Elektriahelad ja elektroonika alused (eksami vastused) (9)

Elektri küssad
1. Milliseid eeliseid annab elektrotehnika tundmine insenerile?
Hea spetsialist peaks oma kitsa ala kõrvalt tundma ka teiste teaduste põhiolemust. Kuna tänapäeval ei saa elektrita hakkama ühelgi elualal, siis peaksid insenerid kindlasti tundma elektrotehnika põhimõisteid, terminoloogiat ja elektrienergia ning elektriseadmete rakendamise võimalusi, et siis neid teadmisi kasutades oma erialal edukam olla.
2. Milliseid eeliseid annab elektroonika tundmine insenerile?
Mehaanikainsenerid puutuvad palju kokku igasuguste masinatega, mis kasutavad elektrienergiat. Tootmises ja masinaehituses oleks ilma elektrotehnikaalaste teadmisteta üsna raske midagi ära teha. Tihti võimaldab elektrotehnika põhimõtete tundmine näiteks tootmises teha optimaalsemaid valikuid ja raha kokku hoida.
3. Kes peaks olema õppimisprotsessis aktiivsem pool – õppija või õpetaja?
Mõlemad peaksid olema aktiivsed. Õppejõud peaks olema oma ala asjatundja , kuid samas hea pedagoog , kes suudab oma ainet võimalikult selgelt õppijatele edasi anda. Ta peaks motiveerima, olema hea diktsiooniga ning tõsiselt huvituma sellest, et üliõpilased tema aines targemaks saaksid. Samas vastutab iga õppija muidugi ise oma õppimise või mitteõppimise eest, sest kahjuks pole võimalik teise inimese eest õppida.
4. Kes on Teie õppimisprotsessis aktiivsem pool – õppija või õpetaja?
Mina ikka ;)
5. Kumb on enne, kas elektromotoorjõud või vool?
Elektrivool on vabade laengukandjate suunatud liikumine. Et vool tekiks, on kõigepealt vaja jõudu, mis paneks vabad laengukandjad suunatult liikuma, selleks jõuks on potentsiaalide vahe allika klemmidel  elektromotoorjõud on enne.
6. Kumb on enne, kas vool või pinge?
Suletud vooluahelas – vooluringis – tekib vool (elektronide liikumine) siis, kui eksisteerib potentsiaalide vahe ehk pinge allika klemmidel  pinge on enne.
Väike parandus. Tegelikult me ei tea kumb oli enne. Kõik oleneb kuidas asja vaadata. (Maril oli see küss ja tuli välja niimoodi )
7. Nimetage seadmeid ja protsesse, mis toimivad ainult alalisvooluga?
Alalisvoolu kasutatakse transpordis (alalisvoolumootorid), galvaanikas, keevitamisel, elektroonikas, elektrilisel modelleerimisel jm.
Alalisvooluallikad: galvaanielemendid, alalisvoolugeneraatorid, akud , kütuseelemendid, aatomipatareid, kütuseelemendid, alaldid.
8. Nimetage seadmeid ja protsesse, mis toimivad ainult vahelduvvooluga?
Vahelduvvoolumootorid (mis on kusjuures odavamad kui alalisvoolumootorid)
Pool, kondensaator
Nimetage seadmeid ja protsesse, mis toimivad ainult kolmefaasilise vahelduvvooluga?
Kolmefaasiline generaator
9. Nimetage seadmeid ja protsesse, mis toimivad nii alalis - kui vahelduvvooluga?


10. Kas elektriahela arvutustulemused sõltuvad sellest, kas arvutaja arvab voolu positiivse suuna õigesti ära või mitte?
Ei sõltu. Voolude tähised ja suunad on vabalt valitavad, kuid tähtis on, et lahendamisel sassi ei aetaks, millised takistused, voolud ja pinged kokku käivad.
11. Kas arvutustehnika kasutamine ülesannete lahendamisel teeb elektrotehnika õppijale selgemaks või segasemaks?
Oleneb inimesest, ma arvan. Minu arvates teeb lihtsamaks.
12. Mida kirjeldab aktiivvõimsus vahelduvvooluahelas?
Aktiivvõimsus P on keskmine võimsus perioodi kohta. Aktiivvõimsus on vahelduvvoolu võimsuse see osa, mis muutub kas soojuseks, mehaaniliseks tööks või salvestub keemilise energiana. (Soojuslik võimsus eraldub ainult aktiivtakistis).
13. Mida kirjeldab reaktiivvõimsus vahelduvvooluahelas?
Reaktiivvõimsus on üldjuhul võrdne induktiivvõimsuse ja mahtuvusvõimsuse
vahega. See on see osa näivvõimsusest, mis ei eraldu aktiivtakistusel. Seda, kui suure osa moodustab aktiivvõimsus näivvõimsusest, näitab võimsustegur . Reaktiivvõimsus on siis järelikult .
14. Mida kirjeldab näivvõimsus vahelduvvooluahelas?
Suurust
nim. Näivvõimsuseks. .
15. Kas ühefaasilise tarviti reaktiivvõimsus võib olla suurem kui aktiivvõimsus? Kui ei, siis miks, ja kui jaa, siis millistel tingimustel?
Aktiivtakistus:
Reaktiivtakistus:
Järelikult reaktiivtakistus võib suurem olla ja seda juhtudel, kui
(siis ).
16. Kas ühefaasilise tarviti reaktiivvõimsus võib olla suurem kui näivvõimsus? Kui ei, siis miks, kui ja, siis millistel tingimustel?
Ühefaasilise tarviti reaktiivvõimsus ei saa olla suurem kui näivvõimsus. Suurus UI=S nimetatakse näivvõimsuseks. Võimsusteguri valem
näitab, millise osa moodustab näivvõimsusest S aktiivvõimsus P. Kui
siis S >P, mis tähendab, et osa näivvõimsusest peab eralduma mujal ning selleks osaks on reaktiivvõimsus
Siinuse max väärtus on 1, mille korral on näiv- ja reaktiivvõimsus võrdsed Q=S, seega reaktiivvõimsus näivvõimsusest suurem olla ei saa. (loogiline oleks ju)
17. Kas vahelduvvooluahelate arvutamine on hõlpsam kompleksarvude või diagrammvektorite abil?
Vahelduvvoolu ahelate arvutamine on hõlpsam diagrammvektorite abil, kuna kompleksarvude ABC on meelest läinud.
18. Millest lähtudes valitakse kolmefaasilise tarviti ühendusskeem?
Kolmefaasilise tarviti ühendusskeem valitakse lähtudes pingesüsteemist. Süsteemi 3x220 [V] korral valitakse kolmnurkühendus, sest
ning süsteemi 3x380 [V] korral valitakse tähtühendus kuna
19. Kas kolmefaasilise tarviti võimsus sõltub ühendusskeemist?
Kolmefaasilise tarviti võimsus sõltub ühendusskeemist. Tähtühendusega tarvitil on suurem võimsus kui kolmnurkühendusega tarvitil.
20. Miks on kolmefaasilise tarviti kolmnurkühendusel liini- ja faasivoolud erinevad, aga tähtühendusel pole?
Kolmefaasilise tarviti kolmnurkühenduse puhul in liini- ja faasivoolud erinevad, sest punktid A, B, C on hargnemispunktid (ühe faasi algus ühendatakse teise faasi lõpuga – tekib kontuur , millel kolm sõlme A,B,C) ning Kirchhoffi esimene seaduse põhjal on hargnemispunkti suunduvate voolude summa võrdne hargnemispunkist väljuvate voolude summaga . Tähtühenduse puhul pole aga punktid A, B, C hargnemispunktid ning liini- ja faasivoolud on võrdsed.
valemid kolmnurkühenduse puhul
21. Milleks on kolmefaasilises süsteemis vajalik neutraaljuht?
Neutraaljuht on kolmefaasilises süsteemis vajalik seepärast, et ta tasakaalustab mittesümmeetriat. Tarviti on sümmeetriline kui tema kõik kolm faasi on täpselt ühesuguselt koormatud. Selleks et tarbijat muuta sümmeetriliseks üritab neutraaljuht muuta faaside takistusi võrdseks. Selleks ühendatakse tarbijaga kondensaator, et kompenseerida reaktiivtakistust (tekitab mahtuvusliku takistuse, mis lahutatakse induktiivsest takistusest)
22. Millest tekivad energiakaod elektrienergia ülekandmisel generaatorist tarvitisse?
Elektrienergia ülekandmisel generaatorist tarvitisse tekivad energiakaod, mis põhjustatud juhtmete eritakistusest, mis omakorda oleneb pikkusest. Et pingelangu vältida võib suurendada juhtmete läbimõõtu või suurendada pinget….viimane on mõttekam - kõrgepingeliinid.
23. Miks magnetelektriline mõõteriist mõõdab vahelduvpinge keskväärtust, aga elektromagnetiline mõõteriist mõõdab vahelduvpinge efektiivväärtust?
Magnetelektrilises mõõtemehhanismis kasutatakse vooluga mähise ja püsimagneti
magnetvälja vastastikust toimet. Liikuvaks osaks on enamasti pool, kuid võib olla ka
püsimagnet. Osuti pöördenurk on võrdeline pöördemomendi keskmise väärtusega perioodi kohta. Püsimagneti magnetvoog F ja mähise keerdude arv w on konstandid, seega on mõõtetulemus võrdeline voolu keskväärtusega. Pinge mõõtmisel mõõdetakse ikkagi voolu, mille järgi määratakse pinge väärtus Ohmi seaduse põhjal:
Elektromagnetilises mõõtemehhanismis kasutatakse mõõdetava voolu magnetvälja toimet ferromagnetilisest materjalist liikuvale südamikule. Mehhanismi liikuv südamik püüab võtta asendit, mille puhul magnetvoog on maksimaalne. Pooli läbiva voolu suuna muutumisel jääb pöördemomendi suund endiseks. Elektromagnetiline mõõteriist mõõdab
vahelduvsuuruse efektiivväärtust.
24. Mille poolest erineb elektromagnetiline ampermeeter elektromagnetilisest voltmeetrist?
25. Miks on tähtis valida mõõteriista mõõtepiirkond selline, et osuti näit oleks skaala tagumises osas?
Mõõteriista mõõtepiirkond on tähtis valida nii, et osuti näit oleks skaala tagumises osas, sest siis ei ole mõõtmisviga nii suur. Kui mõõtetulemus on suur, siis mõõteviga moodustab sellest palju väiksema osa võrreldes sellega kui mõõtetulemus oleks väike, st. skaala esimeses otsas.
26. Miks on vattmeetri ühendamiseks mõõteahelasse vaja nelja klemmi?
Vattmeetri ühendamiseks mõõteahelasse on vaja nelja klemmi. Vattmeetri liikumatu mähis on voolumähiseks ja lülitatakse ahelasse jadamisi tarbijaga, liikuv pingemähis lülitatakse ahelasse aga rööbiti. Õigeks ühendamiseks on vattmeetritel üks voolu- ja üks pingemähise klemm märgitud tärniga. Need on generaatoriklemmid, mille puhul tuleb jälgida, et need jääksid toiteallika poole.
27. Miks dioodi takistus sõltub talle rakendatud pinge polaarsusest?
Dioodi takistus sõltub talle rakendatud pinge polaarsusest - dioodi takistus voolule päripinge korral on väike, vastupinge korral aga suur.
28. Kuidas käitub diood , mis on lülitatud vahelduvpingele?
Diood, mis on lülitatud vahelduvpingele alandab pinget ning laseb läbi ainult positiivsed impulsid .
29. Miks dioodil on mittelineaarne pinge-voolu tunnusjoon ?
Diood on mittelineaarne element, mille takistus sõltub temale rakendatud pinge polaarsusest ja suurusest .
30. Miks türistori võib nimetada ka juhitavaks dioodiks?
Türistor on kolme pn-siirdega pooljuhtseadis, millel on kolm elektroodi: anood , katood ja tüürelektrood. Selle pingevoolu tunnusjoon on muudetav tüürsignaali toimel, mistõttu saab türistori päripingel avada tüürelektroodi läbiva vooluimpulsiga.
(türistorit võib nimetada juhitavaks dioodiks, kuna on võimalik ühe ja sama voolu korral saavutada erinevaid pinge väärtusi)
31. Miks transistor võimendab sisendsignaali?
Transistoris toimuvatest protsessidest võtavad osa nii elektronid kui ka augud, mille tulemusena suureneb vool ja samas ka pinge.
32. Miks triger mäletab oma eelmist olukorda, aga loogikaelement ei mäleta?
Sest triger võimaldab informatsiooni salvestada , aga loogikaelement ei võimalda. Tema väljund sõltub otseselt sisendsignaalist.
33. Miks operatsioonvõimendi võimendustegur sõltub tagasisideahela takistusest?
Võimendustegur Ki võrdub R1 jagatud Ri korrutatud zi-ga, mis sõltuvalt lülitusest on 0 või 1. Ki=(R1/Ri)*zi
34. Millised eelised ja puudused on kahendkoodil võrreldes kümnendkoodiga?
Kahendkoodi eelis kümnendsüsteemi ees seisneb tema lihtsuses, samas on kümnendkoodi abil suuremaid arve lihtsam kirja panna.
35. Miks transistorit saab kasutada võimenduselemendina?
Vaata 31.
36. Miks terassüdamikuga pooli mähises tekib alalispingele lülitamisel suurem vool kui sama pooli lülitamisel sama suurusega vahelduvpingele?
Alalisvoolule lülitamise korral ei teki reaktiivtakistust, mis tingib suurema voolu.
37. Millist rolli mängib elektromagnetilistes seadmetes puistemagnetvool?
Pruun õpik lk 225
38. Elektromagneti tõstejõud sõltub pöördvõrdeliselt magneti ja eseme vahelise õhupilu suurusest. Kas see tähendab, et kui õhupilu >0-le, siis tõstejõud >lõpmatusele?
Tõenäoliselt mitte :-p
39. Kuidas teha kindlaks, milline mähis trafol on kõrgema, milline madalama pinge jaoks?

40. Millised on elektrimootori eelised ja puudused võrreldes teiste jõuallikatega? (näide autode põhjal)
Eelised: keskkonda ei saastata heitgaasidega; sisepõlemismootorist suurem kasutegur; vaiksem mootor; elektriautosid ei pea käivitama; pidurdamisel on võimalik osa elektrienergiat taas akudesse laadida, kui kasutada mootorit elektrigeneraatorina.
Puudused: akud on suure massiga; ühe laadimisega saab sõita keskmiselt 100 km; akude laadimine kestab kaua.
41. Miks asünkroonmootorit võib käivitada otse nimipingele lülitades, aga alalisvoolumootorit peab käivitama käivitustakisti abil?
pruun õpik lk 278, 305
42. Miks koormusmomendi suurenedes elektrimootori kiirus tavaliselt väheneb?
www.ene.ttu.ee/leonardo/elektro_alused/8Elektrimasinad.pdf
sealt lk 119 (6)
43. Kuidas muuta alalisvoolumootori pöörlemiskiirust ja pöörlemissuunda?
vt Heljuti konspektist netist http://deepthought.ttu.ee/eta/AME0070
+ pruun õpik lk 309
44. Kuidas muuta vahelduvvoolumootori pöörlemiskiirust ja pöörlemissuunda?
vt Heljuti konspektist netist
45. Kuidas juhitakse elektriajamiga elektriautot?

46. Miks on sagedusjuhtimisel sageduse vähendamisel vaja vähendada ka mootori toitepinget, sageduse suurendamisel aga pinget ei suurendata?
Väärtusmoment ja ka pöördemoment ei muutu, kui hoida konstantsena õhupilupinge ja pöörlemissageduse suhe. Sellest lähtuvalt hoitakse staatoripinge ja sageduse suhe konstantsena. Seda seaduspärasust saab siiski kasutada ainult keskmistel sagedustel . Väikestel sageduse väärtustel pääseb mõjule staatorimähise aktiivtakistus ja väljundpinget (?) tuleb pingelangu kompenseerimiseks suurendada. Vastasel korral hakkaks mootori pöördemoment väikestel toitesagedustel järsult vähenema. Suurtel sagedustel piirab pinge suurendamist alalisvoolu vahelüli pinge suurim väärtus.

47. Kas õppimine soodustab leiutamist?
Kahe otsaga asi. Kui väiksem olin, siis nuputasin igasuguseid asju välja ja ehitasin LEGO - dest igasugust huvitavat jama. Praegu küll enam ei oskaks, mõtlen, et ei saa, see ei saa töötada. Samas, kas Priit oleks osanud sulgurreostaati teha, kui ta ei teaks , mis asi on reostaat ?

48. Millal tekib mootoril lühistalitlus?
Asünkroonmootori moment on võrdeline pinge ruuduga. St et kui mingil põhjusel toitevõrgus pinge langeb ja moodustab nimipingest näiteks vaid 70%, siis suudab mootor arendada vaid 0,7 x 0,7 = 0,49 ehk vähem kui pool arvutuslikust momendist. Küllalt suure tõenäosusega võib siis koormusmoment olla suurem kui vääratusmoment. Siis mootor vääratub – kiirus väheneb nullini ning tekib sisuliselt lühistalitlus.

49. Mis tingimustel tekib pingeresonants ?
Pingeresonants on olukord pooli ja kondensaatorit sisaldavas jadaahelas, kus ahela reaktiivtakistus on null. Seega pingeresonantsi tingimus xL = xC

50. Mis tingimustel tekib vooluresonants ?
Vooluresonants võib esineda vahelduvvoolu rööpahelas, kui ühes harus on kondensaator ja teises pool. Vooluresonantsi tingimuseks on rööpharude reaktiivjuhtivuste võrdsus.

51. Mille eest tuleb kaitsta elektrimootorit?
http://www.ene.ttu.ee/elektriajamid/oppeinfo/AAV5420/5.ht m
52. Relee tööpõhimõte.
Relee on seadis, mis välisele füüsikalisele toimele reageerides muudab hüppeliselt oma väljundtoimet (väljundsignaali). Relee on aparaat, mis peale hüppelise toimega releeosa sisaldab ka andurit ja võrdlus- , täitur- vm seadist. Elektrilised releed reageerivad elektrivoolu tugevusele, pingele, sagedusele, võimsusele, elektriahela takistusele, induktiivsusele või mahtuvusele.
Releed ja kontaktorid on elektromagnetilised seadised , kus vooluga pooli südamiku liikumise tulemusena suletakse või avatakse elektrilised kontaktid; releedeks nim ka kontaktidega andureid, kus elektrilised kontaktid avatakse või suletakse muul viisil tekitatud liikumise tulemusena.

53. Trafo tööpõhimõte.
Tarbijad vajavad mitmesuguseid pingeid. Oluline on pinget muuta ka elektrienergia ülekandmisel kauge maa taha. Ülekanne on soodsam kõrgel pingel, sest vool on siis väiksem – energiakadu on väiksem ja juhtmed võivad olla väiksema ristlõikega.
Trafo eesmärgiks ongi muundada mingi pingega vahelduvvoolu elektrienergiat sama sagedusega, kuid teistsuguse pingega vahelduvvoolu energiaks.
Trafol on vähemalt kaks mähist, mis asetsevad ühisel terassüdamikul. Mähist, mis on ühendatud energiaallikaga, nim primaarmähiseks. Teist mähist ,mis annab energiat tarbijale, nim sekundaarmähiseks.
Südamiku eesmärgiks on suurendada magnetilist sidet primaar – ja sekundaarmähise vahel. Kui primaarmähisele rakendada vahelduvpinge, siis tekib terassüdamikus vahelduv magnetvoog, mis indutseerib primaarmähises vastuelektromotoorjõu. Sama magnetvoog on aga aheldatud ka sekundaarmähisega ja indutseerib selles elektromotoorjõu

54. Elektrimootori tööpõhimõte.
Elektrimootorid on elektromehaanilised seadmed , mille ülesandeks on teha tööd. Elektrimootorid on muundurid, mis muundavad elektrilise energia mehaaniliseks energiaks. Elektrimootor on “must kast”, mille sisendiks on elektriline pinge ja vool ning väljundiks on pöördemoment ja pöörlemiskiirus või jõud ja liikumiskiirus .

55. Alaldi tööpõhimõte.
Alaldi on seadis vahelduvvoolu muundamiseks alalisvooluks. Alaldid võimaldavad saada mitmesuguse väärtusega alalispinget, on töökindlad ja ei nõua pidevat hoolitsust.
Üldjuhul koosneb alaldi kolmest lülist: trafost, ventiilist ja silufiltrist.
Trafo transformeerib võrgupinge väärtuseni, mis on vajalik alaldi väljundis nõutava alalispinge saamiseks. Ventiil muundab vahelduvvoolu alalisvooluks. Silufilter vähendab alaldatud pinge pulsatsiooni alaldi väljundis (silub pinget).

56. Pingeregulaatori tööpõhimõte. (Leidsin kuskilt auto-foorumist :D )
Generaatori tööpõhimõttest teame, et pinge suurus sõltub tema pööretest (sõltub jällegi auto liikumiskiirusest), ja koormusest (mis pole kunagi ühesugune ehk sõltub millised tarvitid meil hetkel sisse on lülitatud). Siit tekibgi vajadus pingeregulaatori järele, sest kaht eelnimetatud asja ei ole võimalik hoida mingil kindlal etteantud väärtustel.
Igas regulaatoris peab olema mõõteosa ja reguleerivosa. Kõige lihtsamas vibropingeregulaatoris on reguleerivaks osaks relee vedru ja mõõte elemendiks releemähis ise, mis on rööbiti generaatoriga (ehk temas kulgev vool sõltub pingest ). Selliseid regulaatoried saab häälestada vedru pingutamisega.
Lihtsustatud tööpõhimõte siis järgmine. Kui generaator töötab väikeste pööretega, siis on pinge madal ja relee ei rakendu. Seega kulgeb ergutusvool generaatori plussklemmilt läbi kontaktide otse ergutusmähisesse. Ettenähtust kõrgema pinge korral (suuremad generaatori pöörded) ületab relee tõmbejõud vedru vastupanu ja kontaktid avanevad . Nüüd pääseb vool generaatori ergutusmähisesse läbi skeemis oleva lisatakisti . Seeläbi väheneb ergutusvool ning väheneb ka generaatori pinge. Selle tulemusena nõrgeneb pinge relee mähises ning see ennistub algasendisse (kontaktid sulguvad). Protsess hakkab korduma. Pinge on seda stabiilsem, mida suurem on pingerelee vibreerimissagedus. Ja kui kontaktid avanevad/sulguvad juba ca 30korda sekundis, siis voltmeeter näitab meile juba stabiilset pinget. Sellisel pingeregulaatoril on ka paar olulist puudust: temperatuuri sõltuvus ja releemähise suur endainduktsioon.

57. Sagedusmuunduri tööpõhimõte.
Sagedusmuundur muundab etteantud sagedusega sisendpinge muudetava sageduse ja pingega väljundpingeks.
Sagedusmuundur koosneb alaldist, filtrist ja vaheldist.
Alaldi muudab esialgse sagedusega vahelduvvoolu alalisvooluks. Filter silub väljundpinget, mille muudab sobiva sagedusega vahelduvvooluks vaheldi .

58. Kolm tähtsat aastaarvu elektrotehnika ja elektroonika ajaloost (Teie arvamus).
1745. a saadi esimesed elektrilöögid, mis tähendas laengute kogumise võimaluse avastamist.
1845 – 1847 avastas saksa füüsik Gustav Robert Kirchhoff lineaarsete hargnevate alalisvooluahelate põhiseadused (voolude ja pingete seadused).
1887. a avastas Nikola Tesla pöördmagnetvälja ning leiutas mitmefaasilise süsteemi.

59. Elektrienergia allikad.
Akud, patareid ja teised sellid (+ pistikupesa nt.☺)
7