Elektrotechnika

1. Materiály

Vodiče vedú elektrický prúd. Obsahujú voľné nosiče náboja. Patria sem:

  1. kovy - obsahujú voľné elektróny,
  2. elektrolyty = vodivé roztoky - obsahujú ióny.

Kovy na vodiče:

  1. Meď (elektrotechnicá obsahuje 99 % Cu) - na elektrické vedenia v automobiloch alebo budovách.
  2. Hliník (elektrotechnický) - na kryty a fólie. Hliník sa láme pri ohýbaní, deformuje pri tlaku. Nie je vhodný na často namáhané vedenia.
  3. Oceľ - rámy, karoséria, vysokonapäťové vedenia

Špeciálne kovy:

Elektrolyty:

  • Kyselina sírová, 10 % roztok - štartovacie autobatérie
  • LiBF4 - lítiové batérie
  • soľ NaCl - spôsobuje elektrolytickú koróziu kovových častí

Izolanty nevedú elektrický prúd, pretože neobsaujú voľné nosiče náboja. Prímesy sú látky zvyšujúce vodivosť izolantov, napríklad uhlík, voda.

Prírodné materiály:

  • sklo - žiarovky, obrazovky, sklá
  • guma - priechodky, tlmiče otrasov
  • tkaniny - izolačná páska
  • papier - tesnenia, kondenzátory
  • elektroizolačné laky - izolácia vodičov v cievkach

Umelé hmoty:

  • polyvynilchlorid PVC - izolácia vodičov, podlahy
  • bakelit - kryty
  • polyetylén PE - zátky do Pb batérie
  • keramika - izolátory vysokého napätia
  • polypropylén - nádoba Pb batérie
  • polyamidy - silón, nylón, dedrón - vlákna, rúčky
  • polystyrén PS - tepelná izolácia, kondenzátory
  • silikón - olej, vazelína, guma, plasty - sú veľmi odolné
  • plexisklo - farebné kryty
  • akrylát
  • epoxidové živice - lepenie a zalievanie častí

Vrstvené materiály = lamináty

  • sklolaminát - sklenená textília a epoxid - kryty, dosky
  • kuprexit - sklolaminát s naplátovanou medenou vrstvou - dosky plošných spojov
  • preglejka - zlepené drevené dýhy s vláknami otočenými o 90 stupňov. - krabice

Nebezpečné materiály

  • Azbest - obsahuje mikrovlákna, ktoré vo väčšom množstve spôsobujú opuchy až smrť, predovšetkým pri ich rezaní a vdychovaní, ochrana pri rezaní: dýchací prístroj, prípadne okuliare, rukavice a odsávanie do filtra.
  • Kamenná a sklenená vata - obsahuje vlákna, ktoré sa zapichujú do kože, pri vírení a vdýchnutí prachovej vaty môže sa vlákna zapichojú do dýchacích ciest. Ochrana pri manipulácii s prachovou vatou: dýchací prístroj, rukavice, ochranný umelohmotný plášť
  • Ťažké kovy, napríklad ortuť, olovo arzán, kadmium... - sú jedovaté ako prvky aj ich zlúčeniny, spôsobuju otravu a usadzujú sa v tele. Ortuť sa vyparuje pri teplote nad 20 C, je nebezpečné vdychovať jej výpary.
  • PVC = polivinychlorid - pri horení vzniká jedovatý dioxin. Ochrana: Pri požiari urýchlene opustiť budovu, v prípade zadymenia sa prikrčiť k podlahe kde je menej jedovatého dymu.
  • Kyseliny a zásady - leptajú kožu, materiály, sliznice. Pri požití rozvrátia vnútorné prostredie. Ochrana: Dostatočne vetrať, mať ochranné rukavice, okuliare alebo plášť, po požití vypiť vodu, vyzvracať a zbytky kyseliny zneutralizovať napríklad sódou bikarbónou.

Zariadenia obsahujúce nebezpečné materiály treba odviesť na zberné dvory.

PrílohaVeľkosť
grecka_abeceda.gif7.91 KB
ELK01opakovanie.odt30.55 KB
ELK01opakovanie.pdf74.73 KB

2. Jednosmerný prúd

1. Elektrónová teória

Pre elektrotechnickú prax postačujú nasledové definície náboja:

Stavba atómu: Atómové jadro obsahuje protóny s kladným elektrickým nábojom p+ a neutróny bez elektrického náboja n0. Obal atómu obsahuje elektróny so záporným nábojom e-. V kovoch sú elektróny vo vrchných vrstách obalu slabo viazané, a dajú sa uvoľniť malou energiou, napríklad zohriatím kovu.

Elektrický stav telesa je daný pomerom kladne a záporne nabitých častíc. Elektricky neutrálna častica (atóm, molekula) má rovnaký počet kladne a záporne nabitých častíc. Ión je častica s rôznym počtom protónov a elektrónov. Katión je kladne nabitý ión, má menej elektrónov. Anión je záporný ión, má viac elektrónov.

Elektrický náboj vyjadruje množstvo elementárnych nábojov v telese. Elementárny náboj je najmenší, ďalej nedeliteľný náboj, a to náboj elektrónu alebo protónu. Náboj Q je súčet nábojov telesa:

Q = n.e-

Silové vzájomné pôsobenie nabitých častíc je sprostredkované elektrickým poľom. Rovnako nabité častice sa odpudzujú, rôzne priťahujú.

2. Elektrický obvod

Časti elektrického obvodu:

  1. zdroje elektrickej energie - napríklad batérie, elektrická sieť, alternátor
  2. vodiče - napríklad elektrické káble, kovová konštrukcia, plošný spoj, elektrolyt
  3. spotrebiče - napríklad žiarovka, motor, prístroj

Elektrický prúd je usporiadaný pohyb nosičov náboja, elektrónov alebo iónov, od (-) ku (+) pólu zdroja. Dohodnutý smer je opačný, od (+) ku (-).

Podmienky vzniku prúdu:

  1. elektrické napätie a
  2. neprerušované vodivé spojenie medzi pólmi zdroja

3. Schematické značky:

Kreslenie náučných schém:

  • Vodiče sa kreslia rovnobežne s okrajmi papiera rovnako hrubými čiarami. Výnimočne, ak to schéma vyžaduje, možno kresliť šikmé čiary, alebo zvýrazniť dôležité vodiče inou hrúbkou alebo farbou.
  • Smer napätia a prúdu sa kreslí šípkou od (+) do (-) pólu zdroja. Napätie s otvorenou a a prúd s dutou šípkou.
  • Označenie súčiastok a ich hodnoty sa píšu nad a pod vodorovnú značku, a vľavo a vpravo ku zvislej značke.

a) obvod so žiarovkou b) označovanie súčiasok c) schodiskový vypínač

4. Základné veličiny

  • Napätie U vzniká medzi telesami v rôznom elektrickom stave, napríklad medzi kladne a záporne nabitým telesom. Jednotkou napätia je Volt, V.
  • Prúd I je pohyb nabitých častíc. Jednotkou je Ampér, A. 1 Ampér je náboj 1 Coulumb prenesný za 1 sekundu.
  • Prúdová hustota J = I / S, jednotka A/m2, I - prúd vo vodiči, S - prierez vodiča
  • Intenzita elektrického poľa E = U / d , jednotka V/m, kde je U - napätie medzi dvoma bodmi poľa, d - vzdialenosť bodov

5. Ohmov zákon

Závislosť prúdu od napätia na rezistore je lieárna. Môžeme ju vyjadriť vzťahom, ktorý sa nazýva Ohmov zákon:

I = U / R

kde je R - odpor rezistora (Ω)

Príklad 1: Rezistor má odpor 120 Ω a je pripojený na napätie 12 V. Aký prúd ním tečie?
I = U / R = 12 V / 120 Ω = 0,1 A

Úpravou Ohmovho zákona dostaneme ďalšie vzorce:

U = R . I

R = U / I

Príklad 2: Vodič má odpor 0,1 Ω a tečie ním prúd 20 A. Aké napätie je na kococh vodiča?
U = R . I = 0,1 Ω . 20 A = 2 V

Príklad 3: Aký je odpor rezistora, ak pri napätí 4 V ním tečie prúd 2 mA?
R = U / I = 4 V / 0,002 A = 400 Ω

5. Odpor kovového vodiča

môžeme vypočítať:

R = ρ . l / S kde l - je dĺžka vodiča [m], S - je prierez vodiča [m2] aρ - je merný odpor materiálu [Ω.m], pre meď ρ = 0,017 8 Ω.m, hliník: ρ = 0,028 5 Ω.m.

Príklad: Vypočítajte odpor medeného vodiča, ktorý má dĺžku 10 m a prierez 1 mm2.

R = ρ . l / S = 0,0178 Ω.m . 10 m / 0,000 001 m2 =

6. Tepelné účinky prúdu:

Výkon P zariadenia je energia odoberaná za jednotku času. Jednotkou je Watt, W = Joule za sekundu, J/s. U elektrických zariadení je výkon P = U . I ... [W, V, A]

Príklad 1: Aký výkon má žiarovka 12 V, 2 A ?
P = U . I = 12 V . 2 A = 24 W

Príklad 2: Aký prúd odoberá ohrievač s výkonom 2 kW z elektrickej siete s napätím 230 V?

P = U . I ... potom I = P / U = 2 000 W / 230 V = 8,7 A

Účinnosť zariadenia ε vyjadruje pomer medzi užitočnou a odobranou prácou.

ε = Pu / P

Príklad 1: Koľko wattov svetla vyrobí 60 W žiarovka, ak má účinnosť 2 %?

Pu = P . ε = 60 W . 2 % = 60 W . 0,02 = 1,2 W svetla

Príklad 2: 60 W obyčajná žiarovka má účinnosť 2 %, 10 W power LED má účinnosť 20 W. Ktorá žiarovka svieti silnejšie?

Vypočítame si svetelný výkon, teda užitočný výkon: Pu = P . ε

obyčajná žiarovka: Pu = 60 W . 2 % = 60 W . 0,02 = 1,2 W svetla

power LED žiarovka: Pu = 10 W . 20 % = 10 W . 0,2 = 2 W svetla.

Power LED v tomto prípade bude svietiť silnejšie

Elektrická práca W je energia odobraná zariadením zo zdroja energie. Jednotka je kilowatthodina, kWh.

W = P . t

Príklad 1: Akú prácu vykonal 2 kW ohrievač za 10 hodín?

W = P . t = 2 kW . 10 hod = 20 kWh

Príklad 2: Koncová cena elektrickej energie napríklad 0,15 eur/kWh. Koľko stojí prevádzka 6 žiaroviek v domácnosti, ak každá žiarovka má 60 W a priemerne svietia 1 000 hodín za rok?

P = 6 . 60 W = 360 W

W = P . t = 360 W . 1 000 hod = 360 000 Wh = 360 kWh

cena = 360 kWh . 0,15 eur/kWh = 54 eur/rok = 54/12 eur/mes = 4,5 eur/mes zálohovo

Niekedy sa práca udáva v MJ. Prepočet na kilowatthodiny je:

1 kWh = 3,6 MJ

Odvodenie tohto vzťahu:

Vieme že W.s = J

1 kWh = 1 000 W . h = 1 000 W . 3 600 s = 3 600 000 J = 3,6 MJ

Príklad: Ročná spotreba tepla na vykurovanie domácnosti za rok 2002 bola 40 GJ. Kolkoje to kWh?

1 kWh = 3,6 MJ ... 1 MJ = 1/3,6 kWh ... 1 GJ = 1/3,6 MWh

40 GJ = 40 / 3,6 kWh = 11 MWh

Zdroje napätia

  1. Elektrochemické zdroje
    • Galvanické články - vyrábajú el. energiu chemickými reakciami
      • Voltov článok - dva rôzne kovy a elektrolyt
      • suchý salmiakový článok = alkalický článok - uhlíková elektróda (+), zinková nádoba (-), elektrolyt salmiak
    • Akumulátory - ukladajú elektrikú energiu (nabíjajú sa)
      • olovený - elektródy Pb, PbO, elektrolyt 10 % H2SO4
      • zinkový - Zn, NaOH
      • NiCd a NiMH - rýchle nabíjanie a dlhá životnosť, ale malá kapacita a pamäťový efekt - nutnosť formátovať
      • Li-ion - bez pamäťového eketu, ale životnosť len 500 nabíjaní a starnutie 3 roky, nebezpečenstvo výbuchu
      • Li-pol - vyššia kapacita ale veľmi malá životnosť 1 rok, nepoužívajú sa
      • Li-nanofosfát - vysoká kapacita, životnosť, odoberaný prúd, krátke nabíjanie, zatiaľ vysoká cena
    • Palivové články - priame zlučovanie paliva (napríklad H2 a O2) na katalyzátore elektródy.
  2. Mechanické - alternátor a dynamo
  3. Fotoelektrické - na kalkulačkách a družiciach
  4. Tepelné - ako detektory teploty

Rozmery batérií (suché, NiCd a NiMH): AA - tužkové, AAA - mikrotužky

Vlastnosti zdrojov:

Kapacita C vyjadruje množstvo náboja, ktoré možno z akumulátora odobrať. C = I . t , I - odoberný prúd, t = čas odoberania prúdu. Táto hodnota je orientačná, pretože závisí od odberaného prúdu, teploty a veku akumulátora.

Príklad: Akumulátor má kapacitu 60 Ah. Ako dlho z neho môžeme odoberať prúd žiarovkami s odberom 5 A?

C = I . t ... t = C / I = 60 Ah / 5 A = 12 hod Poznámka: motor nenaštartujeme už pri čiastočne vybitej batérii, čiže skôr ako za 12 hod.

Vnútroný odpor Ri určuje maximálny odoberaný prúd z akumulátora. Spôsobuje pokles svorkového napätia pri väčších odberoch.

Príklad: Nanofosfátový Li-Ion článok má vnútorný odpor 10 mΩ, napätie 3,3 V. Aké je jeho svorkové napätie pri maximálnom odoberanom prúde 120 A?

Pokles napätia na vnútornom odpore: ?Ui = I . Ri = 120 A . 0,01 ? = 1,2 V

Svorkové napätie: Us = U - ?Ui = 3,3 V - 1,2 V = 2,1 V

4. Výpočty obvodov

Kirchoffove zákony umožňujú počítať prúdy a napätia v obvode. Uzol je miesto vodiveho spojenia viacerých vodičov. Vetva je časť obvodu medzi dvoma uzlami. Slučka je uzatvorená časť obvodu bez ďalších vetiev.

1. Kirchoffov zákon: Súčet prúdov ktoré vstupujú do uzla sa rovná súčtu prúdov, ktoré vystupujú z uzla.

2. Kirchoffov zákon: V slučke sa súčet napätí zdrojov rovná súčtu úbytku napätí na rezistoroch.

Obr. Kirchoffove zákony:

a) 1. Kirchoffov zákon b) 2. Kirchoffov zákon

Spájanie rezistorov:

a) sériové: výsledný odpor R = R1 + R2

b) paralelné: sčítava sa vodivosť: G = G1 + G2 čiže 1/R = 1/R1 + 1/R2

c) zmiešané: postupne sa zapojenie zjednodušuje, najprv sa riešia čisto paralelné alebo sériové zapojenia. Na obrázku najprv riešime paralelné zapojnie: 1/R12 = 1/R1 + 1/R2 , a potom sériové: R + R12 + R3

d) trasfigurácia trojuholníku na hviezdu sa robí výpočtom:

Elektrolýza

Elektrolyt je elektricky vodivý roztok. Obvykle je tvorený vodou v ktorej sú rozpustené látky tvoriace po rozpustení ióny, napríklad kuchynská soľ, kyseliny, zásady.

Otázky na opakovanie

  1. Najkreslite náučnú schému existujúceho elektrického zapojenia.
  2. Rezistor s odporom 100 Ohm je pripojený na napätie 12 V. Vypočítajte veľkosť prúdu ktorý ním tečie.
  3. Napíšte po 1 názve pre a) jednorázové batérie b) akumulátory c) mechanické zdroje.
  4. Elektrický ohrievač má výkon 2,3 kW pri napätí 230 V. Aký prúd odoberá?
  5. Cena elektrickej energie je 0,15 eur/kWh. Elektrický bojler má výkon 2 kW a ohrievame ním vodu 5 hodín. Koľko eur stojí ohriatie vody v bojléri?
  6. Spotreba energie je uvedená 36 GJ. Vypočítajte koľko je to MWh.
  7. Žiarovka má účinnosť 3% a výkon 100 W. LED má účinnosť 20 % a výkon 20 W. Ktorý zdroj vyrobí viac wattov svetla?
  8. Kapacita akumulátora je 40 Ah. Zapnuté svetlá majú odber 10 A. Za koľko hodín sa vybije akumulátor?
  9. Vnútorný odpor zdroja je 0,1 Ohm, Vnútorné napätie je 12 V. Aké bude svorkové napätie pri odbere 10 A?
  10. Signalizačná LED má pracovať pri napätí 3 V a prúde 10 mA. Chceme ju pripojiť na napätie 12 V. Vypočítajte potrebnú veľkosť predradného odporu R.
  11. Na jednu poistku sú paralelne zapojené 3 žiarovky, každá odoberá prúd 1 A. Minimálne na koľko ampérov musí byť poistka?
  12. Vypočítajte výsledný odpor zapojenia 3 rezistorov, z ktorých každý má 100 Ohmov:
  13. Linky

PrílohaVeľkosť
kirchoffov1.png964 bajtov
kirchoffov2.png802 bajtov
schematicke_znacky.png4.15 KB
zapojenier.png11.64 KB
ELK02JednosmernyPrud.odt44.84 KB
ELK02JednosmernyPrud.pdf85.07 KB
2kirchzakon.png1.4 KB
LEDaR.png1.37 KB
schemy.png17.65 KB

3. Elektrostatické pole

Obsah

  1. Veličiny elektrostatického poľa
  2. Kondenzátory
  3. Linky

1. Veličiny elektrostatického poľa

Telesá s rovnakým nábojom sa odpudzujú, s opačným nábojom sa priťahujú.

Sila F, ktorou na seba pôsobia nabité telesá s nábojmi Q1 a Q2 možno vypočítať:

F = Q1 . Q2 / r2

kde r - je vzdialenosť medzi telesami

Príklad 1: Dva ploché telesá s nábojmi 100 μC a 100 μC sú vzdialené 0,1 mm. Akou silou sa priťahujú?
F = Q1 . Q2 / r2 = 10-4 C . 10-4 C / (10-4 m)2 = 1 N

Intenzita elektrického poľa E je definovaná ako sila pôsobiaca na náboj:

E = F / Q

kde je
E - intenzita el. poľa (V/m)
F - sila púsobiaca na náboj (N)
Q - náboj telesa (C)

Príklad 2: Teleso s nábojom 10 μC je umiestnené do elektrického poľa s intenzitou 100 000 V/m. Aká sila naňho pôsobí?
F = E . Q
F = 105 V/m . 10-5 C = 1 N

V okolí bodového náboja je veľkosť intenzity:

E = (1 / 4πε) . (Q / r2)

kde je
ε - permitivita prostredia
Q - elektrický náboj (C)
r - vzdialenosť od nabitého telesa (m)

Príklad 3: Teleso má náboj 1 μC. Aká je intenzita elektrického poľa vo vzdialenosti 10 cm vo vzduchu?
E = (1 / 4πε) . (Q / r2)
1 / 4πε = 1 : (4 . 3,14 . 8,854187.10-12 F.m-1) = 8,99 . 109 m/F
E = 8,99 . 109 m/F . (10-6 C / (0,1 m)2)
E = 90 V/m

Intenzita medzi dvoma doskovými elektródami:

E = U / d

kde je
U - napätie medzi doskami (V)
r - vzdialenosť dosiek (m)

Príklad 4: Aká je intenzita poľa medzi dvoma elektróda zapaľovacej sviečky vzdialenými 1 mm, ak je na ne privedené napätie 30 000 V?
F = U / d
F = 30 000 V : 0,001 m = 3 000 000 V/m

Elektrický potenciál φ vyjadruje elektrostatickú potenciálnu energiu na jednotku náboja. Jednotka je Volt, V. Je možné ho vyjadriť ako:

φ = Ep / Q

2. Kondenzátory

Kondenzátor je súčiastka ktorá dokáže uložiť elektrický náboj. Doskový kondenzátor sa skladá s dvoch plochých vodivých elektród, medzi ktorými je elektrický izolant.

Kapacita kondenzátora C je daná množstvom náboja Q ktoré dokáže uložiť pri určitom napätí U. Jednotkou kapacity je Farad, F. Menšie jednotky sú pikofarad pF, nanofarad nF, mikrofarad μF, milifarad mF.

C = Q / U

Príklad 5: Kondenzátor s kapacitou 100 nF je nabitý na 1 000 V. Aký náboj je v ňom uložený?

Q = C . U
Q = 10-7 F . 103 V = 10-4 C = 100 μC

Typy kondenzátorov:

  1. podľa dielektrika
    • vzduchové
    • elektrolytické - hliníková nádobka (-) v ktorej je tekutý elektrolyt, AlO elektróda (+)
    • pevné (papier, polystyrén, keramika)
  2. podľa nastaviteľnosti
    • pevné
    • nastaviteľné (trimre)
    • meniteľné (ladiace)

Parametre kondenzátorov: Najdôležitejšie sú kapacita a najvyššie dovolené napätie. Ďalšie dôležité údaje sú: izolačný odpor, stratový činiteľ, teplotný súčiniteľ, indukčnosť. U elektrolytických kondenzátorov je dôležitý zvyškový prúd, u meniteľných priebeh a súbeh. Vývody sú buď axiálne, alebo radiálne. Pre plošné spoje je dôležitý u radiálnych vývodov rozostup.

 

Označovanie pevných kondenzátorov:<

Označovanie kondenzátorov číselným kódom:

Výpočet kapacity doskového kondenzátora

C = ε . S / d

kde je
C - kapacita kondenzátora (F)
ε - permitivita dielektrika (F/m)
S - plocha platní (m2)
d - vzdialenosť platní (m)

ε = εr . ε0

kde je
εr - relatívna permitivita dielektrika,
ε0 - permitivita vákua, ε0 = 8,854 . 10-12 F/m

Príklad 6: Zvitkový kondenzátor má dielektrikum s εr = 2, plochu platní 1000 cm2 a hrúbku izolátora 0,2 mm. Vypočítajte jeho kapacitu.

C = ε . S / d
C = 2 . 8,854 . 10-12 F/m . 10-1 m2 / 2.10-4 m
C = 8,854 . 10-9 F = 9 nF

Spájanie kondenzátorov zvýši ich kapacitu pri paralelnom zapojení, alebo zvíši ich prevádzkové napätie pri sériovom zapojení.

a) Paralelné spojenie je veďla seba: Pretekajúci prúd zanechá na kondenzátoroch náboje. Pri paralelnom spojení sa tieto náboje sčítavajú. Výsledná kapacita je súčtom kapacít spájaných kondenzátorov. Maximálne napätie spojenia je dané najmenším maximálnym napätím spájaných kondenzátorov.

Q = Q1 + Q2 + Q3
C = Q / U = (Q1 + Q2 + Q3) / U
C = C1 + C2 + C3

b) Sériové spojenie je za sebou. Prúd zanechá rovnako veľké náboje na kondenzátoroch, pretože Q = I . t. Napätie sa na kondenzátoroch rozloží v opačnom pomere ako sú ich kapacity, pretože U = Q / C. Súčet napätí na kondenzátoroch sa rovná napätiu zdroja. Prevrátená hodnota výslednej kapacity je súčtom prevrátených hodnôt spájaných kondenzátorov.

U = U1 + U2 + U3 = Q / C1 + Q / C2 + Q / C3
U/Q =  1 / C1 + 1 / C2 + 1 / C3
1 / C =  1 / C1 + 1 / C2 + 1 / C3

Príklad 7: Vypočítajte výslednú kapacitu 3 kondenzátorov 10 nF, 20 nF, 30 nF spojených a) paralelne, b) sériovo

a) C = C1 + C2 + C3 = 10 nF + 20 nF + 30 nF = 60 nF

b) 1 / C =  1 / C1 + 1 / C2 + 1 / C3
1 / C = 1/10 + 1/20 + 1/30 = (6 + 3 + 2)/60 = 11/60
C = 60/11 = 5,5 nF

c) Zmiešané spojenie riešime postupne len paralelne alebo len sériovo spojené časti.

Príklad 8 Vypočítajte výslednú kapacitu zapojení kondenzátorov C1 = 10 μF, C2 = 20 μF, C3 = 20 μF podľa schémy a) a b).

zapojenie a)
C2 a C3 sú radené sériovo:
1/C23 = 1/C2 + 1/C3 = 1/20 + 1/20 = 2/20 1/μF
C23 = 20/2 μF = 10 μF
C1 a C23 sú radené paralelne:
C123 = C1 + C23 = 10 μF + 10 μF = 20 μF

zabojenie b)
C2 a C3 sú radené paralelne:
C23 = C2 + C3 = 10 μF + 10 μF = 20 μF
C1 a C23 sú radené sériovo:
1/C123 = 1/C1 + 1/C23 = 1/10 + 1/20 = 2/20 + 1/20 = 3/20 1/μF
C123 = 20/3 μF = 6,67 μF = 7 μF

Linky

Pasívne súčiastky

PrílohaVeľkosť
elk32.png2.95 KB
elk33.png1.67 KB
elk34.png1.47 KB
elk35.png853 bajtov
elk36.png4.65 KB

4. Magnetizmus

Obsah

    Linky
  1. Magnety
  2. Elektromagnety
  3. Veličiny magnetického poľa - [úvod] , [kruh] , [Um] , [H] , [P1] , [P2]
  4. Rozdelenie magnetických látok podľa zosilnenia magnetického poľa
  5. Magnetizačná krivka
  6. Silové pôsobenie magnetického poľa na vodič s prúdom
  7. Elektromagnetická indukcia
  8. Magnetické materiály
  9. Slovník
    Otázky na opakovanie

Linky

  1. Magnet: http://cs.wikipedia.org/wiki/Magnet
  2. Magnety v strojárstve: http://www.magcentrum.cz/

1. Magnety

Magnety priťahujú iné magnety alebo magnetické materiály - oceľ, liatinu, nikel, kobalt, neodým...

Magnet je objekt, ktorý v priestore vo svojom okolí vytvára magnetické pole. Môže mať formu permanentného magnetu alebo elektromagnetu. Permanentné magnety nepotrebujú k vytváraniu magnetického poľa žiadnu vonkajšiu energiu. Vyskytujú sa prirodzene v niektorých nerastoch, ale dajú sa tiež vyrobiť. Elektromagnety potrebujú k vytvoreniu magnetického poľa elektrickú energiu.

Siločiary magnetického poľa sú myslené čiary zobrazujúce smer nulovej pôsobiacej sily, teda smer kompasu. Sú to uzatvorené krivky, prebiehajú v okolí magnetu aj v jeho vnútri. Siločiary sa zobrazia napríklad pomocou železných pilín rozsypaných na sklo, pod sklom je tyčový magnet.

Severný pól kompasu je ten ktorý sa natočí k severnému pólu Zeme. Severný pól magnetu je ten, na ktorý ukazuje kompas ako na severný. Dohodnutý smer siločiar je zo severného do južného pólu.

Siločiary tvoria trojrozmerný útvar. Siločiary sú myslené, môže ich byť nekonečný počet. Ich tvar a smer je však presne daný.

2. Elektromagnety

V okolí vodiča s prúdom je magnetické pole. Siločiary tvoria kružnice. Zvinutím vodiča do špirály sa polia spoja a vytvoria elektromagnet, ktorý má siločiary podobné ako trvalý magnet.

Ampérovo pravidlo pravej ruky pre vodič s prúdom: Ak položíme pravú ruku na vodič s prúdom tak, že vztýčený palec ukazuje smer prúdu, potom prsty v uzatvorenej dlani ukazujú smer siločiar magnetického poľa.

Ampérovo pravidlo pravej ruky pre cievku: Ak položíme pravú ruku na cievku s prúdom tak, aby prsty ukazovali smer prúdu v cievke, tak vztýčený palec ukazuje severný magnetický pól cievky.

3. Veličiny magnetického poľa

Intenzita magnetického poľa H vyjadruje hustotu magnetického poľa. V cievke H = n . I / d ... n - počet závitov cievky, I - prúd v cievke, d - dĺžka cievky. Jednotkou v sústave SI je Ampér na meter (A/m). Jednotkou v systéme CGS je Oersted (Oe). 1 kOe = 79,5 kA/m.

Príklad: Vypočítajte intenzitu magnetického poľa v cievke so 100 závitmi, prrúdom 1 A dĺžkou 10 cm. n = 100, I = 1 A, d = 10 cm = 0,1 m H = n . I / d = 100 . 1 A / 0,1 m = 1 000 A/m

Magnetická indukcia vyjadrujé silové pôsobenie magnetov. Jednotka je v SI Tesla (T). Jednotkou v CGS je Gauss (G). 1 G = 0,000 1 T. Magnety používané v praxi majú indukciu 0,01 T - 100 T. Vzťah medzi intenzitou a indukciou je: B = µ . H µ - je permeabilita prostredia, čo je magnetická vlastnosť látky. µ = µr . µ0 µ0 je permeabilita vákua, je to konštanta, µ0 = 4 . π . 10-7 = 12,56 . 10-7 µr je relatívna permeabilia, popisuje zosilnenie magnetického poľa v látke. U magnetických materiálov je rádovo µr = 1 000.

Príklad: Vypočítajte veľkosť magnetickej indukcie v cievke s kovovým jadrom s ur = 1000, ak cievka má 1000 závitov, dĺžku 1 cm a tečie ňou prúd 1 A. µr = 1 000, µ0 = 12,56.10-7, n = 1 000, d = 1 cm = 0,01 m, I = 1 A H = n . I / d = 1 000 . 1 A / 0,01 m = 100 000 A/m B = µ . H = µr . µ0 . H = 1 000 . 12,56.10-7 . 100 000 = 125,6 T

Magnetický indukčný tok Φ = B / S ..... Φ - indukčný tok [Weber, Wb], B - je indukcia [Tesla, T], S - prierez jadra [meter štvorcový, m2]

Príklad: Vypočítajte indukčný tok v cievke s indukciou 1 Tesla, a prierezom jadra 1 cm2.

Φ = B / S = 1 T / 0,000 1 m2 = 10 000 Wb

4. Rozdelenie magnetických látok podľa zosilnenia magnetického poľa

  1. Diamagnetické - mierne zoslabujú magnetické pole. µr < 1 , napr. Al, CaO, Pt.
  2. Paramagnetické - mierne zosiľnujú magnetické pole. µr > 1 , napr. H2, H2O, Cu, grafit.
  3. Feromagnetické - veľmi zosiľňujú µr >> 1, napríklad válcovaný plech dosahuje µr = 5 000. Feromagnetikum je materiál so spontánnou magnetizáciou. Obsahuje jeden alebo viac druhou rovnako orientovaných magnetických atómov v krištalickej mriežke (na rozdiel od ferimagnetík, kde sú magnetické momentyv opozícii). Výsledkom je veľký celkový magnetický moment. AlNiCo a Re/Co sú feromagnetické materiály.
  4. Ferimagnetické = ferity - materiál so spontánnou magnetizáciou, µr >> 1. Obsahuje aspoň dva druhy atómov v kryštalickej mriežke, ktoré majú rôzne veľké magnetické momenty smerujúce proti sebe a tým pádom jeden z nich prevažuje (na rozdiel od antiferomagnetík, kde sa magnetické momenty úplne rušia). Výsledkom je celkový magnetický moment podobný ako u feromagnetík.

5. Magnetizačná krivka feromagnetickej látky

Magnetizácia je jav kedy pôvodne nezmagnetizovaný materiál vložený do magnetického poľa stávajú tiež magnetickým. Týmto spôsobom sa vyrábajú trvalé magnety.

a) Krivka prvotnej magnetizácie - vyjadruje závislosť H a B pri magnetizovaní ešte nezmagnetizovanej látky. Pri určitej intenzite magnetického poľa H sa materiál magneticky nasýti a B sa už ďalej nezvyšuje. BS je indukcia nasýtenia materiálu.

b) Hysterézna slučka - popisuje opakovanú magnetizáciu a demagnetizáciu materiálu. Pri odstránení vonkajšieho magnetického poľa, materiál ostáva čiastočne zmagnetizovaný, je v ňom zbytková = remanentná indukcia Br. Materiál sa dá odmagnetovať privedením určitého opačného magnetického poľa, je to koercitívna intenzita Hc. Remanencia je schopnosť uchovávať magnetické pole, koercivita je schopnosť odolávať demagnetizácii.

Curie teplota (čítaj Kiri teplota) je teplota nad ktorou materiál už nie je magnetický.

6. Silové pôsobenie

Na vodič s prúdom v magnetickom poli pôsobí sila. Prúdová slučka je vlastne tvorená dvoma vodičmi s prúdom s opačným smerom, a vytvára krútiaci moment. Tento princíp sa využíva v elektromotoroch.

Silovo na seba pôsobia aj dva vodiče s prúdom, pretože v okolí vodičov s prúdom sa vytvára magnetické pole. Ak prúd tečie rovnakým smerom, priťahujú sa, ak rôznym, odpudzujú sa.

Veľkosť pôsobiacej sily na vodič s prúdom v magnetickom poli možno vyrátať: F = B . I . d ..... pričom B - indukcia (T), I - prúd vo vodiči (A), d - dĺžka vodiča (m).

Príklad: Vypočítajte veľkosť pôsobiacej sily dlhý 2 m, ktorým tečie prúd 100 A umiestnený v magnetickom poli s indukciou 100 T. F = ? d = 20 m I = 100 A B = 10 T F = B . I . d F = 10 T . 100 A . 20 m = 20 000 N ("2 ton")

6. Elektromagnetická indukcia

Vo vodiči pohybujúcom sa v magnetickom poli sa indukuje napätie (a). V slučka otáčajúcej sa v magnetickom poli vzniká striedavé napätie (b), pretože smer a rýchlosť pohybu sa menia podľa funckie sínus, ktorá vyplýva z kruhového pohybu. Tento princíp sa využíva v elektrických generátoroch, ako je automobilový alternátor, dynamo na motorke, alternátor v elektrárni.

Veľkosť indukovaného napätie U = B . d . v ..... pričom B - indukica (T), d - dĺžka vodiča (m), v - rýchlosť pohybu vodiča (m/s).

Príklad: Vypočítajte veľkosť indukovaného napätia vo vodiči s dĺžkou 10 m, ktorý sa pohybuje v magnetickom poli s indukciou 2 T s rýchlosťou 1 m/s. U = ? B = 2 T d = 10 m v = 1 m/s U = B . d . v U = 2 T . 10 m . 1 m/s U = 20 V

7. Straty v magnetických materiáloch

Hysterézne straty súvisia so šírkou hysteréznej slučky. Pri magnetizácii sa časť energie premení na telo (natáčanie domén). Čím je širšia magnetizačná krivka, tým sú väčšie straty. Straty sú väčšie u magneticky tvrdých materiálov. Straty rastú aj s frekvenciou.

Vírivé prúdy sú uzatvorené slučky s prúdom, ktoré sa tvoria na základe elektromagnetickej indukcie pri zmene magnetického poľa vo vodivom materiály. Na obmedzenie vírivých prúdov sa používajú lakované plechy alebo ferity.

8. Magnetické materiály

8.1. Magneticky mäkké materiály majú úzku hysteréznu slučku. Dajú sa ľahko zmagnetizovať aj demagnetizovať. Sú to materiály:

  1. Magneticky mäkké železo - technické, kremičité
  2. Magneticky mäkké ferity - spekaním oxidov kovov (Fe, Ni, Zn, Mn, Mg), ide o keramiku, sú elektricky nevodivé a preto v nich nie je problém s vírivými prúdmi. Majú veľmi úzku až pravouhlú hysteréznu slučku. Použitie na feritové toroidné jadrá transformátorov a tlmiviek.
  3. zliatiny Fe:
    • Fe-Ni - Permalloy je magneticky mäkká zliatina Fe s 30 až 80 % Ni a ďalšími prímesami. Má vysokú počiatočnú permeabilitu. Používa sa na jadrá transformátorov, magnetické tienenia káblov, magnetické senzory, magnetické záznamové a snímacie hlavy, časti elektromagnetu - jadro a pohyblivá kotva, pólové nástavce magnetov, v krokových motoroch.
    • Fe-Ni-Mo - Supermalloy je zliatina 76 % Ni, 16 % Fe, 5 % Mo a ďalšími prímesami, pripravuje sa žíhaním vo vodíkovej atmosfére a kontrolovaným ochladzovaním, aby prebehla správne krištalizácia. maximálna permeabilita. Používa sa v malých jadrách elektromagnetických mechanizmov (nízkoprúdových transformátoroch, magnetických zosilovačoch, krokových motoroch a i.) pracujúcich na nízkych frekvenciách rádov do 10 kHz.
    • Fe-Co - permendur 49 % Co . Používa sa na pólové nástavce elektromagnetu.
Mendelejevova tabuľka chemických prvkov Poznámky: Thermoperm, (MoFe203), mumetal, armco

8.2. Magneticky tvrdé materiály sa používajú na výrobu trvalých magnetov. Majú širokú hysteréznu slučku, teda veľkú koercivitu. Dajú sa ťažko zmagnetizovať aj odmagnetizovať. Sú to materiály:

  1. Feritové (keramické) magnety - obsahujú 80 % železa a 20 % bária alebo stroncia. Tieto suroviny sú lacné a dostupné vo veľkých množstvách, preto aj magnety z nich vyrobené sú pomerne lacné. Feritové magnety sa vyrábajú lisovaním. Sú tvrdé a krehké. Opracovanie sa robí brúsením diamantovým kotúčom, režú sa vodným lúčom. Sú odolné voči vplyvom počasia a neoxidujú. Nie sú citlivé na odmagnetovanie a za normálnych podmienok si udržujú permanentný magnetizmus. Sú odolné voči väčšine chemikálií a rozpúšťadiel. Rozsah pracovných teplôt od -40 ?C do + 250 ?C.
  2. Magnety zo vzácnych zemín Sú to vysokoenergetické magnety s veľkým obsahom kovov zo vzácnych zemín, ako napríklad kobalt Co, samárium Sm a neodymum Nd. Tieto magnety sú silnejšie ako ferity a preto môžu byť menšie, 1/6 objemu.
    a) SmCo Výroba pozostáva z lisovania v magnetickom poli a následnom spekaní. SmCo je krehký a tvrdý materiál. Magnetizované sú výlučne v jednom smere. Tieto magnety sú veľmi odolné voči pôsobeniu demagnetizačného poľa. Prevádzková teplota je do cca + 250 ?C.
    b) Neodym - NdFeB V súčastnosti je to najsilnejší typ magnetu s vynikajúcimi magnetickými vlastnosťami, ako je remanencia a energetická hustota. Neodymové magnety sú dodávané iba v anizotropnom vyhotovení. Maximálna prevádková teplota je v rozmedzí +80 ?C až +130 ?C. Neodymové magnety v súčastnej dobe sú používané v impulzných motoroch, vretenových motoroch, bezkartáčových motoroch, magnetronoch, reproduktoroch, senzoroch, relé, nástrojoch atď.
  3. ALNiCo magnety - sú zmesou hliníka, niklu, železa, medi a titánu. Vyrábajú sa lisovaním alebo spekaním. Magnetované môžu byť len v axiálnom smere. Majú vysokú remanenciu, avšak malú koercivitu. To určuje veľkú dĺžku magneizačného smeru. Optimálny priemer magnetu k jeho dĺžke je 1 : 4. Predĺžený tvar je výhodou v spojení s jazýčkovými relé. Magnetické pole AlNiCo magnetov môže byť vplyvom demagnetizácie oslabené. AlNiCo je tvrdý materiál a opracúva sa iba brúsením. Prevádzková teplota je od -270 ?C do + 400 ?C. Majú vysokú odolnosť voči kyselinám a rozpúšťadlám.
  4. Plastomagnety sú plasty s primiešaným magnetickým práškom. Sú pružné, dajú sa obýbať, zvinovať, dierovať a tvarovať bez straty svojich magnetických vlastností. Sú odolné voči korózii, preto nepotrebujú žiadnu povrchovú úpravu. Vyrábajú sa kaladrovaním v hrúbkach od 0,4 do 8 mm. Môžu byť potlačované sieťotlačou. Delia sa na dva typy: izotrop a anizotrop. Izotrop sa používa hlavne do tesnení chladničiek, oceľových dvier a tesnení okien, na magnetické školské tabule, pri výrobe televízorov atď. Anizotrop je používaný vo vretenových motoroch, motoroch s vysokou presnosťou, magnetických zobrazovačoch, zdravotníctvo atď.
  5. Tekuté magnety sú koloidná zmes zložená z magnetického prášku (väčšinou magnetit) zomletého na jemný prach (v priemere 10 nm) a tekutého nosiča, ktorý obsahuje navyše činidlo zabraňujúce zhlukovaniu magnetických častíc. Tekuté magnety sa skladajú približne z 5 % magnetických častíc, 10 % činidla a 85 % kvapaliny (na vodnej ale organickej báze).

Materiály používané v automobilovom priemysle:

Slovník

Anizotropia - fyzikálna vlastnosť, ktorá v prípade permanentných magnetov spôsobuje rozdiely v množstve magnetickej energie nevyhnutnej na magnetizáciu magnetu v rôznych smeroch.

Curie teplota (čítaj Kiri teplota) - prechodová teplota, nad ktorou ktorou feromagnetické alebo ferimagnetické materiály strácajú spontánnu magnetizáciu a stávajú sa paramagnetickými.

Demagnetizačná krivka - druhý kvadrant hysteréznej slučky. Táto časť slučky obsahuje z technického hľadiska najdôležitejšie charakteristiky permanentných magnetov.

Ferimagnetikum - materiál so spontánnou magnetizáciou. Obsahuje aspoň dva druhy atómov v kryštalickej mriežke, ktoré majú rôzne ceľké magnetické momenty smerujúce proti sebe a tým pádom jeden z nich prevažuje (na rozdiel od antiferomagnetík, kde sa magnetické momenty úplne rušia). Výsledkom je celkový magnetický moment podobný ako u feromagnetík.

Feromagnetikum - materiál so spontánnou magnetizáciou. Obsahuje jeden alebo viac druhou rovnako orientovaných magnetických atómov v krištalickej mriežke (na rozdiel od ferimagnetík, kde sú magnetické momentyv opozícii). Výsledkom je veľký celkový magnetický moment. AlNiCo a Re/Co sú feromagnetické materiály.

Gauss (G) Jednotka zo systému CGS pre magnetickú indukciu a magnetickú polarizáciu. 1 G = 0,000 1 T

Hysterézna slučka - závislosť magnetickej indukcie alebo magnetizácie/polarizácie od intenzity magnetického poľa. Magnetické pole cykluje od nuly do plus maxima a potom zas do mínus maxima, prechádza teda piatimi kvadrantami. Hysterézna slučka materiálov s nelineárnou permeabilitou vykazuje nelineárny charakter. Krivky sú obyčajne symetrické vzhľadom na počiatok súradnicového systému. Hysterézna slučka charakterizuje základné vlastnosti permanentných magnetov. Bs - saturačná magnetická indukcia, Br - remanentná magnetická indukcia, Hc - koercívna sila.

Intenzita magnetického poľa - reprezentácia magnetické poľa vyjadrená v jednotkách A/m (ampér / meter), [Si] alebo Oe (oersted) [CGS].

Ireverzibilná zmena - čiastočná alebo úplná strata magnetizácie. Môže sa vyskytnúť, ak je magnet vystavený vysokým teplotám alebo demagnetizačnému poľu. Magnetizácia nemôže byť obnovená samovoľne, ale opätovným magnetizovaním, pokiaľ nedošlo k zmenám v štruktúre materiálu.

Izotropia - magnetické vlastnosti sú rovnakú vo všetkých smeroch. Materiály s kubickou symetriou sú magneticky izotropné. Izotropné materiály majú nižšiu kopercivitu ako anizotropné a preto majú tiež nižší energetický súčin.

Koercivita Tiež sa nazýva koercívna sila. Je to schopnosť permanentného magnetu odolávať demagnetizácii externým magnetickým poľom a tiež vlastným demagnetizačným poľom. Existujú dva typy koercivity: 1. "skutočná" koercivita, jednoducho nazývaná koercivita - znamená magnetické pole pri ktorom je celková indukcia v magnete nulová. 2. "vnútorná" koercivita - znamená pole, pri ktorom je celková polarizácia nulová (vektory polarizácie individuálnych magnetických domén sa vzájomne rušia).

Magnetická indukcia (hustota magnetického toku) - reprezentácia magnetického poľam vyjadrená v jednotkách T (tesla) [SI] alebo G (gauss) [CGS]. 1 T = 1 Wb/m2.

Magnetický obvod otvorený Obvod, v ktorého časti sa magnetický tok uzatvára vzduchom.

Magnetický obvod uzatvorený Obvod, ktorým prechádza magnetický tok po uzatvorenej ceste, napríklad magnetickou oceľou.

Magnetický tok - tok magnetického poľa plochou. Jednotkou magnetického toku je Wb (Weber).

Magnetizácia Celkový magnetický moment materiálu. Po aplikovaní dostatočne silného magnetického poľa už magnetizácia ďalej nerastie, pretože všetky momenty sú už orientované do rovnakého smeru. Magnetizácia korešponduje s polarizáciou.

Magnetizačná krivka Charakteristika materiálu v závislosti na magnetizujúcom poli zobrazená podobným spôsobom ako hysterézna slučka. Magnetizačná krivka je zreteľne nelineárna pre materiály s nelineárnou permeabilitou. Pre mäkké magnetické materiály je dôležitá takzvaná krivka prvotnej magnetizácie permanentných magnetov, ale pre prevádzku permanentných magnetov je dôležitý druhý kvadrant, t.j. demagnetizačná krivka.

Magnetoplast Magnet v ktorom je magnetický materiál (ferit alebo Re/Co) rozptýlený v plastickej matrici. Účelom je vytvoriť ohybné magnety, ktoré je možno jednoduch obrábať.

Maximálny enenrgetický súčin Bod maximálneho súčinu B a H na magnetizačnej krivke, určuje optimálny pracovný bod permanentného magnetu. Magnet, ktorý pracuje v tomto bode, poskytuje najväčší výkon na jedotku objemu.

Oersted (Oe) Jednotka zo systému CGS pre intenzitu magnetického poľa. 1 kOe = 79,5 kA/m.

Permeabilita Pomer magnetickej indukcie a intenzity magnetického poľa. Dá sa povedať, že je to schopnosť materiálu "viesť" magnetický tok (magnetická vodivosť). Celková permeabilita je vztiahnutá k permeabilite vákua pomocou relatívnej permeability. Hodnota permeability vákua v systéme Si je: mí0 = 4.pí.10-7 T/A.m-1.

Permeancia Sklon pracovnej priamky. Je určený geometriou magnetického obvodu, inými slovami celkovou demagnetizáciou v magnetickom obvode.

Pracovný bod Je definovaný na demagnetizačnej krivke pracovnou priamkou.

Pracovná priamka Priamka s negatívnym sklonom s počiatkom v (0,0) súradnicového systému demagnetizačnej krivky, pretínajúca demagnetizačnú krivku v pracovnom bode magnetického obvodu. Eklon priamky je určený tvarom magnetu alebo magnetického obvodu.

L/D - pomer priemeru a dĺžky magnetu.

Ba, Ha - hodnoty magnetickej indukcie B a koercitívnej sily H v pracovnom bode magnetu.

Polarizácia Na všetky praktické účely je ekvivalentná magnetizácia. Polarizácia J je termín z Kennellyho systému jednotiek a meria sa v [T], pričom magnetizácia M patrí do Sommerfeldovho systému a meria sa v [A/m] (obidva systémy patria do SI). Polarizácia je takmer vždy použitá v technických aplikáciach, pričom magnetizácia je častejšie používaná vo vedeckých kruhoch. Zámena týchto dvoch termínov sa nepovažuje za chybu.

Remanencia Zvyšková magnetizácia po odstránení magnetizujúceho poľa. Korešponduje s pomerom doménových momentov, ktoré zostali orientované v jednom smere. Saturačná magnetizácia/polarizácia - maximálna možná hodnota magnetizácie pre určitý materiál.

Stabilita Odolnosť magnetov proti zmene magnetického momentu s časom (viď stárnutie) alebo proti vplyvu zmien teploty. Magnety sú niekedy umelo "vystárnuté" tým, že sa vystavujú pôsobeniu teplotných cyklov alebo demagnetizačných cyklov.

Stárnutie Úbytok magnetického momentu s časom, obyčajne ide o zlomky percenta počas niekoľkých rokov.

Tekutý magnet - koloidná zmes zložená z magnetického prášku (väčšinou magnetit) zomletého na jemný prach (v priemere 10 nm) a tekutého nosiča, ktorý obsahuje navyše činidlo zabraňujúce zhlukovaniu magnetických častíc. Tekuté magnety sa skladajú približne z 5 % magnetických častíc, 10 % činidla a 85 % kvapaliny (na vodnej ale organickej báze).

Tesla (T) Jednotka systému SI pre magnetickú indukciu 1 T = 10 000 G.

Vnútorná koercitívna sila Demagnetizačné magnetické pole, pri ktorom magnetizácia/polarizácia klesne na nulu.

Weber (Wb) Jednotka zo systému SI pre magnetický tok.

Stratený tok Magnetický tok, ktorý uniká mimo obvod. Na rozdiel od elektrických obodov, je v magnetických obvodoch strata bežná, pretože neexistuje izolácia (materiál s nulovou magnetickou vodivosťou) pre jednosmerné magnetické pole. Magnetické pole je schopný blokovať len ideálny supravodič.

Otázky na opakovanie

  1. Aký je rozdiel zloženia a mechanických vlastností feritových a kovových magnetov? Čo je to feromagnetická látka. Čo je to Courieho teplota?
  2. Nakreslite tyčový magnet a elektromagnet, vyznačte magnetické póly, siločiary magnetického poľa a ich smer.
  3. Cievka má 1 000 závitov, tečie ňou prúd 0,1 A, jadro má prierez 1 cm2 a relatívnu permeabilitu 1 000. Vypočítajte intenzitu magnetického poľa H, indukciu B a indukčný tok Φ v cievke.
  4. Nakreslite hysteréznu slučku, vyznačte remanentnú (zbytkovú) indukciu Br a koercívnu intentenzitu Hc.
  5. Vodič s dĺžkou 2 metre je umiestnený v magnetickom poli s indukciou 2 Tesla a tečie ním prúd 1 A. Vypočítajte veľkosť sily, ktorá pôsobí na vodič.
  6. Vodič s dĺžkou 4 metre sa pohybuje v magnetickom poli s indukciou 5 Tesla rýchlosťou 2 m/s. Vypočítajte veľkosť indukovaného napätia vo vodiči.
  7. Ako sa konštrukčne znižujú straty vírivými prúdmi a hysterézne straty v elektrických strojoch?

Známkovanie, 1 správna otázka = 1 bod:

  1. : 7 - 8 bodov
  2. : 5 - 6 bodov
  3. : 3 - 4 body
  4. : 2 - 3 body
  5. : 0 - 1 bod

Indukčnosť rôznych tvarov vodičov: http://members.chello.cz/mstrocka/indukcnost/Indukcnost.html

Indukčnosť cievky L je schopnosť cievky uchovať energiu magnetického poľa. Jednotka je Henry, H. Indukčnosť sa využíva v zapaľovacích cievkach, kedy po prerušení prúdu vzniká vysoké napätie. Indukčnosť cievky rastie s počtom závitov N, prierezom jadra S, relatívnou permebilitov materiálu jadra ?r a klesá z jej dĺžkou d.
L = ? . N2 . S / d

Príklad: Vypočítajte indukčnosť cievky s 1000 závitmi, prierezom 1 cm2, dĺžkou 2 cm a so železným jadrom s relatívnou permeabilitou ?r = 500.

PrílohaVeľkosť
VMPuvod.png227.73 KB
VMPnapätie.png151.5 KB
VMPkruh.png52.25 KB
VMPintenzita.png153.95 KB
VMPintenzitaPriklad.png143.71 KB
VMPintenzitaP2.png213.28 KB

5. Striedavý prúd

1. Vznik a veličiny striedavého prúdu

Striedavý prúd sínusového priebehu vzniká v závitoch vodičov, ktoré sa otáčajú v magnetickom poli. Parametrom sínusového priebehu na osi x môže byť uhol α otočenia závitu voči magnetickej indukcii, alebo čas.

Perióda T je čas, kedy striedavý prúd alebo napätie prejde všetkými hodnotami. Pre slučku je to čas otočenia o 360°.

Frekvencia f je počet peród za sekundu. Jednotka je Hertz, značka Hz. Pre motory sa používa jednotka otáčky za minútu, značka RPM.

f = 1 / T

1 Hz = 60 RPM

Príklad 1: V sieti sa používa frekvencia 50 Hz. Akú má periódu?

T = 1 / f = 1 / 50 Hz = 0,02 s = 20 ms

Príklad 2: Elektromotor sa otočí 50x za sekundu. Koľko má otáčok za minútu?

50 Hz = 50 . 60 RPM = 3 000 RPM

Uhlová rýchlosť ω je uhol otočenia za čas. Jednotka je radián za sekundu, rad/s. Pre sínusový priebeh napätia alebo prúdu je uhol parameter na osi x.

ω = 2 . π / T = 2 . π . f

Príklad 3: Akú uhlovú rýchlosť má motor s otáčkami 3000 RPM?

3 000 RPM = (3 000 : 60) Hz = 50 Hz
ω = 2 . π . f = 2 . 3,14 rad . 50 Hz = 314 rad/s

Príklad 4: Akú uhlovú rýchlosť má striedavé napätie s frekvenciou 50 Hz?

ω = 2 . π . f = 2 . 3,14 rad . 50 Hz = 314 rad/s

Efektívna hodnota striedavého napätia Uef alebo prúdu Ief je rovnaká ako jednosmerná hodnota s rovnakými tepelnými účinkami.

Uef = 1/√(2) . Umax = Umax / 1,414 = 0,707 . Umax

Ief = 1/√(2) . Imax = Imax / 1,414 = 0,707 . Imax

Príklad 5: V sieti je efektívne napätie 230 V. Akú má maximálnu hodnotu?

Uef = 1/√(2) . Umax
Umax = Uef . √(2)
Umax = 230 V . 1,414 = 325 V

Príklad 6: Elektrický ohrievač odoberá prúd s efektívnou hodnotou 10 A. Aká je jeho maximálna hodnota?

Ief = 1/√(2) . Imax
Imax = Ief . √(2)
Imax = 10 A . 1,414 = 14,1 A

2. Fázory

Fázor je vektor striedavého napätia alebo prúdu vyjadrený v polárnych súradniciach, teda veľkosťou a uhlom. Fázory sa používajú pri určení výsledných hodnôt v obvodoch s väčším počtom striedavých napätí alebo prúdov s rovnakou frekvenciou. Používajú sa vektorové súčty alebo rozdiely známe z geometrie.

Fázový posun φ je orientovaný uhol medzi dvoma fázormi.

Príklad 7: Nakreslite súčet dvoch sínusových napätí s rovnakou hodnotou fázovo posunutých o 120°

Príklad 8: Nakreslite súčet dvoch sínusových prúdov s rôznou hodnotou fázovo posunutých o 90°

3. Rezistor, kondenzátor a cievka v obvode striedavého prúdu

Na rezistore napätie a prúd nie sú posunuté. Fázový posun je nulový.

Na cievke napätie predchádza prúd. Pre sínusový priebeh je fázový posun napätia voči prúdu +90°.

Na kondenzátore napätie zaostáva za prúdom. Pre sínusový priebeh je fázový posun medzi napätím a prúdom -90°

4. Reaktancia, impedancia

Reaktancia X je prekážka, ktorú kladie cievka alebo kondenzátor prechádzajúcemu striedavému prúdu. Jednotka je ohm, Ω. Prúd vypočítame podľa Ohmovho zákona:

I = U / X

Reaktancia cievky XL rastie s jej indukčnosťou a frekvenciou napätia, a spôsobuje fázový posun napätia +90°.

XL = ω . L
kde
L - je indukčnosť cievky (Henry, H)
ω - uhlová rýchlosť napätia alebo prúdu (rad/s)

Príklad 9: Cievka má indukčnosť 2 H a je pripojená na napätie 230 V 50 Hz. Akú má reaktanciu a aký prúd cez ňu tečie?

ω = 2 . π . f = 2 . 3,14 rad . 50 Hz = 314 rad/s
XL = ω . L = 314 rad/s . 2 H = 628 Ω
I = U / XL = 230 V / 628 Ω = 0,37 A

Reaktancia kondenzátora XC závisí nepriamo od kapacity kondenzátora a frekvencie. Ak je kapacita a frekvencia väčšia, reaktancia je menšia.

XC = 1 / ω.C
kde
C - je kapacita kondenzátora [Farad, F]
ω - je uhlová rýchlosť [rad/s]

Príklad 10: Kondenzátor s kapacitou 100 nF je pripojený na 230 V 50 Hz. Akú má reaktanciu a aký prúd ním tečie?

ω = 2 . π . f = 2 . 3,14 rad . 50 Hz = 314 rad/s
C = 100 nF = 10-7 F
XC = 1 / ω.C = 1 / (314 rad/s . 10-7 F) = 31 800 Ω = 31,8 kΩ
I = U / XC = 230 V / 31 800 Ω = 0,007 2 A = 7,2 mA

RLC obvod je zložený z rezistorov, kondenzátorov a cievok.

Impedancia Z je prekážka ktorú kladie RLC obvod prechádzajúcemu striedavému prúdu. Je vektorovo zložená z reaktancií kapacít a indukčností, a odporu obvodu. Jednotkou je ohm, Ω. Platí ohmov zákon:

I = U / Z

Sériový RLC obvod má za sebou zaradenú indukčnosť, kapacitu a odpor. Napätie zdroja sa rozloží na tieto sériovo zaradené súčiastky. Preto môžeme použiť na výpočet fázory napätia pre kondenzátor a cievku, ktoré majú vzájomný fázový posun 180°, a fázor napätia na odpore, voči ktorému predchádzajúce fázory posun 90°. Podľa ohmovho zákona môžeme pracovať priamo s vektormi reaktancií a odporu. Numerický výpočet je pomocou Pytagorovej vety v pravoúhlom trojuholníku:

Z = √(R2 + (XL - XC)2)

Príklad 11: Vypočítajte impedanciu a prúd sériového RLC obvodu pripojený na napätie 230 V 50 Hz, ak obsahuje cievku s indukčosťou 2 H, kondenzátor s kapacitou 10 μF, a rezistor s odporom 100 Ω.

ω = 2 . π . f = 2 . 3,14 rad . 50 Hz = 314 rad/s
XL = ω . L = 314 rad/s . 2 H = 628 Ω
C = 10 μF = 10-5 F
XC = 1 / ω.C = 1 / (314 rad/s . 10-5 F) = 318 Ω
R = 100 Ω
Z = √(R2 + (XL - XC)2) = √(1002 + (628 - 318)2) Ω = 325,8 Ω
I = U / Z = 230 V : 325,8 Ω = 0,706 A

Fázový posun φ medzi napátím a prúdom možno vypočítať z pomeru odporu a reaktancií, napríklad:

tan φ = (XL - XC) / R

cos φ = R / Z

Príklad 12: Vypočítajte fázový posun medzi napätím a prúdom z predchádzajúceho príkladu.

tan φ = (XL - XC) / R
tan φ = (628 Ω - 318 Ω) : 100 Ω
φ = arctan(3,1)
φ = 72°

alebo

cos φ = R / Z
cos φ = 100 Ω / 325,8 Ω
φ = arccos(0,307)
φ = 72°

5. Rezonancia

Rezonancia je stav kedy sa v RLC obvode reaktancia kondenzátora rovná reaktancii cievky. Pri rezonančnej frekvencii f0 tečie v paralelnom RLC obvode minimálny prúd, v sériovom maximálny prúd. I = U / R.

Frekvencia, pri ktorej nastáva rezonancia vypočítame z rovnosti reaktancií cievky a kondenzátora:

XL = XC

ω . L = 1 / ω.C
ω2 = 1 / L.C
ω = 1 / √(L.C)
2.π.f = 1 / √(L.C)
f = 1 / 2π√(L.C)

Príklad 13: Paralelný RLC obvod má R = 100 Ω, L = 2 H, C = 10 μF. Vypočítajte jeho rezonančnú frekvenciu.

f = 1 / 2π√(L.C) = 1 / ((2.3,14 rad).√(2 H . 10-5 F)) = 35,6 Hz

Príklad 14: Paralelný RLC obvod má indukčnosť 2 H. Vypočítajte kapacitu kondenzátoru, aby vznikla rezonancia pri 50 Hz.

ω2 = 1 / L.C
C = 1 / ω2.L
ω2 = (2 . 3,14 rad . 50 Hz)2 = 98 596 rad2s-2
C = 1 / (98 596 rad2s-2 . 2 H)
C = 0,000005071 F = 5,1 μF

6. Výkon v obvode striedavého prúdu

V obvode striedavého prúdu sa používajú tieto výkony:

Činný výkon P = U . I . cos φ [W]

Jalový výkon Q = U . I . sin φ [var]

Zdanlivý výkon S = U . I [VA]

Zdanlivý výkon S je daný súčtom napätia a odoberaného prúdu. Jednotkou je voltampér, značka VA. Fázový posun φ je daný reaktanciami a odporom v obvode. Jednotka je radián, rad. Činný výkon je užitočný výkon, napríklad teplo z ohrievača, alebo mechanická práca elektromotora. Jednotkou je Watt, W. Meriame ho wattmetrom. Účinník cos φ vyjadruje pomer činného a zdanlivého výkonu. Jalový výkon Q vyjadruje jalovú zložku výkonu, ktorá nekoná žiadnu prácu, iba sa presúva medzi zdrojom a spotrebičom s fázovým posunom. Jednotka je var, var.

Uvedené údaje sú uvádzané na štítkoch elektrospotrebičov, a sú podstatné pri posudzovaní zbytočného zaťažovania elektrickej siete.

Vzťah medzi výkonmi P, Q a S možno vyjadriť pomocou fázorov s posunom o 90°, možno použiť Pytagorovu vetu:

S^2 = P^2 + Q^2

Príklad 15: Obvod odoberá činný výkon 10 kW a jalový 5 kW. Vypočítajte zdanlivý výkon.

S^2 = P^2 + Q^2
S^2 = 10^2 + 5^2
S^2 = 125
S = √125
S = 11,2 kW

Príklad 16: Obvod odoberá zdanlivý výkon 10 kW a má fázový posun 25° = 0,44 rad. Vypočítajte činný a jalový výkon.

P = S . cos φ = 10 kW . cos(25°) = 9,1 kW
Q = S . sin φ = 10 kW . sin(25°) = 4,2 kW

Príklad 17: Elektromotor má na štítku uvedené: 3 kW, cos φ = 0,86. Aký má činný, jalový a zdanlivý výkon?

Činný výkon P = 3 kW
Zdanlivý výkon S = P / cos φ = 3 kW : 0,86 = 3,49 kW
Jalový výkon Q = √(S2 - P2) = √(3,492 - 32) = 1,78 kW

7. Trojfázová sústava

Vznik a priebeh 3-fázového napätia: Ak umiestnime 3 cievky rovnomerne v kruhu, budú otočené o uhol 120°. Umiestnime do ich stredu tyčový magnet a začneme ním krútiť. V cievkach sa indukuje napätie, pričom medzi každými dvoma cievkach bude posunuté napätie o 120°, čiže o 1/3 periódy sínusového priebehu. Na tomto princípe sú založené alternátory, ktorý vyrábajú 3-fázový prúd do elektrickej siete.

Zapojenia trojfázových vinutí:

a) zapojenie do hviezdy

Značenie vodičov:
L1, L2, L3 - fázové vodiče
N - neutrálny vodič (nulak)

Značenie napätí:
Uf - fázové napätie, je medzi fázami a neutrálnym vodičom
Uz - združené napätie, je medzi ktorýmikoľvek dvoma fázami
Fázami tečie fázový prúd If

Veľkosť a fázový posun združeného napätia možno určiť z fázorového diagramu. Numericky možno veľkosť združeného namätia vypočítať:

Uz = √3 . Uf = 1,73 . Uf

Príklad 18: Fázové napätie je 230 V. Vypočítajte združené napätie.

Uz = 1,73 . Uf = 1,73 . 230 V = 400 V

b) zapojenie do trojuholníka

Na fázach je iba združené napätie.

Výkon v 3-fázovej sústave na odporovej záťaži pri pripojení združeného napätia oproti pripojenia fázového napätia, je 3x vyšší.

Uz = √3 . Uf
Pz = Uz^2 / R
Pz = (√3 . Uf)^2 / R
Pz = 3 . Uf^2 / R
Pz = 3 . Pf

Príklad 19: Výkon motora pripojeného na združené napätie 400 V je 3 kW. Aký bude jeho výkon po prepnutí na fázové napätie 230 V?

Pf = Pz : 3 = 3 kW : 3 = 1 kW

alebo

Pf = Pz : (400 V / 230 V)2 = 3 kW : 3 = 1 kW

PrílohaVeľkosť
elk52.png5.24 KB
trojuholnik.png3.26 KB
hviezda.png4.64 KB
elk53.png2.79 KB
elk55.png3.34 KB
elk51.png2.19 KB
elk51a.png1.62 KB

6. Elektrotechnické schémy

1. Pravidlá kreslenia schém

Schémy na výkrese sa musia kresliť prehľadne, značky podľa STN, vlastné značky v legende, čiary rovnako hruné a rovnobežné s okrajom papiera, v zvláštnych prípadoch aj šikmo. Prístroje sa kreslia v základnej polohe - v stave pokoja, alebo vypnuté. Formáty výkresov A0 až A4 sa kresli na ležato, A5 na stojato. Vpravo dole je rohová pečiatka.

2. Rozdelenie schém

  1. Vysvetľujúce - zľahčujú štúdium činností zariadení, používajú sa na štúdium činnosti zariadení, používajú sa pri údržbe, oprave alebo navrhovaní zariadení.
    • bloková - znázorňuje vzťahy medzi blokmi, prenos energie sa kreslí čiarami
    • prehľadová - znázorňuje základné usporiadanie zaiadení, napríklad prehľad strojov vo fabrike
    • náučná (obdvodová) - je úplná schéma, ktorá zahrňuje všetky časti zariadenia. Používajú sa vo vyučovaní a vysvetľovaní činnosti obvodov.
  2. Zapojovacie schémy - obsahujú všetky podrobnosti na zapojenie. Kreslia sa v nich rôzne druhy vodičov, inštalačných rúrok a podobne. Svorky a prístrojové miesta sa kreslia podľa skutočnej polohy, sú vyznačené čísla svoriek a farby vodičov.
  3. Situačné schémy - zakresľujú sa do stavebných a strojárskych výkresov, tak aby sa dalo určiť kde bude umiestnené elektrické zariadenie. V strojníckych presne, v stavebných môže chýbať výška umiestnenia nad podlahou.

Obrázok č. 1: Schémy -

a) bloková, b) prehľadová, c) d) zapojovacia

3. Čítanie schém

Schému začíname čítať od zdroja napätia alebo vstupu signálu. Sledujeme prechod prúdu cez spotrebič až naspäť od zdroja, ale prechod signálu od vstupných po výstuné svorky.

4. Štandardné elektrotechnické značky

Rozmery značiek: rezistor 1:3 (4 x 12 mm), kondenzátor 1:4 (2 x 8 mm)

5. Popis značiek:

Pri vodorovných nad a apod, pri zvyslích vpravo a vľavo.

6. Domáca úloha

Vytvorte 3 schémy: náučnú, zapojovaciu a blokovú. Nakreslite ju na papier, alebo vytvorte a pošlite ako obrázkový súbor, napríklad v programe DIA alebo Q-CAD.

PrílohaVeľkosť
elk101.png3.36 KB
elk102.png1.48 KB
elk103.png18.19 KB
schemy.png43.27 KB

7. Elektrické stroje

Obsah

  1. Transformátor
  2. Syncrónne stroje
  3. Jednosmerné stroje
  4. Asynchrónny elektromotor
  5. Lineárny elektromotor
  6. Linky

1. TRANSFORMÁTOR

Princíp transformátora

Transformátor je nepohyblivý elektrický stroj, ktorý mení veľkosť striedavých napätí.

  1. Primárne vinutie (vstupná cievka) vytvára meniace sa magnetické pole privedeným striedavým prúdom. Je navinuté na jadre a je od neho elektricky izolované.
  2. Jadro prenáša energiu pomocou meniaceho sa magnetického poľa. Je vyrobené z magneticky mäkkého materiálu. Na zníženie strát vírivými prúdmi sa používajú lakované tenké plechy alebo ferit. Jadro môže mať tvar obdĺžnikov alebo môže byť toroidné = kruhové. Maximálny výkon transformátora je daný aj prierezom jadra a frekvenciou prúdu.
  3. Sekundárne vinutie (výstupná cievka) je tiež navinuté na jadre. Indukuje sa v ňom striedavý prúd.

Využitie transformátorov

Príklad využitia: elektrická rozvodná sústava, zváranie, nabíjačky, napájacie zdroje zariadení.

Transformátorové plechy

Transformátorové plechy sa vyrábajú z kremíkovej ocele šírky 0,35 a 0,5 mm. Existuje niekolko tvarov plechov:

  • Plechy EI, nazývané taky úsporný řez, lze vyrábět vysekáváním bez odpadu. Jsou nejrozšířenější. Kladou se na sebe buď střídavě pro síťové transformátory, nebo shodně pro tlumivky a transformátory se stejnosměrným sycením. V takovém případě se do mezery vkládá nemagnetický materiál určité tloušťky.
  • Tvar EE se používá zejména u miniaturních transformátorků.
  • Tvar M se využívá hlavně pro tlumivky. Vzduchová mezera je vytvořena již při výrobě plechu.
  • Tvar LL a UI se používá u plochých transformátorů. Všechny vinutí jsou často rozděleny na poloviny.
  • Výrobně odlišné jsou jádra tvaru C. Transformátorový plech tvaru dlouhého pásku je svinut do tvaru obdélníku se zaoblenými rohy a příčně rozříznut. Plochy řezu se musí hladce zabrousit. Takové provedení jádra transformátoru umožňuje o polovinu vyšší sycení, tím i vyšší přenášený výkon. Vinutí jsou rozdělena na poloviny.
  • Podobný způsob výroby mají toroidní jádra. Jádro zůstává vcelku, má proto nejvýhodnější magnetické vlastnosti. V amatérských podmínkách je navinutí takového transformátoru velmi obtížné.

Výpočet transformátora

Prevod transformátora p je pomer počtu závitov výstupnej N2 a vstupnej N1 cievky. Od prevodu transformátora závisí pomer výstupných a vstupných napätí a prúdov:

p = N2 / N1 = U2 / U1 = I1 / I2

Podľa prevodu delíme transformátory na znižujúce napätie p < 1, zväčšujúce p > 1 a oddeľovacie p = 1.

Príklad 1: Transformátor má vstupné vinutie N1 = 2 300, výstupné N2 = 120, vstupné napätie U1 = 230 V. Aké bude výstupné napätie U2?

U2 = U1 . N2 / N1 = 230 V . (120 : 2 300) = 12 V

Počet závitov na 1 Volt sa ráta:

n = 45 / S
kde je
n - počet závitov [-]
S - prierez jadra [cm2]

Príklad 2: Transformátor 230 V / 12 V má jadro s prierezom 10 cm2. Koľko závitov treba pre cievky?

počet závitov pre 1 volt: n = 45 / S = 45 / 10 = 4,5 závitov na Volt
cievka 230 V... n1 = 230 . 4,5 = 1 035 závitov
cievka 12 V... n2 = 12 . 4,5 = 54 závitov

Prierez jadra závislý od výkonu, frekvencie a tvaru jadra. Vypočíta sa:

S = (6 až 8 ) √(P/(k.f))
kde je
Koeficient 6 až 8 je daný tvarom plechu, pre M-plechy je 6-7, pre EI plechy 7-8. Konštanta k je činiteľom tvaru jadra, a pre plášťové jadro (M, EI) je =1, pre jadrový tvar (toroid, C) =2.

Príklad 3: Vypočítajte prierez jadra a počty závitov pre transformátor 240 V / 80 V pre výkon 3 kW (zváranie) a frekvenciu 1 kHz.

S = (6 až 8) √(P/(k.f))
S = 7 . √(P/(1.f)) = 7 . √(3000 W / 1000 Hz) = 7 . √3 = 12 cm2
záv/1V = 45 / S = 45 / 12 = 3,75
n1 = 3,75 záv/V . 240 V = 900 závitov
n2 = 3,75 záv/V . 80 V = 300 závitov

3-fázový transformátor

A. Rozmiestnenie vinutí:

B. Vnútorné zapojenie vinutí:

C. Zapojenie transformátora:

D. Hodnoty:

  • Združené napätie: Uz = Uf . √3
  • Výkon pri zapojení sekundáru trojuholník alebo hviezda na tej istej záťaži: Pt = Ph . 3

Príklad 4: Vypočítajte napätia a výkony transformátora zapojeného do hviezdy a do trojuholníka.

Uz = 240 V . 1,732 = 400 V
Ph = 1 kW, Pt = 1 kW . 3 = 3 kW

ELEKTROMOTORY A GENERÁTORY

Elektromotor je pohyblivý elektrický stroj, ktorý premieňa elektrickú energiu na mechanický pohyp. Generátor naopak premieňa mechanickú prácu na elektrickú energiu.

2. Synchrónne stroje

Princíp činnosti

Ak rovnomerne rozmiestnime po obvode kružnice 3 cievky, budú navvzájom otočené o 120°. Ak do ich stredu umiestnime tyčový magnet a rozkrútime ho, bude sa v cievkach indukovať 3-zázové napätie. Ak do cievok privedieme trojfázové napätie a magnet roztočíme, ostane sa točiť v otáčkach točivého magnetického poľa. Hovorí sa, že rotor sa otáča synchrónne. Napríklad pre frekvenciu napätia 50 Hz to bude 50 otáčok za sekundu, čo je 3000 otáčok za minútu.

V motorickej prevádzke statorové vinutie pretekané trojfázovým prúdom vytvorí vo vŕtaní stroja otáčavé magnetické pole, ktoré rotuje synchrónnou frekvenciou, teda frekvenciou napájacej siete. Rotorové vinutie (nazývané aj budiace vinutie) vytvára magnetický dvojpól, ktorého polarita je stála. Rotor sa nachádza vo vŕtaní stroja, teda pole statora interaguje s poľom rotora, čoho výsledkom je otáčanie rotora synchrónnymi otáčkami. Pri zaťažení sa otáčky rotora nezmenia, iba vznikne odchýlka rotorového poľa voči statorovému (rotor zaostáva za statorom), vyjadrená pomocou záťažného uhla. Zvyšovaním budiaceho prúdu v budiacom vinutí sa zvyšuje výkon synchrónneho motora (zvýšením mechanického krútiaceho momentu na hriadeli stroja) a znižuje sa magnetizačný výkon (nazývaný tiež jalový výkon) odoberaný zo siete, potrebný na vytvorenie a udržanie magnetického poľa statora. V tzv. prebudenej prevádzke stroj neodoberá zo siete magnetizačný výkon, ale ho do nej generuje.

Generátorová prevádzka:Ak otáča poháňací stroj (napr. turbína) nabudený rotor, indukujú sa v jednotlivých cievkach statora striedavé napätia, sínusového priebehu, ktoré sú v jednotlivých cievkach vzájomne časovo posunuté o 120°.

Ak pripojíme k svorkám statora trojfázovú záťaž (tzn., že alternátor zaťažíme), vinutím statora bude prechádzať striedavý elektrický prúd. Prechodom striedavého trojfázového prúdu vinutím statora, vzniká rovnako ako u asynchrónneho stroja otáčavé magnetické pole s otáčkami ns1, ktoré majú rovnakú rýchlosť otáčania ako rotor a jeho magnetické pole, sklz (rozdiel otáčok) stroja je teda nulový. Preto sa stroj nazýva synchrónny.

Generátor produkuje činný elektrický výkon, ktorý rastie so zvyšovaním budiaceho prúdu, pritom magnetizačný výkon pre statorové pole môže byť zo siete odoberaný alebo do siete generovaný tiež v závislosti od budenia.

Synchrónny kompenzátor je synchrónny stroj pracujúci naprázdno, dodávajúci len jalový výkon, čim výrazne odbremení alternátory v elektrárňach a prenosové vedenia. Používa sa na riadenie napätia a kompenzáciu účinníka v sieti. Sú umiestnené vo väčších rozvodniach, kde sú vybavené regulátorom budiaceho napätia na udržiavanie konštantného napätia v danej časti prenosovej sústavy.

Frekvencia svorkového napätia generátora je priamo úmerná otáčkam rotora podla vzťahu: f = ns . p / 60 ... kde ns - počet otáčok za minútu [min-1, RPM], p - počet polov [-]. Otáčky rotora elektromotora je daná vzťahom: ns = 60 . f / p

Príklad 5: Vypočítajte počet otáčok 4-polového elektromotora pripojeného na sieť 50 Hz.

ns = 60 . 50 / 4 = 750 RPM

Alternátor

Alternátor je synchrónny generátor, ktorý vyrába striedavý prúdu. Turboalternátory sú poháňané parou alebo plynovou turbínou a hydroalternátory vodnou turbínou. Automobilový alternátor obsahuje viac vinutí a usmerňovač, preto dodáva jednosmerný prúd.

Časti alternátora:

  • stator - 3 fázové vynutie z ktorého sa odoberá 3-zázové napätie
  • rotor - napájacie krúžky, cez ktoré sa privádza jednosmerný prúd do vinutí elektromagnetov s pólovými nástavcami, od počtu nástavcov závisí rýchlosť otáčania alternátora

Krokový motor

Klasické synchronne elktromotory sa v praxi používajú málo. Používajú sa špeciálne motory - krokový motor a servomotor.

Krokový motor je špeciálny druh viacpólového synchrónneho motora. Využíva sa predovšetkým tam kde je potrebné presne riadiť nie len otáčky, ale aj konkrétnu polohu rotora. Používajú sa v presnej mechanike (harddisk, DVD), regulačnej technike (posilovač riadenia auta), robotike a pod. Servomotor je výkonový krokový motor.

Základný princíp krokového motora je - prúd prechádzajúci cievkou statora vytvorí magnetické pole, ktoré pritiahne opačný pól magnetu rotora. Motor je schopný v tejto polohe presne stáť. Vhodnou kombináciou zapojenia cievok vznikne rotujúce krokové magnetické pole, ktoré nielen otáča rotorom, ale zabezpečuje aj jeho presnú polohu voči statoru. Kvôli prechodovým javom je rýchlosť otáčania motora limitovaná. Pri jej prekročení motor začne strácať kroky.

3. Jednosmerný elektromotor

Komutátor

Komutátor je rotačný mechanický prepínač vinutí rotora. Umožňuje otáčanie sa rotora, ak stator ma stacionárne magnetické pole.

Časti komutátora:

  1. lamely - kovové plôšky na otáčajúcom sa valci, k lamelám sú prispájkované jednotlivé vinutia
  2. kefky - privádzajú prúd na lamely, sú pružne pritlačené

Typy jednosmerných motorov

  1. Motor s permanentným magnetom v statore: Stator tvorí permanentný magnet. Rotor tvorí elektromagnet s pólami. Elektrický prúd do cievok rotora je privádzaný cez komutátor. Komutátor je rotačný prepínač vinutí, viď predchádzajúce učivo. Výkon motora je daný veľkosťou magnetu, preto sa používa iba pre malé motorčeky - v modelárstve, hračkách, ventilátoroch. Motor možno napájať iba jednosmerným napätím. Smer otáčania motora sa dosiahne prepólovaním motora, čiže zmenou polarity napájacieho napätia.
  2. Motor s elektromagnetom v statore: Stator je tvorený elektromagnetom ktorý môže mať ľubovoľnú veľkosť. Motor sa používa vo veľkých strojoch. Elektromotor možno napájať aj striedavým napätím, pretože prepólovaním statora sa prepóluje aj rotor a motor sa otáča stále tým istým smerom. Smer otáčania motora nemožno meniť prepólovaním motora.

Zapojenie statora a rotora:

U sériovo zapojeného statora sa krútiaci moment motora slabne s otáčkami, stojaci motor má najväčší záber. Motor sa používa ako štartér v aute, alebo ako trakčný pohon ? vlak, metro, električka, trolejbus.

U paralelne (derivačne) zapojeného statora sú otáčky menej závislé od záťaže motora. Navyše je možné prúd statora samostatne regulovať. Preto sa tento typ motora používa v strojoch, kde sú požadované rovnomerné otáčky.

Dynamo

Dynamo sa skladá zo statora tvoreného magnetom alebo elektromagnetom a rotora s vinutím a komutátorom. Konštrukčne sa v podstate jedná o jednosmerný elektromotor používaný k opačnému účelu.

Až do nástupu polovodičových usmerňovačov bolo dynamo najvýznamnejším zdrojom elektrickej energie. Komutátor funguje ako mechanický usmerňovač, prepína vinutia rotora tak, aby boli kolmé na smer magnetického poľa.

Zapojenie vinutí dynama:

Podla spôsobu zapojenia statora delíme dynamá na:

  1. dynamo s permanentným magnetom
  2. dynamo s cudzím budením - budiaci prúd zaisťovalo iné menšie dynamo
  3. derivačné dynamo - budiace vinutie zapojené paralelne so záťažou, vhodné pre malé prúdové odbery
  4. sériové dynamo - budiace vinutie zapojené do série so záťažou.
  5. kompaudné dynamo - kombinácia derivačného a sériového dynama. Jednalo sa o bežný typ v doprave a u strojov, kde je veľmi premenlivá záťaž.

4. Asychrónny elektromtor

Čím má väčšiu mechanickú záťaž, tým sa otáča pomalšie, a tým má väčší výkon.

Princíp

Konštrukcia: je jednoduchá, motor je spoľahlivý. Stator obsahuje trojfázové vinutie, ktoré vytvára otáčajúce sa magnetické pole. Rotor obsahuje klietku nakrátko, čo sú hrubé vodiče na koncoch skratované pospájaním. Rotor sa otáča pomalšie ako točivé pole statora, preto sa v ňom indukuje prúd a vzniká točivá sila.

Sklz S je pomer rozdielu otáčok rotora a magnetické poľa, ku otáčkam poľa rotora, sa nazýva a vyjadruje sa v %. Sklz je minimálny pri nezaťaženom motore, sila rotora je slabá, motor odoberá malý prúd. So záťažou rastie sklz, sila aj odoberaný prúd. Názov asynchrónny elektromotor vznikol z faktu ze otáčky rotora nikdy nebudú synchrónne s otáčajúcim sa poľom, budú nižšie.

S = 100 % . (ns - n) / ns ... kde ns - sú synchrnne otáčky pola statora, n - otáčky rotora

Sklz 2-plového motora je 10 %. Vypočítajte otáčky rotora.

ns = 60 . f / p = 60 . 50 / 2 = 1 500 min-1

S = 100 % . (ns - n) / ns ...

Používa sa v domácnostiach, priemysle, doprave. Jeho výkon sa pohybuje od stoviek wattov až do mnoho sto kilowattov. Postupne vytláča sériový elektromotor, používaný hlavne v pohonoch dopravných zariadení. Jednosmerné napájanie je elektronicky pretransformované na striedavé).

Zapojenie 3-fázového asynchrónneho elektromotora

Zapojenie 3-fázového motora pre správny smer otáčania:

Zapojenie do trojuholníka D:

Zapojenie do hviezdy Y:

Pripojenie 3-fázového asynchrónneho elektromotora

Motor funguje aj bez nulaku, preto je jedno či je transformátor zapojený do trojuholníka alebo do hviezdy. Pri zapojení vinutí motora do trojuholníka sa združené napätie rozloží na vinutiach na fázové napätie.

Vytvorenie točivého magnetického pole pomocou kondenzátoru a 1 fázy

Zapojenie 1-fázového elektromotoru s kondenzátorom:

Zapojenie 3-fázového motoru s kondenzátorom. Rozbehový moment motoru se sníži o 30-40% a výkon poklesne na 70-80%:

Výpočet kapacity kondenzátora: C = 109 . P . tg ϕ / (2 . π . f . U2) ... [μF, W, -, Hz, V]

Príklad 6: Vypočítajte kapacitu kondenzátora potrebného na pripojenie elektromotora s výkonom 100 W a účinníkom 0,85 na 1 fázu s napätím 230 V.

cos ϕ = 0,85 ... ϕ = 31,8° ... tan ϕ = 0,62
C = 109 . P . tg ϕ / (2 . π . f . U2) = 109 . 100 W . 0,62 / (2 . 3,14 . 50 Hz . (230 V)2 ) = 3 732 μF = 3,7 mF

Štítok elektromotora:

Na štítku elektromotora je vyznačené na aké napätie je jeho vinutie. Napríklad:

  • 400 Δ = je pre združené napätie 400 V, treba ho zapojiť do trojuholníka,
  • 230 Y = je pre fázové napätie 230 V, treba ho zapojiť do hviezdy.

Výkon elektromotora závisí od jeho vinutia a pripojeného napätia.

  1. Vinutie je pre trojuholník, pripojíme naňho:
    • združené napätie (400 V) = pôjde na normálny výkon
    • fázové napätie (230 V) = pôjde na 1/3 výkon
  2. Vinutie je pre hviezdu, pripojíme naňho:
    • združené napätie (400 V) = pôjde na 3-násobný výkon (zhorí)
    • fázové napätie (230 V) = pôjde na normálny výkon

Zdôvodnenie:

P = U2 / R
Uz = √3 . Uf
Uf = Uz / √3

1b) Pf = Uf2 / R = (1/√3 . Uz)2 / R = 1/3 . Uz2 / R
2a) Pz = Uz2 / R = (√3 . Uf)2 / R = 3 . Uf2 / R

6. Lineárny elektromotor

- je mnohopólový rozvinutý elektromotor. "Stator" je roztiahnutý do dĺžky, nehýbe sa. "Rotor" sa pohybuje nad statorom, vznáša sa. Prúd sa privádza do statora alebo rotora pomocou káblov. Lineárny asynchrónny elektromotor sa používa na pohon vlakov, napríklad rýchlovlak Maglev pri Hamburgu v Nemecku. Lineárny servomotor sa používa v posilovačoch riadenia auta a v CNC strojoch.

Linky

  1. Výpočet transformátora: http://www.dmaster.wz.cz/postupy/trafo/trafo.htm , http://pandatron.cz/?217&vypocet_trafa , http://svetelektro.com/modules.php?name=Forums&file=viewtopic&p=63518 , programy: http://www.ussoft.cz/ .
  2. Učebný text na wikipédii: http://sk.wikipedia.org/wiki/Elektromotor
  3. Synchronny elektromotor: http://www.elektrotechnika.6f.sk/index.php?option=com_content&view=artic...
  4. Animácia výroby motorov: http://www.youtube.com/watch?v=yDLrGMyj5ZI
  5. Aasynchrónny elektromotor ... zapojenie: http://home.tiscali.cz/cz076422/zapoj/zapoj.htm , http://www.etmslovensko.sk/index.php/rubriky/energetika/449-oznaenie-vyv... , http://diskuse.elektrika.cz/index.php/topic,10219.0.html . výkon, sklz: http://referaty-seminarky.sk/asynchronne-stroje--mo-20/ , motorové kondenzátory: http://www.edunet.souepl.cz/~weisz/dilna/e_vyp/rozkond.php
  6. Lineárne elektromotor ... princíp lineárneho krokového motora: http://pavel.lasakovi.com/projekty/elektrotechnika/linearni-motor/ , ukážka činnosti lineárnych krokových motorov: http://www.youtube.com/watch?v=TPCgbfWZ6IQ , ukážka princípu levitácie a pohybu lineárneho motoru: http://www.youtube.com/watch?v=IPkaWKk2Hio

3. Otázky na opakovanie

  1. Vymenujte časti transformátora a napíšte na akom fyzikálnom princípe fungujú.
  2. Nakreslite vnútorné zapojenie transformátora hviezda - trojuholník, Yd.
  3. Akú funkciu majú tieto časti alternátora: rotor, stator, pólové nástavce, diódový mostík, regulátor?
  4. Akú funkciu má komutátor a je časti: lamely a kefky?
  5. Vypočítajte počet otáčok 4-pólového elektromotora pripojeného do siete 50 Hz.
  6. Aký je rozdiel vo vlastnostiach medzi sériovým a derivačný (paralelným) zapojením jednosmerného elektromotora a dynama?
  7. Bude sa točiť jednosmerný elektromotor ktorý má vinutý rotor aj stator, ak ho pripojíme na striedavý prúd? Ako sa dá potom zmeniť smer otáčania?
  8. Na čo je klietka v asynchrónnom elektromotore? Treba ju napájať prúdom?
  9. Nakreslite zapojenie asnychrónneho elektromotora do trojuholníka a hviezdy.
  10. Na elektromotore je tento štítok:

    Vypočítajte činný, jalový a zdanlivý výkon.

  11. Možno elektromotor z predchádzajúceho príkladu zapojiť do trojuholníka a do hviezdy? Aký bude mať výkon elektromotor v týchto zapojeniach?
  12. Uveďte príklad použitia lineárneho elektromotora, servomotora a krokového motora.

Doplniť prečo a ako sa mení krútiaci moment sériového a derivačného elektromotora. Prečo je odmocnina 3 na výkon. Vypočítať ukážkovo jeden štítok.

PrílohaVeľkosť
hviezda.jpg7.87 KB
lom.jpg10.84 KB
tramsformator1.gif6.98 KB
transformator2.jpeg1.87 KB
transformator3.jpg2.01 KB
transformator4.png16.69 KB
transformator10kV.jpg22.61 KB
transformatorVVN.jpg33.56 KB
trojuholnik.jpg10.45 KB
TransformatorCastiZnacka.png51.89 KB
TransformatorPrax.png667.5 KB
ZapojenieVinuti3fTransformatora.png12.17 KB
hoduhol.png34.26 KB
ZapojenieJednosmernehoElektromotora.png22.29 KB
Komutator.png86.63 KB
PrincipDynama.png202.85 KB
ZapojenieDynama.png33.12 KB
HistorickyAlternator.png313.35 KB
3fTransformator.png16.64 KB
AsynchronnyElektromotor.png241.98 KB
LineranyMotor.png229.3 KB
Zapojenie3fElektromotora.png2.6 KB
Zapojenie3fElektromotoraTrojuholnik.png8.88 KB
Zapojenie3fElektromotoraHviezda.png10.39 KB
StitokElektromotora.jpg181.38 KB
TvarJadraTransformatora.PNG5.09 KB
3FazovyStroj.png50.74 KB
stitok2.jpg24.92 KB
Pripojenie3fae.png14.52 KB
alternator.png300.62 KB

1. Elektrické stroje

1.Transformátor

Transformátor je netočivý elektrický stroj, ktorý mení veľkosti striedavých napätí a prúdov.

Využitie: elektrická sústava, zváranie, spájkovačka, nabíjačky, zdroje LED.

Časti transformátora - princíp:

  1. Vstupná cievka - vytvára meniace sa magnetické pole v jadre privedeným striedavým prúdom.
  2. Jadro - je teleso z magnetického materiálu. Prenáša energiu medzi cievkami pomocou striedavého magnetického poľa.
  3. Výstupná cievka - indukuje sa v nej striedavý prúd zo striedavého magnetického poľa jadra.

Jadro je obvykle zo železných lakovaných plechov alebo z feritu. Tvar môže mať ako obdĺžnik, dvojitý obdĺžnik alebo toroid = pneumatika. Veľkosť výkonu transformátora je daná prierezom jadra a frekvenciou striedavého prúdu.

Značka transformátora:

2. Prevod transformátora

Prevod transformátora n je číslo určujúce pomer napätia na výstupnej a vstupnej cievke U2 a U1, a je rovné pomeru závitov týchto cievok N2 a N1.

n = N2 / N1 = U2 / U1

Podľa hodnoty n rozdeľujeme transformátory na:

  • zväčšujúce napätie n > 1
  • zmenšujúce napätie n < 1
  • oddeľovacie n = 1

Príklad:

Transformátor má na vstupnej cievke 230 V a 400 závitov. Na výstupnej cievke má 40 závitov. Vypočítajte napätie na sekundárnej cievke:

n = N2 / N1 = 40 / 400 = 0,1

n = U2 / U1

U2 = n . U1

U2 = 0,1 . 230 V = 23 V

Záver: Na výstupnej cievke je napätie 23 V.

3. 3-fázový transformátor

3-fázový transformátor obsahuje jadro s 3-ma stĺpikmi pre dvojice cievok pre jednotlivé fázy. Vstupné cievky sa označujú ako U, V, W, výstupné ako u, v, w.

obrázok 1

Cievky (polovice) transformátora možno zapojiť:

A) do hviezdy (Y, y):

obrázok2

B) do trojuholníka (D, d)

obrázok 3

C) lomenej hviezdy (Z, z)

4. SYNCHRÓNNE STROJE

Motorová prevádzka:

Napätie v jednotlivých fázach je posunuté o 1/3 periódy = 120 stupňov. Ak cievky pre jednotlivé fázy umiestnime do kruhu s odstupom 120 stupňov, vznikne točivé magnetické pole. Magnet alebo elektromagnet sa bude otáčať v tomto poli rovnakou rýchlosťou ako sa otáča pole. Cievky vytvárajúce pole sa nazývajú stator, otáčajúci sa (elektro)magnet sa nazýva rotor. Vinutia v oboch častiach sú uložené v plechovej konštrukcii, ktorá vedie magnetické pole. Rýchlosť otáčania, teda počet otáčok za minútu RPM závisí od počtu sád vinutí statora:

  • 1 sada = 50 otáčok za sekundu = 3000 RPM
  • 2 sady = 25 otáčok za sekundu = 1500 RPM
  • 3 sady = 1000 RPM
  • 4 sady = 750 RPM

Sila/výkon ktorou pôsobí točiaci sa magnet je úmerná posunu smeru severu magnetu a okamžitému smeru otáčajúceho sa poľa, takzvaný záťažový uhol φ. Pri veľkom φ sa motor zastaví.

Generátorová prevádzka:

Ak (elektro)magnet rotoru točíme, napríklad pomocou turbíny elektrárne, vzniká v rotore 3-fázové napätie. Napätie / výkon generátora je priamo úmerná prúdu na rotore.

5. ASYNCHRÓNNE ELEKTROMOTORY

Ak umiestnime kovový predmet do otáčajúceho sa magnetického poľa, indukujú sa v ňom prúdy, ktoré vytvárajú vlastné magnetické pole a predmet sa začne otáčať. Rýchlosť otáčania je menšia ako rýchlosť poľa, inak by sa v predmete neindukoval prúd. Rotor asnchrónneho elektromotora obsahuje hrubé vodiče spojené krúžkami, čím vznikne klietka. Výkon elektromotora je úmerná sklzu, čo je pomer otáčania rotora a poľa statora. Pri mechanickom zablokovaní motora, keď stojí, môže motor zhorieť. Tento elektromotor možno zapojiť do trojuholníka aj do hviezdy.

Zapojenie do trojuholníka D:

Zapojenie do hviezdy Y:

Štítok elektromotora:

6. Výkon 3-fázového elektromotora

Na štítku elektromotora je vyznačené na aké napätie je jeho vinutie. Napríklad:

  • 400 Δ = je pre združené napätie 400 V, treba ho zapojiť do trojuholníka,
  • 230 Y = je pre fázové napätie 230 V, treba ho zapojiť do hviezdy.

Výkon elektromotora závisí od jeho vinutia a pripojeného napätia.

  1. Vinutie je pre trojuholník, pripojíme naňho:
    • združené napätie (400 V) = pôjde na normálny výkon
    • fázové napätie (230 V) = pôjde na 1/3 výkon
  2. Vinutie je pre hviezdu, pripojíme naňho:
    • združené napätie (400 V) = pôjde na 3-násobný výkon (zhorí)
    • fázové napätie (230 V) = pôjde na normálny výkon

Zdôvodnenie:

P = U^2 / R
Uz = √3 . Uf
Uf = 1/√3 . Uz

1.b) Pf = Uf^2 / R = (1/√3 . Uz)^2 / R = 1/3 . Uz^2 / R
2.a) Pz = Uz^2 / R = (√3 . Uf)^2 / R = 3 . Uf^2 / R

7. Komutátorový elektromotor

Komutátorový elektromotor využíva príťažlivú magnetickú silu rotora a statora. Krútivý moment je len v určitej plohe vinutia. Aby sa mohol motor krútiť, vinutia treba prepínať.

Komutátor je otáčajúci sa prepínač vinutí. Obsahuje medené plôšky = lamely, na ktoré sú pritlačené 2 kefky (uhlíky) na protiľahlej strane. Pri otáčaní sa prepínajú vinutia. Na kefky je privedené napätie.

Ak je stator tvorený trvalým magnetom (malé motorčeky), motor možno napájať len jednosmerným prúdom. Pri zmene polarity sa motor otáča opačne.

Ak je stator tvorený elektromagnetom = je vinutý, motor možno napájať striedavým aj jednosmerným napätím. Pri zmene polarity napätia sa motor otáča stále jedným smerom.

9. Automobilový alternátor

Je to v princípe synchrónny generátor, to znamená že rotor je tvorený elektromagnetom, ktorý v statore induje napätie s rovnakou uhlovou frekvenciou akou sa otáča rotor.

Nemá stabilné otáčky, a aby vytváral stabilné napätie, treba regulovať prúd v statore pomocou regulátora.

Pracuje aj pri nízkych otáčkach, preto má viac sád vinutí a elektromagnet rotora má pólové nástavce, ktorými vytvára viac severných a južných pólov rotora.

Striedavý 3-fázový prúd statora je usmernený diódovým usmerňovačom:

obrázok

Fázory

V XY súradnicovej sústave je bod definovaný dvojicou hodnôt [x, y]. V polárnej súradnicovej sústave je bod definovaný vzdialenosťou od stredu a uhlom oproti referenčnej priamek prechádzajúcej stredom.

- - - obrázky XY súastavy a polárnej sústavy - - -

Fázor je otáčajúci sa vektor vyličiny v polárnej súradnicovej sústave. Fázory sa zakresľujú nehybné a je medzi nimi uhol posunu.

- - - orázky fázoru U a I v polárnej sústave, a priebeh u a i, pre cievku a kondenzátor

9. ÚČINNÍK cos(φ)

Polárne súradnice vyjadrujú bod na ploche momocou vzdialenosti od stredu a uhlu natočenia okolo stredu.

-- obr. 1 --

Fázor je vektor U, I, alebo P striedavého prúdu vyjadrený v polárnych súradniciach. Uhol 360 stupňov vyjadruje periódu striedavého napätia. Fázory U, I, P sa otáčajú, ale zakresliť ich možno stacionárne s ich vzájomnými uhlovými posunmi.

-- obr. 2 --

Činný výkon P [W] je taký, ktorý koná prácu.

Jalový výkon Q [VA] je taký, ktorý sa bez úžitku vracia späť do siete fázovo posunutý. Vzniká napríklad na indukčnosti elektromotora.

Zdanlivý elektrický výkon S (var) je vektorový súčet činného a jalového výkonu.

Účiník cos(φ) [%] je pomerem činného a zdanlivého výkonu. Uhol φ je medzi fázormi P a S.

-- obr. 3 --

Príklkad 1: Elektromotor má na štítku 1,1 kW a cosφ = 0,87. Vypočítajte činný výkon = užitočná práca, a zdanlivý výkon = odoberaný zo siete.

činný výkon P = 1,1 kW
Zdanlivý výkon S = P / cosφ = 1,1 kW / 0,87 = 1,26 kVA

Odvodenie vzorca:
cosφ = P / S // x S
S . cosφ = P // : cosφ
S = P / cosφ

Príklad 2: Elektromotor má na štítku: 380 V, 0,73 A, 180 W. Určte činný a zdanlivý výkon.
S = 277,4 VA
P = 180 W
cosφ = 180 : 277 = 0,65

Otázky na opakovanie

  1. Aké časti má transformátor a akú majú funkciu?
  2. Nakreslite zapojenie transformátora do hviezdy a do trojuholníka. Vyznačte fázy, vyrovnávací vodič, fázové a združené napätie.
  3. Akú sú otáčky synchrónneho elektromotora pri 1,2,3 a 4 sadách vinutí?
  4. Aký je princíp činnosti synchrónneho, asynchrónneho a komutátorového elektromotora. Akým napätím ich možno napájať?
  5. Nakreslite zapojenie svorkovnice asynchrónneho elektromotora do trojuholníka a hviezdy.
  6. Podľa štítku určte činný a zdanlivý výkon, a účinník.
  7. Na štítku dvoch motorov sú údaje 400V Δ a 230V Y . Koľkokrát väčší alebo menší výkon bude mať motor pri zapojení do trojuholníka a do hviezdy?
  8. Aké časti má automobilový alternátor a akú majú funkciu? Nakreslite zapojenie 3-fázového usmerňovača.
  9. Nakreslite fázory U, I, P, Q, S pre elektromotor.

8. Elektrické prístroje

Obsah

    Linky
  1. Spájacie
  2. Spínacie
  3. Istiace
  4. Ochranné
  5. Rozvádzače
  6. Otázky na opakovanie

Linky

  1. http://elektronika-me-hobby.michal-kolesa.cz/
  2. Motorové spúšťače: http://www.aplik.sk/sk/Produkty/Motorove-spustace.alej
  3. Elektrické prístroje NN a VN: http://ssjh.sk/dexorix/zae-84.html
  4. Elektroinštalácia: http://cs.wikipedia.org/wiki/Elektroinstalace
  5. Ističe - ukážka: http://www.e-hess.sk/?hess=produkt&url=istic-e6000e

Kontaky stykom prenášajú prúd. Jeden kontakt je pevný a druhý pohyblivý. Kontaky sa opotrebúvajú opaľovaním oblúkom a mechanickým oderom. Oblúk vzniká pri vypínaní väčších prúdov. Pred oblúkom chráni zhášacia (deionizačná) mriežka a chladenie.

1. Spájacie

Zásuvka je súčiastka určená na pripojenie elektrických spotřebičov k elektrickej sietí alebo inému zdroju prúdu. Zásuvka tvorí nepohyblivú čásť zásuvkového spojenia. Protikusom je vidlica (zástrčka). Zásuvka je pevne spojená so stenou budovy, rozvadzača alebo stroja. Vidlica je súčasťou pohyblivého prívodu (káblu) k inému elektrickému zariadeniu, alebo je priamo čásťou tohto zariadenia (zásuvkový adaptér). Spojka je pohyblivá zásuvka, montovaná na predlžovací kábel a možno do nej zasunúť vidlicu. Prívodka je zabudovaná napevno do steny, alebo stroja, má ale kolíky ako vidlica a možno na ňu nasunúť spojku na konci predlžovacieho prívodu. Rozbočnica rozvetvuje obvod, vytvára viac prípojných miest. Svorky spájajú časti obvodu napevno. Môžu ich aj rozvetvovať.

Zapojenie sieťových zásuviek, L - je fáza, N - nulak, PE - ochranný vodič, PEN - uzemnený nulak:

2. Spínacie

Spínač alebo vypínač je súčiastka určená na spojenie alebo rozpojenie elektrického okruhu. Vyhotovenie môže mať ako mechanické, elektromagnetické, elektronické hydraulické alebo tlakovzdušné zariadenie.

Odpájač sa používajú na zapájanie a odpájanie elelktrických obvodov bez zaťaženia a na viditeľné odpojenie elektrického zariadenia od napätia. Používa sa v stave, keď bol obvod už predtým vypnutý vypínačom. Ide o bezpečnostnú funkciu pri práci na vypnutom (odpojenom) elektrickom zariadení. Vyhotovenie môže mať nožové, rotačné, sklápacie a nožnicové (pantografické).

Prepájač sa podobá nožovým odpájačom; možno nimi oddelene spínať dva rôzne nazaťažené elektrické obvody.

Stýkač je to diaľkovo ovládaný prístroj určený pre časté a krátkodobé spínanie väčších prúdov, motorov. Musí zapínať 8-12 násobok menovitého prúdu a vypínať 6-8 násobok menovitého prúdu.

3. Istiace

- chránia obvody pred skratom a preťažením.

Ističe sú samočinné istiace prvky chrániace obvod pred nadprúdom. Istič má menovitý prúd, po jeho presiahnutí odpojí kontakty. Menovité prúdy sú odstupňované, napríklad 1, 2, 3, 4, 6, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 63 A. Istič má 2 spúšte ktoré odpájajú kontakty: 1. Elektromagnetická spúšť reaguje hneď (desatiny sekundy) na skrat a je tvorená elektromagnetom. 2 Tepelná spúšť reaguje s oneskorením (minúty) na malé nadprúdy a je tvorená bimetalom. Okrem hlavných kontaktov istič má aj vedľajšie (opaľovacie) kontakty, ktoré šetria hlavné kontakty pred oblúkom. Oblúk je zhášaný v zhášacej komore (deionizačnej mriežke), do ktorej opaľovacie kontakty ústia. Vypínací prúd ističa je vyšší ako menovitý, možno ho nastaviť. Charakteristiky ističov sú označené písmenami: B - pre ochranu vedení, C - pre zariadenia všeobecne, D - pre zariadenia s vysokými prúdovými nárazmi. Napríklad označenie ističa C 20 znamená menovitý prúd 20 A a chrakteristiku C.

Poistky chránia obvod pred naprúdom. Obsahujú tavný drôtik, ktorý sa pri určitom prúde pretaví a takto rozpojí obvod. Tavný drôtik sa nesmie opravovať, prepálenú poistku treba vymeniť. Podľa času vypnutia sa poistky delia na: pomalé S (slow), normálne T (time), rýchle F (fast).

Výhoda poistiek je že sú malé, lacné a okamžite vypínajú pri nižšom prúde ako ističe. Výhodou ističa je opakované zapnutie obvodu, netreba kupovať nové poistky, a možnosť nastaviť vypínací prúd.

4. Ochranné

- chránia obvod a ľudí pred nebezpečným prúdom a prepätím.

Prúdový chránič - vypína ak prúd tečie mimo elektrický obvod. Pre ochranu ľudí má byť citlivosť 0,03 A, vypne za 0,2 s.

Zvodič prepätia má za účel odviesť vysoké napätie, obvykle z blesku, do zeme. Obsahuje iskriská alebo varistory. Funkčnosť varistoru je signalizovaná svetlielkom. Časť s varistorom je vymeniteľná. Pri údere blesku sa môže v elektroinštalácii indukovať nebezpečné napätie, je to takzvaný nepriamy úder blesku.

Triedy zvodičov:

  1. zvodič bleskového prúdu
  2. zvodič prepätia
  3. obmedzovač prepätia

Spúšťač elektromotra - obsahuje stýkač, ktorým sa zapína a vypína elektromotor. Obsahuje aj istič, ktorý chráni elektromotor pred skratom, preťažením a behom na 2 fáze. Možno zvoliť veľkosť prúdu spúšťača. Jemný spúšťač elektromotora obsahuje elektroniku na obmedzenie záberových prúdov pri spúšťaní. Záberové prúdy možno obmedziť aj frekvenčným meničom. Ide o drahé prístroje (aj s displejom). Funkcie teda sú - zapínanie, istenie a obmedzenie rozbehového prúdu elektromotora.

5. Elektrické rozvádzače

Rozvádzač je konštrukčný celok, na ktorom sa sústreďujú všetky elektrické prístroje podľa potrieb ovládaného zariadenia. Napríklad domový rozvádzač obsahuje poistky, ističe, schodiskový časovač a elektromer. Konštrukčne môže byť rozvádzač v ráme, môže mať predný panel s prístrojmi alebo dvierka. Vysokonapäťové rozvádzače môžu byť na posuvnom podvozku, aby sa uľahčil prístup k nim.

Otázky na opakovanie

  1. Nakreslite zapojenie 3 vodičovej 1-fázovej a 4 a 5 vodičovej 3-fázovej zásuvky.
  2. Na čo je určený vypínač, prepínač, odpájač, prepájač a stýkač?
  3. Na čo je určená elektromagnetická a tepelná spúsť ističa?
  4. Aké rozdielné vlastnosti majú ističe a poistky?
  5. Za akých podmienok odpojí prúdový chránič chránený obvod?
  6. Akú funkciu má zvodič prepätia?
  7. Akú funkciu má spúšťač elektromtora?
  8. Uveďte príklad, čo môže obsahovať elektrický rozvádzač.
6. Meracie prístroje Podľa veličiny: ampérmeter, voltmeter, wattmeter, kWh-meter Podľa určenia: - pracovné - v teréne, napríklad vo výrobe - metrologické - na overenie meranej veličiny, bežne sa nepoužívajú - etalóny - podľa nich sú zhotnené miery, alebo meracie prístroje, napríklad etalón 1 kg Podľa výstupu - zobrazovacie (ukazovacie, indikačné) - ukazujú aktuálnu hodnotu - zapisovacie (registračné) - zapisujú namerané hodnoty, napríklad barograf - integračné (kumulatívne) - zapisujú meranú hodnotu integráciou, napríklad výkon (kW) x čas (hod) = energia (kWh), príklad merača: spotreby elektriny Podľa charakteru meraného údaja - analógové - údaje sú spojitou funkciou meranej veličiny - digitálne (číslicové) - poskytujú údaje v číslicovej forme Podľa styku s meraným médiom - dotykové - priamy styk s meraným prostredím (vodičom) - bezdotykové - neprichádzajú do styku s meraným médiom, napríklad kliešťový bezdotykový ampérmeter
PrílohaVeľkosť
PrudovyChranic.png90.94 KB
ZvodicBleskovehoPrudu.jpg39.88 KB

2. Elektrické prístroje

1. Vodiče

Elektrické káble obsahujú:

  • vodiče - dôty pre pevné káble, alebo lanká pre pohyblivé káble
  • izolácie - lak, PVC, PE
  • výstuž - oceľový drôt
  • elektromagnetické tienenie - medená alebo hliníková rúrka alebo úplet odtieni vysokofrekvenčné žiarenie a nízkofrekvenčnú elektrickú (NF) zložku, krútenie vodičov potlačí NF magnetickú zložku a presluch medzi káblami.
    • Prierez vodiča musí byť dostatočný aby sa v danom prostredí uchladil a neroztavila sa alebo nezhorela izolácia. Vodič musí odolať maximálnemu povolenému prúdu aj krátkodobému skratu.

      Farebné značenie vodičov

      Holé vodiče:

      • krajný (fázový): oranžová s doplnkovým označením čierne priečne pruhy = poradie fázy
      • stredný (neutrálny): svetlomodrý
      • ochranný: zelenožltý

      Izolovaný v striedavej sústave

      • fáza: čierny, hnedý, šedý
      • stredný (neutrálny): svetlomodrý
      • ochranný: zelenožltý

      Izolovaný v jednosmernej sústave

      • kladný pól: červený
      • záporný pól: tmavomodrý
      • stredný (neutrálny): svetlomodrý
      • ochranný: zelenožltý

      2. Ochranné zariadenia

      Poistky sú určené na jednorázové prerušene obvodu, ak ním tečie niekoľkokrát o pár desiatok percent väčší ako povolený po dobu niekoľkých minút, až po niekoľkokrát väčší prúd po dobu zlomku sekundy. Obsahujú tavný drôtik, ktorý sa prechádzajúcim veľkým prúdom roztaví. Poistky sa nesmú opravovať, vymieňajú sa. Poistky sa používajú tam, kde nedochádza často k nadprúdom alebo je k dispozícii malý priestor, napríklad v osobnom aute.

      Ističe fungujú rovnako ako poistky, ale možno ich znova zapnúť a majú väčšie rozmery. Používajú sa tam, kde sa naprúd vyskytuje častejšie, napríklad v domácnostiach. Hodnota povoleného prúdu je vyznačená na ističi, spolu s rýchlosťou reakcie, pre domácnosti je to B.

      Príklad1: V domácnosti je zásuvkový istič na 16 A. Spočítajte prúd, ktorý by sa zo zásuviek odoberal po pripojení všetkých spotrebičov v domácnosti.
      elektrická rúra: 10 A rýchlovarná konvica: 10 A
      práčka: 10
      vysávač: 3 A
      televízor: 1 A
      počítač: 1 A
      spolu: 35 A

      Prúdový chránič odpája obvod ak prúd tečie mimo obvod. Má malý vypínací prúd, pre ochranu ľudí 0,03 A, pre stroje 0,1 A.

      Zvodič prepätia

      Rozbehové zariadenia elektromotorv

      3. Elektrické siete

      a) Vodiče a napätia na transformátore v zapojení hviezda:

      Označenie vodičov: L1, L2, L3 - fázy, N - vyrovnávací vodič = nulak

      Označenie napätí: Uf - fázové napätie, medzi fázou a nulakom. Uz - združené napätie, medzi dvoma fázami

      b) Typy sietí:

      Siete majú transformátor zapojený do hviezdy. Obsahujú 3 fázy: L1, L2, L3. Jednotlivé typy sietí sa líšia zapojením spoločného bodu transformátora.

      Okrem siete IT majú všetky siete spoločný bod transformátora uzemnený.

      TNC má zo spoločného bodu vyvyedený kombinovaný vodič PEN, ktorý má funkciu neutrálneho N aj ochranného PE vodiča.

      TNS má zo spoločného bodu vyvedené dva vodiče, neutrálny N a ochranný PE.

      TN-C-S má zo spoločného bodu vyvedený 1 vodiče PEN, ktorý sa ďalej, napríklad v dome, rozvetvuje na samostatné vodiče N a PE. Ide o kombináciu sietí TNC a TNS.

      TT má vyvedený len vodič N. Vodič PE je uzemnený a nie je spojený s N.

      IT má izolovaný uzol. PE je uzemnený.

      c) Zapojenie zásuviek

      1-fázové zásuvky:

      2-vodičové zapojenie sa nachádza v starších budovách, fáza sa dávala vľavo a nulak vpravo, aby správne fungovala ochrana osôb. V novostabnách musí byť 3 vodičový rozvod so samostatným ochranným vodičom. Istia sa pracovné vodiče, ochranný vodič nesmie byť istený ani nijak prerušený.

      3-fázové zásuvky:

      4. Ochrany

      Ľudí zabíja prúd nad 0,1 A po dobu nad 1 sekundu, a škodí im silné elektromagnetické pole. Vodiče sa rýchlo prehrejú a poškodí sa ich izolácia, ak nimi tečie prúd niekoľkokrát vyšší ako je povolený.

      1) Ochrana ĺudí pred nebezpečným dotykom

      a) Opatrenia

      • Izolácia spotrebičov a káblov zabráni nebezpečnému dotyku.
      • Vodivé pospájanie kovových krytov a konštrukcií zabráni vzniku rozdielu napätía medzi nimi.
      • Poloha mimo dosah ľudí zabráni nebezpečnému dotyku.

      b) Prístroje - vyhodnocujú nežiadúci prúd a zareagujú. Prúd sa uzatvára podľa typu siete, cez ochranný vodič alebo cez zem.

      • Ističe alebo poistky: Ochranný vodič je pripojený na kovovú kostru. Ak sa na kostru dostane fázové napätie, tak nastane skrat a ten vypne prístroj. Ak prúd tečie cez zem, musí byť uzemnenie dostatočne kvalitné, aby vznikol dostatočne veľký prúd. Ochrana nemusí fungovať, ak je prerušené vodivé spojenie medzi pospájanými chránenými časťami, naopak s uzemnením môže vzniknúť nebezpečný rozdiel napätí.
      • Prúdový chránič vypne, ak prúd nad 0,03 A tečie mimo obvod. Uzemnenie nemusí byť kvalitné.
      • Bleskoistky zvedú vysoké napätie.
      • Dopytový odpojovač vypne napätie, ak sa neodoberá žiaden prúd. Tým sa dočasne odstráni nebezpečné napätie aj pole.

      2) Ochrana káblov:

      • Ističe alebo poistky vypnú ako bolo popísané. Ochrana funguje aj pri prerušení pospájania kovových častí.
      • Kovová trúbka zabráni vysokofrekvenčnému rušeniu dátových káblov.
      • Rôzny počet krútení na meter zabráni rušeniu medzi jednotlivými pármi vodičov v dátovom kábli.
      • Feritová rúrka na vodiči zabráni VF vyžarovania do kábla z prístroja.

      3) Tienenie - zabráni vyžarovaniu elektromagnetického poľa.

      • Kovová trubička, doska alebo náter odtieni vysokofrekvenčné žiarenie, a elektrickú zložku nízkofrekvenčného poľa. Pre nízke frekvencie musí tienenie uzemnené, a nesmie byť spojené s neutrálnym vodičom. Magnetické NF tienenie sa realizuje špeciálnymi feromagnetickými zliatinami.
      • Krútenie vodičov obmedzí magnetickú zložku poľa.

      Príklad 1: Aký odpor musí mať uzemnenie, aby sa cez neho vypol istič na 16 A pri napätí 230V?
      R = U : I = 230 V : 16 A = 14 Ohmov.
      Odpoveď: Uzemnenie musí mať odpor menší ako 14 Ohmov.

      Príklad 2: Aký odpor musí mať uzemnenie, aby sa cez neho vypol prúdový chránič na 0,03 A pri 230 V?
      R = U : I = 230 V : 0,03 A = 7667 Ohmov.
      Odpoveď: Uzemnenie musí mať odpor menší ako 7 kiloOhmov.

      Príklad 3: Cesta poruchového prúdu cez poistky, vodič PE, PEN, alebo zem.

      Príklad 4: Domová inštalácia

      Príklad 5: Svorkovnica pre osvetlenie

      Meracie prístroje

      Voltmeter má veľký vstupný odpor, aby neovplyvňoval merané napätie. V multimetri má spoločnú svorku s ohmmetrom.

      Ampérmeter ktorý meria priamo, má malý vstupný odpor, aby neovplyvňoval meraný prúd. Zapája sa medzi prerušený vodič obvodu. V multimetri má samostatnú svorku. Nesmie sa zapojiť na zdroj napätia, lebo vznikne skrat a prístroj sa poškodí. Kliešťový ampérmeter meria prúd nepriamo, kliešte prístroja sa uzatvoria okolo meraného vodiča.

      Wattmeter

      Osciloskop

      Chyby merania

PrílohaVeľkosť
Zapojenie3fazovychZasuviek.png15.91 KB
SietPriklad1.png15.44 KB
ZapojenieSvorkovniceSvetla.png13.23 KB

9. Elektrická energia

Obsah

    Linky
  1. Elektrická energia - výroba, označovanie napätí, používané napätia, rozvodná sieť
  2. Bezpečnosť - značenie vodičov: príklad, farebné a kódové, izolácia, nulovanie, zemnenie, pospájanie, prvá pomoc, hasenie požiaru, nebezpečný prúd, bezpečné napätia
  3. Siete - význam písmen, pripojenie poruchových zariadení, zapojenie zásuviek
  4. Otázky na opakovanie

Linky

1. Elektrická energia

Výroba elektrickej energie

Bloková schéma elektrárne: a) tepelná, b) jadrová

  • Tepelná elektráreň - spaľovaním paliva (uhlie, plyn, biemasa) vzniká z vody para, tá roztáča turbínu spojenú s alternátorom. V chladiacej veži sa voda skvapalní. Spustenie tepelnej elektrárne trvá niekoľko dní.
  • Jadrová elektráreň - princíp ako tepelná, ale na ohrev sa používa jadrový reaktor. Kôli radiácii je teplo predávané cez výmenník tepla, sú oddelené 2 okruhy s vodou - primárny a sekundárny.
  • Vodná elektráreň - na turbínu ( http://sk.wikipedia.org/wiki/Turb%C3%ADna ) je pripojený alternátor. Velké vodné elektrárne sa stavajú prehradením riek, malé pomocou malých vodných stavieb ...
  • Fotovoltaika - priama premena slnečného svetla na elektrické napätie na kremíkových (monokrištalických, alebo polykryštalických) článkoch. Vhodné na domáce použitie, masovému nasadeniu bránia dimenzovanie prenosovej sústavy a fakt že všetky fotovoltaické elektrárne musia byť zálohované inými elektrárňami, ktoré môžu pracovať aj bez svetla.
  • Veterná elektráreň - na veternú turbínu (...) je pripojený alternátor. Vhodné iba na miesta kde často fúka vietor (more, vrchol kopcov, velké roviny).
  • Iné tepelné elektrárne - slnečná (koncentruje slnečné svetlo zrkadlami a zohrieva tekutinu), hydrotermálna (geologické vrty).

Označovanie napätí:

  • MN - malé napätie - do 50 V
  • NN - nízke napätie - do 600 V
  • VN - vysoké napätie - do 30 kV
  • VVN - velmi vysoké napätie - do 170 kV
  • ZVN - zvlášť vysoké napätie - do 800 kV
  • UVN - ultravysoké napätie - nad 800 kV

Používané napätia:

  • do 12 V - spotrebiče na batérky a akumulátory
  • 230 / 400 V - domácnosti a podzemné vedenia
  • 30kV - vzdušné vedenia pre mestá
  • 170 kV - diaľkové vedenia
  • 400 kV - medzištátne vedenia

Rozvodná elektrizačná sústava:

  1. dipečing - riadi elektrickú sústavu, zapína vodné elektrárne v čase odberových špičiek, zapína diaľkovo spotrebiče na nízku tarifu (bojler, elektrické kúrenie) v čase malej spotreby, presmeruje energiu pri poruchách časti sústavy
  2. elektráreň - alternátor vyrába energiu s napätím 10 000 V, preto sa transformuje v elektrárni na vysoké napätie
  3. diaľkové vedenia - stožiare, keramické izolátory, oceľové laná - vodiče
  4. transformátory - na stĺpoch, na zemi, v špeciálnych domčekoch
  5. rozvodne - rozvetvujú elektrické vedenia pri mestách
  6. podzemné vedenia 230 V / 400 V v mestách a dedinách
  7. rozvodná skrinka pred domom pripája podzemné vedenie a obsahuje poistky
  8. ističe a poistky v dome - istia jednotlivé okruhy v bytoch, vchodoch, spoločných priestoroch
  9. rozvodná skrina pre skupinu bytov v bytovom dome
  10. vedenia v stenách, staršie hliníkové, alebo novšie medené
  11. svorkovnice, vypínače a zásuvky
  12. pohyblivé prívody spotrebičov a predlžovačky, sú zo splietaných medených vodičov s kvalitnou izoláciou
  13. spotrebiče - napríklad práčka, žehlička, mikrovlnka, počítač, elektrický sporák, vŕtačka, flexka, cirkulárka, vodné čerpadlo>

2. Bezpečnosť pri práci s elektrickým prúdom

Zapojenie sekundáru transformátora do hviezdy, označenie vodičov a napätí:

L1, L2, L3 - fázy, N - nulak, Uf - fázové napätie, Uz - združené napätie

Príklad označenia odičov:

Ukážka zapojenia farebných vodičov do zásuviek:

Izolácia:

  • pracovná - umožňuje činnosť elektrických zariadení, materiál sú bežné plasty (PVC, PE, XLPE, PP, PTFE...), laky, smalt, opradenia bavlnou
  • ochranná - vytvára základnú ochranu pred úrazom elektrickým prúdom, je to pracovná izolácia alebo kryty
  • doplnková - zvyšuje stupeň ochrany, sú to ďalšie kryty a zábrany

Niektoré zariadenia majú kovový kryt. V prípade poruchy sa môže na kryt dostať fázové napätie a ohroziť život človeka. Preto sa kovový kryt pripája na ochranný vodič.

Nulovanie - poruchový prúd tečie cez ochranný vodič späť do zdroja. Vytvorí sa skrat a ten vypne ističe alebo positky. Nulovanie je starší názov pre ochranu samočinným odpojením od zdroja v sieti TNC, TNS, TN-C-S. Pôvodne sa na nulovanie používal chránený nulak PEN, preto sa používal názov nulovanie.

Zemnenie - poruchový prúd tečie cez zem naspať do uzemneného uzla zdroja, alebo tečie medzi dvoma uzemnenými zariadeniami. Poruchový prúd vypne ističe alebo poistky. Vzhľadom na odpor uzemnenia možno chrániť obvody len do 10 A. Zemnenie je starší názov pre ochranu samočinným odpojením od zdroja v sieti TT, IT.

Pospájanie - všetky kovové predmety sa vodivo pospájajú. Takto nemôže medzi nimi vzniknúť rozdiel napätí.

Prvá pomoc pri úraze elektrickým prúdom:

  1. Prerušíme elektrický prúd - vypnene stýkač, alebo ističe
  2. Obnovíme zastavené životné funkcie - umelé dýchanie cca 16 vdychov za minútu, masáž srdca - silné stláčanie hrudného koša niekoľkokrát za sebou, a to celé niekoľkokrát za minútu.
  3. Zavoláme prvú pomoc, telefón 155.

Hasenie požiaru spôsobeného elektrickým prúdom:

  1. Vypnúť elektrické napätie - stýkač alebo ističe.
  2. Použiť snehové alebo pieskové hasiace prístroje. Pieskové narobia škodu, radšej snehové. Nepoužívať vodné, hrozí zásah elektrickým prúdom.
  3. Privolať požiarnikov 150.

Nebezpečný prúd je pre človeka 10 mA. Spôsobuje smrť za niekoľko sekúnd z dôvodu fibrilácie srdca a rozkladu elektrolytov. Odpor ľudského tela je rôzny, 800 Ω až 2 000 Ω. Závisí od miesta dotyku, dráhy prúdu a psychického stavu (nervózny človek sa potí a zvyšuje sa vodivosť pokožky).

Príklad: Aký prúd tečie ľudským telom pri napätí 230 V a odpore tela 1 000 Ω?

I = U / R = 230 V / 1000 Ω = 230 mA

Bezpečné napätia boli stanovené pre dané prostredia na:

  • 48 V - pre bezpečné prostredie - suché, izolované zariadenia
  • 24 V - pre nebezpečné prostredia - vlhké, kovové zariadenia
  • 12 V - pre zvlášť nebezpečné prostredia - mokré, vodivé roztoky a kovové zariadenia

3. Siete

Význam písmen označujúcich siete:

Prvé písmeno: T alebo I určuje vzťah uzla sekundárneho vinutia napájacieho transformátora k uzemneniu. Ak je uzol sekundárneho vinutia napájacieho transformátora uzemnený, potom je prvé písmeno T (od španielskeho slova terre = zem). Ak uzol sekundárneho vinutia napájacieho transformátora uzemnený nie je, je izolovaný, potom je prvé písmeno I (od španielskeho slova isolution).

Druhé písmeno: T alebo N určuje vzťah neživej časti k uzemneniu. Ak je neživá časť uzemnená, potom je druhé písmeno T (terre). Ak uzemnená nie je, potom je spojená s vodičom N a druhé písmeno je N.

Tretie písmeno: C alebo S určuje vzťah medzi vodičom PE a N. Ak sú zlúčené do jedného vodiča PEN, tak je tretie psmeno C (od španielskeho slova combination). Ak sú vodiče samostatné, tak je tretie písmeno S (od španielskeho slova separation).

Pripojenie poruchových zariadení:

Vodič PE je ochranný vodič. Má za úlohu zvádzať poruchový prúd. Vodič N je pracovný (neutrálny) vodič. Má za úlohu viesť bezporuchový (prevádzkový) prúd (uzatvárať obvod). Vodič PEN je kombinovaný vodič, ktorým v bezporuchovom stave preteká prevádzkový prúd, avšak pri poruche odvádza z kostry poruchu.

Poruchový prúd má vypnúť istiace zariadenie. Vypínací prúd sa vedie v jednotlivých sietiach takto:

  • TNC - cez vodič PEN
  • TNS - cez vodič PE a N
  • TN C-S v jednotlivých častiach siete cez PEN alebo PE a N (rozdelený vodič PEN na PE a N sa dalej nesmie spájať),
  • TT - cez zem pričom PE je vlastne uzemnenie zariadenia,
  • IT - kedže nie je uzemný uzol zdroja, nemôže vzniknúť nebezpečný prúd mimo obvodu a preto treba mať strážcu izolácie, ak sú pripojené na IT sieť 2 zariadenia, môže tiecť prúd medzi nimi, čím sa vypne jedno zariadenie

Zapojenie jednofázových zásuviek v jednotlivých typoch sietí:

Otázky na opakovanie

  1. Vymenujte časti tepelnej, jadrovej a vodnejelektrárne.
  2. Vymenujte časti elektrickej rozvodnej sústavy.
  3. Nakreslite zapojenie sekundárneho vinutia transformátora do hviezdy a do trojuholníka, označte vodiče L1, L2, L3, N, vyznačte fázové a združené napätie.
  4. Napíšte ktoré vodiče a s akou farbou sú pod kódovým označením 5C a 3C.
  5. Ako sa vedie poruchový prúd v jednotlivých sietiach?
  6. Nakreslite zapojenie 1-fázovej zásuvky v jednotlivých sietiach.
PrílohaVeľkosť
elk91.png2.09 KB
elk92.png2.88 KB
elk93.png1.6 KB
zasuvky.gif3.56 KB
zasuvky.png4.67 KB
TypySieti.png4.58 KB

10. Základy elektroniky

Obsah

    Linky
  1. Vedenie prúdu v rôznych prostrediach
  2. Polovodiče
  3. Spôsoby výroby PN prechodu
  4. Dióda
  5. Voltampérová vharakteristika diódy
  6. Druhy diód
  7. Zapojenia so spínacími diódami
  8. Bipolárny tranzistor
  9. Zapojenia tranzistora
  10. Prúdový zosilovací činiteľ tranzistora
  11. Unipolárny tranzistor
  12. Tyristor
  13. Triac
  14. Diac
  15. Senzory - fotoodpor, fotodióda, fototranzistor, CCD, snímač pohybu
  16. Zobrazovacie zariadenia - LCD, LED, LD
  17. Otázky na opakovanie

Linky

  1. Násobič napätia: http://alzat.spseke.sk/zdroje/nasob/nasobice.htm

1. Vedenie prúdu v rôznych prostrediach

  1. Vo vákuu elektrickému prúdu = pohybu nabitých častíc nič nekladie prekážku, častice sa pohybujú bez straty energie. Napríklad slnečný vietor vo vesmíre, urýchlovač častíc, CRT obrazovka.
  2. V plynoch tečie prúd až po ionizácii plynu. Plyn sa obvykle ionizuje napätím medzi elektródami. Ionizovaným plynom preteká prúd ako vodičom. Príkladom sú výbojky používané na osvetlenie, alebo blesk.
  3. V izolantoch prúd netečie, pretože izolanty neobsahujú voľné nosiče náboja. Prúd začne tiecť až pri určitej vykoje intenzite elektrického poľa anastáva prieraz izolantu. Každý izolant z určitého materiálu a určitej hrúbky má svoju elektrickú pevnosť vyjadrenú v kV.
  4. Vodiče sú materiály ktoré obsahujú voľné nosiče náboja a vedú prúd s pomerne malými stratami. Vodičmi sú obvykle kovy a elektrolyty. Zahrievaním vodiča klesá jeho vodivosť, pretože sa zvyšujú zrážky nosičov náboja s okolitými atómami, dochdáza k strate ich pohybovej energie a elektrický prúd sa mení na teplo.
  5. Polovodiče sú látky, ktorých vodivosť má hodnotu medzi kovmi a izolantmi.

2. Polovodiče

Čisté polovodiče sú kremík Si a germánium Ge. Tepelný pohyb polovodičov spôsobuje uvoľňovanie elektrónov z atómov polovoiča. Vznikajú voľné elektróny a diery (miesta s kladným nábojom odkial sa uvoľnil elektrón). Zahrievaním polovodiča sa zvyšuje jeho vodivosť, pretože sa s rastúcou teplotou uvoľňuje viac elektrónov.Prímesové polovodiče obsahujú atómy ktoré dodávajú voľné elektróny alebo diery, preto zvyšujú vodivosť polovodiča. Polovodiče typu N majú prebytok voľných elektrónov. polovodiče typu P majú prebytok dier.

3. Spôsoby výroby PN prechodu

  • bodový - privarenie kovového drôtu ku kryštálu
  • zliatinový - na monokrištál N sa položí legujúci materiál P, zahreje sa, vznikne zliatinový prechod
  • difúzny - vzniká difúziou - P legovaním? do monokryštálu N z plynnej fázy (cca 1?m/hod)
  • fotolitografický - možnosti: 1.) planárny prechod PN = selektívna difúzia s oxidovaným maskovaním; 2.) prechod PN v epitaxnej vrstve = a) epitaxný rast, alebo b) selektívna difúzia; 3.) odleptaný diferenciálny prechod - malá plocha prechodu

4. Dióda

Polovodičová dióda vzniká spojením dvoch polovodičov typu P a N. Na mieste spojenia vznikne PN prechod. Na PN prechode vzniká napätie. Pri pripojení napätia v záverneom smere sa prechod zväčšuje a dióda nevedie prúd. Při zapojení napätia v priepustnom smere prechod mizne a dióda vedie prúd.

5. Voltampérová charakteristika diódy

Voltampérová charakteristika znázorňuje závislosť napätia a prúdu na dióde. Pri zvyšovaní napätia v priepustnom smere z nuly na hodnotu kým zmizne napätie na PN prechode sa dióda postupne otvára, závislosť napätia a prúdu ni eje lineárne. Napätie pri ktorom sa dióda otvorí v priepustnom smere je typicky asi 0,7 V. Pri ďalšom zvyšovaní napätia už prúd diódou je lineárne závislý od napätia. V závernom mere diódou tečie iba veľmi malý záverný prúd. Pri veľmi veľkom závernom napätí nastane prieraz diódy a dióda sa otvorí. U obyčajných diód znamená prieraz zničenie diódy. Obvykle sú to tisíce voltov.

Obrázok: Voltampérová charakteristika: UBR - prierazné napätie, v závernom smere, UFmax -> IFmax je dané maximálnym príkonom, teplom ktoré môže vyžiariť bez poškodenia.

Obyčajné diódy sa používajú na usmernenie striedavého napätia. Frekvencia s ktorou môžu pracovať je daná ich konštrukciou. Čím širší je prechod, tým pracujúc s menšou frekvenciou ale zasa s väčším prúdom.

6. Druhy diód:

  • Usmerňovacia dióda je určená na výkonové usmernenie striedavého napätia. Pre väčšie prúdy majú diódy púzdro ktoré umožňuje pripojiž ich na chladič.
  • Detekčná dióda je určená na usmernenie vysokofrekvenčného prúdu v prenosovej technike.
  • Zenerova dióda je špeciálne navrhnutá diódy, ktoré sa prierazom nezničí. Jej prierazné napätie je konštručne nastavené na presnú hodnotu rádovo v desiatkách voltov. Zenerove diódy sa využívajú na stabilizáciu napätia. Diódu možno zničiť aj priepustnom smere, a to tak že ňou tečie väčší prúd ako je povolený. Dochádza k tepelnému zničeniu diódy. Výkonove diódy sa chladia a to umožní aby pracovali s väčšími prúdmi. Výkonové diódy sa používajú napríklad v alternátoroch alebo zváracích prístrojoch.
  • Varikap je dióda u ktorej sa využíva kapacita PN prechodu, ktorá sa mení v závislosti na napätí na varikape, teda od stupňa otvorenia diódy. Varikapy sa používajú v napäťovo riadených kmitavých obvodoch, napríklad v kanálovom voliči.
  • LED (light emited diode) - svetlo emitujúca dióda - je určená na osvetlenie a signalizáciu.
  • LD (laser diode) - laserová dióda - vyžaruje úzke svetelné spektrum (šírka 1 nm), využíva sa v prenosovej technike (optické káble).

7. Zapojenia so spínacími diódami

  1. Jednocestný usmerňovač je tvorený jednou sériovo zapojenou diódou, ktorá prepúšťa iba jednu polvlnu striedavého napätia. Usmernením vznikne pulzujúce jednosmerné napätie.
  2. Dvojcestný mostíkový usmerňovač
  3. Dvojcestný usmerňovač pre 3-fázové napätie
  4. Ochrna trsanzistora pred indukčnou záťažou: indukovaný prúd pri vypínaní indukčnej záťaže má opačný smer ako napájacie napätie, indukčná špička je vyskratovaná diódov, podobne ako pri odrušovaní komutátorového meotora.
  5. Odrušenie jednosmerného komutátorového elektromotora: Neustále prerušovanie a zapínanie cievok motora pri otáčaní rotora spôsobuje indukčné impulzy, ktoré sa pri nekvalitnom odrušení dostávajú do celej elektrickej sústavy a putujú po kábloch na veľké vzdialenosti. Rušenie môže byť širokospektrálne, od rádovo desiatok Hz po desiatky kHz. Odrušovacie diódy sú zapojené v závernom smere vzhľadom na napájacie napätie elektromotora. Diódy vyskratujú indukované napätie.
  6. Násobič napätia sa používa na získanie vyšších jednosmerných napätí rádovo stovky voltov až jednotky kilovoltov z nižšieho striedavého napätia. Sú vhodné pre malé zaťažovacie prúdy, jenotky až desiatky miliampér. Zapojenie najjednoduchšieho kaskádového násobiča napätia je znázornené na obrázku.

8. Bipolárny tranzistor

Tranzistor (angl. Transistor) - transfer rezistor. Obsahuje 3 elektródy: báza B, koletor C a emitor E.

U bipolárneho tranzistora sa na vodivosti sa podielajú elektróny aj diery, je tvorený dvoma prechodmi na jednom monokryštále, emitorový prechod sa obyvkle polarizuje v priepustnom a kolektorový v závernom smere

Štruktúra NPN a PNP tranzistora:

Princíp činnosti tranzistora:

Malým prúdom báze ovládame oveľa väčší prúd kolektoru

Zapojenie tranzistorov:

  • so spoločným emitorom SE
  • so spoločnoým kolektorom SC
  • so spoločnou bázou SB

Druhy tranzistorov:

  • univerzálne - zosilovacie stupne, Pc < 0,5 W, Uce < 50 V, Ic < 0,5 A
  • výkonové: Pc < stovky W, Uc < 150 V, Ic < desiatky A
  • vysokofrekvenčné
  • spínacie - optimalizované na rýchle zmeny

Značenie tranzistorov. Napríklad KC149.

Prvé písmeno

  • A (G) ? germániový tranzistor
  • B (K) ? kremíkový tranzistor

Duhé písmeno

  • C ? nízkofrekvenčné tranzistory
  • D ? nízkofrekvenčné výkonové tranzistory
  • F ? vysokofrekvenčné tranzistory
  • L ? vysokofrekvenčné výkonové tranzistory
  • S ? spínacie tranzistory
  • U ? spínacie výkonové tranzistory

Tratie písmeno priamo označuje technické parametre tranzistora.

5. Unipolárny tranzistor

Prúd vedú majoritné nositele náboja ? voľné eletróny alebo diery.

Typy:

  • FET (Field Effect Tranzistor) ? využíva objemové javy v kryštalickom polovodiči
  • JFET (Junction FET). Štruktúra:

Činnosť tranzistora JFET: šírka ochudobnenej oblastia a tým aj N-kanálu sa mení na základe potenciálu = napätia na G oproti S.

  • MOS FET (Metal Oxide Silicon (Semiconductor) = MIS (Metal Isulatro Semiconductor) ? vodivý kanál



Tepelný senzor

Súčiastky s viacerými prechodmi

  • Dvojbázová dióda ? vývody emitor, báza1, báza2.
  • Diak
  • Tyristor ? Má tri elektródy, anódu A, katódu K a riadiacu elektródu G. Prepúšťa prúd iba v jednom smere ak je otvorený. Tyristor sa otvorí privedením malého kladného napätia/prúdu na riadiacu elektródu G. Po odpojení napätia na G ostáva tyristor stále otvorený, dokiaľ nie je vypnuté napätie medzi A a K. Tyristor sa využíva v obvode striedavého prúdu, na fázové (oneskorené) spínanie spotrebičov. Vypína sa vždy při prechode striedavého napätia/prúdu nulou.
  • Triak ? je to obojmerný tyristor. Má tri elektródy, anódy A1 a A2 a riadiacu elektródu G. Prepúšťa prúd v oboch smeroch. Otvorí sa privedením napätia/prúdu akejkoľvek polarity na G. Uzatvorí sa prechodom nulou při striedavom napätí/prúde medzi A1 a A2. Využitie podobné ako tyristor, ale v obvode stačí jeden.
  • Optoväzobné prvky ? obsahujú vysielač svetla, napríklad LED a spínací prvok citlivý na svetlo. Ovládacia časť (s LED) a ovládaná časť(prvok citlivý na svetlo) sú od seba galvanicky oddelené.
  • Transil, trisil

Osvetľovacie zariadenia

  • Žiarovky obsahujú volfrámové vlákno. Vyššiu účinnosť majú halogénové žiarovky, ktoré obsahujú halogénový prvok ktorý sa vyparuje a ochladzuje vlákno, ktoré pracuje na vyššej teplote.
  • Tlejivky ? pri tlaku pod 10 kPa vzniká při napätí niekoľko 100 V katódové žiarenie. Malý odber prúdu, mikroampére, použitie jako detektory napätia.
  • Žiarivky ? při nižšom tlaku vzniká silné anódové žiarenie vo forme úzkych spektrálnych čiar, dosahuje aj UVB. Preto je na vnútornom povrchu sklenej banky nanesená svietiaca látka ? luminofor. Podľa chemického zloženia luminofora môže mať žiarivka požadovanú farbu a spektrum. Žiarivky sa používajú na osvetľovanie priestorov alebo na podsvecovanie LCD televízorov.
  • Výbojky ? pri vysokom tlaku nastáva výboj při ionizácii plynu. Robí sa to obvykle odparením kovov, preto chvíľu trvá kým sa výbojka naplno rozsvieti. Výboj prebieha v ich parách, plyn kovu svieti. Používa sa sodík (biele svetlo) a ortuť (oranžové svetlo).
  • LED žiarovky ? množstvo LED diód uzatvorené v priesvitnej banke.

Výhody osvetľovacích zariadení: 1. žiarovka ? spojité spektrum = príjemné svetlo, 2. žiarivka ? 4 x menšia spotreba jako žiarovka, 3. výbojka ? veľký výkon ? osvetlenie hál a štadiónov, 4. LED žiarovka ? 10 x nižšia spotreba jako žiarovka, životnosť 7000 hodín, možno často zapínať.

Nevýhody osvetľovacích zariadení: 1. žiarovka ? veľká spotreba, životnosť stovky hodín, 2. žiarivka ? bliká = stroboskopický efekt nebezpečný vo výrobnývh halách, chudobné čiarové spektrum, 3. výbojka ? treba čakať pár minút kým sa rozsvieti, 4. LED žiarovka ? lacnejšie blikajú, vysoká cena.

Zobrazovacie zariadenia

  • CRT ? vákuová obrazovka, obsahuje elektrónové delo, vychyľovacie cievky, masku a tienidlo = zobrazovaciu plochu s farebnými luminoformi. Elektrónový lúč je vychyľovaný cievkami a po riadkoch vykresľuje obraz na tienidle. Obraz je rozložený na body.
  • Plazmová ? obsahuje sieťkomôrok v ktorých vzniká výboj, ktorý rozsvecuje farebné luminofory nad nimi. Spotreba elektriny na úrovni CRT, sýte farby, väčší kontrast.
  • LCD ? tekuté kryštály prepúšťajú polarizované svetlo ak sa na nich pripojí napätie. LCD obrazovka je podsvietená žiarivkami alebo LED diódami, obsahuje sieť farebných fitrov a LCD filtrov. Otvorením LCD filtra sa rozsvieti jeden farebný bod.
  • OLED ? organické LED

Otázky na opakovanie

  1. Čo umožňuje viesť prúd vo vákuu, riedkom a hustom plyne, a v polovodiči? Uveďte praktické využitie vedenia prúdu v týchto prostrediach.
  2. Čo je čistý polovodič, typu N a P? Ako vzniká a zaniká PN prechod?
  3. Nakreslite Volt-Ampérovú charakteristiku diódy. Definujte alebo vyznačte: priepustný a nepriepustný smer, prierazné napätie, nelineárnu a lineárnu časť.
  4. Nakreslite jednocestný a dvojcestný 1-fázový, a 3-fázový usmerňovč pomocou diód. Aký má tvar vstupné a výstupné napätie na jednotlivých usmerňovačoch?
  5. Akým spôsobom pracuje tranzistor, aké ma elektródy a na čo sa používajú? Aký je rozdiel v princípe činnosti a odbere prúdu medzi tranzistorom riadeným prúdom a poľom, zatvoreným a vodivým?
  6. Za akých podmienok sa otvorí, vedie prúd a uzatvorí sa tyristor a triak? Akým smerom prepúšťajú prúd? Aké majú elektródy?
  7. Uveďte princíp činnosti a príklad použitia: fotoodpor, fotodióda, fototranzistor, CCD.
  8. Uveďte princíp činnosti a príklad použitia: LED, LD, LCD, plazmový televízor.
  9. Uveďte princíp činnosti a príklad použitia pre sondy: lambda, Hallova, tlaková, tepelná.
PrílohaVeľkosť
elk65.png33.74 KB
elk66.png26.77 KB
elk67.png57.84 KB
elk68.png121.88 KB
elk69.png49.78 KB
elk610.png49.76 KB
elk611.png56.64 KB
elk612.png115.38 KB
elk613.png132.5 KB
elk61.png13.38 KB
elk62.png11.89 KB
elk63.png19.37 KB
elk64.png42.54 KB
ZapojeniaSpinancichDiod.png85.15 KB

11. Impulzné obvody

1. Impulzy

Impulz je zmena fyzikálnej veličiny, napríklad napäťový alebo prúdový impulz. Periodický signál obsahuje pravidelne opakujúce sa impulzy.

Obrázok č. 1: Hore - Impulzy - jednotkový, skok, pravouhlý, sínusový, trojuholníkový. Dole - periodické signály - sínusový, pravouhlý.

Obrázok č. 2: Skladanie signálov s frekvenciami f a 3.f

Základným signálom je sínusový priebeh. Skladaním sínusových signálov možno vytvoriť akýkoľvek iný signál alebo impulz. Signály a impulzy sú zložené zo sínusových (harmonických) signálov, ktoré sú násobkom základnej frekvencie signálu f0. Nazývame ich harmonické zložky. Na obrázku č. 2. je ukážka zloženia signálov s frekvenciami f0 a 3.f0. Odstránením alebo čiastočným potlačením niektorých zložiek sa mení tvar pôvodného signálu. Napríklad odstránením vyšších harmonických zložiek pravoúhleho signálu vznikne signál so "zvlnenými rohmi", ako je na obrázku č. 2.

2. Filtre

Filtre odstraňujú harmonické zložky zo signálu a tým menia jeho tvar. Podľa prepúšťaných frekvencí ich delíme na:

  1. horná priepusť - prepúšťa frekvencie vyššie ako je medzná frekvencia filtra
  2. dolná priepusť - prepúšťa frekvencie nižšie ako medzná frekvencia
  3. pásmová priepusť - prepúšťa frekvencie medzi dvoma medznými frekvenciami
  4. pásmová zdrž - prepúšťa frekvencie vyššie a nižšie ako sú medzné frekvencie

Obrázok č. 3: Frekvenčné charakteristiky filtrov - horná, dolná a pásmová priepusť, pásmová zdrž

Vlastnosti filtrov:

  • Medzná frekvencia fm sa určuje pri poklese napätia alebo prúdu na polovicu pôvodnej úrovne harmonickej zložky.
  • Útlm a je pomer vstupnej a výstupnej úrovne signálu pri danej frekvencii. Napríklad napätia, prúdu, výkonu. Jednotkou útlmu je deciBell, dB.     a = 20 log (U1/U2), a = 20 log (I1/I2), a = 10 log (P1/P2)

    Príklad: Na výstupe a vstupe filtra sú napätia U2 = 0,1 V a U1 = 10 V. Vypočítajte útlm filtra:
    a = 20 . log (U1/U2) = 20 . log (10/0,1) = 20 . log (100) = 20 . 2 = 40 dB

  • Frekvenčná charakteristika - závislosť poklesu signálu od frekvencie, viď obrázok č. 3
  • Fázová charakteristika - vyjadruje posun signálov pri prechode filtrom. U ideálneho filtra by mal byť posun nolý pre všetky frekvencie, teda charakteristika je lineárna:

    Obrázok č. 4: Fázová charakteristika ideálneho filtra

Druhy filtrov:

  • pasívne elektrické - z pasívnych súčiasok - kondenzátory, cievky, rezistory
  • aktívne elektrické - obsahujú syntetickú indukčnosť a kapacitu
  • číslicové - pomocou programu
  • keramické  - princíp zvukového vlnenia

Články pasívnych filtrov:

Obrázok č. 5: a) T - článok, b) Pí - článok, c) príklad T horná priepusť, d) príklad Pí, dolmá priepusť 

3. Prechodné deje

Po privedení napäťového skoku na kondenzátor dochádza k jeho nabíjaniu. Možno vytvoriť integračný alebo derivačný článok. Časová konštanta t = 0,7.R.C

Obrázok 7: a) integračný článok, b) derivačný článok

4. Klopné obvody (KO)

Klopné obvody vytvárajú impulzy. Pracujú na princípe prechodných dejov, obsahujú kondenzátor alebo cievku.Rozdelenie KO podľa opakovania impulzov:

  • astabilný KO - neustále kmitá, nemá stabilný stav
  • monostabilný KO - má jeden stabilný stav, po privedení riadiaceho impulzu sa preklopí do druhého stavu a ponastavenom čase sa vráti späť do stabilného stavu
  • bistabilný KO - má 2 stabilné stavy, zotrváva v jednom z nich, po privedení riadiaceho impulzu sa preklopí do druhého stabilného stavu v ňom zotrvá znova do privedenia riadiaceho impulzu

Obrázok č. 6: a) KO, b) príklad zapojenia astabilného KO s RC väzbou

5. Operačný zosilovač (OZ)

Operačný zosilňovač je jednoduchý analógový integrovaný obvod s veľmi veľkým prúdovým a napäťovým zosilnením. Má veľký vstupný odpor a malý výstupný odpor. OZ sa vyrábajú vo forme integrovaného obvodu. Ak chceme použiť OZ ako zosilovač napätia, treba nastaviť požadovanú hodnotu zosilnenia. Preto sa používajú diferenciálne operačné zosilovače, ktoré majú dva vstupy - neinvertujúci (+) a invertujúci (-). Na invertujúci vstup sa cez odporový delič privedie signál z výstupu, čím sa nastaví presné zosilnenie. Zosilnenie A je dané pomerom výstupného a vstupného napätia: A = U2 / U1 = R2 / R1 . Invertujúci zosilovač mení polaritu zosilneného signálu, neinvertujúci zosilovač ju nemení.

Príklad: Vypočítajte zosilnenie DOZ ak R2 = 10 kΩ, R1 = 100 Ω. ..... A = R2 / R1 = 10.000Ω/100Ω = 100.



Obrázok č. 8: a) invertujúci zosilovač, b) neinvertujúci zosilovač

Integračný a derivačný zosilovač sa chová ako integračný a derivačný článok, s tým že signál zosilní. Rozdielový zosilovač zosilní rozdiel vstupných napätí.

Otázky na opakovanie

  1. Nakreslite pravouhlý a sínusový preiodický signál.
  2. Nakreslite skladanie sínusových signálov f a  3.f, ktoré obsahuje pravouhlý signál .
  3. Nakreslite graf pre hornú a dolnú priepusť.
  4. Nakreslite príklad zapojenia T a Pí článku.
  5. Vypočítajte útlm filtra, ak na výstupe a vstupe sú napätia U2 = 1 V a U1 = 10 V.
  6. Vypočítajte útlm filtra, ak na výstupe a vstupe sú výkony P2 = 10 mW a P1 = 100 mW.
  7. Čím sa líšia astabilný, monostabilný a bistabilný klopný obvod?
  8. Nakreslite priebeh napätia na integračnom a derivačnom článku.
  9. Aké vstupy a výstupy na diferenciálny zosilovač a na čo sa dajú použiť?

12. Číslicové obvody

-- nedokončené --

Obsah

  1. Booleova algebra
  2. Hradlá
  3. Čítače
  4. Registre
  5. Pamäte

2.a. Hradlá

Základné logické funkcie:

  • OR - logický súčet; C = A or B; C je pravda ak A alebo B je pravda
  • AND - logický súčin; C = A and B; C je pravda ak A a zároveň B je pravda
  • NOT - negácie; C = not A; C je pravda ak A je nepravda, a naopak
Boolova algebra, minimalizácia logických funkcií, odvodené funkcie

Hradlá sú elektrické obvody, ktoré vykonávajú logické funkcie.

Klopný obvod sa preklápa do stabilných stavov, napríklad zapnutý alebo vypnutý, po privedení riadiaceho signálu. Bistabilný klopný obvod má 2 stabilné stavy, medzi ktorými sa preklápa po privedené riadiaceho signálu. Využitie takého obvodu je napríklad 1 bit statickej pamäte. Monostabilný klopný obvod má 1 stabilný stav v ktorom zotrváva. Po privedení riadiaceho signálu sa preklopí do druhého stavu a po určitom nastavenom čase sa preklopí späť. Využitie takéhoto obvodu je napríklad časovač, ale 1 bit dynamickej pamäte. Astabilný klopný obvod nemá stabilný stav a preklápa sa medzi 2 stavmi s nastavenými časmi po ktorých sa preklopí. Využitie takéhoto obvodu je oscilátor, čiže kmitavý obvod. Astabilný klopný obvod riadený krištálom má veľmi presnú frekvenciu a použiva sa ako hodinový obvod.

Register je pamäť so sériovým zápisom. Na vstup do registra sa privádzajú logické stavy a riadiace impulzy "zápis". Logické hodnoty sa posúvajú do vnútra registra za sebou. Pri privedení riadiaceho signálu "čítanie" z registra začnú vychádzať uložené logické hodnoty, a to v poradí ako boli zapísané, alebo odzadu.

Čítač počíta impulzy. Spätný čítač odpočítava impulzy od nastavenej hodnoty, a v spojení s hodinovým klopným obvodom môže mať funkciu stopiek.

Obrázok č. 6: Príklad zapojenia astabilného klopného obvodu



13. Osvetlenie

Obsah

  1. Svietidlá
  2. Vlastnosti svietidiel
  3. Osvetlenie
  4. Vlastnosti svetla
  5. Linky
  6. Úlohy na opakovanie

1. Svietidlá

ŽIarovka obsahuje wolframové vlákno stočené do špirály, teplota 2 500 °C = 2 800 K., banka z obyčajného skla ktoré pohlcuje UV žiarenie, vyplnená plynom bez kyslíka. Účinnosť okolo 2 %. Tepelná zotrvačnosť vlákna zabezpečí že žiarovka nebliká pri napájaní striedavým prúdom.

Halogénová žiarovka obsahuje halogén (jód alebo bróm) ktorý ochladzuje vlákno a umožňuje použiť vyššiu teploty vlákna. Pri vyššej teplote má menej žlté svetlo a vyššiu účinnosť, orientačne 3 %. Banka je z kremenného skla, ktoré prepúšťa UV žiarenie. Vydží vyššiu teplotu, ale nesmie byť zamastené, napríklad dotykom prstov, aby sa neprehrialo vlákno a nezničila sa žiarovka.

Výbojka využíva elektrický výboj v inertných plynoch He, Ne, Ar, Kr, Xe alebo parách kovov - Na, Hg. Výbojka má chudobné spektrum obsahujúce aj nebezpečné UV-B žiarenie. Preto niektoré výbojky majú na vnútornom povrchu sklenej nádoby chemickú látku, luminofor, ktorá pohlcuje žiarenie a vysiela vlastné kvalitnejšie svetlo. Farba svetla potom závisí od použitého luminoforu. Účinnosť výbojok je orientačne 10 - 20 %. V bežných výbojkách, takzvaných žiarivkách, sa používa jedovatá ortuť, preto žiarivky ktoré vyhadzujeme treba odniesť neporušené do obchodu kde ich predávajú, určite ich nerozbíjať a nevyhadzovať do kontajnera.

LED (light emited diode = svetlo emitujúca dióda) je dióda ktorá obsahuje určité polovodičové zlúčeniny ktoré pri prechode prúdu svietia. Podľa konštrukcie delíme LED na 4 typy:

Slnko - na vonkajší kraj atmosféry kolmo dopadá kolmo priemerne 1 360 W/m2 slnečného žiarenia, toto číslo sa nazýva slnečná konštanta. Viditeľné svetlo predstavuje 45 % tohto žiarenia. Vplyvom pohltenia, odrazu, rozptylu svetla dopadne na povrch Zeme 47 % svetla. Zemský povrch je v kolmom smere priamo osvetľovaný maximálne 290 W/m2 svetla, to je 190 000 luxov. Zem je rotujúca guľa, priemerné dopadajúce slnečné žiarenie je 343 W/m2.

Chemické osvetľovacie zariadenia:

Pätice, najbežnejšie:

2. Vlastnosti svietidiel

Svetelný tok Φ

Svetelný tok je svetelný výkon zdroja svetla. Jednotka je lumen, lm.
1 lm = 1,46 mW
(Historická) definícia: 1 lumen je svetelný tok vyžarovaný do priestorového uhlu 1 steradiánu bodovým zdrojom, ktorého svietivosť je vo všetkých smeroch 1 kandela.

Účinnosť

Účinnosť sa vyjadruje v lumenoch na Watt, lm/W, alebo v percentách %:
1 lm/W = 0,146 %
1 % = 6,85 lm/W
100 % = 685 lm/W

svietidloúčinnosť %účinnosť lm/W
žiarovka2 %14 lm/W
halogén3 %21 lm/W
bežná žiarivka 12 % - 16 %80 - 110 lm/W
žiarivka T5 20 %140 lm/W
5 mm LED10 %70 lm/W
power LED20 %140 lm/W

Ekvivalent 100 W žiarovky:

  • halogén: 67 W
  • bežná žiarivka: 12 - 17 W
  • žiarivka T5: 10 W
  • 5 mm LED: 20 W
  • power LED: 10 W

Príklad: Vypočítajte svetelný tok 100 W žiarovky.

  • účinnosť žiarovky: 2 %
  • svetelný výkon žiarovky: 2 % . 100 W = 2 W
  • svetelný tok fi = 2 W / 0,00146 W = 1 360 lm

Príklady svetelného toku zariadení:

  • 100 W žiarovka: 1360 lm
  • 60 W žiarovka: 710 lm
  • 25 Watt hálogénová žiarivka: 260lm
  • LED Cree X-RE R2 biela LED: 242lm@1000mA
  • 5mm/Superflux LED: 5lm
  • T8 15 Watt neon: 1350lm
http://www.uspornaziarovka.sk/pages/Sveteln%C3%BD-tok-%252d-p%C3%A1r-por...

Svietivosť I

Svietivosť je svetelný výkon vyžarovaný do priestorového uhla. Jednotkou je kandela, symbol cd. 1 cd = 1,46 mW/sr

Prvý krát bola definovaná ako svietivosť jednej sviečky. Candela je po latinsky sviečka. Súčasná definícia: Kandela je intenzita svetla (svietivosť) v danom smere zo zdroja, ktorý vyžaruje monochromatické žiarenie s frekvenciou 540x1012 Hz a má žiarivú intenzitu (žiarivosť) v tomto smere 1/683 W na jeden steradián. .

Príklad: Vypočítajte svietivosť 55 W halogénovej žiarovky.

  • svetelný výkon: 55 W . 3 % = 1,65 W
  • svetelný tok ? = 1,65 W / 0,00146 W = 1 130 lm
  • svietivosť I = 1 130 lm / 12,56 sr = 90 cd

Vyžarovací uhol

Vyžarovací uhol môžeme definovať ako uhol pod ktorým má žiarovka polovičnú svietivosti. Na nasledujúcom grafe možno odčítať vyžarovací uhol 120˚ = 1 steradián. Prepočet plošného uhla na priestorový môžete urobiť v tabuľke: http://www.zsmalinovpart.edu.sk/matika/AKIRE/MAT/PREMENY.XLS .

Všesmerový zdroj má 360˚ = 12,56 sr. Ak má zdroj menší vyžarovací priestorový uhol, potom svietivosť je 12,56 / uhol krát väčšia.

Príklad: Aká je svietivosť 55 halogénovej žiarovky v reflektore s vyžarovacím uhlom 60°?

  • svietivosť pri 360° je I = 90 cd
  • 60° = 1 sr
  • svietivosť pre 1 sr je I = 90 cd . 12,56 sr / 1 = 1 130 cd

3. Osvetlenie

Osvetlenie vyjadruje intenzitu osvetlenia plochy bez ohľadu na odrazivosť tejto plochy. Jednotka osvetlenia je lux, symbol lx. 1 lux je intenzita osvetlenia spôsobená svetelným tokom 1 lúmen dopadajúcim na plochu 1 m2. V prepočte je to 1 lux = 1,46 mW/m2 dopadajúceho svetla. Osvetlenie klesá s kosínusom uhla dopadu svetla na plochu.

Príklady intenzít osvetlenia:

  • jasný slnečný deň: 100 000 lx = 150 W/m2
  • zamračené počasie v lete: 20 000 lx = 30 W/m2
  • letný deň v tieni: 10 000 lx = 15 W/m2
  • operačný sál: 10 000 lx = 15 W/m2
  • osvetlenie v TV-štúdiu: 1 000 lx = 1,5 W/m2
  • osvetlenie kancelárie: 500 lx = 0,75 W/m2
  • osvetlenie chodby: 100 lx = 0,15 W/m2
  • osvetlenie ulice: 10 lx = 15 mW/m2
  • mesačný svit: 0,25 lx = 0,36 mW/m2
  • jasná hviezdna obloha: 0,001 lx = 1,5 μW/m2
  • zamračená nočná obloha bez cudzieho osvetlenia: 0,0001 lx = 0,15 μW/m2

Odporúčané osvetlenie (STN EN 12464-1) * http://www.poradca.sk/SubPages/OtvorDokument/Clanok.aspx?idclanok=78286 :

  • 20 - 120 lx: prechodné priestory, schodiská, chodby, WC, odkladacie priestory
  • 120 - 160 lx: chodby so zrkadlom
  • 200 - 500 lx: kúpeľne, detské izby, obývacia izba
  • 500 - 1000 lx: pracovné plochy kuchynskej linky a pracovne

Norma STN EN 12464-1 neudáva hodnoty minimálneho osvetlenia v bytových priestoroch, ale skôr odborná verejnosť odporúča určité hodnoty intenzity osvetlenia, pre tzv. svetelnú pohodu a zdravie v domácnosti.

Uvedené hodnoty sú len odporúčané a môže sa líšiť s individuálnymi potrebami. Netreba zabudnúť na kvalitu osvetlenia, t.j. rovnomerne rozložená intenzita osvetlenia a vyvarovania sa prílišných kontrastných rozdielov, čo vzniká pri bodových svetlách s úzkym uhlom vyžarovania. Pre ľudské oko je prirodzenejšia nízka a rovnomerne rozložená intenzita osvetlenia.

Iluminácia

Iluminácia je odrazený svetelný tok od povrchu. Jeho veľkosť závisí od odrazivosti a osvetlenia povrchu. Pri použití rovnakého svetelného zdroja sa svetlé steny môžu zdať lepšie osvetlené ako tmavé.

Farba plôch a smerovosť osvetlenia rozhodujú o iluminácii povrchov. Tu je ukážka:

Zosilnenie osvetlenia vďaka odrazivosť povrchov v miestnosti

Odrazivosť farieb, zdroj http://www.malna.wz.cz/vyber_barev.htm :

  • biela: 80 %
  • slonová kosť: 75 %
  • svetlo žltá: 60 %
  • svetlo zelená: 56 %
  • svetlo šedá: 53 %
  • svetlo modrá: 45 -59 %
  • svetlo ružová: 42 - 69
  • tmavo zelená: 10 - 20 %
  • červená: 16 %
  • hnedá: 15 -24
  • tmavomodrá: 9 %
  • čierna: 1 - 4 %

1. Odrazivosť ovplyvňuje ilumináciu povrchov miestnosti:

Príklad 1: Vypočítajte koľkokrát je väčšia iluminácia oproti všesmerovému osvetleniu miestnosti ktorý má všetky povrchy (steny, strop, podlaha) biele s odrazivosťou 80 %.

0,81 + 0,82 + 0,83 + 0,84 + ... = 4 = 400 %

Príklad 2: Vypočítajte koľkokrát je väčšia iluminácia stien oproti všesmerovému osvetleniu miestnosti 3 x 5 x 2,7 m. Miestnosť má svetlohnedú podlahu s odrazivosťou 25 % a biele steny s odrazivosťou 75 %. Plocha podlahy je 15 m2, stropy a steny majú spolu 63,6 m2, celkový povrch je 78,5 m2

podiel podlahy: 15 / 78,5 = 0,19 = 19 %
podiel stien a stropu: 63,6 / 78,5 = 81 %
priemerná odrazivosť miestnosti: 0,19 . 25 % + 0,81 . 75 % = 65,5 %

Priemerná iluminácia bude: 0,661 + 0,662 + 0,663 + 0,664 + .. = 2 = 200 %

Príklad 3: Vypočítajte koľkokrát je väčšia iluminácia stien oproti osvetleniu všesmerovým osvetlením miestnosti z predchádzajúceho príkladu, ak je smerovo osvetlená len podlaha.

0,25 . 0,75 . (1 + 0,6651 + 0,6652 + ...) = 0,185 . 3 = 0,5625 = 56 %

Príklad 4: Vypočítajte koľkokrát je väčšia iluminácia stien oproti osvetleniu všesmerovým osvetlením miestnosti, ak sú biele steny z predchádzajúceho príkladu osvetlené bodovo.

0,8 . (0,6651 + 0,6652 + ...) = 0,8 . 3 = 2,4 = 240 %

4. VLASTNOSTI SVETLA

Farba svetla

Osvetlenie tej stej miestnosti oranžovým svetlom žiariviek alebo denným svetlom z výkonových LED.

Wienov posuvný zákon

Teleso s teplotou T vyžaruje žiarenie s maximálnym výkonom pre vlnovú dĺžku:

λmax = b / T ... kde b = 2,897 768 5(51) × 10–3 m K

Farebný diagram CIE

- obsahuje farby definované pomocou dvoch súradníc, x a y. Po obvode krivky tvaru luku sú sýte farby ako na dúhe, rozložené podľa vlnovej dĺžky. Bod E sú súradnice chromatického bieleho svetla, viď CCT. Trojuholník vyznačuje priestor ktorý umožňuje definovať RGB farby.

4.10. CCT - Teplota chromatickosti

- je teplota povrchu pomyselného vlákna žiarovky ktorý vydáva určitú farbu svetla. Čím vyššia teplota, tým studenšie svetlo, prevládajú kratšie vlnové dĺžky. Denné svetlo má teplotu chromatičnosti 5000 K. Zapadajúce slnko a žiarovky majú oranžové svetlo s teplotou 2700 K. Studené namodralé svetlo má 6500 - 8000 K.

Označovanie farieb bieleho svetla, ktoré používa firma Cree: http://www.klasici.sk/sites/default/files/ansiwhite.jpg

Príklady teploty svetelných zdrojov:

  • 1 500 K: sviečka
  • 2 680 K: 60W žiarovka
  • 3 000 K: Halogénová žiarovka
  • 5 500 K: Ranné/popoludňajšie slnko
  • 5 500 K: fotografické blesky; toto je zvyčajná farebná teplota používaná v profesionálnej fotografii
  • 6 000 K: jasné poludňajšie svetlo
  • 7 000 K: ľahko zamračená obloha
  • 8 000 K: oblačno, hmlisto (mraky zafarbujú svetlo do modra)
  • 10 000 K: silno zamračená obloha alebo len modré nebo bez slnka

Človek svoje vnímanie farieb prispôsobuje svetlu ? biely papier vníma ako biely, aj keď je vplyvom osvetlenia zafarbený.

4.11. Graf svetelnej pohody

- vyjadruje potrebnú intenzitu osvetlenia pri danej teplote svetelného zdroja, tak aby sa svetlo javilo ako prirodzené, nie ako tmavé alebo príliš silné.

4.12. CRI - Index podania farieb

- angl. Color Rendering Index, popisuje, ako dobre sa určitá množina štandardných farieb reprodukuje, keď ich osvetlí konkrétny zdroj svetla. Je to bezrozmerná jednotka v rozsahu od 0 do 100 Ra. Keď sa CRI približuje k 100, znamená to, že farby sa budú javiť s vysokou vernosťou a budú sa podávať presne, kým z nízkej hodnoty CRI vyplýva, že farby môžu nadobudnúť rôzne odtiene, alebo byť chromaticky nerozlíšiteľné pre pozorovateľa. Na osvetlenie pracovného stola stačí CRI = 70, na kvalitné osvetleni emiestnosti 80, pre galérie obrazov 98. Slnečné denné svetlo ma CRI = 100.

Príklad vnímania farieb pri rôznom CRI svetla:

Ukážka osvetlenia ulice ortuťovými výbojkami a LED žiarovkami:

Príklad vyžarovania vlnových dĺžok LED diódami Cree XM-L:

Spektrálne vyžarovanie rôznych polovodičových materiálov pre LED:

4.13. Oko

Sietnica oka obsahuje 3 typy farebných receptorov, červený R, zelený G a modrý B:

Citlivosť ľudského oka na vlnové dĺžky svetla:

4.14. Životnosť zariadení

Orientačné vyťaženie žiarovky v domácnosti je 1 000 hodín za rok.

  • žiarovka: 1 000 hod - po 1000 hod sa vlákno pretaví a žiarovka nesvieti
  • žiarivka: 8 000 - 10 000 hod
  • LED: 30 000 hod - po 30 000 hodinách by mala LED svietiť iba o 30 % menej.

Zásadné vplyvy určujúce životnosť LED sú tieto:

  • typ LED (5 mm LED, super flux LED, SMD LED, power LED)
  • výrobca (originál / napodobenina)
  • dodržanie elektrických parametrov (neprekročenie max. napätia a prúdu)
  • tepelný management (udržanie prevádzkovej teploty na minimálnej možnej úrovni)

5. Výpočet osvetlenia

5.1. Postup výpočtu

Zistíme si potrebné hodnoty:

  1. Zistím vlastnosti miestnosti: rozmery (d x š x v), farby na stenách, podlahe, strope a nábytku
  2. Určíme spôsob osvetlenia: všesmerové, lokálne alebo bodové
  3. Zvolíme osvetľovacie zariadenie. Údaje o zariadení by mali umožniť vypočítať svetelný tok zariadenia, teda počet lúmenov. Buď počet lúmenov udáva výrobca, alebo si ho vypočítame podľa elektrického výkonu a účinnosti zariadenia. Prepočet je 1 lm = 1,46 mW svetla.

Vypočítame:

  1. Vypočítame osvetlenú plochu miestnosti S. Pre všesmerové osvetlenie sú to steny, podlaha a strop.
  2. Zvolíme osvetlenie E alebo ilumináciu povrchu. Osvetlenie [lux] volíme podľa účelu miestnosti (odporúčané osvetlenie miestností) a farby osvetlenia (graf svetelnej pohody). Biele plochy miestnosti zosilňujú celkovú ilumináciu a to môžeme využiť pri šetrení, stačia slabšie alebo menej osvetľovacích zariadení. Napríklad pri bielych stenách a strope, a svetlo hnedej podlahe bude pri všesmerovom osvetlení iluminácia bieleho povrchu 2x väčšia ako jeho priame osvetlenie žiarovkami.
  3. Potrebný svetelný tok na osvetlenie miestnosti vypočítame: fí = E . S ... kde E - je osvetlenie [lux] a S - je osvetľovaná plocha [m2].
  4. potrebný počet zariadení: n = Emiestnosti / Ežiarovky ... kde Emiestnosti - je potrebný svetelný tok pre miestnosť [lm], a Ežiarovky - je svetelný tok osvetľovacieho zariadenia [lm]

5.2. Príklady výpočtov

Príklad 1: Osvetlenie haly LED čipmi.

Zistené hodnoty:

  1. miestnosť: hala 8 x 4 x 2,7 m, biele steny, svetlohnedá podlaha
  2. spôsob osvetlenia: všesmerové
  3. zvolené osvetľovacie zariadenie: LED dióda Cree XML U2, 560 lm pri 1,4 A a 2,0 V

Výpočet:

  1. osvetlená plocha miestnosti (steny, podlaha, strop): S = 8 . 4 + (8 + 4 + 8 + 4) . 2,7 + 8 . 4 = 130 m2
  2. zvolená iluminácia bieleho povrchu: 300 lux, vzhľadom na farby miestnosti stačí polovičné osvetlenie: 150 lux
  3. potrebný svetelný tok na osvetlenie miestnosti: 150 lux x 130 m2 = 20 000 lm
  4. potrebný počet zariadení: 20 000 lm / 560 lm/ks = 36 ks

Príklad 2: Osvetlenie kuchyne žiarovkami.

Zistené hodnoty:

  1. miestnosť: kuchyňa, rozmery 2,2 x 3,4 x 2,7 m, biele steny, svetlohneda podlaha
  2. spôsob osvetlenia: všesmerové
  3. zvolené osvetľovacie zariadenie: všesmerová žiarovka 60 W, 2700 K

Výpočet:

  1. osvetlená plocha miestnosti (steny, podlaha, strop): S = 2,2 . 3.4 + (2,2 + 3,4 + 2,2 + 3,4) . 2,7 + 2,2 . 3,4 = 45 m2
  2. zvolená iluminácia bieleho povrchu: 100 lux, vzhľadom na farby miestnosti stačí polovičné osvetlenie: 50 lux
  3. potrebný svetelný tok na osvetlenie miestnosti: 50 lux x 45 m2 = 2 250 lm
  4. svetelný tok žiarovky: 60 W . 2 % / 0,00146 W/lm = 820 lm
  5. potrebný počet zariadení: 2 250 lm / 820 lm/ks = 3 ks

Príklad 3: Osvetlenie bielej kuchynskej dosky 0,6 m x 2,0 m LED pásom s účinnosťou 20 % a teplotou svetla 6000 K.

Výpočet:

  1. plocha: 0,6 m x 2,0 m = 1,2 m2
  2. zvolené osvetlenie: 400 lux
  3. potrebný svetelný tok: 400 lux x 1,2 m2 = 500 lm = 500 lm x 0,001464 W/lm = 0,732 W
  4. elektrický výkon LED-iek: 0,732 W : 20 % = 3,66 W

1. Linky

6. Úlohy na opakovanie

  1. Prepočítajte na lúmeny: žiarovka 60 W, žiarivka 20 W, LED: 5 W.
  2. Vypočítajte účinnosť v % pre tieto zariadenia: žiarovka 27 lm/W, žiarivka 96 lm/W, LED 205 lm/W.
  3. Uveďte príklad teploty a vhodného osvetlenia (lux) pre teplé, denné a studené svetlo.
  4. Vypočítajte potrebný elektrický výkon LED žiaroviek s bielym svetlom s teplotou 6.000 K a účinnosťou 200 lm/W na všesmerové osvetlenie miestnosti 4 m x 8 m x 2,8 m s bielymi stenami a svetlohnedou podlahou.

Zdrojová tabuľka pre výpočet osvetlenia: http://www.klasici.sk/sites/default/files/VypocetOsvetlenia.ods .

PrílohaVeľkosť
TeplotaFarieb.png152.46 KB
PlanckovZakon.png92.32 KB
TeplotaSvetla2.png112.37 KB
GrafSvetelnejPohody.png130.36 KB
TeplotaSvetlaZiaroviek.png292.59 KB
cri.jpg26.58 KB
cri.png91.14 KB
ansiwhite.jpg395.35 KB
PrikladLambdaCRI.png44.35 KB
UkazkaOsvetleniaUliceVybojkovAleboLED.jpg103.95 KB
FarebneReceptoryOka.jpg65.58 KB
CitlivostFotoreceptorovOka.jpg89.58 KB
SpektrumRoznychMaterialov.JPG78.38 KB
CieColorSystem.png39.49 KB
FerebneOdtieneBateriek.jpg270.51 KB
LED.png201.77 KB
vybojky.png94.73 KB
halogen.png85.84 KB
ziarovka.png26.67 KB
ChemickeOsvetlenie.png306.3 KB
OsvetlenieZeme.png128.53 KB
OsvetlenieMiestnostiRoznymiZdrojmi.png942.05 KB
OsvetlenieVsesmeroveBodove.png574.15 KB
VelicinyPojmy.png39.01 KB
PrikladVyzarovacíUhol.png25.45 KB
Steradian.png49.55 KB
IluminaciaSmerovostFarbaOsvetlenia.png9.95 KB
PrikladyLumen.png114.79 KB
PrikladyCandela.png99.95 KB
SmerovostLumen.png186.49 KB
patice.png284.85 KB
IluminaciaSmerovostFarbaOsvetlenia.png7.77 KB
steradian.jpg16.72 KB
steradian2.jpg10.74 KB
DistribucnyDiagramSvietivost.gif10.63 KB
VypocetOsvetlenia.ods16.41 KB

14. Meranie

Otázky na opakovanie

  1. Definujte a uveďte príklad z praxe pre prístroje:
    • pracovný, metrologický, etalón
    • zobrazovacie, zapisovacie, kumulačné
    • analógové, digitálne
    • dotykové, bezdotykové
  2. Definujte jednotku deciBell (dB) pre napätie, prúd a výkon. Akú hodnotu má 1 dBmV?
  3. Popíšte činnosť osciloskopu:
    • Čo meria?
    • Načo má časovú základňu?
    • Aký vplyv má šírka pásma na presnosť zobrazenia?
    • Aký vplyv má vzorkovacia frekvencia na presnosť vykreslenia?
  4. Popíšte chyby merania
    • Ako vznikajú a ako ich možno potlačiť - presnosť meracích prístrojov, správnosť metódy, sústredenie človeka, štatistické zhodnotenie - odchýlky, vyradenie
    • V tabuľke vyraďte zle namerané hodnoty, vypočítajte priemernú hodnotu a odchýlky.
    • Ako ovplyvňuje veľkosť výslednej chyby pri sčítaní, odčítaní, násobení a delení veličín so známymi presnosťami v %?
  5. Popíšte meranie pomocou lacného multimetra. Kam sa zasúvajú farebné vodiče a na aký rozsah sa nastaví prepínač pri meraní jednosmerného alebo striedavého napätia alebo prúdu, alebo odporu?

15. Maxwellove rovnice

zdroj: https://sk.wikipedia.org/wiki/Maxwellove_rovnice

Maxwellove rovnice sú základné zákony elektromagnetického poľa. Možno ich zapísať buď v integrálnom alebo diferenciálnom tvare. V integrálnom tvare opisujú elektromagnetické pole v istej oblasti a v diferenciálnom tvare v určitom bode tejto oblasti.

Formulácia Maxwellových rovníc

Nižšie uvedený zápis je platný v jednotkách sústavy SI. V iných sústavách sa v zápise objavujú navyše konštanty ako napr. rýchlosť svetla c a 4 π (Ludolfovo číslo) v sústave CGS.

1. Maxwellova rovnica (zákon celkového prúdu, zovšeobecnený Ampérov zákon)

integrálny tvar:

c ⁡ H ⋅ dl = I + dΨ / dt
Ψ ≡ ∫S D ⋅ dS
I = ∫S j ⋅ dS

Cirkulácia vektoru H po ľubovolnej orientovanej uzavretej krivke c je rovná súčtu celkového vodivého prúdu I a posuvného prúdu d Ψ d t , uzavretého krivkou c, Krivka c a ľubovolná plocha S, ktorú krivka vymedzuje sú navzájom pravotočivo orientované.

diferenciálny tvar:

∇ × H = j + ∂D . ∂t

Rotácia vektoru intenzity magnetického poľa H je rovná hustote vodivého prúdu j a hustote posuvného (Maxwellovho) prúdu ∂ D ∂ t .

2. Maxwellova rovnica (Zákon elektromagnetickej indukcie, Faradayov indukčný zákon)

integrálny tvar

c ⁡E ⋅ dl = − dΦ . dt , Φ ≡ ∫S B ⋅ dS

Cirkulácia vektoru E po ľubovolnej orientovanej uzavretej krivke c je rovná záporne vzatej časovej derivácii magnetického indukčného toku prechádzajúceho plochou S, ktorá je ohraničená krivkou c. Krivka c a ľubovolná plocha S, ktorú krivka obopína, sú vzájomne orientované pravotočivo.

diferenciálny tvar

∇ × E = − ∂B . ∂t

Rotácia vektoru intenzity elektrického poľa E je rovná záporne vzatej časovej derivácii magnetickej indukcie B .

3. Maxwellova rovnica (Gaussov zákon elektrostatiky)

integrálny tvar

S D ⋅ dS = Q
Q = ∫V ρ . dV

Elektrický indukčný tok ľubovoľnou von orientovanou plochou S je rovný celkovému voľnému náboju v priestorovej oblasti V ohraničenej plochou S.

diferenciálny tvar

∇ ⋅ D = ρ

Divergencia vektoru elektrickej indukcie D je rovná objemovej hustote voľného náboja ρ. Ekvivalentná formulácia: siločiary elektrickej indukcie začínajú alebo končia tam, kde je prítomný elektrický náboj.

4. Maxwellova rovnica (Zákon spojitosti magnetického indukčného toku)

integrálny tvar

S B ⋅ dS = 0

Magnetický indukčný tok ľubovolnou uzavrenou orientovanou plochou S je rovný nule.

diferenciálny tvar

∇ ⋅ B = 0

Divergencia vektoru magnetickej indukcie B je rovná nule. Ekvivalentná formulácia: neexistujú magnetické monopóly (neexistujú magnetické náboje).

V Maxwellových rovniciach boli použité fyzikálne premenné:

Označenie - Význam - Jednotka SI
E - intenzita elektrického poľa - V/m
H - intenzita magnetického poľa - A/m
D - elektrická indukcia - C/m²
B - magnetická indukcia - T
ρ - hustota voľného náboja - C/m³
j - hustota prúdu - A/m²

Materiálové vzťahy pre materiály s lineárnou závislosťou

Pre širokú triedu materiálov možno predpokladať, že sú veličiny hustota polarizácie P (C/m2) a hustota magnetizácie M (A/m) vyjadrené ako:

P = χe ε0 E
M = χm H

a že pole D a B sú s E a H sú zviazané vzťahmi:

D = ε0 E + P = ( 1 + χe ) ε0 E = ε E
B = μ0 ( H + M ) = ( 1 + χm ) μ0 H = μ H

kde:

χe - je elektrická susceptibilita materiálu,
χm - je magnetická susceptibilita materiálu
ε - je elektrická permitivita materiálu
μ - je magnetická permeabilita materiálu

V nedisperznom izotropnom prostredí sú ε a μ skaláry nezávislé od času, takže Maxwellove rovnice prejdú na tvar:

∇ ⋅ ε E = ρ
∇ ⋅ μ H = 0
∇ × E = − μ∂ . H . ∂t
∇ × H = j + ε ∂E . ∂t

V homogénnom prostredí sú ε a μ konštanty nezávislé od polohy a možno teda ich polohu zameniť s parciálnymi deriváciami podľa súradníc.

Všeobecne môžu byť ε a μ tenzormi druhého stupňa, ktoré potom odpovedajú popisu dvojlomových (anizotropných) materiálov. Nehľadiac na tieto priblíženia však každý reálny materiál vykazuje istú materiálovú disperziu, kvôli ktorej ε alebo μ závisí na frekvencii.

Pre väčšinu typov vodičov platí medzi prúdom a elektrickou intenzitou Ohmov zákon v tvare

j = γ E
kde γ je merná vodivosť daného materiálu.

Maxwellove rovnice ako vlnové rovnice potenciálov

Ekvivalentne (a často s výhodou) možno vyjadriť Maxwellove rovnice pomocou skalárneho a vektorového potenciálu Φ, ktoré sú definované tak, aby platilo

B = ∇ × A E = − ∇ Φ − ∂ A ∂ t

E sa pritom nezmenia, ak od potenciálu Φ , alebo k A pričítame ∇ ξ, kde ξ je ľubovolná skalárna funkcia. Preto pre jednoduchosť výsledných rovníc môžeme navyše zvoliť tzv. Lorentzovu kalibračnú podmienku

∇ ⋅ A + ε μ ∂Φ / ∂t = 0

Maxwellove rovnice potom majú tvar vlnových rovníc v časopriestore

◻ Φ = − ρ ε
◻ A = − μ j

kde ◻ je d’Alembertov operátor.

V špeciálnej teórii relativity tvorí elektrický a magnetická potenciál dohromady štvorvektor nazývaný štvorptenciál A ν . D'Alembertov operátor je tiež možné zobecniť na štvorvektory. V tomto formalizme (a s predpokladom Lorenzovej podmienky) sa dajú všetky Maxwellove rovnice napísať pomocou jednej nehomogénnej vlnovej rovnici

◻ Aν = − μ Jν

kde Jν je elektrický štvorprúd a μ je permeabilita. Vo vákuu je štvorprúd nulový, takže rovnica sa stane homogénnou a jej riešenie zodpovedá šíreniu elektromagnetických vĺn.

16. Elektrické zariadenia motorových vozidiel

http://klasici.sk/old/skola/ss/mov/MOV4.htm

1. Druhy elektrických sústav

Podľa napätia:

  1. jednosmerné - sú najrozšírenejšie, dôvodom je použitie akumulátora
    • 6 V - malé motocykle
    • 12 V - osobné autoobily a veľké motocykle
    • 24 V - stredné a ťažké úžitkové automobily
  2. vyššie napätia
    • striedavé: ak nie je potrebný akumulátor
    • kombinované

Podľa počtu vodičov:

  1. 1-vodičová sústava - druhým vodičom je kovová kostra automobilu obvykle pripojená na záporný pól kvôli kratšiemu oblúku pri skrate a menšej korózii kostry
  2. 2-vodičová sústava - druhý vodič je privedený k riadiacej jednotke
  3. multiplex - informácie sa prenášajú do každého zariadenia po jednom spoločnom vodiči

2. Elektrické zariadenia

  1. zdroje elektrickej energie - akumulátor, alternátor, dynano, nabíjačka
  2. elektrická inštalácia - káble, poistky, svorky, zásuvky, spínacia skrinka a spínače
  3. spotrebiče
    • štartovacie zariadenia - elektromotor, ohrievač motora
    • zapaľovanie - mechanické alebo elektronické
    • prevádzkové spotrebiče - osvetlenie, signalizácia, stierače, ostrekovače, vykurovanie
  4. riadiace
    • regulátor alternátora - zabezpečí stabilné napätie alternátora
    • snímače - poloha kľukovky, lambda sonda, tlak v pneumatikách
    • mikroprocesor - riadiaci motor
    • systémy riadenia podvozku - ABS (proti šmyku), ASR (proti pretáčaniu kolies), BAS (regulácia brzdenia)
    • komfortné systémy - klimatizácia, centrálne uzamykanie, otvárenie okien, nastavovanie sedadiel, ovládanie svetiel a stieračov
    • komunikácia a médiá - tiesňové volania, navigácia, MP3, DVD, telefón, nočné videnie
    • senzorové ovládanie - automatické brzdenie, parkovanie, riadenie
    • informačné a diagnostické zaiadenia - o činnosti motora, vonkajšie informácie, zistenie príčiny poruchy
  5. elektrická výbava - náhradné žiarovky, poistky a sviečky

3. Elektrické schémy

Typy schém:

PrílohaVeľkosť
ZnackyElektrotechnickeAuto..gif5.15 KB

4. Olovený akumulátor

Časti

  • nádoba - tvrdená guma, alebo polypropylén
  • elektródy, dosky (-) - šedé hubovité olovo (Pb), (+) - hnedý oxid olovičitý (PbO2)
  • separátory
  • elektrolyt - vodou zriedená kyselina sírová (H2SO4) s koncentráciou 35% obj. v plne nabitom akumulátore, pri 20°C 1,285 g/cm3. Elektrolyt môže byť nasiaknutý do sklenej vaty (AGM) alebo ztužený do gelu.
  • pólové mostíky
  • zátky
  • kladný a záporný vývod - (+) je hrubší

Chemicky vratná reakcia

Vybíjaním sa hmota zápornej aj kladnej elektródy premieňa na síran olovnatý (PbSO4) a z elektrolytu ubúda kyselina sírová, a pribúda voda. Pri vybíjaní klesá koncentrácia elektrolytu, pri nabíjaní stúpa.

Celková reakcia vybíjania:

Pb + 2H2SO4 + PbO2 → 2PbSO4 + 2H + 2O

Táto reakcia prebieha aj s kyselinou, ktorá je disociovaná iba do 1. stupňa na H+ a HSO4−. Rovnice potom vyzerajú následovne:

Napätie

  • Menovité napätie jedného článku: 2 V, 6-článkovej batérie: 12 V - tá je uvažovaná ďalej
  • Napätie naprázdno nabitej: 12,6–12,8 V
  • Napätie naprázdno vybitej: 11,8–12,0 V
  • Napätie pri záťaži pri ktorom sa má ukončiť vybíjanie: 10,5 V
  • Všetky napätia sú platné pre 20 °C, v prípade zmeny teploty sa musia vhodne upraviť. Hodnota udržovacieho napätia sa môže líšiť v závislosti na výrobcovi. V prípade dobíjenia udržovacím napätím sa napätie musí presne nastaviť, pretože nízke napätí spôsobuje sulfatáciu pri ktorej sa na elektródach vykryštalizujesíran olovnatý, a vysoké napätie ich koróziu straty elektrolytu, čo významne skracuje životnosť akumulátorov.

  • Napätie pre občasné dobíjanie batérie: 14,2–14,5 V
  • Napätie, pri ktorom začína výrazná tvorba vodíku a kyslíku: 14,4 V
  • Po ukončení nabíjania batérie do plného nabitia, klesne napätie rýchlo na 13,2 V, a potom pomaly na 12,6 V.
  • Typy

    Podle technológie:

    • so zaplavenými elektródami – napríklad autobatérie – elektrolyt je volne nalaita kapalina mezi elektrodami
    • VRLA z anglického Valve Regulated Lead Acid – ventilem řízené olověné akumulátory; jde o označení zapouzdřených akumulátorů s výrazným omezením vývinu plynů; prakticky vůbec se nevyvíjí kyslík a jen ve velmi malé míře se vyvíjí vodík
      • AGM z anglického Absorbent Glass Mat – elektrolyt je nasáknut ve skelné vatě, která je mezi elektrodami
      • Gelové – elektrolyt je zahuštěný ve formě gelu

    Podľa použitia:

    • Záložné (standby) – napr. UPS, bezpečnostní systémy.
    • Štartovacie – autobatérie
    • Trakčné – golfový vozík, vysokozdvižný vozík

    Vlastnosti

    • Samovoľné vybíjanie akumulátora: 3-20% kapacity za mesiac, novšie typy batérií menej.
    • Cyklus je nabitie a následné vybitie batérie. Životnosť je daná počtom cyklov.
    • Životnosti ovplyvní:
      • hĺbka vybíjania
      • počet hĺbkových vybíjaní
      • spôsob nabíjania batérie
      • prevádzkové teploty
      • spôsob skladovania
    • Sulfatácia - je kryštalizácia PbSO4 na elektródach, čím sa obmedzuje prúd a kapacita batérie. Desulfatizovať možno batériu impulzami nabíjania a vybíjania, napríklad striedavé napätie usmernené diódou a batéria zaťažená žiarovkou.
    • Využiteľná kapacita je menšia ako údaj v ampárhodinách (Ah) napísaný na batérii, pretože batériu nemožno úplne vybiť, v zime klesá kapacita batérie, starnutím a sulfatáciou kapacita klesá tiež.
    • Rozdelenie batérií podľa určenia

      ŠTARTOVACIE BATÉRIE

      Olovené batérie určené pre štartovanie nie sú navrhnuté pre hlboké vybitie – majú veľký počet tenkých elektród kvôli čo najväčšej ploche a tým čo najväčšiemu prúdu, ale hlbokým vybitím môžu byť ľahko poškodenie. Opakované hlboké vybitie spôsobí stratu kapacity a významne zníži životnosť. Štartovacie batérie sa skladujú odpojené a mali by sa pravidelne dobíjať podľa doporučenia výrobca (napr. každé 3 mesiace), aby se predišlo sulfatácii.

      TRAKČNÉ BATÉRIE

      Špeciálne betérie navrhnuté na pohon napríklad manipulačnej techniky, golfových vozíkov, nožnicových plošín. Tieto batérie sú rozdelené na článkové 2V a na blokové 6V; 8V; 12V. Konštrukcia článku je najčastejšie mriežková olovená elektróda s vlisovanou aktívnou hmotou a ďalej medzi elektródami odděľujúce separátory. Konštrukcia blokové batérie je buď mriežková elektróda alebo trubková elektróda. Tieto batérie sú stavané na dlhodobé odoberanie energie a následne znovu nabitie. napr. manipulačná technika a batérie v nej je stavaná na 8 hod. prevádzku. Je nutné pre tieto trakčné batérie dodržanie cyklov a to nabitie na 100% a následné odobratie 80% a tak ďalej sa opakuje, tento úkon je jeden nabíjací cyklus. Štandardná trakčná článková batéria má 1500 nabíjacích cyklov a blokové batérie napríklad pre golfové vozíky od 400 do 1200 nabíjacích cyklov. tieto batérie ak su hlboko vybité - pod ostávajúcich 20% energie, sulfatujú a znižuje se daná kapacita batérie až do trvalého poškodenia, nesmú sa teda hlboko vybíjať a ďalej ani medzidobíjať.

PrílohaVeľkosť
BateriaZlozenie.png333.1 KB

5. Lítiová batéria

Lithium-iontová (Li-Ion) batéria je rozšírená v prenosnej elektronika a používa sa v elektromobiloch.

Technológia

Anóda je vyrobená z uhlíku, katóda je oxid kovu, a elektrolyt je lítiová soľ v organickom rozpúšťadle.

Základná zjednodušená chemická reakcia:

Li1/2CoO2 + Li1/2C6 ⇆ C6 + LiCoO2

Vo vnútri každej bežnej batérie je (battery packu) je čip, ktorý stráži stav a kontroluje priebeh nabíjania.

Zásoby lítia sa odhadujú na pokrytie výroby 10 miliárd automobilov. Pri odhadovanom počte automobilov a životnosti akumulátorov nemožno očakávať pokrytie spotreby do konca 21. storočia, ak se od polovice storočia budú vyrábať iba elektromobily.

Napätie

  • Menovité napätie článku podľa normy: 3,6 V, v USA 3,7 V, batérie 7,2 - 10,8 - 14,4 - 18 V, niektorí výrobcovia uvádzajú aj iné hodnoty.
  • Skutočné napätie: 3 – 4,2 V.
  • Pomocná elektronika zisťuje mieru vybitia podľa napätia batérie, prekročenie nabíjacieho a vybíjacieho napätia, odpojí batériu po nabití, napr. pri 4,2 V. Bráni tak zničeniu akumulátora a predlžuje jeho životnosť.

Výhody

  • Možno vyrobiť rôzne tvary.
  • Vysoká kapacita v malom objeme a hmotností. 200 Wh/kg, 530 Wh/l – 3x väčšia ako u Ni-MH.
  • Skoro žiadne samovybíjanie (do 5 %).
  • Nemá pamäťový efekt – možno je kedykoľvek nabíjať.
  • Netreba ju formátovať – niekoľkokrát nabíjať a vybíjať pred prvým použitím
  • Vysoké nominálne napätie: 3,6 V
  • Životnosť 500 – 1200 nabíjacích cyklov.

Nevýhody

  • Batéria starne, teda stráca kapacitu, bez ohľadu či sa používa alebo nie. Rýchlosť starnutia sa zvyšuje teplotou, väčším nabitím, vyšším vybíjacím prúdom.
  • Nebezpečie výbuchu alebo zapálenia pri nesprávnom používaní (skratovanie, nabíjanie na vyššiu kapacitu).
  • Vadí jej úplné vybitie. Keď se dostane pod napätie 2,8 V, je veľmi ťažké ju znovu „oživiť“, napríklad keď je dlho vybitá.

Ako predĺžiť životnosť

  • Skladujte a používajte ich pri nižších teplotách (5 - 15 °C).
  • Nenechávajte zbytočne dlho plne nabité nebo úplné vybité batérie stáť.
  • Neudržujte stále pri 100% nabití. Ideálne je udržiavať akumulátor medzi 20% - 80% kapacity. Pri 40% nabití je životnosť 3 x dlhšia.
  • Nevybíjajte do úplného vybitia. S hĺbkou vybíjania (DoD) se životnosť batérie znižuje. Občasné vybíjanie, ktoré je často doporučované, rekalibruje indikátor nabitia, ale životnosti batérie neprospieva.

6. Automobilový alternátor

Stator má na obvode plechy, v ktorých sú drážky. V drážkach je uložené pracovné vinutie, v ktorom sa indukuje napätie. Vinutie môže byť 3-ázové nebo 1-fázové. Trojfázové vinutí býva zapojené do hviezdy s vyvedeným stredným vodičom. Striedavé napätie sa usmerňuje usmerňovačom.

Rotor obsahuje kotvu, ktorá vytvára hlavné magnetické pole. Na obvode môžu byť elektromagnety s budiacim vinutím. Alebo je cievka vinutá v smere osi, magnetické póly sú vyvedené na obvod pomocou 12 pólových nástavcov z magneticky mäkkej oceli. Vinutie je vyvedené na konci rotoru na zberacie krúžky s povrchom z medi, od seba a od kostry izolované. Na krúžky dosadajú kefky, uhlíky, ktorým sa privádza prúd z regulátora. Kotva je poháňaná pomocou klíinového remeňa. Na oboch stranách osy sú guličkové ložiská.

Regulátor alternátora má za úlohu meniť budiaci prúd tak, aby alternátor vytváral požadované napätie pri rôznych otáčka. Pri nižších otáčkach dodáva väčší prúd, pri vyšších menší. Pracuje na princípe spätnej väzby, kedy sa sleduje výstupné napätie alternátora. Ak je vysoké, budiaci prúd sa zníži, ak je nízke, budiaci prúd sa zvýši.

Regulátor:

Usmerňovač:

Schéma:

PrílohaVeľkosť
alternator_konstrukcia.png210.53 KB
alternator_rebuilt.jpg71.58 KB
AlternatorVmotore.jpg52.72 KB
RegulatorSkoda.jpg8.66 KB
UsmernovacSkoda.jpeg7.09 KB
AlternatorSchema.gif6.93 KB
AlternatorSchema.gif7 KB

Otázky na opakovanie

  1. Aké napätia a počty napájacích vodičov sa používajú v automobiloch?
  2. Vymenujte elektrické zariadenia v motorových vozidlách:
    1. zdroje elektrickej energie
    2. elektrická inštalácia
    3. spotrebiče
    4. riadiace
    5. elektrická výbava
  3. Aký je rozdielmedzi blokovou, náučnou a zapojovacou schémou? Uveďte názov značiek:

  4. Olovený akumulátor: Vymenujte časti a použité materiály. Aké je menovité napätie článku a batérie? Ako sa mení napätie a kapacita v závislosti od nabitia, teploty vzduchu, sulfatácie? Ako sa líšia údržbou, prevádzkou a nabíjaním rôzne typy podľa technológie (so zaplavovanými elektródami, alebo ventilom riadené) a podľa účelu (štartovacie, trakčné, záložné)?
  5. Lítiová batéria: Vymenujte časti a materiály. Aké je menovité napätie článku? Prečo je potrebná pomocná elektronika v článku? Aké má výhody a nevýhody oproti olovenému článku? Ako možno predĺžiť životnosť?
  6. Automobilový alternátor: Čo obsahuje a akú majú funkciu jeho časti: stator, rotor, regulátor a usmerňovač.

  7. Dynamo: Vymenujte časti a ich funkciu. Aký je rozdiel v používaní pri sériovom, paralelnom a kombinovanom zapojení cievok statora a rotora?
PrílohaVeľkosť
ZnackyElektrotechnickeAutoBezPopisu.gif3.13 KB