Elektrotechnika – alapok Műszaki ismeretek Elektrotechnika – alapok

Elektrotechnika alapok

Elektrotechnika – alapok Összeállította: Horváth János 2018. november 24. 

Elektrotechnika – alapok Óravázlat: – Anyagszerkezet  töltések – Elektromos áram és feszültség – Vezetők és szigetelők – Ellenállás, munka, teljesítmény – Egyszerű áramkörök – Soros és párhuzamos kapcsolás  előtétek és söntök – Mágnesesség, elektromágnesesség – Elektromágneses indukció  relék és motorok – Áramforrások, akkumulátorok – Félvezetők – Áramkörök 2018. november 24. 

Elektrotechnika – alapok 2018. november 24. 

Dmitrij Ivanovics Mengyelejev (1834. 01. 27 (02. 08. ) – 1907. 01. 20 1869-ben sorba rendezi az akkor ismert 63 elemet, helyeket hagy ki. 1875-ben felfedezik a galliumot (ekaaluminium) – igazolja a rendszer helyességét. 2018. november 24.

Az anyag szerkezete Anyag  molekula Konyhasó (NaCl)  nátrium (szilárd fém) + klór (maró, mérgező gáz) Atom: atommag + elektronhéj(ak) Proton: pozitív töltésű, egységnyi tömegű Neutron: töltés nélküli (semleges), egységnyi tömegű Elektron: negatív töltésű, a proton tömegének 1/1840-ed része 2018. november 24. 

Töltéshordozók Anyagszerkezet Molekulák mozgása Gázok: kitöltik a teret Folyadékok: egyensúly Szilárd anyagok: rendezetlen (amorf) rendezett (kristályos) Elektronhéjak: s=2, d=8, p=18, f=32 Külső elektronhéj hiánytalanul feltöltve  szigetelő „Létszámfeletti” elektronok  fémek, elektromosan vezetők 2018. november 24. 

Elektromos áram Elektromos áram = töltések rendezett mozgása Kétféle töltés (töltéshordozó) pozitív (proton, atommagban – helyhez kötött) negatív (elektron, atomok között – mozgékony) A villamos áram az esetek döntő többségében az elektronok rendezett mozgása. Töltés: coulomb (C) 1C = 6,23 x 1018 db elektron töltése Áramerősség: amper (A), jele I 1A = 1s alatt 1C töltésmennyiség áramlása 2018. november 24. 

Feszültség, ellenállás Elektromos feszültség = a töltéseket mozgató (külső) erő Feszültség: volt (V), jele U Elektromos ellenállás = az anyag mennyire gátolja az elektromos áram folyását Abszolút nulla fok (0 K, vagy -273,15 oC) – a molekulák mozgása leáll – szupravezetés Hőmérséklet növelése – Brown-féle mozgás – nagyobb ellenállás Ellenállás: ohm (Ω), jele R 2018. november 24. 

Az arányossági tényező ennek az anyagnak (vezetőnek) az ellenállása. Összefüggések Ohm törvénye ellenállás, áramerősség és feszültség közötti összefüggés Egy adott anyagon (vezetőn) átfolyó áram a feszültséggel egyenesen arányos. Az arányossági tényező ennek az anyagnak (vezetőnek) az ellenállása. Georg Simon Ohm (1789.13.16. – 1854.07.06) német fizikus 2018. november 24. 

Teljesítmény, munka Elektromos teljesítmény áramerősség és feszültség szorzata Mértékegysége: watt (W), jele: P Joule-törvény A vezetőn átfolyó áram hőt fejleszt Elektromos munka teljesítmény és idő szorzata Mértékegysége: wattóra (Wh) vagy wattsecundum (Ws), jele: W 2018. november 24. 

Elektromosság hatásai Az elektromos áram hatásai és felhasználásuk: – biológiai (élettani) hatás pl. áramütés – kémiai (vegyi) hatás pl. elektrolízis – fizikai hatások hőhatás mágneses hatás szívritmus-szabályozók akkumulátor töltése izzólámpa, villanyrezsó villanymotor, mágneskapcsoló (relé) 2018. november 24. 

Nagyságrendek Mértékegység előtagok (prefixek) és jelük: x 1012 = x 1 000 000 000 000 tera- (T) x 109 = x 1 000 000 000 giga- (G) x 106 = x 1 000 000 mega- (M) x 103 = x 1 000 kilo- (k) x 100 = x 1 --- x 10-3 = x 0,001 milli- (m) x 10-6 = x 0,000 001 mikro- (μ) x 10-9 = x 0,000 000 001 nano- (n) x 10-12 = x 0,000 000 000 001 piko- (p) 2018. november 24. 

Kapcsolási rajz Elektromos rajzjelek 2018. november 24. 

Egyszerű áramkörök Zseblámpa 2018. november 24.

Elektrotechnika – alapok Folytatás szünet után 2018. november 24.

Fogyasztók kapcsolása Soros kapcsolás Eredő ellenállás: Re = R1 + R2 2018. november 24. 

Fogyasztók kapcsolása Párhuzamos kapcsolás Eredő ellenállás: Re = 1 / ((1 / R1) + (1 / R2)) 2018. november 24. 

Fogyasztók kapcsolása Soros (előtét) ellenállással: a motorra jutó feszültség csökken  a fordulatszáma csökken Párhuzamos (sönt) ellenállással: a motor állórészére jutó áramerősség (gerjesztés) csökken; a forgórész árama növekszik  a motor fordulatszáma növekszik! 2018. november 24. 

Mágneses tulajdonságok Az elektromágneses tér rendezetlen mágneses állapot rendezett mágneses állapot pl. vas, acél, stb. állandó (permanens) mágnesek 2018. november 24. 

mágneses erővonalak elrendezése Mágnesesség A mágneses tér mágneses erővonalak elrendezése 2018. november 24. 

Elektromágnesesség Elektromágneses indukció álló elektromos vezető + mozgó mágneses tér vagy mozgó elektromos vezető + álló mágneses tér lényeg: a mágneses tér erővonalainak metszése elektromos vezető által! 2018. november 24. 

Indukció Elektromágneses indukció Az áram iránya függ a mágnes pólusától és annak irányától  időben változó irányú áram (váltakozó áram) 2018. november 24. 

Indukció Elektromágneses indukció 2018. november 24. 

Elektromágnes felhasználása Elektromágnes – relék Az érintkező lehet: – záró – bontó – váltó 2018. november 24. 

Elektromágnes felhasználása Elektromágnes – berregő (csengő) – a tekercs meghúzza a fegyverzetet – a kalapács a harangra üt – az árammegszakító bontja az áramkört – a fegyverzet visszatér nyugalmi helyzetébe, és újra zárja az áramkört – a tekercs meghúz… 2018. november 24. 

Elektromágneses elv – motorok Egyenáramú kommutátoros villanymotor működési elve 2018. november 24. 

Elektromágneses elv – motorok Egyenáramú kommutátoros villanymotor működési elve Állórész (állandó mágnes) Forgórész (vasmagos tekercs) Polaritásváltó (kommutátor) Az állórész és a forgórész között mágneses vonzás-taszítás lép fel. A forgórészre ellentétes polaritással kapcsolt feszültség ellentétes forgásirányt vált ki. A kommutátor megcseréli a forgórész polaritását 2018. november 24. 

Az első gerjesztett villamos motor Jedlik Ányos (1800 – 1895) elektromotor („villámdelejes forgony”) dinamó (öngerjesztés elve) szódavíz feltaláló, bencés szerzetes 2018. november 24. 

Gerjesztési módok Egyenáramú kommutátoros motorok gerjesztési módjai soros gerjesztés főáramkörű motor párhuzamos gerjesztés mellékáramkörű motor soros és párhuzamos gerjesztés vegyes gerjesztésű motor nagy indítónyomaték, a fordulatszám növekedésével csökkenő nyomaték állandó fordulatszám 2018. november 24. 

Indukción alapuló eszközök Transzformátorok A primer tekercset váltakozó árammal megtáplálva a szekunder tekercsben feszültség (áram) indukálódik. A szekunder feszültség a menetszámokkal egyenesen arányos. A tekercsek huzalvastagsága a rajtuk átfolyó áramerősségnek megfelelő! 2018. november 24. 

Biztonság – zárlatvédelem Olvadóbiztosítók Az elektromos áram hőhatásán alapuló biztonsági berendezések. Kiégett biztosító csak megfelelő értékű újjal pótolható! Tilos a biztosítót vastagabb huzallal (szeggel, stb.) helyettesíteni, átkötni, „megpatkolni”! 2018. november 24. 

Folytatás szünet után 2018. november 24. 

Áramforrások Galvánelem (Leclanché-elem, 1866) Egy elem (cella) feszültsége 1,5 V Korlátozott energiaforrás, kimerül Nem tölthető Különböző méretek: góliát, baby, ceruza (AA), micro (AAA) Georges Leclanché (1839 – 1882) 2018. november 24. 

Áramforrások Akkumulátorok Savas (ólom) akkumulátorok Cellafeszültség: 2,1 V Tölthető – kisüthető Elektrolit: desztillált vízzel hígított kénsav Folyadékszint ellenőrzés  utántöltés desztillált (ioncserélt) vízzel Árammal való töltésekor durranógáz szabadulhat fel! Akkumulátor-töltő helyiség: „A” tűzveszélyességi osztály 2018. november 24. 

A galvánelemekkel azonos méretben, vagy „gombelem”-ként készülnek. Áramforrások Akkumulátorok Lúgos akkumulátorok Cellafeszültség: 1,2 V Tölthető – kisüthető Nikkel-kadmium (Ni-Cd) Nikkel-metál-hidrid (Ni-MH) Lítium-ion (Li) Lítium-polimer (LiPo) A galvánelemekkel azonos méretben, vagy „gombelem”-ként készülnek. 2018. november 24. 

Egy p-n átmenet  dióda: az áramot csak az egyik irányban engedi át. Félvezetők Dióda Szelén, germánium, szilícium n-típusú szennyezés: elektrontöbblet (pl. foszfor) p-típusú szennyezés: elektronhiány, „lyuk” (pl. bór) tértöltési zóna = kiürítési tartomány katód anód Egy p-n átmenet  dióda: az áramot csak az egyik irányban engedi át. 2018. november 24. 

Félvezetők Tranzisztor Két p-n átmenetet tartalmaz NPN és PNP elrendezés Két jellemző működési mód: – analóg (erősítő) – kapcsoló bázis kollektor emitter 2018. november 24. 

Félvezetők Tirisztor Három p-n átmenetet tartalmaz A vezérlőelektródára (Gate) feszültséget kapcsolva bekapcsolható (begyújtható); diódaként viselkedik. Kikapcsol (kiolt), ha a rajta átfolyó áram megszűnik. Elektromosan kikapcsolható (oltható) tirisztor  GTO (Gated Turned Off) 2018. november 24. 

Egyszerű áramkörök Áramkörök – gyengeáramú (autóvillamosság, 24 V) világítás, vezérlés, ajtóműködtetés, stb. – erősáramú (főáramkörű, 600 V) hajtás, segédüzemek (légsűrító, kormányszervó, fűtés, stb.) 2018. november 24. 

ZIU9B hajtásrendszer elve Hagyományos trolibusz főáramkörnek elve Fogyasztók soros kapcsolásának elve – változtatható előtét-ellenállással A gyakorlatban fix értékű ellenállások kapcsolgatásával (áthidalásával) 2018. november 24. 

ZIU9B hajtásrendszer 2018. november 24.

Szaggatós vezérlés elve 2018. november 24. 

Szaggatós vezérlés Hagyományos trolibusz főáramköre Szaggatós trolibusz főáramköre – mozgó, ívet húzó (hangos) alkatrészek – a bevitt energia egy része hővé alakul – energiaveszteség az üzem során – nincs mozgó alkatrész – kapcsolóüzem, nincs hőképződés – veszteségmentes üzem 2018. november 24. 

Forgómozgás előállítása Aszinkron motorok Forgómozgás előállítása d U = – dt M    I 2018. november 24. 

Aszinkron motorok Forgórész  Motor összeépítve 2018. november 24. 

Aszinkron hajtásrendszer Háromfázisú áram 2018. november 24. 

Aszinkron hajtásrendszer Háromfázisú hajtásrendszer elve 2018. november 24. 

Aszinkron hajtásrendszer Főáramkör Bemeneti szűrő Hajtómotor IGBT-B6-váltóirányító IGBT-fékszaggató Pólusfelcserélés védelmi egysége 2018. november 24. 

Elektrotechnika – alapok – Anyagszerkezet  töltések – Elektromos áram és feszültség – Vezetők és szigetelők – Ellenállás, munka, teljesítmény – Egyszerű áramkörök – Soros és párhuzamos kapcsolás  előtétek és söntök – Mágnesesség, elektromágnesesség – Elektromágneses indukció  relék és motorok – Áramforrások, akkumulátorok – Félvezetők – Áramkörök 2018. november 24. 

VÉGE