Noțiuni generale despre electrotehnică

1. NOŢIUNI INTRODUCTIVE

Pentru a sublinia importanta insuşirii cunostinţelor din domeniul ingineriei electrice, este necesar sa se arate că forma de energie cea mai utilizată în diferite domenii este energia electrică. În prezent, în toate sectoarele de activitate se foloseşte, în cele mai diverse moduri, energia electrică. Motoarele electrice de acţionare a diferitelor utilaje, maşini şi mijloace de transport transformă energia electrică în energie mecanică, lampile electrice o transformă in energie luminoasă, cuptoarele electrice o transformă în energie termica (caldură) pentru topit, încalzit sau uscat. Dacă se consideră şi utilizarea energiei electrice în telecomunicaţii, în automatizări, în aparatele electrocasnice, rezultă domeniul foarte vast în care această formă de energie îşi găseşte utilizarea.

1.1. O clasificare a mărimilor electrice

a) După prezenţa sau absenţa unei energii proprii:

Mărimi active: sunt acele mărimi care au asociată o energie, din care o parte poate fi utilizată în procesul de măsurare. Raportul între energia totală, pe care o posedă mărimea respectivă şi energia folosită pentru măsurare trebuie să fie cât mai mare, astfel încât să nu se afecteze valoarea mărimii măsurate. Exemplu de mărimi active: temperatura, tensiunea electrică, intensitatea curentului electric, puterea electrică.

Mărimi pasive: sunt acele mărimi care nu posedă o energie proprie liberabilă. Pentru măsurarea lor este necesar să se recurgă la o sursă de energie auxiliară. Exemple de mărimi pasive: rezistenţa, capacitatea, inductivitatea, e.t.c.

b) După aspectul dimensional-spaţial:

Mărimi scalare: complet determinate printr-un singur număr.

Mărimi vectoriale: caracterizate prin: modul (intensitate), direcţie şi sens.

c) După modul de variaţie în timp:

Fig.1.1. Clasificarea mărimilor de măsurat după modul de variaţie

în timp

Mărimea constantă: este acea mărime care nu îşi modifică valoarea în timp, având doar doi parametrii, amplitudine şi polaritate.

Mărimea deterministă: este acea mărime a cărei evoluţie în timp este previzibilă, putând fi descrisă printr-o funcţie matematică şi la care imprevizibilul intervine într-o mică măsură.

Mărimea aleatoare: prezintă variaţii neprevizibile, valorile pe care le ia în diverse momente de timp fiind întâmplătoare. Aceste mărimi nu pot fi caracterizate decât în sens probabilistic cu ajutorul metodelor statistice.

Valoarea medie (componenta continuă) a unei mărimi aleatoare, într-un anumit interval de timp t1-t2 este dată de relaţia (1.2), iar valoarea efectivă de relaţia (1.3).

(1.2)

(1.3)

unde t2-t1 reprezintă timpul de integrare sau timpul de măsură.

Fig.1.2. Mărime aleatoare

Mărimea periodică: are proprietatea că valorile pe care le ia la anumite momente, se repetă după intervale egale de timp. Astfel pentru o mărime periodică, valoarea sa instantanee (momentană), x(t), satisface relaţia:

(1.4)

unde T este perioada şi f=1/T este frecvenţa.

Mărimea periodică poate fi descrisă în domeniul timp ca funcţie de amplitudine, frecventa, perioada si fază. Analiza în domeniul frecventa a acestor mărimi se face cu ajutorul seriei Fourier, rezultând un spectru de frecvente discret.

Valoarea medie (componenta continuă) a unei mărimi periodice este:

(1.5)

Un alt parametru utilizat pentru caracterizarea mărimilor periodice este valoarea efectivă:

(1.6)

Aplicaţia 1.1.

Să se determine valoarea medie şi valoarea efectivă a semnalului periodic din Fig.1.3.

Fig.1.3. Semnal dreptungiular

Mărimea alternativă: este acea mărime periodică a cărei valoare medie pe o perioadă este nulă. Cele mai întâlnite mărimi alternative în domeniul electric sunt prezentate în Fig.1.4.

Fig.1.4. Principalele forme de undă alternative

Faţă de tensiunea şi de curentul continuu, ale căror valori în timp sunt în general stabile, tensiunea alternativă alternează în polaritate (Fig.1.4), iar curentul alternativ alternează în direcţie (Fig.1.5).