Elektrotechnika

Tartalom

Tartalomjegyzék
1. Villamos alapfogalmak 13
1.1. Ismerkedés az elektrotechnikával
1.1.1. Egy kis történelem
1.1.2. Az elektrotechnika és az elektronika fogalma 14
1.1.3. Mértékegységek és prefixumok 15
1.1.4. Az összefüggések ábrázolása 17
1.1.5. Szemléltetés és modellezés 18
1.2. Az atom szerkezete és a villamos töltés 18
1.3. Villamos tér és feszültség 20
1.3.1. Villamos tér 20
1.3.2. Feszültség 21
1.4. Elektromos áram 22
1.4.1. Szabad töltéshordozók 22
1.4.2. Elektromos áram és áramerősség 22
1.5. Vezetők, félvezetők, szigetelők 23
1.6. Ellenállás és vezetőképesség 24
1.6.1. Az ellenállás mint kölcsönhatás 24
1.6.2. Vezetőképesség 25
1.7. Ellenállások a gyakorlatban 26
1.7.1. Az ellenállás meghatározása 26
1.7.2. Az ellenállás hőmérsékletfüggése 28
1.7.3. Termisztorok 28
1.8. Az ellenállás mint alkatrész 29
1.8.1. Az ellenállás szerkezeti felépítése 29
1.8.2. Az ellenállás értékének beállítása 29
1.8.3. Az ellenállás névleges értéke és tűrése 30
2. Egyenáramú hálózatok 35
2.1. Áramkörök 35
2.2. Mérések az áramkörben 37
2.3. Ohm törvénye 38
2.4. Villamos hálózatok 40
2.4.1. A villamos hálózat fogalma 40
2.4.2. Csomóponti törvény 41
2.4.3. Huroktörvény 42
2.5. Ellenállás-hálózatok eredő ellenállása 42
2.5.1. Soros kapcsolás 42
2.5.2. Párhuzamos kapcsolás 43
2.5.3. Vegyes kapcsolások 45
2.6. Nevezetes hálózatok 47
2.6.1. A feszültségosztás törvénye 47
2.6.2. Feszültségosztó 48
2.6.3. Potenciométerek 49
5
2.6.4. A feszültségmérő méréshatárának kiterjesztése 51
2.6.5. Áramosztó 52
2.6.6. Az árammérő méréshatárának bővítése 53
2.6.7. Wheatstone-híd 54
3. Energiaforrások 57
3.1. Munka, teljesítmény és hatásfok 57
3.1.1. Villamos munka 57
3.1.2. Villamos teljesítmény 57
3.1.2.1. A teljesítmény meghatározása 57
3.1.2.2. A fogyasztók teljesítménye 58
3.1.2.3. Ellenállások terhelhetősége 59
3.1.3. Hatásfok 59
3.2. Generátorok kapcsolása és üzemi állapotai 60
3.2.1. Ideális és valóságos generátor 60
3.2.2. Feszültséggenerátorok helyettesítő kapcsolása 61
3.2.3. Feszültséggenerátorok üzemi állapotai 62
3.2.4. Feszültséggenerátorok kapcsolása 63
3.2.4.1. Soros kapcsolás 63
3.2.4.2. Párhuzamos kapcsolás 64
3.2.4.3. Vegyes kapcsolás 64
3.2.5. Generátorok belső ellenállásának meghatározása 65
3.3. Generátorok helyettesítő képei 65
3.3.1. A helyettesítő kép fogalma 65
3.3.2. Thevenin helyettesítő kép 66
3.3.3. Norton helyettesítő kép 67
3.3.4. A helyettesítő képek átszámítása 67
3.3.5. Példák 67
3.4. A szuperpozíció tétele 70
3.5. Generátorok teljesítményviszonyai 71
3.5.1. A generátor hatásfoka 71
3.5.2. A fogyasztóra jutó teljesítmény 72
4. A villamos áram hatásai 75
4.1. A hatások fajtái 75
4.2. Az áram hőhatása 75
4.2.1. A villamos energia hőegyenértéke 75
4.2.2. Testek melegedése 77
4.2.3. A hőhatás alkalmazásai 77
4.2.3.1. Fűtés és melegítés 77
4.2.3.2. Izzólámpák 77
4.2.3.3. Vezetékek méretezése és áramsűrűség 78
4.2.3.4. Biztosítók 79
4.3. Az áram vegyi hatása 81
4.3.1. Folyadékok vezetése, az elektrolízis
4.3.2. Faraday törvénye 82
4.3.3. Elektrokémiai energiaforrások 83
4.3.3.1. Az elektrokémiai feszültségsor 83
4.3.3.2. Galvánelemek 84
4.3.3.3. Akkumulátorok 85
4.3.4. Korrózió és korrózióvédelem 88
4.3.4.1. Kémiai korrózió 88
4.3.4.2. Elektrokémiai korrózió 88
4.3.4.3. Korrózióvédelem 89
4.4. Az áram élettani hatása 91
4.4.1. Az élettani hatás fogalma 91
4.4.2. Az élettani hatás mértéke 91
4.4.3. Az áramütés mértékét befolyásoló tényezők 93
4.4.3.1. Elektromos tényezők 93
4.4.3.1.1. Áramerősség 93
4.4.3.1.2. Ellenállás 95
4.4.3.1.3. Feszültség 96
4.4.3.2. Nem elektromos tényezők 96
4.4.3.2.1. Az áramütés pillanata és időtartama 96
4.4.3.2.2. A feszültség frekvenciája 96
4.4.3.2.3. Az áram útja a testben 97
4.4.3.2.4. Egyéb tényezők 98
4.4.4. Járulékos hatások 98
4.5. Az áram mágneses hatása 99
5. Villamos és mágneses tér 103
5.1. Villamos tér 103
5.1.1. Erőhatás villamos térben 103
5.1.1.1. Coulomb törvénye 103
5.1.1.2. Térerősség 103
5.1.1.3. A villamos tér szemléltetése 104
5.1.1.4. A feszültség és a térerősség kapcsolata 105
¦ 5.1.2. A villamos tér jelenségei 106
5.1.2.1. Villamos kisülés 106
5.1.2.2. Csúcshatás 106
5.1.2.3. Villamos megosztás 107
5.1.2.4. Elektromos árnyékolás 108
5.1.3. Az elektromos térerősség és az anyag kapcsolata 109
5.1.4. Anyagok viselkedése villamos térben 110
5.1.4.1. Polarizáció 110
5.1.4.2. Átütés, átütési szilárdság 111
5.1.4.3. Dielektromos veszteség 111
5.1.4.4. Elektrosztrikció 112
5.1.4.5. Ferroelektromos anyagok 112
5.1.4.6. Piezovillamos anyagok 113
5.1.5. Kapacitás 114
5.1.6. Kondenzátor 114
5.1.6.1. Síkkondenzátor 114
5.1.6.2. Kondenzátormegoldások 116
5.1.6.2.1. Állandó kapacitású kondenzátorok 116
5.1.6.2.2. Változtatható kapacitású kondenzátorok 118
5.1.6.3. A kondenzátor energiája 118
5.1.6.4. A kondenzátor veszteségei 119
5.1.6.5. Kondenzátorok kapcsolásai 120
5.1.6.5.1. Párhuzamos kapcsolás 120
5.1.6.5.2 Soros kapcsolás 120
5.1.6.5.3. Vegyes kapcsolás 121
5.1.6.6. A kondenzátor feltöltése és kisütése 122
5.1.6.6.1. A feltöltés folyamata 122
5.1.6.6.2. A kisütés folyamata 123
5.1.6.6.3. Időállandó 124
5.1.6.6.4. A töltés és akisütés különleges esetei 125
5.2. Mágneses tér 126
5.2.1. Az állandó mágnes tere 126
5.2.2. Mágneses indukció 127
5.2.3. Árammal létrehozott terek 128
5.2.3.1. Vezetékek mágneses tere 128
5.2.3.2. A tekercs mágneses tere 129
5.2.4. A mágneses teret jellemző mennyiségek 130
5.2.4.1. Mágneses indukció és fluxus 130
5.2.4.2. Gerjesztés 130
5.2.4.3. Mágneses térerősség 131
5.2.4.4. Mágneses permeabilitás 131
5.2.5. Az anyagok viselkedése mágneses térben 132
5.2.5.1. Elemi mágnesek,domének 132
5.2.5.2. Az anyagok csoportosítása nr szerint 133
5.2.5.3. Mágnesezési görbe 134
5.2.5.4. Hiszterézis 135
5.2.5.5. Az anyagok csoportosítása Hc szerint 136
5.2.5.5.1. Keménymágneses anyagok 136
5.2.5.5.2. Lágymágneses anyagok 137
5.2.5.6. Magnetosztrikció 138
5.2.6. Mágneses körök 139
5.2.6.1. Zárt és nyitott mágneses kör, szórás 139
5.2.6.2. Mágneses Ohm-törvény 139
5.2.6.3. Példák mágneses körökre 141
5.2.7. Erőhatás mágneses térben 143
5.2.7.1. A mágneses tér és az áram kölcsönhatása 143
5.2.7.2. Erőhatás mágnes és ferromágneses anyag között 145
5.2.7.3. A mágneses tér hatása a mozgó töltéshordozóra 146
6. Indukciós jelenségek
6.1. Indukciótörvény
6.2. Mozgási és nyugalmi indukció 150
6.3. Örvényáramok 152
6.4. Önindukció 153
6.5. Kölcsönös indukció 156
6.6. Az induktivitás energiája 156
6.7. Szkinhatás 157
6.8. Induktivitások kapcsolásai 158
6.9. Az induktivitás viselkedése az áramkörben 160
6.9.1. Folyamatok bekapcsoláskor 160
6.9.2. Folyamatok kikapcsoláskor 161
6.10. Az elektromágneses indukció felhasználása 163
6.10.1. Villamos energia előállítása és átalakítása 163
6.10.2. Elektromechanikus átalakítók 164
7. Szinuszos mennyiségek, váltakozó áramkörök 169
7.1. Váltakozó feszültség és áram 169
7.1.1. A váltakozó feszültség és áram fogalma 169
7.1.2. Váltakozó mennyiségek ábrázolása 170
7.1.2.1. Ábrázolás vonaldiagrammal 170
7.1.2.2. Ábrázolás vektordiagrammal 171
7.1.3. Váltakozó mennyiségek összegzése 173
7.1.3.1. Összegzés vonaldiagrammal 173
7.1.3.2. Összegzés vektordiagrammal 174
7.2. Ellenállás a váltakozó áramkörben 176
7.2.1. Fázisviszonyok 176
7.2.2. A váltakozó feszültség és áram effektív értéke 176
7.2.3. Elektrolitikus és abszolút középérték 178
7.3. Reaktanciák 179
7.3.1. Induktivitás az áramkörben 179
7.3.1.1. Fáziseltérés a feszültség és az áramerősség között 179
7.3.1.2. Az induktív fogyasztó teljesítménye 180
7.3.1.3. Induktív reaktancia 181
7.3.1.3.1. Az induktív reaktancia fogalma 181
7.3.1.3.2. Az induktív reaktancia nagysága 181
7.3.1.3.3. Induktív reaktanciák kapcsolásai 183
7.3.2. Kondenzátor az áramkörben 185
7.3.2.1. Fáziseltérés a feszültség és az áramerősség között 185
7.3.2.2. A kapacitív fogyasztó teljesítménye 186
7.3.2.3. A kondenzátor reaktanciája 186
7.3.2.3.1. A kapacitív reaktancia meghatározása 186
7.3.2.3.2. Kapacitív reaktanciák kapcsolásai 188
7.4. Impedancia és admittancia 189
7.5. Összetett váltakozó áramkörök 191
7.5.1. Soros R-L kapcsolás 191
7.5.2. Párhuzamos R-L kapcsolás 193
7.5.3. A valóságos tekercs mint R-L kapcsolás 195
7.5.3.1. A tekercs helyettesítő kapcsolása 195
7.5.3.2. A tekercs veszteségének kifejezése 196
7.5.4. Soros R-C kapcsolás 197
7.5.5. Párhuzamos R-C kapcsolás 199
7.5.6. A valóságos kondenzátor mint R-C kapcsolás 200
7.5.7. Soros R-L-C áramkör 201
7.5.8. Soros rezgőkör 202
7.5.8.1. Kapcsolása és vektordiagramja 202
7.5.8.2. Rezonanciafrekvencia 202
7.5.8.3. Rezonanciagörbe és rezonancia-ellenállás 203
7.5.8.4. Jósági tényező és hullámellenállás 204
7.5.8.5. A soros rezgőkör felhasználása 205
7.5.9. A párhuzamos R-L-C áramkör 207
7.5.10. Párhuzamos rezgőkör 208
7.5.10.1. A párhuzamos rezgőkör impedanciája 208
7.5.10.2. A párhuzamos rezgőkör jósági tényezője 209
7.5.10.3. Köráram 210
7.5.10.4. A párhuzamos rezgőkör felhasználása 211
7.5.11. A rezgőkör szabad rezgései 212
7.6. Teljesítmények a váltakozó áramkörben 214
7.7. Fázisjavítás 216
8. Többfázisú hálózatok és villamos gépek 221
8.1. Többfázisú hálózatok 221
8.1.1. A többfázisú rendszer lényege és jellemzői 221
8.1.2. Láncolás 222
8.1.2.1. Csillagkapcsolás 222
8.1.2.2. Háromszögkapcsolás 223
8.1.3. A háromfázisú rendszer teljesítménye 224
8.1.4. Szimmetrikus és aszimmetrikus terhelés 225
8.2. Villamos gépek 227
8.2.1. A villamos gépek csoportosítása 227
8.2.2. Transzformátorok 227
8.2.2.1. A transzformátor szükségessége 227
8.2.2.2. A transzformátor elvi felépítése 228
8.2.2.3. Az ideális transzformátor működése 229
8.2.2.3.1. Üresjárás és a feszültségáttétel törvénye 229
8.2.2.3.2. Terhelt állapot, az áramáttétel törvénye 231
8.2.2.4. A transzformátor veszteségei és hatásfoka 232
8.2.2.4.1. Réz- és vasveszteség 232
8.2.2.4.2. Szórás 233
8.2.2.4.3. A transzformátor hatásfoka 233
8.2.2.5. Műszaki jellemzők 234
8.2.2.5.1. Rövidzárási feszültség 234
8.2.2.5.2. Rövidzárási áram 234
8.2.2.5.3. Bekapcsolási áram 235
8.2.2.6. Transzformátormegoldások 235
8.2.2.7. A hálózati transzformátor méretezése 237
8.2.2.7.1. A teljesítmények meghatározása 237
8.2.2.7.2. A vasmag méretének meghatározása 237
8.2.2.7.3. Az 1 V-ra jutó menetszám meghatározása 239
8.2.2.7.4. A menetszámok meghatározása 240
8.2.2.7.5. A huzalátmérők meghatározása 240
8.2.2.7.6. Ellenőrzés ablakkeresztmetszetre 240
8.2.3. Váltakozó áramú generátorok 241
8.2.3.1. Egyfázisú generátor 241
8.2.3.2. Háromfázisú generátor 241
8.2.4. Egyenáramú generátorok 242
8.2.4.1. Az egyenáramú generátor működése 242
8.2.4.2. Az egyenáramú generátor gerjesztése 242
8.2.4.2.1. Gerjesztés állandó mágnessel 242
8.2.4.2.2. Külső gerjesztés 243
8.2.4.2.3. Öngerjesztésű generátorok 244
8.2.5. Egyenáramú motorok 245
8.2.5.1. Az egyenáramú motor szerkezete és működése 245
8.2.5.2. Gerjesztési megoldások 247
8.2.5.2.1. Gerjesztés állandó mágnessel 247
8.2.5.2.2. Külső gerjesztés 248
8.2.5.2.3. Gerjesztés kapocsfeszültséggel 248
8.2.6. Univerzális motor 249
8.2.7. Váltakozó áramú motorok 250
8.2.7.1. Forgó mágneses tér 250
8.2.7.2. Háromfázisú aszinkronmotorok 251
8.2.7.2.1. Az aszinkronmotor működési elve 251
8.2.7.2.2. Csúszógyűrűs motor 252
8.2.7.2.3. Rövidrezárt forgórészű motor 253
8.2.7.2.4. Kalickás motor 253
8.2.7.3. Segédfázisú aszinkronmotorok 254
8.2.7.4. Árnyékolt pólusú motor 255
9. A villamos energia előállítása, szállítása és elosztása 259
9.1. A villamos energia előállítása 259
9.1.1. Az erőművek generátorai 259
9.1.2. Energiahordozók 259
9.2. A villamos energia szállítása és elosztása 261
9.2.1. Az elosztórendszer felépítése és feszültségei 261
9.2.2. Hálózati alakzatok 263




:'*:Wl 1


10. Hagyományos és alternatív energiaforrások 265
10.1. A hagyományos energiahordozók hátrányai 265
10.2. Megújuló energiaforrások 266
10.2.1. A víz energiájának hasznosítása 266
10.2.2. Szélenergia 266
10.2.3. Geotermikus erőművek 267
10.2.4. A Nap energiájának hasznosítása 267
10.2.5. A biomassza hasznosítása 268
10.3. Tüzelőanyag-elemek 269
Tárgymutató 273

Témakörök