ELEKTROTEHNIKA SA ELEKTRONIKOM. Dr Ţeljka Tomić dipl.inţ. elektrotehnike profesor strukovnih studija

Транскрипт

1 Tehnikum Taurunum Visoka inţenjerska škola strukovnih studija 2019/2020 Predmet ELEKTROTEHNIKA SA ELEKTRONIKOM Dr Ţeljka Tomić dipl.inţ. elektrotehnike profesor strukovnih studija Predavanja - četvrtak Konsultacije u kabinetu P 09 13:15 h do 16: 00 h četvrtak 16h do 16:30h posle predavanja

2 Elektrotehnika sa elektronikom Šifra predmeta: Vrednost u bodovima: 7 ESPB IV SEMESTAR Fond časova za predavanja i vežbanja nedeljno:2+2 = (ukupno P30+V15+L15) 3 časa predavanja : 13:15 h do 16: 00 h Mašinsko inženjerstvo Zaštita od požara i spasavanje Bezbednost i zdravlje na radu Elektrotehnika sa elektronikom ELEKTROTEHNIKA I ELEKTRONIKA ELEKTROTEHNIKA I ZAŠTITA 2

3 LITERATURA Skripta sajt TT / Stranica za predmeta / pisana predavanja.../ Elektrotehnika.../ materijal sa predavanja.rar Đorđević Antonije: Osnovi elektrotehnike 1, 2, 3, 4, Akademska misao, Beograd, J. Surutka, Osnovi elektrotehnike I i II, Naučna knjiga, Akademska misao, Beograd; B. Popović, Osnovi elektrotehnike I i II, Nauka, Beograd; Vlastimir Vučić, Osnovna merenja u fizici, Nauka, Beograd, net: Slavko Pokorni,ELEKTROTEHNIKA, ETF Istočno Sarajevo, Beograd, OE1 - Skripta iz Elektrostatike.pdf, 2. OE1 - Skripta iz Jednosmjernih struja.pdf 3. OE2 - Skripta iz Elektromagnetike.pdf, 4. OE2 - Skripta iz Naizmjenicnih struja.pdf 3

4 LITERATURA LITERATURA za računske veţbe S. Krstić, I. Đukić, Zbirka zadataka iz elektrotehnike I i II, Viša elektrotehnička škola, H.Božilović, Ž.Spasojević, G. Božilović, Zbirka zadataka iz osnova elektrotehnike, Naučna knjiga, Arsin, M. i dr., Zbirka zadataka iz fizike za više škole net Visoka škola elektrotehnike i računarstva strukovnih studija Osnove elektrotehnike 1 Priručnik za vežbe Osnove elektrotehnike 1 Priručnik za vežbe 4

5 - OET 1 - OET 2 Disk ELEKTROSTATIKA, NAIZMENIČNA STRUJA JEDNOSMERNA STRUJA, MAGNETIZAM (Diskovi za e-nastavu)?torrent OET 1 Animacije\ fscommand\ galerija\ Igre\ Ikone\ Kviz\ Lekcije\ muzika\ AUTORUN.INF OET1.exe OET1.ico procitaj_me.txt OET 2 Animacije\ fscommand\ Ikone\ Kviz\ Lekcije\ Shortcut to OET2.exe.lnk oet2_image.nrg OET2.exe procitaj_me.txt AUTORUN.INF OET2.ico 5

6 Program za simulaciju električnih kola: LtspicelV Multisim -Electronics Workbench v10.0, v9 (The National Instruments Electronics Workbench Group) Allan H. Robbins, Wilhelm C. Miller, Circuit Analysis Theory and Practice, 5 edition.pdf Dodatna literatura, koju mozete naći u biblioteci, knjiţari, na netu, ili... iz oblasti osnova elektehnike, elektrostatike, elektromagnetizma, fizike i elektrotehnike za više škole 6

7 O čemu se priča na predavanjima i veţbama: Elektrostatičko polje Jednosmerna struja Složena strujna kola, Kirhofova pravila Energija električne struje Magnetno polje Naizmenična struja Električne mašine, Elektronika (poluprovodnici: dioda, tranzistor, senzori), Merenja osnovnih električnih veličina 7

8 KOLOKVIJUMI I kolokvijuma Elektrostatika Jednosmerna struja Složena strujna kola, Kirhofova pravila Energija električne struje II kolokvijum Magnetika Naizmenična struja Električne mašine Elektronika Pokazati usvojena odredjena teoretska znanja, i da ste u stanju da ih primenite pri rešavanju problema zadataka teorijska pitanja i 4 zadatka po kolokvijumu 2. moguće je dobiti po kolokvijumu od 16 do 32 poena. 8

9 8 LABORATORIJSKIH VEŢBI 8 radnih mesta po 2 studenta Upoznavanje sa Unimerom Komponente: Otpornici, kondenzatori, kalemovi, izvori... Omov zakon u kolima jednosmerne struje i naizmenične struje Provera Kirhofovih zakona Merenje otpora Vitstonovim mostom Omov zakon u kolima naizmenične struje, RLC, RL, RC kolo Karakteristika poluprovodničke diode Određivanje karakteristike tranzistora vežbe se ocenjuju pri radu i odbrani (od 11 do 20 poena) OVERA u INDEKSU! Održavanje vežbi druga polovina semestra Stručna poseta Muzeju Nikola Tesla, Muzej nauke i tehnike, Festivali nauke, Izloţbe ( Mihajlu Pupin, Milutin Milanković) 9

10 Student stiče pravo da izađe na ispit ako: 1. uredno pohađa nastavu, 75% ; aktivno učešće na računskim vežbama (6 poena) 2. uspešno završi sve predispitne obaveze Urađene i overene laboratorijske vežbe, ISPIT (od 11 do 20 poena) Poloţeni kolokvijumi I i II (po kolokvijumu od 16 do 32= od 32 do 64 p.) SAMOSTALNI RAD, domaći, demonstrator u Laboratoriji,... (10 p.) Stručna poseta (5p.) Min =49+2 =51 max =100 Polažete u ispitnom roku ili preko kolokvijuma I deo= I kolokvijum, II deo= II kolokvijum Ispit, i kolokvijumi, se sastoje iz dva dela: teorijskog i računskog. Svaki deo ispita vrednuje se posebno, Potrebno je uraditi >55% zadataka. (moguće je dobiti ukupno 64 poena) 10

11 PRIMER ISPITA 11

12 Formiranje konačne ocene Ukupan broj poena < 51 Konačna ocena min =49+2 max =100 12

13 Nakon položenog ispita student treba da je osposobljen da rešava probleme vezane za jednostavna električna kola, i prepozna zakonitosti kojima se opisuju procesi u elektrotehnici i elektronici, i njihovom primenom, uspešno reši jednostavne proračune vezane za te procese i proveri ispravnost svojih proračuna merenjem. vrši kontrolu stanja električnih instalacija, proveri ispravnost svojih proračuna merenjem (merenje električnih veličina - U, I, f-učestanost naizmeničnog napona, vrednost pasivnih koponenata: R, L, C i sl.). kao član tima da je osposobljen za procenu rezultata merenja - ispitivanja, i za izradu projektnih zadataka vezanih za električne instalacije, ili sisteme uredjaja. 13

14 Dodatna literatura, koju mozete naći u biblioteci, knjiţari, na netu, ili... iz oblasti osnova elektehnike, elektrostatike, elektromagnetizma, jednosernih i naizmeničnih struja, elektronike, energetike, fizike i elektrotehnike za više škole Allan H. Robbins, Wilhelm C. Miller, Circuit Analysis Theory and Practice, 5 edition.pdf Halliday, D., Resnick, R., Walker, J.,Fundamentals of Physics, fifth edition, John Wiley & Sons, USA, 1997 ž Serway, R., Beichner, R., Physics For Scientists and Engineers, fifth edition, Thomson Learning, USA, 2000 Vlastimir Vučić, Osnovna merenja u fizici, Nauka, Beograd,

15 O ELEKTROTEHNICI Savremeni tehnološki problemi su veoma složeni i njihovo rešavanje zahteva učešće inženjera i istraživača iz raznih oblasti nauke i tehnike, koji se organizuju u razvojne ili istraživačke timove. U takvim uslovima inženjer, koji je specijalizovan za određenu oblast, često treba da radi sa stručnjacima drugih specijalnosti. Da bi se olakšala njihova saradnja potrebno je da svaki od njih bar delimično poznaje srodne oblasti tehnike, kako bi razumeo problematiku i ograničenja u rešavanju problema u celini. Zbog toga se prilikom obrazovanja inženjera uvek proučavaju i oblasti koje nisu direktno u vezi sa odabranom specijalizacijom. 15

16 U savremenom svetu svedoci smo da električni ili elektronski uređaji prodiru u sve oblasti života. Vozila imaju eletronske uređaje za nadzor i upravljanje, uređaji bele tehnike u domaćinstvu imaju sve više elektronskih funkcija, uvođenje računara u kuće menja način života, revolucija u telekomunikacijama- bežični prenos informacija: digitalna TV, mobilna telefonija, primena u medicini: skeneri, nuklearna medicina, laseri- dijagnostika, hiruški nož, stimulacija ćelijskih funkcija itd. Laseri široku oblast primene, u industriji, metrologiji, nanotehnologiji. Laminated Object Manufacturing 16

17 Elektrotehnika sa elektronikom Ovaj predmet upravo ima za cilj da Vas, kojima će primarna specijalizacija biti o Mašinsko inženjerstvo o Zaštita od požara i spasavanje, o Bezbednost i zdravlje na radu upozna sa osnovima elektrotehnike, elektronike i zaštite kako bi razumeli kako takvi elektronski sistemi funkcionišu i kako bi bili efikasniji u komuniciraju sa ekspertima iz drugih struka sa kojima ćete sarađivati. 17

18 ...elektrotehnika..? Elektrotehnika je nauka koja proučava zakone elektriciteta i primenjuje ih u praktične svrhe, tj. koristimo ih za zadovoljenje potreba društva. Dve glavne primene elektriciteta: za prenos električne energije sa jednog mesta na drugo ili za prenos informacija. Elektrotehnika je oblast nauke koja se izdvojila iz fizike i poslednjih 200. godina se stalno i dinamično razvijala. O razvoju elektrotehnike svedoči stalna pojava novih podoblasti kao i broj naučnih i stručnih publikacija iz elektrotehnike koji u velikoj meri prevazilazi obim sličnih publikacija iz drugih oblasti tehnike. 18

19 ISTORIJAT Starogrčki filozof Tales (oko 600.godine p.n.e.) prvi zapisao da ćilibar- jantar, natrljan krznom privlači lake predmete (kosa, vuna, drvena piljevina). Crna ruda koja privlači gvožđe (magnetis : kamen iz Magnezije) 1600-te godine, engleski lekar Vilijam Džilbert ( William Gilbert, ) utvrdio da tela od stakla ili krzna trljanjem postaju naelektrisana, tj. stiču ista svojstva kao ćilibar. (ćilibar na starogrčkom jeziku zove elektron), Tek u drugoj polovini 18. veka došlo se do spoznaje da je naelektrisanost tela posledica prisutnosti neke supstance koja je nazvana elektricitet. Američki fizičar Bendžamin Frenklin ( Benjamin Franklin, ) izvodi prvu teoriju o elektricitetu, te uvodi pojam pozitivnog i negativnog naelektrisanja. Italijanski lekar i fizičar LuiĎi Galvani ( Luigi Galvani, ) proučavao je uticaj elektriciteta na žive organizme. Zakon sile između dva naelektrisana tela izveo je francuski fizičar Čarls Augustin Kulon ( Charles Augustin Coulomb ), 1784 i 1785.godine. 19

20 Alesandro Volta ( Alessandro Volta, ), italijanski fizičar, prvi pronalazi izvor trajnog električnog napona - galvanski element, pretvaranje hemiske energije u električnu god. Voltin elektrostatički stub je baterija, koja se sastoji od naizmenično poređanih ploča Cu i Zn. Između ploča se nalazila nakvašena krpica (vodenu rastvor sulfatne kiseline ili kuhinjske soli), koja ih je međusobno delila. Neke vrste galvanskih elemenata: Voltin, Daniellov, Leclanchéov, Westonov, Srebrooksidni, Litijumski. 20

21 Burniji razvoj elektrotehnike započinje u 19.veku. Danski fizičar Kristijan Ersted ( Christian Oersted, ), godine, ustanovio je postojanje magnetnog polja električne struje. iste godine, francuski fizičar i matematičar Andre Ampera ( Andre Ampere, ) utvrdio uzajamno mehaničko dejstvo između dva provodnika kroz koja protiče električna struja. Najvažniji putokaz za dalja istraživanja predstavlja fundamentalno otkriće engleskog fizičara i hemičara Majkla Faradeja ( Michael Faraday, ) godine, uspeo je dokazati da magnetizam proizvodi elektricitet, odnosno, otkrio je jedan od najvažnijih zakona elektrotehnike; "Zakon elektromagnetne indukcije ". Faradejeve ideje je dalje usavršio engleski fizičar Džejms Maksvel ( James Maxwell, ) koji je, godine, postavio opštu matematičku teoriju elektromagnetizma. Njemački fizičari Om ( Georg Simon Ohm, ) i Kirhof ( Gustav Robert Kirchhoff, ) utvrdili su zakone elektrotehnike koji pokazuju kvantitativne odnose u električnom kolu jednosmerne struje, grananje struje i uzajamno dejstvo indukovanih napona u složenom električnom kolu. 21

22 Burniji razvoj elektrotehnike započinje u 19.veku. Indukcioni motor Za nagli uspon elektrotehnike veoma je zaslužan i Nikola Tesla ( ) koji je godine realizovao svoje pronalaske na području višefaznih sistema, koji su omogućili primenu naizmenične struje u industriji.to je ujedno omogućilo efikasniji prenos električne energije. Bavio se strujama visoke frekvencije i tehnikom visokih napona, kao i radovima na području radio-tehnike i bežičnog prenosa. 22

23 Burniji razvoj elektrotehnike započinje u 19. veku. Mihajlo Pupin ( ) patenti iz oblasti telegrafije, bežične telegrafije i telefonije, potom rendgenologije. (Röndgen *). Pupinovi kalemovi (1986.), najslavnije otkriće kojim je omogućen prenos signala na velike razdaljine, proces uključenja tih induktivnih kalemova u telefonskim linijama nazvan je pupinizacija. Patent visokofrekventni cevni oscillator (1899), na kome se zasniva savremena radiotehnika. 23

24 Oblasti elektrotehnike: Tradicionalno elektrotehniku delimo na sedam specijalizovanih podoblasti: Elektroenergetika Elektromagnetika Komunikacije Računarsko inženjerstvo Sistemi Upravljanje Elektronika 24

25 Elektroenergetika Elektroenergetika se bavi proizvodnjom i prenosom električne energije sa jedne lokacije na drugu i najstarija je specijalnost elektrotehnike. Ceo razvoj savremenog društva zavisi u kritičnoj meri od potreba za električnom energijom za napajanje električnih uređaja, i u industriji, i u domaćinstvu. Zato su za proizvodnju električne energije razvijeni razni sistemi za pretvaranje drugih oblika energije toplotne, hidromehaničke, nuklearne, solarne, energije vetra, elektrohemijske u električnu energiju. 25

26 Elektromagnetika Elektromagnetika premošćava jaz između primena elektrotehnike za prenos energije i ostalih disciplina koje su uglavnom vezane za prenos informacija. Ona se bavi proučavanjem i primenom električnog polja, magnetskog polja i struje. Električna struja može biti uvek istog smera (jednosmerna struja - DC) ili promenljivog smera (naizmenična struja - AC). Kod naizmeničnih struja definiše se pojam učestanosti ili frekvencije, koja predstavlja broj promena smera struje u sekundi. (frekvencija f =[Hz] herc). Opseg učestanosti koji se sreće u praksi je veoma širok. U elektroenergetici se koriste naizmenične struje učestanosti 50 Hz ili 60 Hz, dok se u drugim oblastima koriste znatno više učestanosti, do reda Hz (400 GHz optički prenos signala). Na višim učestanostima energija počinje 26 značajnije da zrači iz kablova, i kroz atmosferu se prostiru elektromagnetski talasi. Ovakvi talasi su omogućili pojavu radija, televizije, bežičnih komunikacija, radara, itd.

27 Spektar elektromagnetnog zračenja = c f Radio talasi- komunikacija Mikrotalasi kuvanje i komunikacija Infracrveni- talasi toplote Vidljiva svetlost registruje je oko Ultraljubičasta izaziva opekotine na koži X-zračenje prolazi kroz tkiva Gama zračenje ima najveću energiju 27

28 28

29 Komunikacije ili telekomunikacije Komunikacije ili telekomunikacije su podoblast elektrotehnike koja se bavi prenosom informacija sa jednog mesta na drugo. Informacije se prenose pomoću : električnih provodnika, klasičnim kablovima, optičkim kablovima elektromagnetskih talasa. 29

30 Komunikacije ili telekomunikacije Informacije se prenose pomoću- elektromagnetskih talasa. Jedan od važnih problema koji se rešava u komunikacijama je način na koji se informacije utiskuju u električni signal. Taj proces se naziva modulacija ili kodovanje i obavlja se na strani predajnika, dok se na prijemnoj strani obavlja inverzni proces koji se naziva demodulacija ili dekodovanje signala. U procesu prenosa nastaje i degradacija signala zbog dejstva smetnji ili šuma, pa se u komunikacijama velika pažnja posvećuje metodima za izvlačenje korisnih informacija iz šuma i metodima za zaštitu informacija- kriptovanje. Većina ovih metoda zahteva upotrebu računara. 30

31 Računarsko inženjerstvo Računarsko inženjerstvo je oblast elektrotehnike, koja se bavi razvojem i projektovanjem računarskog hardvera i softvera, koji kontroliše njegov rad. Savremeni računarski sistemi mogu biti veoma različiti, počev od jednostavnih mikrokontrolera koji obavljaju jednostavne nadzorne funkcije, preko personalnih računara i radnih stanica koji se koriste za obavljanje raznovrsnih aplikacija, slušanja muzike, gledanje filmova i igru, pa do moćnih superračunara za izvršavanje kompleksnih proračuna u fizici, meteorologiji i istraživanju svemira. 31

32 Oblast Sistemskog inženjerstva se bavi modelovanjem kompleksnih sistema matematičkim modelima u cilju njihovog jednostavnijeg opisa i predviđanja njihovog ponašanja. Primeri takvih sistema su, modelovanje saobraćaja ili modelovanje leta aviona. Takav matematički opis sistema omogućava jednostavniju analizu ponašanja sistema u raznim uslovima bez izvođenja eksperimenta. 32

33 Upravljanje sistemima - automatika je takođe jedna od važnih oblasti elektrotehnike koja se bavi upravljanjem raznim elektromehaničkim i drugim složenim sistemima uz pomoć odgovarajućih modela i algoritama za reagovanje u različitim situacijama. 33

34 Elektronika Oblast Elektronike se bavi korišćenjem različitih materijala u specijalnim konfiguracijama ili strukturama, radi dobijanja elemenata u kojima se može kontrolisati tok struje. Povezivanjem takvih elemenata dobijaju se sloţena kola. Osnovne elemente elektronike, sem diskretnih elemenata R, L, C, čine poluprovodičke diode i tranzistori koji su povezani u integrisana kola. Elektronika se bavi projektovanjem elektronskih kola za određene namene, razvojem algoritama za projektovanje, implementacijom elektronskih kola, koja realizuju razne metode potrebne u ostalim oblastima elektrotehnike. Mada je oblast elektronike stara oko 100 godina, ona je u toku istorije imala izuzetno dinamičan razvoj, a takva je i danas. Pošto se usled razvoja tehnologije stalno pronalaze novi materijali, stalno se stvaraju nove komponente, što u velikoj meri utiče na razvoj postupaka projektovanja. 34

35 Već 50 godina pratimo integracije velikog broja komponenata u jedno integrisano kolo. To je omogućilo drastično smanjenje dimenzija eleketronskih uređaja, smanjenje njihove potrošnje, povećanje brzine rada i povećanje pouzdanosti uređaja. Na primer, jedan od prvih elektronskih računara ENIAC iz godine koji je imao oko elektronskih cevi i memoriju od svega nekoliko kb, bio je smešten u prostoriju veličine sportske sale, a njegova potrošnja se merila desetinama kw. Današnji računari imaju sve važne performanse najmanje 1000 do puta bolje. Drugi karakterističan primer je mobilni telefon koji je pre samo trideset godina, za neuporedivo lošije performanse, imao veličinu koja je jedva mogla da stane u automobil. 35

36 elektronske koponente 36

37 ANALOGNI SIGNAL DIGITALNI SIGNAL 37

38 Usledio je razvoj spajanja radio i telefonske tehnologije. Godine putnički vozovi prve klase, pokrenute od Berlina do Hamburga Izum mobilnih telefona koji liče današnjim- Martin Kuper, Motorola Dynatac godine. 5 inča x 9 inča, 2,5 kg, oko 30 ploča sa trajanjem baterije od 10 sati u stand by-u i 35 minuta razgovora. OUKITEL K7 2018, dijagonala 6 in- 168mm x 78mm x 14.5 mm, 302g, baterija Li-Polymer, mah ( trajanje nedelju dana) 4GB RAM 38

39 Osnovni pojmovi o elektricitetu Elektrotehnika se prvenstveno bavi električnim opterećenjem (naelektrisanjem), njegovim kretanjem i efektima tog kretanja. Za nepokretno naelektrisanje se koristi termin statičko naelektrisanje, a za pokretno naelektrisanje termin električna struja. 39

40 Osnovni pojmovi o elektricitetu Elektrostatika Kulonov zakon Električno polje Gausov zakon Potencijal elektrostatičkog polja Provodna tela u elektrostatičkom polju Električna kapacitivnost Električno polje u dielektricima Energija i sile elektrostatičkog polja Kretanje naelektrisane čestice u vakuumu pod dejstvom elektrostatičkog polja 40

41 Vremenski nepromenljive struje Osnovni pojmovi o električnoj struji Omov i Džulov zakon u lokalnom obliku Omov zakon u izvornom obliku, električna otpornost i otpornici; Džulov zakon u izvornom obliku Električno kolo vremenski nepromenljive struje i električne karakteristike generatora Električne mreže i drugi Kirhofov zakon Metode rešavanja problema električne mreže Vremenski nepromenljiva struja u tečnim provodnim supstancama. 41

42 Magnetizam Magnetno polje. Magnetna indukcija. Linije magnetne indukcije. Magnetni fluks. Magnetno polje nastalo kao posledica struje. Bio-Savarov zakon. Magnetno polje pravolinijskog provodnika sa strujom. Magnetno polje kružnog provodnika sa strujom. Amperov zakon. Magnetno polje solenoida. Provodnik sa strujom u magnetnom polju. Magnetna sila na provodnik sa strujom. Spreg sila na provodnik u obliku rama u magnetnom polju. Magnetno polje dva paralelna provodnika sa strujom. Magnetni materijali. Magnetni dipol, magnetni dipolni moment. Vrste magnetnih materijala. Indukovana elektromotorna sila. Faradejev zakon indukcije. Lencovo pravilo. Međusobna indukcija i samoindukcija. Vrtložne struje. 42

43 Promenljive struje -Naizmenične struje Naizmenična struja. Proizvođenje neizmeničnih struja. Otpori u kolima naizmenične struje. Termogeni otpor. Kapacitivni otpor. Induktivni otpor. Efektivne vrednosti struje i napona. Serijsko RLC kolo. Omov zakon. Snaga naizmenične struje. Trofazne struje. Transformatori i njihova primena. Električne mašine. Trofazni simetričan sistem, veze u zvezdu i trougao. Rešavanje električnih kola Elektronika. Poluprovodnici, dioda, tranzistor, poluprovodnički senzori, kroz primenu i merenja osnovnih veličina, 43

44 HVALA na PAŽNJI 44