Politechnika WrocawskaInstytut Maszyn, Napdw i Pomiarw
Elektrycznych
Materia ilustracyjnydo przedmiotu
ELEKTROTECHNIKA(Cz. 1)
Prowadzcy:
Dr in. Piotr Zieliski (I-29, A10 p.408, tel. 320-32 29)
Wrocaw 2004/5
Elektrotechnika
Opis kursu
Przedmiot rozpoczyna si ugruntowaniem podstawowych poj i praw elektrotechniki, oraz metod analizy obwodw prdu staego i przemiennego.
W drugiej czci przedmiotu omawiane snajwaniejsze, z punktu widzenia inyniera mechanika, praktyczne aplikacje poznanych praw - transformatory, maszyny elektryczne prdu staego i przemiennego (ze szczeglnym uwzgldnieniem silnikw indukcyjnych) oraz zasady bezpiecznego korzystania z energii elektrycznej.
Elektrotechnika (tematyka kursu) Podstawowe pojcia i prawa elektrotechniki Obwody elektryczne prdu staego metody rozwizywania. Elektromagnetyzm podstawowe zalenoci, materiay ferromagnetyczne, obwody magnetyczne. Zjawisko indukcji elektromagnetycznej, indukcyjno wasna, wzajemna. Przemiany energii z udziaem energii elektrycznej i mechanicznej podstawowe prawa i zalenoci. Prd przemienny - elementy R,L,C w obwodach prdu sinusoidalnego. Obwody rezonansowe, kompensacja mocy biernej, filtry. Obwody prdu trjfazowego zastosowania, metody analizy. Transformatory budowa, zasada dziaania i analiza pracy. Rodzaje transformatorw i ich zastosowania, transformatory specjalne. Silniki indukcyjne rodzaje budowy, zasada dziaania. Rodzaje pracy silnikw indukcyjnych, charakterystyki robocze, rozruch, hamowanie, regulacja prdkoci, zastosowania. Maszyny synchroniczne budowa, zasada dziaania, zastosowania. Maszyny prdu staego budowa, zasada dziaania. Rodzaje pracy silnikw prdu staego, charakterystyki robocze, rozruch, hamowanie i regulacja prdkoci, zastosowania. Maszyny elektryczne specjalne: silniki wykonawcze, skokowe, liniowe, siowniki budowa, zastosowania. Przesy i rozdzia energii elektrycznej. Zasilanie zakadw przemysowych i stanowisk pracy. Zabezpieczenia urzdze elektrycznych, rodki ochrony przeciwporaeniowej.
Literatura
Literatura podstawowa1. Elektrotechnika, skrypt Pol.Wr. pod redakcj P. Zieliskiego (1990).
2. Elektrotechnika dla nieelektrykw. wiczenia laboratoryjne, Zbir zada, skrypt Pol.Wr. pod redakcj P. Zieliskiego (2000).
3. Elektrotechnika i elektronika dla nieelektrykw. Podrczniki akademickie, praca zbiorowa, WNT 1999.
Literatura uzupeniajca1. B. Miedziski: Elektrotechnika. Podstawy i instalacje elektryczne,
PWN 2000.
2. E. Koziej, B. Socho: Elektrotechnika i elektronika. PWN 1986.
Warunki zaliczenia
zaliczenie testw pisemnych,
zaliczenie wicze laboratoryjnych.
Prowadzcy:Dr in. Piotr Zieliski (I-29, A10 p.408, tel. 320-32 29)
Konsultacje: rody 11.15 13.00
Pitki 9.15 12.00
ELEKTROTECHNIKA - POJCIA PODSTAWOWE
adunek elektryczny
Napicie elektryczne
Pojemno elektryczna
Prd elektryczny
Podstawowe prawa obwodw elektrycznych
adunek elektryczny (Q)
adunek elementarny
adunek elektronu (elementarny adunek ujemny) -1,6 10-19 C
adunek protonu (elementarny adunek dodatni) +1,6 10-19 C
Jednostka adunku - 1Coulomb 1C=1A 1s
Noniki adunku elektrycznego:
elektrony swobodne
jony dodatnie (atom lub czsteczka pozbawiona elektronu)
jony ujemne (atom lub czsteczka z doczonym elektronem)
Pole elektrostatyczne
Pole elektrostatyczne - przestrze wok nieruchomego adunku.
W polu elektrostatycznym na wprowadzone tam adunki dziaaj siy.
Siy dziaajce midzy dwoma adunkami punktowymi Q1 i Q2 odlegymi
o r [m] mona obliczy na podstawie prawa Coulomba:
221
4 rQQF
= Q1 Q2F Fr
gdzie: - przenikalno elektryczna orodka
o - przenikalno elektryczna prni wynosi 8.85 10-12 A s /V m
Napicie elektryczne
Napicie elektryczne midzy dwoma punktami UAB- jest to stosunek pracy A, wykonanej przy transporcie midzy tymi
punktami adunku Q , do wartoci tego adunku.
QAU AB
def
AB =ABQ
+
+
Q
[ ][ ]
[ ][ ][ ]
11
111
VJ
A sW sA s
= =
Uwaga! Warto pracy AAB nie zaley od ksztatu drogi
jak adunek jest transportowany midzy punktami A i B.
Jednostk napicia elektrycznego jest 1V (wolt)
Napicie jako rnica potencjawPotencja elektryczny danego punktu VA - jest to stosunek pracy A, wykonanej przy transporcie adunku Q z tego punktu do nieskoczonoci,do wartoci tego adunku.
A
BQ+
QAAdef
A=V
BABA
AB VVQAA
U =+
=
Pojemno elektryczna ( C )
Pojemno kondensatora jest to stosunek adunku Q zgromadzonego na jego okadkach pod wpywem przyoonego napicia U, do wartoci tego napicia.
]F[UQC
def=
Podstawow jednostk pojemnoci jest 1F (farad).
Praktyczne jednostki pochodne to: 1F = 10-6 F; 1nF = 10-9 F; 1pF = 10-12 F
CS
d=
Pojemno kondensatora zaley od jegoparametrw konstrukcyjnych i jest rwna:
d
S - przenikalno dielektryka
S - powierzchnia okadek
d - odlego midzy okadkami
Prd elektryczny
Prd elektryczny to uporzdkowany ruch adunku elektrycznego.
Natenie prdu elektrycznego -
Natenie prdu staego -(niezmiennego w czasie)
[ ]Adtdqi
def=
[ ]I Qt
A=
Definicja 1 ampera1 amper jest nateniem prdu elektrycznego nie ulegajcego adnym zmianom, ktry przepywajc w dwch rwnolegych, prostoliniowych przewodach o nieskoczonej dugoci i znikomo maym przekroju poprzecznym, umieszczonych w prni w odlegoci 1m od siebie, wytwarza midzy tymi przewodami si rwn 210-7 N na kady 1 metr dugoci przewodu.
Gsto prdu (J)
J
I
S
SIJ =
[J]=1A/m2
Praktyczn jednostk gstoci prdu jest 1A/mm2
Spotykane wartoci gstoci prdu w przewodach instalacji elektrycznych oraz uzwojeniach maszyn i urzdze elektrycznych wynosz - w zalenoci od zastosowanej izolacji, rodzaju pracy i sposobu chodzenia - od 2 do 20 A/mm2.
Zjawiska towarzyszce przepywowi prdu elektrycznego
powstawanie pola magnetycznego,
oddziaywania dynamiczne na przewd
z prdem umieszczony w polu magnetycznym,
zjawiska cieplne ,
wymiana materii (w elektrolitach).
Obwd elektryczny - Prawo OhmaI
UodbUr RodbDroga zamknita, wzdu ktrej
pynie prd elektryczny, zwana jestobwodem elektrycznym.
Prawo Ohma [ ]== RconstI
U
R rezystancja (oporno)
Rezystancja - KonduktancjaR rezystancja przewodnika
l dugo
S przekrj poprzeczny
rezystywno [ m] (oporno waciwa)
konduktywno
[ ]Rl
S=
[ ]RlS
=
Konduktywno (przewodno waciwa)[ ]
= 1 1S m
[ ]GR
S=1
(simens)Konduktancja (przewodno)
Zaleno rezystancji od temperatury
R R= +20 201( ) 20 - temperaturowy wspczynnik rezystancji [1/oC]
- przyrost temperatury w stosunku do 20oC
20 (1/oC) dla rnych materiaw:
aluminium - 0,0041
mied 0,0039
konstantan 0,00003 (stop Cu,Mn,Ni)
Zjawisko zalenoci rezystancji od temperatury jest wykorzystywane w pomiarach temperatury. Tam, gdzie zjawisko to jest niepodane, stosuje
si materiay o moliwie maym temperaturowym wspczynniku rezystancji.
Obwody prdu elektrycznegoObwd elektryczny to ukad poczonych ze sob elementw czynnych (rde napicia, rde prdu) i elementw pasywnych (odbiornikw).
nierozgaziony rozgaziony
I
UodbUr RodbR1
R4
R6R5
R3
R2
E3E2E1
I1
I5
I3
I4
I2I6
Elementy obwodw :ga - zbir szeregowo poczonych elementwwze - punkt poczenia minimum trzech gazioczko - zbir poczonych ze sob gazi tworzcych
obwd zamknity
I prawo Kirchhoffa:
054321 =++ IIIIII1
I2
I4 I5
I3
01
==
n
kkI
Algebraiczna suma prdw zbiegajcych si w wle rwna si zero.
II prawo Kirchhoffa:
I2R2
I4R4
I3R3
I1R1
E2E1 I4
I3
I2
I1
02224433111 =+ RIERIRIRIE
0),(1,
==
l
n
lkk UE
W obwodzie zamknitym, algebraiczna suma napirdowych i odbiornikowych jest rwna zero.
Obliczanie obwodw elektrycznych
Szeregowe czenie rezystancji
R1 R2 R3 +++= 321 RRRRz
Rwnolege czenie rezystancji
+++=321
1111RRRRzR1 R2 R3
+++= 321 GGGGz
Praca i moc prdu elektrycznego
Z definicji napicia i prdu:
Dla staych wartoci napicia i prdu, wyraenia na prac i moc przyjmuj posta:
dqudA =dtidq = MocMoc
=t
dtiuA0
tIUA =
iudtdAp == IUP =
[W s ; J][W s ; J]Praca
Moc [W][W]
Praca i moc odbiornika
E1
I
Rodb Uodb=I Rodb
Moc odbiornika Praca odbiornika (prawo Joulea)
tIUA odbodb =IUP odbodb =
odbodb RIP2= tRIA odbodb
2=
odb
odbodb R
UP2
= tRUA
odb
odbodb
2
=
Elektromagnetyzm
Podstawowe zjawiska elektromagnetyzmu:
+Qv
H, B
Poruszajcy si adunek elektryczny Q generuje
pole magnetyczne.
+Q v
B
FNa adunek elektryczny poruszajcy si w polu magnetycznym dziaa
sia.
Wielkoci charakteryzujce pole magnetyczne w danym punkcie
Natenie pola magnetycznego ( H ) -- jego warto zaley od konfiguracji obwodw elektrycznych i wartoci prdw w
nich pyncych, ktre generuj pole magnetyczne.
Indukcja magnetyczna ( B )-jej warto zaley od wartoci natenia pola H oraz od waciwoci orodkaw danym punkcie (przenikalnoci magnetycznej ).
=mA
