniniai prietaisai taps paprastesni ir tikslesni. Elektroniniai voltmetrai gali bti taikomi ir srovms matuoti Tuo tikslu grandin jungiamas maos varos etaloninis rezistorius, kuriuo teka matuojamoji srov. Voltmetru matuojama rezistoriaus tampa, o voltmetro skal sugradavus srovs matavimo vienetais, jis tampa 44

ampermetru. Danai etaloninis rezistorius yra paiame prietaise, kuris tampa ampermetruvoltmetru. Elektroninis oscilografas. io elektroninio prietaiso ekrane gali bti stebimi ir matuojami vairs elektrini signal parametrai. Svarbiausia elektroninio oscilografo dalis yra elektroninis vamzdis. Paprastai tiriamasis pavyzdiui, sinusinis, signalas uy (t), prijungiamas prie vertikalaus kreipimo ploki. Jis suteikia spinduliui vertikal judes. Prie horizontalaus kreipimo plokteli prijungiamas signalas ux (t) i pjklins tampos generatoriaus. Jo tampa tiesikai didja iki tam tikros verts, po to staiga sumaja iki nulio. Tokio jos periodiko kitimo dan galima reguliuoti, o kitimo pradi galima sinchronizuoti su norimu tiriamojo signalo kitimo momentu. Jeigu bt prijungtas tiktai tiriamasis signalas, o pjklins tampos nebt, spindulio pdsakas ekrane judt vertikaliai. Dl regos inercijos, taip pat dl to, kad ekrano liuminoforui bdingas povytis, ekrane matytume vertikal vytint brkn. Jei nebt tiriamojo signalo, dl pjklins tampos poveikio spindulys ltai slinkt i kairs - dein ir staiga grt atgal. Esant pakankamam daniui, i judesi nematytume, ir bt matomas tik horizontalus vytintis brknys. Kai tiriamasis ir pjklins tampos signalas veikia kartu, spindulio pdsako padtis ekrane nusakoma dviem koordinatmis. Ordinat yra tiriamojo signalo stiprumas, o abscis- pjklins tampos didumas. Tarkime, kad abu signalai sinchronizuoti ir laiko momentu t0 = 0 abu lygs nuliui. Laiko momentu t1 spindulys pakyla auktyn, nes padidja tiriamasis signalas ir pasislenka deinn, nes padidja pjklin tampa. Energijos matavimas. Aktyvioji ir reaktyvioji energija matuojama indukciniais skaitikliais, kurie gali bti vienfaziai arba dviej ar trij element trifaziai. Vienfazis aktyviosios energijos skaitiklis jungiamas grandin taip (30 pav.), kad jo srovs rite (jos vara maa RA 0) tekt apkrovos srov I, o tampos ritei tekt apkrovos tampa U.

30 pav. Vienfazio aktyviosios energijos skaitiklio jungimo schema: a- principin ir b- montain Skaitiklio ski skaii fiksuoja skaiiavimo mechanizmas. Paprastai jo skaitmenys i karto rodo suvartot elektros energij kilovatvalandmis. Trifazse grandinse aktyvioji ir reaktyvioji elektros energija matuojama trifaziais skaitikliais, kuri judamosios dalies mechaninis momentas yra lygus dviej ar trij judamj dali mechanini moment algebrinei sumai. Skaitikli jungimo schemos yra tokios pat kaip vatmetr (31 pav.). Kintamosios srovs ir tampos rii matavimo ribas galima praplsti matavimo transformatoriais.

45

a) b) 31 pav. Aktyviosios elektros skaitikli montains jungimo schemos: a - trilaidje ir b keturlaidje trifazje sistemoje.Kartojimo klausimai

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Paaikinkite kaip veikia magnetoelektrinis matuoklis? Paaikinkite kaip veikia eletromagnetinis matuoklis? Paaikinkite kaip veikia elektrodinaminis matuoklis? Paaikinkite kaip veikia ferodinaminis matuoklis? Paaikinkite kaip veikia indukcinis matuoklis? Kokie yra magnetoelektrinio matuoklio privalumai ir trkumai? Kokie yra elektromagnetinio matuoklio privalumai ir trkumai? Kokie yra elektrodinaminio matuoklio privalumai ir trkumai?Uduotys ir papildoma veikla

Isiaikinkite kokio tipo matuokliai naudojami automobiliuose.

46

3.3. ELEKTRINI DYDI MATAVIMASTIKSLAS Supaindinti su daniausiai pasitaikaniais elektrini dydi matavimo principais ir matavimo prietaisais.

Istudijav skyri turtume gebti paaikinti: kaip matuojama srov, koks tam naudojamas matavimo prietaisas ir kaip jis jungiamas grandin; kaip matuojama tampa, koks tam naudojamas matavimo prietaisas ir kaip jis jungiamas grandin; kaip matuojama vara, koks tam naudojamas prietaisas,koks yra matavimo principas kaip matuojama grandins galia ir koks naudojamas matavimo prietaisas. tampa, srovs stipris ir vara - tai trys elektrini grandini parametrai, kurie daniausiai matuojami derinant elektrinius renginius. Kiti elektrini grandini parametrai, pavyzdiui, grandins galia, jos induktyvumas ar talpa, iuo poiriu yra maiau svarbus. Mintiems parametrams matuoti naudojami specials matavimo prietaisai: voltmetrai, ampermetrai, ommetrai, vatmetrai ir t. t. Daugelio elektrini matavimo prietais veikimas pagrstas srovs stiprio matavimu elektrinje grandinje. Taigi srovs matuokliai, kurie yra daugelio elektrini dydi matuokliai, konstruojami ampermetro bazje.3.3.1. Srovs matuokliai

iuo metu paplit du pagrindiniai tiesioginio srovs stiprio matavimo bdai: magnetoelektrinis ir elektromagnetinis. i tip matuokli schemos pateiktos 32 paveiksle.

32 pav. Srovs matuokli tipai: magnetoelektrinis (a) ir elektromagnetinis (b) Dl savo tikslumo ir pakankamo atsparumo magnetoelektrins sistemos matuokliai yra daugelio vairi elektrini parametr matuokli pagrindinis elementas. Paios paprasiausios konstrukcijos magnetoelektrin matuokl sudaro labai plono laido apvija, suvyniota ant lengvo aliumininio rmelio. Nuolatinio magneto poliai apgaubia toki rit. Aliumininis rmelis yra tvirtintas ant aeli, leidiani sukintis rmeliu su rite laisvoje erdvje tarp magneto poli. Tekanti apvija elektros srov sukuria magnetin lauk, kuris sveikaudamas su nuolatinio magneto lauku, sukelia moment, priveriant rmel pasisukti. Rmeliui sukantis, tempiama pasiprieinimo spyruokl ir, kai spyruokls jga susilygina su elektromagnetiniu rmelio momentu, nusistovi

47

pusiausvyra. Taigi rmelio poskio kampas yra proporcingas apvija tekanios srov stipriu, o prie rmelio pritvirtinta rodykl atitinkamai sugraduotoje skalje rodo ios srovs stiprio vert. Kitos konstrukcijos matuokliai sudaryti i judamos minktos geleies inkaro, kurio dalis yra tvirtinto rits viduje. Inkaras pritvirtintas prie sujungtos su aele svirtels, leidianios jam svyruoti pirmyn ir atgal. Prie aels pritaisyta rodykl taip pat svyruoja drauge su inkaru. Rite tekanti srov sukuria magnetin lauk, traukiant inkar rits vid. Inkaro traukimo gylis priklauso nuo,rits apvija tekanios srovs stiprio: Juddama su inkaru, rodykl specialiai graduotoje skalje rodo tekanios srovs stiprio vert. Abu aptarti matavimo metodai yra tiesioginio srovs stiprio matavimo metodai. Magnetoelektriniai matuokliai yra jautresni ir tikslesni u elektromagnetinius ir turi tiesin skal. Taiau j trkumas yra tas, kad jie tinkami tik nuolatinei srovei matuoti. Elektromagnetiniai matuokliai yra universals ir gali bti naudojam: tiek nuolatins, tiek kintamosios srovs grandinse. Svarbiausias j trkumas - netiesin skal. Praktikoje labai paplit magnetoelektriniai matuokliai su lygintuvais. is sprendimas daro magnetoelektrinius matuoklius universaliais, tinkamais matuoti nuolatins ir kintamosios srovs grandinse. Srovs matuoklio jungimas i grandin. Srovs matuokl reikia jungti nuosekliai altinio ir jo apkrovos grandin. Niekada nebandykite jo jungti lygiagreiai su altiniu ar apkrova. Srovs matuoklio vara yra labai maa, ir, prijungus j prie altinio gnybt, apvija sudegt. Daugumos elektrins grandins element vara yra daug kart didesn u srovs matuoklio var. Prijungus srovs matuokl lygiagreiai su kuriuo nors grandins elementu, is elementas yra utrumpinamas ir visa sustiprjusi grandins srov, tekdama matuokliu, j sugadina. Kitas svarbus dalykas, kurio negalima pamirti - nuolatins srovs grandins tampos polikumas. Kitaip tariant, reikia pasirpinti, kad teigiamasis matuoklio gnybtas bt jungiamas prie teigiamojo altinio gnybto. Kintamosios srovs grandinse tai nesvarbu, todl kintamosios srovs matuokli gnybt polikumas nepaymtas3.3.2. Varos matuokliai

Varos matuokliai, arba ommetrai - tai taisai, matuojantys grandins ar jos element var. Jie naudojami nutrkusioms ar utrumpintoms elektrinms grandinms aptikti. Ommetr paprastai sudaro nuolatins srovs matuoklis, maos galios maitinimo altinis ir nuosekliai sujungt srov ribojani rezistori rinkinys. Naudojami tik magnetoelektrins sistemos srovs matuokliai. Maitinimo altinio funkcijas atlieka galvanini element baterija ar specials akumuliatoriai. Ommetrai bna dviej tip: nuoseklusis ir untinis. Naudodami nuoseklj ommetr, rezistori Rx. kurio var norime imatuoti, jungiame nuosekliai su srovs matuokliu. Kai ommetras yra untinis, rezistori, kurio var matuojame, jungiame lygiagreiai su srovs matuokliu. Abiej ommetr principins schemos pateiktos 33 paveiksle.

33 pav. Nuoseklusis (a) ir untinis (b) ommetras Utrumpinant nuosekliojo ommetro gnybtus, pasiekiama, kad matuojamojo elemento vara bt lygi nuliui. Tuo metu ampermetras rodo didiausi srovs stiprio vert. Derinimo rezistoriumi Rd galima nustatyti prietais taip, kad rodykl nukrypt per vis skal. itaip sukalibravus nuoseklj ommetr, nesunku testuoti nutrkusias (prietaiso rodykl nejuda i vietos) ir utrumpinta 48

(prietaiso rodykl nukrypsta iki galo) grandines. Tarpins skals padtys, sugraduotos omais, atitinka matuojamo elemento var. Maoms rezistori varoms tiksliai matuoti geriau tinka untinis ommetras. Naudojant j, neinomos varos rezistorius jungiamas lygiagreiai su srovs matuokliu. Taip baterijos slygojama grandins srov akojasi dvi dalis: viena dedamoji teka matuokliu, o kita - per lygiagreiai prijungtu rezistoriumi. Utrumpinus jimo gnybtus, pasiekiama, kad matuokliu srov netekt ir prietaiso rodykl nenukrypt. Taigi tokio prietaiso rodykls nulinis nuokrypis rodo trumpj testuojamos grandins jungim. Jei grandin nutrkusi, jos vara yra be galo didel ir visa srov teka srovs matuokliu. Prietaiso rodykl nukrypsta labiausiai, o rezistoriumi Rd galima sureguliuoti prietais taip, kad is didiausias nuokrypis atitikt vis skal. Kai rezistoriaus var reikia imatuoti ypa tiksliai, naudojami Vitstono (Wheatstone) tilteliai. Tokio tiltelio schema pateikta 34 paveiksle. Tiltel sudaro keturi rombu sujungti rezistoriai. Vienas i j yra neinomos varos, kuri reikia imatuoti. Prie dviej prieing rombo virni prijungiamas maitinimo altinis, o prie kit dviej virni - galvanometras. Galvanometro rodykl turi turti su vidurinija neutrali padt.

34 pav. Vitstono tiltelio schema. Rezistoriaus Rx vara matuojama tiltelio balanso slygomis. Derinimo rezistoriumi R3 balansas pasiekiamas, kai galvanometro grandine srov neteka ir jo rodykl yra vidurinje padtyje. Tada R R RX = 2 3 R13.3.3. Elektrins galios matavimas

Remiantis nuolatins srovs grandins galios iraika P = U I, gali galima apskaiiuoti imatavus grandine tekanios srovs stipr ir maitinimo tamp. Taiau gali galima matuoti ir tiesiogiai, naudojant specialius prietaisus - vatmetrus. Abiej matavimo bd schemos pateiktos 35 paveiksle.

35 pav. Galios matavimo elektrinje grandinje schemos: a) naudojant ampermetr ir voltmetr; b) naudojant vatmetr. Vatmetro tampos gnybtai prijungiami prie altinio gnybt taip pat, kaip voltmetras, o srovs rit jungiama grandin nuosekliai taip pat, kaip ampermetras. jung vatmetr kintamosios srovs grandin, imatuosime tik imtuvo vartojam gali P: P = U I cos.

49

3.3.4. Universalieji matuokliai

Kaip jau minjome, trys da