1. Obwody proste i rozgałęzione prądu stałego
Obwód elektryczny - układ źródeł prądu i napięcia, przewodów elektrycznych, przez które prąd może bez przerwy płynąć, oraz rozmaitych elementów obwodów elektrycznych elementów aktywnych lub pasywnych. Źródło napięcia – siła elektromotoryczna nie zależy od prądu przepływającego przez źródło. Obwód nierozgałęziony - jedna zamknięta droga dla przepływu prądu. Węzeł – punk połączenia 3 lub więcej gałęzi. Oczko – zbiór gałęzi wzdłuż zamkniętej drogi..
2. Pole elektryczne i podstawowe prawa
przestrzeń w otoczeniu ładunków, w której występują siły oddziaływań elektrycznych. Linie pola elektrycznego: krzywe, o których styczne w każdym punkcie pokrywają się z kierunkiem pola elektrycznego. Pole jednorodne - linie pola są równoległe, a wartość natężenia jest stała. Pole centralne - siły działają wzdłuż promienia.
* nigdzie się nie przecinają;
* wychodzą z ładunku + a schodzą się w ładunku - ;
* dla ładunków punktowych są to krzywe otwarte;
* są zawsze prostopadle do powierzchni;
* można je wystawić w każdym punkcie pola;
* im więcej linii, tym natężenie większe
Strumień pola elektromagnetycznego: miarą strumienia pola elektromagnetycznego jest liczba linii pola elektromagnetycznego przechodzącego przez daną powierzchnię: F=E*s*cos(E,s)
Prawo Coulomba: na ładunek umieszczony w polu wytworzonym przez inny ładunek punktowy Q znajdujący się w odległości r działa siła
Natężenie pola elektrycznego:
Prawo Gaussa: Strumień pola elektrycznego przez dowolną powierzchnię zamkniętą jest równy całkowitego ładunkowi zawartemu wewnątrz tej powierzchni podzielonemu przez stałą e0.
3. obwód z pojemnością zasilany prądem stałym – energia pola elektrycznego
Kondensator – celowo wykonany układ dwóch elektrod przedzielonych dielektrykiem, jeśli jedna okładzina połączona jest z z biegunem + a druga z – źródłą napięcia, to na jednej pojawi się ładunek +Q a na drugiej –Q, proporcjonalny do napięcia. C=Q/U [F] Farad – jeśli przy ładunki 1C U=1V. Pojemność -stosunek ładunku na elektrodzie do napięcia między elektrodami. Podczas ładowania kondensatora energia W zostaje w nim zmagazynowana w postaci energii pola elektrostatycznego. Jeśli między okładkami kondensatora jest napięcia u, to doprowadzenie ładunku dQ wymaga pracy dW=u dQ, całkując to wyrażenie (od u=0 do u=U) i podstawiając dQ=Cdu otrzymuje się wzór na energię kondensatora W=Q2/2C=U2C/2
4. Zjawisko indukcji elektromagnetycznej i indukcji własnej
Indukcja elektromagnetyczna – polega na indukowaniu się siły elektromotorycznej w przewodzie w zmiennym polu magnetycznym, lub poruszającym się w polu magnetycznym. E=lvB (l-długość v-prędkość prędkość B-indukcja).
Indukcja elektromagnetyczna jest obecnie podstawową metodą wytwarzania prądu elektrycznego oraz podstawą działania wielu urządzeń elektrycznych np: prądnic, alternatorów, generatorów w elektrowniach, transformatorów, pieców indukcyjnych, Silnik elektryczny asynchroniczny i mierników indukcyjnych, cewka, głowica elektromagnetyczna.
Samoindukcja polega na indukowaniu się SEM w obwodzie lub w cewce pod wpływem zmian natężenia prądu. . L- indukcyjność – zależy od liczby zwojów, kształtu i wymiarów. Cewka ma indukcyjność 1H jeśli zmiana natężenia o 1A/s spowoduje napięcie 1V.
5. pole magnetyczne – podstawowe prawa opisujące pole magnetyczne
Pole magnetyczne – w przestrzeni istnieje PM o indukcji B, jeżeli na ładunek punktowy q poruszający się w tej przestrzeni z prędkością v działa siła F. F=q(VxB)=I(lxB). 1[B] = 1Vs/m2=1T
Pole magnetyczne jest polem wektorowym, wielkości fizyczne używane do opisu pola magnetycznego to indukcja magnetyczna B oraz natężenie pola magnetycznego H, [H] = 1A/m. Kierunek pola określa ustawienie igły magnetycznej lub obwodu, w którym płynie prąd elektryczny.
Niektóre materiały magnetyczne, jak np. ferromagnetyki, wykazują istnienie stałego pola magnetycznego. Jego istnienie spowodowane jest przez ruch ładunków elektrycznych głównie elektronów w atomach takiego materiału.Pole magnetyczne kołowe jest to przestrzeń, której linie pola magnetycznego układają się we współśrodkowe okręgi. Pole takie jest wytwarzane przez prostoliniowy przewodnik. Indukcja magnetyczna takiego pola jest większa bliżej źródła.
Dwa równoległe, prostoliniowe, i bardzo długie przewody oddziaływają ze sobą siłą:
Prawo Gaussa: Całkowity strumień magnetyczny przechodzący przez powierzchnię zamkniętą równa się zeru (nie isnieją ładunki magnetyczne)
Prawo Ampera -
Prawo przepływu Całka liniowa natężenia pola magnetycznego po dowolnej zamkniętej drodze jest równa sumie natężeń prądów objętych drogą całkowania.
Gdy droga całkowania nie obejmuje przewodu z prądem, wartość całki równa jest zeru
6. obwód z indukcyjnością – energia pola magnetycznego
W cewce indukowana jest SEM E=-L dI/dt, skierowana przeciwnie do I (przeciwdziałająca przyrostowi natężenia prądu). Żeby zwiększyć więc moment elektromagnetyczny działający na twornik o N prętów wynosi: M=kFItw (k=pN/2pa – stała dla danej konstrukcji). Moment elektromagnetyczny jest proporcjonalny do iloczynu strumienia magnetycznego i natężenia prądu płynącego płynącego przez twornik
Prędkość obrotowa silnika prądu stałego jest przy danym napięciu zasilającym odwrotnie proporcjonalna do strumienia magnetycznego
Silnik bocznikowy: uzwojenie wzbudzenia jest podłączone równolegle do obwodu wirnika, prąd wzbudzenia reguluje rezystor regulacyjny, pracuje zazwyczaj przy stałej wartości prądu wzbudzenia (a więc stałym strumieniu).Podczas rozruchu silnik wytwarza moment rozruchowy, którego wartość zależy od wartości prądu w chwili włączenia silnika, SEM=0, więc prąd płynący przez uzwojenie jest zależny tylko od napięcia sieci i rezystancji twornika. Z powodu małej rezystancji wirnika prąd płynący w chwili rozruchu jest bardzo duży (ok. 20x wart znamionowej) – w celu ograniczenia go włącza siew obwór rezystory rozruchowe tak, aby prąd rozruchowy nie przekroczył 2x warto prądu znamionowego. W miarę narastania prędkości obrotowej z mniejszającego sieprądu należy stopniowo zmniejszać rezystancję.
Charakterystyka zewnętrzna - zależność prędkości obrotowej silnika od prądu twornika przy stałym napięciu zasilającym i stałym prądzie wzbudzenia. Przy dużych obciążeniach prędkość obrotowa nieznacznie wzrasta z powodu zmniejszania się strumienia magnetycznego.
Regulację prędkości obrotowej silnika bocznikowego możemy przeprowadzić przez: zmianę strumienia magnetycznego, zmianę rezystancji w obwodzie twornika, zmianę napięcia zasilającego. Zmianę wartości strumienia magnetycznego można uzyskać włączając rezystancję dodatkową do obwodu wzbudzenia. Tym sposobem możemy regulować prędkość w górę.
Włączenie rezystancji dodatkowej w obwód twornika pozwala uzyskać regulację prędkości w dół. ,.Wadą tego sposobu regulacji prędkości obrotowej są znaczne straty energii wydzielanej w postaci ciepła w oporniku dodatkowym.
Silnik szeregowy mprąd wzbudzenia równy jest prądowi twornika. Podczas zwiększania momentu obciążenia prędkość obrotowa ailnika znacznie maleje. Moment rozruchowy jest duży. Jego wadą jest skłonność do osiągania nadmiernej prędkości obrotowej podczas małych obciążeń, włączenie go na bieg jałowy grozi uszkodzenie.
stosowane są głównie w trakcji elektrycznej gdzie pracują sprzęgnięte na stałe z osią pojazdu w sposób nierozłączny. W silniku szeregowym uzwojenie wzbudzające i uzwojenie twornika połączone są szeregowo, tak więc strumień zmienia się proporcjonalnie do zmian obciążenia.
Charakterystyka zewnętrzna i charakterystyka momentu silnika szeregowego
szybki wzrost momentu przy wzroście prądu, co pozwala na zastosowanie go do pracy w warunkach dużych przeciążeń i ciężkich rozruchów poprzez regulację Rr od maksimum do zera osiągamy płynny wzrost prędkości obrotowej silnika od zera do wartości znamionowej.
Rozruchu silnika szeregowego dokonuje się przy obciążeniu, poprzez zmianę rezystancji rozrusznika Rr włączonego szeregowo z twornikiem. Wzrostowi rezystancji Rr odpowiada mniejsza prędkość obrotowa przy tym samym prądzie obciążenia. Regulację prędkości obrotowej w silniku szeregowym można przeprowadzać przez: zmianę strumienia magnetycznego.
Zmianę wartości strumienia magnetycznego osiąga się przez bocznikowanie uzwojenia wzbudzenia lub uzwojenia twornika silnika szeregowego. W pierwszym sposobie, po zbocznikowaniu, przez uzwojenie magnesujące płynie mniejszy prąd i w konsekwencji wzrasta prędkość obrotowa. Regulację prędkości przez zmianę napięcia zasilającego uzyskuje się przez zmianę napięcia w sieci zasilającej lub przez łączenie szeregowe bądź szeregowo-równoległe dwóch lub więcej mechanicznie ze sobą, sprzęgniętych silników
Silnik szeregowo – bocznikowy – ma 2 uzwojenia wzbudzenia, szeregowe i równoległe. Charakteryzuje się dużym momentem rozruchowym i pracą silnika podczas niskich obciążeń.12. rozruch i regulacja prędkości silników prądu stałego
W celu ograniczenia prądu wzbudzenia włącza się w obwód wirnika dodatkowe rezystory rozruchowe, mające kilka stopni rozruchowych. W miarę narastania prędkości obrotowej i zmniejszającego się prądu należy stopniowo zmniejszać wartość rezystancji
regulacja prędkości obrotowej
- zmiana napięcia zasilającego wirnik – niezbędne jest źródło prądu stałego o regulowanym napięciu
- zmiana rezystancji na tworniku – dodanie rezystorów do obwodu
- zmiana strumienia magnetycznego – zmniejszenie prądu prądu płynącego w obwodzie
13. transformator – budowa, zasada działania, wykresy wektorowe
TRANSFORMATOR – jest niewirującym urządzeniem elektrycznym służącym do przetwarzania energii elektrycznej prądu zmiennego z jednej wartości napięcia na inną wartość napięcia.
Straty histerezy - prąd sinusoidalnie zmienny powoduje w ciągu okresu 2-krotne przemagnesowienie rdzenia.Straty wiroprądowe powodują zmianę energii na ciepło. W celu zmniejszenia strat na prądy wirowe i histerezę magnetyczną, rdzeń transformatora jest wykonany z pakietu izolowanych blach stalowych nakrzemionych
BUDOWA TRANSFORMATORA
transformatory dwuuzwojeniowe i wielouzwojeniowe. Napięcia i prądy związane z uzwojeniem pierwotnym - pierwotne, z wtórnym- wtórne.
REGULACJA PRĘDKOŚCI OBROTOWEJ, HAMOWANIE SILNIKÓW
Zmiana liczby biegunów kilka niezależnych uzwojeń o różnych liczbach par biegunów lub jedno uzwojenie o przełączalnej liczbie par. tylko silniki klatkowe
Zmiana rezystancji w obwodzie wirnika - Dla silników pierścieniowych podobnie jak dla celów rozruchowych, dodatkowe rezystancji w obwód wirnika,spowodują spadek prądu wirniku, spadek powstającej siły elektrodynamicznej działającej na wirnik -spadek momentu i spadek prędkości obrotowej
Hamowanie przeciwprądowe: zmiana kierunku obrotów pola wirującego przez przełączenie dwóch dowolnych faz uzwojenia stojana. - prąd płynący w okresie hamowania przeciwprądem osiągnie znaczne wartości, większe nawet od prądu rozruchu bezpośredniego. Czas hamowania bardzo krótki i silnik po zatrzymaniu się, może zmienić kierunek wirowania.
Hamowanie prądem stałym: po odłączeniu uzwojenia stojana od sieci trójfazowej zostaje ono podłączone do źródła prądu stałego mniej skuteczne w porównaniu z hamowaniem przeciwprądem, ale łagodne i po osiągnięciu prędkości obrotowej równej zeru nie zachodzi zmiana kierunku wirowania. z sieci pobierana jest tylko energia potrzebna do wzbudzenia, znacznie mniejsza jest ilość ciepła wydzielanego w uzwojeniach 17. warunki współpracy silnika elektrycznego z maszyną roboczą, równanie momentów
Momenty oporowe:
Statyczne
-Momenty wytworzone przez człony robocze maszyny podczas wykonywania właściwej pracy
-Momenty spowodowane tarciem ruchomych części maszyny pracującej oraz stratami w przekładni
Dynamiczne
-Momenty wynikające ze zmiany energii kinetycznej ruchomej cześci napędu
Równowaga momentów wyraża się zależnością M=Mst+Md (M-elektromagnetyczny moment silnika napędowego) Md=(J/9.55)(dn/dt). Gdy prędkość jest stała, Md=0, M równoważy tylko Mst. Równowaga jest często zakłócana przez wahania napięcia w sieci, lub zmiany właściwości obrabianego materiału – jeśli moment silnika jest większy od Mst, nadmiar momentu powoduje przyspieszenie zespołu i na odwrót.
Równanie dynamiki pozwala na określenie – prędkości napedu w określonych warunkach pracy, czas trwania rozruchu i hamowania, wartość momentu rozwijanego przez silnik (znane są zależności M(n)-charakt silnika i Mst(n) – chartka. Maszyny napędzanej)
28. Dobór mocy silnika do pracy ciągłej, przerwanej, dorywczej i zmiennym obciążeniu.Obciążenie silnika przy pracy ciągłej może stale lub zmienne. Przy stalym należy wybrac silnik o takiej mocy znamionowej Pn,aby: Pn≥Pobc Przy zmiennym obciążeniu : 1)biorac pod uwage srednie obciążenie okresla się z pewnym zapasem moc silnika i z katalogu wybiera się silnik o zbliżonej mocy znamionowej 2)wykresla się wykres obciążeń napedu elektrycznego 3)korzystając z wykresu sprawdza się nagrzewanie i odpowiednie warunki rozruchu oraz krótkotrwałych przeciążeń wybranego silnika.
W praktyce stosuje się przybliżone metody sprawdzenie nagrzewania się silnika,z których najdokladniejsza jest metoda średnich strat. Podstaw tej met.jest zalozenie,ze temp.silnika nie przekracza wartości granicznej., jeśli spełniony jest warunek: ΔPsr≤ΔPn W praktyce znacznie czesciej uzywa się metody wyznaczania wielkości zastępczych: zastępczego pradu Iż, zastępczego momentu MZ lub zastępczej mocy Pz. Metody te SA mniej dokładne, lecz znacznie wygodniejsze. Metoda pradu zastępczego: Iż, który plynie stale przez silnik wydzielilby te sama ilość ciepla co zmienny prad rzeczywisty. czesciej stosuje się metode momentu zastępczego. Uzycie tej metody jest sluszne wtedy, gdy moment obrotowy silnika jest proporcjonalny do pradu. Warunek ten jest zachowany w silnikach bocznikowych pradu stalego. Najbardziej rozpowszechnione silniki indukcyjne klatkowe maja moment obrotowy także proporcjonalny do pradu, lecz jedynie na odcinku roboczej czesci charakterystyki mech. silnika.
21,LEONARDA UKŁAD, elektr. urządzenie napędowe składające się z silnika indukcyjnego, prądnicy bocznikowej, wzbudnicy i silnika bocznikowego; silnik indukcyjny, zasilany z sieci, napędza wzbudnicę i prądnicę bocznikową, ta zasila prądem stałym silnik bocznikowy, który z kolei napędza maszynę roboczą, przy czym jest możliwe ciągłe regulowanie prędkości obrotowej maszyny, zmiana kierunku jej wirowania oraz hamowania; układ Leonarda stosuje się gł. do napędzania dźwignic, walcarek, maszyn papierniczych, sterów na statkach itp.; zbud. 1893 przez amer. wynalazcę H.W. Leonarda. W nowocz. układach napędowych zespół silnik indukcyjny–prądnica bocznikowa jest zastępowany przez tyrystorowe układy prostownicze bądź zasilacze tranzystorowe.
Regulacja prędkości przez zmianę napięcia zasilającego twornik w układzie Leonadra. Składa się on z silnika prądu przemiennego Gp napędzanego prądnicą prądu stałego G, która z kolei zasila silnik prądu stałego M. o regulowanych obrotach. Prądnica i silnik mają wzbudzenie niezależne . Zmiana nastawienia i zwrotu prądu wzbudzenia IWG prądnicy zmienia wartość i zwrot napięcia U zasilającego silnik, co umożliwia płynną regulację prędkości obrotowej w szerokich granicach oraz zmianę kierunku obrotów silnika M
23. Dobór mocy silnika do pomp i wentylatorów.
P=k1VT S/60 PC=H*J, PC=PS+PTŁ+PT+PD
k1 -współczynnik szczelności,VT - objętość tłoka,PS - cisnienie ssania,PTŁ - ciśnienie tłoczeniaPT - ciśnienie tarcia,PD -ciśnienie dynamiczne
Pomopy rotodynamiczne Pp=Kz*(Qpc/ŋp)*10-3 [kN] Pp=a *h3
Wentylatory ,dmuchawy promieniste i osiowe
Pw=Kz * (Q*Pt)/(ŋw *ŋ *m) ,Pt=P+Pd ,P=Po*(G*To )/(bo *T)
...
vaette