Portofoliu la

Fizica

Hrisca Petrica Vasile

12 A r.p.

Portofoliu Fizica

2011-2012Cuprins

1.Transformatoare……………………………………………………………………….22.motoare electrice………………………………………………………………………53.Efectele producerii curentului electric asupra mediului………………...……….……104.Efectele curentului electric asupra organismului uman……………...………………..125.Aparate de curent alternativ…………………………………………….…….……….145.1.Uscatorul de par…………………...………………………………..……………….145.1.2.Prezentarea echipamentului……………………………………………………….155.2.Casetofonul………………………………………………………………………….155.2.1.Istoria casetofonului……………………………………………………………….155.2.2.Declinul……………………………………………………………………………166.Bibliografie……………………………………………………………………………16

Hrisca Petrica 1

Portofoliu Fizica

1.Transformatorul

Principiul transformatorului

Transformatorul este un aparat electrotehnic static, bazat pe fenomenul inducţiei electromagnetice, construit pentru a primi putere electrică, în curent alternativ, sub o tensiune U1 şi o intensitate I1

aplicată unui circuit primar şi a o reda, cu aceeaşi frecvenţă, sub o tensiune U2 şi o intensitate I2 la bornele unui circuit secundar, ca în figura 3.1.

I1Φ I2

N1 N2U1 U2 RS

Fig. 3.1 Transformatorul

Transformatorul permite, deci, transformarea unei tensiuni în altă tensiune, transformare necesară pentru transportul (transferul) şi distribuţia cu pierderi minime de energie electrică în curent alternativ.

3.2 Construcţia şi funcţionarea transformatorului monofazat

Transformatorul monofazat se compune dintr-un miez (cadru) din fier ce realizează un circuit magnetic închis, format din tole cu grosimea de 0,3, …, 0,5 mm, izolate între ele cu lac sau cu hârtie pentru a împiedica formarea curenţ ilor Foucault de mare intensitate. Materialul utilizat pentru realizarea tolelor este un aliaj de fier cu 1,5, …, 4% Si, numit ferosiliciu, în care pierderile de energie suntminime, atunci când, la inversarea magnetizării, energia electrică se transformă în căldură (fenomenul de histerezis). Pe miez se bobinează două înfăşur ări (bobine) din sârmă de cupru. Miezul magnetic realizează un cuplaj magnetic strâns între aceste înfăşurări prin concentrarea liniilor câmpului de inducţie magnetică şi măreşte fluxul de inducţie magnetică (pentru fier r >> 1) prin spirele celor două circuite. Circuitul căruia i se aplică tensiunea generatorului de alimentare se numeşte primar. Al doilea circuit se numeşte secundar. Acesta este generatorul de tensiune pe linia de întrebuinţare.

Hrisca Petrica 2

Portofoliu Fizica

Presupunem că ambele circuite ale transformatorului au spirele înfăşurate în acelaşi sens şi că fiecare are N1 respectiv N2 spire. Transformatorul se consideră că funcţionează în gol (i2 =0, adică circuitul secundar este fără consumator). Dacă se aplică transformatorului tensiunea alternativă u1 de valoare efectivă U1 în primar apare curentul de intensitate i1 şi valoare efectivă I1. Acesta dă naştere fluxului magnetic alternativ, având valoarea instantanee Φ = Φ mcos ωt . Acest flux variabil care străbate spirele ambelor înfăşurări face să apară în cele N1 spire ale primarului o t.e.m. de autoinducţie:

e1 −N1 ddt

Φ N1ωΦm sin ωt

iar în secundar, t.e.m. este:

e2 −N 2 ddt

Φ N 2ωΦm sin ωt

Facem raportul celor două relaţii:

e1 N

1 e2 N 2

Conform legii lui Ohm, în circuitul primar suma dintre tensiunea de alimentare u1 şi t.e.m. de

autoinducţie e1 trebuie să fie egală cu căderea de tensiune din primar:

u1e1 R1i1

unde R1 este rezistenţa primarului.

De obicei, valoarea lui R1 este mică şi produsul R1i1 se poate neglija, astfel încât:

e1 ≈ −u1

Semnul '' − '' arat ă că t.e.m. de autoinducţie este în opoziţie de fază cu tensiunea reţelei de alimentare a transformatorului, u1.

La funcţionarea în gol a transformatorului, t.e.m. e2 este egală cu tensiunea u2 de la bornele secundarului:

e2 u2

Rezultă deci, că:

e U1

≅1

e2

U 2

T.e.m. e1 şi e2 sunt în fază, iar tensiunile u1 şi u2 sunt în opoziţie de fază (semnul '' - '' din faţa raportului u1 / u2 indică această defazare, de π radiani).

În valoare absolută, rezultă o relaţie şi între valorile efective ale mărimilor alternative:

U E N1

≈

1

1 k

U 2 E2 N 2

Raportul tensiunilor la bornele înfăşurărilor, la mersul în gol al transfor-matorului, notat cu k, se

Hrisca Petrica 3

Portofoliu Fizica

numeşte raportul de transformare al transformatorului.Dacă k < 1, u2 > u1, transformatorul poartă denumirea de transformator ridicător de tensiune, iar

dacă k > 1, u2 < u1, se numeşte transformator coborâtor de tensiune. Când k = 1, u2 = u1, transformatorul serveşte la separarea electrică a circuitelor, ele rămânând cuplate prin câmp magnetic, adică cuplate inductiv. Transformatoarele cu raport de transformare apropiat de unitate sunt folosite în unele montaje din electronică.

Dacă la bornele transformatorului se conectează un consumator rezistiv de rezistenţă RS, prin circuitul secundar va apărea curentul de intensitate i2. În acest caz, u2 ≈ e2 deoarece apare căderea de tensiune pe sarcină RS i2. În condiţii normale

(nominale) de funcţionare, diferenţa e2 - u2 este mică, deoarece şi pierderile Joule în secundarul transformatorului sunt mici. Se poate deci considera că practic, puterea P1 din primar şi cea din secundar P2 sunt egale: P1 = P2 sau U1I1 = U2I2 , de unde:

U 1

I 2≈

N 1 k

U 2 I1 N 2

Pentru cazul transformatorului care funcţ ionează în sarcină, în sensul că la bornele primarului se aplică tensiunea u1 de la o reţea de alimentare, iar la bornele înfăşurării secundare este conectat un receptor (consumator) de curent alternativ, procesele fizice sunt, în principal, următoarele: circuitul secundar fiind închis printr-un consumator oarecare, rezistiv sau rezistiv - reactiv, t.e.m. produce în el un curent de intensitate i2. Acest curent produce la rândul său un flux Φ2 care conform legii lui Lenz este de sens contrar fluxului creat de curentul primar, denumit flux de regim Φ 1. Având în vedere faptul că transferul de putere din primar în secundar (realizat prin cuplaj magnetic) face să apară o serie de pierderi de natură electrică şi magnetică (prin efect Joule în înfăşurări şi pierderi prin curenţi turbionari şi histerezis în miezul de fier) valoarea maximă a fluxului Φ2 este mai mică decât valoarea maximă a lui Φ1 . Diferenţa celor două fluxuri constituie fluxul principal prin transformator şi este practic egal cu fluxul Φ = Φm cos ωt produs de curentul primar la mersul în gol al transformatorului: Φ = Φ1 - Φ2 = Φm cos ωt. La o creştere a sarcinii, valoarea maximă a lui Φ2 creşte şi are ca efect tendinţa de scădere a fluxului principal Φ . Ca efect, din relaţia:

u1 −

N1

dΦ

dΦi dt

, din u e R i , e −N

1 R1 1 1 1 1 1 1 dt

rezultă că valoarea efectivă I1 creşte. Creşterea lui I1 implică creşterea valorii maxime a fluxului Φ1. Ca urmare, Φm rămâne practic constant în raport cu variaţia sarcinii.

Aşadar, când creşte sarcina transformatorului, adică creşte I2, creşte şi intensitatea curentului I1 prin circuitul primar, deoarece puterea furnizată în secundar creşte şi deci trebuie să crească şi puterea absorbită de primar de la reţeaua de alimentare. Invers, la scăderea puterii în secundar, scade şi puterea absorbită de primar.

Pentru transformatoarele de înaltă frecven ţă din aparatura electronică se folosesc miezuri din ferită (amestec sinterizat din oxizi de fier şi alţi oxizi) care au permitivitate relativă mare şi conductivitate redusă.

Randamentul transformatorului se defineşte ca fiind raportul dintre puterea activă P2 furnizată de secundar şi puterea activă P1 primită de către primar de la reţeaua de alimentare.

Diferenţa P2 - P1 reprezintă puterea pierdută de transformator, care se compune din pierderile prin efect Joule în înfăşurările transformatorului numite pierderi în cupru PCu = R1 I1

2 + R2I22 şi

pierderile prin histerezis şi curenţi turbionari, numite pierderi în fier, PFe. Deci, expresia randamentului este:

η P2

Hrisca Petrica 4

Portofoliu Fizica

P1

sau:P2

η

P2 PCu PFe

Randamentul atinge un maxim când PCu = PFe. Cum transformatorul nu are piese în mi şcare, ele nu au pierderi de energie prin frecări şi funcţionează cu randamente mai mari decât ale maşinilor electrice rotative, atingând chiar valori de 99% la transformatoarele de putere mare. În fig. 3.2 se prezintă bilanţul puterilor active într-un transformator lucrând în sarcină.

P1

I1 PCu1 PFe PCu2 I2 P2

U1 U2 RS

Fig. 3.2 Bilanţul puterilor active într-un transformator lucrând în sarcină

2.Motorul electric

Principiul de funcționare

Majoritatea motoarelor electrice funcționează pe baza forțelor electromagnetice ce acționează asupra unui conductor

parcurs de curent electric aflat în câmp magnetic. Există însă și motoare electrostatice construite pe baza forței

Coulomb și motoare piezoelectrice.

Utilizare

Fiind construite într-o gamă extinsă de puteri, motoarele electrice sunt folosite la foarte multe aplicații: de la motoare

pentru componente electronice (hard disc, imprimantă) până laacționări electrice de puteri foarte mari (pompe,

locomotive, macarale).

Clasificare

Motoarele electrice pot fi clasificate după tipul curentului electric ce le parcurge: motoare de curent continuu și motoare

de curent alternativ. În funcție de numărul fazelor curentului cu care funcționează, motoarele electrice pot fi motoare

monofazate sau motoare polifazate (cu mai multe faze).

Motoare de curent continuu

Funcționează pe baza unui curent ce nu-și schimbă sensul, curent continuu. În funcție de modul de conectare al

înfășurării de excitație, motoarele de curent continuu se împart în patru categorii:

Cu excitație derivație

Cu excitație serie

Hrisca Petrica 5

Portofoliu Fizica

Cu excitație mixtă

Cu excitație separată

Motoare de curent alternativ

Motoare asincrone

Mașinile electrice asincrone sunt cele mai utilizate mașini în acționările cu mașini de curent alternativ. S-au dat mai

multe definiții în ceea ce privește mașina electrică asincronă. Două dintre cele mai folosite definiții din domeniul

acționărilor electrice sunt:

1.O mașină asincronă este o mașină de curent alternativ pentru care viteza în sarcină și frecvența rețelei la care este

legată nu sunt într-un raport constant.

2.O mașină este asincronă dacă circuitului magnetic îi sunt asociate două sau mai multe circuite ce se deplasează unul

în raport cu celălalt și în care energia este transferată de la partea fixă la partea mobilă sau invers prin fenomenul

inducției electromagnetice.

O caracteristic a mașinilor asincrone este faptul că viteza de rotație este puțin diferită de viteza câmpului învârtitor, de

unde și numele de asincrone. Ele pot funcționa în regim de generator (mai puțin răspândit) sau de motor. Cea mai largă

utilizare o au ca motoare electrice (în curent trifazat), fiind preferate față de celelalte tipuri de motoare prin construcția

mai simplă (deci și mai ieftină), extinderea rețelelor de alimentare trifazate și prin siguranța în exploatare.

La aceste motoare, viteza scade puțin cu sarcina; din acest motiv caracteristica lor mecanică se numește caracteristică

tip derivație. Motoarele asincrone se folosesc în acționările în care se cere ca turația să nu varieze cu sarcina: mașini-

unelte obișnuite, ventilatoare, unele mașini de ridicat, ascensoare, etc.

Elemente constructive

Indiferent de tipul motorului, acesta este construit din două părți componente: stator și rotor. Statorul este partea fixă a

motorului, în general exterioară, ce include carcasa, bornele de alimentare, armătura feromagnetică statorică și

înfășurarea statorică. Rotorul este partea mobilă a motorului, plasată de obicei în interior. Este format dintr-un ax și o

armătură rotorică ce susține înfășurarea rotorică. Între stator și rotor există o porțiune de aer numită întrefier ce permite

mișcarea rotorului față de stator. Grosimea întrefierului este un indicator important al performanțelor motorului.

Motorul de curent continuu

Motorul de curent continuu a fost inventat în 1873 de Zénobe Gramme prin conectarea unui generator de curent

continuu la un generator asemănător. Astfel, a putut observa că mașina se rotește, realizând conversia energiei

electrice absorbite de la generator. Astfel el a constatat, că generatorul "inițial" era de fapt o mașină electrică reversibilă,

care putea lucra ca un convertizor de energie bidirecțional.

Motorul de curent continuu are pe stator polii magnetici și bobinele polare concentrate care creează câmpul magnetic de

excitație. Pe axul motorului este situat un colector ce schimbă sensul curentului prin înfășurarea rotorică astfel încât

câmpul magnetic de excitație să exercite în permanență o forță față de rotor.

În funcție de modul de conectare a înfășurării de excitație motoarele de curent continuu pot fi clasificate în:

motor cu excitație independentă - unde înfășurarea statorică și înfășurarea rotorică sunt conectate la două

surse separate de tensiune

motor cu excitație paralelă - unde înfășurarea statorică și înfășurarea rotorică sunt legate în paralel la aceași

sursă de tensiune

motor cu excitație serie - unde înfășurarea statorică și înfășurarea rotorică sunt legate în serie

motor cu excitație mixtă - unde înfășurarea statorică este divizată în două înfășurări, una conectată în paralel

și una conectată în serie.

Înfășurarea rotorică parcursă de curent va avea una sau mai multe perechi de poli magnetici echivalenți. Rotorul se

deplasează în câmpul magnetic de excitație până când polii rotorici se aliniază în dreptul polilor statorici opuși. În

același moment, colectorul schimbă sensul curenților rotorici astfel încât polaritatea rotorului se inversează și rotorul va

continua deplasarea până la următoarea aliniere a polilor magnetici.

Pentru acționări electrice de puteri mici și medii, sau pentru acționări ce nu necesită câmp magnetic de excitație

variabil, în locul înfășurărilor statorice se folosesc magneți permanenți.

Hrisca Petrica 6

Portofoliu Fizica

Turația motorului este proporțională cu tensiunea aplicată înfășurării rotorice și invers proporțională cu câmpul magnetic

de excitație. Turația se reglează prin varierea tensiunii aplicată motorului până la valoarea nominală a tensiunii, iar

turații mai mari se obțin prin slăbirea câmpului de excitație. Ambele metode vizează o tensiune variabilă ce poate fi

obținută folosind un generator de curent continuu (grup Ward-Leonard), prin înserierea unor rezistoare în circuit sau cu

ajutorul electronicii de putere (redresoare comandate,choppere).

Motor universal folosit la râşniţele de cafea

Cuplul dezvoltat de motor este direct proporțional cu curentul electric prin rotor și cu câmpul magnetic de excitație.

Reglarea turației prin slăbire de câmp se face, așadar, cu diminuare a cuplului dezvoltat de motor. La motoarele serie

același curent străbate înfășurarea de excitație și înfășurarea rotorică. Din această considerație se pot deduce două

caracteristici ale motoarelor serie: pentru încărcări reduse ale motorului, cuplul acestuia depinde de pătratul curentului

electric absorbit; motorul nu trebuie lăsat să funcționeze în gol pentru că în acest caz valoarea intensității curentului

electric absorbit este foarte redusă și implicit câmpul de excitație este redus, ceea ce duce la ambalarea mașinii până la

autodistrugere. Motoarele de curent continuu cu excitație serie se folosesc în tracțiunea electrică urbană și feroviară

(tramvaie, locomotive).

Schimbarea sensului de rotație se face fie prin schimbarea polarității tensiunii de alimentare, fie prin schimbarea

sensului câmpului magnetic de excitație. La motorul serie, prin schimbarea polarității tensiunii de alimentare se

realizează schimbarea sensului ambelor mărimi și sensul de rotație rămâne neschimbat. Așadar, motorul serie poate fi

folosit și la tensiune alternativă, unde polaritatea tensiunii se inversează o dată în decursul unei perioade. Un astfel de

motor se numește motor universal și se folosește în aplicații casnice de puteri mici și viteze mari de rotație (aspirator,

mixer).

Motorul de curent alternativ

Motoarele de curent alternativ funcționează pe baza principiului câmpului magnetic învârtitor. Acest principiu a fost

identificat de Nikola Tesla în 1882. În anul următor a proiectat un motor de inducție bifazat, punând bazele mașinilor

electrice ce funcționează pe baza câmpului magnetic învârtitor. Ulterior, sisteme de transmisie prin curent alternativ au

fost folosite la generarea și transmisia eficientă la distanță a energiei electrice, marcând cea de-a doua Revoluție

industrială. Un alt punct important în istoria motorului de curent alternativ a fost inventarea de către Michael von Dolivo-

Dobrowlsky în anul 1890 a rotorului în colivie de veveriță.

]Motorul de inducție trifazat

Motorul de inducție trifazat (sau motorul asincron trifazat) este cel mai folosit motor electric în acționările electrice de

puteri medii și mari. Statorul motorului de inducție este format din armătura feromagnetică statorică pe care este plasată

înfășurarea trifazată statorică necesară producerii câmpului magnetic învârtitor. Rotorul este format din armătura

feromagnetică rotorică în care este plasată înfășurarea rotorică. După tipul înfășurării rotorice, rotoarele pot fi de tipul:

rotor în colivie de veveriță (în scurtcircuit) - înfășurarea rotorică este realizată din bare de aluminiu sau -mai

rar- cupru scurtcircuitate la capete de două inele transversale.

rotor bobinat - capetele înfășurării trifazate plasate în rotor sunt conectate prin interiorul axului la 3 inele.

Accesul la inele dinspre cutia cu borne se face prin intermediul a 3 perii.

Prin intermediul inducției electromagnetice câmpul magnetic învârtitor va induce în înfășurarea rotorică o tensiune.

Această tensiune creează un curent electric prin înfășurare și asupra acestei înfășurări acționează o forță

Hrisca Petrica 7

Portofoliu Fizica

electromagnetică ce pune rotorul în mișcare în sensul câmpului magnetic învârtitor. Motorul se numește asincron pentru

că turația rotorului este întotdeauna mai mică decât turația câmpului magnetic învârtitor, denumită și turație de

sincronism. Dacă turația rotorului ar fi egală cu turația de sincronism atunci nu ar mai avea loc fenomenul de inducție

electromagnetică, nu s-ar mai induce curenți în rotor și motorul nu ar mai dezvolta cuplu.

Turația motorului se calculează în funcție alunecarea rotorului față de turația de sincronism, care este cunoscută, fiind

determinată de sistemul trifazat de curenți.

Alunecarea este egală cu:  , unde

n1 este turația de sincronism și

n2 este turația rotorului.

, unde

f este frecvența tensiunii de alimentare și

p este numărul de perechi de poli ai înfășurării statorice.

Turația mașinii, în funcție de turația câmpului magnetic învârtitor și în funcție de alunecare

este:  .

Se observă că alunecarea este aproape nulă la mers în gol (când turația motorului este aproape egală cu turația

câmpului magnetic învârtitor) și este egală cu 1 la pornire, sau când rotorul este blocat. Cu cât alunecarea este mai

mare cu atât curenții induși în rotor sunt mai intenși. Curentul absorbit la pornirea prin conectare directă a unui motor de

inducție de putere medie sau mare poate avea o valoare comparabilă cu curentul de avarie al sistemelor de protecție, în

acest caz sistemul de protecție deconectează motorul de la rețea. Limitarea curentului de pornire al motorului se face

prin creșterea rezistenței înfășurării rotorice sau prin diminuarea tensiunii aplicate motorului. Creșterea rezitenței

rotorului se face prin montarea unui reostat la bornele rotorului (doar pentru motoarele cu rotor bobinat). Reducerea

tensiunii aplicate se face folosind un autotransformator, folosind un variator de tensiune alternativă (pornirea lină) sau

conectând inițial înfășurarea statorică în conexiune stea (pornirea stea-triunghi - se folosește doar pentru motoarele

destinate să funcționeze în conexiune triunghi) sau prin înserierea de rezistoare la înfășurarea statorică. La reducerea

tensiunii de alimentare trebuie avut în vedere că cuplul motorului este proporțional cu pătratul tensiunii, deci pentru

valori prea mici ale tensiunii de alimentare mașina nu poate porni.

Turația mașinii de inducție se modifică prin modificarea alunecării sale sau prin modificarea turației câmpului

magnetic învârtitor. Alunecarea se poate modifica din tensiunea de alimentare și din rezistența înfășurării rotorice astfel:

se crește rezistența rotorică (prin folosirea unui reostat la bornele rotorice - doar la motoarele cu rotor bobinat) și se

variază tensiunea de alimentare (folosind autotransformatoare, variatoare de tensiune alternativă, cicloconvertoare) sau

se menține tensiunea de alimentare și se variază rezistența din rotor (printr-un reostat variabil). Odată cu creșterea

rezistenței rotorice cresc și pierderile din rotor și implicit scade randamentul motorului. O metodă interesantă de reglare

a turației sunt cascadele de recuperare a puterii de alunecare. La bornele rotorice este conectat un redresor, iar la

bornele acestuia este conectat un motor de curent continuu aflat pe același ax cu motorul de inducție (cascadă

Krämmer cu recuperare puterii de alunecare pe cale mecanică). Tensiunea indusă în rotor este astfel redresată și

aplicată motorului de curent continuu astfel încât cuplul dezvoltat de motorul de curent continuu se însumează cuplului

dezvoltat de motorul de inducție. Reglarea turației motorului de inducție se face prin reglarea curentului prin înfășurarea

de excitație. În locul motorului de curent continuu se poate folosi un invertor cu tiristoare și un transformator de adaptare

(cascadă Krämmer cu recuperare puterii de alunecare pe cale electrică). Tensiunea indusă în rotor este astfel redresată

și prin intermediul invertorului și a transformatorului este reintrodusă în rețea. Reglarea vitezei se face din unghiul de

aprindere al tiristoarelor.

Turația câmpului magnetic învârtitor se poate modifica din frecvența tensiunii de alimentare și din numărul de

perechi de poli ai mașinii. Numărul de perechi de poli se modifică folosind o înfășurare specială (înfășurarea Dahlander)

și unul sau mai multe contactoare. Frecvența de alimentare se modifică folosind invertoare. Pentru frecvențe mai mici

decât frecvența nominală a motorului (50 Hz pentru Europa, 60 Hz pentru America de Nord) odată cu modificarea

frecvenței se modifică și tensiunea de alimentare păstrând raportul U/f constant. Pentru frecvențe mai mari decât

Hrisca Petrica 8

Portofoliu Fizica

frecvența nominală la creșterea frecvenței tensiunea de alimentare rămâne constantă și reglarea vitezei se face cu

slăbire de câmp (ca la motorul de curent continuu).

Sensul de rotație al motorului de inducție se inversează schimbând sensul de rotație al câmpului învârtitor.

Aceasta se realizează schimbând două faze între ele.

Motorul de inducție cu rotorul în colivie este mai ieftin și mai fiabil decât motorul de inducție cu rotorul bobinat

pentru că periile acestuia se uzează și necesită întreținere. De asemenea, motorul de inducție cu rotorul in colivie nu

are colector și toate dezavantajele care vin cu acesta: zgomot, scântei, poluare electromagnetică, fiabilitate redusă și

implicit întreținere costisitoare. Motoarele de curent continuu au fost folosite de-a lungul timpului în acționările electrice

de viteză variabilă, deoarece turația motorului se poate modifica foarte ușor modificând tensiunea de alimentare însă,

odată cu dezvoltarea electronicii de putere și în special cu dezvoltarea surselor de tensiune cu frecvență variabilă,

tendința este de înlocuire a motoarelor de curent continuu cu motoare de inducție cu rotor în colivie.

Motorul de inducție monofazat

În cazul în care sistemul trifazat de tensiuni nu este accesibil, cum este în aplicațiile casnice, se poate folosi

un motor de inducție monofazat. Curentul electric monofazat nu poate produce câmp magnetic învârtitor ci produce

câmp magnetic pulsatoriu (fix în spațiu și variabil în timp). Câmpul magnetic pulsatoriu nu poate porni rotorul, însă dacă

acesta se rotește într-un sens, atunci asupra lui va acționa un cuplu în sensul său de rotație. Problema principală o

constituie deci, obținerea unui câmp magnetic învârtitor la pornirea motorului și aceasta se realizează în mai multe

moduri.

Prin atașarea pe statorul mașinii la un unghi de 90° a unei faze auxiliare înseriată cu un condensator se poate

obține un sistem bifazat de curenți ce produce un câmp magnetic învârtitor. După pornirea motorului se deconectează

faza auxiliară printr-un întrerupător centrifugal. Sensul de rotație al motorului se poate schimba prin

mutareacondensatorului din faza auxiliară în faza principală.

În locul fazei auxiliare se poate folosi o spiră în scurtcircuit plasată pe o parte din polul statoric pentru obținerea

câmpului învârtitor. Curentul electric indus în spiră se va opune schimbării fluxului magnetic din înfășurare, astfel încât

amplitudinea câmpului magnetic se deplasează pe suprafața polului creând câmpul magnetic învârtitor.

Servomotorul asincron monofazat

Servomotorul asincron monofazat este o mașină de inducție cu două înfășurări: o înfășurare de comandă și o

înfășurare de excitație. Cele două înfășurări sunt așezate la un unghi de 90° una față de cealaltă pentru a crea un câmp

magnetic învârtitor. Rezistența rotorului este foarte mare pentru a realiza autofrânarea motorului la anularea tensiunii de

pe înfășurarea de comandă. Datorită rezistenței rotorice mari, randamentul motorului este scăzut și motorul se folosește

în acționări electrice de puteri mici și foarte mici.

Motorul sincron trifazat

Motorul sincron trifazat este o mașină electrică la care turația rotorului este egală cu turația câmpului magnetic

învârtitor indiferent de încărcarea motorului. Motoarele sincrone se folosesc la acționări electrice de puteri mari și foarte

mari de până la zeci de MW.

Statorul motorului sincron este asemănător cu statorul motorului de inducție (este format dintr-o armătură

feromagnetică statorică și o înfășurare trifazată statorică). Rotorul motorului sincron este format dintr-o armătură

feromagnetică rotorică și o înfășurare rotorică de curent continuu. Pot exista două tipuri constructive de rotoare: cu poli

înecați și cu poli aparenți. Rotorul cu poli înecați are armătura feromagnetică crestată spre exterior și în crestătură este

plasată înfășurarea rotorică. Acest tip de motor are uzual o pereche de poli și funcționează la turații mari (3000 rpm la

50 Hz). Rotorul cu poli aparenți are armătura feromagentică sub forma unui butuc poligonal pe care sunt plasate

miezurile polilor rotorici și bobine polare concentrate. În unele situații în locul bobinelor polare concentrate se pot folosi

magneți permanenți. Motorul sincron cu poli aparenți are un număr mare de poli și funcționează la turații mai reduse.

Accesul la înfășurarea rotorică se face printr-un sistem inel-perie asemănător motorului de inducție. Motoarele sincrone

cu poli aparenți pot avea cuplu chiar și în lipsa curentului de excitație, motorul reactiv fiind cel ce funcționează pe baza

acestui cuplu, fără înfășurare de excitație și fără magneți permanenți.

Înfășurarea rotorică (de excitație) a motorului parcursă de curent continuu creează un câmp magnetic fix față de

rotor. Acest câmp „se lipește” de câmpul magnetic învârtitor statoric și rotorul se rotește sincron cu acesta. Datorită

inerției, câmpul magnetic rotoric nu are timp să se lipească de câmpul magnetic învârtitor și motorul sincron nu poate

porni prin conectare directă la rețea. Există trei metode principale de pornire a motoarelor sincrone:

Hrisca Petrica 9

Portofoliu Fizica

pornirea în asincron - pe tălpile polare rotorice este prevăzută o colivie asemănătoare coliviei motorului de

inducție și motorul pornește pe același principiu ca al motorului de inducție.

pornirea la frecvență variabilă - este posibilă doar atunci când este disponibilă o sursă de tensiune cu

frecvență variabilă sau un convertor cu frecvență variabilă. Creșterea frecvenței se face lent, astfel încât câmpul

învârtitor să aibă viteze suficient de mici la început pentru a putea permite rotorului să se „lipească” de câmpul magnetic

învârtitor.

pornirea cu motor auxiliar - necesită un motor auxiliar ce antrenează motorul sincron conectat la rețea. Când

motorul ajunge la o turație apropiată de turația de sincronism motorul auxiliar este decuplat, motorul sincron se mai

accelerează puțin până ajunge la turația de sincronism și continuă să se rotească sincron cu câmpul magnetic

învârtitor.

Motorul sincron monofazat

Este realizat uzual ca motor sincron reactiv cu sau fără magneți permanenți pe rotor. Asemănător motoarelor de

inducție monofazate, motoarele sincrone monofazate necesită un câmp magnetic învârtitor ce poate fi obținut fie

folosind o fază auxiliară și condensator fie folosind spiră în scurtcircuit pe polii statorici. Se folosesc în general în

acționări electrice de puteri mici precum sistemele de înregistrare și redare a sunetului și imaginii.

Motorul pas cu pas

Motorul pas cu pas este un tip de motor sincron cu poli aparenți pe ambele armături. La apariția unui semnal de

comandă pe unul din polii statorici rotorul se va deplasa până când polii săi se vor alinia în dreptul polilor opuși statorici.

Rotirea acestui tip de rotor se va face practic din pol în pol, de unde și denumirea sa de motor pas cu pas. Comanda

motorului se face electronic și se pot obține deplasări ale motorului bine cunoscute în funcție de programul de comandă.

Motoarele pas cu pas se folosesc acolo unde este necesară precizie ridicată (hard disc, copiatoare).

3.Efectele producerii curentului electric asupra mediului

. Impactul reţelelor electrice asupra mediului

Impactul reţelelor electrice asupra mediul ambiant poate fi privit din cel puţin două puncte de vedere, şi anume [1]:

influenţa reţelelor electrice asupra mediului ambiant; influenţa mediului ambiant asupra reţelelor electrice.Principalele tipuri de poluări pe care reţelele electrice le generează asupra mediului

înconjurător sunt: vizuală – deteriorarea peisajului; sonoră – zgomote produse de funcţionarea sau vibraţii ale elementelor

(conductoarelor) reţelelor electrice şi în special, a transformatoarelor; – zgomote produse de descărcarea corona pe liniile de înaltă şi foarte înaltă tensiune;

electromagnetică: efecte sonore şi luminoase ale descărcării corona, perturbaţii radio şi ale emisiunilor de televiziune, înfluenţe ale câmpului electric şi magnetic asupra organismelor vii;

Hrisca Petrica 10

Portofoliu Fizica

psihică şi pericole (riscuri) de accidente:– teama provocată de apropierea de reţelele electrice şi de efectele vizuale

şi sonore ale acestora;– accidente, cazuri mortale.

ecologică– ocuparea terenurilor;– defrişarea pădurilor;– protecţia naturii şi a peisajului;– influenţa asupra instalaţiilor şi construcţiilor, etc.

Utilizarea tensiunilor din ce în ce mai înalte în reţelele electrice este determinată de raţiuni tehnico-economice, pentru transportul de puteri electrice pe distanţe din ce în ce mai mari.

Pentru liniile electrice de medie şi joasă tensiune impactul cu mediul înconjurător se referă, îndeosebi la: ocuparea terenurilor, defrişarea pădurilor, poluarea vizuală şi impactul cu alte elemente de construcţii şi instalaţii.

2.1. Poluarea vizuală

Poluarea vizuală generează deteriorarea peisajului proporţional cu tensiunea nominală, cele mai poluante fiind liniile electrice aeriene (L.E.A.) de înaltă şi foarte înaltă tensiune, precum şi staţiile de transformare.

Încercări şi propuneri de limitare a efectelor negative s-au făcut şi se caută şi în continuare, ele vizând atât designul stâlpilor cât şi a traseelor prin ascunderea liniilor electrice în spatele unor elemente naturale. „Camuflarea” liniilor electrice aeriene se aplică la traversarea şoselelor cu ajutorul unor zone împădurite sau pe traseu prin folosirea denivelărilor naturale ale solului.

Problema protecţiei mediului ambiant din punctul de vedere al poluării vizuale, a căpătat o atenţie deosebită în multe ţări. O atenţie deosebită în acest sens, se acordă în ţările cu un potenţial turistic importnat. Astfel, în Elveţia sunt în vigoare, la nivel federal, “Directive cu privire la protecţia naturii şi a peisajului” elaborate de Departamentul Federal de Interne, pe baza studiilor unui grup de lucru interdisciplinar pentru elaborarea unor directive având ca temă „Transportul energiei electrice şi protecţia peisajului”. Aceste reguli au ca obiect asigurarea principiilor de protecţie ale naturii şi ale peisajului în sens global, pentru integrarea armonioasă în peisaj a instalaţiilor pentru transportul şi distribuţia energiei electrice. Directivele se adresează autorilor de proiecte, instanţelor însărcinate cu evaluarea lor şi autorităţilor care eliberează autorizaţii de construcţie.

Domeniul de aplicare al acestor directive se referă la: alimentarea cu energie electrică în general (linii electrice aeriene şi în cablu subteran

pentru toate nivelurile de tensiune, staţii electrice de transformare şi conexiune); alimentarea cu energie electrică a căilor ferate electrificate (linii electrice aeriene şi

în cablu subteran pentru toate nivelurile de tensiune, staţii electrice de transformare şi conexiune);

transmisia de informaţii (linii aeriene şi cabluri ale reţelelor de telefonie, linii de semnalizare, linii de antenă).

. Poluarea vizuală generată de posturile de transformare

Din punct de vedere constructiv, posturile electrice de transformare sunt de trei feluri: subterane, supraterane şi aeriene.

Posturile de transformare subterane nu ridică probleme sub aspectul poluării vizuale a mediului înconjurător.

Hrisca Petrica 11

Portofoliu Fizica

Posturile de transformare supraterane pot fi înglobate în construcţiile pe care le deservesc (industriale, blocuri de locuinţă etc.) fiind însă şi în cazuri în care ele trebuie executate în construcţii independente, ceea ce diminuează din estetica peisajului prin aspectul mai puţin plăcut al acestora, ocuparea terenurilor, nearmonizarea lor arhitecturală cu zona în care se amplasează.

Pentru aceste cazuri, una din soluţiile cel mai des utilizate în ultima vreme este miniaturizarea posturilor de transformare, asigurându-se prin aceasta dimensiuni cât mai mici ale construcţiei. La această soluţie s-a ajuns ca urmare a progreselor făcute în tehnologia de fabricare a echipamentelor electrice, unde aerul care forma spaţiul dielectric dintre faze a fost înlocuit cu alte materiale cu caracteristici electroizolante mai favorabile. De asemenea, există preocupări privind realizarea unor construcţii cu aspect plăcut sau care se încadrează în mediul înconjrător.Pădurile

Pădurile, ca şi terenurile agricole, reprezintă zone constitutive ale naturii, ale căror degradări pot determina modificări ireversibile ale mediului. Prin rolul important de consumatori ai dioxidului de carbon şi de generator al oxigenului plantele reprezintă un element important al echilibrului biologic. În acest sens, la realizarea liniilor electrice aeriene este necesar a adopta măsuri pentru a limita reducerea fondului forestier.

Liniile electrice aeriene până la 20 kV inclusiv, se construiesc, de regulă, paralel cu traseul drumurilor forestiere, asigurându-se, prin tăierea eventuală a unor arbori sau crengi, o distanţă de siguranţă de 1 m între conductoarele deviate de vânt şi coronamentul copacilor.

Pentru liniile electrice aeriene de (110...400) kV se pot întâlni, în principiu, două cazuri, determinate de înălţimea copacilor.

Dacă plantaţia este mică şi se asigură distanţe între vârful copacilor şi conductoarelor liniei aeriene, în condiţii de săgeţi maxime ale acestora, distanţe care nu pot fi străpunse de diferenţa de potenţial, atunci defrişarea se execută pe un teritoriu strict limitat la necesitatea montării stâlpilor. În exploatare se tund periodic vârfurile copacilor pentru a se menţine distanţele prescrise.

În cazul pădurilor cu copaci de înălţime mare sunt analizate soluţii care să conducă la defrişări cât mai reduse, prin utilizarea cât mai eficientă a zonelor neîmpădurite sau prin ocolirea plantaţiilor cu importanţa deosebită.

4.Efectele curentului electric asupra organismului uman

ArsuriPe măsură ce curentul electric„curge” printr-un material, orice opoziţie în calea deplasării electronilor (rezistenţa) are ca rezultat disiparea de energie, de obicei sub formă de caldura. Acesta este efectul principal şi cel mai uşor de înţeles al electricităţii asupra ţesutului viu: încălzirea acestuia datorită curentului. În cazul generării unei cantităţi suficiente de căldură, ţesutul poate prezenta arsuri. Fiziologic vorbind, efectul este asemănător celui cauzat de o flacără deschisă sau orice altă sursă de căldură ridicată, doar că electricitatea poate arde ţesutul în adâncime, nu doar la suprafaţa pielii, şi poate afecta chiar şi organele interne.

Sistemul nervos

Hrisca Petrica 12

Portofoliu Fizica

Un alt efect al curentului electric asupra corpului, probabil cel mai periculos, este cel asupra sistemului nervos. Prin „sistem nervos” înţelegem reţeaua de celule speciale din corp denumite „celule nervoase” sau „neuroni” ce procesează şi conduc o multitudine de semnale responsabile pentru controlul unui număr mare de funcţii ale corpului. Creierul, coloana vertebrală şi organele de simţ şi motoare funcţionează împreună pentru a permite corpului să simtă, să se deplaseze, să răspundă şi să gândească.Comunicarea dintre celulele nervoase este asemenea unor „traductoare”: crează semnale electrice (curenţi şi tensiuni mici) ca şi răspuns la prezenţa unor compuşi chimici numiţi neurotransmiţători, şi eliberează neurotransmiţători atunci când sunt stimulaţi de un curent electric. Dacă printr-un corp viu (uman sau altfel) trece un curent electric suficient de mare, acesta va înlocui impulsurile de intensitate mică generate în mod normal de neuroni, suprasolicitând sistemul nervos şi prevenind acţionarea muşchilor prin intermediul reflexelor şi a semnalelor voite. În cazul în care muşchii sunt excitaţi (acţionaţi) de o sursă externă de curent (şoc electric), aceştia se vor contracta involuntar, iar victima nu poate face nimic în această privinţă.

Tetanosul - imposibilitatea victimei de a se elibera de sub tensiuneAceastă situaţie este cu atât mai periculoasă dacă victima strânge conductorul aflat sub tensiune în mâini. Muşchii antebraţelor responsabili pentru mişcare degetelor tind să fie mai bine dezvoltaţi pentru acei muşchi responsabili cu contractarea degetelor decât pentru întinderea lor; prin urmare, dacă ambele seturi de muşchi sunt excitate la maxim datorită curentului electric prezent prin mâna victimei, muşchii de „contractare” vor câştiga, iar persoana va strânge mâna într-un pumn. În cazul în care conductorul atinge exact palma mâinii, această strângere va forţa mâna să prindă strâns firul în mână ducând la o agravare a situaţiei datorită contactului excelent dintre corp şi fir prin intermediul mâinii. Victima nu va fi capabilă să lase firul din mână fără un ajutor extern.Din punct de vedere medical, această condiţie de contracţie involuntară a muşchilor se numeşte tetanos, şi poate fi întrerupt doar prin oprirea curentului prin victimă.Chiar şi după încetarea curentului, s-ar putea ca victima să nu-şi recapete pentru o perioadă de timp controlul voluntar asupra muşchilor, până la revenirea la normal a stării neurotransmiţătorilor. Acesta este şi principiul aplicat la construcţia pistoalelor tip „Taser” ce induc un şoc electric asupra victimei prin intermediul a doi electrozi. Efectul unui şoc electric bine poziţionat poate imobiliza temporar (câteva minute) victima.

Fibrilaţia şi stopul cardiacDar efectele curentului electric asupra victimei nu se reduc doar la muşchii braţelor. Muşchiul ce controlează plămânii şi inima (diafragma toracică) poate fi şi el blocat de efectul curentului electric. Chiar şi curenţii mult prea slabi pentru a induce în mod normal tetanosul sunt suficienţi pentru a da peste cap semnalele celulelor nervoase în aşa măsură încât inima să nu mai funcţioneze corect ducând la o condiţie cunoscută sub numele de fibrilaţie.Inima aflată în fibrilaţie mai mult trepidează decât bate, şi este ineficientă în pomparea sângelui spre organele vitale din organism. În orice caz, în urma unui curent electric suficient de mare prin corp, există posibilitatea decesului prin asfixiere sau stop cardiac. În mod ironic, personalul medical foloseşte un şoc electric aplicat deasupra pieptului victimei pentru a „porni” inima aflată în fibrilaţie.

Curentul alternativ este mai periculos decât cel continuuModul în care curentul alternativ afectează corpul viu depinde în mare măsura de frecvenţă. Frecvenţele joase (50 şi 60 Hz, folosite în Europa, respectiv SUA) sunt mai periculoase decât frecvenţele înalte, iar curentul alternativ este de până la cinci ori mai periculos decât curentul

Hrisca Petrica 13

Portofoliu Fizica

continuu la aceeaşi valoarea a curentului şi a tensiunii. Curentul alternativ de frecvenţă joasă produce o contracţie îndelungată a muşchilor (tetanie, sau spasm muscular intermitent) ce blochează mâna pe sursa de curent electric prelungind timpul de expunere la efectele acestuia. Curentul continuu este mult mai probabil să cauzeze doar o singură contracţie, ce permite adesea victimei să se îndepărteze de locul pericolului.Curentul alternativ, prin natura sa, tinde să ducă pacemaker-ul inimii într-o stare de fibrilaţie, în timp de curentul continuu tinde doar să oprească inima. Odată ce şocul electric încetează, este mult mai uşor de „repornit” o inimă blocată decât una aflată în stare de fibrilaţie. Acesta este şi motivul pentru care echipamentul de „defibrilaţie” folosit de personalul medical de urgenţa funcţionează: şocul de curent produs de echipament este sub formă de curent continuu şi are ca şi efect oprirea fibrilaţiei inimii pentru a permite inimii să revină la normal.Oricare ar fi cazul, curenţii electrici suficienţi de mari pentru a cauza contracţia involuntară a muşchilor sunt periculoşi şi trebuie evitaţi cu orice preţ.

5.Aparate de curent alternativ

5.1.USCATORUL DE PAR

Definitie: Un uscatorul de par sau feon este un dispozitiv electromecanic proiectat pentru a sufla aer rece sau cald peste firele de par ude sau umede, in scopul de a accelera evaporarea particolelor de apa si de a usca parul. Uscatorul de par permite de a controla mai bine forma si stilul de par, prin accelerarea si controul formarii temporare prin legaturi de hidrogen in interiorul fiecarei componente. Uscatorul de par s-a inventat pe la sfarsitul secolului al XIX-lea. Primul model a fost creat de Alexandru Godefroy intr-un salon din Franta in 1890. Uscatorul de si a fost inventat in 1890 a aparut pentru prima data pe piata in 1920, iar acum sunt folosite atat in salonul de infrumusetare de stilistii profesionisti cat si in medii ale gospodariilor de catre orice fel

consumator. (feon facut de AEG 1935)Functia:

Cele mai multe modele folosesc asa numitii “colaci de sarma” care au o mare rezistivitate electrica si termica cu curent electric. Un ventilator de obicei, sufla aer rece din mediul inconjurator care trecut prin bobina, rezulta aer incalzit eficient pentru uscare. Elementul de

Hrisca Petrica 14

Portofoliu Fizica

incalzire in cele mai multe uscatoare de par este un gol,o sarma spiralata de nicrom care este infasurat in jurul sau de placi de incalzire.Uscatorul de par Philips

5.1.2.PREZENTAREA ECHIPAMENTULUI

Specificaţii tehnice: - Tensiune: 220-240 V

- Material carcasă pentru ondulator: ABS/PC- Putere: 1100 W

- Lungime cablu: 3 m- Culoare/finisaj: Caviar Satin.NanoDiamond negru

- Garanţie: 2 aniDimensiuni și greutate:

- Greutate netă produs (incl. accesoriile): 769 g- Dimensiune cutie: 310 x 120 x 240 mm

- Greutate cutie (incl. produsul): 953 g

5.2.Casetofonul

Un casetofon este un magnetofon de dimensiuni reduse, care în locul rolelor cu bandă

folosește casete audio.

5.2.1.Istoria

Primul casetofon a fost introdus de firma Philips în 1963 și pus pe piață în 1965, fiind pe atunci un

dictafon portativ. Ambele role cu benzi erau închise într-o carcasă de plastic, ceea ce elimina

necesitatea ca benzile să fie schimbate când se terminau. Lățimea benzii era de 3,81 mm, iar viteza

era de 4,76 cm/sec, ceea ce era suficient pentru voce sau dictare, dar nu și pentru muzică. Casetele

folosite s-au numit casete audio sau M.C. - dinengleză de la Music Cassette, sau și Compact

Cassette.

Pe la începutul anilor 1970 casetofoanele au fost perfecționate într-atât încât au detronat

magnetofoanele ca aparatură de înregistrat și ascultat muzică.

În 1971 sistemul Dolby de reducere a zgomotului în combinație cu benzi de casetofon făcute din

dioxid de crom a îmbunătățit calitatea înregistrărilor și mai mult.

Popularitate

Hrisca Petrica 15

Portofoliu Fizica

De la începutul anilor 1970 până la sfârșitul anilor 1990 casetofoanele au fost sursa preferată pentru

ascultarea muzicii în automobile, nefiind afectate mecanic de trepidațiile mașinii.

Îmbunătățiri

La mijlocul anilor 1980 casetofoanele au atins nivelul maxim în ceea ce privește calitatea sonoră.

Casetofoane fabricate de companii precum Nakamichi, Revox sau Tandberg aveau, de

exemplu, capete multiple de înregistrare, reversare automată etc.

Cele mai bune casetofoane pot înregistra și reda spectrul complet de la 20 Hz la 20 kHz cu foarte

puțin zgomot.

Casetofon Nakamichi RX 505

Alternativa principală la Dolby a fost sistemul de reducere a zgomotului dbx, dar care avea

dezavantajul că nu putea fi redat pe aparatură care nu avea acest sistem. Așa că Philips a inventat

sistemul Dynamic Noise Limiter (DNL) care nu necesita ca benzile să fie prelucrate în timpul

înregistrării. Pasul următor a fost sistemul Dynamic Noise Reduction (DNR).

Dolby a introdus ulterior sistemele de reducere a zgomotului Dolby C și Dolby S, ambele fiind foarte

performante. Dolby C a devenit foarte folosit pe casetofoanele mai scumpe, dar Dolby S, care a fost

scos pe piață când vânzarea casetelor era deja în declin, n-a fost niciodată foarte răspândit.

5.2.2.Declinul

Vânzarea casetelor analogice a scăzut odată cu apariția discurilor compacte(CD), a casetelor digitale

(Digital Audio Tape, DAT) și MiniDisc-urilor (MD).

Companii precum Tascam, Marantz, Yamaha, Teac, Denon, Sony și JVC mai produc și astăzi (2009)

casetofoane, dar în număr limitat.

6.Bibliografieo ro.wikipedia.org

o www.referat.ro

o www.eletronice.ro

o Cristescu D. ş.a. Relaţia instalaţie electroenergetică – mediu şi fundamentarea elementelor de impact. Aspecte de compatibilitate electromagnetică, Simpozion Stadiul Actual şi Tendinţe în Compatibilitatea Electromagnetică şi Tehnica Tensiunilor Înalte, Bucuresţi, nov.1997.

o Constantin Ghiță - Mașini electrice, Ed Matrix Rom, București, 2005.

o Manual Fizică pentru clasa a 11-a, Editura ALL

Hrisca Petrica 16

Portofoliu Fizica

Hrisca Petrica 17