Doc. Ing. Miloš HAMMER, CSc. Ing. Bohumil KUDLÁČ Ing. Bedřich BALABÁN ELEKTROTECHNIKA. Laboratorní cvičení pro bakalářské studium

Doc. Ing. Miloš HAMMER, CSc. Ing. Bohumil KUDLÁČ Ing. Bedřich BALABÁN

ELEKTROTECHNIKA. Laboratorní cvičení pro bakalářské studium.

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ 1999

Elektrotechnika. Laboratorní cvičení pro bakalářské studium.

-2-


OBSAH ( strany jsou uvedeny v závorkách )

OBSAH PŘEDMLUVA 1.

ELEKTRICKÁ MĚŘENÍ

1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6

ZÁKLADNÍ ELEKTRICKÉ VELIČINY (5) PŘESNOST MĚŘENÍ (8) ELEKTROMECHANICKÉ MĚŘICÍ PŘÍSTROJE (10) ELEKTRONICKÉ MĚŘICÍ PŘÍSTROJE (14) MĚŘICÍ SYSTÉMY (16) METODY MĚŘENÍ ELEKTRICKÝCH VELIČIN (17)

2.

LABORATORNÍ CVIČENÍ

2.1 2.2 2.3

METODIKA CVIČENÍ (20) VZOROVÝ REFERÁT (21) BEZPEČNOST PŘI PRÁCI NA ELEKTRICKÉM ZAŘÍZENÍ (22)

3.

NÁVODY K LABORATORNÍM CVIČENÍM

3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13

ELEKTRICKÉ OBVODY (29) TROJFÁZOVÝ TRANSFORMÁTOR (33) ASYNCHRONNÍ MOTOR (40) STEJNOSMĚRNÝ MOTOR S CIZÍM BUZENÍM (45) STEJNOSMĚRNÝ SÉRIOVÝ MOTOR (49) SYNCHRONNÍ MOTOR (52) ASYNCHRONNÍ MOTOR S MĚNIČEM FREKVENCE (56) ROZVOD ELEKTRICKÉ ENERGIE (59) VLASTNOSTI POLOVODIČOVÝCH PRVKŮ (72) STABILIZÁTORY (79) LOGICKÉ ELEKTRONICKÉ OBVODY (84) USMĚRŇOVAČE (87) OVLÁDÁNÍ CHODU ELEKTRICKÝCH MOTORŮ (95) LITERATURA

-3-


PŘEDMLUVA Skripta „ Elektrotechnika. Laboratorní cvičení pro bakalářské studium “ jsou určena pro posluchače druhého ročníku bakalářského studia. Obsah skripta je zaměřen na laboratorní cvičení, které tvoří významnou část výuky předmětu „Elektrotechnika a elektronika“. Tento předmět absolvují studenti všech specializací 2. ročníku bakalářského studia v zimním semestru, a to v rozsahu 2,2 (z, zk). Skripta jsou zpracována tak, aby umožňovala studentům samostatnou přípravu na laboratorní cvičení , jeho zdárné absolvování a následné zpracování experimentálních údajů. Skripta jsou dílem třech učitelů odboru elektrotechniky ÚVSSaR, který zajišťuje výuku elektrotechnických předmětů na Fakultě strojní. Autoři se na zpracování skripta podíleli následujícím způsobem: Doc. HAMMER: obsah, předmluva, kap.1.1- 1.6, 2.1, 2.2, 3.1, literatura, , skenování obrázků, uspořádání textu a grafická úprava . Ing. KUDLÁČ:

kap. 2.3, 3.8, 3.9, 3.12, 3.13 .

Ing. BALABÁN: kap. 3.2 – 3.7, 3.10, 3.11 .

Brno, leden 1999 Za autorský kolektiv: Doc. Ing. Miloš HAMMER, CSc. vedoucí odboru elektrotechniky ÚVSSaR Fakulta strojní - VUT Brno.

-4-


1. ELEKTRICKÁ MĚŘENÍ Jedním z důležitých úkolů laboratorních cvičení je seznámení studentů s elektrickým měřením. Pod pojmem měření se rozumí souhrn operací, jejichž cílem je stanovit hodnotu určité veličiny, a to ve správných elektrických veličinách a s požadovanou přesností. Důležitá je samozřejmě také volba vhodných měřicích přístrojů a metody.

1.1

ZÁKLADNÍ ELEKTRICKÉ VELIČINY

Elektrický náboj (Q) Elektrický náboj Q je míra elektrických vlastností materiálního objektu, které se navenek projevují jako silové pole. S elektrickým proudem I je elektrický náboj Q vázán vztahem: dQ = I dt nebo Q = ∫ I dt. Hlavní jednotka elektrického náboje je 1 coulomb ( 1C). Coulomb je elektrický náboj, který proteče vodičem při stálém proudu 1 ampéru v době 1 sekundy. Místo názvu hlavní jednotky elektrického náboje se také někdy užívá název ampérsekunda (A.s). Doporučené násobné jednotky: 1 kilocoulomb - 1 kC = 103 C, 1 milicoulomb - 1mC = 10-3 C, 1 mikrocoulomb – 1 µC = 10-6 C, 1 nanocoulomb – 1 nC = 10-9 C, 1 pikocoulomb = 1 pC = 10-12 C, 1 A.s = 1 C ≅ 0,27 . 103 A.h. Elektrický proud (I) Elektrický proud I je základní fyzikální veličinou. Je obecně definován nábojem ∆Q, který projde nějakým průřezem ( místem) za jednotku času ∆t: I = ∆Q / ∆t. Okamžitá hodnota proudu i je vyjádřena vztahem : i = dQ/dt. Hlavní jednotka elektrického proudu je 1 ampér ( 1A). Ampér je proud, který při stálém průtoku dvěma rovnoběžnými, přímými, nekonečně dlouhými vodiči zanedbatelného kruhového průřezu, umístěnými ve vakuu ve vzdálenosti 1 metru, vyvolá mezi vodiči sílu 2 . 10-7 newtonu na 1 metr délky. Doporučené násobné jednotky: 1 kiloampér – 1 kA = 103 A, 1 miliampér – 1 mA = 10-3 A, 1 mikroampér – 1 µA = 10-6 A, 1 nanoampér – 1nA = 10-9 A, 1 pikoampér – 1pA = 10-12 A. Intenzita elektrického pole (E) Intenzita elektrického pole E je vektorová veličina daná podílem síly F, která působí v daném místě elektrického pole na náboj Q. Platí: E = F / Q . Hlavní jednotka intenzity elektrického pole je 1 volt na 1 metr ( 1 V . m-1 ). Volt na metr je intenzita elektrického pole v takovém jeho místě, kde na bodový náboj 1 coulombu působí síla 1 newtonu. Doporučené násobné jednotky: 1 megavolt na 1 metr – 1 MV. m-1 = 106 V . m-1, 1 kilovolt na 1 metr – 1 kV. m-1 = 103 V . m-1, nebo např.: 1 milivolt na 1 metr – 1 mV . m-1 = 10 -3 V . m-1. Elektrický potenciál (V), elektrické napětí (U) Elektrický potenciál V v uvažovaném bodě elektrického pole je skalární veličina daná podílem práce A, která je potřebná k přenesení náboje Q ze vztažného místa do uvažovaného bodu, a přenášeného náboje. Za vztažné místo ( jehož potenciál je rovný nule) se volí obvykle bod v nekonečnu nebo na povrchu Země. Platí: V = A / Q. Rozdíl potenciálů v bodě 1 (V1) a bodě 2 (V2) se nazývá elektrické napětí (U), což lze vyjádřit vztahem: U = V1 – V2. Hlavní jednotka elektrického potenciálu a elektrického napětí je 1 volt ( 1V). Potenciální rozdíl 1 voltu je mezi dvěma místy pole tehdy, vykoná-li se přenesením náboje 1 coulombu z místa nižšího potenciálu na místo vyššího potenciálu ( resp. ze vztažného bodu do uvažovaného bodu) práce 1 joulu. V zákonné soustavě byla přijata definice voltu na základě výkonu elektrického proudu: volt je napětí mezi konci vodiče, do něhož stálý proud 1 ampéru dodává výkon 1 wattu. Doporučené násobné jednotky: 1 megavolt - 1 MV = 106 V , 1 kilovolt – 1 kV = 103 V, 1 milivolt – 1 mV =10 -3 V, 1 mikrovolt - 1µV= 10 -6 V.

-5-


Elektromotorické napětí (Ue) Elektromotorické napětí Ue je dáno podílem práce A, kterou vykoná zdroj při celém oběhu kladného elektrického náboje po uzavřené dráze ( která prochází působištěm elektromotorického napětí), a přenášeného náboje Q. Platí: Ue = A / Q. Hlavní jednotka elektromotorického napětí je 1 volt (1V). Doporučené násobné jednotky jsou shodné s jednotkami pro elektrické napětí. Svorkové napětí U elektrického zdroje, jehož vnitřní odpor je Ri , je dáno rozdílem elektromotorického napětí Ue a úbytku napětí uvnitř zdroje: U = Ue – I. Ri ( I je proud odebíraný obvodem). Pro otevřený elektrický obvod platí vztah: U  = Ue . Permitivita prostředí (ε) Permitivita prostředí ε je skalární veličina, která vyjadřuje vliv prostředí na intenzitu elektrického pole. Pemitivita prostředí ε ( absolutní permitivita prostředí ) je dána součinem permitivity vakua ε0 a poměrné permitivity εr podle vztahu: ε = ε0 . εr . Permitivita vakua se přibližně rovná hodnotě 8,854 . 10-12 F. m-1. Poměrná permitivita udává, kolikrát je permitivita daného prostředí ε větší, než je permitivita vakua ε0. Pro vakuum má poměrná permitivita hodnotu 1, pro vzduch je možné uvažovat při běžných výpočtech stejnou hodnotu. Pro ostatní látky je εr>1. Hlavní jednotka permitivity prostředí je 1 farad na 1 metr ( 1 F . m-1 ). Doporučené násobné jednotky: 1 mikrofarad na 1 metr – 1 µF. m-1 = 10-6 F . m-1. Kapacita (C) Obecně je kapacita C konstantou úměrnosti mezi nábojem Q a potenciálem V uvažovaného vodiče. Úměrnost je vyjádřena vztahem: Q = C.V, kde C se nazývá kapacita osamoceného vodiče. U soustavy vodičů ( vzájemně izolovaných a odstíněných před vlivem okolních těles), kterou nazýváme kondenzátor, je kapacita podíl elektrického náboje Q na jednom z vodičů (obvykle kladného náboje) a potenciálního rozdílu U = V1 – V2 mezi vodiči. Platí rovnice: C = Q/ U = V1 – V2 , a to za předpokladu, že V1 je větší než V2. Hlavní jednotka elektrické kapacity je 1 farad (1 F). Farad je kapacita elektrického kondenzátoru, který při napětí 1 voltu pojme náboj 1 coulombu. Doporučené násobné jednotky: 1 milifarad – 1 mF = 10-3 F, 1 mikrofarad - 1 µF = 10-6 F, 1 nanofarad – 1 nF = 10-9 F, 1 pikofarad – 1 pF = 10-12 F. Hustota elektrického proudu (J) Hustota elektrického proudu J je vektorová veličina, jejíž velikost je dána podílem proudu I a kolmého průřezu An vodiče, kterým proud protéká. Pro homogenní elektrické pole tedy platí: J = I / An , pro nehomogenní elektrické pole v diferenciálním tvaru: J = dI / d An , ve vektorovém tvaru: I = ∫∫ J dA. Hlavní jednotka hustoty elektrického proudu J je 1 ampér na 1 čtverečný metr ( 1A . m-2). Ampér na čtverečný metr je hustota elektrického proudu velikosti 1A, protékajícího příčným průřezem vodiče velikosti 1m2. Doporučené násobné jednotky: 1 megaampér na 1 čtverečný metr- 1 MA . m-2 = 106 A. m-2, 1 ampér na 1 čtverečný milimetr – 1A. mm-2 = 106 A. m-2, 1 ampér na 1 čtverečný centimetr – 1A . cm-2 = 104 A. m-2. Odpor, rezistance (R) Elektrický odpor (rezistance) R vůči stejnosměrnému proudu je koeficient úměrnosti mezi elektrickým napětím U a proudem I. Závisí na materiálu, délce a průřezu vodiče obvodu. Platí vztah: R = U / I, který plyne z Ohmova zákona. Hlavní jednotka elektrického odporu je 1 ohm (1Ω). Ohm je odpor vodiče, v němž stálé napětí 1 voltu mezi konci vodiče vyvolá proud 1 ampéru, nepůsobí-li ve vodiči elektromotorické napětí. Doporučené násobné jednotky: 1 gigaohm – 1GΩ = 109 Ω, 1 megaohm – 1MΩ = 106 Ω, 1 kiloohm = 1kΩ = 103 Ω, 1 miliohm – 1mΩ = 10-3 Ω. Impedance (Z) Impedance Ż ( označuje se tečkou nad písmenem nebo častěji obráceným háčkem ˆ ) obvodu střídavého proudu se sinusovým průběhem je v ustáleném stavu dána podílem komplexního napětí Û a komplexního proudu Î. Platí vztah: Ż = Û / Î. Impedance se často v literatuře nazývá zdánlivý odpor. Hlavní jednotka impedance je 1 ohm ( 1Ω). Doporučené násobné jednotky jsou stejné, jako je tomu v případě elektrického odporu. Měrný elektrický odpor, rezistivita (ρ)

-6-


Měrný elektrický odpor ( rezistivita) ρ je veličina charakterizující schopnost určité látky vést elektrický proud. Měrný elektrický odpor ρ je koeficientem úměrnosti v diferenciálním tvaru Ohmova zákona E = ρ . J, kde E je intenzita všech elektrických polí působících na elektron, J je vektor hustoty proudu. Hlavní jednotka měrného odporu je 1 ohmmetr ( 1 Ω . m). Ohmetr je měrný elektrický odpor takového materiálu, z něhož zhotovená krychle o hraně 1 metru má odpor 1 ohm, protéká-li elektrický proud mezi protilehlými stěnami krychle. Násobné jednotky: 1 gigaohm krát 1 metr – 1GΩ . m = 109 Ω . m, 1 megaohm krát 1 metr – 1MΩ . m = 106 Ω . m, 1 kiloohm krát metr – 1 kΩ . m = 103 Ω . m, 1 ohm krát centimetr – 1 Ω . cm = 10-2 Ω . m, 1 miliohm krát 1 metr – 1 mΩ . m = 10-3 Ω . m, 1 mikroohm krát 1 metr - 1µΩ . m = 10-6 Ω . m ( v názvech násobných jednotek může být slůvko krát vynecháno). Ve starší elektrotechnické literatuře se můžeme setkat s jednotkou 1 ohm krát čtverečný milimetr na 1 metr – 1 Ω. mm2 . m-1 = 10-6 Ω . m. Elektrická vodivost, konduktance (G) Elektrická vodivost G je převrácená hodnota elektrického odporu R. Platí: G = 1/R. Hlavní jednotka elektrické vodivosti je 1 siemens (1 S). Siemens je vodivost vodiče, jehož odpor je 1 ohm. Doporučené násobné jednotky: 1 kilosiemens – 1kS = 103 S, 1 milisiemens – 1mS = 10-3 S. Admitance (Y) Admitance Ŷ obvodu střídavého proudu sinusového průběhu je převrácená hodnota impedance Ż. Platí: Ŷ = 1 / Ż. Admitance se často nazývá zdánlivá vodivost. Hlavní jednotka admitance je 1 siemens ( 1S ). Doporučené násobné jednotky jsou stejné jako u elektrické vodivosti. Měrná elektrická vodivost (γ ) Měrná elektrická vodivost γ je reciproká hodnota měrného elektrického odporu ρ, platí tedy: γ = 1 / ρ. Měrná elektrická vodivost se také nazývá specifická vodivost nebo konduktivita ( konduktance). Hlavní jednotka měrné elektrické vodivosti je 1 siemens na 1 metr ( 1 S . m-1 = 1 A . V-1 . m-1 ). siemens na metr je měrná vodivost takového materiálu, z něhož zhotovená krychle o hraně 1 metr má vodivost 1 siemensu za předpokladu, že proud protéká mezi protilehlými stěnami krychle. Doporučené násobné jednotky: 1 megasiemens na 1 metr – 1MS . m-1 = 106 S . m-1. Výkon elektrického proudu (P) Výkon P elektrického proudu v části uzavřeného obvodu s ustáleným proudem I a působícím elektrickým napětím U je dán součinem obou těchto veličin, tedy platí: P = U . I. Vztah P = U.I se dá vyjádřit v obvodech s ustáleným proudem a odporem R prostřednictvím Ohmova zákona také ve tvarech: P = I2 . R nebo P = U2 / R. S pojmem výkon ( výkon odváděný, odevzdávaný) terminologicky souvisí pojem příkon, což je výkon přiváděný do zařízení. Hlavní jednotka výkonu elektrického proudu je 1 watt (1 W). Zařízení má výkon 1 wattu, vykoná-li práci 1 joulu za 1 sekundu. Doporučené násobné jednotky: 1 terawatt – 1TW = 1012 W, 1 gigawatt – 1 GW = 109 W, 1 megawatt – 1MW = 106 W, 1 kilowatt – 1 kW = 103 W, 1 miliwatt – 1mW = 10-3 W. Výkony střídavého sinusového proudu ( P, Pq , Ps ) Vztah P = U . I pro výkon elektrického proudu platí u střídavého proudu pouze pro okamžité hodnoty a píše se malými písmeny: p = u . i. V elektrotechnické praxi se užívají tři pojmy výkonu při sinusovém proudu a napětí – činný výkon P, jalový výkon Pq , zdánlivý výkon Ps . Tyto jsou dány výrazy pro efektivní hodnoty proudu a napětí: 1. Činný výkon: P = U . I . cosφ, kde φ je úhel, o nějž jsou vzájemně posunuty průběhy okamžitých hodnot napětí a proudu. Okamžitá hodnota činného výkonu nemění znaménko a fyzikálně představuje práci, která je převedena za jednotku času na jiný druh energie. 2.Jalový výkon: Pq = U . I . sinφ, jehož okamžitá hodnota mění své znaménko po každé čtvrtperiodě proudu, takže střední hodnota celé periody je rovna nule. 3. Zdánlivý výkon: Ps = U . I, který je dán součinem efektivních hodnot proudu a napětí bez ohledu na fázový posuv φ.

-7-


Pro označení jalového výkonu se v literatuře používá také písmeno Q a pro označení zdánlivého výkonu písmeno S. Hlavní jednotky výkonu střídavého sinusového proudu jsou: činný výkon: 1 watt – 1W, jalový výkon: 1 voltampér reaktanční – 1 var ( dříve označení 1 V . Ar) , zdánlivý výkon: 1 voltampér – 1 V. A . Účiník (cosφ) Účiník cosφ je činitel, který udává poměr činného elektrického výkonu P ke zdánlivému elektrickému výkonu Ps . Platí tedy vztah: cosφ = P / Ps . Účiník je bezrozměrná veličina. Práce elektrického proudu ( A) Práce A ustáleného elektrického proudu je dána součinem napětí U na dané části obvodu a prošlého náboje Q. Platí: A = U . Q = U . I . t. Podle tohoto vztahu je také práce dána součinem napětí U, proudu I a doby t, po kterou elektrický proud protékal obvodem. Hlavní jednotka práce elektrického proudu je 1 joule (1J). Práci 1 joulu vykoná těleso, které působí stálou silou 1 newtonu na dráze 1 metru ležící ve směru síly. V elektrotechnice používanou jednotkou je 1 wattsekunda ( W. s ), která je shodná s jednotkou joule. Doporučené násobné jednotky: 1 terajoule – 1TJ = 1012 J, 1 gigajoule – 1 GJ = 109 J, 1 megajoule – 1 MJ = 106 J, 1 kilojoule – 1kJ = 103 J, případně: 1 watthodina – 1W. h = 3,6 . 103 J, 1 kilowatthodina – 1 kW . h = 3,6 . 106 J, apod. Speciální vedlejší jednotkou je 1 elektronvolt -1 eV = 1,602 . 10-19 J. Práce střídavého sinusového proudu (W, Wq , Ws ) Práce střídavého sinusového proudu pro okamžité hodnoty napětí u a proudu i je dána vztahem: W = ∫ u . i dt. V elektrotechnické praxi se užívají tři pojmy elektrické práce při sinusovém proudu a napětí: činná elektrická práce W, jalová elektrická práce Wq a zdánlivá elektrická práce Ws . Pro efektivní hodnoty proudu a napětí platí vztahy: 1. Činná elektrická práce: W = U. I . t . cosφ, 2. Jalová elektrická práce: Wq = U . I . t. sinφ, 3. Zdánlivá elektrická práce: Ws = U. I . t. V rovnicích 1 – 3 je φ úhel, o který jsou vzájemně posunuty průběhy proudu a napětí. Hlavní jednotky elektrické práce střídavého sinusového proudu jsou: činná práce: 1 joule - 1 J = 1 wattsekunda = 1 W . s, jalová práce: 1 varsekunda = 1 var . s, zdánlivá práce: 1 voltampérsekunda = 1 V . A . s.

1.2

PŘESNOST MĚŘENÍ

Přesnost měření vyjadřuje blízkost výsledku měření ke skutečné hodnotě měření . Často se vyjadřuje chybou měření. V praxi se rozlišují dvě chyby , a to absolutní a poměrná ( relativní ) chyba měření. Absolutní chyba ( ∆ ) je rozdíl mezi naměřenou hodnotou ( N ) a skutečnou hodnotou ( S) měřené veličiny: ∆ = N – S. Protože skutečnou hodnotu nelze z fyzikálních důvodů nikdy absolutně zjistit, nahrazuje se srovnávací hodnotou, což je tzv. konvenčně pravá hodnota. Tuto lze zjistit podstatně přesnějším měřením, teoretickým výpočtem nebo aritmetickým průměrem z většího počtu měření. Absolutní chyba se používá při vyhodnocení výsledku měření. Sama však přesnost měření dobře nevyjadřuje, a proto se v praxi spíše užívá poměrná ( relativní ) chyba měření. Poměrná ( relativní) chyba ( δ ): δ = ∆ / N . 100 nebo δ = ∆ / S . 100. Obě definice jsou při malých chybách rovnocenné a chyby se udávají v procentech. Podle způsobu výskytu rozeznáváme chyby soustavné ( systematické ) a chyby nahodilé. Měří-li stejný pozorovatel za stejných podmínek, projevují se soustavné chyby při opakovaném měření stále stejně. Soustavné chyby mají stále stejné znaménko a někdy můžeme určit více nebo méně přesně i jejich velikost. Naproti tomu chyby nahodilé se vyskytují zcela náhodně s neznámou zákonitostí a obvykle jsou i neznámého původu. Opakujeli tedy stejný pozorovatel měření za stejných podmínek, jsou výsledky jednotlivých měření odlišné právě v důsledku různých nahodilých chyb.

-8-


Podle příčiny vzniku rozeznáváme chyby metody, chyby měřicích přístrojů a ostatní chyby, kam počítáme např. chyby způsobené rušivými vlivy nebo chyby čtení. Chyby metody ( absolutní chyba ∆m nebo poměrná chyba δm ) vznikají tím, že se při výpočtu měřené veličiny neuvažují všechny známé vlivy , např. spotřeba přístrojů nebo tím, že se pro zrychlení měření zjednoduší výsledný vztah k výpočtu měřené veličiny nebo tím, že se zjednoduší zapojení měřicích přístrojů apod. Tato chyba je chybou soustavnou. Na rozdíl od některých dalších soustavných chyb, jejichž velikost nemůžeme přesně určit, je chyba metody chybou korigovatelnou. Vliv chyby metody na výsledek měření lze tedy vyloučit opravou – korekcí. Je-li výsledek měření N1 zatížen chybou metody, jejíž velikost je ∆m ( samozřejmě s ohledem na znaménko ), je opravený výsledek měření N ( korigovaný na chybu metody ) dán vztahem: N = N1 - ∆m. Chyby měřicích přístrojů ( absolutní chyba ∆p nebo poměrná chyba δp ) vznikají nedokonalostí a vlastnostmi měřicích přístrojů. Některé dílčí chyby přístrojů lze zařadit do chyb soustavných, ostatní jsou chybami nahodilými.Chyba měřicího přístroje je dovolenou chybou přístroje, jejíž velikost je stanovena u některých přístrojů třídou přesnosti ( kap. 1.3 ). Chybu měřicího přístroje nelze opravou zcela vyloučit, a proto se udává mezemi - | ∆p |, | δp | , v nichž leží skutečná hodnota měřené veličiny. Chyby rušivými vlivy vznikají působením různých rušivých činitelů v měřicím obvodu, např. přechodných odporů na svorkách, kapacitních a indukčních vazeb atd. Dost často lze v praxi tyto chyby zanedbat. Chyby čtení jsou způsobeny pozorovatelem, který čte údaj měřicích přístrojů. Při pečlivé práci bývají i tyto chyby většinou zanedbatelné vůči chybám přístroje. Celková chyba měření ( ∆ ) je tedy výsledkem většího počtu různých dílčích chyb a leží při zanedbání chyb rušivými vlivy a chyb čtení v intervalu: ∆ = ∆m ± | ∆p | . (1.2.1) Není-li měření zatíženo chybou metody, popř. vyloučí-li se tato chyba korekcí, odpadá také člen ∆m . Výsledky měření se získávají přímo čtením z elektromechanického měřicího přístroje nebo nepřímo dosazením zjištěných hodnot do příslušného matematického vztahu. V případě přímého měření největší možná absolutní chyba měření ∆p se určí z třídy přesnosti ( kap. 1.3 ) použitého měřicího přístroje ( δT ) ze vztahu : | ∆p | = (M / 100 ) . δT., kde M je měřicí rozsah přístroje. Největší možná poměrná chyba měření ( δp ) je pak dána vztahem : | δp | = ( | ∆p | / N ) . 100 , kde N je naměřená hodnota. Uvažujeme-li , že měříme např. proud ampérmetrem třídy přesnosti 1,5 s rozsahem 5 A a je-li naměřená hodnota N = 4, 00 A , bude | ∆p | = (M / 100 ) . δT. = ( 5 / 100 ) . 1,5 = 0, 075 A a | δp | = ( | ∆p | / N ) . 100 = ( 0, 075 / 4,00 ) . 100= 1, 875 %. Chyby mohou být kladné nebo záporné, proto největší možná absolutní chyba je ± 0, 075 A a největší možná poměrná chyba je přibližně ± 1,9 %. Měříme-li tímto ampérmetrem menší proud, např. 1 A, je největší možná poměrná chyba podstatně vyšší, a to ± 7,5%. Rozsah měřicího přístroje proto volíme zpravidla tak, aby výchylka byla v poslední třetině stupnice! Při nepřímém měření bývá výsledek dán nějakou matematickou funkcí několika nezávisle proměnných. Jejich hodnoty se obvykle zjišťují měřením, tj. vždy s určitou chybou. Zajímá nás, jaká bude největší možná chyba výsledku v důsledku těchto chyb nezávisle proměnných. V praxi postupujeme tak, že využijeme tabulkového zpracování absolutních a poměrných chyb pro základní matematické operace, což je k dispozici v každých matematických tabulkách. Jak již bylo řečeno, nahodilé chyby jsou neznámého původu. O jejich existenci se přesvědčíme tak, že určitou veličinu změříme několikrát za myslitelně stejných podmínek. Případná odlišnost jednotlivých výsledků měření je způsobena nahodilými chybami. Při elektrických měřeních do výsledku vstupují nahodilé chyby vyvolané měřeným objektem a nahodilé chyby měřicího přístroje. Z počtu pravděpodobnosti vyplývá, že nejsprávnější hodnotou je aritmetický průměr z naměřených hodnot. Pokud jsou odchylky jednotlivých měření mnohem menší než největší možná chyba způsobená největšími možnými chybami jednotlivých měřicích přístrojů, nemá praktický význam počítat pravděpodobnou chybu. Tyto výpočty se uplatní až při nejpřesnějších měřeních, kde největší možná soustavná chyba je velmi malá. Potom se počítají obecně známé chyby, jako např. střední kvadratická chyba, směrodatná odchylka, pravděpodobná chyba nebo krajní chyba. V předcházejících odstavcích jsme poznali, že každý výsledek měření se pohybuje ve větších nebo menších mezích, tj. je zatížen určitou chybou. Platná místa výsledku, která jsou

-9-


měřením zaručena, se píší normálními číslicemi, např. U = 132,0 V. Z tohoto údaje je patrné , že měření zaručuje ještě desetiny voltu. Vynechá-li se nula na konci ( 132 V ) , jsou zaručeny jen jednotky. Získá-li se výsledek výpočtem, např. dělením naměřených hodnot, uvedou se jistá místa jako v předcházejícím případě a další zaokrouhlené místo se napíše menší číslicí, popř. jako spodní index za poslední místo výsledku, např. U = 132,03 V. U přesných měření, kde se určuje i chyba, užívá se vždy vyjádření ve formě dvojčlenu: I = 21,0 ± 0,01 A. První člen je výsledek, druhý člen největší možná absolutní chyba stanovená ze vztahu (1.2.1). Při přípravě měření se vychází z veličiny, která se má měřit a dále z požadované přesnosti výsledku měření. Podle toho se zvolí i měřicí metoda. Po výběru měřicích přístrojů a ostatních zařízení se provede jejich rozmístění na laboratorním stole. V elektrických měřeních důrazně uplatňujeme hledisko názornosti a přehlednosti , proto často rozmisťujeme tyto přístroje shodně s jejich postavením v elektrotechnickém schématu. Zapojování měřicího obvodu musí být systematické. Po zapojení a kontrole měřicího obvodu učitelem je možné zapnout potřebné zdroje. Při měření je nutno dbát všech pravidel správného měření. Zvláště při přesném měření se musí přihlížet ke všem cizím vlivům, které mohou ovlivnit jeho výsledky. Naměřené výsledky je nejvhodnější zapisovat do předem připravených tabulek. Jestliže se čte na elektromechanických přístrojích ( kap. 1.3 ) zapisujeme výchylku přístroje v dílcích - α, současně si zaznamenáváme konstantu přístroje- k a až po měření provedeme výpočet hodnoty měřené veličiny (I,U,P), např. podle tab. 1.2.1. Tab. 1.2.1 α [ dílky ]

I k [A/dílek ]

22

6/120

I [A]

α [dílky ]

U k [ V/dílek ]

22x6/120= = 1,1

40

24/120

U [V]

α [ dílky ]

P k [W/dílek]

40x24/120= =8

60

30x1/120

P [W] (60x30x1)/ 120 = 15

Zvětšujeme-li při měření některou elektrickou veličinu, musíme stále sledovat údaje přístrojů a přepínat včas příslušné měřicí rozsahy. Pokud to povaha měření dovoluje, začínáme proto s měřením od nejvyšší velikosti sledované veličiny. U číslicových přístrojů se při určování přesnosti nepoužívá pojem třída přesnosti, a proto vyjádření chyb těchto přístrojů je složitější záležitostí. Tyto chyby jsou uvedeny vždy v návodu k příslušnému přístroji. Po skončeném měření se výsledky měření zpracují písemnou formou – kap.2.2.

1.3

ELEKTROMECHANICKÉ MĚŘICÍ PŘÍSTROJE

V dřívější době existovaly pouze měřicí přístroje elektromechanické ( jiný nepřesný název: ručkové ). Protože se s nimi běžně setkáváme i nyní, je nutné se o nich zmínit podrobněji. Elektromechanické měřicí přístroje využívají k převodu měřené veličiny na měřicí informaci elektromagnetické silové účinky. Nejprve budou uvedeny vybrané základní vlastnosti. Třída přesnosti ( δT ) je dána největší možnou absolutní chybou v měřícím rozsahu stupnice, vyjádřenou v procentech plného rozsahu stupnice. Norma udává třídy přesnosti: 0,1- 0,2 –0,5 – 1 – 1,5 – 2,5 – 5. Konstanta přístroje ( K ) je hodnota měřené veličiny připadající na jeden dílek stupnice. Konstantu určíme tak, že použitý rozsah přístroje v měřených jednotkách dělíme rozsahem stupnice v dílcích. U wattmetru musíme vynásobit napěťový a proudový rozsah a toto teprve dělit rozsahem stupnice v dílcích (při cos φ = 1 ). Rozsah stupnice – rozsah mezi začátkem a koncem stupnice ( dáno počtem dílků). Měřicí rozsah ( M ) – rozsah, v němž platí třída přesnosti měřícího přístroje ( nemusí se shodovat s rozsahem stupnice).

- 10 -


Největší hodnota měřicího rozsahu – je-li nula na jednom konci dělení stupnice, je největší hodnota měřicího rozsahu určena hodnotou horní hranice měřicího rozsahu. je-li nula uvnitř dělení stupnice, je největší hodnota měřicího rozsahu určena součtem absolutních hodnot odpovídajícím oběma hranicím měřicího rozsahu. Přetížitelnost přístroje se udává násobkem jmenovité hodnoty měřené veličiny, kterou přístroj snese bez poškození. Vlastní spotřeba měřícího přístroje je dána příkonem měřicího přístroje potřebného k dosažení plné výchylky. Často se vyjadřuje nepřímo, a to např. u stejnosměrných voltmetrů vnitřním odporem na 1 V. Podle použití elektromechanické přístroje dělíme: 1. Rozváděčové přístroje – jsou trvale zamontované v rozváděčích nebo na panelech. Slouží k nepřetržitému měření nebo sledování provozních stavů ve výrobě. Třídu přesnosti obvykle mají 1,5 nebo 2,5. 2. Montážní přístroje - jsou přenosné přístroje, které slouží jako kontrolní přístroje při montážích nebo dílenských měřeních. Jejich třída přesnosti je od 0,5 do 1,5. 3. Laboratorní přístroje – jsou určeny pro přesná měření v laboratořích. Mají třídu přesnosti 0,1 až 0,5. 4. Přístroje pro normály ( etalony) – jsou nejpřesnější měřící přístroje, které slouží pro kontrolu nebo cejchování ostatních přístrojů nebo se používají pro značně přesná měření . Tomu také odpovídá třída přesnosti: 0,1. Elektromechanické měřicí přístroje dále podle systému dělíme na ( za pomlčkou je číslo schématické značky systému) : 1. Magnetoelektrické-1, magnetoelektrické s usměrňovačem-2, magnetoelektrické poměrové-3 2. Elektromagnetické ( feromagnetické )-4 3. Elektrodynamické-5, ferodynamické-6 4. Indukční-7 5. Vibrační (rezonanční)-8. Vlastnosti, použití a předpoklady správného provozu přístroje specifikují značky, které jsou na jeho čelní straně uvedeny. Jedná se především o tyto údaje: • značka výrobce a výrobní číslo (např. METRA, v.č. 132698 ) • jednotka měřené veličiny ( např. A, mA, V, mV, Ω, MΩ, W, atd.) • druh systému ( viz označení čísly 1-8 ) • provozní poloha přístroje ( vodorovně nebo kolmo ) • třída přesnosti ( viz výše) • druh proudu, na který systém reaguje ( stejnosměrný - , střídavý ~ ) Magnetoelektrické přístroje Magnetoelektrické (starší název deprézské ) přístroje jsou nejvíce rozšířené elektromechanické přístroje. Princip přístrojů je založen na silovém účinku magnetického pole na vodič protékaný elektrickým proudem, který je úměrný měřené veličině. Hlavní části magnetoelektrického přístroje jsou patrné z obr. 1.3.1. Tyto měřící přístroje jsou nejčastěji používané na měření stejnosměrných veličin, a to napětí v rozsahu 10-3 - 103 V a proudu v rozsahu 10-3 - 104 A. Po doplnění přístroje převodníkem – usměrňovačem nebo termočlánkem ( obr. 1.3.2 ) se používají magnetoelektrické přístroje také pro měření střídavých harmonických průběhů. Stupnice je však potom cejchována v efektivní hodnotě. Změna rozsahů magnetoelektrických voltmetrů se uskutečňuje pomocí předřadných rezistorů – obr. 1.3.3. Voltmetrem o vnitřním odporu RV je třeba měřit napětí UX n- krát větší než jmenovité napětí UV. Na základě základních zákonů elektrotechniky lze pro hodnotu odporu předřadného rezistoru odvodit vztah: Rp = ( n – 1 ) . RV . U vícerozsahových přístrojů se vhodné předřadné

- 11 -


rezistory zařazují obvykle pomocí přepínače. Změna rozsahů magnetoelektrických ampérmetrů se uskutečňuje pomocí bočníků – rezistorů paralelně připojených k přístrojům – obr. 1.3.4. Ampérmetrem o vnitřním odporu RA je třeba měřit proud IX n- krát větší než jmenovitý proud In. Opět na základě základních zákonů elektrotechniky lze pro hodnotu odporu bočníku odvodit vztah: Rb = RA / ( n – 1 ). U vícerozsahových přístrojů se vhodné bočníky zařazují také často pomocí přepínače.

Obr. 1.3.1 Magnetoelektrický přístroj: a) princip působení, b) konstrukce

Obr. 1.3.2 Magnetoelektrický přístroj s usměrňovačem a termočlánkem

Obr. 1.3.3 Změna rozsahu voltmetru: a) zapojení předřadného rezistoru, b) zapojení vícerozsahového přístroje

Obr. 1.3.4 Změna rozsahu ampérmetru: a) zapojení bočníku, b) zapojení vícerozsahového přístroje

- 12 -


Kromě uvedeného systému magnetoelektrického přístroje se používá často i poměrové ústrojí ( ve vzduchové mezeře jsou otočně umístěny dvě pevně mechanicky propojené cívky), které nachází uplatnění např. v ohmetrech pro měření odporů. Elektromagnetické přístroje Princip činnosti elektromagnetického měřícího systému je založen na silovém účinku magnetického pole na feromagnetické jádro, proto se tyto přístroje někdy nazývají feromagnetické. Provedení a princip jsou patrné z obr. 1.3.5. Elektromagnetické přístroje jsou jednoduché, levné a odolné proti přetížení.

Obr. 1.3.5 Elektromagnetický přístroj: provedení a princip Používají se k měření efektivní hodnoty střídavých napětí a proudů síťových kmitočtů, a to v rozsahu řádově 10 – 103 V a 10-1 - 102 A. Změna rozsahu voltmetru se realizuje předřadnými rezistory, ke změně rozsahu ampérmetrů se používá změna počtu závitů odbočkami z cívky nebo rozdělením cívky do sekcí , které se přepínají do série nebo paralelně. Elektrodynamické - ferodynamické přístroje Princip elektrodynamických přístrojů se zakládá na vzájemném silovém působení magnetických polí dvou cívek protékaných elektrickým proudem – obr. 1.3.6a. Na stejném principu s podobným konstrukčním provedením pracují i ferodynamické přístroje – obr. 1.3.6b.

Obr. 1.3.6 Princip přístrojů: a) elektrodynamický, b) ferodynamický

U obou systémů se dá odvodit vztah pro moment, který působí na otočnou cívku: M ~ i1 . i2 . Tato skutečnost umožňuje využít výše uvedené systémy pro měření výkonu elektrického proudu ( P = U . I . cos φ ) a potom přístroje pro měření výkonu se nazývají wattmetry. Nesmíme zapomenout, že wattmetr má dvě cívky- jednu pevnou ( proudová) a druhou otáčivou (napěťová). Podle toho také zapojujeme wattmetr do elektrického obvodu – obr. 1.3.7. Většinou se vyrábí wattmetry s cosφ =1. Jen pro speciální účely pro měření spotřebičů s malým účiníkem jsou vyráběny wattmetry s cosφ = 0,5-0,2 nebo 0,1. Obr. 1.3.7 Zapojení wattmetru do elektrického obvodu

- 13 -


Wattmetry se vyrábí jako laboratorní přístroje třídy přesnosti 0,5 – 0,2 - 0,1. Rozsahy napětí bývají od 60 do 750 V, rozsahy proudů od 0,1 do 20 A. Změna proudového rozsahu se realizuje přepínáním sekcí proudové cívky, změna napěťového rozsahu přepínáním předřadného rezistoru. Indukční přístroje Princip indukčních systémů vychází ze vzájemného působení střídavého magnetického pole pevných cívek a vířivých proudů vyvolaných tímto polem v pohyblivém kotouči. Indukční přístroje se používají hlavně jako elektroměry. Do obvodu se elektroměry zapojují stejně jako wattmetry. Vibrační ( rezonanční ) přístroje Vibrační ( rezonanční ) přístroje využívají mechanické rezonance pohyblivého systému s kmity měřené veličiny- obr. 1.3.8. Nejčastěji se používají jako jazýčkové kmitoměry pro měření kmitočtu ( frekvence ) síťového napětí.

Obr. 1.3.8 Jazýčkový kmitoměr : stupnice a princip činnosti

1.4 ELEKTRONICKÉ MĚŘICÍ PŘÍSTROJE Vývoj měřicí techniky je spjat s rozvojem celé elektroniky. Postupem času začaly vznikat kvalitní elektronické přístroje a v současné době patří elektronické přístroje vedle přístrojů elektromechanických k základní výbavě každé moderní laboratoře. Podle způsobu zpracování měřené informace se elektronické přístroje dělí na analogové a číslicové. Analogové přístroje V praxi se velmi často měření mnohých veličin převádí na měření napětí. Proto z praktického hlediska mají velký význam analogové stejnosměrné a střídavé voltmetry a osciloskopy. Pro měření stejnosměrných napětí se používá stejnosměrných analogových voltmetrů, které využívají zesilovacích schopností elektronických prvků. Obecné blokové schéma stejnosměrného analogového voltmetru je na obr. 1.4.1. Měřené napětí se přivádí na vstupní Obr. 1.4.1 Blokové schéma dělič ( D ), kde se upravuje na vhodnou velikost. stejnosměrného analogového Několikastupňovým zesilovačem ( Z ) se zesílí a indikuje voltmetru magnetoelektrickým měřícím přístrojem. Pro měření střídavých napětí se používají střídavé analogové voltmetry. Tyto mají obecné blokové schéma podobné stejnosměrným voltmetrům. Rozdíl je pouze v tom, že napětí ze zesilovače se musí usměrnit a potom se opět indukuje magnetoelektrickým měřicím přístrojem. K měření napětí se často také používají osciloskopy, které umožňují zobrazit časové průběhy na stínítku . Jednotlivé druhy osciloskopů se vzájemně odlišují základními vlastnostmi, k nimž patří: vychylovací činitel, šířka kmitočtového pásma a vstupní impedance. Vychylovací činitel osciloskopu udává velikost vstupního napětí pro vychýlení stopy o 1 dílek rastru ve svislém směru. Bývá přepínatelný vstupním děličem obvykle v rozmezí 1 mV/dílek až 10 V/dílek. Převrácená hodnota minimálního vychylovacího činitele určuje citlivost osciloskopu. Šířka kmitočtového pásma je nejdůležitějším parametrem, který zásadně určuje oblast použití osciloskopu. Udává se většinou horním mezním kmitočtem, který se u běžných osciloskopů pohybuje v rozmezí 20 až 50 MHz.. Vstupní impedance se obvykle vyjadřuje jako paralelní

- 14 -


kombinace odporu a kapacity. Typická hodnota vstupního odporu je asi 1 MΩ, vstupní kapacita bývá až desítky pikofaradů. Blokové schéma běžného osciloskopu je na obr. 1.4.2. Základní částí osciloskopu je obrazovka O s elektrostatickým vychylováním. Měřenou veličinu přivádíme na vstupní napěťový dělič D, kde je upravena na vhodnou velikost. Ve vertikálním zesilovači Z je veličina zesílena na úroveň potřebnou pro dostatečné Obr. 1.4.2 Blokové schéma osciloskopu vychýlení paprsku dvojicí vertikálních vychylovacích destiček. Z bloku časové základny ČZ je přes horizontální zesilovač Z přiváděno na horizontální destičky napětí pilovitého průběhu. Toto napětí rozmítá elektronový paprsek po obrazovce ve vodorovném směru. Světelný bod se pohybuje periodicky po obrazovce zleva doprava konstantní rychlostí a skokem se vrací zpět. Na pohybující se elektronový paprsek působí i proměnné napětí vertikálních destiček – úměrné měřené veličině a vychyluje jej současně ve svislém směru, takže světelný bod kreslí časový průběh měřené veličiny. Jestliže opakovací kmitočet pilovitého průběhu bude odpovídat kmitočtu měřené veličiny, na stínítku obrazovky dostaneme stojící obraz časového průběhu měřeného napětí. To je zajištěno synchronizací ( spouštěním) generátoru časové základny měřenou veličinou. Přepnutím přepínače P do polohy HZ (horizontální zesilovač ) se odpojí časová základna osciloskopu a na horizontální destičky se může přes vstupní dělič a horizontální zesilovač přivést ze vstupu x napětí libovolného průběhu. To umožňuje značně rozšířit použití osciloskopu pro celou řadu dalších měření. Číslicové přístroje Číslicové přístroje mají ve srovnání s analogovými celou řadu výhod. Vynikají vysokou přesností ( chyba měření bývá 0,01 až 0,001% ), vyznačují se vysokou rychlostí měření, vysokým vstupním odporem a stabilitou. Při měření odpadá i možnost vzniku chyby při odečítání ze stupnice přístroje, neboť výstupní informace o hodnotě měřené veličiny je přímo ve formě číselného údaje. Měřené elektrické veličiny jsou vždy veličinami spojitými- analogovými. Výstupní veličina i zpracovaná měřící informace číslicových měřících přístrojů je nespojitá – diskrétní, může tedy nespojitě nabýt jen konečný počet určitých hodnot. Základní částí všech číslicových měřicích přístrojů je analogově číslicový převodník, který převádí veličinu na číslicový údaj. K přeměně spojité veličiny na nespojitou dochází tzv. kvantováním. Celý rozsah přístroje, v němž daná veličina může nabývat nekonečně mnoho hodnot, se kvantováním rozdělí na konečný počet diskrétních hodnot. Interval mezi dvěma sousedními hodnotami výstupní veličiny bývá nazýván kvantovací krok ( ∆y ). Obr. 1.4.3 ukazuje rozdíl v charakteru výstupních veličin analogového a číslicového měřícího přístroje. Princip kvantování vede k určité chybě měření, která je závislá na kvantovacím kroku.

Obr. 1.4.3 Závislost výstupní veličiny na vstupní veličině u přístrojů: a) analogových, b) číslicových Číslicové měření napětí umožňují stejnosměrné číslicové voltmetry. Podstatou jejich funkce je převedení elektrického napětí na kmitočet nebo časový interval. Tyto veličiny jsou potom

- 15 -


měřeny čítačem. Blokové schéma číslicového voltmetru, který používá principu převodu napětí na kmitočet, je na obr. 1.4.4, a to včetně časových diagramů, které dokreslují jeho činnost. Měřené napětí UX je přiváděno na integrátor. Výstupní napětí integrátoru lineárně vzrůstá s časem, přitom strmost vzrůstu je úměrná velikosti vstupního napětí. Po dosažení konstantní úrovně výstupního napětí integrátoru detektor úrovně ( DÚ ) spustí spínač vybíjecího impulsu SP , který rychle vybije obvod integrátoru a vynuluje tím výstupní napětí integrátoru. Protože měřené napětí je vstupu neustále přítomno, je postup jeho integrace automaticky zopakován a děj se periodicky opakuje. Integrátor, detektor úrovně a vybíjecí obvod vytvářejí generátor pilovitého napětí, jehož kmitočet je úměrný velikosti vstupního stejnosměrného napětí. Změní-li se velikost měřeného napětí z UX1 na UX2 , změní se i kmitočet pilovitého napětí na výstupu detektoru úrovně na hodnotu f2. Jak již bylo řečeno, kmitočet výstupního napětí měříme čítačem. Číslicové voltmetry se používají i pro měření střídavých napětí a potom se nazývají střídavé číslicové voltmetry. Většinou jsou konstruovány tak, že se střídavé napětí nejprve převede na stejnosměrné měřícím usměrňovačem ( Obr. 1.4.4 Blokové schéma převodníkem ). Často se doplňují dalšími převodníky, číslicového voltmetru a časové kterými se jiné veličiny (odpor, proud, teplota ) průběhy veličin převádí na měření stejnosměrného napětí. Tak vznikají univerzální číslicové multimetry. V moderních multimetrech se jako stavební prvky uplatňují i mikroprocesory, které usnadňují jejich používání a přinášejí další významné provozní a technické přednosti.

1.5

MĚŘICÍ SYSTÉMY

Jednou z hlavních výhod číslicových měřicích přístrojů je možnost dalšího číslicového zpracování naměřených hodnot a v řadě případů i možnost dálkového ovládání těchto přístrojů. Dálkové ovládání je možné v případě, že existuje příslušná jednotky propojení – stykový bodinterface, která umožňuje zařazení těchto přístrojů do automatizovaného měřicího systému s řídicí jednotkou realizovanou obvykle počítačem. Aby bylo možné navzájem propojovat různé měřicí přístroje různých výrobců s počítačem, používají se standardizované propojovací soustavy. Je to např. ve světě nejpoužívanější systém, který v ČR má označení IMS-2 ( v USA IEEE488, v Japonsku GP-IB, v západní Evropě IEC625). V některých případech lze též použít propojení RS 232, používané původně pro připojení periférií k počítači. Příklad blokového schématu měřicího systému složeného ze samostatných měřících přístrojů a realizovaného na bázi soustavy IMS-2 je uveden na obr. 1.5.1. V poslední době řada výrobců nabízí pro jednodušší aplikace též systémy realizované na bázi zásuvných měřicích karet ( desek ) umístěných přímo do tzv. slotů osobních počítačů, tj. přímo připojených k vnitřní sběrnicí počítače. K těmto kartám je dodáváno široké příslušenství, určené zejména pro předzpracování měřených veličin. Jedná se především o různé předzesilovače, převodníky pro připojení snímačů fyzikálních veličin, převodníky efektivních hodnot, převodníky kmitočtu nebo výkonové spínače. Po doplnění zásuvných měřicích karet tímto příslušenstvím získáme výkonný měřicí případně až řídicí systém. Zvláštní skupinu z těchto systémů tvoří tzv. virtuální měřicí přístroje.

- 16 -


Obr. 1.5.1 Blokové schéma měřicího systému Jedná se o zásuvné měřící karty, na nichž je umístěn plnohodnotný měřicí přístroj, ovšem bez displeje a zdrojů. Nedílnou součástí je programové vybavení, které umožňuje pracovat s touto kartou stejně jako s normálním číslicovým měřicím přístrojem, ale čelní panel takovéhoto virtuálního přístroje je znázorněn na obrazovce počítače.Vlastní měření ( přepínání funkcí, rozsahů atd. )je řízeno z klávesnice počítače nebo pomocí myši. Rozsah měřicích systémů vytvořených na bázi zásuvných karet je omezen počtem volných pozic v použitém osobním počítači. To je jedním z důvodů, proč začaly vznikat tzv. modulární měřicí systémy, u nichž se zásuvné měřicí karty neumisťují do počítače a nepřipojují přímo na jeho vnitřní sběrnici. Většinou jsou měřicí karty – moduly umístěny v samostatné přístrojové skříňce vně počítače a mají vlastní vnitřní sběrnici. K propojení s počítačem dochází pomocí již uvedené sběrnice IMS2 nebo přes sériový interface RS 232.

1.6

METODY MĚŘENÍ ELEKTRICKÝCH VELIČIN

Metodou měření elektrických veličin se rozumí způsob založený na využití některého fyzikálního zákona. Podle způsobu určení měřené veličiny se metody rozdělují na přímé a nepřímé. Přímou metodou se hodnota elektrické veličiny určuje přímo z údaje na měřicím přístroji. Nepřímou metodou se veličina zjišťuje nepřímo z měření jiných veličin a potom následnou matematickou operací se určí hodnota veličiny hledané. Typickým příkladem je měření odporu Ohmovou metodou, při které vypočítáme odpor z naměřeného napětí a proudu. Podle funkce měřicích přístrojů se dělí metody na výchylkové a nulové. Při výchylkových metodách se určuje měřená veličina z výchylky měřicího přístroje, chyby měřicího přístroje ovlivňují přímo přesnost měření. U nulové metody je měřicí přístroj využit pouze jako nulový indikátor. Výběr nejvhodnější metody vychází z mnoha různých hledisek, avšak tím nejdůležitějším je účel měření a jemu odpovídající přesnost. Měření napětí K nejběžnějším metodám měření napětí patří výchylkové metody, při kterých se napětí měří voltmetry udávajícími hodnotu naměřeného napětí výchylkou nebo číselným údajem. Voltmetry se připojují paralelně k měřenému obvodu podle obr. 1.6.1. Připojením nemá voltmetr ovlivňovat měřený obvod, tedy vlastní spotřeba voltmetru má být zanedbatelná. Jeho vnitřní impedance by měla být nekonečně velká nebo alespoň podstatně větší než impedance, na které je napětí měřeno.

- 17 -


Obr. 1.6.1 Měření napětí

Obr. 1.6.2 Měření proudu

Měření proudu U přímých metod měření proudu se používají ampérmetry, které udávají hodnotu měřeného proudu výchylkou nebo číselným údajem. Zapojují se do série s částí obvodu, v níž je třeba proud měřit – obr. 1.6.2. Aby nebyl měřený obvod ovlivňován, má mít ampérmetr velmi malou impedanci vůči impedanci vnějšího obvodu. V praxi se často používá i nepřímá výchylková metoda, kdy se měření proudu převádí na měření napětí na přesném rezistoru. Měření výkonu 1. Měření výkonu stejnosměrného proudu Výkon stejnosměrného proudu lze měřit přímou metodou pomocí elektrodynamických nebo ferodynamických wattmetrů ( kap. 1.3 ). Avšak častěji se v praxi používá nepřímá metoda, kdy se měří napětí a proud zátěže a z těchto hodnot se vypočítá výkon. Při měření napětí a proudu zátěže je možné použít dvou zapojení podle obr. 1.6.3. Pro zapojení na obr. a) platí: I = IA , U = UV – UA = UV - RA . IA , a to za předpokladu, že vnitřní odpor ampérmetru je RA. Potom pro výkon platí P = U . I = UV . IA - RA . IA2. Korekční členy lze zanedbat, je-li odpor ampérmetru RA << R. Pro zapojení na obr. b) lze obdobným způsobem odvodit pro výkon vztah P = U . I = UV . IA - UV2 / RV , je-li RV vnitřní odpor voltmetru. Korekční členy lze zanedbat, je-li odpor voltmetru RV >> R. 2. Měření výkonu ve střídavých jednofázových soustavách Pro měření činného výkonu střídavého proudu se nejčastěji používají elektrodynamické nebo ferodynamické wattmetry. Pro kontrolu zatížení napěťové a proudové cívky wattmetru zařazujeme do obvodu ještě voltmetr a ampérmetr, přičemž i v tomto případě můžou být měřicí přístroje zapojeny podle obr. 1.6.4. Jestliže nelze vlastní spotřebu přístrojů zanedbat, je třeba opět provést korekce. Pro zapojení na obr. a) platí: P = P1 - U2 / RV - U2 / RVW a pro zapojení na obr. b) platí P = P1 - RA . I2 - R AW . I2, je-li P1 výkon měřený wattmetrem, P skutečný výkon, RA vnitřní odpor ampérmetru, RV vnitřní odpor voltmetru, RVW vnitřní odpor napěťové cívky wattmetru a RAW vnitřní odpor proudové cívky wattmetru. Je-li třeba provádět korekce, používá se obvykle zapojení podle obr. a), neboť vnitřní odpor napěťové cívky wattmetru a vnitřní odpor voltmetru bývá udán. Z naměřených hodnot napětí a proudu lze určit zdánlivý výkon, pomocí naměřeného výkonu potom i účiník.

Obr. 1.6.3 Měření výkonu stejnosměrného proudu nepřímou metodou

- 18 -


Obr. 1.6.4 Měření výkonu ve střídavých jednofázových soustavách wattmetry 3. Měření výkonu ve střídavých trojfázových soustavách. Pro měření činného výkonu v trojfázových soustavách se používají opět elektrodynamické a ferodynamické wattmetry, které jsou pro naše potřeby zapojeny podle obr. 1.6.5. U souměrných čtyřvodičových sítí při souměrných spotřebičích se používá jediný wattmetr zapojený do libovolné fáze – obr. a). Celkový výkon je potom roven trojnásobku výkonu, který určuje wattmetr. U nesouměrných režimů se ve čtyřvodičové soustavě používá zapojení třech wattmetrů – obr. b) a celkový výkon je dán součtem výkonů změřených jednotlivými wattmetry. U nesouměrného režimu ve třívodičové soustavě se nejčastěji používá zapojení se dvěma wattmetry – Aronovo zapojení – obr. c). Celkový činný výkon je dán součtem údajů obou wattmetrů. Pro ochranu před přetížením wattmetrů se v každé fázi musí použít ampérmetr a voltmetr, které nejsou pro zjednodušení obrázků na nich uvedeny. Měření elektrické energie Měřiče elektrické energie – elektroměry jsou integrační wattmetry. Mají tedy proudovou a napěťovou cívku a zapojují se stejně jako wattmetry (podle normalizovaného značení svorek). Od wattmetrů se liší tím, že pohybové ústrojí nemá řídicí moment a údaj číselníku se s časem zvětšuje. Obr. 1.6.5 Měření činného výkonu Elektroměry se rozdělují na : 1. Elektroměry na ve střídavých trojfázových stejnosměrný proud, 2. Elektroměry pro střídavý soustavách proud: a) jednofázové, b) trojfázové. Podle měřené veličiny lze elektroměry rozdělit na: a) elektroměry pro měření činné energie, b) elektroměry pro měření zdánlivé energie, c) elektroměry pro měření jalové energie. Měření odporu Podle velikosti lze odpory rozdělit na: malé ( < 102 Ω ), střední ( 102 – 106 Ω ), velké ( > 6 10 Ω ). Výběr metody závisí na velikosti měřeného odporu a na účelu, ze kterého vyplývá požadovaná přesnost měření. V praxi se odpory většinou měří výchylkovou nepřímou metodou pomocí voltmetru a ampérmetru a odpor se počítá z Ohmova zákona. Podobně jako při měření výkonu, můžeme voltmetr a ampérmetr zapojit dvojím způsobem a každé zapojení je vhodné pro měření odporu určité velikosti.– obr. 1.6.3. Při uvažování korekcí pro zapojení na obr. a) se odpor vypočítá ze vztahu R = ( UV / IA ) – RA. Korekce lze vynechat při nerovnosti RA << R a toto zapojení je potom vhodné pro měření velkých odporů případně středních odporů. Pro zapojení na obr. b) se odpor vypočítá podle vztahu R = UV / [ IA – ( UV / RV ) ] a korekce lze vynechat , pokud je splněna nerovnost RV >> R a toto zapojení je potom vhodné pro měření odporů malých.

- 19 -


Odpor lze také zjišťovat nulovými metodami, z nichž nejvýznamnější je můstkové zapojení. K přesnému měření středních odporů se používá Wheatstonova můstku – obr. 1.6.6. Rezistory o odporech R1, R2, R3 a RX tvoří můstkové zapojení. K diagonále můstku AB je připojen zdroj o napětí U, ke druhé diagonále CO nulový indikátor. Rovnováha nastane, neprochází-li indikátorem proud. Z toho vyplývá, že pro poměr odporů musí platit: R1 / R2 = RX / R3. Při měření se proměnným ocejchovaným odporem vyvažuje můstek do rovnováhy a velikost neznámého odporu RX se určí z rovnice pro rovnováhu. Na podobném principu pracuje i Thomsonův můstek, který je určen pro přesná měření malých odporů. Obr. 1.6.6 Přesné měření Pro běžná rychlá měření malých a středních odporů se v praxi odporů často používají přímo ukazující ručkové ohmetry, např. poměrový ohmetr. V případě měření odporů velkých ( izolační odpor atd. ) se používají speciální přístroje např. megaohmmetry nebo teraohmmetry, které nachází uplatnění při hodnotách odporů až do 1015Ω. Avšak i pro tyto odpory lze použít již dříve popsanou výchylkovou nepřímou metodu nebo metodu založenou na vybíjení kondenzátoru přes měřený rezistor. Pro přesná přímá měření v širokém rozsahu hodnot odporů se dnes používá elektronických číslicových multimetrů. Za pomoci vestavěných velmi přesných zdrojů proudu je u nich měření odporu převáděno na měření napětí. Měření kmitočtu ( frekvence ) Pro měření kmitočtu se dnes v průmyslové praxi používají kmitoměry, které jsou většinou založeny na principu vibračních ( rezonančních ) přístrojů. Měření kmitočtu pomocí ručkových kmitoměrů , stroboskopu, případně využitím osciloskopu se běžně nepoužívá. Měření sledu fází Měření sledu fází se provádí pomocí ukazatele sledu fází. V podstatě jde o malý asynchronní motorek, který se připojuje na trojfázovou síť. Princip činnosti vychází z činnosti tohoto motorku, souhlasí-li sled fází se svorkami označenými na ukazateli, otáčí se kotouček ve směru šipky. Sled fází se však dá zjišťovat i jiným způsobem, např. pomocí wattmetru, který je zapojen pro měření jalového výkonu ( vhodným zapojením musíme otočit napětí připojené na napěťovou cívku o 90o vůči napětí, které je na napěťové cívce wattmetru při měření činného výkonu ). Měření účiníku Účiník se určuje pomocí přístrojů - fázoměrů, které jsou konstruovány na principu elektrodynamickém. Velikost účiníku udává poloha ručky na stupnici.

2. LABORATORNÍ CVIČENÍ 2.1

METODIKA CVIČENÍ

Laboratorní cvičení z předmětu „Elektrotechnika a elektronika“ pro bakalářské studium je zaměřeno na praktické procvičení vybraných a na přednášce probíraných témat. Důraz je kladen na skutečnost, aby se studenti seznámili s klasickým i moderním měřením základních elektrotechnických veličin, s ověřením vybraných elektrotechnických zákonů, s činností a některými pro strojírenskou praxi důležitými vlastnostmi elektrických strojů a elektrických přístrojů, výrobou a rozvodem elektrické energie, s instalační a jistící technikou, s prvky elektronických a optoelektronických obvodů, analogovými a číslicovými obvody, bezkontaktními spínači, ochranou před úrazem elektrickým proudem v sítích do 1000 V, výkonovou elektronikou a jejím použitím ve studovaném oboru a s moderním přístupem k elektrickým pohonům. Pozornost je soustředěna na získání správných návyků při zacházení s elektrickými zařízeními a při jejich obsluze, a to i s ohledem na bezpečnost práce. Studenti jsou

- 20 -


vychováváni k samostatnosti při práci a k tomu, aby uměli z naměřených hodnot vyvodit odpovídající pro strojírenskou praxi důležité závěry. Z tohoto hlediska je volena i metodika laboratorních cvičení. Každé laboratorní cvičení je věnováno jednomu tématu. Jejich přehled včetně časové specifikace a dalších podrobností je pro každý studijní rok uveden na začátku semestru v rámci Studijního programu předmětu. Student se na měřenou problematiku řádně připraví. Zjistí-li učitel nepřipravenost studenta na cvičení, je povinen ho ze cvičení vykázat. Povinností studentů je také přicházet do cvičení včas,v přiměřeném oděvu a čisté obuvi ( přezůvky). Docházka do cvičení je povinná se 100% účastí. Neúčast je možné omluvit jen z vážných, úředně doložených důvodů. Učitel může potom umožnit studentovi termín náhradního cvičení. Podobně je tomu i v případě, bude-li student ze cvičení z jakéhokoliv důvodu vykázán. V průběhu cvičení jsou studenti povinni bezpodmínečně dbát bezpečnostních předpisů a pokynů učitele. Zejména není dovoleno připojovat elektrické zdroje bez předchozí kontroly a svolení učitele. Dále je zakázáno vstupovat na jiná pracoviště a manipulovat s veškerým zařízením bez dovolení. Je také zakázáno ve cvičeních jíst, pít a kouřit. Do laboratoří se povoluje nosit pouze nejnutnější potřeby, jako např. skripta, sešit, výpočetní a psací potřeby. Student si během vlastního měření dělá poznámky a zaznamenává si naměřené hodnoty. Tyto potom v učitelem určeném čase v rámci cvičení náležitě do sešitu zpracuje a především písemně vyvodí příslušné závěry a provede celkové zhodnocení měření. Až potom bude studentovi uznáno absolvování laboratorního cvičení. Na začátku semestru každý student dostane zadáno téma zpracování tzv. vzorového referátu. Tento referát student pečlivě zpracuje doma na samostatné vlastní listy dle pokynů v kap. 2.2. Referát odevzdá další laboratorní cvičení, nejpozději však podle pokynů učitele do termínu udělování zápočtu. Udělení zápočtu je vázáno na splnění požadovaných povinností a je opět stanoveno Studijním programem předmětu.

2.2 VZOROVÝ REFERÁT Během semestru každý student vypracuje vzorový referát (protokol). Účelem je naučit se kvalitním způsobem zpracovat určité předem zadané experimentální téma. Je totiž možné, že ve své budoucí praxi se studenti dostanou do oddělení řízení jakosti, různých zkušeben atd., kde se zápisy z provedených úkonů provádí vždy. Student musí tedy umět ke stanoveným úkolům zaujmout stanovisko, a to nejenom po stránce odborné, ale také metodické a grafické. Vypracování vzorového referátu se řídí určitými pravidly, které je třeba dodržovat. V referátu vždy uveďte: 1. Úkol měření. Úkol měření je zadán a přesně specifikován učitelem. Je nutné vždy úkol měření respektovat a dodržet. Pokud nelze nějaký bod zadání v daných podmínkách vykonat, je nutné toto detailně popsat ve zhodnocení měření. 2. Schéma zapojení. Schéma zapojení úlohy je také většinou zadáno. Pokud tomu tak není, je třeba schéma vymyslet a nakreslit. Při kreslení je třeba dbát zásad technického kreslení a dodržovat i příslušné normy. To se týká především normovaných schématických značek. Je třeba podotknout, že platí normy ČSN nebo normy evropské ( např. dříve normy v rámci RVHP), ale že lze také narazit na upřednostnění norem podnikových. Kreslení schémat lze realizovat ručně nebo pomocí počítačové techniky ( AUTOCAD, ORCAD atd.). Při ručním kreslení musíme používat rýsovacích potřeb a schémata nejlépe nakreslit tuší. 3. Soupis použitých přístrojů. V každém referátu je nutné uvést soupis použitých přístrojů, a to včetně jejich specifikace (evidenční číslo, použité rozsahy atd.). Je třeba si představit, že měřenou úlohu může v praxi někdo ( např. kontrolní orgán nebo zákazník) opět realizovat a k tomu potřebuje stejné podmínky, tedy v tomto případě použití stejných měřících přístrojů. 4. Stručný popis použité metody.

- 21 -


Zde posluchač uvede stručnou formou popis použité metody,a to i v případě, že tato je všeobecně známa. Vyjádření musí být jasné, je třeba použít srozumitelného technického slohu. 5. Naměřené a vypočtené hodnoty zpracované tabelárně a graficky. Všechny naměřené a vypočítané hodnoty je nejlépe zpracovat vhodným způsobem do tabulky nebo i grafu. V předkládaných skriptech jsou tabulky i grafické závislosti naznačeny. Student může však použít i svých vlastních návrhů. 6. Zhodnocení výsledků měření. Jedná se o nejdůležitější bod celého protokolu. Zde posluchač provede zhodnocení měření, a to z různých hledisek. Zamyslí se nad průběhem vlastního měření, nad činností přístrojů, použitých zařízení , přípravků atd.. Podrobí diskuzi vypočítané hodnoty a použitou metodu měření . Předpokládá se , že bod 6 bude zpracován značně obsáhle , neboť zde by student měl především uplatnit vědomosti a ukázat své schopnosti. Každý vzorový referát bude začínat úvodní stránkou, kde budou základní informace např. jméno studenta, školní rok, datum měření, číslo úlohy a její název. Je doporučeno, aby úvodní stránka měla podobu dle tab. 2.2.1. Tab. 2.2.1 VUT – FS BRNO

ÚVSSaR, ODBOR ELEKTROTECHNIKY

LABORATORNÍ CVIČENÍ Elektrotechnika a elektronika JMÉNO:

DATUM MĚŘENÍ:

ŠKOLNÍ ROK:

ROČNÍK:

SEMESTR:

DATUM ODEVZDÁNÍ:

PŘEDNÁŠKOVÁ SKUPINA:

KROUŽEK:

UČITEL:

HODNOCENÍ:

Číslo úlohy:

Název úlohy:

2.3 BEZPEČNOST PŘI PRÁCI NA ELEKTRICKÉM ZAŘÍZENÍ Bezpečnost při práci na elektrickém zařízení je neoddělitelnou a rovnocennou součástí plánování výrobních a pracovních úkolů. Za to zodpovídají v plném rozsahu vedoucí pracovníci na všech stupních řízení, protože jsou výslovně povinni na všech pracovištích podléhajících jejich pravomoci vytvářet podmínky pro bezpečnou a zdravotně nezávadnou práci, předcházet tak pracovním úrazům a nemocem z povolání. K zajištění těchto požadavků musí využívat nejmodernějších poznatků vědy a techniky. Přes veškerá opatření může však dojít k úrazu elektrickým proudem.

- 22 -


• • • • •

•

• • • • • •

• • • • •

• •

Úraz elektrickým proudem. Úraz elektrickým proudem může vzniknout při zacházení s elektrickým zařízením z těchto důvodů: 1. Dotykem s živými částmi elektrického zařízení, to znamená dotykem s takovými částmi elektrického zařízení, které jsou určeny k vedení elektrického proudu nebo které mají napětí, případně s částmi s nimi vodivě spojenými. Určitá část živého organismu se při tom zapojí buď do proudového obvodu, nebo do chybného obvodu uzavřeného proudem, procházejícím zemí nebo uzemněnými konstrukcemi. 2. Dotykem s neživými částmi elektrického zařízení, to znamená s takovými vodivými částmi přístupnými dotyku, které nejsou určeny k vedení proudu a ani na nich není normálně napětí. Napětí se však na nich může objevit při nahodilé poruše a to například poškozením izolace, vadnou manipulací a podobně. Takové části mohou, nebo nemusí být součástí elektrického zařízení. Jedná se zejména o kryty, pouzdra, kovové konstrukce a podobně. 3. Přeskokem elektrické jiskry nebo výbojem z elektrické části zařízení na tělo postiženého. Do této kategorie patří i úrazy bleskem. 4. Krokovým napětím, to jest částí napětí zemniče proti zemi, která může být překlenuta krokem. U člověka se jedná o vzdálenost asi 1 m, přitom průchod proudu je v tomto případě od nohy k noze. Při práci na elektrických zařízeních se může vedle ohrožení osob elektrickým proudem vyskytnout i následný úraz, a to například pád postižené osoby, ohrožení rotujícími součástmi zařízení, případně chemické i jiné vlivy. Rozhodujícím faktorem při úrazu elektrickým proudem je velikost proudu protékajícího tělem postiženého, která je závislá na celkovém odporu uzavřeného obvodu s lidským tělem, dále je to cesta proudu tělem, doba působení proudu, druh proudu, napětí, pracovní cyklus srdce a psychický stav postižené osoby. Vznik a velikost nebezpečí úrazu jsou závislé zejména na napětí, na druhu prostředí, pracovních podmínkách a na odbornosti pracovníka. Vliv velikosti, druhu a kmitočtu elektrického proudu. Prochází-li tělem postiženého větší proud než bezpečný, objevuje se křeč svalů, která při dosažení hodnoty 20 mA při kmitočtu 50 Hz bývá již tak silná, že postižený nemůže vlastní vůlí postižené svaly ovládat. Při ještě větších hodnotách střídavého proudu, zachvátí svalová křeč i hrudníkové svaly ovládající dýchání. V rozmezí od 20 do 80 mA se popsané účinky stupňují tak, že postižený nemůže dýchat, srdce se zastavuje a postižený upadá do bezvědomí. Trvá-li průchod proudu déle než 25 až 50 s, pak srdeční svaly přejdou do jemného kmitání. Velké proudy mají na lidské tělo i značný tepelný účinek, čímž dochází i k vážným popáleninám. Stejnosměrný proud není tak nebezpečný jako proud střídavý. U stejnosměrného proudu je však důležitým faktorem stupeň vyhlazení proudu. Pulzační proud naprosto nevyhlazený má stejný účinek jako proud střídavý. Zdálo by se logické, že střídavý proud bude tím nebezpečnější, čím bude mít vyšší kmitočet. Ve skutečnosti bylo největší nebezpečí prokázáno u proudu s kmitočtem 10 až 100 Hz. Dále pak se stoupajícím kmitočtem nebezpečí účinků proudu na lidské tělo klesá. Vliv odporu lidského těla. Odpor, který klade lidské tělo průchodu elektrického proudu, závisí na povrchu lidského těla, které přišlo do styku s elektrickým zařízením, dále na jemnosti pokožky a délce dráhy, jíž projde tělem proud. Odpor těla, a to hlavně odpor kůže klesá s napětím a s dobou účinku proudu.

- 23 -


Daleko větší vliv na odpor těla mají vnější vlivy ( horko, vlhko, déšť a pod. ). Proto vznikají při měření odporu lidského těla značné rozdíly. Pro bezpečnostní výpočty se uvažuje hodnota 3000 ohmů. Vliv elektrického napětí. Výše napětí má stejný vliv na vážnost úrazu jako velikost proudu. Tím, že velikost odporu lidského těla při vyšším napětí klesá, uplatňuje se vliv napětí ještě více, než by odpovídalo podle Ohmova zákona. Norma ČSN 33 2000-4-41 udává hodnoty bezpečného napětí živých částí v souvislosti s druhem prostoru z hlediska nebezpečí úrazu elektrickým proudem, a to: - v prostorech bezpečných, ve kterých prostředí snižuje nebezpečí úrazu elektrickým proudem (zejména prostory s prostředím obyčejným, studeným, suchým, nebo s nevodivým nehořlavým prachem a pod.) , je bezpečné napětí střídavé do 50 V a stejnosměrné do 100 V. - v prostorech nebezpečných, kde vlivem prostředí je buď stálé nebo přechodné nebezpečí úrazu elektrickým proudem, tj. prostory s prostředím horkým, vlhkým, s vodivým okolím, prašným a vodivým prachem, žíravým a podobně , je bezpečné napětí střídavé do 25 V a stejnosměrné do 60 V. - v prostorech zvláště nebezpečných, ve kterých zvláštní okolnosti nebo vlivy prostředí zvyšují nebezpečí úrazu (mokré prostředí), je bezpečné napětí střídavé do 12 V a stejnosměrné do 25 V. Snížení rizika elektřiny. Podstatný vliv na snížení rizika elektřiny mají naše normy a předpisy. Tyto jednak předepisují dodržení základních ustanovení bezpečné práce na pracovišti, jednak určují technické provedení elektrotechnických výrobků tak, aby se daly ovládat bezpečně a spolehlivě a aby při tom plnily všechny funkce. Dále musí umožnit z daných výrobků stavět a montovat bezpečná elektrická zařízení. Ochrana před nebezpečným dotykovým napětím. 1. Všechny části elektrického zařízení musí být chráněny takovým způsobem, aby se vyloučilo nebezpečí úrazu. O způsobech, podstatě, provedení a podmínkách ochrany před nebezpečným dotykem živých částí a dále neživých částí elektrických zařízení do 1000 V a nad 1000 V a o dalším je podrobně pojednáno v normě ČSN 34 2000-4-41. 2. Bezpečnostní tabulky a nápisy pro elektrotechnická zařízení. Bezpečnostní tabulky a nápisy používané ve spojitosti s elektrickými zařízeními, upozorňují na možnost ohrožení zdraví a života, sdělují zákazy nutné k zajištění bezpečnosti nebo upozorňují na bezpečnostní opatření .Elektrická zařízení, popřípadě elektrické předměty musí být před uvedením do provozu vybaveny všemi bezpečnostními tabulkami, předepsanými pro dané zařízení. 3. Bezpečnostní předpisy pro obsluhu a práci na elektrických zařízeních. Tyto normy ukládají všem provozovatelům povinnost udržovat elektrická zařízení v bezpečném stavu a přesvědčovat se o tom pravidelnými revizemi, které jsou nedílnou součástí údržby. Podle normy osoby určené k obsluze a práci na elektrických zařízeních a v jejich blízkosti musí mít takové tělesné a duševní vlastnosti ( vědomosti, dovednosti, zkušenosti, zdravotní stav atd. ), jaké vyžaduje odpovědnost a nebezpečí jimi prováděných úkolů. Organizace jsou povinny seznámit svoje pracovníky s doplňujícími předpisy pro práci na jednotlivých částech zařízení v rozsahu jejich činnosti a také je ze znalosti těchto norem pravidelně přezkušovat.

- 24 -


V roce 1978 byla vydána Vyhláška Českého úřadu bezpečnosti práce č.50/1978 Sb. o odborné způsobilosti v elektrotechnice, která stanovuje podmínky pro získání kvalifikace potřebné pro výkon činnosti na elektrických zařízeních. Vyhláška stanovuje stupně odborné způsobilosti ( kvalifikace ) pracovníků, kteří se zabývají obsluhou elektrických zařízení nebo prací na nich, projektováním těchto zařízení, řízením činnosti, nebo projektováním elektrických zařízení v organizacích , které vyrábějí, montují, provozují nebo projektují elektrická zařízení, nebo provádějí na elektrických zařízeních činnost dodavatelským způsobem. Dále stanovuje podmínky pro získání kvalifikace a povinnosti organizací a pracovníků v souvislosti s kvalifikaci v souladu s normami ČSN. Kvalifikace pracovníků ( číslování paragrafů podle vyhlášky č. 50/1978 Sb. ): § 3 - pracovníci seznámení - jsou ti, kteří byli organizací v rozsahu své činnosti prokazatelně seznámeni o zacházení s elektrickými zařízeními a upozorněni na možné ohrožení těmito zařízeními. § 4 - pracovníci poučení - jsou ti, kteří byli organizací v rozsahu své činnosti seznámeni s předpisy pro činnost na elektrických zařízeních, školeni v této činnosti, upozorněni na možné ohrožení elektrickými zařízeními a seznámeni s poskytováním první pomoci při úrazech elektrickým proudem.V tomto rozsahu jsou poučeni studenti a mají tudíž kvalifikaci pracovníků poučených. Bez této kvalifikace nelze provádět laboratorní cvičení. § 5 - pracovníci znalí - jsou ti, kteří mají ukončené odborné vzdělání a po zaškolení složili zkoušku ze znalostí předpisů k zajištění bezpečnosti práce a technických zařízení, souvisících s jejich činností a z teoretických i praktických znalostí o poskytování první pomoci. § 6 - pracovníci pro samostatnou činnost - jsou pracovníci znalí s vyšší kvalifikací, kteří splňují požadavky pro pracovníky podle § 5, mají alespoň nejkratší požadovanou praxi a prokázali složením další zkoušky znalosti potřebné pro samostatnou činnost. § 7 - pracovníci pro řízení činnosti - jsou pracovníci znalí s vyšší kvalifikací, kteří splňují požadavky pro pracovníky uvedené v § 6, mají alespoň nejkratší požadovanou praxi a prokázali složením další zkoušky znalosti potřebné k řízení činnosti. § 8 - pracovníci pro řízení činnosti prováděné dodavatelským způsobem a pracovníci pro řízení provozu - jsou pracovníci znalí s vyšší kvalifikací, kteří splňují požadavky pro pracovníky uvedené v § 7, mají alespoň nejkratší požadovanou praxi a prokázali složením další zkoušky znalosti potřebné pro řízení činnosti prováděné dodavatelským způsobem. § 9 - pracovníci pro provádění revizí - jsou pracovníci znalí s vyšší kvalifikací, kteří mají ukončené odborné vzdělání, stanovenou praxi a složili zkoušku před příslušným orgánem dozoru. § 10 - pracovníci pro samostatné projektování a pracovníci pro řízení projektování - jsou ti, kteří mají odborné vzdělání a praxi určené zvláštními předpisy, složili zkoušku ze znalostí předpisů k zajištění bezpečnosti práce a technických zařízení a z předpisů souvisejících s projektováním. Normy ČSN přináší dále ustanovení o používání ochranných a pracovních pomůcek, které musí být vždy v bezvadném stavu, pokud se jich používá při obsluze a práci na elektrickém zařízení. - Ochrannými pomůckami jsou například pryžové ochranné izolační rukavice, pryžové galoše nebo boty, izolační obleky, izolační přilby, pryžové izolační koberce, zkratovací a zemnící zařízení.

- 25 -


- Pracovní pomůcky jsou dalším prostředkem ke zvýšení bezpečnosti před úrazem. Jsou to například : izolační spínací tyče, zkoušečky napětí, stupadla, izolované nářadí, žebříky a podobně. Pracovníci musí být poučeni a vycvičeni v zacházení s pomůckami, kterých se při obsluze a práci používá. Při práci pod napětím nebo v jeho blízkosti se nesmí používat oděvů volně vlajících, nesmí se nosit kovové řetízky , náramky, prsteny, oděv a prádlo ze vznětlivé látky a podobně. Dále se zakazuje pracovat s vyhrnutými rukávy nebo mít oděv bez rukávů. Normy ČSN dále uvádí přesné pracovní směrnice jak pro obsluhu, tak i pro práci na elektrickém zařízení, jako například : - Obsluhovat elektrická zařízení smějí pracovníci s kvalifikací požadovanou pro příslušná zařízení. Obsluhující se smí dotýkat jen těch částí, které jsou pro obsluhu určeny a podobně. - Práce na elektrickém zařízení mají být prováděny zásadně bez napětí. Vypnutý stav musí být zajištěn tak, aby někdo nemohl z neinformovanosti, neznalosti nebo omylem obnovit přívod proudu na pracoviště. Bez zvláštních bezpečnostních opatření lze pracovat na zařízení pod napětím, například pokud napětí pro daný prostor není vyšší než bezpečné nebo pokud v obvodu uzavřeném lidským tělem nemůže vzniknout větší proud než bezpečný. Bezpečnostní předpisy pro obsluhu a práci ve zkušebních prostorech. Zkušební prostor ( zkušebna ) je místo, kde se ověřují nebo zkouší předměty za použití elektřiny. Do zkušebních prostor jsou zařazeny i školní laboratoře. Do těchto zkušebních prostor není dovolen vstup nepovolaným osobám. V těchto prostorech smí pracovat jen osoby, které mají pro prováděné práce odpovídající kvalifikaci, jsou řádně poučeny a ovládají příslušné předpisy. Ve zkušebních prostorech se musí dodržovat tato bezpečnostní opatření : 1. Všichni pracovníci jsou povinni dodržovat provozní řád vydaný dotyčnou organizací. 2. Všichni pracovníci musí nosit přiléhavý šat, aby nedošlo k úrazu zachycením oděvu nebo vlasů. 3. Každý pracovník musí mít prokazatelné znalosti první pomoci při úrazech elektřinou. 4. Každý pracovník je povinen provést práce podle dispozic vedoucího práce. V případě, že si pracovník není jist svými schopnostmi nebo okamžitým zdravotním stavem, musí to včas oznámit vedoucímu práce. Ve školních laboratořích se musí dodržovat mimo všeobecně platné bezpečnostní předpisy pro práce a obsluhu elektrických zařízení, ještě další zvláštní ustanovení : 1. Studenti než začnou navštěvovat laboratoře, musí být seznámeni s příslušnými bezpečnostními předpisy a poskytováním první pomoci při úrazech elektřinou. Učitel je před zahájením výuky stručně zopakuje. 2. Před zahájením výuky v laboratořích přezkouší učitel signální zařízení označující zapnutý stav na jednotlivých pracovištích a funkci zařízení, kterým lze přímo v laboratoři vypnout v případě nebezpečí přívod proudu na všechna pracoviště. Ovladač vypínacího zařízení musí být výrazně označen a musí být k němu vždy volný přístup. 3. Učitel dozírá na to, aby studenti používali vhodných ochranných pomůcek a je povinen dbát , aby tyto pomůcky byly v naprostém pořádku.

- 26 -


První pomoc při úrazech elektřinou. Jestliže všechna preventivní opatření selžou, pracovník se nedovedl svým chováním a činností vyhnout úrazu ze zbytkového rizika, pak dojde k úrazu. Vážnost následků úrazu elektřinou pro postiženého závisí často z velké části na způsobu záchranné techniky, zejména na včasném, správném a dostatečně dlouhém provádění záchranných prací ještě před příchodem lékaře nebo před odvozem do zdravotního zařízení. Při poskytování první pomoci při úrazech elektřinou je nutné jednat rychle, nikoliv však ukvapeně. Jen správným postupem lze postiženého zachránit a zabránit dalšímu úrazu postiženého popřípadě zachránce. Zásady první pomoci při úrazech elektřinou. 1. Vyprostit postiženého z dosahu elektrického proudu. a) přerušením napájení dotyčného zařízení - vypnutím hlavního vypínače - vypnutím jističů nebo vyšroubováním pojistek - vytáhnutím zástrčky ze zásuvky b) odsunutím izolačním předmětem - vodiče způsobujícího úraz - postiženou osobu c) přerušením vodiče - ostrým izolovaným předmětem, kleštěmi a podobně. Zjistíme-li že je postižený v takové poloze, že by po přerušení elektrického proudu mohl spadnout, musí se před tímto úkonem zajistit před pádem a tím i dalším zraněním. Zachránce vždy musí dbát na to, aby se sám nedostal do proudového obvodu stykem s vodičem nebo postiženým. Musí stát na izolované podložce, nebo musí mít izolovanou obuv. Nesmí se dotýkat kovových předmětů, vlhkých zdí a podobně. Pro odsunutí vodiče musí být použito nevodivého předmětu nejméně 30 cm dlouhého. Stejně si je třeba počínat i při odtahování postiženého, přičemž se zachránce nesmí dotýkat vlhkých částí oděvu postiženého, jeho těla ani kovových předmětů. Přerušení vodiče mezi zdrojem proudu a postiženým smí provést pouze osoba, která se v dané situaci bezpečně vyzná. 2. Ošetření postiženého. Jakmile je postižený vyproštěn z proudového obvodu, je zachránce povinen poskytnout mu první pomoc než přijde lékař. Při úrazech elektřinou je hlavní zásadou nepřevážet postiženého, není - li popálen na větší ploše kůže a nekrvácí - li nezadržitelně z větších tepen. Dále je nutné mít postiženého pod dohledem do příchodu lékaře a neopouštět postiženého ani na okamžik. Ihned po úrazu je nutné zjistit zda postižený : - je při vědomí - spontánně dýchá - má hmatný tep na velkých tepnách - je poraněn ( krvácení, popálení, zlomeniny , apod.) a. Je- li postižený při vědomí, uložíme ho pohodlně s uvolněným oděvem, pokud možno v teplé místnosti a podáváme mu teplý nápoj. Postižený nesmí vstát a nesmí být nechán bez dozoru, neboť se u něho může dodatečně dostavit porucha dýchání nebo srdeční činnosti.

- 27 -


Je - li postižený v bezvědomí, avšak dýchá, má hmatný tep a nemá známky vážnějšího zranění, musí být uložen ve vodorovné poloze na boku, s hlavou co nejvíce zakloněnou a s uvolněným oděvem kolem krku, břicha a hrudníku. Postiženému se nesmí do úst vlévat žádný nápoj ani léky. Postižený musí být stále pod dohledem a musí být sledována jeho dýchací a srdeční činnost. b. Nedýchá-li postižený nebo přestane dýchat , zavede se ihned na místě umělé dýchání, které se provádí tak dlouho, až postižený začne sám spontánně dýchat. V opačném případě lze dýchání ukončit jen na pokyn lékaře. S umělým dýcháním se započne i tehdy, jestliže postižený nedýchá a byl nalezen až za delší dobu po úrazu elektrickým proudem. c. Jestliže umělé dýchání u postiženého není účinné ( barva obličeje je i nadále bledá, rozšířené zornice se zužují ), ačkoliv je umělé dýchání prováděno správně jedná se zcela určitě o zástavu srdeční činnosti. V tomto případě musí zachránce započít neprodleně s nepřímou srdeční masáží. Tuto však smí provádět pouze pracovník, který je v této činnosti vyškolen. Obr. 2.3.1 Umělé dýchánípostiženého položíme na záda, hlavu mu zakloníme vzad, rukou sevřeme nos a vdechujeme do postiženého

Umělé dýchání z plic do plic provádíme takto – obr. 2.3.1 : - postiženého položíme na záda na pevnou podložku - hlavu mu zakloníme co nejvíce vzad - rukou sevřeme nos a druhou rukou

odhrneme dolní ret - široce rozevřenými ústy vdechujeme do postiženého nejprve 10x hluboce v intervalu jedné sekundy. potom pokračujeme rychlostí 12 - 15 vdechů za minutu. Kontrolujeme barvu postiženého. Pokud namodralé zabarvení konečků prstů zmizí, je obnovena základní životní funkce. Teprve pak ošetříme další zranění a předáme postiženého do lékařské péče, případně zajistíme odvoz do nemocnice. Nepřímá srdeční masáž se musí provést tehdy jestliže : - namodralé zabarvení okrajových částí těla nezmizí po umělém dýchání - po stisknutí tepny na krku postiženého nezjistíme tep srdce - zornice očí zůstávají rozšířené.

Obr. 2.3.2 Nepřímá srdeční masáž-zachránce poklekne na boku postiženého, zápěstí ruky položí dlaní na dolní část hrudní kosti a druhou dlaň položí na první

V tomto případě okamžitě musíme zahájit nepřímou masáž srdce- obr. 2.3.2. Ta se provádí tak, že zachránce poklekne na boku postiženého, zápěstí ruky položí dlaní na dolní část hrudní kosti ( 4 - 5 cm nad jejím dolním okrajem ) a druhou dlaň položí na první. Obě paže musí být po celou dobu natažené. Rytmickými pohyby stlačuje hrudní kost směrem k páteři do hloubky 4 - 6 cm v intervalu 60x za minutu obr. 2.3.3. To znamená, že asi na pět stlačení připadne jeden vdech umělého dýchání, které se nesmí přerušit. Pokud se obnoví normální funkce lidského těla, je nutné postiženého položit do stabilizované polohy. Toto se provede takto : levá paže se položí pod tělo, pravá ruka se přivrátí k levému koleni a trhnutím se tělo převrátí na levý bok. Pravou ruku položíme pod obličej a hlavu zakloníme.

- 28 -


Obr. 2.3.3 Nepřímá srdeční masážrytmickými pohyby stlačujeme hrudní kost

Další opatření provedeme teprve až po zajištění dýchání a krevního oběhu. Týká se to zejména ošetření ran, popálenin a zlomenin. Pouze na rány, které silně krvácejí z tepny přiložíme tlakový obvaz. Malé rány se zaváží pomocí hotového obvazu první pomoci, větší se zakryjí sterilní rouškou nebo čistým ručníkem a podobně. Rány se nesmí ničím umývat, nesmí se do nich dávat mast nebo jiné prostředky. Zlomená končetina se znehybní pomocí dlahy. Ve všech případech je nutný převoz do nemocnice s doprovodem, který může lékaři sdělit co nejvíce informací o vzniku a příčině úrazu.

Obr. 2.3.4 Střídání nepřímé masáže srdce s umělým dýcháním

3. NÁVODY K LABORATORNÍM CVIČENÍM 3.1

ELEKTRICKÉ OBVODY

3.1.1 Úvod Kapitola pojednávající o elektrických obvodech patří v elektrotechnice k základním kapitolám, s kterými je třeba se po stránce teoretické a především praktické důkladně seznámit. 3.1.2 Cíl cvičení Cílem cvičení je prakticky se naučit zapojovat jednoduché elektrické obvody podle schématu zapojení, seznámit se s základy elektrických měření a verifikovat některé zákonitosti a vlastnosti stejnosměrných a střídavých elektrických obvodů. 3.1.3 Úkoly cvičení Vlastnosti prvků 1. Určete odpor předložených rezistorů : a) přímou metodou b) nepřímou metodou. 2. Určete výkon stejnosměrného proudu: a) nepřímou metodou b) přímou metodou

- 29 -


3. Změřte průběh voltampérové charakteristiky lineárního a nelineárního rezistoru: a) nepřímou metodou (statickou metodou ) b) použitím automatizovaného měřicího sytému s řídicí jednotkou realizovanou osobním počítačem Stejnosměrné obvody 1. V zadaném stejnosměrném elektrickém obvodu podle obr. 3.1.1 změřte proudy ve všech jeho větvích a dále úbytky napětí na jednotlivých prvcích. Takto získané výsledky ověřte výpočtem metodou postupného zjednodušování obvodu. 2. V zadaném stejnosměrném elektrickém obvodu podle obr. 3.1.2 změřte proudy ve všech jeho větvích a výsledky opět ověřte výpočtem metodou Kirchhoffových zákonů. Střídavé obvody jednofázové 1. Nakreslete schéma střídavého jednofázového obvodu, kde je v sérii zapojena cívka, Obr. 3.1.1 Schéma zapojení kondenzátor ( C = 200µF ) a rezistor ( R = 8Ω stejnosměrného elektrického obvodu ). Do obvodu umístěte všechny potřebné ( metoda postupného zjednodušování) elektrické měřicí přístroje, aby bylo možné ze získaných veličin nakreslit fázorový diagram. 2. Realizujte prakticky zapojení elektrického obvodu podle bodu 1. a proveďte i příslušná měření a konstrukci fázorového diagramu. Obr. 3.1.2 Schéma zapojení stejnosměrného elektrického obvodu ( metoda Kirchhoffových zákonů )

Střídavé obvody trojfázové 1. Zapojte elektrický obvod podle obr. 3.1.3 a určete celkový příkon dodávaný do zátěže, dále změřte proudy všemi větvemi a napětí mezi jednotlivými uzly. Výsledky zdůvodněte. Z naměřených hodnot sestrojte pro daný obvod fázorový diagram. 2. Jak se změní poměry, jestliže zátěž bude souměrná a bude ji tvořit pouze rezistor o R = 32Ω. Nakreslete schéma zapojení obvodu, obvod zapojte a určete celkový příkon dodávaný do zátěže. Výsledek zdůvodněte. 3.1.4 Rozbor cvičení Vlastnosti prvků 1. Určení odporu předložených rezistorů a) přímou metodou Pro určení odporu předložených rezistorů přímou metodou ( R= 8Ω, R = 16Ω, R = 32Ω, R = 64Ω) použijeme elektronických číslicových multimetrů. Nejprve se seznámíme podrobně s jejich obsluhou podle návodu a potom přistoupíme k vlastnímu měření. Podle pokynů učitele změříme několik rezistorů a výsledky si zapíšeme do tabulky, která může mít např. podobu dle tab. 3.1.1. Nezapomeneme se také seznámit s přesností měření. Získané výsledky náležitě vyhodnotíme. b) nepřímou metodou Pro určení odporu nepřímou metodou vycházíme z poznatků, které jsou uvedeny v kap. 1.6. K měření použijeme stejné rezistory, které jsme již měřili metodou přímou. Podle hodnoty odporu zvolíme nejvhodnější zapojení obvodu dle obr. 1.6.3, toto realizujeme a provedeme

- 30 -


měření. Na stejnosměrném zdroji nastavíme napětí a odečteme odpovídající proud. Z velikosti napětí a proudu určíme hledaný odpor. Takto proměříme všechny rezistory a získané výsledky porovnáme s výsledky dle bodu a).

Obr. 3.1.3 Schéma zapojení střídavého trojfázového obvodu Tab. 3.1.1 Rpřímá metoda Ω

U V

I A

Rnepřímá metoda Ω

2. Určení výkonu stejnosměrného proudu a) nepřímou metodou Při určení výkonu stejnosměrného proudu nepřímou metodou opět vycházíme z kap. 1.6. Podle vnitřního odporu ampérmetru, vnitřního odporu voltmetru a hodnoty odporu rezistoru ( 32Ω ) zvolíme vhodné zapojení, které realizujeme. Po kontrole zapojení učitelem nastavíme na stejnosměrném zdroji několik hodnot napětí ( do 20 V ) a odečítáme proud v obvodu ( pokud k měření použijeme elektromechanických přístrojů, alespoň v počátcích si zapisujeme konstantu přístroje a výchylku, z kterých potom určíme skutečnou hodnotu veličin ). Výsledky zapisujeme do předem připravené tabulky – tab. 3.1.2. Nakonec vypočítáme odpovídající výkon z napětí a proudu. b) přímou metodou Při určení výkonu stejnosměrného proudu přímou metodou použijeme wattmetr. Tento zapojíme podle kap. 1.6. Další postup je podobný již uvedenému v bodě a). Na závěr kapitoly 2. vyhodnotíme výsledky měření výkonu nepřímou a přímou metodou. Tab. 3.1.2 U I Pnepřímá metoda Ppřímá metoda V A W W

3. Změření průběhu voltampérové charakteristiky lineárního a nelineárního rezistoru a) nepřímou metodou ( statickou metodou ) V případě zjišťování průběhu voltampérové charakteristiky lineárního a nelineárního rezistoru nepřímou metodou postupujeme téměř shodně s již popsaným bodem 2 ( není však třeba zapojovat do obvodu wattmetr ). Pro uvedené měření použijeme lineární rezistor o odporu 32Ω, jako nelineárního rezistoru žárovku 24V / 25W. Napětí nastavujeme po malých stejných

- 31 -


krocích , a to až do 20 V. Z naměřených hodnot zapsaných do předem připravené tabulky – tab. 3.1.3 graficky sestrojíme voltampérovou charakteristiku. Tab. 3.1.3 Lineární rezistor Nelineární rezistor U I U I V A V A

b) použitím automatizovaného měřícího systému s řidící jednotkou realizovanou osobním počítačem K měření voltampérové charakteristiky lineárního a nelineárního rezistoru z bodu a) v tomto případě použijeme číslicový multimetr M 4650 CR, který je přes propojovací soustavu RS 232 spojen s počítačem. Pomocí multimetru měříme proud v obvodu. Údaj se zobrazuje i na obrazovce počítače a každou změřenou hodnotu lze uložit do souboru čísel do paměti počítače, z které bez problémů můžeme vytisknout tabulku a z ní potom graficky sestrojit požadovanou charakteristiku. Využitím některých již dnes v praxi používaných programů je také možné přímo voltampérovou charakteristiku nakreslit na obrazovce počítače nebo vytisknout na připojené tiskárně. Stejnosměrné obvody 1. Metoda postupného zjednodušování obvodu Vybereme rezistory s označením hodnoty R1 = 64Ω, R2 = 32Ω , R3 = 32Ω a číslicovým multimetrem změříme jejich přesnou hodnotu odporu. Tuto si zapíšeme do předem připravené tabulky – tab. 3.1.4. Zapojíme obvod podle obr. 3.1.1 , a to včetně měřicích přístrojů. Po kontrole zapojení učitelem připojíme obvod ke zdroji stejnosměrného napětí o napětí 12 V. Odečteme proudy tekoucí ampérmetry a potom změříme úbytky napětí na jednotlivých rezistorech. I tyto výsledky si zapíšeme. Metodou postupného zjednodušování obvodu verifikujeme experimentální výsledky výpočtem a nakonec vše vyhodnotíme.

Tab. 3.1.4 Změřeno R1 R2 R3 Ω Ω Ω

I1 A

I2 A

Změřeno I3 U1 A V

U2 V

U3 V

I1 A

I2 A

Vypočítáno I3 U1 A V

U2 V

U3 V

2. Metoda Kirchhoffových zákonů Opět vybereme rezistory s označením hodnoty R1= 8Ω, R2 = 64Ω, R3= 32Ω a změříme jejich skutečnou hodnotu – tab. 3.1.5. Obvod zapojíme dle obr. 3.1.2 a po kontrole správnosti zapojení učitelem tento připojíme ke zdrojům stejnosměrného napětí: U1 = 5 V, U2 = 12 V. Změříme proudy tekoucí všemi větvemi obvodu a velikost proudů ověříme výpočtem metodou Kirchhoffových zákonů. Tab. 3.1. 5 Změřeno Změřeno Vypočítáno R1 R2 R3 I1 I2 I3 I1 I2 I3 Ω Ω Ω mA mA mA mA mA mA

Střídavé obvody jednofázové Postupujeme podle bodů 1. a 2. zadání. Musíme si uvědomit, že skutečná cívka má náhradní schéma složené ze sériové kombinace rezistoru a induktoru. Obvod připojíme ke zdroji

- 32 -


střídavého napětí, jehož efektivní hodnota je přibližně U = 24 V ( tuto přesně změříme ). Pomocí zapojeného ampérmetru zjistíme velikost protékajícího proudu obvodem, pomocí wattmetru určíme příkon přiváděný do obvodu a na každém prvku změříme úbytek napětí. Nezapomeneme také změřit odpor rezistoru z náhradního schématu cívky. Vše přehledně zapíšeme do tabulky – tab. 3.1.6. Z výsledků experimentu sestrojíme fázorový diagram. Tab. 3.1.6 UL UC RL U I P UR V A W V V V Ω

Střídavé obvody trojfázové Zapojíme obvod podle obr. 3.1.3, přitom volíme: R1 = 8Ω, R2 = 32Ω, C = 32µF. Po kontrole zapojení učitelem připojíme obvod ke zdroji střídavého napětí, které je voleno tak, aby jeho sdružená hodnota nepřesáhla 50V. Změříme všechny požadované veličiny a výsledky opět zapíšeme do tabulky – tab. 3.1.7a,b. Z naměřených hodnot sestrojíme fázorový diagram napětí a proudů. Tab. 3.1.7a I2 I3 I4 P1 P2 P3 I1 A A A A W W W

Tab. 3.1.7b U10 V

U20 V

U30 V

UR1 V

U12 V

U13 V

U23 V

V případě souměrné zátěže postupujeme podobně. 3.1.5 Zhodnocení cvičení Na závěr cvičení všechny zadané úkoly náležitě vyhodnotíme.

3.2 TROJFÁZOVÝ TRANSFORMÁTOR 3.2.1 Úvod Transformátor je netočivý elektrický stroj, který slouží k přeměně střídavého napětí a proudu na jinou požadovanou hodnotu při stejném kmitočtu. Elektrická energie se přenáší ze vstupního (primárního) vinutí do výstupního (sekundárního) vinutí pomocí magnetického obvodu. Hlavními částmi transformátoru je magnetický obvod (složený z transformátorových plechů) a vstupní a výstupní vinutí. Obvykle se transformátory vyrábějí jako jednofázové nebo trojfázové. 3.2.2 Cíl cvičení Cílem cvičení je seznámit se s trojfázovým transformátorem, s jeho vlastnostmi a některými provozními stavy. 3.2.3 Úkoly cvičení 1. Změřte činné ( ohmické ) odpory jednotlivých vinutí transformátoru. 2 .Změřte izolační odpor vinutí. 3. Zkontrolujte sled fází. 4. Určete hodinový úhel transformátoru. 5. Měřením naprázdno stanovte: proud naprázdno, ztráty naprázdno, účiník naprázdno a převod transformátoru. 6. Měřením nakrátko stanovte: proud nakrátko, napětí nakrátko, účiník nakrátko a ztráty nakrátko. 7. Měřením při zatížení stanovte: vstupní proudy a napětí, příkon transformátoru, výstupní proudy a napětí, účinnost transformátoru.

- 33 -


3.2.4

Rozbor cvičení

1. Měření činného ( ohmického ) odporu vinutí Činný odpor vinutí měříme přímou metodou nebo můstkovými metodami.. Měří se odpory všech vinutí (fází) na vstupní i výstupní straně transformátoru. Transformátor musí být bezpečně odpojený od sítě, jak na straně primárního vinutí , tak i na straně sekundárního vinutí a jeho teplota má být vyrovnána s teplotou okolí. Pokud jsou přístupny všechny konce vinutí , měříme odpor každé fáze zvlášť. Jsou-li fáze trvale spojeny do hvězdy nebo trojúhelníku, měříme odpor mezi dvojicemi svorek (začátků vinutí) a z těchto hodnot pak vypočítáme odpor jednotlivých fází. a) Fáze spojeny do hvězdy (obr. 3.2.1) – změříme odpory mezi svorkami U, V, W, tedy RUV, RUW a RVW. Pokud zjišťujeme jen střední hodnotu odporu jedné fáze, nebo když se naměřené hodnoty odporů mezi svorkami liší jen nepatrně můžeme odpor fáze Rf stanovit jako střední hodnotu z naměřených hodnot dle vztahu

Rf =

1 ( RUV + RVW + RUW ) 6

[Ω]

b) Fáze zapojeny do trojúhelníka (obr. 3.2.2) Obr. 3.2.1 Vinutí spojené do hvězdy

Obr. 3.2.2 Vinutí spojené do trojúhelníka

– postup měření je stejný jako u zapojení do hvězdy. Obdobně střední hodnotu odporu jedné fáze

vypočteme podle vztahu:

Rf =

1 ( RUV + RUW + RVW ) 2

[Ω]

Jsou-li naměřené hodnoty odporů mezi svorkami stejné nebo téměř stejné můžeme vypočítat odpor fází dle vztahů: Rf = 0,5 RS při spojení do hvězdy Rf = 1,5 RS při spojení do trojúhelníka. 2. Měření izolačního odporu vinutí Nejdůležitějším faktorem pro spolehlivý chod transformátoru je dobrý stav izolace vinutí. Izolace vinutí musí odolávat teplotám, mechanickému namáhání, vlhkosti, působení agresivních látek a vodivého prachu. Velký vliv na odolnost izolace stroje proti škodlivým vlivům teploty a prostředí má druh materiálu izolace (třída izolace) a provedení impregnace. Stav izolace stroje je nutné zjistit před prvním uvedením do provozu, nebo byl-li stroj delší dobu mimo provoz. Měření izolačního stavu je také součástí revize stroje. Stav izolace je dán naměřeným izolačním odporem Riz. Izolační odpor měříme při bezpečně odpojeném transformátoru od sítě, jak na straně vyššího, tak i nižšího napětí. Měří se izolační odpor vinutí proti kostře a izolační odpor mezi jednotlivými vinutími. Izolační odpor se měří měřiči izolace s jmenovitým napětím 500, 1000, 2500, 5000 nebo 10 000 V. Používají se měřiče Megmet nebo elektronické přístroje. Nesmí se použít měřiče izolace s vyšším napětím než je polovina zkušebního napětí měřeného vinutí. Izolaci měřeného stroje namáháme přiloženým stejnosměrným napětím měřiče izolace po dobu jedné minuty a pak odečteme údaj přístroje v M Ω . Záznam o měření musí být vždy doplněn údajem o teplotě vzduchu, popř. i jeho relativní vlhkosti, při které měření probíhalo. Velikost izolačního odporu stroje bývá větší než 10 MΩ . 3. Kontrola sledu fází Necyklickou záměnou svorek trojfázového transformátoru se vždy změní sled fází, zatímco při cyklické záměně sled fází zůstává nezměněn. Necyklickou záměnu lze provést záměnou kterýchkoliv dvou svorek, když třetí zůstane nezměněna. Změnou sledu fází se změní smysl sledu fázorů. Sled fází se stanovuje nebo

- 34 -


kontroluje např. ukazatelem sledu fází (Uslo). Kontrola sledu fází se provede následovně: a) Ukazatel sledu fází připojíme k vinutí strany vyššího napětí transformátoru na označené svorky U, V, W, který napájíme sníženým trojfázovým napětím – viz. obr. 3.2.3. Nebude-li se rotor ukazatele otáčet ve smyslu vyznačené šipky, pak musíme zaměnit dva libovolné přívodní vodiče mezi sebou. b) Přepojíme ukazatel sledu fází na odpovídající svorky strany nižšího napětí transformátoru (u, v, w) a pokud se rotor ukazatele otáčí ve smyslu vyznačené šipky je sled fází správný. Obr. 3.2.3 Zapojení pro kontrolu V případě, že tomu tak není je označení svorek sledu fází chybné. 4. Určení hodinového úhlu Jedním z důležitých štítkových údajů trojfázového transformátoru je úhel natočení fází, tzv. hodinový úhel. Hodinový úhel je důležitý pro paralelní chod transformátorů. Je definován jako úhel měřený od fázoru sdruženého napětí strany vyššího napětí k fázoru sdruženého napětí strany nižšího napětí ve směru chodu hodinových ručiček, vyjádřený v hodinách (30O = 1h). Hodinový úhel závisí na zapojení vinutí transformátoru a na označení jeho svorek. Zapojení vinutí trojfázového transformátoru (se dvěma vinutími) se udává znakem spojení, který sestává z dvou písmen a jedné číslice. První velké písmeno udává zapojení vinutí strany vyššího napětí, druhé malé písmeno udává zapojení vinutí strany nižšího napětí a číslice udává hodinový úhel. Písmeno Y, y označuje zapojení do hvězdy, D, d zapojení do trojúhelníka a z zapojení do lomené hvězdy, které se používá jen na straně nižšího napětí při nerovnoměrném zatížení transformátoru. Znak spojení Yd1 znamená, že strana vyššího napětí je zapojena do hvězdy, strana nižšího napětí do trojúhelníka a hodinový úhel je jedna hodina. Nejpoužívanější jsou hodinové úhly 0, 1 a 11, méně používané jsou 5, 6 a 7, nelze provést spojení 3 a 9. Svorky vinutí jednotlivých fází se označují v abecedním pořadí zleva doprava při pohledu ze strany vyššího napětí U, V, W a na straně nižšího napětí u, v, w. Je-li vyveden uzel vinutí, označuje se N nebo n a je vlevo od fázových svorek při pohledu ze strany vyššího napětí. Pro určení hodinového úhlu existuje několik měřících metod. Jedna z nich využívá měření napětí transformátoru voltmetrem – tab. 3.2.1. Na měřeném transformátoru vodivě propojíme dvě stejně onačené svorky strany nižšího a vyššího napětí např. U, u - obr. 3.2.4a) a stranu vyššího napětí napájíme sníženým souměrným trojfázovým napětím. Voltmetrem vhodného rozsahu změříme napětí UUV, UVW, UUW, UVv, UWv, UVw, Uuv, Uuw, UVw. Z naměřených napětí pak sestavíme hodinový úhel grafickou konstrukcí obr. 3.2.4b. Z napětí UUV, UVW, UUW sestrojíme ve zvoleném měřítku trojúhelník o vrcholech U, V, W. Pořadí vrcholů je v pravotočivém smyslu. Protože svorka Obr. 3.2.4 Zjišťování hodinového úhlu: U má stejný potenciál jako svorka u, je vrchol U a) měření, b) grafická konstrukce totožný s vrcholem u trojúhelníka napětí strany nižšího napětí. K určení vrcholů v, w použijeme naměřená napětí UVv, UWv, UVw, UWw. Velikosti těchto napětí vezmeme do kružítka (ve zvoleném

- 35 -


měřítku) a opíšeme kružnice z vrcholů V a W. Průsečíky příslušných kružnic určují vrcholy v a w trojúhelníka strany nižšího napětí. Vrcholy v a w také prochází kružnice opsaná z vrcholu U ≡ u o poloměru Uuv, který by měl být stejný jako Uuw. Je-li sled u, v, w stejný jako sled U, V, W (pravotočivý), je sled fází na svorkách strany nižšího i vyššího napětí shodný. Hodinový úhel je pak úhel, který například svírají úsečky UV a uv měřený vždy od úsečky vyššího napětí k úsečce nižšího napětí, ve smyslu označení vrcholů U, V, W. Tab. 3.2.1 Schéma zapojení Naměřená napětí [V] Znak transformátoru UUV UVW UUW UVv UWv UVw UWw Uuv Uuw zapojení

5. Měření naprázdno

Obr. 3.2.5 Schéma zapojení pro měření transformátoru naprázdno Při měření na transformátoru naprázdno se měří zpravidla na vinutí nižšího napětí při jmenovitém napětí a jmenovitém kmitočtu, ostatní vinutí nejsou na vnější obvody připojena. Měřením (zkouškou) naprázdno se zjišťují především proud naprázdno , ztráty naprázdno, převod napětí naprázdno a účiník naprázdno. Proud naprázdno Io bývá (1,5 ÷ 10)% IN i více, kde IN je jmenovitý proud transformátoru. Větší hodnoty Io platí pro menší transformátory, menší pro větší transformátory. Proud Io je převážně jalový, má vedle složky jalové (magnetizační) I µ ještě relativně malou složku činnou IFe ≅ 10% I µ na krytí ztrát v železe ∆ PFe. Proto účiník naprázdno cos ϕ o proudu Io bývá malý, tj. 0,05 ÷ 0,3. Ztráty naprázdno ∆ Po se rovnají příkonu přiváděnému do transformátoru naprázdno. Bývají (0,3 ÷ 1)%SN, kde SN je jmenovitý zdánlivý výkon transformátoru. Malé hodnoty platí pro větší transformátory, větší pro menší transformátory. Ztráty ∆ Po obsahují ztráty v železe ∆ PFe, ztráty v činném odporu (ztráty Joulovy) napájeného vinutí ∆ Pjo, dodatečné (přídavné) ztráty ∆ Pd ve vodičích, v železných částech stahovací konstrukce, v nádobě a také ztráty v dielektriku. Běžně ztráty ∆ Po považujeme za ztráty v železe, tj. ∆ Po ≅ ∆ PFe. Převod napětí naprázdno transformátoru je z praktického hlediska definován jako poměr napětí strany vyššího napětí U10 ku napětí strany nižšího napětí U20, tj. k = U10/U20. Pro měření naprázdno lze použít několik způsobů zapojení, především s ohledem na měření ztrát ∆ Po. Ztráty ∆ Po se měří obvykle metodou dvou nebo tří wattmetrů. Je-li napětí souměrné, postačí k měření jeden voltmetr na straně vyššího napětí a druhý na straně nižšího napětí transformátoru. Proudy měříme ve všech fázích, protože se u trojfázových jádrových transformátorů projevuje magnetická nesymetrie – magnetický obvod prostředního sloupku je kratší. Z naměřených hodnot proudů a napětí bereme střední hodnotu. Při měření postupujeme tak, že po zapnutí vypínače Q naregulujeme napětí, přiváděné na vinutí měřeného transformátoru, regulačním transformátorem RT na jmenovitou hodnotu při jmenovitém kmitočtu. Odečteme hodnoty měřené všemi měřícími přístroji a zapíšeme je do tab. 3.2.2. Jelikož účiník naprázdno cos ϕ o < 0,5, proto jeden z wattmetrů ukazuje zápornou výchylku , i když jejich

- 36 -


zapojení je správné. Pak je třeba zaměnit mezi sebou přívody např. k napěťové cívce tohoto wattmetru a odečtený údaj brát jako záporný. Tab. 3.2.2 Iv0 Iw0 P1 P2 UUVO UVWO UUWO I20 i0 U20 Iu0 ∆ P0 ∆ p0 cos ϕ 0 U10 k V A A A W W V V V A % W % V -

Hodnoty v pravé části tabulky vypočteme: PROCENTNÍ PROUD NAPRÁZDNO

i0 =

I 20 ⋅ 100 , I 2N

[%]

1 I 20 = ( I uo + I vo + I wo ) , 3

kde

SN

I 2N =

3 ⋅U 2N

[A]

[A]

- jmenovitý proud strany nižšího napětí.

ZTRÁTY NAPRÁZDNO ∆ P0 = P1 + P2 = kW ( α 1 − α 2 ) ≈ ∆PFe kde P1, P2 – jsou údaje wattmetrů kW

- konstanta wattmetrů

α 1 ,α 2 -výchylky wattmetrů

[W ] ,

[W ] , W   d  , [d ] .

Pak PROCENTNÍ ZTRÁTY NAPRÁZDNO ∆ p0 =

∆P0 ⋅ 100 SN

[%] .

ÚČINÍK NAPRÁZDNO

cos ϕ 0 = kde U 20 =

1 (U uvo + U vwo + U uwo ) = U 2 N 3

∆P0 3 U 20 ⋅ I 20

[V ].

PŘEVOD NAPĚTÍ NAPRÁZDNO

k= kde U 10 =

1 (U UV 0 + U VW 0 + U UW 0 ) 3

U 10 , U 20

[V ] .

6. Měření nakrátko

- 37 -

,


Obr. 3.2.6 Schéma zapojení pro měření transformátoru nakrátko Měření se provádí zpravidla na vinutí vyššího napětí při jeho jmenovitém proudu a jmenovitém kmitočtu, vinutí nižšího napětí je spojeno nakrátko spojkami dostatečného průřezu. Měřením se zjišťují ztráty nakrátko, napětí nakrátko a účiník nakrátko. Ztráty nakrátko ∆Pk jsou Joulovými ztrátami ∆Pj v činných odporech obou vinutí, protože ztráty ∆PFe jsou zanedbatelné. Ztráty ∆Pk zahrnují v sobě i ztráty vířivými proudy, ve vinutí transformátoru a jiné, tzv. dodatečné ztráty ∆Pd. Ztráty se přepočítávají na provozní teplotu vinutí transformátoru, za niž se obvykle považuje teplota 75OC, má-li vinutí provedenou izolaci třídy A,E nebo B, nebo teplota 115OC, má-li vinutí izolaci třídy F nebo H. Ztráty ∆ Pk bývají obvykle (1,5 ÷ 3,5)krát větší než ztráty naprázdno ∆ PO a ztráty dodatečné ∆ Pd činí (5 ÷ 40)% ∆ Pk podle velikosti transformátoru. U malých transformátorů není třeba ∆ Pd uvažovat. Napětí nakrátko U1K je dalším ze zjišťovaných údajů při měření (zkoušce) nakrátko, který má vliv na zkratové poměry a slouží k výpočtu úbytku napětí transformátoru. Je to takové napětí na vstupních svorkách transformátoru nakrátko, při němž napájeným vinutím teče jmenovitý proud o jmenovitém kmitočtu. Vyjadřuje se v procentech jmenovitého napětí napájené strany a je udáván na štítku transformátoru. Značí se uK a bývá (3 ÷ 12)%UN i více. Větší hodnoty platí pro větší běžné transformátory. Účiník nakrátko cos ϕ K transformátoru bývá větší než účiník naprázdno cos ϕ 0, a to (0,3 ÷ 0,7) krát i více. Menší hodnoty platí pro větší transformátory, větší pro menší. Před měřením nakrátko nastavíme na regulačním transformátoru nulové napětí. Jsou-li vhodně nastaveny rozsahy měřících přístrojů, sepnutím spínače Q připojíme měřený transformátor k regulačnímu transformátoru. Pak pozvolným zvyšováním přiváděného napětí nastavíme střední hodnotu proudu nakrátko I1K rovnající se proudu jmenovitému I1N měřeného transformátoru. Co nejrychleji odečteme hodnoty z měřících přístrojů, protože teplota vinutí vlivem protékajícího proudu rychle stoupá. Na straně spojené nakrátko obvykle neměříme proud, protože impedance cívky ampérmetru by ovlivnila měření. Jeho velikost můžeme určit z napájecího proudu I1K a z převodu transformátoru k. Tab. 3.2.3 P1 P2 UUVK UUWK UUWK ∆pK75 ∆PK75 U1K uK I1K cosϕK Poznámka A

W

W

V

V

V

%

W

V

%

-

Hodnoty v pravé části tabulky vypočteme: ZTRÁTY NAKRÁTKO Ztráty nakrátko ∆PK se rovnají příkonu nakrátko PK = P1 + P2 [W ] PK = P1 + P2 = kW(α1 + α2) ≈ ∆Pj O Nebyla-li při měření teplota vinutí 75 C, přepočítávají se ztráty ∆PK na provozní teplotu 75OC podle vztahu

∆PK 75 =

235 + 75 ∆PK 235 + ϑ K - 38 -

[W ] ,


kde ϑ K je střední teplota vinutí při měření nakrátko (pokud ji neměříme, vezmeme ϑ K = 20OC). PROCENTNÍ ZTRÁTY NAKRÁTKO

∆p K 75 =

∆PK 75 ⋅ 100 SN

[%] .

NAPĚTÍ NAKRÁTKO Střední hodnota napětí nakrátko

1 U 1K = (U UVK + U VWK + U UWK ) 3

[V ] .

PROCENTNÍ NAPĚTÍ NAKRÁTKO

uK =

U 1K ⋅ 100 U 1N

[%] ,

kde U1N je sdružené jmenovité napětí strany vyššího napětí transformátoru. ÚČINÍK NAKRÁTKO

∆PK . 3 U1K ⋅ I1K

cos ϕ K =

7. Měření při zatížení Když měříme transformátor při zatížení, zatížíme jej činnou zátěží. Zátěž je zapojena na stranu nižšího napětí a může být spojena buď do hvězdy nebo do trojúhelníka. Na straně vyššího napětí budou přístroje zapojeny jako při měření naprázdno s tím, že proudové rozsahy wattmetrů a ampérmetry budou nastaveny na proud odpovídající velikosti zátěže. Na straně nižšího napětí použijeme měřící soupravu QN 10, která nám umožňuje měřit celkový výkon, proudy v jednotlivých fázích, sdružená a fázová napětí. Hodnoty zapisujeme do tab. 3.2.4. Tab. 3.2.4 P1 P2 Uuv2 Uuw2 Uvw2 Iu2 Iv2 Iw2 P Pp UUV1 UUW1 UVW1 IU1 IV1 IW1 η V V V A A A W W V V V A A A W W %

Příkon transformátoru vypočteme dle vztahu Pp = P1 + P2 = kW(α1 + α2)

[W ] .

Účinnost transformátoru při zatížení čistě činnou zátěží

η =

P ⋅ 100 Pp

[%] .

U transformátoru se účinnost η obvykle nezaručuje. Určuje se metodou nepřímou, výpočtem ze ztrát naprázdno a nakrátko. – tab. 3.2.5. Pro výpočet účinnosti používáme zjednodušené vzorce

η = 100 −

1 1 ( ⋅ ∆p o + ν ⋅ ∆p K 75 ) cos ϕ ν

[%] ,

kde ∆pO jsou procentní ztráty naprázdno (určené měřením naprázdno), ∆pK75 jsou procentní ztráty nakrátko (určené měřením nakrátko),

ν=

I S = I N SN

zatěžovatel a cosϕ je

účiník zátěže.

- 39 -


Tab. 3.2.5

ν η

% %

25

cosϕ = 1 50 75 100

125

25

cosϕ = 0,8 50 75 100

Poznámka 125

∆p0 = ……% ∆pK75 =…...%

Účinnost transformátoru se udává pro 100 %, 75%, 50% zatížení a cosϕ = 1 a 0,8.

3.3 ASYNCHRONNÍ MOTOR 3.3.1 Úvod Asynchronní (indukční) motory jsou nejrozšířenější, nejjednodušší a nejlevnější točivé elektrické stroje. Nejvíce se používají u pohonů, které nevyžadují řízení otáček, protože otáčky úzce souvisí s rychlostí točivého magnetického pole n1 = f /p. Asynchronní stroj se skládá ze statoru a rotoru. Stator je složen ze statorových plechů, které jsou na vnitřním obvodu opatřeny drážkami, do nichž se vkládá obvykle trojfázové vinutí. Rotor je také složen z plechů nalisovaných na hřídeli, které mají na vnějším obvodu drážky, ve kterých je nejčastěji uloženo trojfázové vinutí spojené do hvězdy, jehož konce jsou vyvedeny na tři sběrací kroužky (kotva kroužková) a nebo má rotor klecové vinutí (kotva nakrátko). U kotvy kroužkové lze přes sběrací zařízení (kartáčky) připojit na kroužky spouštěč. 3.3.2 Cíl cvičení Cílem měření na trojfázovém asynchronním motoru s kotvou kroužkovou je seznámit se s některými jeho provozními stavy a vlastnostmi. 3.3.3 Úkoly cvičení 1. Proveďte rozběh motoru. 2. Stanovte průběh pracovních charakteristik v pracovní oblasti motoru: n = f(M), s = f(M), I1 = f(M), cosϕ1 = f(M) a η = f(M) při U1N, f1N. Průběh pracovních charakteristik znázorněte graficky. 3. Proměřte průběh celé momentové charakteristiky motoru M´ = f(n) při sníženém napájecím napětí U´1 0Ω. Naměřené hodnoty momentu přepočtěte na U1N a graficky znázorněte charakteristiku M = f(n) při U1N, f1N, je-li Rp = 0Ω . 4. Provozujte motor v generátorickém chodu (tzv. generátorické brzdění motorem) pro otáčky nN až 110%nN. Závislost M = f(n) znázorněte graficky. 5. Proveďte dynamické brzdění motoru pro Ib = 5A a Ib = 7A při plně zařazeném rotorovém spouštěči (Rp ≅ 2Ω). Charakteristiku M = f(n) znázorněte graficky. 6. Zastavte motor. 3.3.4 Rozbor cvičení 1. Rozběh motoru Statorové vinutí motoru bývá spojeno do hvězdy (Y) nebo do trojúhelníka (D) a rotorové vinutí kroužkových motorů obvykle do hvězdy. Vývody jednotlivých vinutí (fází) se propojují na svorkovnicích, které jsou normalizovány. U běžných trojfázových asynchronních motorů se šesti vývody statorového vinutí je statorová svorkovnice upravena tak, aby se jednoduchým propojením svorek (pomocí vodivých spojek) mohlo vinutí statoru spojit do hvězdy nebo do trojúhelníka. Pro rozběh kroužkového asynchronního motoru použijeme schéma zapojení podle obr. 2.3.2. K rozběhu kroužkového asynchronního motoru můžeme použít rotorový spouštěcí rezistor tzv. spouštěč (RS), kterým se zvětšuje odpor v obvodu rotoru, takže motor zabírá i s největším záběrným momentem MZ při vhodné velikosti záběrného proudu IZ. Je to nejstarší způsob rozběhu kroužkových asynchronních motorů, který je v současnosti ve většině případů nahrazen elektronickými spouštěcími a řídícími zařízeními. Postup při spouštění (rozběhu) kroužkového asynchronního motoru částečně závisí na tom, zda stroj je či není opatřen

- 40 -


odklápěčem kartáčů a spojovačem nakrátko. Dále si popíšeme postup rozběhu pro motory bez odklápěče kartáčů a spojovače nakrátko.

Obr. 3.3.1 Spojení a značení svorek na svorkovnici statoru

Obr. 3.3.2 Schéma zapojení pro měření na asynchronním motoru

- 41 -


Před připojením na síť se přesvědčíme, zda rotorový spouštěč je ve výchozí poloze, jíž přísluší plně zařazený odpor spouštěče. Potom připojíme motor k síti o vhodné velikosti napětí vzhledem ke jmenovitému napětí a spojení statorového vinutí stroje. Pak zvolna otáčíme ovládací částí spouštěče ve smyslu pohybu hodinových ručiček do druhé krajní polohy. Tím se odpor spouštěče zcela vyřadí a rotorové vinutí je pak přes kroužky a kartáče spojeno nakrátko. Obyčejný spouštěč, který se používá pouze ke spouštění motoru, nesmíme nechat v nějaké mezipoloze, protože je dimenzován jen na krátkodobé zatížení během rozběhu motoru. Připojíme-li na síť motor, jehož rotor je v klidu, odebírá v prvním okamžiku značně velký proud, tzv. záběrný proud I1Z , který bývá mnohem větší než proud odebíraný ze sítě plně zatíženým motorem. Záběrný proud I1Z nezávisí na velikosti mechanického zatížení na hřídeli motoru během rozběhu, ale při daném napětí, jen na elektrických parametrech stroje, tj. činných odporech a rozptylových reaktancích statoru a rotoru. Záběrný proud motoru můžeme změnit, změníme-li elektrické vlastnosti stroje – u téhož motoru změníme velikost záběrného proudu pouze změnou odporu v obvodu rotoru, tj. odporem spouštěče u kroužkového asynchronního motoru. 2. Pracovní charakteristiky v pracovní oblasti motoru U návrhů elektrických pohonů se požadují pracovní charakteristiky motorů. V praxi bývají zjišťovány charakteristické závislosti trojfázového asynchronního motoru: závislost otáček n, případně skluzu s, účiníku cosϕ1, účinnosti η, výkonu P a statorového proudu I1 na zátěžném momentu M motoru při konstantním napětí U1N a konstantním kmitočtu f1N. Obr. 3.3.3 Pracovní charakteristiky kroužkového asynchronního motoru

Při měření postupujeme tak, že nejdříve spustíme elektrický dynamometr ED a nařídíme jeho otáčky na hodnotu blízkou synchronním otáčkám n1 zkoušeného asynchronního motoru AM. Pak připojíme AM, u něhož jsme předem zjistili, že smysl otáčení je stejný jako u ED a že rotorový spouštěč RS je plně zařazen. Po nařízení napětí regulačním transformátorem RT na hodnotu jmenovitého napětí motoru U1N a po pozvolném vyřazení spouštěče RS, zatěžujeme motor v rozsahu (150 ÷ 25)% MN, případně až do chodu naprázdno. Začínáme přetížením motoru směrem k chodu naprázdno, tj. postupným zvyšováním otáček dynamometru, aby teplota měřeného motoru byla během celého měření přibližně stejná. Nastavíme asi pět hodnot zátěžného momentu M, pro které odečteme příslušné otáčky n na otáčkoměru, příkon motoru P1 a statorový proud I1 na měřící soupravě QN 10 a účiník cosϕ1 na fázoměru. Během měření kontrolujeme kmitočet sítě a regulačním transformátorem RT udržujeme konstantní napětí motoru U1N. Zatěžovací zkoušku ukončíme úplným odlehčením a zastavením motoru – bod 6. Nakonec zastavíme dynamometr. Výkon P, účinnost η, skluz s a statorový proud I1 vypočteme dle vztahů:

[W ] P = 2π ⋅ n ⋅ M P [%] η = ⋅ 100 P1 n −n s= 1 ⋅ 100 [%] n1 1 I 1 = ( I 1U + I 1V + I 1W ) 3 - 42 -

[A].


Naměřené a vypočtené hodnoty zapíšeme do tabulky - tab. 3.3.1 a požadované pracovní charakteristiky motoru zpracujeme graficky. Tab. 3.3.1 M Nm

n s

-1

I1U

I1V

I1W

P1

A

A

A

W

cosϕ1 -

I1

P

s

A

W

%

η %

Poznámka: U1 = U1N =…..V f1 =……Hz

3. Momentová charakteristika Velmi důležitou pracovní charakteristikou motoru je momentová charakteristika M = f(n) při konstantním U1N a f1N - obr. 3.3.4a).

Obr. 3.3.4 Momentová charakteristika asynchronního motoru: a) v rotorovém obvodu není vřazen žádný rezistor, b) v rotorovém obvodu jsou vřazeny rezistory o různých odporech Úvahy jsou stejné jak pro kroužkový asynchronní motor, do jehož rotorového obvodu není vřazen žádný vnější rezistor, tak i pro asynchronní motor s kotvou nakrátko. Sledujme charakteristické body charakteristiky M = f(n) v rozmezí otáček n ∈ (0, n0 ) . Když se motor připojí k síti, jeho otáčky jsou n = 0, skluz s = 1 a točivý moment vyvinutý motorem je záběrný moment MZ - bod AK. S rostoucími otáčkami (klesajícím skluzem) se moment zvětšuje do momentu zvratu MZV (roven momentu maximálnímu Mmax) - bod Am, pak moment rychle klesá na jmenovitý moment MN a při otáčkách naprázdno n0 (s ≅ 0) klesne na nulu – bod A0. Bod A0 odpovídá chodu naprázdno, kdy moment M = 0 a otáčky n0 jsou blízké synchronním otáčkám n1. V okolí momentu MN se otáčky mění se zatížením jen nepatrně – motor má téměř konstantní počet otáček (tvrdá charakteristika). Motor při chodu naprázdno (M = 0, P = 0, η = 0) odebírá ze sítě proud naprázdno I10, který bývá u běžných druhů AM (25 ÷ 60) % I1N při U1N, f1N. Účiník naprázdno cosϕ10 proudu I10 bývá pouze 0,05 ÷ 0,2 při U1N, f1N, protože magnetizační složka proudu naprázdno bývá 5 ÷ 10krát větší než složka činná. Při volbě výkonu motoru má mít motor dostatečný záběrný moment MZ a moment zvratu MZV. Poměr MZ/Mn = mZ je poměrný záběrný moment a poměr MZV/Mn = pm je momentová přetížitelnost motoru. U kroužkových asynchronních motorů bývá mZ = 1,75 ÷ 2,5 i více a pm = 1,6 ÷ 3. Na průběh momentové charakteristiky má vliv odpor rotorového obvodu. Z obr. 3.3.4b) je zřejmé že zařazením přídavného rezistoru RP do obvodu vinutí rotoru, které má odpor R2, se změní sklon charakteristiky v pracovní oblasti (změkčení charakteristiky), dále se změní záběrný moment MZ, ale moment zvratu MZV zůstává nezměněn. Při určité hodnotě RP může motor zabírat maximálním momentem (MZ = MZV). Měření momentové charakteristiky provedeme statickým způsobem v celém rozmezí otáček při sníženém napájecím napětí U1´, aby proud nakrátko byl asi 2I1N motoru. Při napětí U1N by docházelo k velkému oteplení vinutí a změna odporu oteplením by mohla způsobit větší chyby, než kterých se případně dopustíme přepočítáním naměřených hodnot. Při měření průběhu momentové charakteristiky je důležitý také průběh momentu zátěže. Na průsečíku charakteristik obou strojů (zkoušeného motoru a dynamometru) závisí, zda stroje mohou při dané zátěži pracovat stabilně a zda je možno při této zátěži provádět potřebná měření. Schéma

- 43 -


zapojení je stejné jako při měření pracovních charakteristik. Spustíme dynamometr a zkoušený motor stejně jako u měření pracovních charakteristik. Motor však napájíme sníženým napětím U1´= 50% U1N. Po nastavení odporu spouštěče RP = 0Ω a vhodném zatížení motoru dynamometrem odečteme údaj dynamometru, moment M´ a příslušné otáčky n. Takto změříme několik bodů momentové charakteristiky od chodu naprázdno až do chodu nakrátko (kdy n = 0). Po proměření celé momentové charakteristiky motor zcela odlehčíme. Hodnoty momentu M´ naměřené při sníženém napětí U1´ musíme přepočítat na jmenovité napětí motoru U1N podle vztahu

U  M = M  1´N  U 1  ´

2

[Nm] .

Naměřené a vypočtené hodnoty zapíšeme do tabulky 3.3.2 a momentovou charakteristiku nakreslíme. Tab. 3.3.2 M´ Nm Poznámka: U1´ =….V, RP = 0 n s-1 U1N =….U, f1 =….Hz M Nm Z momentové charakteristiky určíme záběrný moment MZ a moment zvratu MZV a vypočteme poměrný záběrný moment mZ a momentovou přetížitelnost pm. Jmenovitý moment motoru MN vypočteme ze štítkových údajů motoru, ze jmenovitého výkonu PN a jmenovitých otáček nN podle vztahu

MN =

PN 2π ⋅ n N

[Nm].

Při měření momentové charakteristiky při sníženém napětí U1´ můžeme také změřit záběrný proud při záběrném momentu. Změřený záběrný proud I1Z´ přepočteme na jmenovité napětí U1N dle vztahu

I 1Z = I 1´Z

U 1N U 1´

[A] .

4. Generátorický chod Generátorický chod se měří při stejném zapojení jako při měření momentové charakteristiky. Spustíme dynamometr a zkoušený motor jako při měření pracovních charakteristik (U1 = UN, n = nN). Pak zvyšujeme otáčky dynamometru a odečítáme příslušný moment Mg. Měření provádíme v rozsahu (100 ÷ 110)% nN. Asynchronní motor je v tomto případě poháněn dynamometrem a pracuje v generátorickém režimu (dodává do sítě el. proud). Naměřené hodnoty otáček a momentu zpracujeme do tabulky a graficky vyneseme jako pokračování momentové charakteristiky ve IV. kvadrantu. 5. Dynamické brzdění Dynamické brzdění provedeme tak, že stator asynchronního motoru odpojíme od sítě a připojíme na zdroj stejnosměrného proudu. Na rotorovém spouštěči nastavíme požadovanou hodnotu odporu Rp a nastavíme velikost stejnosměrného proudu Ib. Asynchronní motor poháníme dynamometrem, otáčky nastavujeme v rozmezí 0 ÷ nN a odečítáme příslušný moment. Naměřené hodnoty zpracujeme do tabulky a vyneseme do grafu společně s momentovou charakteristikou. 6. Zastavení motoru Kroužkový asynchronní zastavíme, když ho nejdříve odlehčíme od mechanického zatížení a po zařazení rotorového spouštěče odpojíme od sítě.

- 44 -


3.4 STEJNOSMĚRNÝ MOTOR S CIZÍM BUZENÍM 3.4.1 Úvod Stejnosměrný motor s cizím buzením má budicí vinutí připojeno ke zvláštnímu zdroji. Vyznačuje se dobrými vlastnostmi, proto nachází široké uplatnění v průmyslové praxi , např. v elektrických pohonech. 3.4.2 Cíl cvičení Cílem cvičení je seznámit se a prakticky si ověřit vybrané vlastnosti stejnosměrného stroje s cizím buzením. Jedná se především o rozběh, regulační schopnosti, zatěžovací charakteristiky, rychlostní charakteristiky , brzdění a zastavení motoru. 3.4.3 Úkoly cvičení 1. Proveďte rozběh motoru. 2. Změřte regulační charakteristiky motoru při chodu naprázdno: a) n = f(Ib) při UaN = konst. b) n = f(Ua) při IbN= konst. Průběh regulačních charakteristik znázorněte graficky. 3. Zatěžováním motoru změřte zatěžovací charakteristiky: n = f(M), Ia = f(M), P = f(M) a η = f(M) při UN, IbN = konst. Zatěžovací charakteristiky zobrazte graficky. 4. Zatěžováním motoru změřte závislost n = f(M) při IbN = konst., pro UN , přibližně 90%UN a přibližně 80%UN. Průběhy závislostí znázorněte graficky. 5. Proveďte dynamické brzdění motoru a změřte závislost n = f(M) při IbN = konst. pro RS1 >0Ω a RS2> RS1. Průběhy závislostí znázorněte graficky. 6. Zastavte motor. 3.4.4 Rozbor cvičení 1. Spouštění motoru Při spouštění stejnosměrných motorů požadujeme, aby motor vyvinul velký záběrný moment, pokud možno při malém záběrném proudu. Spouštění nezatíženého stejnosměrného motoru s cizím buzením provedeme dle schématu zapojení na obr. 3.4.1. Při plně zařazeném spouštěči Rs zvolna zvyšujeme usměrněné výstupní napětí z regulačního transformátoru RT až na jmenovité napětí motoru UN (kontrolujeme voltmetrem V1). Obvod kotvy je odpojen od zdroje – přepínač Q je v poloze 0. Podle ampérmetru A2 nabudíme motor na jmenovitou hodnotu budícího proudu IbN. Pak připojíme kotvu motoru ke zdroji ( přepneme přepínač do polohy I ) a spouštěč Rs postupně vyřazujeme. Na ampérmetru A1 sledujeme proud v kotvě Ia, aby nárazově nepřesáhl asi 1,5 IaN motoru. Vyřazováním Rs stoupají otáčky, které sledujeme na otáčkoměru dynamometru. Během rozběhu zjistíme smysl otáčení motoru. 2. Regulační charakteristiky motoru při chodu naprázdno a) Měření charakteristiky n = f(Ib) při konstantním jmenovitém napětí UaN na svorkách kotvy provedeme po spuštění motoru. Budící proud nastavujeme od největší možné hodnoty až po hodnotu, jíž odpovídá 120% nN. Naměřené hodnoty zpracujeme do tabulky a sestrojíme charakteristiku n = f(Ib) – obr. 3.4.2a). Průběh je zhruba rovnoosá hyperbola, protože n ≈ konst./Ib. b) Měření charakteristiky n = f(Ua) při IbN = konst. provedeme v návaznosti na předchozí měření. Motor nabudíme na jmenovitou hodnotu (Ib = IbN) a postupně snižujeme napětí na kotvě z hodnoty UaN až do hodnoty při níž se motor zastaví. Nastavujeme napětí a na dynamometru odečítáme otáčky. Naměřené hodnoty zpracujeme do tabulky a sestrojíme charakteristiku n = f(Ua) – obr. 3.4.2b), která musí být lineární, protože n ≈ Ua . konst. Přímka vytíná na ose Ua napětí Uaz, při kterém se motor začne otáčet. Otáčky noN jsou otáčky nezatíženého motoru pro IbN a UaN.

- 45 -


Tab. 3.4.1 A Ib n s-1

UaN =……V Rs = 0Ω

Obr. 3.4.1 Schéma zapojení pro měření na stejnosměrném motoru s cizím buzením Tab. 3.4.2 V Ua n s-1

IbN =…….A

3. Zatěžovací charakteristiky motoru Spustíme dynamometr a zjistíme smysl jeho otáčení, které musí být shodné s otáčením zkoušeného motoru. Dynamometr roztočíme na otáčky o něco vyšší než jsou jmenovité motoru (na otáčky noN) a pak připojíme motor k elektrickému zdroji. Řízením otáček dynamometru zatěžujeme motor od největšího zatížení 150% IaN až do chodu naprázdno. Po nastavení

- 46 -


přiváděného napětí na kotvu motoru na hodnotu UaN = UN a budícího proudu na IbN, odečítáme proud v kotvě Ia, otáčky n a zatěžovací moment M zkoušeného motoru. Během zkoušení nesmíme motor odbudit, aby nedošlo k proběhnutí motoru (n →∞), a tím k jeho poškození.

Obr. 3.4.2 Regulační charakteristiky Vypočteme:

příkon motoru

[W ] P = 2π ⋅ n ⋅ M PP = U aN ⋅ I a + U bN ⋅ I b N

účinnost motoru

η=

výkon motoru

P ⋅ 100 PP

[W ] ,

[%]

Naměřené a vypočtené hodnoty zapíšeme do tab. 3.4.3. Tab 3.4.3 M Nm

n s-1

Ia A

P W

PP W

η %

Poznámka: UaN = UN =……V = konst., UbN = …..V Ib = IbN =…..A = konst., Rs=0

Nyní graficky zobrazíme zatěžovací charakteristiky motoru n = f(M), Ia = f(M), P = f(M) a η = f(M) při UN, IbN = konst. – obr. 3.4.3. Z naměřených hodnot můžeme také sestrojit závislost n = f ( M ), což je mechanická charakteristika – obr. 3.4.3. Obr. 3.4.3 Zatěžovací charakteristiky a mechanická charakteristika Kdybychom měření provedli znovu, avšak pro RS > 0, dostaneme mechanické charakteristiky s různým sklonem. Jsou to křivky, které se velmi podobají přímkám a podle poměrů v měřeném obvodu lze docílit, aby mechanické charakteristiky přímky byly. Pro praxi mají význam spíše mechanické charakteristiky při různých hodnotách napájecího napětí, které se nazývají rychlostní – obr. 3.4.4a ( zde jsou zobrazeny jako přímky).

- 47 -


4. Rychlostní charakteristiky motoru Schéma zapojení je stejné jako při měření zatěžovacích charakteristik. Zkoušený motor zatěžujeme dynamometrem od vyššího zatížení k nižšímu, při vyřazeném spouštěči motoru Rs = 0Ω. Při udržování konstantního jmenovitého napětí UN a budícího proudu IbN motoru během měření odečítáme otáčky n a zatěžovací moment M. Měření provedeme ještě jednou pro přibližně 90% UN a potom pro 80% UN. Naměřené hodnoty zapíšeme do tabulky podobné tab. 3.4.4 a znázorníme graficky- obr. 3.4.4a). Tab. 3.4.4 Rs = 0Ω; UN =……V; IbN =…….A n M

Rs = 0Ω; U1 = 90%UN =…….V; IbN =……A

s-1 Nm

Obr. 3.4.4 Charakteristiky motoru: a) rychlostní, b) při dynamickém brzdění 5. Dynamické brzdění Dynamické brzdění motoru s cizím buzením se provádí tak, že kotvu odpojíme od napájení a připojíme ji na vhodný rezistor, zatímco budící vinutí zůstane i nadále připojeno k napájení. Z motoru se tak vlastně stane dynamo s cizím buzením, které mechanickou energii mění na elektrickou a tu v rezistoru na teplo. Ve schématu zapojení přepneme přepínač Q do polohy II. (BRZDA) a přídavný rezistor Rs nastavíme na požadovanou hodnotu. Po připojení budícího vinutí k napájení nařídíme proud IbN a spustíme dynamometr. Řízením otáček dynamometru zatěžujeme brzděný motor od chodu naprázdno až do maximálního zatížení 120 % IaN. Odečítáme otáčky n a brzdný moment M (záporný) při IbN = konst. Pak zkoušený stroj zcela odlehčíme a po nastavení další požadované hodnoty rezistoru Rs, postup zkoušky opakujeme. Naměřené hodnoty zapíšeme do tabulky 3.4.5 a charakteristiky zobrazíme- obr. 3.4.4b). Tab. 3.4.5 RS1 = ……Ω n -M

RS2 = …….Ω

-1

s Nm

Poznámka: IbN = ……..A

Charakteristiky n = f(M) při dynamickém brzdění jsou křivky procházející počátkem souřadnic. Svazek těchto charakteristik je pro různé hodnoty odporu RS v druhém kvadrantu. Tvrdost charakteristik se zmenšuje, zvětšuje-li se odpor obvodu kotvy. 6. Zastavení motoru Motor s cizím buzením zastavujeme tak , že od zdroje odpojíme nejdříve kotvu a pak buzení, nebo oboje současně. Pokud můžeme motor před zastavením odlehčit, tak jej odlehčíme.

- 48 -


3.5 STEJNOSMĚRNÝ SÉRIOVÝ MOTOR 3.5.1. Úvod Stejnosměrný sériový motor má budící vinutí zapojeno do série s vinutím kotvy. Budící proud je tentýž jako proud v kotvě a je přímo úměrný mechanickému zatížení stroje. Sérový motor nesmí nikdy být bez mechanického zatížení na hřídeli. Bez zatížení by jeho otáčky velmi vzrostly (n → ∞) a jeho kotva by se poškodila vlivem odstředivých sil. Stejnosměrný sériový motor je typický trakční motor, vhodný pro elektrická vozidla a transportní zařízení. 3.5.2 Cíl cvičení Cílem cvičení je seznámení se stejnosměrným sériovým motorem a ověření jeho provozních vlastností. 3.5.3 Úkoly cvičení 1. S pusťte motor. 2. Zatěžováním motoru zjistěte průběh zatěžovacích charakteristik I = f(M), P = f(M), η = f(M) a n = f(M) při UM = UN = konst. 3. Zatěžováním při sníženém napájecím napětí zjistěte průběh charakteristik n = f(M), M = f(I) a M = f(n) při UM = 50% UN = konst. 4. Při snížení otáček motoru pomocí předřadného rezistoru Rs > 0Ω změřte závislost M = f(n). 5. Při zvýšení otáček motoru pomocí paralelně připojeného rezistoru Rs k budícímu vinutí motoru změřte závislost M = f(n). 6. Zastavte motor. 3.5.4 Rozbor cvičení 1. Spouštění motoru Spouštění motoru provedeme buď pomocí spouštěče nebo řízením napájecího napětí. Postup spouštění motoru je následující: a) zkontrolujeme zapojení podle schématu obr. 3.5.1 b) zkontrolujeme, zda je motor mechanicky zatížen c) zařadíme celý spouštěč RS nebo dostatečně snížíme napájecí napětí motoru d) motor připojíme ke zdroji a pozorujeme proud kotvy I a zvyšování otáček n motoru. Jeli vše v pořádku, vyřazujeme spouštěč RS nebo zvyšujeme napájecí napětí. Spouštěč lze úplně vyřadit (nebo zvýšit napájecí napětí motoru) jen tehdy je-li motor zatížen natolik, že otáčky nepřestoupí dovolenou hodnotu. 2. Zatěžovací zkouška Schéma zapojení i pro zatěžovací zkoušku sériového motoru je na obr. 3.5.1. Spustíme dynamometr ED, zjistíme smysl otáčení jeho rotoru a případně smysl otáčení upravíme tak, aby shodný se smyslem otáčení motoru. Dynamometr roztočíme na otáčky o něco vyšší než jsou jmenovité otáčky motoru nn a pak připojíme motor ke zdroji stejnosměrného proudu. Postupným zvyšováním napětí přiváděného na motor (řízením výstupního napětí transformátoru RT) při vyřazeném spouštěči RS je motor ihned zatěžován. a) Vlastní měření začínáme od maximálního zatížení (asi 120% IN motoru), a to nastavením odpovídajícího zátěžného momentu dynamometrem při zcela vyřazeném spouštěči a jmenovitém napětí motoru UN. Po ustálení otáček odečítáme kroutící moment motoru M, otáčky n a proud I při napětí UM = UN = konst. Stejně postupujeme při následujícím snížení zatížení motoru. Takto nastavíme několik zatížení, abychom mohli vynést zatěžovací charakteristiku. Změnu zatížení motoru musíme nastavovat jemně, protože při odlehčování motoru rostou velmi rychle otáčky. Sériový motor nesmíme nikdy úplně odlehčit a proto snižujeme jeho zatížení až na hodnotu, které odpovídají otáčky motoru nmax = 120 % nN.

- 49 -


Obr. 3.5.1 Schéma zapojení pro měření na stejnosměrném sériovém motoru b) Vypočteme: příkon motoru

PP = U N ⋅ I

výkon motoru

P = 2π ⋅ n ⋅ M P η= ⋅ 100 PP

účinnost motoru

[W ] [W ] [%]

Naměřené a vypočtené hodnoty zapíšeme do tabulky 3.5.1

- 50 -


Tab. 3.5.1 M Nm

n s-1

I A

P W

PP W

η %

Poznámka: UM = UN =……..V = konst. RS = 0Ω

Z naměřených a vypočtených hodnot vyneseme zatěžovací charakteristiky sériového motoru: n = f(M), I = f(M), P = f(M) a η = f(M) při UN = konst. - obr. 3.5.2. Pro n = f(M) platí n ≈ Um/I a M ≈ I, což je při zanedbání úbytku napětí, sycení a reakce kotvy rovnoosá hyperbola. Pro I = f(M) platí M ≈ I2, což je při zanedbání sycení a reakce kotvy parabola. Z naměřených hodnot můžeme také získat průběh momentové charakteristiky sériového motoru, závislost M = f(n) při UM = UN = konst. - obr. 3.5.3.

Obr. 3.5.2 Zatěžovací charakteristiky

Obr. 3.5.3 Momentové charakteristiky

Obr. 3.5.4 Otáčkové charakteristiky


c) Stejný postup je při měření charakteristik n = f (M), M = f(I) a M = f(n) pro napětí motoru Um = 50% UN = konst. při zcela vyřazeném spouštěči. Naměřené hodnoty zapíšeme do tab. 3.5.2 a pak vyneseme naměřené charakteristiky n = f(M) - obr. 3.5.4 a M = f(I) - obr. 3.5.5. Tab. 3.5.2 Poznámka: n s-1 UM = 50% UN = …V = konst., M Nm RS = 0Ω I A Pro poloviční napětí (UM = 50% UN) je: - průběh n = f(M) posunut tak, že při stejných momentech jsou otáčky poloviční než při jmenovitém napětí UN - průběh M = f(I) téměř shodný s průběhem při jmenovitém napětí UN - průběh M = f(n) posunut tak, že při stejných otáčkách je moment čtvrtinový a při stejných momentech jsou otáčky poloviční .

- 51 -


3. Řízení otáček motoru předřadným rezistorem v kotvě Řízení otáček motoru předřadným rezistorem v kotvě je nehospodárné, protože část elektrické energie se mění v odporech v teplo. Z momentových charakteristik pro různé velikosti předřadného rezistoru RS vyplývá, že zvyšováním odporu RS otáčky motoru klesají. Celá momentová charakteristika se posunuje směrem dolů a její tvrdost se snižuje. Měření provedeme tak, že nastavíme napájecí napětí motoru U1 na hodnotu Um = UN a udržujeme je během měření konstantní. Na spouštěči RS nastavíme nějakou hodnotu odporu RS > 0. Řízením otáček dynamometru nastavíme proud v kotvě motoru I = IN. Po ustálení otáček odečteme jejich hodnotu a moment M. Naměřené hodnoty zapíšeme do tabulky 3.5.3 a vyneseme do grafu n = f(M). Tab. 3.5.3 M Nm Poznámka: Rš = 0Ω, n s-1 U1 = UM = ……V = konst. 4. Řízení otáček motoru paralelně řazeným rezistorem k budícímu vinutí Změnu budícího toku (budícího proudu) u sériového motoru lze provést paralelně řazeným rezistorem Rš k budícímu vinutí. Při změně odporu se mění budící proud a tím i tok při zachování konstantního napětí na kotvě. Při tomto způsobu řízení je rozsah řízení omezen v oblasti velkých zatěžovacích momentů. Vlastní měření provedeme obdobně jako v předcházejícím bodě. Nastavíme napájecí napětí motoru U1 na hodnotu UM = UN a udržujeme je během měření konstantní. Odpor spouštěče je vyřazen RS=0Ω. Na paralelním rezistoru Rš nastavíme nějakou vhodnou hodnotu Rš > 0. Řízením otáček dynamometru nastavíme proud v kotvě motoru na hodnotu I = IN. Po ustálení otáček odečteme moment M a otáčky n. Naměřené hodnoty opět zapíšeme do tabulky ( tab. 3.5.4 ) a sestrojíme grafickou závislost n = f(M). Tab. 3.5.4 M Nm Poznámka: RS = 0Ω -1 n s U1= UM =……..V = konst. 5 . Zastavení Při malých výkonech se sériový motor zastavuje odpojením od zdroje (sítě). Při větších výkonech se vřazuje do obvodu kotvy spouštěč a při plně zařazeném spouštěči se motor odpojí od sítě. Sériový stejnosměrný motor se ani při zastavování nesmí úplně odlehčit od mechanického zátěžného momentu.

3.6 SYNCHRONNÍ MOTOR 3.6.1 Úvod Synchronní stroje se většinou používají jako generátory pro výrobu elektrické energie. Jako motory se používají pro pohony strojů, které vyžadují stálý kroutící moment a stálé otáčky, např. pro pohon velkých napájecích čerpadel v tepelných elektrárnách. Protože může ze sítě odebírat nebo do ní dodávat jalovou energii využívá se synchronních motorů běžících naprázdno ke kompenzaci jalové energie v síti tzv. synchronní kompenzátory. Stator synchronního motoru je jako u asynchronního složen z plechů s drážkami v nichž je uloženo trojfázové vynutí. Rotor je buď válcový - hladký nebo s vyniklými póly. Vinutí rotoru je napájeno stejnosměrným proudem přes kartáče a kroužky na rotoru. Synchronní stroj přechází velmi snadno z generátorického chodu do motorického a naopak, se změnou smyslu mechanického momentu na hřídeli. Rozběh synchronního motoru je složitější, protože je nutné jej nejprve roztočit na synchronní otáčky a teprve potom připnout k síti. Rozběh se provádí buď pomocným asynchronním motorem, nebo je synchronní motor vybaven rozběhovou klecí (po dobu rozběhu se chová jako asynchronní motor).

- 52 -


Obr. 3.6.1 Schéma zapojení pro měření na synchronním stroji 3.6.2. Cíl cvičení Cílem měření na trojfázovém synchronním motoru je seznámit se s některými stavy a vlastnostmi tohoto stroje. 3.6.3. Úkol cvičení 1. Přifázujte synchronní stroj na síť. 2. Zatěžováním synchronního stroje v motorickém stavu zjistěte: a) Průběhy zatěžovacích charakteristik I = f(M), n = f(M), cosϕ = f(M), a η = f(M) při Ib, U, f = konst. b) Průběhy „ V - křivek “, tj. závislost I = f(IN) při P, U, f = konst.

- 53 -


c) Průběhy regulačních charakteristik Ib = f(I) při cosϕ, U, f = konst. Závislosti z předchozích stavů znázorněte graficky. 3. Odpojte synchronní motor od sítě. 3.6.4 Rozbor cvičení 1. Přifázování synchronního stroje na síť Připojení (přifázování) synchr. stroje na síť je možno po splnění fázovacích podmínek. Synchronní stroj musí mít: a) stejný sled fází jako síť, b) stejný kmitočet, c) stejné okamžité napětí, jak co do velikosti, tak i fáze jako má síť, na kterou má být přifázován. Nesplnění kterékoliv podmínky by mělo za následek vznik vyrovnávacího proudu (výkonu) mezi strojem a sítí, který může dosáhnout pro stroj nepřípustné velikosti. Stejný sled fází synchronního stroje a sítě nastavíme při prvním fázování, např. pomocí ukazatele sledu fází. Nejprve ho připojíme na síť a potom na příslušné svorky otáčejícího se a vhodně nabuzeného synchronního stroje. Pokud sled fází nesouhlasí, pak musíme zaměnit mezi sebou dvě libovolné fáze, buď na synchronním stroji nebo na síti. Rovnost kmitočtu kontrolujeme dvěma kmitoměry, rovnost efektivních hodnot napětí zjišťujeme dvěma voltmetry nebo rozdílovým voltmetrem. Správný okamžik, kdy jsou odpovídající napětí ve fázi, určíme buď fázovacími žárovkami nebo synchronoskopem ( fázovací ramínko ). Fázovací žárovky mohou být zapojeny buď na tmu nebo na světlo, případně smíšeně. U synchronoskopu určíme správný okamžik připojení, když ručička se natočí na značku. Stroje a přístroje zapojíme podle schématu zapojení na obr. 3.6.1. Při fázování synchronního stroje na síť postupujeme následovně: - dynamometrem ED roztočíme fázovaný synchronní stroj GS na jmenovité otáčky, které sledujeme na otáčkoměru dynamometru - po zapnutí vypínače Q 2 nabudíme GS tak, aby velikost jeho statorového napětí byla stejná jako napětí sítě, což sledujeme na rozdílovém voltmetru, umístěném v synchronizačním raménku - zkontrolujeme sled fází fázovaného stroje a sítě - zkontrolujeme zda na dvojitém kmitoměru ukazují oba systémy stejný kmitočet, pokud ne, upravíme kmitočet GS změnou otáček dynamometru - vypínačem Q3 sepneme synchronoskop a když ručička dosáhne značky, připojíme GS vypínačem Q1 k síti - vypínačem Q 3 odpojíme synchronoskop Přesnost splnění fázovacích podmínek připojovaného synchronního stroje je dána velikostí proudového nárazu. V praxi se ruční fázování provádí již málo, k fázování se používají fázovací soupravy nebo automaty. 2. Zatěžovací zkouška Synchronní stroj přifázovaný k síti nedodává žádnou energii. Kdybychom přestali synchronní stroj pohánět, nezastavil by se, ale běžel by dále jako motor naprázdno. Zvětšením mechanického výkonu poháněcího stroje, začne synchronní stroj pracovat v generátorickém režimu, tj. dodává činný elektrický výkon do sítě. V motorickém režimu synchronní stroj naopak činný elektrický výkon ze sítě odebírá a mechanický výkon na hřídeli dodává. Změna buzení (budícího proudu) nemá vliv na velikost činného výkonu, ale ovlivňuje velikost a charakter jalového výkonu stroje. Obr. 3.6.2 Zatěžováním synchronního stroje v motorickém Zatěžovací charakteristiky režimu provedeme: a) Měření zatěžovacích charakteristik Po přifázování synchronního stroje na síť nastavíme buzení Ib = IbN, kde IbN je jmenovitý budící proud pro UN a fN. Pak začneme zvětšovat zátěžný moment, snižováním otáček dynamometru, v rozsahu (0 ÷ 125)% MN zkoušeného stroje. Po nastavení zátěžného momentu

- 54 -


M synchronního stroje odečítáme příslušný statorový proud I (bereme střední hodnotu proudu v jednotlivých fázích), otáčky n (n = konst. během celého měření), příkon P1, účiník cosϕ, při Ib, U, f = konst. Toto opakujeme pro několik hodnot zátěžného momentu M v rozsahu (0 ÷ 125)% MN. Pak stroj odlehčíme od mechanického i jalového výkonu. Mechanický výkon na hřídeli stroje P a účinnost η vypočteme dle vztahů: P = 2πn ⋅ M

[W ]

P ⋅ 100 P1

[%]

η=

Naměřené a vypočtené hodnoty zapíšeme do tabulky a graficky zobrazíme průběhy zatěžovacích charakteristik – obr. 3.6.2. Tab. 3.6.1 P Poznámka: M I P1 cosϕ η U = …..V Nm A W W % f = …Hz Ib = …..A n = …..s-1 b) Měření „V-křivek“ Synchronní stroj zatížíme na hřídeli stálým jmenovitým momentem (výkonem) MN při UN, fN = konst. Měříme statorový proud I při postupném zvyšování budícího proudu Ib, až dostaneme minimální statorový proud (minimum V-křivky). Dalším zvyšováním Ib se zvyšuje statorový proud I až do hodnoty IN , případně do 150% IN. Stejně postupujeme po nastavení zátěžného momentu (výkonu) na hodnotu M = 50% MN a M = Obr. 3.6.3 „ V „ křivky 0. Naměřené hodnoty zapíšeme do tabulky a závislosti I = f(Ib), pro dané hodnoty momentu M, zpracujeme graficky- obr 3.6.3. Tab. 3.6.2 PN = …….kW I Ib

P = 50% =……kW

A A

PN

P=0

Poznámka: U = ……V f = …….Hz

Na obr. 3.6.3 jsou nejdůležitější V-křivky. Křivka I – platí pro synchronní motor v chodu naprázdno (P = 0). Křivka II – platí pro stálé jmenovité zatížení motoru (P = PN = konst.). Bod 1 přísluší výkonu PN při UN, fN, cosϕ = 1 a jmenovitému buzení IbN. V tomto případě motor odebírá ze sítě jmenovitý proud IN, který je čistě činný. Na tento provozní stav se synchronní motor navrhuje. Křivka III – platí pro cosϕ = 1. Dělí celou pracovní oblast motoru na oblast podbuzeného motoru a oblast přebuzeného motoru. V podbuzené oblasti je motor spotřebičem jalového výkonu, pracuje s účiníkem cosϕ (ind.), v přebuzené oblasti je motor zdrojem jalového výkonu,

- 55 -


pracuje s účiníkem cosϕ (kap.). Minima V-křivek udávají minimální statorový proud pro příslušný stály mechanický výkon na hřídeli motoru. Křivka IV – udává mez statické stability motoru. Body křivky udávají pro každé zatížení na hřídeli motoru budící proud Ib, při kterém synchronní motor vypadne ze synchronismu. 3. Měření regulačních charakteristik Při měření postupujeme tak, že zkoušený synchronní stroj postupně zatěžujeme mechanickým momentem na hřídeli v rozmezí (0 ÷ 125)% MN při UN, fN = konst. Tím se zvyšuje činná složka proudu statoru. Když je požadován cosϕ = konst., pak je nutné příslušně měnit i jalovou složku statorového proudu a to řízením budícího proudu Ib na hodnotu požadovaného cosϕ, který sledujeme na fázoměru. Měření provedeme pro cosϕ = 1; 0,8 kap. a 0,8 ind. Naměřené hodnoty budícího proudu Ib a statorového proudu I pro požadované hodnoty Obr. 3.6.4 Regulační charakteristiky cosϕ zapíšeme do tabulky 3.6.3 a graficky provedeme závislost Ib = f(I) – obr. 3.6.4. Regulační charakteristiky udávají, jak při změně mechanického zatížení na hřídeli stroje, musíme řídit budící proud, aby stroj pracoval s konstantním cosϕ. Tab. 3.6.3 cosϕ = 1 Ib I

cosϕ = 0,8 kap.

cosϕ = 0,8 ind.

Poznámka: U =……..V f =………Hz

A A

4. Odpojení synchronního stroje od sítě Při odpojování synchronního stroje od sítě postupujeme následovně: nejdříve stroj odlehčíme od činného i jalového zatížení, pak jej odpojíme od sítě a nakonec odbudíme.

3.7 ASYNCHRONNÍ MOTOR S MĚNIČEM FREKVENCE 3.7.1 Úvod Měniče frekvence (kmitočtu) se používají pro řízení otáček asynchronních motorů. Aby se v plné míře využily vlastnosti motoru je nutné, současně se změnou kmitočtu, měnit i efektivní hodnotu výstupního napětí. Měniče dělíme do dvou základních skupin na přímé a nepřímé. U přímých dochází pouze k jedné přeměně energie, ale výstupní kmitočet f1 nikdy nemůže být vyšší než vstupní fs. Naopak u nepřímých měničů dochází ke dvojí přeměně energie. Nejdříve se elektrická energie s kmitotem fs usměrní, a pak probíhá přeměna stejnosměrné energie na střídavou o kmitočtem f1. Nepřímé měniče mohou mít libovolný výstupní kmitočet f1, tedy menší nebo větší než vstupní kmitočet fs. Běžné nepřímé měniče pro průmyslové použití pracují s výstupním kmitočtem v rozsahu od 0 do 1000 Hz. 3.7.2 Cíl cvičení Cílem cvičení je prakticky si odzkoušet řízení otáček asynchronního motoru s kotvou nakrátko při zatížení. 3.7.3 Úkoly cvičení 1. Asynchronní motor připojte k výstupu statického měniče frekvence a proměřte závislost výstupního napětí měniče na nastavení výstupního kmitočtu měniče zatíženého asynchronním motorem běžícím naprázdno U1 = f(f1).

- 56 -


2. Proměřte momentové charakteristiky asynchronního motoru s kotvou nakrátko pro frekvence napájecího napětí v rozsahu 10 ÷ 90 Hz. 3. Zastavte motor napájený z měniče frekvence. 3.7.4 Rozbor cvičení 1 . Měření závislosti výstupního napětí na výstupním kmitočtu měniče Obvod zapojíme podle schématu zapojení na obr. 3.7.1 a měření budeme provádět při zatížení měniče asynchronním běžícím naprázdno.

Obr. 3.7.1 Schéma zapojení pro měření na asynchronním motoru s měničem frekvence Nastavujeme výstupní kmitočet měniče a odečítáme odpovídající výstupní napětí. Naměřené hodnoty zapíšeme do tab. 3.7.1 a graficky znázorníme – obr. 3.7.2. Tab. 3.7. 1 f U

Hz V

Ze závislosti U1 = f(f1) již na první pohled uvidíme, že v rozsahu frekvence 0 ÷ 50 Hz napětí U1 lineárně roste s frekvencí z hodnoty U0 (při f1 = 0) na hodnotu U1N (při f1 = 50 Hz). Je to z důvodu zachování konstantního magnetického toku Φ ve vzduchové mezeře a tedy i konstantního maximálního momentu Mmax motoru (hovoříme o řízení na konstantní moment). Při frekvenci vyšší jak f1N je napětí U1 již konstantní a tedy moment s rostoucí frekvencí klesá (hovoříme o řízení na konstantní výkon). 2. Měření momentových charakteristik Schéma zapojení je stejné jako v předchozím případě. Nejdříve musíme zjistit zda je smysl Obr. 3.7.2 Závislost napětí na kmitočtu otáčení dynamometru stejný jako u motoru, pokud není, tak jej upravíme na dynamometru. Pak roztočíme motor tak, že sepneme měnič a postupně zvyšujeme jeho frekvenci až na 10 Hz. Na tachodynamu dynamometru odečteme odpovídající otáčky (které si poznamenáme) a motor s měničem odepneme od sítě. Nyní dynamometr roztočíme na stejné otáčky a pak připojíme motor s měničem k síti. Postupným snižováním otáček dynamometru motor zatěžujeme a měříme momentovou charakteristiku pro výstupní frekvenci měniče f1 = 10 Hz. Měření momentové charakteristiky ukončíme, když napájecí proud motoru dosáhne hodnoty maximálního proudu měniče ( záleží na druhu měniče). Pak motor odlehčíme a postupně budeme zvedat frekvenci měniče na další hodnotu 30 Hz, za současného zvedání otáček dynamometru tak, aby nám proud motoru nepřesáhl

- 57 -


maximální proud měniče. Takto proměříme momentové charakteristiky pro všechny zadané frekvence a hodnoty zapíšeme do tab. 3.7.2 a zpracujeme do grafů – obr. 3.7.3. Tab.3.7.2 f1 Hz n s-1 M Nm f1 Hz n s-1 M Nm f1 Hz n s-1 M Nm f1 Hz n s-1 M Nm f1 Hz n s-1 M Nm

3. Zastavení motoru napájeného z měniče frekvence Nejdříve musíme motor odlehčit od mechanického zatížení dynamometrem. Pak odpojíme asynchronní motor od napájení z měniče frekvence a na měniči nastavíme nulový kmitočet. Nyní snížíme otáčky dynamometru na nulu a dynamometr vypneme.


- 58 -


3.8

ROZVOD ELEKTRICKÉ ENERGIE

3.8.1 Elektrické instalace 3.8.1.1 Cíl cvičení Cílem cvičení je seznámit se podstatou rozvodu elektrické energie pro spotřebitele pomocí jednotlivých zapojení elektrické instalace pro veškeré typy rozvodů a prakticky si tato zapojení ověřit. 3.8.1.2 Úkoly cvičení 1. Nakreslete a realizujte zapojení žárovky jednopólovým vypínačem. 2. Nakreslete a realizujte ovládání dvou světelných zdrojů sériovým ( lustrovým ) přepínačem. 3. Nakreslete a realizujte zapojení pro ovládání světelných zdrojů ze dvou míst. 4. Nakreslete a realizujte zapojení pro ovládání světelných zdrojů ze tří a více míst. 5. Nakreslete a realizujte zapojení jednofázové zásuvky v případě ochrany proti nebezpečnému dotykovému napětí pomocí tzv. zemnění. 6. Nakreslete a realizujte zapojení jednofázové zásuvky v případě ochrany proti nebezpečnému dotykovému napětí pomocí tzv. nulování. 3.8.1.3 Rozbor cvičení Pod pojmem elektrická instalace rozumíme veškerá vedení a prvky sloužící k rozvodu elektrické od normalizované domovní skříně, do které je zavedena přípojka sekundární sítě. Přípojka se provádí do instalovaného příkonu 3 kVA jednofázová, pro vyšší příkony se zavádí trojfázová. Pro navrhování a provádění elektrické instalace platí řada předpisů ČSN, které se musí přesně dodržovat. Jednotlivé fázové obvody se musí připojovat tak, aby všechny fáze byly rovnoměrně zatíženy. Instalace se dělí na domovní, průmyslové a pro zemědělské objekty. Od domovní skříně se elektrická energie rozvádí hlavním domovním vedením k elektroměrovým rozvaděčům. Elektroměry se nesmějí montovat do společných skříní nebo výklenků s Obr. 3.8.1 Přehled vybraných používaných značek pro kreslení instalačních schémat: 1. Vedení pro světlo, 2. Vedení pro zásuvky, 3. Vedení pro ovládání a signalizaci, 4. – 6. Vedení: dvouvodičové, trojvodičové, čtyřvodičové, 7. Vodivé spojení, 8. Odbočení, 9. Dvojité odbočení, 10. Křižování bez vodivého spojení, 11. Krabicevšeobecná značka, 12. Krytý rozváděč, 13. Žárovkové svítidlo, 14.Jednopólový spínač- vypínač, 15. Střídavý spínač- přepínač, 16. Sériový přepínač, 17. Křížový přepínač, 18. Zásuvka- všeobecně, 19. Tlačítkový ovládač, 20. Zvonek, 21. Zářivkové svítidlodvoutrubicové, 22. Zářivkové svítidlo- čtyřtrubicové.

plynoměry a je vhodné je montovat do jiných místností. Od elektroměrů se vede vedení k podružným rozvaděčům, které se umísťují na přístupných místech jako jsou na příklad chodby. Bytové rozvaděče se umístní zpravidla v bytě. Odtud se rozvádí obvody v jednotlivých částech objektu. Každý vývod musí být jištěn buď tavnou

- 59 -


pojistkou nebo jističem. Velikost pojistek pro jmenovitý proud a průřezy vodičů se stanoví podle příslušné normy ČSN. Instalační prvky jsou ve schématech zakresleny tak, aby byla zřejmá jejich funkce a zapojení. Týká se to zvláště vypínačů , které jsou kresleny jako kolébkové. Rozvodné sítě jsou podle způsobu ochrany před dotykovým napětím rozděleny prakticky na dvě části : a) sítě TT, kde všechny neživé části jsou spojeny ochrannými vodiči k zemniči (dále jen zemnění) b) sítě TN, kde všechny neživé části jsou spojeny ochrannými vodiči s uzemněným bodem ( dále jen nulování ) . Poznávací barva jednotlivých vodičů je : při ochraně nulováním fázový vodič : L1; L2; L3 - barva : černá nebo hnědá nulovací vodič: PEN barva : kombinace zelená a žlutá při ochraně zemněním fázový vodič: L1; L2; L3 – barva: černá nebo hnědá střední vodič : N – barva : světle modrá ochranný vodič : PE – barva : kombinace zelená a žlutá K instalaci se používají hlavně vodiče nebo kabely s hliníkovými jádry. Podle druhu prostředí se volí na př. vodiče do trubek, můstkové vodiče nebo kabely pro použití na povrch nebo pod omítku.Vodiče jsou uspořádány do řady ( 1,5; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25 mm2 atd. ). Při použití vodičů s měděnými jádry se volí průřez vodiče o stupeň nižší než u vodičů s jádrem hliníkovým. Přehled některých používaných značek pro kreslení schémat je uveden na obr . 3.8.1. Světelná elektrická instalace Zapojení žárovky ( zářivky ) jednopólovým vypínačem Schéma tohoto obvodu je na obr. 3.8.2.

Obr. 3.8.2 Zapojení žárovky jednopólovým vypínačem Schémata se kreslí v poloze vypnuto. Zásadně se vypíná fázový vodič a objímka se zapojí tak, aby fáze byla od vypínače přivedena ke střednímu kontaktu objímky a nulovací vodič k závitu

- 60 -


objímky. Počet přeškrtnutých čárek v instalačním plánu značí počet vodičů v daném úseku. Vypínač se montuje tak, aby žárovka svítila při stisknutí vypínače nahoře. Zapínání dvou žárovek sériovým ( lustrovým ) přepínačem Zapojení tohoto obvodu je na obr. 3.8.3.

Obr. 3.8.3 Schéma zapínání dvou žárovek sériovým (lustrovým) přepínačem Používá se k ovládání svítidel dělených na dva obvody. Jedná se v podstatě o dva vypínače v jednom pouzdře. Podmínky připojování vypínače a objímky jsou stejné jako v minulém případě. Zapojení žárovky dvěma střídavými ( schodišťovými ) přepínači Zapojení tohoto obvodu je na obr. 3.8.4. Používá se k ovládání svítidla (nebo svítidel) ze dvou míst, a to na chodbách, schodištích a průchozích místnostech. Přepnutím kteréhokoliv přepínače dochází vždy ke změně stavu ( světlo - tma ). Tady neplatí podmínka, že ke spuštění obvodu dojde při stisknutí přepínače nahoře.

Obr. 3.8.4 Schéma zapojení žárovky dvěma střídavými (schodišťovými ) přepínači Zapojení osvětlení ze tří a více míst pomocí křížových přepínačů Zapojení je na obr. 3.8.5.

- 61 -


Obr. 3.8.5 Zapojení osvětlení z více míst pomocí křížových přepínačů Používá se po ovládání světelných zdrojů ze tří a více míst například na schodišti. Přepínače se zapojují do řady tak, že první a poslední je střídač a mezi ně se zapojí jeden nebo podle potřeby více křížových přepínačů. Na jeden světelný obvod lze zapojit tolik svítidel, aby jejich proud nepřekročil jmenovitý proud jistícího přístroje obvodu. Jmenovitý proud svítidel se stanoví z maximálního příkonu, pro který jsou svítidla typována. Tam, kde je to z provozních důvodů žádoucí,se zřizují bez zřetele k počtu světelných vývodů alespoň dva světelné obvody, aby při poruše na jednom obvodě bylo možno zabezpečit alespoň orientační osvětlení. Jedná se především o schodiště vysokopodlažních domů, veřejně přístupné prostory, divadla atd. Ovládání jednotlivých samostatně spínacích skupin svítidel se řídí provozními požadavky. Tam, kde se umělého osvětlení užívá i na přisvětlování částí místností je vhodné přizpůsobit ovládání osvětlení tomuto požadavku. Ve velkých místnostech se doporučuje řešit osvětlení pomocí několika samostatně spínaných úseků. Spínače pro ovládání osvětlení se obvykle umístní u dveří na straně kliky pokud místní podmínky nevyžadují jiné umístnění. Zásuvková elektrická instalace

Obr. 3.8.6 Zapojení jednofázové zásuvky při ochraně zemněním

Zapojení jednofázové zásuvky při ochraně zemněním Toto zapojení je uvedeno na obr. 3.8.6. Zásuvka se umístní tak, že při pohledu zepředu musí být ochranný kolík nahoře. Fáze se připojuje na levou zdířku a nulovací vodič na pravou zdířku. Ochranný zemnící vodič se připojuje na ochranný kolík. Zásuvky s dvojitými svorkami se doporučuje spojovat smyčkováním. Dvojzásuvka je určená pro připojení na jeden obvod, ale nesmí se připojit do dvou různých obvodů ani se nesmí přerušit propojení zásuvek.

- 62 -


Zapojení jednofázové zásuvky při ochraně nulováním Zapojení je uvedeno na obr. 3.8.7. Při pohledu zepředu musí být kolík umístněn nahoře. Fáze se připojuje na levou zdířku, nulovací vodič se připojuje na kolík a pak propojkou na pravou zdířku. Na jeden zásuvkový obvod lze připojit nejvýše 10 zásuvkových vývodů, přičemž celkový instalovaný výkon při napětí sítě 3 x 400/ 230 V nesmí překročit 3680 VA při jištění 16 A a 2300 VA při jištění 10 A.

Obr. 3.8.7 Zapojení jednofázové zásuvky při ochraně nulováním

Motorová elektrická instalace Trojfázové spotřebiče mohou být připojeny na jeden obvod, pokud jejich celkový výkon nepřesáhne 15 kVA. Trojfázové zásuvky o různém jmenovitém proudu se nesmí připojovat do stejného obvodu. Trvale umístněné motory musí být připojeny napevno, tj. bez připojení pomocí vidlice. Přívod k motoru se vede přímo ke vstupní svorkovnici, kde se na přívodní svorky připojí fázové vodiče a ochranný zelenožlutý vodič se připojí na zvláštní ukostřenou svorku. Zapojení různých spotřebičů pro ochranu proti nebezpečnému dotykovému napětí pomocí nulování, zemnění, chráničů i pomocí dvojité izolace je zobrazeno na obr. 3.8.8. Značka dvojitého čtverečku umístněná pod uvedeným zapojením označuje spotřebiče s dvojitou izolací. U těchto spotřebičů je tato značka uvedena vždy na výrobním štítku.

3.8.2. Ochrana před nebezpečným dotykovým napětím 3.8.2.1. Cíl cvičení Cílem cvičení je seznámení studentů se základními ochranami před nebezpečným dotykovým napětím. Cvičení je zaměřeno především na ochranu pomocí ochranného vodiče. V úloze jsou probrány jednotlivé způsoby ochran pomocí odpojení od zdroje vlivem předřazené pojistky nebo jističe případně pomocí proudového nebo napěťového chrániče.

a) 3.8.8

b)

Zapojení různých spotřebičů k elektrické síti: a) sítě TT ( zemnění) a ochrany chrániči, b) sítě TN ( nulování )

- 63 -


3.8.2.2 Úkoly měření 1. Proměřte a výpočtem zkontrolujte poruchové (zkratové ) proudy a dotyková napětí, která se objeví na konstrukci spotřebiče při průrazu fáze na kostru v případě ochrany pomocí zemnění. 2. Proměřte a výpočtem zkontrolujte poruchové proudy a dotyková napětí v případě průrazu fáze na kostru spotřebiče v případě ochrany proti dotykovému napětí pomocí nulování. 3. Proměřte a výpočtem zkontrolujte zkratové proudy a dotyková napětí při průrazu fáze na kostru spotřebiče v případě ochrany proti dotykovému napětí nulováním s přídavným zemněním. 4. Proměřte a výpočtem zkontrolujte ochranu proti dotykovému napětí při průrazu fáze na kostru spotřebiče v případě nulování, kdy je poruchový spotřebič pouze uzemněn. 5. Zjistěte vypínací proud proudového chrániče. 6. Zjistěte vypínací proud proudového chrániče. 3.8.2.3 Rozbor cvičení Všeobecné předpisy pro ochranu před nebezpečným dotykovým napětím obsahují souhrn opatření, jímž musí elektrická zařízení vyhovovat z hlediska bezpečnosti před úrazem elektrickým proudem. Pro tento případ se jedná o normu ČSN 33 2000-4-41, která stanoví opatření, jež u elektrických zařízení poskytují ochranu před úrazem elektrickým proudem při dotyku nebo přiblížení. Pod pojmem dotykové napětí se rozumí napětí, které se objeví na částech elektrických zařízení, která jsou sice vodivá, ale nejsou určena k vedení proudu a napětí se na nich objeví pouze v případě poruchy izolace (zkratu fáze na kostru spotřebiče a podobně. ). U každého zařízení chráníme jeho tzv. živou část, tj. část určenou k vedení elektrického proudu, která za provozu má proti zemi trvale nebo jenom dočasně napětí. Stejně závažná, ne sice z hlediska práce těchto zařízení, za to však z hlediska obsluhujících osob je ochrana neživých částí tj. částí, které by se mohly dostat napětí v případě poruchy ochrany živých částí. U ochrany neživých částí elektrických zařízení se rozlišují dva stupně : ochrana základní a zvýšená. Ochrana živých částí před nebezpečným dotykem Živé části chráníme před nebezpečným dotykem nebo přiblížením za běžných situací polohou, zábranou, krytím, izolací a doplňkovou izolací. Ochranu živých částí před nebezpečným dotykem nemusíme dělat v případě, kdy napětí na živé části je bezpečné. Meze bezpečných malých napětí s ohledem na členění prostorů.

Prostory

Bezpečné napětí živých částí Střídavé Stejnosměrné

Normální, bezpečné

50 V

100 V

Nebezpečné

25 V

60 V

Zvláště nebezpečné

12 V

25 V

Ochrana polohou Ochranu polohou provádíme tak, že živé části umístníme mimo dosah, kde je dotyk s nimi vyloučen bez použití pomůcek. Vzdálenosti, které musíme při této ochraně dodržet závisí na druhu zařízení, způsobu jejich provozu a možnosti přístupu osob s různou odbornou kvalifikací. Minimální vzdálenosti jsou uvedeny v normách ČSN. Ochrana zábranou Ochrana zábranou se uskuteční tak, že zabráníme nebo znemožníme dotyku se živými částmi nebo nebezpečnému přiblížení. Zábrana není přímou součástí elektrického zařízení. Ochranu lze provést :

- 64 -


- v prostorách přístupných osobám bez elektrotechnické kvalifikace uzavřením, uzamčením nebo neodnímatelným ohrazením, které musí mít dostatečnou pevnost a výšku. Jeho vzdálenost od živých částí musí být taková, aby nemohlo dojít k úrazu elektrickým proudem. - v prostorách přístupných pouze osobám s příslušnou elektrotechnickou kvalifikací se ochrana zábranou vytvoří uzavřením, ohrazením (např. provazem, tyčí, mříží, plotem a pod.), která může být odnímatelná. Její vzdálenost musí být však od živých částí taková, jak bylo uvedeno výše. Ochrana krytím Ochranné kryty jsou součástí elektrických předmětů. Jejich činnost spočívá v zamezení přístupu osob a vniknutí předmětů nebo vody k živým částem zařízení. Kryty jsou vždy součástí elektrických předmětů. Na předmětech je vyznačeno mezinárodní značkou - IP . . , kde tečky značí číslice. Prvá od 0 - 6 značí odolnost proti vniknutí předmětů a druhá od 0 - 8 značí odolnost proti vniknutí vody. Čím vyšší číslice, tím je odolnost vyšší. Ochrana izolací Ochrana izolací spočívá v zabezpečení živých částí takovou izolací, která znemožní nebezpečný dotyk živých částí zařízení. Rozlišujeme izolaci pracovní a izolaci přídavnou. Izolace přídavná je nezávislá izolace vytvořena dodatečně k pracovní izolaci pro zajištění ochrany proti elektrickému úrazu při poruše pracovní izolace. Lakování i smaltování, vrstvy oxidů, jakož i obaly z vláknitých hmot, i když jsou napuštěny, se nepovažují za izolaci ve smyslu ochrany před nebezpečným dotykovým napětím. Ochrana doplňkovou izolací Této ochrany se dosáhne vybavením elektrického zařízení izolační podlahou, izolačním kobercem nebo použijeme - li ochranné pomůcky tj. dielektrické rukavice nebo galoše a pod. Izolujeme-li stanoviště, musíme zabezpečit, aby účinný rozsah doplňkové izolace byl takový, aby z místa, které je mimo stanoviště, byl znemožněn nebezpečný dotyk živých částí nebo nebezpečné přiblížení k nim. Doplňková izolace není dostačující pro osoby bez elektrotechnické kvalifikace. Ochrana neživých částí před nebezpečným dotykem ( do 1000 V ) Ochrany bez ochranného vodiče Tyto ochrany se vyznačují tím, že nepotřebuje ochranný vodič. Dotyk neživých částí je znemožněn nebo napětí není nebezpečné a tudíž dotykový proud není životu nebezpečný. Malé napětí, nepřesahuje-li hodnotu bezpečného napětí, nevyžaduje další ochrany. Přední místo v ochraně zaujímá izolace. Ochrany bez ochranného vodiče zaručují větší bezpečnost a mělo by se jich používat všude tam, kde je to možné. Zařízení se neodpojuje a ochrana nepůsobí nepříznivě na síť ani na ostatní odběratele. Dále jsou uvedena bezpečná napětí pro různé prostory. Prostory Dovolené dotykové napětí ( V ): střídavé

stejnosměrné

Bezpečné i nebezpečné 50 120 Zvlášť nebezpečné ( platí též pro hračky, některá zdravotnická a jiná zařízení přicházející do styku s pokožkou a v prostorách, ve kterých se stupeň nebezpečí zvyšuje.) 25 60 Ve zvlášť nepříznivých případech ( práce ve vodě bez použití pomůcek,stísněné prostory s vodivými stěnami a pod.). 12 25 Ochrana polohou Ochrana neživých částí polohou spočívá v takovém umístnění neživých částí, že jejich dotyk je bez použití zvláštních pomůcek vyloučen. Vzdálenosti, které přitom musí být dodrženy záleží na druhu zařízení druhu jeho provozu a možnosti přístupu osob různé kvalifikace. Ochranu polohou můžeme použít k dosažení ochrany základní jen v případech, které jsou stanoveny v příslušných ČSN. Je to ochrana velmi účinná a snadno kontrolovatelná.

- 65 -


Ochrana zábranou Tato ochrana spočívá v opatřeních, která zabrání nebo znemožní dotyk nebo přiblížení k nebezpečným částem. Zde je nutné přihlížet ke kvalifikaci pracovníků. Může se jí použít jenom v případech stanovených patřičnou normou. Ochrana izolací Této ochrany dosáhneme tak, že vodivé části mimo základní izolace ještě přídavnou izolací a tak dosáhneme izolaci dvojitou nebo zesílenou. Přídavná izolace musí mít však alespoň vlastnosti izolace pracovní, pokud není předepsán požadavek na izolaci vyšší. Ochrana izolací je nejlepší a nejspolehlivější ochranou před dotykem, ale lze ji používat jen u menších elektrických zařízení. Spotřebiče, u kterých je provedena tato ochrana, se označují jednotnou značkou a to dvěma soustřednými čtverečky. Ochrana doplňkovou izolací Tato ochrana není považována za základní a používá se k doplnění ochrany základní na ochranu zvýšenou, a to tam kde nemají přístup osoby bez elektrotechnické kvalifikace. Elektrické vlastnosti doplňkové izolace musí být alespoň takové, jako jsou předepsané pro izolaci pracovní. Provádí se tak, že stanoviště u elektrického zařízení opatříme izolačním kobercem nebo podložkou. Musí být však zajištěno, že se izolační pevnost nezmění vlivy prostředí. Ochrana bezpečným napětím Její podstata spočívá v zabránění vzniku nebezpečného dotykového napětí na neživých částech použitím bezpečného napětí u živých částí zařízení. Bezpečného napětí dosáhneme ze sítě použitím transformátoru nebo měniče se spolehlivě odděleným vinutím pomocí zvýšené izolace. Může se použít i nezávislého zdroje jako baterie, generátoru a podobně. Za zařízení bezpečného napětí pokládáme všechna zařízení, jejichž efektivní napětí mezi zemí a vodiči nepřesahuje v prostorách bezpečných 50 V. Ochrana oddělením obvodů Podstata této ochrany spočívá ve vytvoření dokonale izolačně odděleného proudového obvodu rozvodné soustavy. Stejně jako ochrana bezpečným napětím vytváří i ochranné (galvanické oddělení) soustavu oddělenou od země a snižuje se podstatně nebezpečí úrazu. Musí se však zabezpečit, aby použité transformátory nebo měniče měly spolehlivě oddělené obvody, které musí vyhovovat podmínkám dvojité izolace. Použitý zdroj musí být vždy mimo ohrožený prostor. Ochranného oddělení používáme převážně pro práci s elektrickým nářadím na staveništích, pro léčebná zařízení a podobně. Ochrany s ochranným vodičem Princip činnosti všech typů ochran s ochranným vodičem spočívá v přerušení fázového vodiče při poruše (zkratu) pomocí tavné pojistky nebo jističe dříve, než hodnota dotykového napětí na ochranném vodiči dosáhne povolené hodnoty uvedené v tabulce . Ochrana zemněním v soustavách s uzemněným uzlem ( sítě TT ) Podstata spočívá ve spojení neživých částí se zemí ochranným vodičem PE a využití země ke zpětnému vedení zkratového proudu do uzlu zdroje, jak je vyznačeno na obr. 3.8.9. Naznačená porucha fáze L2 způsobuje zkratový proud Ik , který je závislý na velikosti fázového napětí Uf , tj. napětí mezi svorkou fáze a středním (nulovým) vodičem a velikostí odporu zkratového obvodu. V tomto případě odpor zkratového obvodu sestává z odporu fázového vodiče Rf , odporu ochranného uzemnění Ro a odporu pracovního uzemnění transformátoru Rp Podle Ohmova zákona získáme vztah pro výpočet zkratového proudu :

Ik =

Uf R f + Ro + R p

[A] .

Dotykové napětí bude rovno úbytku napětí vytvořeného průtokem zkratového proudu Ik odporem ochranného uzemnění Ro . Dotykové napětí se vypočte ze vztahu :

U d = Ro ⋅ I k

[A] .

- 66 -


Přerušení fázového přívodu v případě poruchy se děje buď tavnou pojistkou nebo jističem. Aby ochrana v soustavě s uzemněným uzlem správně pracovala, musí být splněny tyto podmínky : 1. Zemní odpor uzemnění Ro chráněného spotřebiče nebo podružného rozvaděče nesmí být větší než

Ro =

Ud Iv

[Ω] ,

kde Iv je vypínací proud předřazené pojistky podle druhu pojistky a prostoru v rozsahu ( 2,5 - 8 ). IN (bližší údaje jsou uvedeny v ČSN, pro tavné pojistky v obyčejném prostředí je to hodnota 2,5 a u jističů 3,5 ) 2. Odpor uzemnění uzlu transformátoru nesmí být větší než

Rp =

Ud Iv

[Ω]

,

kde Iv je vypínací proud pojistky nebo jističe největšího chráněného spotřebiče připojeného za zdrojem. 3. Při společném uzemnění elektrických zařízení vn a nn musí být splněny ještě další podmínky. Střední vodič N za hlavním rozvaděčem se klade izolovaně a není-li označen jistí se a vypíná současně s vodiči fázovými. 4. Pro provedení, kladení, označování a pro stanovení průřezu uzemňovacího

3.8.9

Ochrana zemněním

vodiče platí předpisy ČSN. 5. Neživé části se nesmí připojovat na střední vodič. 6. Nelze-li z důvodů hospodárnosti dosáhnout požadovaného odporu Ro podle první podmínky, může se chráněný předmět a uzel transformátoru připojit na vodovodní řád podle podmínek ČSN. První podmínka stanoví, zda můžeme objekt chránit pouze uzemněním ( minimální dosažitelná hodnota odporu Ro je asi 0,8 Ω). Ochranný zemnící vodič musí mít výhradně barvu v kombinaci zelená a žlutá. Ochrana proti dotykovému napětí nulováním ( v sítích TN ) Podstata této ochrany spočívá v tom, že se všechny neživé části spotřebičů spojí se středním (nulovacím ) vodičem a zkratové proudy se při zkratu uzavírají přes fázový vodič, vadné místo v izolaci na kostru spotřebiče a nulovacím vodičem zpět k transformátoru. Tento vodič se nesmí jistit, odpojovat se může pouze součastně s fázovými a musí mít stejný průřez jako fázové vodiče. Označuje se PEN a je pro něj vyhrazena barva zelená v kombinaci se žlutou. Vřazením vhodné pojistky do fázového vodiče se dosáhne toho, že se tato pojistka musí přerušit dříve než dotykové napětí dosáhne povolené hodnoty. Nulování se používá v sítích nízkého napětí s uzemněným středním vodičem, jak je znázorněno na obr. 3.8.10. Ochrana nulováním je sama

- 67 -


o sobě dostatečnou ochranou z hlediska nebezpečí úrazu elektrickým proudem v prostorách bezpečných i nebezpečných. Pouze v prostorách zvláště nebezpečných musíme tuto ochranu doplnit další ochranou, aby bylo dosaženo ochrany zvýšené (pospojováním,doplňkovou izolací, chráničem a pod.). Při ochraně nulováním je důležité, aby odpory v proudovém obvodu byly malé a aby poruchový proud byl větší než vypínací proud předřazené pojistky, čímž je zaručeno, že dojde k přetavení pojistky v případě poruchy. Nulovací vodič se musí ukládat stejně pečlivě jako vodiče fázové nejčastěji ve stejném obalu a zabezpečit, aby se nepřerušil. Připojuje se vždy na pevnou část spotřebiče na vyznačenou tzv. zemnící svorku na hlavní svorkovnici.

Obr. 3.8.10 Ochrana nulováním Zkratový proud je dán vztahem :

Ik =

Uf R f + RN

[A].

Při výpočtu dotykového napětí si stačí uvědomit, že pracovním uzemněním Rp neteče žádný proud. Potenciály země a uzlu transformátoru jsou stejné. K určení dotykového napětí stačí určit úbytek napětí na odporu RN průchodem zkratového proudu Ik. Dotykové napětí se určí ze vztahu :

U d= RN ⋅ I k

[V ] .

Uzel zdroje nebo pracovně uzemněného místa zdroje musí být uzemněn. Zemní odpor nemá být větší než 5Ω a v případě ztížených půdních podmínek je povoleno maximálně 15 Ω. Vyskytuje-li se v obvodu rozvodu sítě zvlášť dobré uzemnění, musí být spojeno s nulovacím vodičem, čímž zabráníme tomu, aby se zemním spojením fázového vodiče přes tento vodič nedostalo napětí na ochranný vodič. Ochrana nulováním zvýšená přídavným zemněním Při tomto způsobu ochrany se postupuje takto : 1. Pospojují se všechny neživé části spotřebičů a připojí se na ochranný vodič. 2. Pospojují se všechny kovové části v tomto prostoru (kovová potrubí, kovové konstrukce a pod.) 3. Takto vzájemně propojené kovové části se spojí do jednoho uzlu. Tímto dosáhneme toho, že všechny kovové části jsou na jednom potenciálu a nemůže dojít k dotyku mezi zařízeními s různým potenciálem. Pospojování kovových částí ještě není uzemnění a dá se provést i bez uzemnění. Uzemnění takto pospojovaných částí tuto ochranu účelně doplňuje. Sníží se tím napětí proti zemi při dotyku, především na obvodu elektrického zařízení a uzemnění. Tato ochrana je znázorněna na obr. 3.8.11. Zkratový proud se vypočítá ze vztahu :

Ik = Rf +

Uf RN (Ro + R p ) RN + Ro + R p

Potom se dotykové napětí stanoví ze vztahu :

- 68 -

[A] .


Ud =

Ro ⋅R N Ro + R p + RN

[V ]

.

Nedovolená kombinace ochran V soustavách s ochranou nulováním nesmí být některá část elektrického zařízení chráněna jenom zemněním a ostatní neživé části nulováním. Nastane-li tento případ, bude kritické nejenom dotykové napětí na nesprávně chráněném spotřebiči, ale i na všech tedy i správně chráněných spotřebičích v případě, že se poškodí spotřebič chráněný vadně. Uvažovaná situace je znázorněna na obr. 3.8.12. Obr. 3. 8.11 Ochrana nulováním zvýšená přídavným zemněním

Obr. 3.8.12 Nedovolená kombinace ochran

- 69 -


V tomto případě zavléká dotykové napětí na kostry právě ochranný vodič. Zkratový proud Ik vzniklý při proražení u vadně chráněného spotřebiče je dán vztahem :

Ik =

Uf

[A] .

R f + Ro + R p

Dotykové napětí vadně chráněného spotřebiče se vypočte ze vztahu :

U d = Ro ⋅ I k

[V ] .

Dotykové napětí na nulovém (ochranném ) vodiči se vypočte ze vztahu :

U d = Rp ⋅ I k

[V ]

.

Nelze ani vyloučit, že když už bylo užito nedovolené ochrany, že ochrana nebude ještě předimenzována, takže poruchový proud případně vadný spotřebič se neodepne. V tom případě by bylo dotykové napětí na kostrách správně chráněných spotřebičů v celé síti trvale. Z tohoto důvodu je tento způsob ochrany spotřebičů přísně zakázán. Ochrana chrániči Ochrana spočívá v samočinném odpojení zařízení od sítě, vznikne - li na chráněné části větší : 1. Dotykové napětí než je povolené, 2. Poruchový proud než je povolený. Vypnutí chrániče musí nastat ve velmi krátkém čase do 0,2 s. K ochraně před nebezpečným dotykovým napětím se používají chrániče napěťové nebo proudové. Jsou to spínací přístroje obvykle čtyřpólové a jsou opatřeny volnoběžkou vybavenou chráničovou spouští. Chrániče mají mimo ovládací ústrojí ještě zkušební tlačítko, kterým lze přezkoušet jeho funkčnost. Funkce chrániče se musí pravidelně kontrolovat. 1. Napěťový chránič

Jeho funkce spočívá v odpojení všech pracovních vodičů od sítě, vznikne - li v připojeném zařízení spojení na kostru. Zapojení je na obr. 3.8.13 a zjednodušené schéma na obr. 3.8.14. Přes cívku ochranné spouště napěťového chrániče se připojují všechny neživé části zařízení na chráničový zemnič. Napěťový chránič odpojuje zařízení, jakmile napětí na svorkách cívky ochranné spouště přestoupí nastavenou hodnotu dotykového napětí. Nejčastěji se používá tzv. ochranný jistič, který je ještě vybaven nadproudovou ochranou. Napěťových chráničů se používá na ochranu elektrických spotřebičů, elektrických instalací a sítí. Aby byla zajištěna správná funkce napěťových chráničů, musí se zajistit následující :

Obr. 3..8.13 Ochrana napěťovým chráničem

- 70 -


Obr. 3.8.14 Zjednodušené zapojení napěťového chrániče pro měření vypínacího dotykového napětí

- napěťový chránič musí vypínat při dovoleném dotykovém napětí - vypínací cívka se připojí mezi chráněnou část a chráničový zemnič - na chráněné části se připojí izolovaný chráničový zemnič - chránič musí vypínat všechny fázové vodiče i nulovací - ochranný vodič zemnící a vodič chráničový musí být od sebe izolovány - ochranný vodič a svod musí být chráněny před poškozením - průřezy ochranných vodičů musí být dimenzovány podle ČSN - zemnič musí být samostatný od jiných zemničů vzdálen min 15 m - zemní odpor nesmí přesáhnout hodnotu 200 Ω - před uvedením do provozu se ochrana musí přezkoušet a pravidelně kontrolovat.

2. Proudový chránič

Funkce tohoto chrániče spočívá v odpojení zařízení od sítě, přestoupí - li poruchový proud dovolenou mez. Jeho zapojení je na obr. 3.8.15, zjednodušené pak je uvedeno na obr. 3.8.16. Cívka ochranné spouště je zapojena na sekundární straně diferenciálního transformátoru. Ochranný zemnič je připojen přímo na chráněné zařízení. V normálním stavu je součet proudů protékající diferenciálním transformátorem roven nule, takže sekundární obvod transformátoru je bez proudu. Vznikne - li v chráněném obvodu spojení na kostru, uniká část proudu přes kostru do země a součet proudů procházejících diferenciálním transformátorem se přestane rovnat nule. Rozdílový proud se transformuje diferenciálním transformátorem na sekundární stranu a uvede chránič v činnost, čímž dojde k odpojení všech pracovních vodičů od sítě. Proudové chrániče nechrání proti nadproudům. Obr. 3.8.15 Ochrana Musí být proto vždy doplněny jističi nebo pojistkami. proudovým chráničem Pro možnost prověření účinnosti ochran před nebezpečným dotykovým napětím pomocí ochranného vodiče se používá model trojfázové soustavy, který je zobrazen na obr. 3.8.17. Z bezpečnostních důvodů se místo rozvodné sítě 400/230 V používá 10 x sníženého napětí, tedy 40/23 V. Součastně mají všechny Obr. 3.8.16 Zjednodušené zapojení proudového chrániče pro měření vypínacího poruchového proudu

- 71 -


rezistory použité na modelu sítě hodnotu 100 x vyšší, čímž se dosáhne toho, že poruchové proudy protékající modelem jsou 1000 x nižší a pohybují se v mA . Při kontrolních výpočtech se však používají hodnoty jako ve skutečné síti.

Obr. 3.8.17 Model trojfázové soustavy

3.9

VLASTNOSTI POLOVODIČOVÝCH PRVKŮ

3.9.1 Úvod V součastné době se v aplikované elektronice v převážné většině používá polovodičových prvků křemíkových, které nahradily v minulosti používané prvky z germania. K nejpoužívanějším prvkům pro usměrňování střídavého proudu nebo pro elektronické spínání při řízení a regulaci patří dioda, tranzistor, tyristor a triak. Základní vlastnosti polovodičových prvků popisuje voltampérová charakteristika nebo také někdy jinak nazývaná ampérvoltová charakteristika (dále bude používán termín voltampérová charakteristika a zkrácené označení V-A charakteristika). Jedná se o grafické znázornění závislosti proudu procházející mezi hlavními elektrodami (obvykle mezi anodou a katodou ) a napětím, které je na elektrody přiloženo. Průběh V-A charakteristik je značně nelineární. Analytické vyjádření je obtížné a složité, z tohoto důvodu i nepřehledné, a tudíž nepraktické. Mnohem názornější je její grafická podoba. Pro jednotlivé druhy prvků je zásadní tvar stejný, liší

- 72 -


se jen v konkrétních velikostech. Je - li průběh V-A charakteristiky polovodičového prvku znám, stačí pak pro většinu praktických použití zjistit buď z katalogu nebo měřením pouze charakteristické hodnoty, které jsou pro konkrétní prvek důležité a zcela postačující. 3.9.2 Cíl cvičení Účelem cvičení je seznámit se s polovodičovou diodou, tranzistorem, tyristorem a triakem, a to s jejich : - vybranými vlastnostmi - principem činnosti - měřením V-A charakteristik - oblastmi použití. 3.9.3 Úkoly cvičení 1. Statická metoda a) Statickou metodou změřte a graficky znázorněte V-A charakteristiku křemíkové diody b) Statickou metodou změřte a graficky znázorněte V-A charakteristiku Zenerovy (stabilizační) diody. Z naměřených hodnot stanovte Zenerovo napětí Uz pro stanovený proud. Vypočítejte a nakreslete závislost diferenciálního odporu diody rz = f (Uz). c) Statickou metodou změřte a graficky znázorněte výstupní V-A charakteristiky tranzistoru pro několik hodnot proudu báze IB při konstantním napětí UCE. 2. Dynamická metoda 1. Pomocí osciloskopu a) Dynamickou metodou změřte a nakreslete celou V-A charakteristiku Zenerovy ( stabilizační) diody. Při volbě velikosti střídavého napětí se řiďte hodnotou stabilizačního napětí měřené diody a možnou velikostí proudu diody. Hodnoty stabilizačního napětí a velikost protékajícího proudu určete měřícími přístroji. b) Dynamickou metodou změřte a nakreslete V-A charakteristiku křemíkové diody. Na obrazovce si zobrazte celou charakteristiku i pouze její závěrnou část. Hodnoty proudu a napětí odečtěte z přístrojů. c) Zobrazte propustnou větev ve zvětšeném měřítku pro napětí, abyste mohli stanovit prahové napětí dané křemíkové diody. Stanovte jeho velikost pomocí měřících přístrojů. d) Dynamickou metodou změřte a nakreslete V-A charakteristiku tyristoru. Měňte velikost proudu IG a zaznamenávejte změnu tvaru charakteristiky. Na obrazovce osciloskopu pozorujte vliv proudu řídící elektrody IG na vliv závěrné větve charakteristiky. e) Dynamickou metodou změřte a zakreslete V-A charakteristiku triaku. Na obrazovce osciloskopu zobrazte průběh otevírání triaku v závislosti na velikosti řídícího proudu IG Charakteristické hodnoty otevíracího proudu zaznamenejte a průběhy zakreslete. 2. Pomocí přístroje UNIMA KS – 2 ve spolupráci s osobním počítačem a) Proveďte proměření V-A charakteristiky křemíkové diody v propustném i závěrném směru a charakteristiku vytiskněte. Velikosti proudů a napětí zadejte podle instrukcí učitele. b) Proveďte proměření V-A charakteristiky Zenerovy diody v propustném i závěrném směru a charakteristiku vytiskněte. c) Změřte V-A charakteristiky bipolárního tranzistoru . Velikosti proudů a napětí nastavte podle katalogových hodnot nebo instrukce učitele. Zobrazené charakteristiky pomocí tiskárny vytiskněte. 3.9.4 Rozbor cvičení 1. Statická metoda

Obr. 3.9.1 Schématické znázornění principu statické metody

Při této metodě nastavujeme pomocí regulovatelného zdroje stejnosměrné napětí na měřeném prvku a měříme protékající proud. Napětí nastavujeme po vhodných skocích, abychom obsáhli rovnoměrně celý potřebný rozsah. Odečtené hodnoty proudu a napětí se zaznamenají do tabulky a dále zpracujeme do grafu na milimetrový papír. Při

- 73 -


měření se snažíme omezit chybu měření použitím voltmetru s vysokým vnitřním odporem. Při požití číslicových měřících přístrojů je přesnost této metody vysoká, ale měření je poměrně zdlouhavé. Tato metoda je vhodná především pro měření prvků, u kterých chceme vyloučit vliv setrvačnosti. Jedná se nám tedy o hodnoty v ustáleném stavu. Schematické znázornění této metody je na obr. 3.9.1. 3. Dynamická metoda Základním zařízením této metody je osciloskop. Úkolem měření je znázornit V-A charakteristiku požadovaného prvku. Na vstup X přivedeme napětí přiváděné na měřený prvek. Na osu Y je nutné přivést napětí úměrné proudu protékajícího prvkem. K tomu potřebujeme převodník proud - napětí. Nejjednodušším převodníkem je rezistor R zapojený v sérii s měřeným prvkem, na kterém vznikne průchodem proudu úbytek napětí, jehož velikost je dána Ohmovým zákonem. Zdroj střídavého napětí harmonicky mění velikost napětí Obr. 3.9.2 Schématické znázornění ve vhodném rozsahu. Pokud kmitočet těchto změn principu dynamické metody bude malý, bude se světelný bod na obrazovce posouvat přesně po tvaru V-A charakteristiky v souladu s přivedeným napětím. Pro dosažení celistvosti obrazu je nutné velikost kmitočtu zvýšit tak, až setrvačnost stínítka obrazovky a lidského oka způsobí efekt celé charakteristiky. Z tohoto důvodu se používá síťový kmitočet 50 Hz.

Obr. 3.9.3 Schéma zapojení pro měření V-A charakteristik dynamickou metodou Do série s měřeným prvkem se dává ochranný rezistor R0. V propustném směru je jeho hodnota dána snahou o dosažení maximálně jmenovitého proudu daného prvku a v závěrném směru získáním obrazu v oblasti průrazného napětí bez nebezpečí zničení prvku. Při měření volíme takovou hodnotu, abychom v propustném směru mohli zobrazit i oblast prahového napětí, neboť ostatní části považujeme prakticky za lineární. U závěrné větve nás zajímá především oblast průrazu při relativně vyšších napětích. Proto se závěrná větev měří samostatně tak, že měřený prvek namáháme pouze zápornými půlvlnami střídavého napětí. K odříznutí kladných půlvln se do obvodu zařadí ještě vhodně polarizovaná dioda. Úplné schéma měřícího zařízení je na obr. 3.9.3. Regulace hodnot střídavého napětí se provádí regulačním transformátorem. Velikost napětí se měří voltmetrem až za oddělovacím transformátorem. Přepínač Q1 spolu s diodou umožňují zobrazení celé charakteristiky najednou, nebo pouze její záporné části, když se kladná půlperioda odřízne. Tím je umožněno zobrazit celou závěrnou část charakteristiky bez nebezpečí poškození měřeného prvku

- 74 -


proudem v propustném směru. V sérii je zapojen měřený prvek s rezistorem R, který slouží jako převodník proud - napětí. Spouštěcí obvod řízených prvků je sestaven ze zdroje stejnosměrného napětí, regulačního rezistoru a ampérmetru pro stanovení otevíracího proudu. Vykreslené charakteristiky na stínítku obrazovky zakreslujte ze stínítka pomocí rastru.Je nutné dodržet vždy stejný úhel při pozorování obrazovky. Převodní koeficient, tj. vzdálenost na obrazovce, odpovídající vstupnímu napětí, lze určit pomocí děliče osciloskopu. Pokud dělič chybí, lze měřítko určit pomocí voltmetru připojeného k napájecímu transformátoru. Při snímání charakteristik řízených prvků je nutné dbát na správnou polaritu zdroje řídícího proudu. V-A charakteristika diody Typický průběh V-A charakteristiky polovodičové diody je zobrazen na obr. 3.9.4. Jak je patrné je charakteristika rozdělena na dvě části, a to na propustnou část v prvním kvadrantu a závěrnou část ve třetím kvadrantu. Propustná větev je typická tím, že při malých hodnotách UF prochází diodou značné proudy IF. V druhé části charakteristiky je tomu naopak, tedy při značných závěrných napětích UR teče diodou jen závěrný proud IR, který je řádově mnohem menší než v propustném směru. Tento proud se do určité hodnoty anodového napětí příliš nemění a bývá v rozsahu řádově nA až mA.Tento závěrný proud je způsoben Obr. 3.9.4 V-A charakteristika minoritními nosiči a jeho velikost závisí na polovodičové diody teplotě přechodu P-N. Jestliže zvýšíme závěrné napětí nad hodnotu závěrného napětí URRM (vysvětlení dále ) dojde k prudkému zvýšení závěrného proudu. Tento proud po dosažení průrazného napětí UBR dosáhne takové hodnoty, že způsobí zničení P-N přechodu . Na propustné větvi jsou nejdůležitější veličiny prahové napětí UT0 a diferenciální odpor rT. Prahové napětí se pohybuje v rozmezí od 0,3 do 0,7 V podle druhu diody. Pro daný propustný proud IF lze z charakteristiky odečíst napětí na diodě UF. Diferenciální odpor spolu s tepelnými parametry určují proudovou zatížitelnost diody, obvykle udávanou v katalogu jako IFAV. Kromě uvedeného lze se v katalogu polovodičových diod seznámit s dalšími parametry. Jedná se např. o mezní proudy v propustném směru ( IFRM – největší špičkový opakovatelný proud, IFSM – největší nárazový proud ), mezní závěrná napětí ( URRM – největší špičkové opakovatelné závěrné napětí, URSM – největší nárazové závěrné napětí ) nebo mezní údaje související s teplotním režimem diody ( υa – rozmezí dovolených teplot okolí, PD – největší dovolený ztrátový výkon ). Obr. 3.9.5 V-A charakteristika Zenerovy diody Zvláštní skupinu diod tvoří Zenerovy diody, které se také někdy nazývají stabilizační. Vyznačují se velmi tenkým přechodem P-N. Proto u nich při

- 75 -


průrazu ( dochází k němu při napětí UZ ) převažuje tzv. Zenerův jev nad lavinovou ionizací, průraz je neškodný a naopak právě závěrná oblast V-A charakteristiky je oblastí pracovní – obr. 3.9. 5. V pracovní oblasti mají tyto diody relativně malý diferenciální odpor ( jednotky až desítky ohmů ) a pracovní oblast je na obrázku omezena mezním proudem diody ( IZmax ) a mezním ztrátovým výkonem ( PD ) pro danou teplotu okolí. V-A charakteristika tranzistoru Bipolární tranzistor je prvek, který se skládá ze dvou přechodů P-N. Podle uspořádání jednotlivých polovodičů se tyto tranzistory dělí typ NPN a PNP. Tranzistor má tři vývody, které se nazývají: báze , emitor a kolektor. Tranzistor může být zapojen různým způsobem. V praxi je důležité zapojení se společným emitorem, což znamená, že emitor je společný pro vstupní i výstupní stranu zapojení. Protože existují dva typy tranzistorů podle uspořádání polovodičů a kromě již uvedeného zapojení se společným emitorem ještě další, je možné nakreslit značné množství V-A charakteristik.

Obr. 3.9. 6 V-A charakteristika tranzistoru NPN v zapojení se společným emitorem

V dalším si budeme všímat tranzistoru NPN a zapojení se společným emitorem- obr. 3.9.6a . Pro uvedený případ jsou V-A charakteristiky znázorněny na obr. 3.9. 6b. Důraz je zde kladen na výstupní charakteristiky ( l. kvadrant ) . Všechny výstupní charakteristiky vycházejí z jediné přímky, které se říká přímka mezní. V katalogu tranzistorů se můžeme seznámit s různými údaji, např. jsou uvedeny i tyto hodnoty: doporučený pracovní bod, diferenciální parametry ( he ,..) , pracovní body v saturaci, mezní kmitočet fT nebo fh21e , zbytkový proud, šumové číslo, výkonový zisk a jiné parametry podle typu tranzistoru. V-A charakteristika tyristoru Tyristor je čtyřvrstvý polovodičový prvek, který kromě hlavních elektrod anody a katody má další řídící elektrodu G. Měřením dostaneme soustavu V-A charakteristik, kde je řídícím parametrem proud řídící elektrody IG. Charakteristika tyristoru je znázorněna na obr. 3.9.7. Charakteristiky lze rozdělit na tři části : závěrnou ve třetím kvadrantu (A)a blokovací (B) i propustnou (C) v prvním kvadrantu. Další důležitou částí Obr. 3.9.7 V-A charakteristika tyristoru

- 76 -


je oblast zapínání tyristoru (D), kdy se přechází z blokovací na propustnou charakteristiku. Při pohledu na závěrnou část charakteristiky je patrné, že průběh je pro IG = 0 shodný se závěrnou charakteristikou diody. Protéká – li však řídícím obvodem proud větší než nulový, začne se tyristor chovat obdobně jako tranzistor. Závěrné charakteristiky připomínají výstupní charakteristiky tranzistoru v zapojení se společným emitorem. Větev blokovací charakteristiky pro IG = 0 má stejný průběh jako odpovídající závěrná charakteristika až do spínacího blokovacího napětí UB0. Po překročení tohoto napětí dochází k sepnutí tyristoru, tj. pracovní bod přejde na propustnou charakteristiku. Jak je patrné z charakteristik, blokovací napětí klesá se zvyšujícím se proudem IG. Od určité hodnoty tohoto proudu se bude pracovní bod pohybovat jen po propustné charakteristice. Tuto hodnotu označíme zapínacím proudem IGT pro daný tyristor. Při hodnotě tohoto proudu se tyristor otevírá tehdy, je-li na anodě kladné napětí. Propustná charakteristika je pak shodná s průběhem diodové charakteristiky. Pouze úbytky napětí UT jsou u tyristoru větší než u diody. Tyristor se uzavírá, pokud hodnota anodového proudu poklesne pod hodnotu vratného proudu IH. Tento proud je závislý na proudu IG, přičemž s jeho zvyšováním roste. Obvodovým uspořádáním je vhodné pro okamžik vypínání zajistit, aby IG = 0. Dále je na charakteristice vyznačen bod IL, Obr. 3.9.8 V-A charakteristika triaku který vyznačuje tzv. přídržný proud. Při zapínání tyristoru musí být anodový proud větší než tato hodnota, jinak by po odepnutí zapínacího proudu tyristor opět vypnul. Obě tyto hodnoty jsou závislé na teplotě. Při dynamickém provozu je hodnota vratného proudu problematická, protože vypínací proces je poněkud složitější. Také je nutné, aby po zapnutí trval zapínací proud déle než je zapínací doba tyristoru a po vypnutí musí jeho propustný proud klesnout pod hodnotu vratného proudu na delší dobu než je vypínací doba tyristoru. V-A charakteristika triaku Protože mnoho aplikací vyžaduje bezkontaktní spínání a řízení střídavého výkonu, byl k tomuto účelu vyvinut pětivrstvový polovodičový prvek - triak. Tento prvek je adekvátní dvěma antiparalelně zapojeným tyristorům. Oproti tomuto zapojení má však výhodu v tom, že k jeho řízení je potřeba pouze jeden řídící obvod. Charakteristika tohoto prvku je znázorněna na obr. 3.9.8. Tato charakteristika je téměř symetrická, avšak je nutno si uvědomit, že spínací proud třetího kvadrantu je podstatně vyšší než spínací proud prvního kvadrantu. Toto je způsobeno vnitřní konstrukcí triaku. Průběhy A-V charakteristik všech diod a tranzistorů lze sledovat také pomocí univerzálního měřícího přístroje UNIMA- KS2 pro počítače IBM PC-XT/AT kompatibilní. Na obrazovce se nám přímo vykreslí průběh těchto charakteristik, který lze obvyklým postupem vytisknout na tiskárně – obr. 3.9.9 a obr. 3.9.10.

- 77 -


Obr. 3.9. 9 Příklad V-A charakteristiky sledované pomocí měřicího přístroje UNIMA – KS2 ( celkový pohled na obrazovku, který byl vytištěn)

- 78 -


Obr. 3.9. 9 Příklad V-A charakteristiky sledované pomocí měřicího přístroje UNIMA – KS2 (ukázka možností práce s programem)

3.10 STABILIZÁTORY 3.10.1 Úvod Stabilizátory jsou elektrické obvody, které dělíme na stabilizátory napětí a stabilizátory proudu. V dnešní době se v převážné většině používají stabilizátory zkonstruované na bázi integrovaných obvodů, které se blíží ideálním stabilizátorům. Výstupní vlastnosti stabilizátoru jsou popsány výstupní charakteristikou.

Obr. 3.10.1 Výstupní charakteristika ideálního zdroje: a) napětí , b) proudu Na obr. 3.10.1 jsou nakresleny výstupní charakteristiky ideálního zdroje napětí a ideálního zdroje proudu. U ideálního zdroje napětí můžeme říct, že napětí zdroje zůstává konstantní při změnách proudu a u ideálního zdroje proudu, zůstává konstantní proud při změnách napětí. U skutečného zdroje však musíme počítat se změnou svorkového napětí v závislosti na velikosti proudu způsobenou úbytkem napětí na vnitřním odporu zdroje. Stabilizátory udržují velikost napětí nebo proudu na žádané hodnotě jen v určitém rozsahu. I v tomto rozsahu se však napětí nebo proud velmi málo mění. Přesnost je dána typem a složitostí konstrukce

- 79 -


stabilizátoru. Pro činnost stabilizátoru je nutné, aby energie na vstupu byla větší než na výstupu. Vlastnosti stabilizátorů napětí popisují následující parametry: a) činitel stabilizace S = ∆U1 / ∆U2 při I2 = konst. b) diferenciální výstupní odpor rd = ∆U2 / ∆I2 při U1 = konst. Oba uvedené parametry jsou diferenciální, protože vyjadřují poměr změn veličin a správněji by měly být vyjádřeny ve formě diferenciální. Při jejich určování se vychází z následujících charakteristik: a) převodní charakteristika stabilizátoru U2 = f(U1) při I1 = konst. b) výstupní charakteristika stabilizátoru U2 = f(I2) při U1 = konst. Obdobně jako rd u stabilizátoru se často označuje diferenciální výstupní odpor reálného zdroje jako, jeho vnitřní odpor. Náhradní schéma reálného zdroje je na obr. 3.10.2 a velikost jeho Obr. 3.10.2 vnitřního odporu Ri se určí stejným Náhradní schéma způsobem jako rd u stabilizátoru. reálného zdroje Elektrický výkon, který se ve stabilizátoru napětí změní v teplo se nazývá ztrátový výkon. Jeho velikost lze vyjádřit vztahem : Pz = U1 ⋅

I1 – U2 ⋅ I2. Protože u většiny stabilizátorů je při jmenovitém zatížení I2 jen o málo menší než I1, lze psát PZ ≅ (U1 – U2) ⋅ I1 ≅ (U1 – U2) ⋅ I2 3.10.2 Cíl cvičení Cílem cvičení je: a) Seznámit se se základními vlastnostmi stabilizátorů napětí a proudu b) Zopakovat si vlastnosti základních elektronických prvků, zvláště Zenerovy diody a tranzistoru c) Zdokonalit se ve vyhodnocování základních parametrů a charakteristik elektronických prvků a obvodů, jako jsou: - výstupní a převodní charakteristika - diferenciální odpor - činitel stabilizace - pracovní oblast - ztrátový výkon 3.10.3 Úkoly cvičení 1. Nakreslete skutečné schéma zapojení jednotlivých stabilizátorů napětí. Integrované stabilizátory zobrazujte ve schématu zapojení pouze blokově. 2. Postupně prakticky realizujte jednotlivá schéma zapojení a dodržujte jejich maximální zatížení dle následující tabulky. Typ stabilizátoru: se Zenerovou diodou s tranzistorem integrované výkonové stabilizátory MA 7805, MA 7812, MA 7815, MA 7824 s integrovaným obvodem MAA 723

- 80 -

Maximální výstupní proud: I2 [A] 0,16 0,3 1 0,06


3. Změřte převodní charakteristiku a výstupní charakteristiku u jednotlivých stabilizátorů a také určete pracovní oblast stabilizace napětí. 4. Dále vypočtěte činitele stabilizace a diferenciální odpor v pracovní oblasti a ztrátový výkon u měřených stabilizátorů. 3.10.4 Rozbor cvičení 1. Stabilizátor se Zenerovou diodou Obvod pro měření zapojíme dle schématu zapojení – obr. 3.10.3, ve kterém doplníme parametry použitých prvků. Při měření používáme voltmetry s co největším vnitřním odporem, aby jimi procházející proud neovlivňoval měření. Výstupní napětí U20 se přibližně rovná Zenerovu napětí použité diody. Na obr. 3.10.4 je nakreslena V-A charakteristika Zenerovy diody. Zatěžovací přímka p protíná tuto charakteristiku v pracovním bodě P jehož souřadnice na ose x je napětí U20. Pracovní přímka p je dána rovnicí:

U 1 = − R1 ⋅ I ZD − U ZD

[V ]

Obr. 3.10.3 Schéma zapojení stabilizátoru se Zenerovou diodou

Obr. 3.10.4 Voltampérová charakteristika Zenerovy diody

Obr. 3.10.5 Výstupní charakteristika stabilizátoru se Zenerovou diodou

Výstupní charakteristika stabilizátoru se Zenerovou diodou je na obr. 3.10.5 . Pracovní oblast stabilizace napětí leží leží mezi body A a B. Diferenciální výstupní odpor stabilizátoru se vypočte podle vztahu rd = ∆ U2 / ∆ I2. Při zatěžování stabilizátoru se zvyšuje jeho ztrátový výkon. Ztrátový výkon je dán součtem ztrátového výkonu v rezistoru R1 a v Zenerově diodě ZD, proto nesmí být překročen jak u rezistoru ,tak i u Zenerovy diody. Zenerova dioda je na tom nejhůře při režimu naprázdno, kdy její ztrátový výkon je

PZ ( ZD ) = U 20 ⋅ I 10 - 81 -

[W ]


Naopak ztrátový výkon rezistoru R1 je největší při režimu nakrátko, kdy je

PZ ( R1 ) =

U 12 R1

[W ]

Podle těchto vztahů musí být voleny obě součástky tak, aby jejich dovolený ztrátový výkon byl větší než vypočtený. Při měření převodní charakteristiky stabilizátoru nastavíme velikost zátěžného proudu dle tabulky při vstupním napětí U1 = 20V. Měření budeme provádět při konstantním zatěžovacím odporu RZ. Obr. 3.10.6 Převodní charakteristika Převodní charakteristika je zobrazena na stabilizátoru se Zenerovou diodou obr. 3.10.6. Rozsah velikosti vstupního napětí U1, při kterém je ještě stabilizátor schopen při daném zatížení dodržet s danou přesností velikost výstupního napětí U2, nazýváme pracovní oblastí stabilizátoru. Na obr. 3.10.6 se nachází mezi body C a D. 2. Stabilizátor s tranzistorem U stabilizátoru napětí s tranzistorem je proud zátěží roven emitorovému proudu IE tranzistoru. Kolektorový proud IC je roven

IC = αB ⋅ I E ≅ I E

, protože proudový zesilovací činitel αB téměř dosahuje hodnoty 1. Proto změna proudu zátěží téměř neovlivní proud rezistorem R1 a tedy i Zenerovou diodou - obr. 3.10.7.

Obr. 3.10.7 Schéma zapojení stabilizátoru s tranzistorem

I 2m =

Tímto způsobem se zvětší rozsah výstupního proudu stabilizátoru s tranzistorem proti stabilizátoru se Zenerovou diodou. Při tomto zapojení nesmíme překročit dovolený ztrátový výkon použitého tranzistoru, stabilizátor není zkratuvzdorný. Při měření výstupní charakteristiky je výhodné postupovat od maximálního zatížení k minimálnímu. Největší dovolený výstupní proud vypočteme ze vztahu

PC PC = U CE U 1 − U 2

[A] ,

kde PC je dovolený ztrátový výkon použitého tranzistoru. Průběh výstupní charakteristiky je na obr. 3.10.8. 3. Integrované stabilizátory MA7805 ÷ MA7824 Jsou dokonalejší než předchozí typy. Při přetížení stabilizátoru začne klesat jeho výstupní napětí a současně je omezován výstupní proud. Když výstupní svorky stabilizátoru zkratujeme, stabilizátor dodává Obr. 3.10.8 Výstupní charakteristika stabilizátoru s tranzistorem zkratový proud IZK . Tyto stabilizátory mají velmi dobrý činitel stabilizace. Integrované stabilizátory napětí řady MA78.. s jmenovitým výstupním

- 82 -


proudem 1A se vyrábějí pro pevná napětí 5, 12, 15 a 24V. Poslední dvojčíslí v označení určuje velikost výstupního napětí, např. MA7805 má výstupní napětí 5V. V obvodu je integrována nejen nadproudová ochrana (proti zkratu), ale i tepelná pojistka proti přehřátí nadměrným ztrátovým výkonem. 4. Stabilizátor s integrovaným obvodem MAA723 Stabilizátor s integrovaným obvodem MAA723 – obr. 3.10.11 má deset vývodů, ke kterým se připojují další součástky, které mimo jiné umožňují nastavit velikost výstupního napětí (potenciometrem P) a velikost výstupního proudu, při kterém začne pracovat proudová ochrana (volbou rezistoru R0).

Obr.3.10.9 Schéma zapojení integrovaného stabilizátoru MA7812

Obr. 3.10.10 Výstupní charakteristika integrovaného stabilizátoru MA7812

Obr. 3.10.11 Schéma zapojení stabilizátoru s integrovaným obvodem MAA 723

- 83 -


3.11

LOGICKÉ ELEKTRONICKÉ OBVODY

3.11.1 Úvod Základem veškeré činnosti číslicových obvodů jsou logické obvody. Logické obvody se skládají ze základních členů, které realizují základní logické funkce (logický součet, logický součin a negaci). Technická praxe používá dva logické členy (operátory). Je to operátor NAND (negace logického součinu) a operátor NOR (negace logického součtu). Tyto operátory tvoří základní prvky integrovaných obvodů, které dělíme na: - kombinační obvody - sekvenční obvody. Dále existují speciální obvody, které nejsou čistě logické, ale se kterými logické obvody úzce spolupracují. 3.11.2 Cíl cvičení Cílem cvičení je seznámení se základními logickými obvody, případně s některými složitějšími. 3.11.3 Úkoly cvičení 1. Ověřte si funkci dvouvstupového logického členu NAND a sestavte pravdivostní tabulku. 2. Ověřte si funkci dvouvstupového logického členu NOR a sestavte pravdivostní tabulku. 3. Realizujte pomocí členů NAND a NOR základní funkci logické negace a ověřte si platnost pravdivostní tabulky. 4. Realizujte funkci logického součtu pomocí logických členů NAND a ověřte platnost pravdivostní tabulky. 5. Realizujte funkci logického součinu pomocí logických členů NOR a ověřte platnost pravdivostní tabulky. 6. Sestavte klopný obvod RS pomocí logických členů NOR nebo NAND a ověřte platnost pravdivostní tabulky. 7. Sestavte si astabilní klopný obvod (multivibrátor) dle obr. 3.11.4 a ověřte činnost tohoto obvodu. Stanovte vliv velikosti kapacit použitých kondenzátorů na kmitočet multivibrátoru. 8. Navrhněte a realizujte logickou funkci signalizace provozu ventilátorů v dálničním tunelu. Kontrolní světlo začne svítit, jestliže ze tří instalovaných ventilátorů běží méně než dva ventilátory. 3.11.4 Rozbor cvičení Pro realizaci úkolů cvičení jsou k dispozici tři přípravky s logickými obvody, indikátory logických stavů a zdířkami se signálem odpovídajícím logické úrovni 0 a 1. Vstupy a výstupy logických obvodů jsou opatřeny zdířkami umožňujícími jejich vzájemné propojování. Jeden přípravek je osazen logickými obvody typu NAND a dva přípravky obvody typu NOR. Přípravky vyžadují napájení z vnějšího zdroje stejnosměrného napětí 5V. Napájecí napětí se přivádí u přípravků na zdířky označené +5V a 0V. Po připojení napájecího napětí jsou všechny části přípravku funkční. U indikátorů logických stavů představuje rozsvícená dioda LED logickou jedničku, v opačném případě se jedná o logickou nulu nebo nezapojený stav. Jednotlivé obvody se realizují propojováním odpovídajících vstupů a výstupů propojovacími vodiči. Propojování se provádí bez napětí! Napájecí napětí se připojuje až po kontrole zapojení. Logický člen NOR provádí logický součet a negaci, logický člen NAND provádí logický součin a negaci. Pravdivostní tabulky logických členů NOR a NAND jsou v tab. 3.11.1. Tab. 3.11.1 Logický člen NOR a b 0 0 0 1 1 0 1 1

Logický člen NAND a b c 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0

c 1 0 0 0

- 84 -


Obr. 3.11.1 Schéma zapojení logického součinu pomocí členů NOR

Obr. 3.11.2 Schéma zapojení logického součtu pomocí členů NAND

Nejednodušším sekvenčním obvodem je klopný obvod RS, který realizuje funkci paměti. RS klopný obvod je elementární paměť nebo také jednotková paměť, jejímž úkolem je zaznamenat přítomnost přechodné informace a uchovat tento stav i tehdy, když vstupní informace pomine. Klopný RS obvod má dva vstupy – R, S a výstup Q. Vstup R (reset – nulování) slouží jako vstup signálu pro mazání informace, což vede na stav Q = 0. Když na vstup S (set – nastavení) přijde přechodná informace určená k zapamatování, výstup přejde do stavu Q = 1 a zůstane v něm dokud se nevynuluje. Klopný obvod RS má dva stabilní stavy: Q = 1 a Q = 0. Pokud se nepřivede na vstupy R, S žádný signál (R = S = 0), pak klopný obvod zůstává v přechodném stavu. Když se na nastavovací vstup S přivede signál (S = 1) a na nulovací vstup R ne (R = O), přejde klopný obvod do stavu 1 nezávisle na předcházejícím stavu a zůstává v něm i po skončení signálu na vstupu S. Když se přivede signál na nulovací vstup R (R = 1) a na nastavovací vstup ne (S = 0), pak klopný obvod přejde do stavu 0 nezávisle na předchozím stavu a zůstane v něm i po skončení signálu na vstupu R. Současné přivedení na vstupy R i S znamená, že se klopný obvod má nastavit současně do 1 i 0, to nemá smysl a je to zakázáno. Takto stanovené definiční podmínky vedou na pravdivostní tabulku 3.11.2. Tab. 3.11.2 S 0 1 0 1

R 0 0 1 1

Q Bez změny 1 0 Zakázaný stav

Klopný obvod je možné realizovat základními logickými členy NOR a NAND.

Obr. 3.11.3 Schéma zapojení klopných obvodů RS Astabilní klopný obvod nemá žádný stabilní stav. Zapojení obvodu s využitím logických členů NAND je na obr. 3.11.4. Základem obvodu jsou dva logické členy NAND, které jsou vzájemně

- 85 -


propojeny kladnou zpětnou vazbou přes časovací člen RC. Bude-li po zapnutí napájecího napětí na výstupu logického členu H2 logická jednička (odpovídá napětí cca 3,7 V), bude se nabíjet kondenzátor C1 na označenou polaritu. Nabíjecí proud vytvoří na odporu R1 napětí, které bude s tímto proudem exponenciálně klesat. Pokud je toto napětí vyšší než 1,1 V, bude na výstupu členu H1 logická nula. Po dosažení uvedené hranice se stav na výstupu překlopí do logické jedničky a popsaný děj se opakuje s nabíjením kondenzátoru C2. Doba nabíjení kondenzátoru je závislá na časové konstantě časovacího členu (T1 = R1⋅C1 a T2 = R2⋅C2). Na výstupech Q1 a Q2 bude tedy docházet k periodickému překlápění logických hodnot dle časového diagramu na obr. 3.11.5. Kmitočet získaného signálu je dán vztahem:

f =

1 T1 + T2

[Hz ].

Platí-li R1 = R2 = R a C1 = C2 = C (symetrické osazení), pak je kmitočet multivibrátoru

f =

1 2T

[Hz ] .

Řešení úkolu č. 8 Pro danou logickou funkci zvolíme jednotlivé proměnné a definujeme jejich logické stavy: a=0

ventilátor č. 1 stojí

a=1

ventilátor č. 1 běží

b=0


b=1


c=0


c=1


d=0

signalizace nesvítí

d=1

signalizace svítí

Pro logickou funkci d platí:

d = a ⋅b ⋅c + a ⋅b⋅c + a ⋅b ⋅c + a ⋅b ⋅c

Obr. 3.11.4 Zapojení astabilního klopného obvodu

- 86 -


Obr. 3.11.5 Časový diagram logických stavů na výstupech multivibrátoru Q1 a Q2 Tuto logickou funkci máme realizovanou pomocí logických členů na obr. 3.11.6 – str. 88. Protože schéma logické funkce je příliš složité, logickou funkci upravíme. K úpravě použijeme Booleovu algebru a de Morganovy teorémy. Přidáme dvakrát log. výraz a ⋅ b ⋅ c a vždy dva přísluné členy sloučíme- obr. 3.11.7 na str. 88 a obr. 3.11.8 na str. 89.

3.12 USMĚRŇOVAČE 3.12.1 Úvod Usměrňovače patří do kategorie měničů elektrické energie, tj.zařízení která přeměňují elektrickou energii s určitými parametry na elektrickou energii s jinými parametry. V tomto případě se jedná o přeměnu střídavého proudu na proud stejnosměrný. V elektrotechnické praxi se používá celá řada usměrňovačů. Základní principy činnosti těchto obvodů lze snadno studovat u těch nejjednodušších zapojení jako je jednopulzní a dvoupulzní usměrňovač. Z mnoha usměrňujících prvků se budeme zabývat pouze polovodičovými křemíkovými prvky. Podle jejich funkce je rozdělujeme na neřízené, kde je jako aktivních prvků použito diod a na řízené, kde se jsou použity tyristory. 3.12.2 Cíl cvičení Úkolem cvičení je seznámit se základními zapojeními usměrňovačů sestavených z křemíkových diod nebo tyristorů. Jedná se o jednopulzní a dvoupulzní usměrňovač pro jednofázový proud a trojfázové zapojení uzlové a můstkové. Zátěž bude ve všech případech buď čistě ohmická, nebo induktivní v sérii s ohmickou zátěží. Ve všech těchto případech se jedná o získání znalostí o jejich funkcích, průbězích napětí a proudu na zátěži a jednotlivých prvcích obvodu a získání představy o použití jednotlivých zapojení v praxi. 3.12.3 Úkoly cvičení 1. Dle pokynů učitele sestavte jednotlivé usměrňovače 2. Zapište si všechny použité prvky a nakreslete schéma měřených usměrňovačů 3. Pro každé zapojení proveďte osciloskopické pozorování následujících veličin : - napájecí napětí - napětí na diodě nebo tyristoru - napětí na zátěži - proudu v obvodu Tato pozorování proveďte pro : a ) čistě ohmickou zátěž b ) ohmickou a induktivní zátěž

- 87 -


Obr. 3.11.6 Logická funkce nezjednodušená

Obr.3.11.7 Zapojení zjednodušené logické funkce

- 88 -


d = a ⋅b + a ⋅c + b ⋅c d = a+b+a+c+b+c d = (a + b) ⋅ (a + c) ⋅ (b + c)

Obr. 3.11.8 Zapojení zjednodušené logické funkce při použití logického součinu pomocí logických členů NOR c ) ohmickou a induktivní zátěž s nulovou diodou. Uvedená měření proveďte pro : 1. Jednofázový jednopulzní usměrňovač 2. Jednofázový dvoupulzní usměrňovač v uzlovém zapojení 3. Jednofázový dvoupulzní usměrňovač v můstkovém zapojení 4. Trojfázový usměrňovač v uzlovém zapojení 5. Trojfázový usměrňovač v můstkovém zapojení 6. Řízený usměrňovač s odporovou regulací úhlu otevření 7. Řízený usměrňovač s elektronickým řízením úhlu otevření Pro všechny typy usměrňovačů se připojuje přepínatelná zátěž s možnostmi : čistě ohmická , ohmická a induktivní, při čemž je možné paralelně k zátěži připnout i nulovou diodu. Přepínatelná zátěž je zobrazena na obr. 3.12.1. Obr. 3.12.1 Přepínatelná zátěž pro usměrňovače

Zjištěné průběhy proudů a napětí k jednotlivým zapojením zaznamenejte.

Neřízené usměrňovače 3.12.4.1 Rozbor cvičení Schémata jednotlivých obvodů jsou uvedena na obr. 3.12.2 a 3.12.3. Všechna potřebná zapojení napájecího transformátoru lze získat ze svorkovnice trojfázového transformátoru po vhodném propojení výstupních svorek. Do obvodu, kterým protéká výstupní proud usměrňovače i do jednotlivých větví je zařazen rezistor pracující jako převodník proud - napětí pro možnost zobrazení proudu. Před sejmutím průběhu z obrazovky je nutné vhodně upravit polohu stopy na

- 89 -


obrazovce a zajistit stabilitu obrazu vhodnou synchronizací. Pro každé zapojení i druh zátěže se musí sejmout všechny průběhy při stejné citlivosti zesilovače, stejné rychlosti časové základny a nulové polohy stopy na stínítku. Pozorování obrazu je nutno provádět pod stejným zorným úhlem. Jednofázový jednopulzní usměrňovač Jednofázový jednopulzní usměrňovač je na obr. 3.12.2. Je to nejjednodušší zapojení usměrňovače, u kterého je usměrňující prvek zapojen v sérii se zátěží. Průběh usměrněného proudu je ovlivněn především napětím zdroje, velikostí a charakterem zátěže. Pro vysvětlení bude uvažován pouze sinusový průběh napájecího napětí a to : a) čistě ohmická zátěž b) ohmická a induktivní zátěž c) ohmická a induktivní zátěž s nulovou diodou. a) Při práci jednopulzního usměrňovače do čistě ohmické ( činné ) zátěže, což může být například žárovka,topná spirála a pod., probíhají jednotlivé průběhy proudu a napětí podle průběhů na obr. a). Jak je patrné, protéká proud obvodem pouze v příslušné kladné půlperiodě napájecího napětí. V této době lze na diodě naměřit pouze úbytek napětí v souladu s její V-A charakteristikou. V době záporné půlperiody napájecího napětí je proud obvodem prakticky nulový. Tato půlperioda však namáhá diodu v závěrném směru. Na konci každého proudového pulzu vzniká malá špička závěrného proudu, která je důsledkem komutace diody, tj.procesu, při kterém dioda přechází z vodivého stavu do stavu blokovacího.Při činné zátěži jsou však tyto špičky velice malé a nemají praktický význam. Protože během jedné periody propustí dioda pouze jeden proudový impulz, hovoříme o jednopulzním zapojení usměrňovače. b) Obsahuje - li zátěž kromě ohmické složky ještě složku induktivní, dochází ke zdeformování proudového impulzu tak, že narůstá i klesá pomaleji a trvá déle, takže úhel otevření diody je větší než polovina periody tedy více než 180o.Velikost úhlu otevření závisí na vzájemném poměru ohmické a induktivní zátěže, tak jak je zobrazeno na obr. b). Z obrazu je patrné,že indukčnost snižuje zvlnění usměrněného proudu. Přirozeně se zvětšením indukčnosti dochází ke zmenšování střední hodnoty proudu. Velké indukčnosti způsobují v obvodech v důsledku komutačního procesu značná komutační přepětí, která by mohla diodu velikostí závěrného napětí zničit. Z tohoto důvodu je nutné provést úpravy, aby se zničení zabránilo. c) V tomto případě se jedná o zajištění pracovní diody proti zničení vzniklým závěrným přepětím. Nevýhody se odstraňují zapojením tzv.nulové diody, jak je patrné z obr. c) . V době otevření diody D tj. od O0 - 18O0 se v indukčnosti L akumuluje energie. V době 0 0 180 - 360 se vlivem obrácené polarity dioda D uzavírá. V tomto intervalu vydává indukčnost L akumulovanou energii přes otevřenou D0 a je tedy zdrojem. Z toho je patrné, že proud během záporné půlperiody neklesne na nulu . Proud zátěží přestává být vlivem nulové diody přerušovaný. Nulová dioda má na proud zátěže vyhlazovací účinek a střední hodnoty napětí a proudu zátěže jsou stejné, jako by zátěž byla čistě činná. Tento závěr je zcela obecný a platí pro libovolné zapojení usměrňovače. Jednofázový dvoupulzní usměrňovač v uzlovém zapojení Zapojení jednofázového dvoupulzního usměrňovače v uzlovém zapojení je zobrazeno na obr. 3.12..3a. Toto zapojení usměrňovače využívá na rozdíl od jednopulzního usměrňovače obě půlvlny střídavého napájecího napětí. Vyžaduje to ovšem použití zdroje, který je schopen dodávat dvě napětí co do velikosti stejná, ale v protifázi tj. posunuta o 18O0. V praxi získáváme taková napětí z jednofázového transformátoru se symetricky děleným sekundárním vinutím. Při rozboru činnosti při jednotlivých druzích zátěže se postupuje obdobně jako u jednofázového usměrňovače. Celkový proud zátěže je tvořen dvěma pulzy. Jednotlivými diodami teče pouze jedna z těchto period. Diody jsou zatíženy stejně jako u jednopulzního usměrňovače. Rozdíl nastává pouze v napěťovém namáhání diod.V době, kdy dioda nevede, je namáhána v závěrném směru dvojnásobným napětím. Indukčnost zátěže prodlužuje v tomto případě proudové zatížení diod pouze nepatrně. V oblasti komutace diod nastává částečné překrytí obou proudových pulzů. Střední proud zátěží je u dvoupulzního zapojení dvojnásobný než u

- 90 -


jednopulzního. Stejně je tomu se střední hodnotou napětí. To znamená, že tento usměrňovač dodává dvojnásobný výkon. Jednofázový dvoupulzní usměrňovač v můstkovém zapojení Tento usměrňovač je zobrazen na obr. 3.12.3b. Jednofázové můstkové zapojení dodává stejný průběh proudu jako zapojení uzlové. Nepotřebuje však dvojí vinutí napájecího transformátoru, avšak počet diod je oproti uzlovému zapojení dvojnásobný. Přitom ovšem při stejné velikosti výstupního napětí mohou být diody dimenzovány na poloviční napětí. Trojfázové zapojení uzlové Toto zapojení se nazývá také trojfázová hvězda. Potřebujeme k němu trojfázový napájecí transformátor. Zapojení usměrňovače je na obr. 3.12.3c. Ze tří zapojených diod vede proud vždy právě ta, jejíž anoda má proti uzlu právě nejvyšší napětí. Katody diod jsou spojené do uzlu a mají tedy stálý potenciál obálky napěťových sinusovek všech tří fází. Z průběhu jednotlivých veličin pro činnou zátěž je patrné, že proudově je každá dioda namáhána jednu třetinu periody, zatím co v závěrném směru je napěťově namáhána po dvě třetiny periody. Při použití zátěže s velkou indukčností dojde k vyhlazení proudových impulzů a dále ke změně komutace diod. Indukčnost u obvodu prodlužuje vedení proudu diodou, která byla právě ve vodivém stavu. Tím dojde k vzájemnému překrytí proudových impulzů se sousední fází. Tomuto překrytí přísluší ovšem jistý úhel, který se nazývá úhel překrytí diody. V průběhu komutace diody dochází k tomu, že po určitý okamžik vedou obě diody současně, takže se přes ně uzavírá zkratový proud. Tento proces se dá přirovnat ke komutaci u stejnosměrných zdrojů. Komutace diod má za následek zmenšení napětí na zátěži o tzv. komutační úbytek. Trojfázové zapojení můstkové Zapojení tohoto usměrňovače je na obr. 3.12.3d. V tomto zapojení, pokud je v jistém okamžiku napětí fáze L 1 transformátoru nejvyšší, začíná vést proud dioda D1. Proud bude protékat diodou D1 , procházet zátěží a do transformátoru se bude vracet přes diodu D5 nebo D6 podle toho, která z fází L 2 nebo L3 má v tomto okamžiku zápornější napětí. Tento děj přechází periodicky na ostatní fáze a s opakující se periodou se neustále opakuje. Každá z diod vede tedy proud 1200. Hlavními přednostmi tohoto zapojení je : malé zvlnění výstupního stejnosměrného napětí, nejlepší využití transformátoru a výhodné napěťové i výkonové poměry a s tím spojená dobrá účinnost.

Řízené usměrňovače 3.12.4.2 Rozbor cvičení Při měření V-A charakteristik polovodičových prvků se vlastnosti tyristoru ukázaly vhodné pro řízení elektrického proudu. Tyristor může mít v přímém směru dva stavy v závislosti na proudu řídící elektrody a to buď blokovací nebo propustný. Zavedením řídícího proudu vhodné velikosti můžeme v určitém okamžiku uvést tyristor do vodivého stavu v době, kdy je správně polarizován. V obvodech střídavého proudu je to v době trvání kladné půlperiody. Po jejím uplynutí poklesne propustný proud pod hodnotu vratného proudu a tyristor obnoví znovu svou blokovací schopnost. Je tedy nutné každou kladnou půlperiodu jej znovu uvést řídícím proudem do vodivého stavu. Toto se dá provést nejen na začátku kladné půlperiody, ale téměř v celém jejím intervalu. Podle úhlu o který se opozdí otevření tyristoru oproti začátku kladné půlperiody, mění se úhel otevření tyristoru a tím se mění i střední hodnota proudu procházejícího tyristorem a tedy i výkon dodávaný do zátěže. Tyristor lze v obvodech střídavého proudu použít buď jako spínač nebo jako regulační prvek. V obvodech stejnosměrného proudu se používá tyristor jako bezkontaktní spínač, který je ovšem nutné vybavit zvláštním komutačním obvodem pro jeho zavírání. Jednofázový jednopulzní řízený usměrňovač s odporovou regulací úhlu otevření Princip jednopulzního řízeného usměrňovače je uveden na obr. 3.12.4.

- 91 -


Obr. 3.12.2 Zapojení a průběhy obvodových veličin u jednofázového jednopulzního usměrňovače: a) s ohmickou zátěží, b) s ohmickou a induktivní zátěží, c) s ohmickou a induktivní zátěží a nulovou diodou

- 92 -


Obr. 3.12.3 Zapojení a průběhy veličin: a) jednofázový dvoupulzní usměrňovač v uzlovém zapojení, b) jednofázový dvoupulzní usměrňovač v můstkovém zapojení, c) trojfázové zapojení uzlové, d) trojfázové zapojení můstkové

Obr. 3.12.4 Jednofázový jednopulzní řízený usměrňovač s odporovou regulací úhlu otevření

- 93 -


Tyristor se otevře v případě, že je na jeho anodě kladné napětí a do řídící elektrody teče dostatečně velký zapínací proud. K uzavření tyristoru dojde vždy, jakmile dojde ke změně polarit mezi anodou a katodou. To znamená, že tyristorem protéká proud jen v kladné půlperiodě, a to od okamžiku jeho otevření zapínacím proudem do konce půlperiody.Uvedené zapojení představuje nejjednodušší obvod pro řízení usměrňovače. Pro řízení se využívá proudu získaného usměrněním napájecího napětí diodou D. Velikost řídícího proudu se stanoví hodnotou potenciometru R, tedy úhlem natočení osy.Tyristor T je uzavřen až do okamžiku, kdy řídící proud dosáhne hodnoty zapínacího proudu. Úhel otevření je tedy závislý na velikosti amplitudy řídícího proudu. Na obr. 3.12.4 jsou naznačeny stavy pro dvě hodnoty řídícího proudu. Zařazením rezistoru vhodné velikosti a spínače do řídícího obvodu získáme bezkontaktní spínač stejnosměrného proudu. Jedinou výhodou tohoto obvodu je jeho jednoduchost. Nevýhodou je poměrně malá přesnost a zatížení řídící elektrody proudem po celou půlperiodu. Jednofázový jednopulzní usměrňovač s elektronickou regulací úhlu otevření

Obr. 3.12.5 Jednofázový jednopulzní řízený usměrňovač s elektronickou regulací úhlu otevření Nevýhody předešlého zapojení odstraňuje obvod, u kterého je řízení tyristoru prováděno pomocí řídících impulzů, které přivádíme do obvodu řídící elektrody s přesně nastaveným úhlem otevření. Omezí se tím nežádoucí ztráty v řídícím obvodu, zpřesní se okamžik otevření tyristoru a hlavně rozsah řízení se zvětší na interval od 00 do 1800. Zapínací impulzy musí mít vhodný tvar, to znamená dostatečnou amplitudu a šířku. Jedná se vždy o posloupnost impulzů časově nebo úhlově přesně vázaných s průběhem napájecího napětí a definovatelně vůči němu posunovatelných. Pro realizaci tohoto způsobu řízení je tedy nutné zařízení - zdroj zapínacích impulzů. K tomuto účelu byl vyroben specializovaný integrovaný obvod MAA 436. Jednofázový usměrňovač s elektronickou regulací úhlu otevření pomocí MAA 436 je zobrazen na obr. 3.12.5. Řízení tyristoru se provádí pomocí impulzů vyrobených v tomto obvodu v nastavitelném úhlu otevření vztaženého k průchodu napájecího napětí nulou. U tohoto zapojení se změna úhlu otevření řídí změnou napětí na příslušných svorkách obvodu pomocí potenciometru .

- 94 -


3.13 OVLÁDÁNÍ CHODU ELEKTRICKÝCH MOTORŮ 3.13.1 Úvod Ovládání je jeden ze způsobů řízení elektrických pohonů. Jedná se o nejjednodušší případ řízení, kterému odpovídají i použité prostředky. Ještě stále se v součastné době k realizaci ovládání na uvedené úrovni používají stykače. Jejich výhoda spočívá v jednoduchém ovládání a nemožnosti samovolného sepnutí po náhodném výpadku sítě, což je nezanedbatelná skutečnost z hlediska bezpečnosti obsluhy. Stykače jsou mechanické výkonové spínače, konstruované na velkou hustotu spínání, u kterých jsou kontakty drženy v zapnuté poloze cizí silou. Jakmile tato síla přestane působit vrací se stykač do původní vypnuté polohy. Stykač je určen pro časté zapínání a vypínání elektrických obvodů všude tam, kde se požaduje dálkové ovládání. Stykače rozdělujeme podle různých hledisek, avšak v technické praxi se setkáváme nejčastěji se vzduchovými elektromechanickými stykači a to obvykle v provedení se třemi hlavními kontakty a dvěma páry pomocných kontaktů, z nichž jedny jsou spínací a druhý pár jsou vypínací. Ovládání se provádí obvykle pomocí tlačítkových ovladačů, případně kontakty termostatu, tlakového nebo plovákového spínače nebo jistícího tepelného relé. Pomocných kontaktů se používá k přidržení stykače v zapnuté poloze, signalizaci chodu nebo klidového stavu, blokování jiných obvodů a podobně. Při volbě stykače se vychází z hodnot jmenovitého napětí, proudu a ovládacího napětí elektromagnetu. Nejpoužívanější stykače pro proudy do 200 A pracují ve svislé poloze, a jsou v můstkovém provedení s přímočarým pohybem. Princip vzduchového stykače v můstkovém provedení je znázorněn na obr. 3.13.1. Proud se přivádí k pevnému kontaktu 3 a odvádí z pevného kontaktu 6, takže není třeba ohebných přívodů. Pohyblivé kontakty 4 a 7 jsou spolu spojeny a tvoří „můstek“ spojený s táhlem izolační částí . Můstky jednotlivých pólů jsou spolu spojeny izolační příčkou, která je táhlem 2 spojena s kotvou elektromagnetu 1 a pohybuje se nahoru a dolů. Přerušení je tedy dvojnásobné. Kontakty jsou zhotoveny ze slitin stříbra a kadmia nebo stříbra a mědi. Ovládací obvod se nejčastěji spíná tlačítkovými ovladači (tlačítky). Tlačítkové řízení je snadné a rychlé ovládání z nejvýhodnějších míst stroje nebo zařízení. Zapínací tlačítkový ovladač je barvy zelené a vypínací ovládací Obr. 3.13.1 Princip vzduchového tlačítko barvy červené. stykače Každé elektrické zařízení a tedy i motor musí být chráněn před přetížení i případným zkratem. Jištění lze provést buď tavnými pojistkami nebo jističi, které musí být pro ochranu asynchronních motorů v takovém provedení, aby vydržely záběrový proud. Jištění musí být selektivní, to znamená musí mít sestupnou tendenci směrem ke spotřebiči, aby se při přetížení odepnul pouze vadný úsek. Používá se pojistek nebo jističů v tzv. provedení zpožděném (motorovém ), které několikanásobné Obr. 3.13.2 Uspořádání stykače přetížení při zapnutí motoru vydrží, pokud by však trvalo delší dobu došlo by k přerušení obvodu. Tavné pojistky mají výhodu ve vypínání velkých zkratových proudů. Jističe mají dvojí vypínací systém. Zkratové proudy jsou vypínány pomocí elektromagnetu,

- 95 -


zatím co nadproudy vypínají pomocí dvojkovového mechanizmu vyhřívaného protékajícím proudem fáze. Jejich výhodou je opakované použití. Avšak ani jeden z těchto jistících prvků nemá možnost přesného nastavení pracovních proudů, neboť jsou vyráběny ve standardních hodnotách. Pro jemné nastavení jištění na jmenovitý proud se používá jistící tepelné relé, které se zapojuje do všech tří fází. Toto relé nemá vlastní výkonné kontakty, nýbrž má jen pomocné kontakty a to obvykle jeden rozpínací pro rozpojení obvodu napájení hlavního stykače v případě přetížení a jeden spínací pro signalizaci poruchy. Tepelné relé pracuje na principu dvojkovového mechanizmu ovládaného pomocí topné spirály, kterou protéká fázový proud motoru. Jmenovitá proudová hodnota těchto relé je volitelná v odstupňovaných proudových hodnotách a navíc nastavitelná v širokém proudovém rozmezí. Po přetížení tepelného relé je nutno nejdříve počkat do vychladnutí a potom mechanizmus znovu natáhnout. Dále je nutno dbát na to, aby každý připojený motor k elektrické síti byl chráněn proti možnému dotykovému napětí a to v dané oblasti obvyklým způsobem. Na obr. 3.13.2 je znázorněno uspořádání silových i pomocných kontaktů a vývodů cívky elektromagnetu. Schématické značky použité v následujících schématech jsou uvedeny na obr. 3.13.3. Všechny značky jsou kresleny bez napětí, tedy v klidu. Na obr. 3.13.4 je uvedeno naukové schéma zapojení stykače KM do elektrického obvodu. Stykač je ovládán dvojicí tlačítek ( start a stop ). Proud do cívky elektromagnetu 1 stykače KM se zapíná tlačítkem SB2, které se po uvolnění tlaku vrátí působením pružiny zpět do vypnuté polohy. Aby nedošlo k odpadnutí stykače po Obr. 3.13.3 Schématické značky pro kreslení elektrotechnických schémat: 1. Ovládací cívka stykače, 2. Spojovací kontakt, 3. Rozpojovací kontakt, 4. Kontakt, 5. Pomocný rozpojovací kontakt, 6. Nadproudová ochrana, 7. Rozpojovací kontakt tepelné ochrany, 8. Cívka elektromagnetického přístroje se zpožděním, 9. Rozpojovací kontakt zpožděný při rozpínání, 10. Kontakt jističe, 11. Světelná návěst, 12. Motor (obecně), 13. Střídavý motor, 14. Střídavá trojfázová soustava se středním vodičem. uvolnění spínacího tlačítka, připojí se ke spínacím kontaktům tlačítka při sepnutí stykače paralelně pomocné spínací kontakty stykače KM1 a tím se stykač drží v zapnuté poloze sám. Hlavní kontakty drží sepnuté dokud nedojde k přerušení obvodu elektromagnetu pomocí vypínacího tlačítka SB1 nebo vypínacím kontaktem tepelného relé FA. V praxi se nekreslí naukové schéma, ale tak zvané schéma obvodové. To se skládá ze dvou schémat a to: 1. Schéma hlavního ( silového ) obvodu. 2. Schéma pomocného ( ovládacího ) obvodu. Příklad nejjednoduššího ovládání asynchronního motoru s kotvou nakrátko je na obr. 3.13.5. V části a) je znázorněno hlavní ( silové) zapojení a v části b) je zapojení pomocného (ovládacího ) obvodu. Pokud je ve schématu více přístrojů téhož druhu, rozlišujeme je pořadovými čísly psanými za označením přístroje. Podobně se označují i kontakty.

- 96 -


V technické dokumentaci se ještě můžete setkat se schématem zapojovacím, někdy také nazývaným montážním. To slouží k praktické realizaci daného výrobku. 3.13.2 Cíl cvičení Cílem cvičení je seznámit se s některými schématy pro řízení chodu asynchronních motorů, prakticky zapojit jednotlivá zapojení a ověřit si jejich činnost. 3.13.3 Úkoly cvičení Podle zadaného schématu vysvětlete nejprve teoreticky činnost obvodu, prakticky realizujte a po kontrole zapojení učitelem ověřte jeho činnost: 1. 2. 3. 4. 5.

obvod potom

Spouštění asynchronního motoru s kotvou nakrátko , po vypnutí doběh volný Spouštění asynchronního motoru s kotvou nakrátko pro oba směry otáčení Spouštění asynchronního motoru s kotvou nakrátko , po vypnutí doběh brzděn protiproudem Spouštění asynchronního motoru v zapojení hvězda – trojúhelník, doběh volný Spouštění motoru s možností změny otáčivé rychlosti pomocí přepínáním počtu pólů.

3.13.4 Rozbor cvičení 1. Spouštění asynchronního motoru s kotvou nakrátko, po vypnutí doběh volný Schéma zapojení je na obr. 3.13.5. Ke spuštění motoru slouží zapínací tlačítko SB2. Jeho stisknutím se na cívce stykače KM1 objeví napětí a dojde k sepnutí Obr. 3.13.4 Naukové stykače. Tím se schéma stykače sepnou jednak hlavní kontakty v silovém obvodu ( motor se rozeběhne) a také pomocné kontakty KM1.1 a KM1.3 a rozepne kontakt KM 1.2. Kontakt KM 1.1 překlene zapínací tlačítko SB 2, čímž docílíme trvalého sepnutí stykače. Kontakt KM1.2 se rozpojí a kontrolka klidu H2 zhasne, kontakt KM1.3 se sepne a kontrolka H11 se rozsvítí. Vypnutí motoru dosáhneme stisknutím tlačítka SB 1, neboť dojde k přerušení obvodu cívky elektromagnetu a všechny kontakty se vrátí do původní polohy. K vypnutí motoru může dojít i jiným způsobem a to pomocí tepelné spouště F 1 nebo jističe při překročení definovaných parametrů v obvodu. 2. Spouštění asynchronního motoru s kotvou nakrátko pro oba směry otáčení Schéma zapojení je uvedeno na obr. 3.13.6. Pro spouštění motoru v obou směrech otáčení je zapotřebí dvou stykačů KM 1 a KM 2. K ovládání jsou použita dvě spouštěcí a jedno vypínací tlačítko. Po sepnutí tlačítka SB1 sepne stykač KM1 a motor se roztočí jedním směrem. Pomocné kontakty KM1.1 přidrží stykač v činnosti a kontakty KM1.2 se rozepnou a znemožní sepnutí stykače KM2. Zastavení motoru dosáhneme stisknutím tlačítka SB3.Sepnutí motoru v opačném směru docílíme stisknutím tlačítka SB2, které uvede v činnost stykač KM2, u kterého jsou přehozeny dvě přívodní fáze. Stykač KM2 se přidrží v činnosti pomocí kontaktů KM2.1 a kontakty KM2.2 znemožní sepnutí stykače KM1. Motor se zastaví uvedeným způsobem, nebo rozepnutím kontaktu tepelného relé.

- 97 -


Obr. 3.13.5 Spouštění asynchronního motoru s kotvou nakrátko, po vypnutí doběh volný

3. Spouštění asynchronního motoru s kotvou nakrátko , po vypnutí doběh brzděn protiproudem Schéma zapojení je uvedeno na obr. 3.13.7. Silové schéma tohoto obvodu je stejné jako na obr. 3.13.6. Také zde je potřeba dvou stykačů. První stykač KM1 spíná obvod pracovního směru. Druhý stykač KM 2, u kterého jsou přepojeny dva fázové přívody a spíná motor v obráceném směru točení, je využit pro intenzivní brzdění při vypnutí stykače KM1. Po odepnutí stykače KM1 se sepne obvod stykače KM2 a točivé magnetické pole uvnitř motoru se začne točit opačným směrem. Kdybychom nechali motor po této změně bez zásahu, roztočil by se rotor po dosažení nulové rychlosti opačným směrem. Tomu zabrání rychlostní relé (zařízení zvané Alnico), které je připojeno k hřídeli motoru a je předřazeno před napájení cívky stykače KM2. Alnico spíná při malé rychlosti otáčení. Pracuje na podobném principu jako asynchronní motor.

Obr. 3.13.6 Spouštění asynchronního motoru nakrátko pro oba směry otáčení

- 98 -


Obr. 3.13.7 Spouštění asynchronního motoru s kotvou nakrátko, po vypnutí doběh brzděn protiproudem Stator je uložen výkyvně a je spojen s vačkou, která ovládá kontakty. Jakmile se rotor rychlostního relé roztočí alespoň na otáčivou rychlost 3 s-1, točivé pole vytvořené permanentním magnetem rotoru indukuje ve statoru proud, který způsobí natočení statoru ve směru otáčení motoru. Tímto pohybem se spojí potřebné kontakty. Při poklesu rychlosti otáčení pod 1,7 s-1 se kontakty působením pružin opět rozpojí. Celý pracovní cyklus probíhá takto : Při stisknutí tlačítka SB2 sepne stykač KM1, stykač se přidrží pomocí kontaktů KM1.1 a motor se roztočí žádaným směrem. Tento stav je signalizován světelnou návěstí H1. Na Alnicu se po roztočení motoru přepne potřebný kontakt, což je signalizováno signálkou H3. Stykač KM2 zůstává v klidu, neboť je blokován rozpínacím kontaktem KM1.2. Při stisknutí vypínacího tlačítka SB1 se odpojí stykač KM1 a kontakty KM1.2 se spojí a přivedou napětí na cívku stykače KM2 přes sepnuté kontakty rychlostního relé. V silovém obvodu se v tomto případě přivádí napětí k motoru s opačným sledem fází, čímž se motor intenzivně brzdí. Tento stav je signalizován signálkou H2. Při dosažení definované odepínací rychlosti otáčení se kontakty Alnica odpojí, tím dojde k odpojení stykače KM2 a motor se zastaví. Celý proces se může stále opakovat. 4. Spouštění asynchronního motoru v zapojení hvězda - trojúhelník, dobu zapojení ve hvězdě určuje časové relé, doběh motoru po vypnutí volný Schéma zapojení je na obr. 3.13.8. Toto zapojení vyžaduje tři stykače. Stykač KM1 přivádí napětí sítě na svorkovnici motoru, stykač KM2 spíná motor do hvězdy a stykač KM3 spíná motor do trojúhelníku. Takto se dají spínat na obvyklou napájecí síť pouze motory, které mají na výrobním štítku uvedeno napětí do trojúhelníku 380 V případně u novějších 400 V. Toto spínání se provádí z důvodu snížení proudového nárazu při připojení motoru k síti. Spouštění motoru se provádí stisknutím tlačítka SB 2 , které přivede napětí na cívku stykače KM2. Po jeho sepnutí se motor spojí do hvězdy, kontakty KM2.2 propojí napětí na časové relé KT1 a cívku stykače KM1. Stykač KM1 sepne a přidrží se přes kontakty KM1.1. V tomto okamžiku se motor připne k síti v zapojení do hvězdy. Stykač KM3 se nemůže sepnout, protože je blokován rozepnutým kontaktem KM2.1. Součastně začne pracovat časové relé KT1 a po uplynutí nastaveného času rozepne kontakt KT1.1. Tím se odpojí stykač KM2, rozpojí se spojení do hvězdy a svými kontakty KM2.1 připojí stykač KM3. Stykač KM3 sepne a motor se přepojí do trojúhelníku. Zastavení motoru nastane stisknutím tlačítka SB1, které odpojí celý obvod od napájení.

- 99 -


Obr. 3.13.8 Spouštění asynchronního motoru v zapojení hvězda – trojúhelník, doběh volný

- 100 -


5. Spouštění asynchronního motoru s možností změny otáčivé rychlosti pomocí přepínání počtu pólů Schéma zapojení je na obr. 3.13.9. Spouštění asynchronního motoru s kotvou nakrátko s možností změny otáčivé rychlosti pomocí přepínání počtu pólů typu Dahlander se používá pro svojí jednoduchost a snadnost u mnoha jednoduchých strojů jako jsou sloupové vrtačky, brusky, okružní pily a podobně. Tímto způsobem lze přepínat rychlost otáčení pouze po skocích. Nejobvyklejší je přepínání motorů z dvoupólového na čtyřpólový, čímž se dosáhne možnosti měnit rychlost v poměru 1 : 2 , avšak vhodnými vinutími lze dosáhnout i více kombinací. Použitý motor musí mít specielní konstrukci. Pro spínání jsou potřebné tři stykače a tři ovládací tlačítka. Spouštění do čtyřpólového chodu se provede stisknutím tlačítka SB2, které přivede napětí na cívku stykače KM1. Kontakt KM1.1, připojený paralelně ke spínacímu tlačítku přidrží stykač v činnosti a rozsvítí se kontrolka H1. Kontakt KM1.2 se rozpojí a zabrání sepnutí stykače KM2. Kontakt KM1.4 se rozpojí a kontrolka klidu zhasne. Vypnutí se provede stisknutím rozpínacího tlačítka SB1, které celý ovládací obvod odpojí od napětí. Spouštění do dvoupólového chodu se provede stisknutím tlačítka SB3, které přivede napětí na cívku stykače KM2, který sepne a svými hlavními kontakty spojí tři póly svorkovnice motoru do uzlu. Obr. 3.13.9 Spouštění asynchronního motoru Pomocnými kontakty KM2.1 s možností změny otáčivé rychlosti pomocí přepínání připojenými paralelně ke počtu pólů kontaktům tlačítka SB3 se stykač udrží v činnosti. Kontakty KM2.2 blokují stykač KM1, kontakty KM2.3 připojí stykač KM3 na ovládací napětí a tím se motor připojí k síti. Kontrolka H2 se rožne a kontrolka H3 zhasne. Vypnutí motoru se dosáhne tlačítkem SB1 nebo při přetížení kontaktem tepelného relé 1F1. Pro dosažení stejného smyslu otáčení je nutné přepojit přívody dvou fází jak je patrné ze schématu. Přesto, že je regulace otáčivé rychlosti po skocích nahrazována plynulou regulaci otáček pomocí měničů frekvence, je stále pro svoji cenovou dostupnost a spolehlivost využívána. Zvětšení rozsahu změny otáček se doplňuje obvykle mechanickou převodovkou.

- 101 -


LITERATURA HAMMER,M., KUDLÁČ,B. a BALABÁN,B. Elektrotechnika – laboratorní cvičení. 1. vyd. Brno: VUT, 1997. 103 s. Skripta. ISBN 80-214-0932-0. FLEISCHER,J. Laboratorní cvičení z elektrotechniky. 5. vyd. Brno: VUT, 1986. 147 s. Skripta. PAIL,F. Elektrotechnika ( laboratorní cvičení ). 1. vyd. Brno: VUT, 1987. 129 s. Skripta. FAJT,V., HAASZ,V. a SEDLÁČEK,M. Elektrická měření. Dotisk 1. vyd. Praha: ČVUT, 1994. 237 s. Skripta. ISBN 80-01-007561-0. ONDRŮŠEK,Č., SEDLÁČEK,J. Elektrotechnika a elektronika.. 1. vyd. Brno: VAAZ, 1989. 428 s. Skripta. DUFEK,M., FAJT,V. Elektrická měření I. Dotisk 1. vyd. Praha: ČVUT, 1976, 268 s. Skripta. MATYÁŠ,V. Elektronické měřicí přístroje. 1. vyd. Praha: SNTL, 1981, 404 s. FIALA,M., VROŽINA,M. a HERCIK,J. Elektrotechnická měření I elektrotechnických ). 1. vyd. Praha: SNTL, 1986, 352 s.

(pro 3. ročník SPŠ

HRAŠKO,P., PUZJAK,I. Elektrotechnika. 2. vyd. Bratislava – Praha: ALFA/ SNTL, 1983, 320 s. MAŤÁTKO,J., FOITOVÁ,E. Elektronika – elektronické součástky a základní obvody ( pro 3. ročník SPŠE slaboproudých ). 3. vyd. Praha: SNTL, 1984, 484 s. ČEŘOVSKÝ,Z., LETTL,J. Elektrické pohony a výkonová elektronika – návody k laboratorním cvičením. 1. vyd. Praha: ČVUT, 1990, 171 s. Skripta. UHLÍŘ,I. aj. Elektrotechnika. Návod k laboratorním cvičením. 4. vyd. Praha: ČVUT. 1995, 251 s. Skripta. ISBN 80-01-01271-9. HAMMER,M. Speciální elektrotechnika a elektronika. 1. vyd. Brno: VUT, 1989, 201 s. Skripta. ISBN 80-214-1029-9. SMEJKAL,J aj. Elektrotechnika. 1. vyd. Brno: VUT, 1991, 254 s. Skripta. ISBN 80-214-0388-8. HAMMER,M., KUDLÁČ,B. , BALABÁN,B. , SINGULE,V. Elektrotechnika. Laboratorní cvičení pro inženýrské studium. 1. vyd. Brno: VUT, 1998. 97 s. Skripta. ISBN 80-214-1161-9. ŠINDELÁŘ,V., SMRŽ,L. SI- nová soustava jednotek. 2. vyd. Praha: SNTL, 1989, 672 s. Normy, návody k měřicím přístrojům, katalogy elektrických strojů a přístrojů, katalogy polovodičových součástek.

- 102 -


- 103 -


- 104 -

Doc. Ing. Miloš HAMMER, CSc. Ing. Bohumil KUDLÁČ Ing. Bedřich BALABÁN ELEKTROTECHNIKA. Laboratorní cvičení pro bakalářské studium

Recommend Documents