7

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
MINISTERSTWO EDUKACJI
NARODOWEJ
Grzegorz Śmigielski
Stosowanie układów elektrycznych i elektronicznych oraz
układów sterowania i regulacji 311[05]O1.07
Poradnik dla ucznia
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2007

1
Recenzenci:
mgr inż. Michał Sylwestrzak
mgr inż. Andrzej Zych
Opracowanie redakcyjne:
mgr inż. Grzegorz Śmigielski
Konsultacja:
mgr inż. Henryk Stańczyk
Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 311[05]O1.07
„Stosowanie układów elektrycznych i elektronicznych oraz układów sterowania i regulacji”,
zawartego w modułowym programie nauczania dla zawodu technik budownictwa okrętowego.
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2007

2
SPIS TREŚCI
1. Wprowadzenie 3
2. Wymagania wstępne 5
3. Cele kształcenia 6
4. Materiał nauczania 7
4.1. Podstawy teorii obwodów elektrycznych 7
4.1.1. Materiał nauczania 7
4.1.2. Pytania sprawdzające 23
4.1.3. Ćwiczenia 23
4.1.4. Sprawdzian postępów 24
4.2. Maszyny elektryczne 25
4.3. Elementy i układy pneumatyczne oraz hydrauliczne 38
4.4. Podstawowe układy regulacji 55
5. Sprawdzian osiągnięć 59
6. Literatura 64

3
1. WPROWADZENIE
Poradnik ten będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy i umiejętności o sposobach
obsługi urządzeń elektrycznych i elektronicznych stosowanych na jednostkach pływających.
W poradniku zamieszczono:
– wymagania wstępne, czyli wykaz umiejętności, jakie powinieneś mieć już ukształtowane,
aby bez problemów opanować treści nauczania w ramach jednostki modułowej
„Stosowanie układów elektrycznych, układów sterowania i regulacji, elektronicznych
i automatyki” 311[05]O1.07,
– cele kształcenia, czyli wykaz umiejętności, jakie powinieneś nabyć podczas zajęć
w ramach tej jednostki modułowej,
– materiał nauczania, czyli niezbędne minimum wiadomości teoretycznych, wymaganych
do opanowania treści jednostki modułowej,
– zestaw zadań przydatny do sprawdzenia, czy już opanowałeś wymagane treści nauczania,
– ćwiczenia, podczas których będziesz doskonalił umiejętności praktyczne w oparciu
o wiedzę teoretyczną, zaczerpniętą z poradnika i innych źródeł,
– sprawdzian osiągnięć, czyli przykładowy zestaw zadań i pytań. Pozytywny wynik
sprawdzianu potwierdzi, że dobrze wykorzystałeś zajęcia i uzyskałeś niezbędną wiedzę
i umiejętności z zakresu tej jednostki modułowej,
– wykaz literatury uzupełniającej.
Poradnik zawiera materiał nauczania składający się z 4 rozdziałów:
– rozdział „Podstawy teorii obwodów elektrycznych”, pomoże Ci się zapoznać ze
zjawiskami i prawami elektrotechniki, przygotuje Cię do analizy prostych obwodów
elektrycznych,
– rozdział „Maszyny elektryczne” prezentuje budowę i zasadę działania podstawowych
maszyn elektrycznych,
– rozdział „Elementy i układy pneumatyczne oraz hydrauliczne” prezentuje najczęściej
stosowane pneumatyczne i hydrauliczne elementy i układy sterowanie,
– rozdział „Podstawowe układy regulacji”, na Ci pomóc zapoznać się z niektórymi układami
automatyki stosowanymi na jednostkach pływających.
Jeżeli będziesz miał trudności ze zrozumieniem tematu lub ćwiczenia, to poproś
nauczyciela lub instruktora o wyjaśnienie lub sprawdzenie, czy dobrze wykonujesz daną
czynność. Po przerobieniu materiału sprawdź swoje wiadomości wykonaj sprawdzian
z zakresu jednostki modułowej.

4
Schemat układu jednostek modułowych
311[05]O1
Podstawy zawodu
311[05]O1.01
Stosowanie przepisów bezpieczeństwa
i higieny pracy, ochrony przeciwpożarowej
oraz ochrony środowiska
311[05]O1.03
Odwzorowywanie części maszyn311[05]O1.04
Badanie materiałów stosowanych
w przemyśle okrętowym
311[05]O1.07
Stosowanie układów elektrycznych oraz
układów sterowania i regulacji
311[05]O1.06
Stosowanie podstawowych technik
wytwarzania elementów maszyn
311[05]O1.02
Wyznaczanie obciążeń i naprężeń
w elementach maszyn i urządzeń
311[05]O1.05
Wykonywanie pomiarów warsztatowych

5
2. WYMAGANIA WSTĘPNE
Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:
– korzystać z różnych źródeł informacji,
– stosować przepisy prawne dotyczące pracownika i pracodawcy w zakresie bezpieczeństwa
i higieny pracy,
– stosować podstawowe zasady higieny i fizjologii pracy,
– organizować bezpieczne i ergonomiczne stanowisko pracy,
– oceniać ryzyko zawodowe na stanowisku pracy,
– dobierać i stosować odzież ochronną oraz środki ochrony indywidualnej w zależności od
wykonywanych prac,
– stosować procedury udzielania pierwszej pomocy w stanach zagrożenia zdrowia i życia,
– stosować zasady bezpiecznej obsługi maszyn i urządzeń okrętowych,
– stosować zasady ochrony środowiska,
– korzystać z Polskich Norm, Kodeksu pracy oraz rozporządzeń dotyczących
bezpieczeństwa i higieny pracy oraz ochrony środowiska.

6
3. CELE KSZTAŁCENIA
W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:
– scharakteryzować rodzaje źródeł energii elektrycznej na lądzie i na statku,
– odczytać schematy prostych układów elektrycznych i elektronicznych,
– obliczyć podstawowe wielkości elektryczne, wykorzystując prawa elektrotechniki,
– połączyć układy elektryczne i elektroniczne zgodnie ze schematem,
– zmierzyć podstawowe wielkości elektryczne w obwodach prądu stałego i przemiennego,
– scharakteryzować typowe maszyny elektryczne,
– scharakteryzować podstawowe instalacje elektryczne i ich zabezpieczenia,
– wykonać prostą instalację oświetleniową i sprawdzić jej działanie,
– wyjaśnić działanie prostych układów elektronicznych na podstawie schematów,
– sprawdzić poprawność działania podstawowych układów elektronicznych,
– wyjaśnić działanie i zastosowanie elementów instalacji pneumatycznych, hydraulicznych
i elektrycznych,
– wyjaśnić działanie układów regulacji temperatury, poziomu i ciśnienia czynnika,
– wyjaśnić na podstawie schematów działanie wybranych układów sterowania
pneumatycznego i elektropneumatycznego oraz hydraulicznego i elektrohydraulicznego,
– zbudować i przetestować na podstawie schematu układy sterowania oraz układy
automatycznej regulacji,
– scharakteryzować wymagania dotyczące bezpiecznej eksploatacji instalacji i urządzeń
elektrycznych i ciśnieniowych,
– zastosować zasady bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony przeciwpożarowej i ochrony
środowiska.

7
4. MATERIAŁ NAUCZANIA
4.1. Podstawy teorii obwodów elektrycznych
4.1.1. Materiał nauczania
Prąd elektryczny
Prąd elektryczny jest to każdy uporządkowany (skierowany) ruch ładunków
elektrycznych. Wielkością opisującą prąd elektryczny jest natężenie prądu elektrycznego
I. Jednostką natężenia prądu elektrycznego w układzie SI jest amper [A]
Bardzo często określenie prąd elektryczny używa się zamiennie z pojęciem natężenia
prądu elektrycznego.
Uporządkowany ruch ładunków elektrycznych może wystąpić w niektórych ciałach
stałych, gazach i cieczach. Najczęściej powstaje pod wpływem pojawiającej się różnicy
potencjałów. Napięcie elektryczne jest różnicą potencjałów elektrycznych między dwoma
punktami obwodu elektrycznego lub pola elektrycznego. Napięcie elektryczne to stosunek
pracy wykonanej podczas przenoszenia ładunku między punktami, dla których określa się
napięcie do wartości tego ładunku. Jednostką napięcia jest wolt [V], a symbolem napięcia we
wzorach fizycznych jest U.
W przypadku źródła napięcia (prądu) elektrycznego jego najważniejszym parametrem jest
określenie zdolności źródła energii elektrycznej do wykonania określonej pracy.
Z czasem udało się ustalić i opisać najważniejsze prawa rządzące elektrycznością.
Georg Ohm odkrył, że prąd płynący w obwodzie jest wprost proporcjonalny do
przyłożonego napięcia, a odwrotnie proporcjonalny do rezystancji danego obwodu.
Gustav Kirchhoff sformułował dwa prawa. Pierwsze prawo brzmi: suma prądów
wpływających i wypływających z węzła jest równa zero.
Rys. 1. Wycięty fragment obwodu elektrycznego – węzeł
Dla węzła przedstawionego na rys. 1, zgodnie z I prawem Kirchhoffa możemy zapisać:
Drugie prawo Kirchhoffa dotyczy bilansu napięć w oczku obwodu
elektrycznego sformułowane jest następująco: w dowolnym oczku obwodu elektrycznego
suma napięć źródłowych oraz suma spadków napięć na odbiornikach rozpatrywanego oczka
jest równa zeru (podobnie jak dla pierwszego prawa Kirchhoffa należy dodać, że dla prądu
stałego wyznacza się sumę algebraiczną napięć i spadków napięć, natomiast dla prądu
zmiennego sumę geometryczną).
Na rys. 2 przedstawiono oczko pewnego obwodu elektrycznego mające cztery gałęzie.
Przyjmujemy dowolny zwrot obiegowy oczka, oznaczony strzałką umieszczoną wewnątrz
I2
I3
I4
I5
I1
54321 IIIII +=++
R
U
I =

8
oczka. Idąc kolejno od węzła, zgodnie z przyjętym zwrotem obiegowym oczka, podstawiamy
pod znak sumy w równaniu napięcia źródłowe z odpowiednim znakiem. Jeżeli strzałka zwrotu
napięcia źródłowego jest zgodna ze zwrotem obiegowym oczka, to napięcie źródłowe
bierzemy ze znakiem plus (+), jeżeli zaś przeciwna to ze znakiem minus (–).
Dla oczka z rys. 2 możemy zapisać: E1 – E2 – E3 – U1 + U2 + U3 – U4 = 0
Korzystając z prawa Ohma uzależniamy spadki napięcia od wielkości przepływających
prądów:
U1 = I1 × R1
i dalej: U2 = I2 × R2 U3=I3 × R3 U4 = I4 × R4
po podstawieniu otrzymujemy:
E1 – E2 – E3 – ( I1 × R1 + I2 × R2 + I3 × R3 – I4 × R4) = 0
Rys. 2. Wycięte oczko obwodu elektrycznego
Jeżeli prąd elektryczny w czasie nie ulega zmianie, to prąd taki nazywamy prądem stałym.
Do oznaczenia prądu stałego stosujemy wielką literę alfabetu I. Przebieg prądu stałego
przedstawiono na rys. 3b.
Jeżeli prąd elektryczny w czasie, zmienia swoją wartość, to prąd taki nazywamy prądem
zmiennym. Wartości prądu w określonej chwili nazywamy wartością chwilową prądu. Do
oznaczania wartości chwilowej prądu zmiennego stosujemy małą literę alfabetu i. Przykładowy
przebieg prąd zmiennego przedstawiono na rys. 3a.
a.
t [s]
i [A]
b.
t [s]
I [A]
Rys. 3. Przebiegi prądów w czasie: a) zmiennego (przemienny), b) stałego
E2
E3
R2
R3
R4
ΔU2
E1

9
Rys. 4. Przebiegi czasowe podstawowych rodzajów prądów elektrycznych.
Wśród prądów zmiennych Rys. 4. możemy rozróżnić prądy przemienne, w których nośniki
poruszają się raz w jedną stronę raz w drugą. Zmianę kierunku ruchu ładunków na przebiegach
czasowych oznacza się jako przejście wykresu przez oś czasu.
Tak więc znaczy to, że dla prądów przemiennych część przebiegu znajdować się będzie
nad osią czasu, część zaś pod nią. Prądy tętniące są to prądy, w których kierunek ruchu
ładunków jest stały, lecz prędkość ich się zmienia. Im dalej od osi czasu znajduje się punkt tym
większa prędkość posiadają nośniki ładunków elektrycznych. W prądach tętniących
charakterystyczne jest to, że sekwencje zwiększania się a potem zmniejszania natężenia prądu
następują cyklicznie i są w pełni przewidywalne. Natomiast określenie – termin prąd zmienny –
zarezerwowany jest dla prądów, których prędkości nośników zmieniają się w czasie
a wielkości tych prądów nie da się dokładnie przewidzieć. Ze względu na zmieniającą się ilość
odbiorników w sieciach elektroenergetycznych prądy w tych sieciach określa się mianem
prądów zmiennych.
Siła elektrodynamiczna
U podstaw działania silnika elektrycznego leży zjawisko powstawania siły
elektrodynamicznej. W zależności od kierunku prądu płynącego w przewodniku jest on
wypychany lub wciągany do wnętrza pola wytwarzanego przez magnes. Siłą odpowiedzialną
za ruch przewodnika jest siła elektrodynamiczna.
Zwrot siły wyznaczamy stosując zasadę lewej ręki (lub śruby prawoskrętnej) biorąc pod
uwagę kierunek przepływu prądu i kierunek linii sił pola magnetycnego.
Jeżeli lewą rękę ustawimy w polu magnetycznym w taki sposób, że linie pola
magnetycznego (od N do S) są skierowane do jej wewnętrznej strony, a wyprostowane palce
wskazują kierunek przepływu prądu (od + do –), to odchylony kciuk wskaże kierunek
działania siły elektrodynamicznej. Wartość siły elektrodynamicznej jest wprost proporcjonalna
do natężenia prądu płynącego w przewodniku i do długości odcinka przewodnika znajdującego
się w polu magnetycznym.
F = B × I × l × sinα.
gdzie:
F – siła elektrodynamiczna,
B – indukcja magnetyczna,
I – natężenie prądu w przewodniku,
l – długość przewodnika, która znajduje się w polu magnetycznym,
α – kąt pomiędzy kierunkiem prądu w przewodniku a kierunkiem linii pola
magnetycznego.
u, i
t

10
Indukcja elektromagnetyczna
Przesuwając magnes wewnątrz cewki możesz obserwować wychylenie wskazówki
amperomierza podłączonego do uzwojeń cewki. Wskazówka wychyla się tym bardziej im
szybciej porusza się magnes. Pole magnetyczne każdorazowo próbuje przeciwstawić się
ruchowi magnesu. Do określania kierunku prądu indukcyjnego stosuje się regułę Lentza, która
mówi, że prąd indukcyjny ma zawsze taki kierunek, że wytworzone przez niego pole
magnetyczne przeciwdziała przyczynie, która go wytworzyła. Prąd indukcyjny płynie pod
wpływem napięcia, które indukuje się w cewce (nazywanego SEM – siłą elektromotoryczną).
Reasumując: zmiana oddziaływującego na cewkę pola magnetycznego w czasie spowodowała
zaindukowanie się w cewce napięcia. Napięcie w cewce powstaje przy każdej zmianie pola
magnetycznego, które na nią oddziałuje, również wtedy, to uzwojenia cewki będą się
przesuwały względem nieruchomego pola magnetycznego.
Można założyć, że uzwojenie cewki składa się z jednego zwoju (w postaci odcinka
przewodu). Jeżeli przewód ten porusza się w polu magnetycznym (np. polu magnesu stałego),
to działa na niego siła, która powoduje, że elektrony poruszają się w kierunku jednego
z końców tego przewodu. W wyniku tego przemieszczenia elektronów na jednym z końców
powstaje nadmiar elektronów, zaś na przeciwległym końcu ich niedobór. A więc między
końcami przewodu powstanie różnica potencjałów, czyli zaindukuje się napięcie (SEM).
Poruszający się przewodnik przecina linie pola magnetycznego, co powoduje pojawienie
się na końcach przewodnika indukowanej siły elektromotorycznej, czyli napięcia. Napięcie to
jest wynikiem działających na elektrony w przewodniku sił elektrodynamicznych.
Wartość tego napięcia zależy od prędkości, z jaką przesuwa się przewodnik, długości jego
części, która znajduje się w polu magnetycznym i wartości indukcji magnetycznej tego pola.
Prąd w przewodzie nie płynie, ponieważ obwód nie jest zamknięty.
Przy określaniu zwrotu indukującego się napięcia można posłużyć się regułą prawej ręki,
która mówi, że jeżeli prawą rękę ustawimy w polu magnetycznym w taki sposób, że linie pola
magnetycznego (od N do S) są skierowane do jej wewnętrznej strony, a przewód porusza się
zgodnie ze zwrotem wyciągniętego kciuka, to zwrot indukującej się siły elektromotorycznej
jest zgodny ze zwrotem pozostałych palców.
e = B × l × v
gdzie:
e – siła elektromotoryczna,
B – indukcja magnetyczna,
l – długość przewodnika, która znajduje się w polu magnetycznym,
v – prędkość, z jaką porusza się przewodnik.
Zmiany strumienia magnetycznego w cewce możemy uzyskać w dwojaki sposób, przez
prąd zmienny płynący w uzwojeniu, lub przez ruch uzwojenia względem stałego lub zmiennego
pola magnetycznego. Jeżeli skojarzony z cewką strumień magnetyczny zmienia się w czasie, to
w cewce tej indukuje się napięcie (SEM), którego wartość będzie zależała od szybkości zmian
tego strumienia w czasie.
Zgodnie z regułą Lentza, znak tego napięcia będzie zawsze taki, aby prąd indukcyjny,
który popłynie pod jego wpływem tworzył strumień magnetyczny, który będzie się
przeciwstawiał strumieniowi pierwotnemu. Ze względu na sposób powstawania siły
elektromotorycznej możemy podzielić ją na dwa rodzaje. Jeżeli powstaje ona w wyniku
umieszczenia zwojów w zmiennym polu magnetycznym, a uzwojenie nie wykonuje żadnego
ruchu względem tego pola, zaindukowane w ten sposób napięcie nazywane jest napięciem

11
transformacji. Natomiast jeżeli napięcie indukuje się w wyniku ruchu uzwojeń w polu
magnetycznym, nazywane jest napięciem rotacji. Nazwy te wzięły się od sposobu działania
maszyn, w których wykorzystuje się zjawisko indukcji elektromagnetycznej: transformatorów
(napięcie transformacji) i silników elektrycznych (napięcie rotacji).
Oznaczenia elementów elektrycznych i elektronicznych
Obwód elektryczny tworzą elementy połączone ze sobą w taki sposób, że istnieje co
najmniej jedna droga zamknięta dla przepływu prądu. Odwzorowaniem graficznym obwodu
jest schemat, na którym podany jest sposób połączenia elementów, a elementy są
przedstawione za pomocą znormalizowanych symboli graficznych.
W skład obwodu elektrycznego wchodzą:
– elementy źródłowe zwane elementami aktywnymi,
– elementy odbiorcze zwane elementami pasywnymi.
+
–
Rys. 5. Symbole graficzne źródeł: a) symbol ogólny źródła napięcia, b) symbol ogniwa i akumulatora
Symbole źródeł napięcia zaprezentowano na rys. 5. Jeden z zacisków źródła napięcia
stałego ma potencjał wyższy i jest to tzw. biegun dodatni, oznaczony (+), a drugi ma potencjał
niższy i jest to tzw. biegun ujemny, oznaczony (–). Różnicę potencjałów pomiędzy zaciskami
źródła napięcia w warunkach, gdy źródło to nie dostarcza energii elektrycznej, nazywamy siłą
elektromotoryczną lub napięciem źródłowym, które oznaczamy jako E. Biegunowość źródła
oznaczamy za pomocą strzałki, której grot wskazuje biegun (+).
Elementami odbiorczymi, czyli pasywnymi są:
– rezystory (oporniki), w których przy przepływie prądu zachodzi nieodwracalny proces
przekształcenia energii elektrycznej w energię cieplną,
– cewki i kondensatory, w których energia jest gromadzona odpowiednio w postaci energii
pola magnetycznego cewki i energii pola elektrycznego kondensatora,
– różnego rodzaju przetworniki energii elektrycznej w energię mechaniczną (silniki
elektryczne, elektromagnesy, itp.).
Jednym z głównych zadań obwodu elektrycznego jest przekazywanie energii elektrycznej
ze źródeł energii do odbiorników do odbiorników takich jak grzejniki, żarówki, lampy
wyładowcze w których energia elektryczna przemienia się w ciepło, a część zostaje
wypromieniowana w postaci światła. Również często w układach elektrycznych
i elektronicznych znajdziemy różnego rodzaju łączniki, styczniki oraz przekaźniki. Symbole
tych elementów przedstawiono w tabeli 1.

12
Tabela 1. Symbole graficzne elementów elektrycznych i elektronicznych
Opis symbolu Symbol graficzny Opis symbolu
Symbol
graficzny
Rezystor (symbol
ogólny)
Bocznik
Kondensator
o zmiennej pojemności
Uzwojenia, cewki
indukcyjne
Rezystor nastawny Potencjometr
Zestyk zwierny Zestyk rozwierny
Zestyk zwierny ze
zwłoką przy zamykaniu
Bateria
Stycznik
3 – biegunowy
Bezpiecznik
Bezpieczniki
w 3 fazach układu
3 – fazowego
Żarówka
Bezpiecznik
szybkodziałający
Zespół bezpieczników
oraz wyłącznika trój–
fazowego o wyłączaniu
automatycznym, gdy
zadziała choć jeden
bezpiecznik
Dzwonek Syrena
Buczek Głośnik
Mikrofon Antena
Łączenie źródeł napięcia i rezystorów
Elementy elektryczne i elektroniczne są wyposażone w końcówki lub zaciski, za pomocą,
których mogą być dowolnie łączone w obwodzie elektrycznym. Połączenie szeregowe
elementów obwodu jest to takie ich połączenie, przy którym przez każdy z nich płynie ten sam
prąd. W szereg można łączyć zarówno źródła napięcia jak i rezystory.

13
Rys. 6. Połączenie szeregowe trzech rezystorów
Polega ono na połączeniu dowolnej końcówki pierwszego rezystora z jedną końcówką
następnego, drugiej końcówki następnego z jedną końcówką trzeciego itd., jak pokazano na
rys. 6. Jeżeli wolne końcówki pierwszego i ostatniego opornika połączymy ze źródłem
napięcia, to przez cały układ szeregowy będzie płynął ten sam prąd I. Rezystancja zastępcza
przedstawionego układu wynosi: Rzas = R1 + R2 + R3. Spadki napięcia na poszczególnych
rezystorach są proporcjonalne do wielkości poszczególnych rezystancji.
Połączeniem równoległym kilku gałęzi w obwodzie elektrycznym nazywamy takie
połączenie, przy którym na końcach tych gałęzi istnieje wspólne napięcie, tzn. że wszystkie
pierwsze końcówki elementów zwarte są ze sobą, podobnie jak drugie końcówki wszystkich
elementów połączonych równolegle. Rezystancja zastępcza dwóch rezystorów połączonych
równolegle wynosi:
przekształcając powyższy wzór możemy otrzymać wzór równoważny:
Natomiast rezystancja zastępcza trzech rezystorów połączonych
równolegle (rys. 7) jest równa:
Rys. 7. Układ trzech rezystorów połączonych równolegle
Do podstawowych i najczęściej spotykanych odbiorników energii elektrycznej zaliczyć
można źródła światła. Zależnie od sposobu przemiany energii elektrycznej w energię świetlną
dzielimy źródła światła na:
– temperaturowe, w których promieniowanie świetlne jest wywołane nagrzaniem ciała
promieniującego do temperatury 2400–2900 K (żarówki),
– wyładowcze, np. rtęciowe, w których przepływowi prądu w parach rtęci o średnim lub
wysokim ciśnieniu towarzyszy emisja promieniowania świetlnego; do lamp wyładowczych
należą też lampy sodowe, w których prąd przepływa w atmosferze par sodu,
– wyładowcze fluorescencyjne, zwane świetlówkami, w których przy przepływie prądu
przez rurę szklaną wypełnioną argonem i parami rtęci o ciśnieniu kilkuset pascali powstaje
promieniowanie ultrafioletowe; pobudza ono do promieniowania widzialnego substancje
I1 I2 I3
R1 R2 R3
A B C D
R1 R2 R3
ΔU1 Δ U2 Δ U3
321
1111
RRRRzas
++=
21
111
RRRzas
+=
21
21
RR
RR
Rzas
+
⋅
=

14
fluoryzujące, którymi jest powleczone wnętrze rury. Barwa światła zależy od składu
substancji fluoryzującej; w handlu są świetlówki o świetle dziennym, białym i ciepłobiałym.
Trwałość znamionowa żarówek wynosi 1000h a lamp wyładowczych 4000÷6000 h,
zależnie od typu lampy.
Budowę żarówki pokazano na rys. 8. Elementem wysyłającym promieniowanie świetlne
jest żarnik wolframowy umieszczony wewnątrz bańki szklanej. Obecnie wytwarza się żarówki
o poborze mocy do 5W jako próżniowe, a od 40W w górę jako gazowane, tj. napełnione
gazem obojętnym (mieszaniną argonu i azotu lub czystym azotem). Trzonek standardowej,
najczęściej spotykanych żarówek wykonany jest z metalowej gwintowanej łuski o średnicy
27 mm (E27). Spotykane też są inne średnice gwintów żarówek, np.: 10 mm, 14 mm, 40 mm.
Na rys. 9 przedstawiono układy połączeń świetlówek. Lampę 1 w kształcie rury
z wmontowanymi na końcach katodami łączy się szeregowo z dławikiem 4.
Rys. 8. Budowa żarówki: 1 – bańka szklana, 2 – słupek szklany, 3 – żarnik, 4 – trzonek gwintowany [1]
Do zapłonu lampy, po włączeniu napięcia, służy zapłonnik 3. Gdy jego styki są zamknięte,
prąd płynie przez dławik i katody z ominięciem lampy, która jest wtedy zwarta. Katody
nagrzewają się, po kilku sekundach następuje nagłe otwarcie styku zapłonnika i przerwanie
obwodu. To wywołuje skok napięcia na indukcyjności dławika i zapłon lampy.
Rys. 9. Układy połączeń świetlówki: ze statecznikiem indukcyjnym: 1 – rura świetlówki, 2 – elektrody
(katody), 3 – zapłonnik, 4 – dławik, 5 – kondensator statecznika, 6 – kondensator do poprawy
współczynnika mocy
Lampa rtęciowa (rys. 10), jest to źródło światła, w którym powstaje ono dzięki
wyładowaniu elektrycznemu w parach rtęci. Zbudowana jest z zewnętrznej bańki szklanej
najczęściej pokrytej luminoforem, w której umieszczona jest mniejsza rurka – jarznik. Jest on

15
wypełniony argonem, zawiera niewielką ilość rtęci oraz elektrody pomiędzy którymi następuje
wyładowanie. Do działania lampy rtęciowej konieczny jest statecznik. Wykonuje się również
lampy rtęciowe, nie wymagające statecznika, zamiast niego posiadają one żarnik podobny do
tego w tradycyjnej żarówce włączony szeregowo z jarznikiem (jako zamiennik tradycyjnej
żarówki, są zwane najczęściej żarówkami rtęciowymi). Lampy rtęciowe ustępują skutecznością
świetlną jedynie lampom sodowym. Stosuje się je w oświetleniu zewnętrznym, hal
przemysłowych oraz magazynów. Występuje u nich zjawisko stroboskopowe, podobnie jak w
świetlówkach. Produkuje się lampy rtęciowe o mocach od 50 W do 1000 W a dawniej nawet
2000 W. Lampy rtęciowe mają skuteczność świetlną od 50 do 60 lm/W, a lampy rtęciowo–
żarowe 17–25 lm/W.
Rys. 10. Rtęciówka – budowa i układ połączeń: 1 – bańka szklana pokryta od wewnątrz luminoforem,
2 – elektrody główne, 3 – rezystor, 4 – elektroda pomocnicza, 5 – jażnik kwarcowy, 6 – kropla rtęci,
Dł – dławik, C – kondensator
Oprawy oświetleniowe. Rodzaje oświetlenia
Źródła światła umieszcza się w oprawach oświetleniowych, które służą do jednego lub
kilku z wymienionych niżej celów:
– umocowania źródła światła i połączenia go z siecią zasilającą,
– skierowania strumienia świetlnego w żądanym kierunku,
– ochrony oczu przed olśnieniem,
– ochrony źródła światła przed uszkodzeniem mechanicznym, pyłem, wilgocią,
przedostaniem się gazów wybuchowych itp.,
– podniesienia estetyki oświetlenia.
Od sposobu wykorzystania strumienia świetlnego wychodzącego z oprawy zależy rodzaj
oświetlenia. Najbardziej rozpowszechnione są dwa rodzaje oświetlenia. Oświetlenie
bezpośrednie i pośrednie. O oświetleniu bezpośrednim mówimy wtedy, gdy cały strumień
świetlny wychodzący z oprawy lub przeważająca jego część pada bezpośrednio na oświetlaną
powierzchnię.

16
Grzejnictwo
Przemiana energii elektrycznej w ciepło wykazuje wiele zalet, które zadecydowały
o rozwoju dziedziny techniki zwanej elektrotermią albo grzejnictwem elektrycznym.
Przemiana ta odznacza się wyjątkową czystością, jest bowiem wolna od produktów
spalania, które zanieczyszczają ogrzewany przedmiot, wchodząc z nim w reakcje chemiczne,
oraz skażają środowisko naturalne. Z innych zalet można wymienić łatwość regulacji mocy,
samoczynnej regulacji temperatury i możność osiągania bardzo wysokich temperatur.
Przedmiot podlegający nagrzewaniu nazywamy wsadem i w zależności od sposobu
nagrzewania wsadu rozróżniamy:
– nagrzewanie oporowe (rezystancyjne), polegające na wydzielaniu się ciepła podczas
przepływu prądu przez przewodzące ciało stałe. Nagrzewanie oporowe może być
bezpośrednie, gdy prąd płynie przez wsad, albo pośrednie, gdy prąd płynie przez
przeznaczone do tego celu elementy grzejne, od których ciepło przenosi się na wsad przez
konwekcję i promieniowanie,
– nagrzewanie elektrodowe, polegające na wydzielaniu się ciepła podczas przepływu prądu
przez znajdujące się między elektrodami ciecze przewodzące (roztopione sole w tzw.
piecach solnych); celem może być albo nagrzewanie samej cieczy, albo pośrednie
nagrzewanie wsadu zanurzonego w cieczy, np. przedmiotów stalowych przeznaczonych
do obróbki cieplnej,
– nagrzewanie indukcyjne, polegające na wykorzystaniu prądów wirowych indukowanych
w przedmiotach metalowych.
– nagrzewanie łukowe polegające na wykorzystaniu łuku elektrycznego jako źródła ciepła;
łuk może się utrzymywać między elektrodami a wsadem (nagrzewanie bezpośrednie) lub
między samymi elektrodami, a wtedy wsad nagrzewa się pośrednio przez promieniowanie
i konwekcję.
Moc odbiorników prądu stałego
Podstawowymi parametrami, na podstawie których dobiera się odbiorniki energii
elektrycznej są: napięcie zasilania oraz moc odbiornika.
Prąd płynący przez odbiornik powoduje wydzielanie się określonej mocy. Jej wielkość jest
proporcjonalna do wielkości przyłożonego napięcia i wielkości przepływającego prądu. Tak
więc moc P wydzielana w odbiorniku np. w żarówce jest równa:
P = U × I
Korzystając z prawa Ohma: U = I × R
Otrzymujemy: P = I2
×R lub
Jednostką mocy jest wat [W]
Każdy odbiornik powinien być użytkowany przy jego napięciu znamionowym, które
oznaczamy przez Un. W przypadku gdy do odbiornika podłączone jest napięcie inne niż
znamionowe, istnieje bardzo wysokiej prawdopodobieństwo uszkodzenia odbiornika, lub może
to doprowadzić do powstania zagrożenia dla zdrowia i życia osób obsługujących dany
odbiornik.
Wpływ napięcia na pracę odbiornika można objaśnić na przykładzie żarówki. Trwałość
żarówki przy napięciu znamionowym wynosi około 1000 godzin pracy. Podwyższenie napięcia
o 5% skraca czas jej użytkowania prawie o 45%, natomiast przyłożenie napięcia dwukrotnie
większego od Un spowoduje przepalenie jej włókna w ciągu niespełna 10 minut.
Napięcie pracy poniżej wartości znamionowej też nie jest korzystne, bo zwiększa się
wprawdzie trwałość, ale za to maleje skuteczność świetlna żarówki.
R
U
P
2
=

17
Zapamiętaj: przed włączeniem odbiornika do sieci energetycznej, albo przy kupnie
odbiornika, sprawdź czy jego napięcie znamionowe zgadza się z napięciem sieci. Napięcie
znamionowe i moc znamionowa są podawane na tabliczkach znamionowych przytwierdzonych
trwale do odbiornika. Niekiedy podaje się jeszcze prąd znamionowy. Dane znamionowe
żarówek umieszcza się na ich bańkach szklanych.
Przykład:
Oblicz jaką moc powinien mieć rezystor o rezystancji R = 20Ω, by mógł długotrwale przez
niego płynąc prąd I = 0,5 A.
Obliczamy: P = I2
× R = (0,5 A)2
× 20 Ω = 0,25 A2
× 20 W = 5 W
Moc czynna, bierna i pozorna prądu przemiennego
Przy przebiegach przemiennych (sinusoidalnych) interesuje nas zazwyczaj energia pobrana
przez odbiornik w czasie jednego okresu lub wielokrotności okresu. Ze względu na
przesunięcia prądu względem napięcia w układach prądu zmiennego możemy rozróżniać trzy
rodzaje mocy. Mocą czynną nazywamy wartość średnią mocy chwilowej i określamy ją
wzorem:
P = U × I × cosφ.
Jednostką mocy czynnej jest 1 wat (1 W). Moc czynna jest zatem równa iloczynowi
wartości skutecznej napięcia i prądu oraz cosinusa kąta przesunięcia fazowego między
napięciem i prądem, zwanego współczynnikiem mocy (cosφ). Współczynnik mocy jest to
parametr, który odczytujemy bądź z tabliczki znamionowej, bądź z katalogu. Jeżeli moc
czynną pomnożymy przez czas t (czas przez jaki pracuje dany odbiornik), to otrzymamy
energię pobraną przez odbiornik w tym czasie. Drugim rodzajem mocy jest moc pozorna która
wyraża się wzorem:
Q = U × I × sinφ.
Jednostką mocy pozornej jest War. Wyraża ona straty na elementach indukcyjnych
i pojemnościowych.
Urządzenia elektryczne, a więc np. maszyny elektryczne, transformatory, aparaty
elektryczne mają określone wartości znamionowe napięcia i prądu, wynikające z wytrzymałości
izolacji i dopuszczalnych wartości prądu ze względu na nagrzewanie lub działanie dynamiczne.
Dlatego też dla urządzeń tych istotne znaczenie ma moc pozorna oznaczana przez S
i definiowana jako iloczyn wartości skutecznych napięcia i prądu, czyli
S = U × I
Jednostką mocy pozornej jest woltoamper (V·A). Ponieważ jest to jednostka powstała,
jako iloczyn dwóch jednostek: wolta i ampera, wobec tego przy jej zapisie stawiamy kropkę
między oznaczeniami jednostek napięcia i prądu.
Na uwagę zasługuje fakt, że zachodzi związek:
Q2
+P2
= S2
Energia zużywana przez odbiorniki elektryczne
Energia zużywana przez odbiornik zależy od jego mocy i od czasu użytkowania
W = P × t
Korzystając z definicji mocy: P = U × I
Otrzymujemy: W = U × I × t
Energia zużyta przez dowolną liczbę odbiorników jest równa sumie energii zużywanej
przez poszczególne odbiorniki. Energię pobieraną przez odbiorniki w celach rozliczeniowych
mierzymy na ogół w kilowatogodzinach (kWh) lub megawatogodzinach (MWh).

18
Przy określaniu energii w elektrotechnice stosuje się jednostkę watosekunda. Jedna
watosekunda jest to praca wykonana przez urządzenie pracujące z mocą 1 W przez 1 s czyli 1
watosekunda równa się 1 dżulowi.
1Ws = 1 W × 1s = 1J
Watogodzina jest to praca wykonana przez urządzenie pracujące z mocą 1 W przez 1
godz., czyli 3600 s.
1 Wh = 1W × 1h = 1 W × 3600s = 3600 J
tzn. że 1 watogodzina równa się 3600 dżulom. Kilowatogodzina jest to praca wykonana
przez urządzenie pracujące z mocą 1kW przez 1 godz., czyli 3600s.
1 kWh = 1 kW × 1 h = 1000 W×·3600 s = 3600000 J = 3600 kJ
1 kilowatogodzina równa się 3600 kilodżulom.
Podstawy miernictwa
Bardzo specyficzną rodziną maszyn elektrycznych są mierniki prądu. W miernikach
analogowych spotykane są ustroje pomiarowe, które pod wpływem mierzonych wielkości
powodują zmianę położenia wskaźnika (wskazówka, blaszki rezonansowe, itp.). Do pomiaru
wielkości elektrycznych stosowne są mierniki, najpopularniejsze to: magnetoelektryczne,
elektromagnetyczne, elektrostatyczne, ferrodynamiczne i inne.
W mierniku magnetoelektrycznym (rys. 11) organem ruchomym ustroju jest cewka.
Częścią nieruchomą ustroju jest magnes trwały. Magnes wytwarza pole magnetyczne
w szczelinach powietrznych między zakończonymi walcowo nabiegunnikami i umieszczonym
współosiowo stalowym rdzeniem w kształcie walca.
Moment napędowy powstaje dzięki oddziaływaniu pola magnesu na uzwojenie cewki,
przez które płynie prąd.
Rys. 11. Ustrój magnetoelektryczny: 1 – magnes trwały, 2 – cewka ruchoma, 3 – rdzeń, 4 – czop, 5 – łożysko,
6 – wskazówka, 7 – sprężyna, 8 – bocznik magnetyczny [2]
Pomiary prądu i napięcia
Do pomiaru prądu stosuje się amperomierze, do pomiaru napięć woltomierze. By zmierzyć
napięcie lub wielkość spadku napięcia na odbiorniku woltomierz włączamy równolegle,
zgodnie ze schematem przedstawionym poniżej.

19
Rys. 12. Pomiar napięcia i prądu Rys. 13. Pomiar rezystancji omomierzem
Amperomierz powinien być szeregowo włączony w gałąź w której mierzy prąd (rys. 12).
Pomiary rezystancji
Metoda odchyłowa bezpośrednia pomiaru rezystancji polega na zastosowaniu omomierza
o odpowiednim zakresie pomiarowym (rys. 13). Najdokładniejszy pomiar omomierzem
występuje wówczas, gdy wskazówka znajduje się pośrodku podziałki omomierza.
Metoda techniczna polega na pomiarze napięcia i prądu za pomocą mierników
wskazówkowych i obliczeniu rezystancji z prawa Ohma (rys. 14).
Rys. 14. Sposoby przyłączania mierników przy pomiarach rezystancji: a) układ do pomiaru małych
rezystancji, b) układ do pomiaru dużych rezystancji
Tabela 2. Oznaczenia typów mierników
Oznaczenie Opis Oznaczenie Opis
Ustrój magnetoelektryczny
z magnesem stałym
Ustrój termodylatacyjny
Ustrój magnetoelektryczny ilorazowy Ustrój bimetaliczny
Ustrój elektromagnetyczny Ustrój elektrostatyczny
Ustrój elektromagnetyczny ilorazowy Ustrój wibracyjny
Ω
A
V

20
Tabela 3. Oznaczenia wskazujące warunki pracy ustrojów pomiarowych
Oznaczenie Opis Oznaczenie Opis
Miernik posiadający ekran
elektrostatyczny
Miernik posiadający ekran
magnetyczny
Miernik przeznaczony do
wykonywania pomiarów dla
prądu stałego
wykonywania pomiarów dla prądu
zmiennego
wykonywania pomiarów dla
prądów stałych i zmiennych
Położenie poziome
Położenie pionowe
Położenie nominalne skośne, np.
z kątem nachylenia 60O
Próba napięciowa 500 V
Próba napięciowa powyżej 500 V
(np. 2 kV)
Prostowniki jednopołówkowe
Najprostszym prostownikiem jest pojedyncza dioda prostownicza włączona do obwodu
napięcia przemiennego. Pomimo prostoty takiego układu jest on bardzo rzadko stosowany
z uwagi na występowanie dużego tętnienia napięcia wyjściowego (rys. 16a). Dodatkowo,
energia dostarczana przez źródło wykorzystywana jest tylko przez pół okresu – podczas
drugiej połowy okresu napięcie jest po prostu blokowane i prąd w układzie nie płynie.
Wprowadza to niesymetrię obciążenia układu prądu przemiennego, co jest niekorzystne dla
sieci zasilajacej. Z powyższych powodów rozwiązanie to jest stosowane tylko w układach
niewielkiej mocy.
Podstawowym układem prostownika dwupołówkowego jest układ dwudiodowy, rys. 15.
Dla “dodatnich” połówek prąd płynie przez górną diodę, dioda dolne jest spolaryzowana
w kierunku zaporowym. Dla ujemnych połówek to dioda górna spolaryzowana jest zaporowo
i przez nią prąd nie płynie. Natomiast prąd płynie przez diodę dolną. Kierunek płynącego prądu
przez odbiornik nie zmienia się.
a) b)
Rys. 15. Schematy najpopularniejszych prostowników jednofazowych, a) układ dwudiodowy, b) układ
mostkowy (mostek Greatz’a)

21
a) b)
Rys. 16. Przebiegi napięcia wyjściowego a) dla prostowników jednopołówkowych b) dla prostowników
dwupołówkowych
Obecnie jednym z najczęściej stosowanych prostowników jednofazowych jest mostek
Graetz'a rys. 15. Proces prostowania napięcia przebiega w dwóch etapach. W pierwszej
połówce okresu przewodzą tylko dwie diody tak jak to pokazano na rysunku 16a (pozostałe
dwie diody są spolaryzowane zaporowo). W drugiej połówce okresu sytuacja ulega
odwróceniu – przewodzą dwie pozostałe diody. Napięcie wejściowe jest napięciem
przemiennym czyli zmienia swój kierunek na dodatni i ujemny, natomiast układ mostka jest tak
skonstruowany, że napięcie wyjściowe jest jednokierunkowe – prąd płynie tylko w kierunku
dodatnim (rys. 16b). Pomimo faktu, że napięcie wyjściowe prostownika jest jednokierukowe
to jednak nie jest ono napięciem stałym i wykazuje znaczne tętnienie – dlatego też prostowniki
najczęściej stosuje się z odpowiednimi filtrami dolnoprzepustowymi wygładzającymi przebieg.
Prostowniki trójfazowe
Prostowniki trójfazowe wykorzystuje się tam, gdzie dostępne jest zasilanie trójfazowe.
Charakteryzują się one znacznie mniejszym tętnieniem napięcia wyjściowego niż prostowniki
jednofazowe.
Prostownik jednopołówkowe trójfazowe (trójpulsowe)
Trójfazowy prostownik jednopołówkowy może działać tylko w układzie trójfazowym
z przewodem neutralnym. Oznacza to, że układ źródeł napięcia (lub uzwojeń wtórnych
transformatora) musi być połączony w gwiazdę (połączenie w trójkąt nie posiada przewodu
neutralnego).
Prostownik sześciopulsowe
Trójfazowy prostownik dwupołówkowy może być stosowany w dowolnym układzie
napięcia trójfazowego – zarówno z przewodem neutralnym jak i bez niego. Napięcie
wyjściowe wykazuje bardzo małe tętnienie (w porównaniu do prostowników opisanych
powyżej). Energia źródeł zasilania jest wykorzystywana w największym zakresie, co jest
szczególnie istotne w przypadku urządzeń dużej mocy, jak np. spawarki transformatorowe.
Często prostowniki w tego typu urządzeniach posiadają możliwość sterowania wartością
prądu wyjściowego.
U U
t t

22
a) b)
Rys. 17. Przebiegi napięcia wyjściowego dla prostowników trójfazowych: a) trójpulsowych,
b) sześciopulsowych
Stabilizatory napięcia stałego
Stabilizator napięcia stałego jest to układ, który utrzymuje napięcie wyjściowe na
określonym poziomie. Najprostszym stabilizatorem jest stabilizator zbudowany
z wykorzystaniem diody Zenera. Wygląda on tak:
Rys. 18. Stabilizator z diodą Zenera
Wartość rezystora R oblicza się z zależności:
R = ( Uwe – Uz ) / Iz
gdzie:
Uwe – napięcie wejściowe,
Uz – napięcie diody Zenera,
Iz – prąd diody Zenera.
Iz = Pz / Uz,
gdzie:
Pz – maksymalna moc strat diody Zenera.
Wadą tego rozwiązania jest stosunkowo mały prąd jaki można czerpać ze stabilizatora.
Tabela 4. Symbole graficzne podzespołów
Opis symbolu Symbol graficzny Opis symbolu Symbol graficzny
Prostownik Moduł wyświetlacza
Stabilizator Generator przebiegów prostokątnych
Wzmacniacz Falownik
U U
t t
=
~~

23
4.1.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Co to jest prąd elektryczny?
2. Co to jest napięcie elektryczne?
3. Jakimi właściwościami charakteryzują się dielektryki?
4. Czym różni się prąd stały od prądów przemiennych i zmiennych?
5. Czym różni się połączenie szeregowe od połączenia równoległego dwóch elementów
obwodu elektrycznego?
6. Jak brzmią prawo Ohma i prawa Kirchoffa?
7. Jaka jest rezystancja zastępcza dwóch rezystorów połączonych równolegle?
8. Jakie elementy pasywne najczęściej występują w układach elektrycznych i jakie mają
symbole?
9. Jakie źródła światła występują najczęściej w jednostkach pływających?
10. W jaki sposób podłącza się amperomierze i woltomierze w układ elektryczny?
11. Jakie zadania realizują prostowniki półprzewodnikowe?
12. Do czego służą stabilizatory napięcia?
4.1.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Do zacisków zasilacza, na których panuje napięcie 24 V podłączono dwa rezystory
połączone szeregowo (pierwszy o rezystancji 150 Ω drugi o rezystancji 30 Ω). Wyznacz prąd
jaki będzie płynął przez ten rezystor. Połącz układ sprawdź czy wyliczone wartości są zgodne z
wynikami odczytanymi na miernikach.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) narysować schemat układu,
2) obliczyć rezystancję zastępczą dwóch rezystorów połączonych szeregowo,
3) obliczyć prąd jaki popłynie przez rezystory,
4) połączyć układ,
5) uruchomić układ,
6) ustawić napięcie na zasilaczu,
7) odczytać wynik z amperomierza,
8) porównać otrzymane wyniki z wynikami odczytanymi z amperomierza.
Wyposażenie stanowiska pracy:
– przybory do pisania,
– zasilacz DC 30 V,
– woltomierz DC 30 V,
– rezystory R=150 Ω, R = 30 Ω,
– amperomierz DC 0,5 A,
– przewody łączeniowe,
– kalkulator.

24
Ćwiczenie 2
Zbuduj układ zasilania świetlówki i uruchom go.
1) odnaleźć w niniejszym poradniku odpowiedni schemat,
2) zidentyfikować i odnaleźć w pracowni elementy na nim występujące,
4) poprosić nauczyciela o sprawdzenie poprawności wykonanych połączeń,
5) uruchomić układ.
– oprawa świetlówki ze zdemontowanymi: statecznikiem, dławikiem oraz kondensatorem
do poprawy współczynnika mocy,
– przewody łączeniowe,
– komplet narzędzi elektrotechnicznych (komplet wkrętaków, komplet szczypiec, nóż
monterski, multimetr, szczypce do zdejmowania izolacji, itp.).
Ćwiczenie 3
W trakcje wykonywania pomiarów zmierzono w układzie następujące prądy: I1=33 mA,
I2=0,03 A, I3=3350 pA, I4=3,3 kA, I5=33 mA, I6=332 μA, I7=3300 pA, I8=34700 nA,
I9=0,33 dA, I10=33 MA. Posortuj otrzymane wyniki, zapisz je w kolejności od najmniejszej
wartości do największej.
1) zapoznać się przedrostkami stosowanymi do prezentowania wyników pomiarów,
2) przeliczyć wszystkie pomiary na jednostki podstawowe i zapisać wszystkie pomiary,
3) posortować dane i zapisać je w określonej kolejności.
– tablica z przedrostkami,
– papier, przyrządy do pisania.
4.1.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) zastosować prawo Ohma i prawa Kirchhoffa do wyznaczania
wielkości prądów i spadków napięć w obwodach prądu stałego?  
2) dobrać miernik do pomiaru podstawowych parametrów obwodów
elektrycznych?  
3) podłączyć mierniki oraz odczytać z nich mierzone wartości?  
4) rozróżnić rodzaje prądów?  
5) zdefiniować wielkości siły elektromotorycznej indukowanej
w przewodniku?  
6) zidentyfikować na podstawie symboli elementy elektryczne
i elektroniczne?  
7) połączyć i uruchomić proste układy elektryczne?  

25
4.2. Maszyny elektryczne
Transformatory
Maszyny elektryczne możemy podzielić na dwie podstawowe grupy: maszyny wirujące
i maszyny bezwirowe. Transformator przetwarza energię elektryczną jednego rodzaju
(o danych parametrach) na energię elektryczną drugiego rodzaju (o innych parametrach) za
pomocą pola elektromagnetycznego, bez udziału ruchu. Transformator ma rdzeń z blach
elektromagnetycznych, tworzący obwód zamknięty dla strumienia magnetycznego. Jest
zbudowany z dwóch lub większej liczby uzwojeń sprzężonych magnetycznie. Uzwojenia
transformatora nie są zwykle połączone galwanicznie.
Transformatory mają różne przeznaczenie. Transformator energetyczny służy do
przetwarzania energii elektrycznej na energię elektryczną o innym napięciu. Oprócz
zastosowań energetycznych buduje się różne transformatory specjalne, jak np. transformatory
pomiarowe zwane przekładnikami, transformatory spawalnicze i prostownikowe, a także
transformatory miniaturowe stosowane w układach elektroniki, automatyki i teletransmisji.
Dwa uzwojenia transformatora nawinięte są na rdzeniu wykonanym z materiału
ferromagnetycznego. Wobec tego przeważająca część strumienia magnetycznego tworzy
strumień magnetyczny główny sprzężony z obydwoma uzwojeniami, natomiast strumień
rozproszenia jest stosunkowo niewielki. Transformatory tego typu znalazły szerokie
zastosowanie w różnych dziedzinach, a zwłaszcza w elektroenergetyce. Z punktu widzenia
budowy rdzenia rozróżnia się transformatory rdzeniowe oraz transformatory płaszczowe.
c)
Rys. 19. Konstrukcja transformatora: a) rdzeniowego, b) płaszczowego, c) widok transformator
toroidalnego
Na rys. 19a i 19b przedstawiona jest konstrukcja transformatora rdzeniowego. W takim
transformatorze istnieją dwie kolumny, na każdej znajduje się część uzwojeń napięcia
pierwotnego i napięcia wtórnego. Obwód magnetyczny takiego rdzenia jest nierozgałęziony.
Na rys. 19b przedstawiono konstrukcję rdzenia płaszczowego. Uzwojenie pierwotne i wtórne
umieszczone jest na kolumnie środkowej. Obwód magnetyczny jest rozgałęziony. W obu
wariantach konstrukcyjnych rdzeń wykonany jest z blach jednostronnie izolowanych.
Pod względem sposobu chłodzenia rozróżnia się transformatory suche lub transformatory
olejowe. Transformatory olejowe stosowane są jako transformatory dużych mocy, gdy
naturalne odprowadzenie ciepła jest niewystarczające. Rdzeń stalowy wraz z uzwojeniami
umieszcza się w kadzi z olejem.
Różnorodność typów transformatorów mocy oraz zakresu ich przeznaczenia pociąga za
sobą różnorodność konstrukcji. Zasada działania transformatora jest jednak zawsze taka sama.
Uzwojenie transformatora, do którego doprowadzone jest źródło energii elektrycznej

26
nazywamy uzwojeniem pierwotnym, natomiast uzwojenie, do którego dołączony jest odbiornik
nazywamy uzwojeniem wtórnym. Napięcia i prądy związane z uzwojeniem pierwotnym
nazywamy pierwotnymi, a związane z uwojeniem wtórnym nazywamy wtórnymi. Wszystkie
wielkości i parametry uzwojenia pierwotnego opatrujemy wskaźnikiem 1, a uzwojenia
wtórnego – wskaźnikiem 2. Przekładnią transformatora ν nazywamy stosunek liczby zwojów
uzwojenia pierwotnego z1, do liczby zwojów uzwojenia wtórnego z2 czyli:
.
2
1
z
z
=ν
Wielkość przekładni ma istotny wpływ na napięcie i prąd uzwojenia wtórnego. Ponieważ
bez uwzględniania strat jakie powstają w rdzeniu oraz w uzwojeniach transformatora moc
strony pierwotnej jest równa mocy elektrycznej strony wtórnej, stąd:
2211 iuiu ⋅=⋅ ,
czyli:
.
1
2
2
1
i
i
u
u
=
Zasadę działania transformatora wyjaśnimy na przykładzie transformatora
dwuuzwojeniowego przedstawionego na rys. 20. Do uzwojenia pierwotnego o liczbie zwojów
z1 dołączone jest źródło napięcia sinusoidalnego u1. W uzwojeniu pierwotnym płynie prąd
sinusoidalny o wartości chwilowej i1. W wyniku przepływu tego prądu w przestrzeni
otaczającej uzwojenie pierwotne, a więc w rdzeniu, powstaje zmienny strumień magnetyczny
Φg. Strumień główny kojarzy się z uzwojeniem wtórnym o liczbie zwojów z2 i indukuje w tym
uzwojeniu napięcie indukcji wzajemnej.
a)
b)
Rys. 20. Zasada działania transformatorów: a) schemat budowy transformatora jednofazowego, b) szkic
rdzenia transformatora trójfazowego
Jeżeli do uzwojenia wtórnego dołączony jest odbiornik Z1, to pod wpływem
zaindukowanego w tym uzwojeniu napięcia popłynie prąd i2.
Jednym ze sposobów uzyskania transformatora trójfazowego jest odpowiednie połączenie
uzwojeń trzech transformatorów jednofazowych w układ trójfazowy. Wykonuje się to czasem
w celu uzyskania transformatorów trójfazowych bardzo dużych mocy, bowiem wtedy każda
z jednostek jednofazowych jest niezbyt duża i dogodniejsza w transporcie. Tańszy jest jednak
transformator trójfazowy zbudowany jako jedna jednostka. W trzech transformatorach
jednofazowych, których rdzenie są złożone w symetryczną gwiazdę, a których uzwojenia są
zasilane symetrycznym napięciem trójfazowym, suma chwilowych wartości strumieni fazowych
jest równa zeru, tzn.
Φ1+ Φ2+ Φ3 = 0

27
Można więc usunąć rdzeń środkowy. Jeżeli jeszcze pozostałe kolumny umieści się
w jednej płaszczyźnie, to otrzyma się rdzeń transformatora trójfazowego, jak na rys. 20b.
Uzwojenia transformatorów mogą być połączone w gwiazdę lub w trójkąt.
Maszyny prądu stałego
W maszynie prądu stałego wyróżnia się część nieruchomą, zwaną stojanem, oraz część
ruchomą, nazywaną wirnikiem lub twornikiem. Uzwojenie wirnika jest umieszczone
w żłobkach i przyłączone do wycinków komutatora. Pierścień zewnętrzny stojana, zwany
jarzmem, wraz z przymocowanymi do niego rdzeniami elektromagnesów głównych
i pomocniczych jest elementem obwodu magnetycznego maszyny. Na rdzeniach biegunów
głównych jest osadzone uzwojenie wzbudzenia (magnesujące), którego prąd wytwarza główny
strumień magnetyczny. Na rdzeniach biegunów pomocniczych są umieszczone uzwojenia
komutacyjne, zwane również pomocniczymi lub zwrotnymi. Zadaniem ich jest poprawienie
warunków komutacji. W maszynach o specjalnym przeznaczeniu stosuje się także uzwojenie
kompensacyjne, służące do skompensowania oddziaływania twornika. Uzwojenie to
umieszczone jest w żłobkach biegunów głównych.
Rys. 21. Rozmieszczenie uzwojeń i biegunów maszyny prądu stałego 1 –jarzmo stojana, 2 – biegun
główny, 3 – uzwojenie wzbudzenia, 4 –uzwojenie kompensacyjne, 5 – uzwojenie bieguna
komutacyjnego, 6 – biegun komutacyjny, 7 – szczotki, 8 – uzwojenie twornika, 9 – twornik, d – oś
podłużna maszyny, q – oś poprzeczna maszyny
W prądnicy prądu stałego dokonuje się zamiana energii mechanicznej ruchu obrotowego
wirnika na energię elektryczną. W uzwojeniu twornika wirującym w polu magnetycznym,
indukuje się – zgodnie z regułą prawej dłoni – siła elektromotoryczna, której zwrot jest
przemienny (zależy od kierunku przemieszczania się pręta w polu magnetycznym). Siła
elektromotoryczna (a tym samym i prąd), powstająca w tworniku ma przebieg sinusoidalny.
Elementem prostowniczym, dającym w obwodzie zewnętrznym prądnicy napięcie o stałej
biegunowości jest komutator.
Ze względu na sposób przyłączenia uzwojenia wzbudzenia silnika do źródła rozróżniamy
silniki:
– obcowzbudne,

28
– bocznikowe,
– szeregowe,
– szeregowo-bocznikowe.
Ponadto są budowane silniki o magnesach trwałych, w których źródłem strumienia
magnetycznego jest magnes trwały. Silniki te są budowane o mocy do ok. 100W. Stosowane
materiały magnetyczne to: materiały proszkowe – ferryty lub magnesy lane ze stopów alniko.
Charakterystyka zewnętrzna silnika z magnesami trwałymi przy stałym napięciu zasilającym
twornik jest taka sama, jak dla silnika obcowzbudnego.
W silniku prądu stałego dokonuje się przemiana energii elektrycznej w energię
mechaniczną ruchu obrotowego. Jeżeli uzwojenie wirnika, przez które płynie prąd elektryczny,
znajdzie się w polu magnetycznym biegunów głównych, to będzie na nie działać siła,
powodująca ruch o zwrocie określonym regułą lewej dłoni. W silniku komutator odgrywa rolę
falownika, przetwarzającego prąd stały sieci zasilającej na prąd przemienny, płynący w prętach
twornika.
Ze względu na sposób wzbudzenia pola magnetycznego dzielą się na:
– silnik prądu stałego obcowzbudny – silnik prądu stałego z magnesami trwałymi, którego
budowę i działanie opisano powyżej lub z elektromagnesami, tj. z osobnym uzwojeniem
wzbudzenia w stojanie zasilanym z oddzielnego źródła zasilania niż obwód twornika –
stosowane głównie w napędach wymagających regulacji prędkości w szerokim zakresie
obrotów,
– silnik prądu stałego samowzbudny – silniki z elektromagnesem w stojanie mogą mieć
połączone uzwojenia stojana i wirnika szeregowo, równolegle (bocznikowo) lub w sposób
mieszany, sposób podłączenia określa rodzaj silnika.
– silnik szeregowy – o uzwojeniu wzbudzenia w stojanie połączonym szeregowo
z uzwojeniem twornika; charakteryzuje się dużą zależnością prędkości obrotowej od
obciążenie; zmniejszanie obciążenie powoduje wzrost prędkości obrotowej (teoretycznie
do nieskończenie wielkiej) i grozi tzw. rozbieganiem, a w konsekwencji zniszczeniem
silnika. Jest to jego poważna wada; dlatego tego typu silników nie wolno włączać bez
obciążenia; stosowane są głównie w trakcji elektrycznej (napędy lokomotyw, tramwajów,
trolejbusów) i pojazdach mechanicznych (wózki akumulatorowe, rozruszniki
samochodów), w napędach dźwigów, wentylatorów itp.
Silnik szeregowy może być, jako jedyny silnik prądu stałego, zasilany również prądem
przemiennym. Silniki takie zwane są też silnikami uniwersalnymi. Możliwość ich różnego
zasilania wynika z faktu, że kierunek wirowania wirnika nie zależy od biegunowości
przyłożonego napięcia. W przypadku, gdy silnik ma być zasilany prądem stałym zarówno
stojan jak i wirnik wykonywane są z litego materiału. Natomiast przy zasilaniu prądem
przemiennym części te wykonuje się z pakietu blach zmniejszając tym samym straty cieplne
powstałe na skutek prądów wirowych. Ze względu na stosunkowo małe wymiary przy
stosunkowo dużej mocy, silniki te znalazły duże zastosowane w urządzeniach wymagających
dużych prędkości obrotowych napędu, np. w odkurzaczach, elektronarzędziach, suszarkach,
sokowirówkach, mikserach, pralkach itp.
Silnik bocznikowy – o uzwojeniu wzbudzenia w stojanie przyłączonym równolegle
z uzwojeniem twornika. Charakteryzuje się małą podatnością na zmianę prędkości obrotowej
na skutek zmiany obciążenia. Stosowany jest głównie w napędach obrabiarek, pomp,
dmuchaw, kompresorów,
Silnik szeregowo-bocznikowy – o uzwojeniu wzbudzenia w stojanie połączonym
z uzwojeniem twornika w sposób mieszany (część szeregowo, a część równolegle) – stosuje
się tam gdzie występuje ciężki rozruch: do napędu walcarek, pras, dźwigów oraz w napędach
okrętowych mechanizmów pokładowych.

29
Rys. 22. Schematy i oznaczenia wyprowadzeń w maszynach prądu stałego: a) prądnica obcowzbudna,
b) prądnica bocznikowa, c) prądnica szeregowo-bocznikowa, d) silnik bocznikowy [3]
Prędkość kątową silników prądu stałego reguluje się przez:
– zmianę rezystancji obwodu twornika – włączenie rezystora dodatkowego (regulacja w dół,
nieekonomiczna),
– zmianę napięcia zasilającego twornik (regulacja w dół dla silników o jednej wartości
napięcia, ekonomiczna),
– zmianę strumienia głównego (regulacja w górę, ekonomiczna).
W celu ograniczenia prądu rozruch silników prądu stałego stosuje się rozruchy pośrednie,
tj. :
– powolną zmianę napięcia twornika od 0 do Un przy zasilaniu obwodu wzbudzenia
znamionowym napięciem,
– włączenie na czas rozruchu rezystora (rozrusznika) szeregowo z uzwojeniem twornika.
Silniki bocznikowe i obcowzbudne są stosowane do napędu urządzeń wymagających
płynnej regulacji prędkości kątowej w szerokim zakresie.
Silniki szeregowe są stosowane do napędu urządzeń pracujących przy znacznych
i częstych przeciążeniach, wymagających dużych momentów rozruchowych (dźwigi, trakcja).
Ze względu na możliwość rozbiegania się, silniki te muszą być na stałe sprzęgnięte
z urządzeniem napędzanym.

30
a) b)
Rys. 23. Wygląd zewnętrzny maszyn wirujących: a) silnik prądu stałego małej mocy, b) silnik indukcyjny
prądu zmiennego [4]
Silniki szeregowo – bocznikowe łączą zalety obu silników i dlatego mają zastosowanie do
napędu maszyn, wymagających stałej prędkości kątowej lub zwiększonego momentu
rozruchowego w porównaniu z silnikiem bocznikowym.
Silniki indukcyjne trójfazowe
Trójfazowe uzwojenie stojana o liczbie par biegunów równej p, zasilane z sieci trójfazowej
symetrycznej o częstotliwości f, wytwarza wirujące pole magnetyczne kołowe. Pole to wiruje
względem stojana z prędkością kątową synchroniczną i przecina zwarte uzwojenie wirnika,
indukując w nim prąd. Wirujące pole „pociąga” za sobą uzwojenie wirnika, w którym płynie
zaindukowany prąd. Wirnik nie może uzyskać prędkości pola magnetycznego, gdyż wtedy nie
przecinałoby ono uzwojenia wirnika, a tym samym w wirniku nie indukowałby się prąd.
Różnicę między prędkością wirowania pola stojana a prędkością wirnika, odniesioną do
prędkości wirowania pola stojana nazywamy poślizgiem s.
Ze względu na to, że omawiany silnik działa na zasadzie indukcji magnetycznej, a jego
wirnik obraca się z prędkością mniejszą od synchronicznej, pełna nazwa tego silnika brzmi:
trójfazowy asynchroniczny silnik indukcyjny.
Silniki indukcyjne asynchroniczne
Silnik asynchroniczny składa się z dwóch podstawowych części: nieruchomego stojana
i ruchomego wirnika. Przemienny prąd w symetrycznym trójfazowym uzwojeniu stojana
powoduje powstanie zmiennego pola magnetycznego dla każdej z faz w taki sposób, że
wypadkowe pole jest polem wirującym. Pole to w wyniku indukcji elektromagnetycznej (stąd
inna nazwa silnika silnik indukcyjny) powoduje powstanie siły elektromotorycznej
w uzwojeniach wirnika, pod wpływem której płynie przez uzwojenia wirnika prąd elektryczny.
Oddziaływanie pól magnetycznych stojana i wirnika wywołuje powstanie momentu
elektromagnetycznego i ruch.
Siła elektromotoryczna w uzwojeniach wirnika powstaje, gdy wirnik obraca się
z prędkością inną niż prędkość wirowania pola magnetycznego. W typowych silnikach przy
obciążeniu znamionowym jest to o dwa do czterech procent mniej niż szybkość wirowania
pola magnetycznego. Silnik asynchroniczny bez obciążenia uzyskuje obroty prawie równe
obrotom silnika synchronicznego(poślizg<1%).
Efekt wirowania pola jest uzyskiwany automatycznie w instalacjach trójfazowych,
w instalacjach jednofazowych konstruuje się układy uzwojeń, w których płynie prąd
z przesunięciem fazowym, co uzyskuje się przez zasilanie jednej fazy uzwojenia przez
kondensator lub dodatkowe uzwojenie zwarte. Prędkość wirowania silnika zależy od prędkości

31
wirowania pola stojana. Prędkość wirowania pola stojana zależy od częstotliwości napięcia
zasilania oraz od konstrukcji uzwojeń (tzw. liczby par biegunów).
Uzwojenia wirnika mogą być wewnętrznie połączone (zwarte – silnik zwarty) lub ich
końcówki są przyłączone do pierścieni ślizgowych przekazujących przez szczotki prąd na
zewnątrz silnika (silnik pierścieniowy). Wyprowadzone na zewnątrz uzwojenia są połączone
przez oporniki lub zwarte. Oporniki podłącza się na czas rozruchu silnika, następnie zmniejsza
się opór i zwiera uzwojenia. Oporniki ograniczające prąd uzwojeń wirnika stosuje się w celu
zwiększenia momentu obrotowego i zmniejszenia prądu pobieranego przez silnik (by nie
przeciążyć instalacji zasilającej) szczególnie podczas rozruchu silnika lub w celu uzyskania
łagodnego startu silnika.
Silnik elektryczny synchroniczny – silnik elektryczny prądu przemiennego, w którym
prędkość wirowania wirnika jest synchroniczna z prędkością wirowania pola magnetycznego
wytworzonego przez nieruchome uzwojenia stojana.
Podobnie jak w silniku asynchronicznym, silnik ten zwykle posiada trójfazowe uzwojenie
stojana, wytwarzające magnetyczne pole wirujące. Różnice występują w wirnikach tych
silników. Starsze rozwiązania budowy silników synchronicznych zakładają, że wirnik
wykonany jest w postaci uzwojenia nawiniętego na rdzeniu i zasilanego, za pośrednictwem
pierścieni ślizgowych i szczotek, ze źródła prądu stałego lub przemiennego. Wirniki te
wykonuje się w dwojaki sposób, jako: wirniki cylindryczne (z utajonymi biegunami) lub wirniki
z biegunami jawnymi.
Każdy biegun posiada własne uzwojenie nawinięte na rdzeń bieguna. Poprzez nadawanie
odpowiedniego kształtu nabiegunnikom uzyskuje się odpowiedni rozkład indukcji na obwodzie
wirnika.
Uzwojenie wzbudzenia wirnika cylindrycznego umieszcza się w wyfrezowanych
w stalowym korpusie żłobkach i zabezpiecza się przed wypadnięciem ze żłobków za pomocą
klinów. Uzwojenie to zajmuje tylko część obwodu wirnika (około 2/3 obwodu).
Wirujące pole magnetyczne wytworzone przez trójfazowe uzwojenie stojana jest to suma
trzech wektorów pola magnetycznego wytwarzanego przez trzy nieruchome uzwojenia (każdej
fazy) umieszczone na stojanie
Po zasileniu uzwojeń stojana, wytworzone zostanie w nim wirujące pole magnetyczne.
Jeżeli wyobrazić sobie to pole jako wirującą parę biegunów, to nieobciążony namagnesowany
wirnik ustawi się w osi pola stojana i zacznie wirować wraz z tym polem synchronicznie. Siły
działające między tak przedstawionymi biegunami mają kierunki promieniowe, więc nie dają
żadnego momentu obrotowego. Jeżeli wirnik obciążony zostanie momentem hamującym
spóźni się nieznacznie względem wirującego pola. Zmiany obciążenia nie powodują zmian
prędkości obrotowej wirnika (jak to ma miejsce w silniku asynchronicznym), lecz zmianę kąta
opóźnienia wirnika.
Wirnik zarówno w stanie jałowym (bez obciążenia) jak i przy obciążeniu obraca się ze
stałą prędkością, równą prędkości wirowania pola magnetycznego (z prędkością
synchroniczną). Jeżeli jednak moment obciążenia będzie większy niż maksymalny moment
elektromagnetyczny silnika (jeżeli kąt pomiędzy osią stojana i wirnika przekroczyłby 90°),
wówczas maszyna wypadnie z synchronizmu i po pewnym czasie zatrzyma się.
Jedną z wad silnika synchronicznego jest to, że nie potrafi on samoczynnie wystartować
po zasileniu uzwojeń. Podanie napięcia na stojan powoduje powstanie pola wirującego, które
wywołuje przemienny moment obrotowy działający na wirnik. Ze względu na zbyt dużą
częstotliwość zmian tego momentu wobec bezwładności wirnika, nie jest on w stanie ruszyć
z miejsca.
Istnieje kilka możliwości radzenia sobie z tą niedogodnością. Jedną z nich jest
zastosowanie dodatkowej maszyny, która rozpędza wirnik silnika synchronicznego do

32
prędkości zbliżonej do synchronicznej. Rolę takiej maszyny pełni dodatkowy silnik
asynchroniczny lub silnik prądu stałego, ale raczej tego rozwiązania nie stosuje się w praktyce.
Innym sposobem uruchomienia silnika synchronicznego jest skorzystanie z rozwiązania
stosowanego w silnikach asynchronicznych. Obecnie najlepszym rozwiązaniem służącym do
uruchamiania silników synchronicznych wydaje się zastosowanie specjalnych elektronicznych
przemienników częstotliwości (falowników) które pozwalają na systematyczne zwiększanie
częstotliwości napięcia zasilania uzwojeń stojana co pozwala na stopniowe rozpędzenie
wirnika. W przypadku silników z magnesami trwałymi jest to w zasadzie jedyne rozwiązanie.
Rozruch i regulacja obrotów
Prędkość obrotowa silników indukcyjnych synchronicznych ns zależy od częstotliwości
zasilania sieci (f) oraz od konstrukcji maszyny (od ilości par biegunów – p)
.
60
p
f
ns
×
=
Dla częstotliwości 50Hz, obroty znamionowe silnika synchronicznego, który posiada
1 parę biegunów, prędkość obrotowa wynosi 3000 obr/min., dla 2 par biegunów 1500 obr/min,
dla 3–1000 obr/min. W silnikach asynchronicznych prędkości te są odpowiednio niższe
o około (10–15)%.
Największymi wadami silnika asynchronicznego jest brak bezpośredniej możliwości
regulacji prędkości obrotowej, a w silnikach klatkowych także gwałtowny rozruch.
Dlatego też w niektórych rozwiązaniach stosowano silniki pierścieniowe. Zastosowanie
oporników włączanych w obwód uzwojeń wirnika umożliwiało łagodny rozruch. Obecnie
powszechnie stosowanym rozwiązaniem, mającym na celu ograniczenie prądu podczas
rozruchu, jest podłączanie uzwojeń silnika na czas rozruchu w gwiazdę, a po uzyskaniu
właściwych obrotów – przełączenie w trójkąt. Połączenie w gwiazdę zmniejsza moc silnika
i może być stosowane także podczas pracy silnika jeżeli nie ma zapotrzebowania na moc.
Rozruch silników indukcyjnych
Prąd rozruchowy podczas bezpośredniego włączenia silnika do sieci może dochodzić do
dziewięciokrotnej wartości prądu znamionowego, a moment rozruchowy może być mniejszy
od momentu znamionowego. Właściwości rozruchowe silników można zmienić przez:
– zmianę wartości napięcia zasilania stojana – tylko przy rozruchu lekkim (za pomocą
transformatora, autotransformatora bądź przełącznika gwiazda-trójkąt),
– włączenie rezystancji w obwód stojana,
– włączenie rezystancji w obwód wirnika,
– zmianę częstotliwości napięcia zasilającego uzwojenie stojana.
Obecnie w dobie intensywnego rozwoju układów energoelektronicznych stosuje się
często układy łagodnego rozruchu (układy soft start). Do regulacji prędkości obrotowej
stosuje się przemienniki częstotliwości. Rozwój technologiczny i spadek kosztów układów
falownikowych są przyczyną coraz częstszego stosowania tego typu urządzeń dla silników
klatkowych. Układy z regulacją obrotów, umożliwiają uzyskanie znacznych oszczędności
energii zastępując układy, w których maszyna (pompa, wentylator) pracowała cyklicznie,
przepływ był dławiony lub tracony.

33
Generatory
Generator synchroniczny jest to na ogół trójfazowa prądnica prądu zmiennego, w której
pole magnetyczne wytworzone jest przez uzwojenie wzbudzenia zamontowane na wirniku.
Uzwojenie to zasilane prądem stałym I indukuje w uzwojeniu stojana zmienne napięcie
elektryczne. Energia mechaniczna dostarczana do wirnika odbierana jest z uzwojeń stojana
jako energia elektryczna. Generator synchroniczny jest maszyną odwracalną i może pracować
także jako silnik.
Zasilanie uzwojenia wzbudzenia prądem stałym (lub zastosowanie magnesów trwałych)
powoduje, że pole magnetyczne wytworzone przez to uzwojenie jest nieruchome w stosunku
do wirnika i obraca się synchronicznie razem z wirnikiem (stąd nazwa generator
synchroniczny). W maszynach takich nie występuje zjawisko poślizgu i nie ma potrzeby
wykonywania wirnika z wieli cienkich izolowanych blach, ponieważ w czasie normalnej pracy
nie płyną w nim prądy przemienne. Generatory synchroniczne produkowane są o mocach od
kilkunastu kW do kilkuset MW.
Zasilanie uzwojenia wzbudzenia z niezależnego źródła prądu stałego tzw. wzbudnicy daje
możliwość łatwej regulacji prądu magnesującego i kompensacji mocy biernej w systemie, przez
co generatory synchroniczne umożliwiają stabilną współpracą z odbiornikami indukcyjnymi
(transformatorami) i w konsekwencji zapewniają stabilne napięcie sieciowe u odbiorców
końcowych zasilanych z sieci elektroenergetycznych niskiego napięcia.
Zabezpieczenia generatorów.
Generatory synchroniczne powinny być wyposażone w następujące zabezpieczenia:
– zabezpieczenie nadmiarowo-prądowe stojana od przetężeń i skutków zwarć
zewnętrznych, działające początkowo na sygnał, a po określonym czasie – na wyłączenie
generatora z sieci i odwzbudzenie,
– zabezpieczenie różnicowo-prądowe od zwarć wewnątrz stojana, działające bezzwłocznie
na wyłączenie generatora i odwzbudzenie,
– zabezpieczenie ziemnozwarciowe stojana, które w przypadku doziemienia uzwojenia
stojana w zależności od wartości prądu doziemnego działa na sygnał lub wyłączenie
maszyny i odwzbudzenie,
– zabezpieczenie ziemnozwarciowe wirnika reagujące w zależności od rodzaju uszkodzenia;
przy pojedynczym zwarciu z ziemią na sygnał, natomiast przy drugim zwarciu powodując
wyłączenie i odwzbudzenie generatora.
Duże generatory wyposaża się także w zabezpieczenia przed asymetrią prądów stojana,
przed pracą asynchroniczną i przed przeciążeniem prądowym wirnika. Ponadto wszystkie
maszyny mogą być wyposażone w sygnalizację i zabezpieczenia kontrolujące temperaturę
wewnątrz maszyny i temperaturę czynnika chłodzącego.
Zabezpieczenia nadmiarowoprądowe
Każdy obwód elektryczny musi być zabezpieczony przed przeciążeniem i zwarciem.
Wyłączniki nadmiarowoprądowe zabezpieczają elementy instalacji przed zniszczeniem.
Zadaniem zabezpieczeń nadmiarowoprądowych stosowanych w układach elektrycznych
i elektronicznych jest wyłączanie urządzeń i obwodów w przypadku, gdy nastąpi wzrost prądu
powyżej wartości znamionowej.

34
a) b) c)
Rys. 24. Symbole zabezpieczeń nadmiarowoprądowych: a) bezpiecznik nadmiarowoprądowy symbol
ogólny, b) wyłącznik nadmiarowoprądowy jednofazowy, c) wyłącznik nadmiarowoprądowy
trójfazowy
Wyłączenie danego obwodu w przypadku wzrostu wartości prądu oprócz ochrony
instalacji przed zniszczeniem chroni urządzenia przed powstaniem porażenia lub pożaru.
Najczęściej powodem zadziałania bezpiecznika jest pojawienie się uszkodzenia
w zabezpieczanym urządzeniu lub w obwodzie. Zdarza się, że w niekorzystnych sytuacjach
bezpiecznik może zadziałać, nawet w przypadku, gdy prąd nie przekroczy wartości
znamionowej. Dopuszczalne jest, by w przypadku zadziałania bezpiecznika raz wymienić
wkładkę bezpiecznika. Jeżeli po wymianie wkładki bezpiecznik zadziała ponownie, należy
poddać obwód i urządzenie gruntownej diagnozie oraz należy usunąć występujące
uszkodzenie. Szczegółowe zasady doboru zabezpieczeń nadmiarowoprądowych określa norma
EN 61 – 009.
Okrętowe systemy elektroenergetyczne należą do grupy tzw. autonomicznych systemów
elektroenergetycznych, między innymi określanej mianem „isolated power systems”.
Cechy charakterystyczne tego rodzaju systemów to: ograniczona, niewielka liczba źródeł
energii, niespotykany w innych przypadkach stosunek mocy pojedynczego odbiornika do mocy
źródeł energii elektrycznej oraz relatywnie duża wartość impedancji zwarcia prądnic
instalowanych w tych systemach. W efekcie zaburzenia elektromagnetycznego, (a zwłaszcza
wywołane nimi zmiany częstotliwości oraz zniekształcenia prądów i napięć) w autonomicznych
systemach elektroenergetycznych zniekształcenia znacznie przekraczają swoim poziomem
zaburzenia w dużych, połączonych systemach elektroenergetyki lądowej, obserwowane
w czasie ich normalnej eksploatacji. Elektroenergetyczna sieć okrętowa jest siecią „elastyczną”
tzn. charakteryzuje się ona dużymi zmianami napięcia i częstotliwości, spowodowanymi
zmianami prądu obciążenia okrętowego systemu elektroenergetycznego. Wynika to
z porównywalnych mocy elektrowni okrętowej i załączanych dużych odbiorników energii np.
sterów strumieniowych, pomp, sprężarek. Przykładowo, moce elektrycznych silników
napędowych sterów strumieniowych często przekraczają 1 MW, a moc wolnostojącego
zespołu prądotwórczego może być poniżej tej wartości.
Instalację elektryczną na jednostkach pływających wykonuje się używając specjalnie
przygotowanych do tego aparatów i urządzeń. O specyfice świadczy fakt, że nawet przewody
i kable muszą być wykonane ze specjalnych materiałów i posiadać specjalne atesty towarzystw
klasyfikacyjnych. Przewody i kable stosowane na pokładach jednostek pływających powinny
być niepalne, nie powinny również w przypadku wzrostu temperatury wydzielać trujących
gazów. Izolacje przewodów i kabli musza być wzmocnione, a w niektórych przypadkach,
wprowadza się dodatkowe warstwy zabezpieczające przed zerwaniem i przetarciem. Przewody
te pracują w warunkach ekstremalnych, w dużej wilgotności, zmiennej temperaturze oraz
poddawane są drganiom o zmiennej częstotliwości.
Wymagania jakie się stawia przed aparatami i urządzeniami elektrycznymi wynikają,
z przedstawionej wcześniej charakterystyki warunków pracy. Wszystkie urządzenia i układy
muszą być odporne na duże zmiany wartości napięć zasilających oraz odporne na warunki
pracy. Urządzenia i aparaty stosowane muszą charakteryzować się wysoką niezawodnością,
odpornością na drgania i wilgoć. Zakres temperatur w których pracują też musi być bardzo
szeroki. Dlatego zamiast stosować jedno urządzenie o dużej mocy, często stosuje się
połączenie kilku mniejszych urządzeń. W przypadku awarii jednej maszyny inne pozostają do

35
dyspozycji obsługi. Często w celu zwiększenia niezawodności montuje się podwójne
urządzenia (rozdzielnie) z czego jedno z nich stanowi rezerwę. W przypadku awarii rozdzielni
głównej obsługa może dokonać niezbędnych przełączeń i funkcję przejmuje rozdzielnia
zapasowa. Niektóre urządzenia posiadają wewnątrz wbudowane akumulatory, w przypadku
braku zasilania pozwalają one na podtrzymanie pełnionych funkcji w czasie awarii (np. niektóre
oprawy oświetleniowe, nadajniki radiowe, itp.).
Oddzielną grupę czynników powodujących zmiany napięcia i częstotliwości w okrętowych
sieciach elektroenergetycznych stanowią czynniki środowiskowe. Urządzenia elektryczne
i elektroniczne pracujące w środowisku okrętowym poddane zostają działaniu ekstremalnych
warunków zewnętrznych, takich jak: wysoka i niska temperatura powietrza, mgła solna,
zalewanie wodą, wysoka wilgotność powietrza, wibracje, wstrząsy i kołysania. Wszystkie te
czynniki, ograniczając trwałość ważnych elementów systemu, mogą mieć pośredni wpływ na
jakość energii elektrycznej. Czynnikiem wpływającym bezpośrednio na zmiany wartości
skutecznej napięcia i jego częstotliwości w rozważanych sieciach jest stan morza, zwłaszcza
w czasie pracy prądnicy wałowej. W przypadku dużej fali dochodzi do zmian prędkości
obrotowej silnika głównego na skutek zmian jego obciążenia. W efekcie pogarsza się jakość
wytwarzania energii elektrycznej przez sprzęgniętą z silnikiem głównym prądnicę wałową.
4.2.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Z jakich elementów zbudowany jest transformator?
2. Jaka jest zasada działania transformatora?
3. Jakie zadania realizują transformatory zainstalowane na jednostkach pływających?
4. Jakie zadania realizują generatory?
5. W jaki sposób wytwarzana jest energia elektryczna?
6. Jakie występują rodzaje silników, jakimi cechami się one charakteryzują?
7. W jaki sposób dokonuje się rozruch silników prądu zmiennego?
8. Co oznacza prędkość synchroniczna i od czego ona zależy?
9. Przed jakimi zakłóceniami zabezpiecza się generatory?
10. Do czego służą zabezpieczenia nadmiarowoprądowe?
4.2.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Zbuduj układ zasilania do wskazanego przez nauczyciela silnika. Uruchom silnik.
1) zapoznać się z tabliczką znamionową silnika,
2) określić rodzaj napięcia zasilania, wartość napięcia zasilania częstotliwość, moc,
3) znaleźć w literaturze układ zasilania,
4) dobrać odpowiednie przyrządy i aparaty elektryczne,
5) połączyć układ zasilania,
6) poprosić nauczyciela o sprawdzenie prawidłowości połączenia układu,
7) uruchomić układ pod nadzorem nauczyciela.

36
− silniki prądu stałego, silniki prądu zmiennego,
− zasilacz dostosowany do napięcia silników prądu stałego,
− rezystor do regulacji prądu wzbudzenia,
− stycznik wraz z przyciskami sterującymi, lub włącznik 3 biegunowy dostosowany do mocy
zgromadzonych silników,
− przewody łączeniowe,
− komplet narzędzi elektromonterskich,
Ćwiczenie 2
Na podstawie pomiarów napięć pierwotnego i wtórnego transformatora jednofazowego
określ jego przekładnię.
1) narysować schemat układu,
3) ustawić napięcie na autotransformatorze, który zasila uzwojenie pierwotne,
4) poprosić nauczyciela o sprawdzenie układu,
5) uruchomić układ,
6) odczytać wartość napięcia z woltomierza podłączonego do uzwojenia wtórnego,
7) wyznaczyć przekładnię transformatora.
– autotransformator sieciowy,
– transformator badany małej mocy,
– dwa woltomierze AC o zakresach dostosowanych do wartości napięć transformatora
badanego,
– przewody łączeniowe.
Ćwiczenie 3
Na podstawie tabliczki znamionowej określ typ silnika prądu stałego. Następnie zbuduj
układ zasilania i uruchom go w stanie jałowym. Dobierz warunki pracy silnika tak, by jego
faktyczna prędkość obrotowa wynosiła 90% prędkości maksymalnej.
1) określić typ silnika na podstawie oznaczeń kostki zaciskowej i tabliczki znamionowej,
2) narysować na podstawie literatury schemat zasilania silnika,
3) połączyć układ zasilania silnika,
4) poprosić nauczyciela o sprawdzenie układu zasilania,
5) uruchomić silnik,
6) ustalić obrotową i znamionową wartość docelową,
7) wyregulować prąd wzbudzenia lub napięcie zasilania by silnik osiągnął odpowiednią
prędkość obrotową.
− silnik szeregowy lub równoległy prądu stałego,
− zasilacz o mocy i napięciu dostosowanym do wielkości silnika,
− przewody łączeniowe,

37
− komplet narzędzi elektrotechnicznych,
− obrotomierz mechaniczny lub elektroniczny,
− rezystory do regulacji prądu wzbudzenia.
4.2.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) rozróżnić na odstawie symboli podstawowe maszyny elektryczne
zamontowane na jednostkach pływających?
 
2) opisać budowę i wyjaśnić zasadę działania transformatorów?  
3) opisać budowę i wyjaśnić zasadę działania silników prądu stałego?  
4) opisać budowę i wyjaśnić zasadę działania silników prądu zmiennego?  
5) opisać budowę i wyjaśnić zasadę działania generatorów?  

38
4.3. Elementy i układy pneumatyczne oraz hydrauliczne
Budowa układów hydraulicznych i pneumatycznych jest bardzo zbliżona. Istotna różnica
w działaniu tych układów wynika z różnych własności mediów napędzających: w układach
pneumatycznych – sprężone powietrze a w układach hydraulicznych – oleje syntetyczne lub
mineralne.
Do najważniejszych zalet układów hydrostatycznych należy zaliczyć:
– dużą wydajność energetyczną z jednostki masy lub objętości.
– dużą łatwość sterowania,
– bardzo małą bezwładność układu, umożliwiającą dokonywanie częstych i gwałtownych
zmian prędkości i obciążenia,
– samosmarowość; w charakterze cieczy roboczej wykorzystuje się najczęściej różne
rodzaje olejów, które są jednocześnie czynnikiem smarującym.
W układach hydraulicznych możemy spotkać 4 podstawowe grupy urządzeń:
– urządzenia zasilające (pompy, filtry),
– urządzenia przesyłające (rury, węże elastyczne, kanały i tunele olejowe),
– urządzenia sterujące i regulacyjne (zawory, rozdzielacze, akumulatory),
– urządzenia wykonawcze (silniki hydrauliczne, siłowniki, itp.).
Do łączenia wszystkich elementów pneumatycznych i hydraulicznych stosuje się przewody
powietrzne lub hydrauliczne (węże gumowe lub rurki stalowe). Przewody te muszą być
wykonane z odpowiednio dobranych materiałów, które nie powinny wchodzi w reakcję
z czynnikiem roboczym. Dodatkowo przewody te powinny posiadać odpowiednio grube
ścianki, by w trakcie największego ciśnienia nie dochodziło do nadmiernych odkształceń
przewodów oraz by uniknąć ich pęknięć. W celu wzmocnienia węże elastyczne umieszcza się
w oplocie z włókien sztucznych lub też w pancerzu stalowym.
Na końcach węży zaciska się końcówki gwintowe za pomocą których podłącza się
przewody do elementów funkcjonalnych. W przypadku gdy, zachodzi potrzeba łączenia
przewodów ze sobą można jako elementów łączeniowych używa się złączek stalowych.
Budując układy tymczasowe, często stosuje się przewody zakończone szybkozłączami.
Szybkozłącza te umożliwiają łatwe łączenie przewodów do podzespołów. W trakcie odpinania
przewodów od elementów funkcyjnych (tj. rozłączania) kulka wewnętrzna szybkozłącza
zamyka wnętrze przewodu i eliminuje wypływ czynnika roboczego.
Budowa zaworów
Elementy sterujące na ogół zamontowane są pomiędzy pompą a elementem
wykonawczym spełniają następujące funkcje:
– uruchomienie, zatrzymanie i zmiana kierunku ruchu silnika lub siłownika,
– sterowanie natężeniem przepływu, a więc najczęściej sterowanie prędkością rozwijaną
przez silnik lub siłownik,
– sterowanie ciśnieniem, a więc najczęściej sterowanie rozwijanym momentem obrotowym
lub siłą,
– zabezpieczenie układu przed przeciążeniem technologicznym lub bezwładnościowym,
– blokada położenia obciążonego silnika lub siłownika,
– synchronizacja ruchów kilku silników obciążonych w zróżnicowany sposób i zasilanych
z jednego źródła.

39
Ze względu na spełniane funkcje, elementy sterujące, dzielimy na następujące podstawowe
grupy:
– sterujące kierunkiem przepływu (zawory odcinające, zwrotne, rozdzielacze),
– sterujące ciśnieniem (zawory bezpieczeństwa, reduktory ciśnienia),
– sterujące natężeniem przepływu (zawory regulacyjne),
– wielofunkcyjne.
– sterujące kierunkiem i natężeniem przepływu.
Zadaniem zaworów odcinających jest umożliwienie swobodnego przepływu cieczy przez
przewód lub szczelne jego zamknięcie. W przypadku ręcznego sterowania otwieraniem lub
zamykaniem najkorzystniejszy jest zawór kulowy pokazany na rysunku 25a), dostosowany do
bezpośredniego przyłączenia przewodów (montaż przewodowy). Za pomocą dźwigni 4 należy
obrócić kulę 2 o 90o
, co spowoduje zamknięcie przewodu, w który wbudowany jest zawór.
Zawory kulowe są bardzo rozpowszechnione ze względu na szczelność, małe wymiary i duży
przekrój w stanie otwartym. W przypadku innego sposobu sterowania, np. zdalnego, rolę
zaworu odcinającego może pełnić rozdzielacz dwudrogowy dwupołożeniowy.
a) b)
Rys. 25. Budowa i symbol zaworu odcinającego kulowego: a) budowa: 1 – korpus, 2 – kula, 3 – podparcie
i uszczelnienie kuli, 4 – dźwignia, b) symbol zaworu [6, s. 69]
Na rysunku 25b) pokazano symbol graficzny zaworu odcinającego. Symbol ten w zasadzie
nie informuje o stanie w jakim zawór się znajduje (otwarty, zamknięty). Stan lub stany te
powinny być podane w opisie układu hydrostatycznego, z wyjątkiem przypadków
oczywistych, w których przyjmuje się najczęściej, że zawór jest zamknięty.
Zawory zwrotne
Zadaniem zaworów zwrotnych jest umożliwienie swobodnego przepływu czynnika
w jednym kierunku i samoczynne odcięcie przepływu w kierunku przeciwnym. Zawory
zwrotne budowane są w następujących odmianach konstrukcyjno-funkcjonalnych: zawory
zwykłe (niesterowane), sterowane pojedyncze, bez odprowadzenia przecieków,
z odprowadzeniem przecieków oraz zawory sterowane podwójne.

40
Rys. 26. Schemat zaworu zwrotnego zwykłego: 1 – korpus, 2 – grzybek, 3 – sprężyna, 4 – gniazdo,
A, B – przyłącza [6, s. 69]
Na rysunku 26 przedstawiono schemat zaworu zwykłego, dostosowanego do montażu
przewodowego. Podanie cieczy do przyłącza A powoduje odsunięcie grzybka 2 od gniazda
4 i przepływ cieczy przyłączem B do dalszych elementów układu hydrostatycznego. Podanie
cieczy do przyłącza B powoduje tylko zwiększony docisk grzybka 2 do gniazda 4, więc
przepływ cieczy jest niemożliwy. Sprężyna 3 jest dobierana tak, aby zawór otwierał się przy
stosunkowo niedużym ciśnieniu. Najczęściej ciśnienie otwarcia wynosi (0,05÷0,5)MPa, gdyż
zawór nie powinien powodować zbyt dużych strat energetycznych.
Otwory przyłączeniowe mogą być także wyprowadzone na jedną powierzchnię do
połączenia zaworu z blokiem elementów sterujących (montaż płytowy).
Tabela 5. Symbole graficzne zaworów zwrotnych
Symbol graficzny Nazwa i opis zaworu
bez sprężyny, praca w dowolnym
położeniu
Zawór zwykły
ze sprężyną, praca w dowolnym
położeniu
bez odprowadzenia przecieków
Zawór sterowany
pojedynczy
z odprowadzeniem przecieków

41
Rozdzielacze
Zadaniem rozdzielaczy − nazywanych niekiedy zaworami rozdzielczymi − jest
doprowadzenie i odprowadzenie cieczy z gałęzi układu hydrostatycznego, sterowane sygnałem
zewnętrznym. Najczęściej rozdzielacz służy do połączenia silnika hydraulicznego lub
pneumatycznego z pompą i zbiornikiem, a więc do sterowania pracą silnika lub siłownika.
Rozdzielacze można klasyfikować na podstawie różnych kryteriów. Najczęściej bierze się
pod uwagę następujące kryteria:
Ze względu na zastosowanie:
– rozdzielacze hydrauliczne,
– rozdzielacze pneumatyczne.
Ze względu na stosowane rozwiązania konstrukcyjne wyróżniamy trzy grupy
rozdzielaczy:
– suwakowe,
– zaworowe,
– obrotowe.
Ze względu na liczbę dróg, czyli sumaryczną liczbę przyłączy roboczych wśród
rozdzielaczy rozróżniamy:
– dwudrogowe,
– trójdrogowe,
– czterodrogowe,
– wielodrogowe.
Ze względu na liczbę różnorodnych połączeń, jaką rozdzielacz jest w stanie zrealizować
rozróżniamy rozdzielacze:
– dwupołożeniowe, realizujące dwa warianty połączeń,
– trójpołożeniowe, realizujące trzy warianty połączeń,
– wielopołożeniowe, realizujące wiele wariantów połączeń.
Ze względu na wzmacnianie sygnału sterującego pracą rozdzielaczy wyróżniamy:
– jednostopniowe, pracujące bez wzmacniania sygnału,
– dwustopniowe i wielostopniowe, pracujące ze wzmacnianiem sygnału.
Ze względu na charakter fizyczny sygnału sterującego rozróżniamy rozdzielacze
sterowane: mechanicznie, hydraulicznie, pneumatycznie i elektrycznie.
Rozdzielacze suwakowe
Rys. 27. Zasada działania rozdzielacza suwakowego, czterodrogowego, trójpołożeniowego: a) szkic
rozwiązania konstrukcyjnego i zasada działania, b) fragment symbolu graficznego,
1 – dwutłoczkowy suwak, 2 – tuleja, 3 – kanał pierścieniowy [6, s. 76]

42
Rozdzielacze suwakowe znalazły największe zastosowanie praktyczne spośród innych
konstrukcji tego typu. Każdy rozdzielacz suwakowy składa się z dwóch zasadniczych części
pokazanych na rysunku 27 (z pominięciem sterowania): suwaka 1 współpracującego z tuleją 2
mającą wewnątrz kilka podtoczeń 3 (kanałów pierścieniowych), znajdujących się w pewnej
odległości od siebie. Podtoczenia 3 zaopatrzone są w przyłącza, czyli otwory do połączenia
rozdzielacza z układem hydrostatycznym. Przesuwanie suwaka 1 w tulei 2 powoduje zmiany
sposobu połączeń między przyłączami P, T, A, B. Przedstawiony rozdzielacz może realizować
trzy warianty (schematy) połączeń, mianowicie:
– w położeniu I występują połączenia P→A i B→T,
– w położeniu II (środkowym) wszystkie połączenia są odcięte od siebie,
– w położeniu III występują połączenia P→B i A→T.
Jest to zatem rozdzielacz trójpołożeniowy, czterodrogowy − otwory T są zwykle ze sobą
połączone i wyprowadzone na zewnątrz jako jeden otwór. Fragment symbolu graficznego
rozdzielacza zawiera trzy kratki „sklejone” ze sobą, przy czym ich liczba odpowiada liczbie
położeń suwaka 1. W każdej kratce narysowany jest schemat połączeń między drogami P, T,
A, B realizowany w danym położeniu suwaka 1.
Rozdzielacze często noszą skrótowe oznaczenie np. 3/2, gdzie pierwsze oznaczenie to
liczba dróg (przyłączy roboczych), a drugie liczba położeń suwaka. W rozpatrywanym
przykładzie będzie to oznaczenie 4/3.
Najbardziej rozpowszechnione są rozdzielacze suwakowe sterowane ręcznie, jednak
można spotkać rozdzielacze sterowane elektrycznie. W takich urządzeniach zamiast dźwigni
ręcznej do przesuwania suwaka rozdzielacza wykorzystywane są elektromagnesy. Możemy
spotkać elektromagnesy zasilane:
– prądem stałym,
– prądem zmiennym.
Ze względu na kontakt elektromagnesów z olejem rozróżniamy:
– elektromagnesy suche.
– elektromagnesy mokre.
Tabela 6. Symbole graficzne sterowań rozdzielaczy
Symbol graficzny Nazwa i opis sterowania
symbol ogólny
dźwignia
przycisk wciskany
przycisk wyciągany
Sterowanie siłą
mięśni
przycisk obrotowy
popychacz
sprężynaSterowanie
mechaniczne
rolka
Sterowanie Przez wzrost ciśnienia

43
Przez spadek ciśnienia
pośrednie (elementem pomocniczym) przez
wzrost ciśnienia
hydrauliczne
pośrednie (elementem pomocniczym) przez
spadek ciśnienia
jedna cewka o stałej charakterystyce
Sterowanie
elektryczne pomocniczy silnik elektryczny
Tabela 7. Symbole graficzne rozdzielaczy jednostopniowych
Symbol graficzny Nazwa i opis rozdzielacza
3/2, zaworowy,
3/2, zaworowy,
4/2, sterowany dźwignią, ustalany sprężyną
4/2, sterowany elektromagnesem, ustalany sprężyną
4/2, sterowany elektromagnesami, impulsowy
Elementy sterujące ciśnieniem
Zadaniem elementów sterujących ciśnieniem – nazywanych skrótowo zaworami
ciśnieniowymi – jest wpływanie w określony sposób na wartość ciśnienia w układzie
hydrostatycznym lub jego części. Zawory ciśnieniowe klasyfikuje się na podstawie
następujących kryteriów:
Ze względu na konstrukcję organu zamykającego wyróżniamy:
– zawory wzniosowe,
– zawory suwakowe.
Ze względu na wzmacnianie mocy sygnału powodującego zadziałanie zaworu mamy:
– zawory jednostopniowe, pracujące bez wzmacniania mocy sygnału, nazywane inaczej
zaworami bezpośredniego działania.
– zawory dwustopniowe, pracujące ze wzmacnianiem mocy sygnału, nazywane inaczej
zaworami pośredniego działania,
Ze względu na pochodzenie sygnału sterującego wyróżniamy:
– zawory sterowane sygnałem wewnętrznym, czyli pobieranym z bezpośredniego otoczenia
zaworu,
– zawory sterowane sygnałem zewnętrznym, czyli pobieranym z innej gałęzi lub z innego
układu hydrostatycznego.
Ze względu na funkcję spełnianą w układzie hydrostatycznym rozpatrujemy:
– zawory maksymalne,
– zawory redukcyjne,
– zawory przełączające.

44
Podstawowym zadaniem zaworów maksymalnych jest zabezpieczenie układu
hydrostatycznego lub jego części przed wzrostem ciśnienia ponad dopuszczalną wartość.
Ze względu na charakter pracy spotykamy dwie odmiany funkcjonalne zaworów
maksymalnych:
– zawory bezpieczeństwa.
– zawory przelewowe.
Zawory bezpieczeństwa pełnią typową funkcję zabezpieczającą, przy czym ich działanie
jest sporadyczne, czyli występujące podczas nieprzewidywalnego przeciążenia układu
hydrostatycznego. Zawory przelewowe pracują w sposób ciągły odprowadzając nadmiar
cieczy do zbiornika. Powoduje to stabilizację ciśnienia cieczy i jednocześnie zabezpieczenie
układu przed przeciążeniem. Zawory przelewowe występują najczęściej w układach
dławieniowych sterowania prędkością silnika lub siłownika.
Zawory redukcyjne
Zadaniem zaworów redukcyjnych jest redukcja i stabilizacja ciśnienia cieczy opuszczającej
zawór, a więc przeciwdziałanie wahaniom ciśnienia. Wahania te mogą być spowodowane
zmiennymi warunkami pracy zasilanych układów. Zawory redukcyjne mogą pracować w
głównych obwodach układów hydrostatycznych – służą wtedy najczęściej do stabilizacji
rozwijanej siły lub momentu obrotowego. Mogą także pracować w układach
wieloobwodowych zasilanych z jednego źródła – wtedy przykładowo redukują ciśnienie
panujące w obwodzie głównym do wartości wymaganej w obwodzie pomocniczym.
Rys. 28. Akumulator membranowy skręcany: 1 – przyłącze zaworu gazowego, 2 – zbiornik ciśnieniowy,
2.1 – obejma, 3 – membrana, 4 – zawór płytkowy, 5 – przyłącze cieczowe [6, s. 128]
Na rys. 28 przedstawiono przykład rozwiązania akumulatora membranowego. Zbiornik
ciśnieniowy 2 tworzą dwie czasze zespawane ze sobą lub skręcone za pomocą obejmy
2.1. W dolnej czaszy usytuowana jest membrana 3, zaopatrzona w zawór płytkowy 4.
Zadaniem tego zaworu jest zamknięcie wylotu komory cieczowej podczas całkowitego
rozładowania akumulatora czyli zabezpieczenie membrany 3 przed uszkodzeniem.
W celu uniknięcia nadmiernego zużywania się elementów hydraulicznych należy
zabezpieczać elementy hydrauliczne przed dostaniem się do obiegu oleju zanieczyszczeń
stałych. W tym celu w układach hydraulicznych stosuje się filtry:
– magnetyczne – namagnesowany element przyciąga wszystkie opiłki uniemożliwiając im
wędrowanie ich wraz z olejem po układzie,
– osadnikowe – z przepływającego z małą prędkością oleju drobinki zanieczyszczeń opadają
na dół zbiornika, specjalne grodzie i zastawki uniemożliwiają podrywanie zanieczyszczeń
gdy olej tłoczony jest z dużą prędkością,

7

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to 7

Similar to 7 (20)

More from Emotka

More from Emotka (20)

7