Politechnika Wrocławska Instytut Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych. Materiał ilustracyjny do przedmiotu. (Cz. 1)

Podobne dokumenty
Politechnika Wrocławska Instytut Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych. Materiał ilustracyjny do przedmiotu. (Cz. 1)

Podstawy elektrotechniki V1. Na potrzeby wykładu z Projektowania systemów pomiarowych

ELEKTRONIKA ELM001551W

Zbiór wielkości fizycznych obejmujący wszystkie lub tylko niektóre dziedziny fizyki.

Ć wiczenie 2 POMIARY REZYSTANCJI, INDUKCYJNOŚCI I POJEMNOŚCI

Dielektryki polaryzację dielektryka Dipole trwałe Dipole indukowane Polaryzacja kryształów jonowych

POLE MAGNETYCZNE Własności pola magnetycznego. Źródła pola magnetycznego

Pole elektromagnetyczne

Własność ciała lub cecha zjawiska fizycznego, którą można zmierzyć, np. napięcie elektryczne, siła, masa, czas, długość itp.

Wymagania edukacyjne: Elektrotechnika i elektronika. Klasa: 1Tc TECHNIK MECHATRONIK. Ilość godzin: 4. Wykonała: Beata Sedivy

Elektryczne właściwości materii. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W10) Szkoły Policealnej Zawodowej.

Pole przepływowe prądu stałego

Materiały pomocnicze 10 do zajęć wyrównawczych z Fizyki dla Inżynierii i Gospodarki Wodnej

MAGNETYZM. PRĄD PRZEMIENNY

Wykład 14: Indukcja cz.2.

Technik mechatronik modułowy

Indukcja magnetyczna pola wokół przewodnika z prądem. dr inż. Romuald Kędzierski

Prąd elektryczny 1/37

Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki. Opracował: Mgr inż. Marek Staude

cz. 2. dr inż. Zbigniew Szklarski

Elektrostatyka ŁADUNEK. Ładunek elektryczny. Dr PPotera wyklady fizyka dosw st podypl. n p. Cząstka α

POLE ELEKTRYCZNE PRAWO COULOMBA

FIZYKA 2. Janusz Andrzejewski

Prąd elektryczny - przepływ ładunku

Elektrotechnika Electrical Engineering

12.7 Sprawdzenie wiadomości 225

Rozkład materiału nauczania

Rozkład materiału i wymagania edukacyjne na poszczególne oceny z fizyki i astronomii dla klasy II TE, IITI, II TM w roku szkolnym 2012/2013

Indukcja elektromagnetyczna. Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Elementy elektrotechniki i elektroniki dla wydziałów chemicznych / Zdzisław Gientkowski. Bydgoszcz, Spis treści

Wyznaczanie przenikalności magnetycznej i krzywej histerezy

Metodę poprawnie mierzonego prądu powinno się stosować do pomiaru dużych rezystancji, tzn. wielokrotnie większych od rezystancji amperomierza: (4)

Szczegółowe kryteria oceniania z fizyki w gimnazjum kl. II

Zbiór wielkości fizycznych obejmujący wszystkie lub tylko niektóre dziedziny fizyki.

Elektryczne właściwości materiałów. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W12) Kwalifikacyjnego kursu zawodowego.

Obwodem elektrycznym nazywamy zespół połączonych ze sobą elementów, umożliwiający zamknięty obieg prądu.

Wykład 8 ELEKTROMAGNETYZM

FIZYKA 2. Janusz Andrzejewski

Podstawy fizyki sezon 2 3. Prąd elektryczny

Pole magnetyczne. Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

STAŁY PRĄD ELEKTRYCZNY

I. KARTA PRZEDMIOTU CEL PRZEDMIOTU

Pracownia fizyczna i elektroniczna. Wykład lutego Krzysztof Korona

Ładunek elektryczny. Ładunek elektryczny jedna z własności cząstek elementarnych

Podstawy Elektroniki i Elektrotechniki

Wykład V OBWODY MAGNETYCZNE PRĄDU STAŁEGO

1 K A T E D R A F I ZYKI S T O S O W AN E J

Obwody prądu zmiennego

Podstawy fizyki sezon 2 3. Prąd elektryczny

Wykład 14: Indukcja. Dr inż. Zbigniew Szklarski. Katedra Elektroniki, paw. C-1, pok

Pole elektrostatyczne

Podstawy fizyki wykład 8

Indukcja wzajemna. Transformator. dr inż. Romuald Kędzierski

KONKURS FIZYCZNY CZĘŚĆ 3. Opracowanie Agnieszka Janusz-Szczytyńska

Lekcja 40. Obraz graficzny pola elektrycznego.

Momentem dipolowym ładunków +q i q oddalonych o 2a (dipola) nazwamy wektor skierowany od q do +q i o wartości:

ver magnetyzm

Wykładowca: dr inż. Mirosław Mizan - Wydz. Elektrotechniki i Automatyki, Katedra Elektrotechniki Teoretycznej i Informatyki

MiBM_E_1/1 Elektrotechnika Electrical Engineering

Wykład 15: Indukcja. Dr inż. Zbigniew Szklarski. Katedra Elektroniki, paw. C-1, pok

Elektrodynamika Część 6 Elektrodynamika Ryszard Tanaś Zakład Optyki Nieliniowej, UAM

Pytania podstawowe dla studentów studiów I-go stopnia kierunku Elektrotechnika VI Komisji egzaminów dyplomowych

Pole magnetyczne. Magnes wytwarza wektorowe pole magnetyczne we wszystkich punktach otaczającego go przestrzeni.

Strumień Prawo Gaussa Rozkład ładunku Płaszczyzna Płaszczyzny Prawo Gaussa i jego zastosowanie

Ćwiczenie 4 WYZNACZANIE INDUKCYJNOŚCI WŁASNEJ I WZAJEMNEJ

Badanie transformatora

Podstawy fizyki sezon 2 5. Pole magnetyczne II

Pole magnetyczne Ziemi. Pole magnetyczne przewodnika z prądem

Fizyka 2 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

POLE MAGNETYCZNE W PRÓŻNI

Lekcja 5. Temat: Prawo Ohma dla części i całego obwodu

AiR_E_1/1 Elektrotechnika Electrical Engineering

MAGNETYZM, INDUKCJA ELEKTROMAGNETYCZNA. Zadania MODUŁ 11 FIZYKA ZAKRES ROZSZERZONY

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z FIZYKI

Natężenie prądu elektrycznego

Wykłady z Fizyki. Magnetyzm

Spis treści 3. Spis treści

RÓWNANIA MAXWELLA. Czy pole magnetyczne może stać się źródłem pola elektrycznego? Czy pole elektryczne może stać się źródłem pola magnetycznego?

Prowadzący zajęcia. dr inŝ. Ryszard MAŃCZAK

Kolokwium 2. Środa 14 czerwca. Zasady takie jak na pierwszym kolokwium

INSTRUKCJA LABORATORIUM ELEKTROTECHNIKI BADANIE TRANSFORMATORA. Autor: Grzegorz Lenc, Strona 1/11

Pojęcie ładunku elektrycznego

Fizyka współczesna. Zmienne pole magnetyczne a prąd. Zjawisko indukcji elektromagnetycznej Powstawanie prądu w wyniku zmian pola magnetycznego

Pracownia fizyczna i elektroniczna. Wykład 1. 9 marca Krzysztof Korona

Wykład FIZYKA II. 2. Prąd elektryczny. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

26 MAGNETYZM. Włodzimierz Wolczyński. Indukcja magnetyczna a natężenie pola magnetycznego. Wirowe pole magnetyczne wokół przewodnika prostoliniowego

Podstawy fizyki sezon 2 2. Elektrostatyka 2

Plan Zajęć. Ćwiczenia rachunkowe

Elektrostatyka. mgr inż. Grzegorz Strzeszewski. 20 kwietnia 2013 r. ZespółSzkółnr2wWyszkowie. mgr inż. Grzegorz Strzeszewski Elektrostatyka

Dielektryki i Magnetyki

FIZYKA 2. Janusz Andrzejewski

Pytania podstawowe dla studentów studiów I-go stopnia kierunku Elektrotechnika VI Komisji egzaminów dyplomowych

Elektrodynamika. Część 6. Elektrodynamika. Ryszard Tanaś. Zakład Optyki Nieliniowej, UAM

INDUKCJA ELEKTROMAGNETYCZNA

Warunki uzyskania oceny wyższej niż przewidywana ocena końcowa.

Wyznaczanie stosunku e/m elektronu

Czym jest prąd elektryczny

Indukcyjność. Autorzy: Zbigniew Kąkol Kamil Kutorasiński

Transkrypt:

Prowadzący: Politechnika Wrocławska nstytut Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Materiał ilustracyjny do przedmiotu ELEKTROTECHNKA (Cz. 1) Dr inż. Piotr Zieliński (-29, A10 p.408, tel. 320-32 29) Wrocław 2004/5

Elektrotechnika Opis kursu Przedmiot rozpoczyna się ugruntowaniem podstawowych pojęć i praw elektrotechniki, oraz metod analizy obwodów prądu stałego i przemiennego. W drugiej części przedmiotu omawiane są najważniejsze, z punktu widzenia inżyniera mechanika, praktyczne aplikacje poznanych praw - transformatory, maszyny elektryczne prądu stałego i przemiennego (ze szczególnym uwzględnieniem silników indukcyjnych) oraz zasady bezpiecznego korzystania z energii elektrycznej.

Elektrotechnika (tematyka kursu) Podstawowe pojęcia i prawa elektrotechniki Obwody elektryczne prądu stałego metody rozwiązywania. Elektromagnetyzm podstawowe zależności, materiały ferromagnetyczne, obwody magnetyczne. Zjawisko indukcji elektromagnetycznej, indukcyjność własna, wzajemna. Przemiany energii z udziałem energii elektrycznej i mechanicznej podstawowe prawa i zależności. Prąd przemienny - elementy R,L,C w obwodach prądu sinusoidalnego. Obwody rezonansowe, kompensacja mocy biernej, filtry. Obwody prądu trójfazowego zastosowania, metody analizy. Transformatory budowa, zasada działania i analiza pracy. Rodzaje transformatorów i ich zastosowania, transformatory specjalne. Silniki indukcyjne rodzaje budowy, zasada działania. Rodzaje pracy silników indukcyjnych, charakterystyki robocze, rozruch, hamowanie, regulacja prędkości, zastosowania. Maszyny synchroniczne budowa, zasada działania, zastosowania. Maszyny prądu stałego budowa, zasada działania. Rodzaje pracy silników prądu stałego, charakterystyki robocze, rozruch, hamowanie i regulacja prędkości, zastosowania. Maszyny elektryczne specjalne: silniki wykonawcze, skokowe, liniowe, siłowniki budowa, zastosowania. Przesył i rozdział energii elektrycznej. Zasilanie zakładów przemysłowych i stanowisk pracy. Zabezpieczenia urządzeń elektrycznych, środki ochrony przeciwporażeniowej.

Literatura Literatura podstawowa 1. Elektrotechnika, skrypt Pol.Wr. pod redakcją P. Zielińskiego (1990). 2. Elektrotechnika dla nieelektryków. Ćwiczenia laboratoryjne, Zbiór zadań, skrypt Pol.Wr. pod redakcją P. Zielińskiego (2000). 3. Elektrotechnika i elektronika dla nieelektryków. Podręczniki akademickie, praca zbiorowa, WNT 1999. Literatura uzupełniająca 1. B. Miedziński: Elektrotechnika. Podstawy i instalacje elektryczne, PWN 2000. 2. E. Koziej, B. Sochoń: Elektrotechnika i elektronika. PWN 1986.

Warunki zaliczenia zaliczenie testów pisemnych, zaliczenie ćwiczeń laboratoryjnych. Prowadzący: Dr inż. Piotr Zieliński (-29, A10 p.408, tel. 320-32 29) Konsultacje: Środy 11.15 13.00 Piątki 9.15 12.00

ELEKTROTECHNKA - POJĘCA PODSTAWOWE Ładunek elektryczny Napięcie elektryczne Pojemność elektryczna Prąd elektryczny Podstawowe prawa obwodów elektrycznych

Ładunek elektryczny (Q) Ładunek elementarny Ładunek elektronu (elementarny ładunek ujemny) -1,6 10-19 C Ładunek protonu (elementarny ładunek dodatni) +1,6 10-19 C Jednostka ładunku - 1Coulomb 1C1A 1s Nośniki ładunku elektrycznego: elektrony swobodne jony dodatnie (atom lub cząsteczka pozbawiona elektronu) jony ujemne (atom lub cząsteczka z dołączonym elektronem)

Pole elektrostatyczne Pole elektrostatyczne -przestrzeń wokół nieruchomego ładunku. W polu elektrostatycznym na wprowadzone tam ładunki działają siły. Siły działające między dwoma ładunkami punktowymi Q 1 i Q 2 odległymi o r [m] można obliczyć na podstawie prawa Coulomba: F Q Q 1 4π ε r 2 2 Q 1 F F Q 2 r gdzie: ε -przenikalność elektryczna ośrodka ε o - przenikalność elektryczna próżni wynosi 8.85 10-12 A s /V m

Napięcie elektryczne Napięcie elektryczne między dwoma punktami U AB - jest to stosunek pracy A, wykonanej przy transporcie między tymi punktami ładunku Q, do wartości tego ładunku. A Q + Q + B U def AB A Q AB Uwaga! Wartość pracy A AB nie zależy od kształtu drogi jakąładunek jest transportowany między punktami A i B. Jednostką napięcia elektrycznego jest 1V (wolt) [ 1V ] [ 1J] [ 1As] [ 1Ws] [ 1As]

Napięcie jako różnica potencjałów Potencjał elektryczny danego punktu V A - jest to stosunek pracy A, wykonanej przy transporcie ładunku Q z tego punktu do nieskończoności, do wartości tego ładunku. V A def A A Q Q + B A U AB A A + Q A B V A V B

Pojemność elektryczna ( C ) Pojemność kondensatora jest to stosunek ładunku Q zgromadzonego na jego okładkach pod wpływem przyłożonego napięcia U, do wartości tego napięcia. C def Q U [F] Podstawową jednostką pojemności jest 1F (farad). Praktyczne jednostki pochodne to: 1µF 10-6 F; 1nF 10-9 F; 1pF 10-12 F Pojemność kondensatora zależy od jego parametrów konstrukcyjnych i jest równa: d S ε ε - przenikalność dielektryka S - powierzchnia okładek d -odległość między okładkami C ε d S

Prąd elektryczny Prąd elektryczny to uporządkowany ruch ładunku elektrycznego. Natężenie prądu elektrycznego - i def dq dt [ A] Natężenie prądu stałego - (niezmiennego w czasie) Q t A [ ] Definicja 1 ampera 1 amper jest natężeniem prądu elektrycznego nie ulegającego żadnym zmianom, który przepływając w dwóch równoległych, prostoliniowych przewodach o nieskończonej długości i znikomo małym przekroju poprzecznym, umieszczonych w próżni w odległości 1m od siebie, wytwarza między tymi przewodami siłę równą 2 10-7 N na każdy 1 metr długości przewodu.

Gęstość prądu (J) S J J S [J]1A/m 2 Praktyczną jednostką gęstości prądu jest 1A/mm 2 Spotykane wartości gęstości prądu w przewodach instalacji elektrycznych oraz uzwojeniach maszyn i urządzeń elektrycznych wynoszą - w zależności od zastosowanej izolacji, rodzaju pracy i sposobu chłodzenia - od 2 do 20 A/mm 2.

Zjawiska towarzyszące przepływowi prądu elektrycznego powstawanie pola magnetycznego, oddziaływania dynamiczne na przewód z prądem umieszczony w polu magnetycznym, zjawiska cieplne, wymiana materii (w elektrolitach).

Obwód elektryczny - Prawo Ohma Droga zamknięta, wzdłuż której płynie prąd elektryczny, zwana jest obwodem elektrycznym. U źr U odb R odb Prawo Ohma const R [ Ω] U R rezystancja (oporność)

Rezystancja - Konduktancja R R l ρ Ω S [ ] l Ω γ S [ ] R rezystancja przewodnika l długość S przekrój poprzeczny ρ rezystywność [Ω m] (oporność właściwa) γ konduktywność γ 1 1 ρ [ S m ] Konduktywność (przewodność właściwa) Konduktancja (przewodność) G 1 [ S] (simens) R

Zależność rezystancji od temperatury R 1 20 20 R + ( α ϑ) α 20 - temperaturowy współczynnik rezystancji [1/ o C] ϑ - przyrost temperatury w stosunku do 20 o C α 20 (1/oC) dla różnych materiałów: aluminium - 0,0041 miedź 0,0039 konstantan 0,00003 (stop Cu,Mn,Ni) Zjawisko zależności rezystancji od temperatury jest wykorzystywane w pomiarach temperatury. Tam, gdzie zjawisko to jest niepożądane, stosuje się materiały o możliwie małym temperaturowym współczynniku rezystancji.

Obwody prądu elektrycznego Obwód elektryczny to układ połączonych ze sobą elementów czynnych (źródeł napięcia, źródeł prądu) i elementów pasywnych (odbiorników). nierozgałęziony rozgałęziony 1 R3 3 R1 U źr U R odb odb R2 R5 R6 E1 2 E2 R4 E3 5 6 4 Elementy obwodów : gałąź - zbiór szeregowo połączonych elementów węzeł - punkt połączenia minimum trzech gałęzi oczko - zbiór połączonych ze sobą gałęzi tworzących obwód zamknięty

prawo Kirchhoffa: 2 1 2 3 + 4 + 5 0 1 3 4 5 n k 0 k 1 Algebraiczna suma prądów zbiegających się w węźle równa się zero.

prawo Kirchhoffa: 3R3 3 1R1 4R4 E 1 1R1 3R3 4R4 E2 + 2R2 0 E1 1 2R2 2 E2 4 n k, l 1 ( E k, U l ) 0 W obwodzie zamkniętym, algebraiczna suma napięć źródłowych i odbiornikowych jest równa zero.

Obliczanie obwodów elektrycznych Szeregowe łączenie rezystancji R 1 R 2 R 3 R + R + + R z 1 2 R3 Równoległe łączenie rezystancji 1 R z 1 R 1 + 1 R 2 + 1 R 3 + R 1 R 2 R 3 G z G1 + G2 + G3 +

Praca i moc prądu elektrycznego Z definicji napięcia i prądu: da u dq dq i dt Moc Dla stałych wartości napięcia i prądu, wyrażenia na pracę i moc przyjmują postać: Praca A t u i dt [W s ; J] A U t 0 Moc da p u i [W] P U dt

Praca i moc odbiornika E1 R odb U odb R odb P odb Moc odbiornika U odb Praca odbiornika (prawo Joule a) A odb U odb t P 2 A R t 2 odb R odb odb odb P odb 2 2 U U odb odb Aodb t R R odb odb

Elektromagnetyzm Podstawowe zjawiska elektromagnetyzmu: Poruszający się ładunek elektryczny Q generuje pole magnetyczne. +Q v H, B Na ładunek elektryczny poruszający się w polu magnetycznym działa siła. F +Q v B

Wielkości charakteryzujące pole magnetyczne w danym punkcie Natężenie pola magnetycznego ( H ) - -jego wartość zależy od konfiguracji obwodów elektrycznych i wartości prądów w nich płynących, które generują pole magnetyczne. dh dl 1 2 4π r r A m ndukcja magnetyczna ( B ) -jej wartość zależy od wartości natężenia pola H oraz od właściwości ośrodka w danym punkcie (przenikalności magnetycznej µ). dl r A dh A B µh Vs [ ; T 2 m ]

Właściwości magnetyczne ośrodka µ - przenikalność magnetyczna ośrodka µ B H Vs Am µ r - przenikalność względna ośrodka µ r µ µ 0 gdzie: µ o -przenikalność próżni (4 π 10-7 V s/a m) Rodzaje materiałów magnetycznych diamagnetyki - µ r < 1 (cynk, złoto, rtęć) paramagnetyki - µ r > 1 (platyna, pallad) ferromagnetyki - µ r >>1 (żelazo, nikiel, kobalt). Uwaga! Przenikalność magnetyczna ferromagnetyków jest wielkością nieliniową, i zależy od wartości indukcji magnetycznej w danym punkcie pola. µ f (B)

Strumień magnetyczny Strumień magnetyczny jest równy strumieniowi indukcji B przenikającemu daną powierzchnię. Φ ( S ) def [Ф] 1V s 1Wb (weber) B ds S S B ds Jeśli pole magn. jest jednorodne (B const) awektor B jest prostopadły do powierzchni S to strumień magnetyczny przenikający tę powierzchnię wynosi: Φ B S S B ndukcja magnetyczna jest często rozumiana jako powierzchniowa gęstość strumienia B Φ (S ) S

Prawo przepływu 2 1 dl H S H d l n k 1 k 3 4 Natężenie pola magnetycznego H w odległości r od prostoliniowego przewodu z prądem. + r H 2π r H

Oddziaływanie przewodów z prądem B;H F µ 1 2 2 πr l 1 F F 2 r Po uwzględnieniu: H 2π r H B µ Otrzymujemy: F B l 1 2

Siła działająca na ładunek elektryczny Siła działająca na ładunek poruszający się w polu magnetycznym F B +q v (siła Lorentza) F q( v B) Siła działająca na przewód z prądem w polu magnetycznym B F F ( l B) l

Reguła lewej dłoni F ( l B) Jeżeli lewą dłoń ustawimy w polu magnetycznym tak, że zwrot prądu w przewodzie pokrywa się ze zwrotem wyprostowanych czterech palców, a zwrot wektora indukcji magnetycznej jest skierowany ku dłoni, to kierunek i zwrot siły jest zgodny z odchylonym w płaszczyźnie dłoni kciukiem.

Obwody magnetyczne Pole magnetyczne wewnątrz toroidu Bśr, Hśr lśr µm H H dl H l śr śr śr śr l śr z θ 2π R śr z Sm Rśr θ B µ śr [A] gdzie: z liczba zwojów Q siła magnetomotoryczna (przepływ) z m H śr

Prawo Ohma dla obwodu magnetycznego lm Bśr, Hśr µm Φ B śr S m Sm Φ Φ Podstawiając θ µ l l µ m m m m S S m m R otrzymujemy wyrażenie zwane prawem Ohma dla obwodu magnetycznego w którym: R reluktancja (oporność magnetyczna - R m ) [AV -1 s -1 ] Φ θ R

Obwody magnetyczne złożone Obwód magnetyczny ze szczeliną powietrzną Schemat zastępczy Φ Φ Θ z R mfe z δ µ o R mδ µ Fe Φ R Fe θ + R δ