Studijní příručka - ELEKTRO Studijní příručka - ELEKTRO

Transkript

Studijní příručka - ELEKTRO
Příručka je určená učňům, kteří navšťevují obory zaměřené na elektro ve škole typu "učňáku" se
zaměřením na silnoproud a pevně věřím, že tato příručka pomůže k přípravě na závěrečné učňovské
zkoušky.
Novinky této verze
Tato studijní příručka je určena pouze pro "domácí" studium viz licenční podmínky
Většinu textů, zde publikovaných, autor získal ze svých studijních materiálů (sešity), pokud najdete nějakou
nesrovnalost (chybu), pošlete prosím report na níže uvedenou emailovou adresu: [email protected]
Děkuji za pochopení
Rozsah jednotlivých témat záleží na tom, do jaké hloubky jsme dané téma probírali ve škole.
U mnoho článků zatím chybějí obrázky a schémata zapojení. Ty jsou doplňovány průběžně, ale vzorce pro
výpočty již výklad obsahuje (na vztahy autor klade důraz).
Pokud narazíte na "zdvojené" výklady ve dvou předmětech, je to způsobeno tím, že jsme danou látku probírali
ve dvou či více předmětech a na každý jsme měli jiného vyučujícího a je fakt, že v jednom jsme po brali jen
"povrchově" a v jiném podrobněji. Až budu mít čas, tak celou tuto příručku prohlédnu a porovnám zdvojená
témata a zařadím je jen do toho předmětu kam se to bude tématicky hodit nejvíce a do toho druhého jen
nastavím odkaz (samozřejmě nejdříve provedu "synchronizaci" výkladu, aby neutrpěla kvalita).
Michal Kolesa
[email protected]
http://web.quick.cz/michal.kolesa
Úvod do automatizace
Základní pojmy
Pojem
Vysvětlení
Automatizace Nahrazování fyzické a duševní práce, musí jí však předcházet mechanizace
Mechanizace Fyzickou práci vykonává stroj
Zpětná vazba Přináší nám informace o stavech, ve kterých se nachází právě vykonávaný proces
Užití automatizace
- Ke zlevnění výroby
- Ke zkvalitnění výroby (např. přesnější obrobení na CNC strojích)
- K nahrazení lidských sil
Podmínky pro zavádění automatizace
- Proces prošel mechanizací
- Znalost výrobního procesu
- Finanční dostupnost techniky
- Splňovat normy řízení
Stupně automatizace
Jednoduché
Ovládání
Ruční
- Zpětnou vazbou je člověk
Automatické
- Zpětnou vazbou je elektronika
Složité
Cílevědomý proces, který využívá rovněž zpětné vazby (elektrické).
Realizace řídicích obvodů Mikroprocesory
Logické vstupy nám podávají informace v jakém stavu se obvod nachází (paleta po dopravníku už přijela)
Logické výstupy jsou reakcí mikropočítače na logické výstupy
Rovněž se používají logické obvody s logickými členy NAND a NOR.
Regulační obvod
R - Regulátor
RS - Regulovaná soustava
x - Regulovaná veličina
y - Řídicí veličina
e - Vstupní veličina
u - Porucha
w - Regulační člen
v - Výstupní veličina
Zaření bloků regulačního obvodu
a) Sériové
b) Paralelní
Logické obvody (AND, OR, EXOR, NOT)
Úvod
Jsou to zařízení pro řízení strojů, provozů a dělíme je na:
Rozdělují se na:
Pevné - realizovány pomocí elektrického relé, elektronickými prvky
Proměnné - realizovány PLC, CNC
Logické obvody
Počet kombinací se určí ze vztahu: 2n , kde n znamená počet proměných na vstupu
AND
Realizuje logický součin (konjunkce)
Vstup x
Vstup y
Výstup z
1
1
1
1
0
0
0
1
0
0
0
0
Technická realizace
a) Logický součin se dá realizovat sériovým spojením spínačů
Nevýhoda - Pracujeme s vodiči
Výhoda - Možnost přenosu energie na velkou vzdálenost
b) Pomocí integrovaných obvodů
c) Realizace programovými stroji PLC, CNC
AND s detekcí náběžné hrany
Výstup se rovná 1 jsou-li všechny vstupy 1 a alespoň jeden měl před tím úroveň 0.
OR
Realizuje logický součet (disjunkce, alternativa)
Vstup x
Vstup y
Výstup z
1
1
1
1
0
1
0
1
1
0
0
0
a) Paralelní spojení spínačů
EXOR
Exlusive OR je pravdivý tehdy, pokud jsou spínače různě od sebe
Použití tam, kde je potřeba ovládání dvěma rovnocennými spínači
Vstup x
Vstup y
Výstup Z
1
1
0
1
0
1
0
1
1
0
0
0
a) Křížového spojení spínačů
NOT - Negace/Invertor
Vstup x
Výstup z
1
0
0
1
a) Pomocí spínače zapojeného na rozpínací kontakt
Booleova algebra
Funkce z proměnných a konstant
X+X=X
X*X=X
X+X=1
X*X=0
X+1=1
X*1=X
X+0=X
X*0=0
Komutativní zákony
X+Y=Y+X
X*Y=Y*X
Asociativní zákony
X + Y + Z = X + (X + Z) = Z + (X + Y)
X * Y * Z = X * (X * Z) = Z * (X * Y)
Distributivní zákony
X * (Y + Z) = (X * Y) + (X * Z)
X + (Y * Z) = (X + Y) * (X + Z)
De Morganovy zákony
X+Y=X+Y=X *Y
X*Y=X*Y=X + Y
X+Y=X*Y
X*Y=X+Y
Pravidla zjednodušování
X+X*Y=X
X+X*Y=X+Y
X*Y+X+Y=X
X * (X + Y) = X
X * (X + Y) = X * Y
(X + Y) * (X + Y) = X
X=X
Logické obvody (NAND, NOR)
NAND
Znegovaný logický součin (AND)
Univerzálnost
Časté použití
Vstup x
Vstup y
Výstup z
1
1
0
1
0
1
0
1
1
0
0
1
Z = ab + bc + ac
Z = ab + bc + ac
Z = ab * bc * ac
NAND s detekcí sestupné hrany
Výstup je roven 1, pokud alespoň jeden vstup má úroveň 0 a všechny vstupy byli v předchozím cyklu rovni 1.
NOR
Znegovaný logický součet (OR)
K realizaci funkce je zapotřebí příliš mnoho "krabiček"
Vstup x
Vstup y
Výstup z
1
1
0
1
0
0
0
1
0
0
0
1
Z = ab + bc + ac
Z=a+b+b+c+c+a
================
Z=a+b+b+c+c+a
Řešení logických funkcí
1) Určení počtu vstupů logického klopného obvodu
2) Nakreslit blokové schéma (vstupů a výstupů)
3) Přizařením proměnných k jednotlivým vstupům (1 = Zapnuto; 0 = Vypnuto)
4) Sestavení pravdivostní tabulky
5) Sestavení logických funkcí z pravdivostní tabulky (kladné vstupy (1) píšeme bez pruhu (negace)
6) Nakreslit síť logické funkce
7) Provést zjednodušení karrnaughovou mapou (jednodušší) nebo matematickým postupem (složitější)
8) Převést na funkci typu NAND nebo NOR
Karrnaughova mapa
Nejdříve musí dojít k vytvoření množiny sudého počtu stejných prvků ("jedničky")
a) Řádková minimalizace - Vytvoříme množinu ze sudého počtu prvků ze řádku
b) Sloupcová minimalizace - Vytvoříme množinu ze sudého počtu prvků ze sloupce
c) Rovnoběžníková minimalizace - Vytvoříme množinu ze sudého počtu prvků z rovnoběžníku
Matematický postup
Použijí se vzorce booleovy algebry
Pomocí počítače
Minimalizace probíhá pomocí algoritmů, které lze naprogramovat do počítače. Metoda se používá pokud je
funkce příliš složitá (velké množství vstupů a výstupů)
Klopné obvody
Klopný obvod RS
Vstup S je roven logická 0, vstup R bude roven logická 1, výstup prvního hradla bude logická logická 1 a
druhého logická 0. Na vstupu S bude logická 1 a na vstupu R bude logická 1, výstupy zůstanou nezměněny.
Na hradlu jedna bude logická 0 a na hradlu dva bude logická 1.
Použití: Paměťové obvody.
Zjednodušené schéma (vstupy musí být přivedeny znegované):
S
R
Q
Q
L
L
Zakázaný stav
L
H
H
L
H
L
L
H
H
H
Nemění stav
Úplné schéma:
S
R
Q
Q
Poznámka
H
L
H
L
L
L
H
L
L
H
L
H
L
L
L
H
Pamatovací stav
H
H
H
H
Zakázaný stav
Pamatovací stav
Klopný obvod RST
V základním obvodě RS reagovaly výstupy přímo na změnu vstupu, to nazýváme asynchronní. Jestliže
používáme speciální vstup C - clock. Vytvoříme synchronní zapojení.
Informace ze vstupu na výstupu dostaneme tehdy, je-li vstup C v úrovni logická 1. Pokud je vstup C logická 0
změna na výstupu se nijak neprojeví a zůstane zachován původní stav.
Klopný obvod D
Používá se, jeli potřeba zajistit rozdílnost vstupů.
Použije se jen jeden vstup, který se rozdvojí invertorem (obrací logickou úroveň)
Princip: Je-li vstup C logická 1 a pokud jsou na vstupu D přítomná data budou převzata výstupem Q. Výstup
sleduje změny na vstupu D. Je-li vstup C v úrovni logické 0 výstup podrží hodnotu, jakou měl posledně.
D C
Q
Q
H H H
L
L H L
H
H L
L L
Poslední stav když je vstup C v logické 1 zůstává zachován
Klopný obvod J-K
Master - Slave
Díky rozdílným rychlostem integrovaných obvodů dochází k problémům (překmitům), to odstraňuje obvod
master-slave. Pokud se signály na vstupu mění rychleji než je integrovaný obvod stačí zpracovat a přenést na
výstup dojde ke ztrátě dat (všech). To odstraníme tak, že přebíráme novou informaci z předcházejícího
klopného obvodu. Přičemž stará informace musí být přítomná, aby mohla být převzata následujícím klopným
obvodem. To se realizuje dvěma RST klopnými obvody.
Princip:
Hodinový signál C - clock na obvodu slave je invertován vzhledem k obvodu master. Pokud je signál C v úrovni
logická 1 přejme obvod master vstupní data podle vstupů Set a Reset a dá je na výstup. Obvod slave si jen
pamatuje data z předchozího cyklu. Po poklesu signálu ze vstupu C na logickou 0 začne slave zpracovávat
data obdržená obvodem master. Obvod slave předá data na výstup.
Klopný obvod J-K
Odstraňuje nevýhodu RST klopného obvodu. Na vstupy SET a RESET může být přivedena logická úroveň 1.
Vlastnosti:
Logická úroveň na
vstupu J
Logická úroveň na
vstupu K
Chování klopného obvodu
0
0
Paměťový stav
1
0
Výstup Q je nastaven na logickou úroveň 1 při prvním
hodinovém impulzu
0
1
Klopný obvod je nulován (na výstupu Q je logická úroveň 0)
1
1
Klopný obvod se překlápí s každým hodinovým impulzem.
Statické soustavy
Jsou to soustavy, které mají schopnost býti stabilní, však jejich veličiny (vstupní, výstupní) nemohou jít do
nekonečna.
Statická soustava 0. řádu
Dochází k okamžité reakci výstupu na vstup
Při změně výstupní hodnoty bude opět dosaženo určité výstupní hodnoty, aby soustava byla stabilní. Změna
výstupní hodnoty na novou stabilní hodnotu se neprovede hned, ale s určitým zpožděním.
Při skokové změně vstupní hodnoty (y) se nevytvoří nový ustálený stav hned, ale až po určité době teoreticky v
nekonečnu, ale ve skutečnosti dochází k zesílení Xa/Ya
Změna hodnoty výstupu se neprovede okamžitě se změnou na vstupu, ale s časovým zpožděním.
Horká voda, která přitéká do první nádrže, ohřívá vodu v nádrži, ta dále teče do druhé nádrže a ohřívá vodu i
zde.
Stejným způsobem bychom mohli vytvořit soustavy 3. a vyšších řádů. Charakteristickou vlastností je zesílení.
Dopravní zpoždění
Čas kdy začne reagovat výstup na změnu vstupu.
Astatické soustavy
V těchto soustavách se při změně vstupní veličiny nevytvoří nová ustálená poloha výstupu.
Regulátory
Mají za úkol regulovat veličinu na hodnotu, která je požadovaná.
Regulátor typu I
(integrační)
Hlavní ústředním členem je šoupátko, které je podle své polohy ovládáno snímačem regulované veličiny, vede
veličinu na jednu nebo druhou stranu.
Regulátor typu P
(proporcionální)
Regulátor má vždy určitou odchylku od námi požadované hodnoty, reguluje vždy na stejnou velikost.
Princip: Odtok vody z nádrže považujeme za poruchovou veličinu. Z ustáleného stavu s odtokem a výškou
hladiny X1 se nám zvětší odtok a hladina klesne na X2, tím se nám vytvoří ustálený stav při poklesu X1 na X2
se nám zvýší přítok.
V regulátoru typu P máme trvalou regulační odchylku.
Snímače a senzory
Zjišťují elektrické a neelektrické veličiny k dalšímu zpracování.
Snímače elektrických veličin
Snímají přímo elektrické veličiny (např. proud, napětí)
Rozdělují podle principu na:
Magnetoelektrické
Elektromagnetický
Elektrodynamické
Ferodynamické
Indukční
Snímače neelektrických veličin
Polohy
Teploty
Tlaku
Rychlosti proudění (kapaliny)
Elektromagnetické pole
Rychlosti
Snímače polohy
Kontaktní senzory
Snímač pozná, že objekt je na svém místě podle toho, že objekt sepne kontakty na snímači.
Nevýhoda: časté spínání vede k opotřebování spínače
Výhoda: Jednoduchost, nízká cena
Odporové senzory pro měření polohy
Jedná se o homogenní materiál, kde je odpor mezi jezdcem a příslušným koncem přímo úměrný dráze nebo
úhlu otočení.
Princip: Potenciometrický snímač polohy je napájen ze zdroje stejnosměrného konstantního napětí U. Výstupní
napětí je přímo úměrné poloze jezce, které je měřeno voltmetrem.
Indukční senzory
Princip: Velikost magnetické indukce se mění podle polohy jádra.
S klesající vzdáleností roste indukčnost
a tím klesne proud
Indukční senzory rozlišujeme podle principu činnosti na:
1) S uzavřeným magnetickým obvodem
2) S otevřeným magnetickým obvodem
3) Diferenciální
Kapacitní senzory
Pracují na principu změny kapacity.
Snažíme se používat také diferenční senzory, protože mají větší odolnost proti rušení a větší linearitu.
Optoelektronické senzory
PSD
Využívají se speciální velkoplošné fotodiody typu PIN
Princip: Po dopadu světelného paprsku (energie) se vytváří elektrický proud směřující k dvěma elektrodám,
velikost těchto proudů však závisí na převrácené hodnotě odporu mezi místem odporu mezi místem dopadu a
elektrodou.
Inkrementální senzory
Princip: Pohybující se pravítko, které je rozděleno na řadu stejně dlouhých úseků propouštějících a
nepropouštějících světlo. Střídavě propouští a cloní světlo dopadající na fotocitlivé prvky. Následně vznikne
impulzní signál, kdy počet pulzů odpovídá posunu.
Snímače teploty
Termočlánky
Využívají Seebechova jevu:
"Pokud zahříváme část spoje dvou vodičů na teplotu t1 a druhou část na teplotu t2, dojde k vytvoření napětí
těmito dvěma vodiči, elektrony jsou nuceni vyrovnat rozdíl potenciálů."
Aby jsme mohli určit t1, je potřeba znát i t2.
a12 - Termoelektrický součinitel kovů
a případnou změnu t2 musíme korigovat (kompenzovat).
Druhy kompenzace
Kompenzace
Analogová
Charakteristika
Využívá teplotně proměnného rezistoru a whatstonového můstku, vyváženého na teplotu 20°C,
to zajišťuje, že výstupní napětí bude neustále dáno rozdílem mezi teplotou termočlánku t1 a
teplotou 20°C (nikoliv teplotou okolí)
Digitální (u
Využívá se izotermální svorkovnice, u které je měřená teplota (s teplotou studeného konce t2).
číslicových přístrojů) Do této svorkovnice jsou zabudovány další termočlánky. Výstup jde k číslicovému zpracování.
Snímače tlaku
Tenzometry
Jsou určeny k měření mechanických veličin, které lze převést na změnu délky (ohyb, krut, tlak), využívá se
odporového materiálu, tvaru meandru.
Se vzdáleností l a plochou S se mění odpor. Tuto změnu zaznamenáváme ve změně obvodových veličin
(proud, napětí).
Základní parametr je součinitel deformační citlivosti
Hodnoty pro některé materiály:
Kovy materiál: 1,5 - 3
Polovodičový materiál: 70 - 180
Nevýhoda: Polovodiče jsou závislé na teplotě
Pro vyhodnocování se používá wheatstonův můstek. Při použití jednoho tenzometru (odpor je ovlivňován
tlakem i teplotou) se používá ještě jeden kompenzační, který je ovlivňován pouze teplotou.
Výhoda: Vyšší linearita
Diferenční
- Využívá toho, že při stlačování jednoho tenzometru se snižuje tlak i na druhý tenzometr.
Piezoelektrické senzory
Fungují na principu piezoelektrického jevu
Při silovém působení na krystal dojde k vytvoření oblastí s nábojem kladným a záporným. Při podélném
namáhání (podélná deformace)nebo při příčném namáhání (příčná deformace).
Používáme k měření změn sil a né k měření stálých sil (elektrický náboj vzniká pouze při stlačování).
Úvod do elektrického měření
Elektrické měření - Souhrn činností k zjištění hodnot elektrických veličin (např. napětí, proud, atd.)
Základní pojmy
Pojem
Vysvětlení
Přesnost měření
Vyjadřuje vzdálenost od naměřené hodnoty od hodnoty skutečné.
Rozsah
Rozpětí hodnot, které lze daným přístrojem měřit
Citlivost měřícího přístroje
Schopnost výstupu zareagovat na změnu hodnot na vstupu.
Rozlišení
Nejmenší změna vstupu, která vyvolá změnu výstupu o jednotku
Ovlivňující veličina
Veličina, která způsobuje chybu měření, např. teplota
Chyba měření
Nikdy nenaměříme stejný výsledek, což je způsobeno chybou měření
Měřící přístroje
Druh přístroje
Využití
Analogové
Měří elektrické veličiny spojitě
Digitální
Měří elektrické veličiny nespojitě (zobrazování číslic)
Převodníky
Mají převádět vstupní (neelektrické) veličiny na veličiny výstupní (elektrické)
Měření metody
Metody pro získání hodnot elektrických veličin
a) Přímé metody - Využíváme měřící přístroje pro zjištění požadované hodnoty (proud - ampérmetr)
b) Nepřímé metody - Využíváme funkčních závislostí (vzorce) pro zjištění požadovaných hodnot.
Metody pro provedení měření
a) Základní metody - Měřená veličina se stanoví měřením.
b) Srovnávací metody - Naměřená veličina se srovná s veličinou téhož druhu (např. měřená veličina se
nahrazuje hodnotou známé veličiny)
Chyby měření
Chyba
Hrubá
Systematická
Náhodná
Charakteristika
Je důsledkem nepozornosti nebo únavy pracovníka, který
měření provádí.
Odstranění
Opakování měření a VYNECHAT
hodnotu, která byla naměřena chybně.
Je důsledkem nedokonalosti měřících přístrojů a metod vedoucí
Opakováním měření.
ke zjištění hodnoty měřené veličiny a má vždy stejnou velikost.
Vzniká v důsledku náhodných jevů, např. působením teploty,
změny tlaku vzduchu, magnetického a elektrického pole, atd.
Nelze odstranit.
Protože přesnost měření je jedním z předpokladů kvality výroby, výzkumu, vývoje a servisu je péče o měřící
přístroje předmětem řady norem, doporučení a nařízení. Parametry musí být pravidelně ověřovány a
cejchovány. Měření se provádí na přístroji, který je, alespoň o 1 řád přesnější (etalon).
Takový to měřící přístroj musí být:
- Dobře uskladněn
- Nemá se příliš často přenášet
- Nemá se používat pro provozní měření
- A pravidelně ověřovat
Při ověřování musí být předepsaná teplota a přístroje musí být předem alespoň 1/2 hodiny zapnuté.
Touto problematikou se zabývá metrologie.
Výběrový průměr
Vypočte se ze vztahu:
X = Výběrový průměr
N = Počet měření
Xi = Naměřená veličina
Směrodatná odchylka
Vypočte se ze vztahu:
Definitivní zápis výsledku:
Žádným měřením nezískáme správnou hodnotu (skutečnou) a výsledek měření je neúplný pokud neobsahuje
rozsah chyb. Nepřesnost by neměla být větší než 1 %.
Chyba
Absolutní chyba
Relativní chyba
Vzorec pro výpočet
Neurčitost výsledků měření a jejich
stanovení
Jsou dvě základní chyby měřících přístrojů:
Nepřesnost
Charakteristika
Neurčitost
měření
Je určena chybami přístrojů, tolerancemi rezistorů, kondenzátorů, cívek, náhodnými chybami,
rezistivitami vodičů, rušivými vlivy
Nepřesnost
Je dána absolutní hodnotou (neznáme znaménko)
Měření pomocí elektromechanických přístrojů
Rozlišují se dvě základní chyby:
Chyba
Vzorec pro výpočet
Absolutní chyba
(je vždy stejná)
Relativní chyba
Xm = Naměřená veličina
Přesnost přístroje je vztažena k referenčním podmínkám (teplota 23 °C).
Přesnost přístrojů se vyjadřuje třídou přesnosti: TP 0.05 ... 0.1 ... 1.5
Měření pomocí číslicových přístrojů
Základní chyba při referenčních podmínkách se skládá ze dvou částí:
d1 = Chyba měřícího rozsahu
d2 = Chyba naměřené hodnoty
Ux = Měřené napětí
M = Měřící rozsah
Vztah pro výpočet chyby při měření napětí digitálním přístrojem:
Neurčitost výsledků nepřímých měření
Neurčitost závisí na jednotlivých nepřesnostech, které se vyskytují ve vzorci po výpočet námi požadované
hodnoty.
Početní operace
Vztah pro chybu měření
Měřící můstky
Představují obvod složený ze čtyř impedancí a to tak, že tvoří uzavřený čtyřúhelník.
Účelem můstku je zjišťovat neznámou impedanci, zařazenou na místě jedné z nich.
Přitom obvykle jedna impedance je proměnná, aby se můstek "vyrovnal". V tom případě měřidlo v úhlopříčce
můstku nezaznamená žádnou výchylku, protože oběma větvemi teče stejný proud.
Měření je přesné, leč vyhovuje pouze pro úzký rozsah hodnot (záleží na součástkách v můstku).
Společným znakem je napájení, které je připojeno k jedné úhlopříčce můstku a jednak způsob indikace,
indikátor se zapojí k druhé úhlopříčce. Vyvažování je stejné. Poslouží proměnný rezistor zapojený jako reostat.
Níže jsou uvedeny 3 základní můstky pro zjišťování hodnoty odporu, kapacity a indukčnosti
Wheatstonův můstek
Používá se k měření malých hodnot odporů.
Neznámý odpor Rx se připojí ke vstupním svorkám, R2 a R3 jsou rezistory s hodnotami nepříliš vzdáleny od
měřeného odporu a rezistor R4 je proměnný s hodnotami vynesenými na stupnici.
Není-li můstek vyrovnán teče proud jedním nebo druhým směrem. Jako měřidlo slouží miliampérmetr s "nulou"
uprostřed.
Nastaví-li se rezistorem R4 takový odpor, že měřidlem neteče proud (ručičička je na "nule"), pak neznámý
odpor (rezistor) má stejnou velikost jako odpor R4, který je proměnný.
A platí vztah:
A hodnotu odporu vypočteme z dalšího vztahu:
K napájení používáme stejnosměrný zdroj (např. galvanické články 4,5 V). Kdybychom použili střídavý zdroj,
uplatnila by se případná induktivní (kapacitní) složka a místo reálného odporu by můstek měřil impedanci,
velikost impedance by závisela i na kmitočtu střídavého zdroje (různé kmitočty = různá impedance).
De Sautyho můstek
Používá se k měření kapacit.
Od Wheatstonova můstku se liší tím, že v horních větvích fungují kapacity neznámá Cx a kondenzátor C2.
Můstek se napájí střídavým proudem z generátoru o kmitočtu, který je většinou 1 kHz.
Indikátorem je obvykle vysokoohmohové sluchátko, které se s protékajícím střídavým proudem ozývá. Pokud
zvuk utichne, můstek je vyrovnán.
Proměnný rezistor R2 se musí předem ocejchovat podle kapacitního normálu.
Platí:
Maxwellův můstek
Používá se k měření indukčnosti.
Napájí se střídavým proudem a příčný proud se indikuje sluchátkem a platí:
Protože se cívka vyznačuje i vlastní kapacitou, nepodaří se můstek plně vyrovnat. Ke kompenzaci imaginární
složky se používá rezistor R3.
Existují i jiné můstky a nemusí pracovat pouze v nízkofrekvenčním pásmu. Některé se používají k nastavování
anténních systémů.
Měření neelektrických veličin pomocí můstků
Následující veličiny:
- Teplotu
- Vlhkost
- Tlak
- Intenzitu osvětlení
- Výšku hladiny
lze převést na elektrické veličiny (nejčastěji na elektrický odpor) pomocí snímačů.
Zapojíme-li např. termistor do Wheatstonova můstku jako impedanci Zx, můžeme změnou dalších impedancí
(potenciometr, trimr) můstek vyvážit. Jako nulový indikátor zapojíme operační zesilovač a na jeho výstup
zapojíme výkonový regulační člen (tranzistor, tyristor, relé). Měřenou veličinu pak můžeme současně regulovat
(např. zapínat či vypínat topení.)
Měření analogovými měřicími přístroji
Při měření nesmíme přístroje:
- přepólovat
- přetížit
- vystavovat nadměrným otřesům
Citlivé přístroje se musí při transportu zaaretovat nebo "zkratovat" vývody měřící cívky.
K zajištění přesnosti je nutnou používat přístroj v poloze, pro kterou je určený (značka na stupnici) a hodnotu
číst kolmým pohledem na stupnici.
Elektromechanické měřící přístroje
Měřená elektrická veličina působí na pohyblivou část měřícího přístroje, silou nebo kroutícím momentem, který
je závislý na měřené veličině dle funkce. Výchylka pohyblivé části je indikována změnou polohy ukazatele na
stupnici. Moment vyvozený měřenou veličinou se nazývý pohybový (MP), je vyvažován direktivním momentem
(MD) - pružinou).
Rozdělení elektromechanických měřících přístrojů
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Ano
Měřená elektrická
veličina
Měřící přístroj
Magnetoelektrický
Magnetoelektrický
s usměrňovačem
Magnetoelektrický
s termočlánkem
Magnetoelektrický
s fotočlánkem
Magnetoelektrický
poměrový
Elektromagnetický
Elektrodynamický
Ferodynamický
Elektrodynamický
poměrový
Indukční s
točivým polem
Tepelný
Elektrostatický
Rezonanční
Elektroměr
Kompenzátory
Můstky
Stejnosměrné Stejnosměrný Střídavé Střídavý Elektrický Elektrická Elektrický
Kapac
napětí
proud
napětí
proud
výkon
práce
odpor
Značka
V
A
V
A
W
kWh
R
C
Magnetoelektrické měřící přístroje
Obsahují permanentní magnet, podkovovitého tvaru. Ten je ukončen pólovými nástavci, z magneticky
měkkého materiálu, mezi kterými je pevně uložen váleček z feromagnetického materiálu. Ve vzduchové
mezeře mezi pólovými nástavci a válečkem se vytvoří radiální magnetické pole. V něm je umístěná cívka, která
je navinuta z izolovaného drátu na hliníkovém rámečku, kterou prochází měřený proud a vytváří tak vlastní
magnetické pole. Jejich vzájemným působením vzniká síla, která vychýlí cívku. Ta je mechanicky spojena s
ručkou měřícího přístroje a musí při svém pohybu překonat sílu pružin, které jí vracejí zpátky a zároveň do
přístroje přivádějí měřený proud. Dojde-li k vyrovnání těchto sil, pohyb ručky se zastaví a můžeme přečíst na
stupnici naměřenou hodnotu
Stupnice těchto měřících přístrojů je přímo úměrná naměřenému proudu (střední hodnotě).
Magnetoelektrické měřící přístroje jsou z analogových měřících přístrojů nejrozšířenější. Mají malou spotřebu
(v porovnání s ostatními analogovými měřícími přístroji):
- Vnitřní odpor voltmetru: 0,5 - 50 kW.
- Úbytek napětí na ampérmetru: 50 - 300 mV
Dosahují vysoké třídy přesnosti, max 0,1 až 0,2.
Jsou choulostivé na hrubé mechanické a elektrické zacházení. Vliv cizích magnetických polí do 0,5 T je
zanedbatelný.
Výhody přístrojů s otočnou cívkou
- Velká citlivost
- Velká přesnost
- Nepatrná spotřeba (1mW až 100 mW)
- Lineární stupnice (průběh výchylky)
- Možnost měřit střídavé veličiny s předřadným usměrňovačem (např. diodou)
- Nepatrný vliv cizích magnetických polí (díky vlastnímu)
- Nula může být uprostřed stupnice neboť otočný moment se mění se směrem protékajícího proudu
Bočník a předřadník
Podle velikosti vnitřního odporu měřidla (odpor vinutí cívky) se rozlišují měřidla pro měření proudu (malý odpor)
a pro měření napětí (velký odpor).
Předřadník - Slouží ke snížení napětí před měřící cívkou (chrání jí před přetížením)
Bočník - Slouží k omezení proudu protékající cívkou (chrání jí před přetížením)
K ampérmetru je paralelně připojen bočník.
Před voltmetrem je v sérii připojen předřadník.
Schémata zapojení magnetoelektrických měřících
přístrojů
Název
Jednorozsahový ampérmetr
Vícerozsahový ampérmetr
Jednorozsahový voltmetr
Schéma
Vícerozsahový voltmetr
Střídavé magnetoelektrické přístroje
měřící přístroje s usměrňovačem
Magnetoelektrický přístroj připojený na střídavý napětí měří jen stejnosměrnou složku (střední hodnota za
celou periodu). Magnetoelektrické přístroje mají malou spotřebu, proto je nutné je pro měření střídavých napětí
a proudu nutno vybavit usměrňovačem. Napětí naměřené přístrojem má stejnosměrnou složku. V technické
praxi je potřeba znát hodnotu efektivní ta se vypočte ze vztahu
ale to již udělá přístroj.
Schémata zapojení střídavých magnetoelektrických
měřících přístrojů s usměrňovačem
Název
Vícerozsahový
ampérmetr
Vícerozsahový
voltmetr
Schéma
Galvanometry
Jsou to elektromechanické měřící přístroje pracující na magnetoelektrickém principu.
Mezi jejich nevýhodu patří, že jsou choulostivé a dnes již zastaralé.
Použití:
- Ukazatelé vyvážení stejnosměrných komparátorů napětí a stejnosměrných můstků při měření odporů.
- Zjišťování přítomnosti extrémně malých stejnosměrných napětí a proudů
Dnes se tyto extrémně malé veličin měří pomocí elektronických měřících přístrojů vybavenými operačními
zesilovači (ty obsahují všechny elektronické měřící přístroje - Multimetry).
Elektromagnetické měřící přístroje
Využívají magnetických účinků elektrického proudu. Cívka, kterou prochází elektrický proud magnetuje oba
segmenty (pevný a pohyblivý) stejně. V důsledku toho vznikne pohyblivý moment, vychylují pohyblivý segment,
který je spojený s ručkou měřidla. Závislost výchylky je kvadratická, proto je stupnice v počátku "zhuštěná".
Výchylka může být až 250°. Direktivní pružina má za úkol působit proti pohyblivému momentu. Tyto přístroje
měří přímo efektivní hodnotu, proto se používají pro měření střídavých veličin do 500 Hz (při vyšších
frekvencích vznikají nepřesnosti vlivem frekvenčních vlastností cívky). Velký vliv magnetických polí je nutno
odstínit, jsou jednoduché a nevadí jim velké přetížení. Mezi nevýhody patří větší spotřeba a menší přesnost.
Přednosti přístrojů s otočným železem
- Jednoduchá a provozně bezpečná konstrukce
- Necitlivost proti krátkodobému přetížení
- Vhodná pro stejnosměrný i střídavý proudu
- Necitlivá na cizí magnetická pole
- Jednoduché rozšíření měřícího rozsahu (při přímém připojení na měnič (dělič) proudu nebo napětí)
- Chybu vlivem teploty lze kompenzovat
Elektrodynamické měřící přístroje
Využívají dynamických účinků pocházejícího elektrického proudu. Pevnou cívkou protéká proud stejný jako
cívkou pohyblivou. Pohybový moment vyvozují střety dvou magnetických polí. Direktivní moment vyvažují
spinacové pružiny. Tlumení mají vzduchové. Magnetický obvod elektrodynamického měřícího přístroje se
uzavírá v feromagnetickém materiálu.
Výchylka ručky je součinem obou proudů. Pevná cívka se používá jako proudová a pohyblivá jako napěťová (ta
je spojena s ukazatelem). Stupnici mají tyto přístroje v podstatě lineární. Tyto přístroje se využívají výhradně
jako wattmetry (pro měření výkonů). Při měření výkonu nesmíme překročit proudový rozsah cívky (poškození
nebo zničení přístroje), je totiž možno nepřekročit maximální výkon a přesto se se přístroj zničí v důsledku
překročení proudového rozsahu.
Tento druh měřícího přístroje měří i neelektrické veličiny, např. v automobilech.
Ferodynamické měřící přístroje
Mají stejný princip jako přístroje elektrodynamické. Působení elektrického proudu se zesiluje vložením
feromagnetických částí do magnetického obvodu, tím se zvýší citlivost a zmenší spotřeba měřícího přístroje.
Použití jako Voltmetry, Ampérmetry, Wattmetry. Protože mají velký pohybový moment, proto se hodí i jako
registrační a rozvaděčové měřící přístroje. Úhel výchylky je až 270°.
Indukční měřící přístroje
Využíváme hliníkový kotouč umístěný ve vzduchové mezeře dvou elektromagnetu. Vířivé proudy indukované v
kotoučeku, společně s magnetickými poli elektromagnetů vytváří pohybový moment. Tyto přístroje se používají
výhradně jako elektroměry. Nelze s nima měřit stejnosměrné proudy, protože se u nich neprojevuje
elektromagnetická indukce (přesněji pouze při sepnutí a rozpojení obvodu).
Základní rozdělení elektroměrů
- Podle počtu fází (1~; 3~; více)
- Podle počet sazeb (jednosazbové, dvousazbové)
Operační zesilovač
Operační zesilovač je zesilovač se zpětnou vazbou, pokud jí nemá nazývá se komparátor (porovnává signál s
referenčním signálem)
Napěťové zesílení je od 1.10 6 až k 1.10 9 . Velikost zesílení se nastavuje poměrem odporu dvou rezistorů
(vstupní a zpětnovazebný)
Obsahuje:
Invertující vstup (-) - obrací fázi signálu o 180°
Neinvertující vstup (+)
Napájecí vstupy
Použití OZ
- Měřící zesilovače a převodníky
- Komparátory
- Generátory
- Korekční stupně
- Aktivní filtry
Funkce operačního zesilovače
Na vstupy přivádíme různě velká napětí, na výstupu dostaneme zesílený rozdíl vstupních napětích.
Schématická značka operačního zesilovače
Ideální a skutečný operační zesilovač
Neomezené zesílení
V praxi nelze zesílit signál na větší hodnotu než je napájecí napětí
Neomezená vstupní impedance
Vstupní impedance je obvykle kolem 10 MW
"Nulová" výstupní impedance
U moderních typů se pohybuje v řádech mW
Neomezená šířka frekvenčního pásma
Horní hranice se pohybuje v MHz
"Nulová" rychlost náběhu
Pohybuje se v řádech ns
Žádné šumové napětí
U moderních typů jsou hodnoty v řádech nV/Hz
Žádný ztrátový výkon
Výkonové typy musí být chlazeny buď pasivně (např. kovovým štítem) nebo aktivně pomocí ventilátorů
Ideální
Skutečný
Vlastnosti operačního zesilovače
Napájení:
Symetrické napájení: 0 V na vstupu odpovídá 0 na výstupu
Nesymetrické napájení: 0 V na vstupu odpovídá na výstupu 1/2 napětí zdroje
Velikost napájecího napětí
Je obvykle ± 9 V (až na výjimky se dá použít i napětí ± 15 V, protože větší by způsobilo poškození OZ)
Maximální rozdíl vstupních napětí
Jedná se o napětí, které je přivedeno k invertujícímu (-) vstupu, zatímco neinvertující (+) vstup je uzemněn.
Často se používá ochrana vstupu antiparalelně zapojenými diodami.
Maximální vstupní napětí
Je to rozsah vstupních napětí, pro která má operační zesilovač zaručeny funkční vlastnosti. Pro nižší napájecí
napětí se obvykle tato hodnota rovná velikosti napájecího napětí, při vyšším napájecím napětí se jeho velikosti
nedosahuje.
Maximální ztrátový výkon
Myslí se výkonová ztráta, kterou může systém operačního zesilovače "vyzářit" v podobě tepla do okolí, aniž by
se nedovoleně zvýšila teplota OZ. Platí to pro přesně stanovené podmínky (velikost zátěže, napájecí napětí).
OZ v plastových pouzdrech mají maximální ztrátový výkon menší. Přetížení OZ se projevuje špatnou funkcí
zesilovače a s delší dobou přetěžování může dojít i k poškození.
Rozsah pracovních teplot
Tento parametr je důležité sledovat v přístrojích pro servisní používání (měřící přístroje).
Vstupní napěťová (někdy i proudová) nesymetrie
Koriguje nejčastěji přivedením malého napětí záporné nebo kladné polarity mezi piny 1-5
Vstupní proudová nesymetrie
Je rozdíl proudů protékající oběma vstupy za předpokladu, že výstupní napětí je rovno 0 a vyžaduje korekci
kompenzačním odporem v neinvertujícím vstupu v hodnotě odpovídající kompenzačním odporům v druhém
vstupu.
Vstupní klidový proud
Je to stejnosměrný proud (střední hodnota), tekoucí mezi vstupními svorkami OZ a zemí, při nulovém vstupním
signálu (Způsob kompenzace určuje výrobce).
Teplotní grift napěťové nesymetrie vstupů
Určuje se zpravidla pro rozsah pracovních teplot a rozumí se tím změna napěťové nesymetrie vstupů, která
nastane při oteplení (i ochlazení) OZ. Udává se jako poměr změny napětí k danému teplotnímu stupni.
Teplotní grift proudové nesymetrie vstupů
Platí za stejných podmínek jako grift napěťové nesymetrie s tím rozdílem, že tu jde o změnu proudu vstupů
vlivem teploty.
Další vlastnosti
Na oba vstupy lze přivést napětí libovolné polarity a na výstupu bude napětí odpovídající podle vlastnosti
vstupu při symetrickém napájení:
Napětí na invertujícím vstupu bude na výstupu otočeno o 180°.
Napětí na neinvertujícím vstupu bude mít na výstupu stejnou polaritu
U rozdílných napětí na vstupu bude zesílen rozdíl vstupních napětí
O velikosti zesílení rozhoduje (výhradně) poměr dvou impedancí (vstupní a zpětnovazebný)
Zpětná vazba z výstupu vstupuje do invertujícího vstupu záporná a do neinvertujícího vstupu vstupuje
kladná
Na přenos signálu se nejčastěji podílí zvenku připojené rezistory (stejná pravidla platí pro každou
impedanci)
Vstupní odpor invertujícího zesilovače (s bipolární technologii) určuje odpor rezistoru, který je malý a na
neinvertujícím zesilovači je velký.
Kmitočtová kompenzace je nastavena ve vnitřní struktuře OZ nebo pomocí "malé" kapacity mezi piny 1-8
Skupiny OZ jsou podle vstupního dílu (bipolární tranzistor nebo FET tranzistor)
Moderní operační zesilovače
První operační zesilovače byli složeny z elektronek, což byla ohromná zařízení používaná v analogových
počítačích na základní matematické operace. Poté přišli OZ s tzv. bipolární technologií, což znamená, že byli
sestaveny z bipolárních tranzistorů integrovaných do jednoho obvodu (čipu), dnes v moderních přístrojích
nalezneme i OZ s unipolární technologii (BIFET).
Bipolární operační zesilovače
Nevýhody
- Velký vstupní klidový proud
- Malý vstupní odpor
- Poměrně velký šum
Výhody
- Malý rozptyl napěťové nesymetrie vstupů při výrobě
- Teplotní grift napěťové nesymetrie je malý
- Potlačení souhlasného signálu CMR je značné
Unipolární (BIFET) operační zesilovače
Nevýhody
- Vstupní klidové proudy s teplotou rychle rostou
- Velký rozptyl napěťové nesymetrie vstupů při výrobě
Výhody
- Velký vstupní odpor
- Malá proudová nesymetrie
- Malý klidový proud, malý šum
- Malá vlastní spotřeba napájecího proudu
- Velká rychlost přeběhu, velká šíře přenášeného pásma
Měření zesilovač
Měření zesilovače se používají pro měření elektrických veličin v obvodech, kde je měřený signál příliš malou
velikost.
Měření zesilovač nemá signál zkreslit, ale pouze zesílit.
Zesilovat můžeme:
- Napětí na napětí
- Proud na proud
Zesilovač využívá zpětné vazby (kladné nebo záporné) paralelní nebo sériové.
Zesilovač se může chovat i jako zdroj napětí nebo proudu.
Zesilovač napětí na napětí (Zesilovač U/U))
Neinvertující
Zesilovač napětí na napětí (Zesilovač U/U))
Invertující
Napětím řízený zdroj proudu (Zesilovač U/I))
Neinvertující
Napětím řízený zdroj proudu (Zesilovač U/I))
Invertující
Převodník proudu na napětí(Zesilovač I/U))
Invertující
Zesilovač proudu na proud (Zesilovač I/I))
Invertující
Název zapojení
Vstup
Schéma
Vztahy
Frekvenční stabilita měřícího zesilovače
Bez záporné zpětné vazby měřící zesilovač zesiluje pouze určitý rozsah kmitočtů.
Se zápornou zpětnou vazbou můžeme zesilovat kmitočty za tímto rozsahem, ale s nižší úrovní zesílení.
Napěťový komparátor
Je to nelineární obvod, používaný ve spojení s číslicovými obvody a slouží k porovnání dvou vstupních veličin.
Měřený signál je obvykle porovnáván s referenčním signálem, podle polarity rozdílu těchto dvou signálů má
výstup hodnotu logická 1 nebo logická 0.
Jednodušší zapojení
Složitější zapojení
Princip
Komparátor porovnává 2 signály. K překlenutí dojde pokud signál překročí jednu z mezí, ale přitom měl výstup
hodnotu jako když se nacházel na opačné pozici.
Řízené usměrňovače s operačními
zesilovači
Využívají operační zesilovače s vysokým napěťovým zesílením, do jehož zpětné vazby je zapojen usměrňovač.
Takovýto obvod má téměř lineární charakteristiku. Používáme ho pro měření velmi malých napětí (např. mV)
Napětí U1
Napětí U2
Stav diod D1 a D2
D2 - Otevřená
D1 - Zavřená
D2 - Zavřená
D1 - Otevřená
Blokové schéma digitalizačního procesu
VUS
Vstupní úprava signálu, skládá se z napěťového děliče, který omezí signál na hodnotu, kterou jsme schopni
dále zpracovat
AAF
Anti-alisingový filtr, který slouží k oddělení vysokofrekvenčního signálu (nedovolí mu vstoupit do dalších
obvodů)
VZP
Vzorkovač s pamětí, obvod, který umožňuje odebírat z analogového signálu vzorky v čase stanoveném
vzorkovacím kmitočtem
AČP
Analogově číslicový převodník, zajišťuje kvantování (přizaření známé hodnoty), kódování (přizaření čísla ke
známé hodnotě)
BČZ
Blok číslicového zpracování, který nastavuje desetinou čárku, spočte skutečnou hodnotu (U, I)
ČZJ
Číslicově zobrazovací jednotka
Ostatní bloky
Další bloky jsou pro specifické funkce.
Vzorkování signálu a vzorkovače
Z měřeného signálu se odebírají v pravidelných intervalech TS vzorky. Tyto hodnoty se následně převedou na
číslo a uloží do paměti.
Režimy vzorkovače
Sleduj: Sleduje hodnotu signálu na vstupu
Pamatuj: Ukládá hodnotu signálu do paměti
Princip vzorkovače
Pokud je referenční vzorkovací napětí (U R) v úrovni logická 1, výstup vzorkovače, pouze sleduje hodnotu
vstupu, pokud však přejde UR z logické 1 do logické 0, přepne se vzorkovač do režimu pamatuj a výstup pak
drží hodnotu v okamžiku, kdy UR kleslo z logické 1 na logickou 0.
Skutečný vzorkovač má chyby způsobené vybíjením kondenzátoru.
Analogově digitální (A/D) převodníky a
jejich parametry
Úkolem A/D převodníku je převést analogovou hodnotu výstupního signálu na číselnou hodnotu vyjádřenou
zpravidla v binární (dvojkové soustavě).
Druhy převodníků
Integrační
a) S dvojitou integrací
b) S převodem napětí na frekvenci
c) Sigma-delta modulace
Neintegrační
a) S postupnou aproximací
b) Paralelní
c) Pilové
Každý A/D převodník obsahuje zdroj stejnosměrného napětí UR (referenční) a výstup je zpravidla binární číslo,
které se převede na číslo v desítkové soustavě (dekadické), uloží do paměti a potom zobrazí. Tento výstup
může nabývat určitého počtu hodnot. Tyto hodnoty jsou rozprostřeny rovnoměrně ve výstupních úrovních
napětí přes vstupní pásmo.
A/D převodník s postupnou aproximací
Tento A/D převodník využívá komparátor k tomu, aby zjistil který ze dvou signálů je větší, dále začne zvětšovat
či zmenšovat hodnotu signálu na úroveň měřeného signálu.
Nejčastěji se vyrábějí jako 8 bitové (rozlišovací schopnost 28 = 256) nebo 12 bitové (rozlišovací schopnost 212
= 4096)
Rozlišení: 0.4 % až 0.018 %
Rychlost přenosu: 10 ms
NK - Napěťový komparátor
AR - Aproximační registr
KO - Krystalový oscilátor
ČAP - D/A převodník
NR - Nulovací registr
Nevýhody
- Požadují konstantní hodnotu neznámého měřeného signálu
- Nejsou odolné vůči sériovému rušení
Kvantizační chyba
Je minimálně rovna polovině hodnoty nejmenšího bitu
Sériové rušení
Vlivem elektromagnetické indukce se napětí, které vstupuje do A/D převodníku často skládá z napětí
stejnosměrného a střídavého (vliv rušení).
A/D převodník s generátorem pilového
napětí
Skládá se z integrátoru, komparátoru, čítače. Na vstup integrátoru přivedeme měřené napětí UVST, které
způsobí lineární růst výstupního napětí U1. Strmost růstu je přitom přímo úměrná velikosti vstupního napětí.
Dokud napětí U1 nedosáhne velikosti referenčního napětí UR, jsou přes hradlo přenášeny taktovací impulzy
generátoru (Gh) do čítače. Až napětí U1 dosáhne hodnoty U R, překlopí se komparátor. Tím se zastaví čítání
impulzů, vybije se kondenzátor a počet načítaných impulzů se přenese do paměti čítače a zobrazí na displeji.
I - Integrátor
K - Komparátor
H - Hradlo
Č - Čítač
Nevýhoda
Je-li na měřené napětí superponováno rušivé napětí (50 Hz) je jím výsledek měření ovlivňován. Nevýhodu
odstraňuje A/D převodník s dvojitou integrací.
A/D převodník s dvojitou integrací
Princip
Při začátku měření je dekadický sčítač vynulován a kondenzátor vybit. Řídicí logika vyšle signál k připojení
neznámého napětí přes spínač a zároveň vyšle signál, aby dekadický sčítač začal počítat. Neznámé napětí
nabijí kondenzátor dokud dekadický sčítač "nenapočítá" nejvyšší možnou číselnou úroveň a pak vyšle signál k
odpojení neznámého napětí a zároveň je připojeno napětí referenční (UR), které je záporné, zároveň je
dekadický sčítač vynulován a začíná znova počítat. Až se kondenzátor vybije dojde k porovnání dob T1 a T2 a
doplnění do vztahu:
NK - Napěťový komparátor
ŘL - Řídicí logika
KO - Krystalový oscilátor
H - Hradlo
DČ - Dekadický sčítač
Výhody
- Výstup je roven průměrné hodnotě vstupního napětí
- Odolnost proti sériovému rušení
Nevýhoda
- Doba převodu je 100 ms
A/D převodník s převodem napětí na
frekvenci
Analogová měřená veličina UXje proporcionálně převáděna na kmitočet periodického signálu. Během
konstantního měřícího času jsou impulzy počítány a počet těchto impulzů za měřený čas je mírou pro velikost
měřeného napětí UX. Kmitočet běžného impulzního generátoru, ze kterého lze brát potřebné obdélníkové pulzy
určují časovou bránu měření, bývá většinou vysoký (integrační čas by byl příliš krátký). Proto bývá zmenšen
děličem kmitočtu, aby pak bylo možno nastavovat délku obdélníkového pulzu.
Paralelní A/D převodník
Jeden z nejrychlejších. Neznámé napětí je porovnáváno pomocí napěťových komparátorů s částmi
referenčního napětí, které je přiváděno na odporovou dekádu.
Prioritní dekodér převádí číslo nejvyššího komparátoru na binární hodnotu.
Doba převodu je 100 ns
D/A převodníky
Převádějí číslo (BCD kód, dekadické číslo) na analogovou hodnotu výstupního napětí.
D - Číslo
C - Konstanta úměrnosti
D/A převodník s binární rezistorovou sítí
Princip: Pomocí sčítacího zesilovače (operační zesilovač) se sčítá množina binárně vážených proudů
získaných z připojených rezistorů k napětí Ur. Elektronické přepínače připojují tyto proudy buď do sčítacího
bodu nebo na zem.
D/A převodník s přepínatelnými
proudovými zdroji
Výstupní veličinou D/A převodníku je proud, který vytváří na rezistoru R napětí U0 . Proudy jsou binárně
odstupňovány, realizace bipolárními tranzistory.
Rychlost převodu 100 ns
Číslicové multimetry
Elektronické měřící přístroje, se kterýma lze měřit základní elektrické veličiny (napětí, proud, odpor) a hodnota
veličiny se zobrazuje na displeji v numerické podobě.
Nevýhody
- Složitost
- Vysoká cena
Výhody
- Vysoká přesnost
- Možnost přenosu dat do spolupracující jednotky (počítač)
Obvodové schéma
Bloky ke změně rozsahu
VD - Vstupní dělička
Z - Zesilovač
Měřící bloky
AČP - Analogově číslicový převodník
ŘJ - Řídicí jednotka
ČZ - Číslicové zobrazení
Bez dalších bloků by se jednalo o stejnosměrný voltmetr, proto jsou multimetry vybavovány dalšími bloky.
PPN - Převodník proudu na napětí
PON - Převodník odporu na napětí
ST/SS - Převodník střídavého signálu na stejnosměrný
Interface - blok, který zajišťuje komunikaci s počítačem
Charakteristiky multimetrů
- Počet zobrazovacích míst (3-8)
- Počty a hodnoty vstupních rozsahů
- Přesnost (důležité jsou malé systematické a náhodné chyby)
- Rozlišovací schopnost (nejmenší napětí, které bude změřeno)
- Vstupní impedance (ideální je nekonečně vysoká, standardně bývá 10 MW )
- Použitý A/D převodník
- Programovatelnost
Typy rušení jeho potlačení číslicovými
voltmetry
Voltmetr měří stejnosměrné napětí, ve skutečnosti se na tyto napětí superponují (přičítají) rušivá napětí obvykle
síťové frekvence (50 Hz)nebo vyšší harmonické (100 Hz, 150 Hz, ...).
Druhy rušení
Sériové
Zkratka: SN
Zdroj rušení je umístěný jakoby v sérii s napájecím zdrojem.
Vzorec pro činitel potlačení sériového rušení
Schéma sériového rušení
Souhlasné
Zkratka: CM
Působí na obě svorky měřícího přístroje.
Vzorec pro činitel potlačení souhlasného rušení
Schéma souhlasného rušení
Potlačení sériového rušení
Voltmetr nepozná napětí stejnosměrné rušivé od stejnosměrného měřeného. Nejdůležitější je SMR pro
násobky 50 Hz. Dobře odolávají A/D převodníky s integrací neboť stejnosměrná hodnota střídavého signálu za
dobu celé periody je 0.
Potlačení souhlasného rušení
Je způsobeno vířivými svodovými proudy v zemi od uzemňovacích bodů sítě. Tyto proudy vyvolají rozdíl
potenciálů zemí a měřícím přístrojem a měřeným zařízením.
1. příklad
UCM - 0,1 - stovky
2. Příklad
USE je vyvoláno úbytky napětí způsobenými proudem na přívodním vodiči. Tyto proudy jsou vyvolány UCM.
120 dB - Stejnosměrný signál
64 dB - Signál s frekvencí 50 Hz
3. Příklad
160 dB - Stejnosměrný signál
124 dB - Signál s frekvencí 50 Hz
Osciloskopy a zapisovače
Osciloskopy
Osciloskop slouží ke grafickému zobrazení průběhu měřeného signálu. U osciloskopu se zobrazuje obraz na
stínítku obrazovky, který je okamžitou informací o signálu. Použití do frekvencí řádově desítek GHz.
Schématická značka:
Zapisovače (oscilografy)
Zapisovače "píší" průběh signálu na papír (lze archivovat). Použití do frekvencí do jednotek kHz.
Schématická značka:
Úvod do osciloskopů
Analogové
Měřená veličina (napětí) je velikostně upravována a dále je zobrazena na stínítku obrazovky.
Nevýhody
- Nemožnost zobrazit průběh před příchodem řídicího signálu
- Nemožnost zobrazit současně nepřerušovaně vícekanálové zachycení signálu
Výhody
- Levnost
- Bezprostřední reakce na změnu obvodových veličin
Digitální (s číslicovou pamětí)
Využívají A/D převodník, vzniklý binární kód lze uložit do paměti nebo D/A převodníkem zobrazit na obrazovce.
Nevýhody
- Vyšší cena
- Možnost aliasingových chyb
Výhody
- Možnost zobrazit průběh signál před příchodem spouštěcího signálu
- Výpočet parametrů signálu
Režimy osciloskopu
Y-t
Signál vychylujeme ve vertikálním směru, vychylování horizontální zajišťuje časová základna.
X-t
Zde je vychylování zajištěno pomocí dvou přiváděných napětí.
Použití osciloskopů
- Měření fázového posunu
- Měření parametrů harmonického signálu (fekvence, stejnosměrná složka, atd.)
Analogové osciloskopy
Využívá elektronkové obrazovky, z elektronkové trysky letí elektrony, při své cestě na luminofor prochází
zaostřováním (wehnelův válec) a elektrostatickým vychylováním. Paprsek pak dopadá na stínítko, na kterém je
luminofor. Na vnější straně stínítka je rast, na kterém odečítáme dílky.
Druhy osciloskopu dle frekvence
- Nízkofrekvenční do 10 MHz
- Vysokofrekvenční nad 10 MHz
Bloky osciloskopu
- Napájecí
- Vertikální a horizontální zesilovač
- Časová základna
Parametry osciloskopů
- Počet zobrazovatelných signálů (1 - 2 - 4 - 8)
- Frekvenční pásmo (Udává největší možnou frekvenci signálu, který může být zobrazen, Fh horní mez
frekvence je definována jako kmitočet, při kterém dojde k poklesu o 3 dB (30%). Doba náběhu je potřebná pro
změnu amplitudy od 0.1 UMAX do 0.9 UMAX.)
- Vstupní napěťové rozsahy
- Výstupní impedance osciloskopu (je dána paralelní kombinací odporu 1M a kapacity 50pF)
- Počet časových základen (1, u špičkových přístrojů více)
Blokové schéma osciloskopu
VD - Vstupní dělič
PZ - Předzesilovač
KVZ - Koncový vertikální zesilovač
ZL - Zpožďovací linka
SO - Spouštěcí obvod
ČZ - Časová základna
HZ - Horizontální zesilovač
VN - Zdroj vysokého napětí
NN - Zdroj nízkého napětí
Princip osciloskopu
Přivádíme napětí U1 na vstup Y, pokud obsahuje stejnosměrnou složky, lze je odstranit přes kapacitor. Dále
vstupuje signál do vstupního děliče. Zde je zmenšen na příslušnou velikost, změněný signál U2, pak vstupuje
do vertikálního zesilovače, který se skládá z bloků předzesilovač a koncového vertikálního zesilovače, takto
upravený signál pak vstupuje do zpožďovací linky (viz dále). Signál U4 se pak vychyluje vertikálně (to je
vertikální kanál). Vychylování signálu v horizontálním směru zajišťuje časová základna, která generuje pulzy
pro vychylování v horizontálním směru. Signál U6 je zesilován v horizontálním zesilovači a vystupuje z něj
signál U7. Elektronový paprsek generovaný katodou musí na stínítko dopadat jen při průchodu signálu zleva
do doprava. Při přeběhu signálu na začátek nesmí být stopa vidět. To zajišťuje časová základna signálem U8
(modulace jasu).
Zpožďovací linka zpozdí signál na vertikálním vychylování, aby signál U3 stačil projít spouštěcím obvodem do
časové základny, kde spustí horizontální posuv. Zpoždění se nazývá t1.
Přepínač P2 (externí spouštění) spustí časovou základnu při stálém signálu U3 a přepínač Přepínač P3
přepíná režimy.
Horizontální kanál se skládá z časové základny, horizontálního zesilovače a spouštěcího obvodu.
Časová základna obsahuje generátor pilového napětí, které lineárně roste v t1, pak prudce klesá na t2 (zpětný
vjem) a t3 je doba čekání.
Časová základna se skládá z integrátoru, přepínám rozsahů měníme čas na dílek.
Možnosti spouštění časové základny
1) Úroveň - Vstupní signál musí mít velikost větší než Us.
2) Vnější spouštění (EXT) - Používá se tehdy, pokud je vstupní signál signál příliš malý ke spuštění.
3) Spouštění hranou - Spuštění náběžnou nebo sestupnou hranou.
4) Možnost single (jednorázově) - Možnost spustit jednou pro vyfocení.
Současné zobrazení několika průběhů
Zobrazit několik průběhů signálu můžeme zobrazit následujícími metodami.
Dvoupaprskově
V obrazovce máme dvě elektronkové trysky, 2 elektronkové paprsky, které jsou vychylovány na společnou
obrazovku. Horizontální vychylování je společné
Výhoda: Současně (nepřerušovaně) zobrazí 2 signály
Nevýhoda: Vyšší cena
Dvoukanálově
Využívá jen jednu elektrodu (jeden elektronkový paprsek), který je střídavé přepojován elektronickým
přepínačem (EP) a oba signály se přerušovaně zobrazují.
Dále tu je astabilní multivibrátor (generuje trvalé kmity nezávislé na vnějším vlivu)
předzesilovače signálu A,B, jsou střídavě přepojovány pomocí elektronického přepínače ke koncovému
výkonovému zesilovači.
PZ - Předzesilovač
AM - Astabilní multivibrátor
EP - Elektronický přepínač
Druhy přepínání při zobrazování více signálů
Přepínání časovou základnou
Signál A je připojen a zobrazen osciloskopem po celou dobu cyklu časové základny. U dalšího cyklu je připojen
a zobrazen signál B.
Nevýhoda: Při pomalé časové základně obrazovka "bliká"
Přepínání pevnou frekvencí
Na obrazovce je zobrazen po určitou krátkou dobu signál A, po uplynutí této doby je zobrazena část signálu B
a pak znova signál A.
Použití: pro pozorování nízkofrekvenčních signálů
Digitální osciloskopy
Měří signál jen v určité časové okamžiky. Signál A/D převodník upraví do digitální podoby a uchová v číslicové
paměti. Signál se pak zobrazuje na obrazovce s elektromagnetickým vychylováním (analogové osciloskopy
mají vychylování elektrostatické) nebo na LCD displeji.
Vlastnosti
Vzorkovací frekvence: Rozhoduje o tom jak rychlý signál může být zobrazen. (čím je vzorkovací frekvence
vyšší, rychlejší signál může být zobrazen).
Napěťová citlivost: Závisí na počtu bitů A/D převodníku (čím více bitů, tím vyšší přesnost)
Velikost paměti: Čím větší paměť, tím delší úsek signálu může být uložen
Nevýhody
- Složitost
- Možnost aliasingových chyb
Výhody
- Ukazuje parametry signálu (např. maximální/minimální napětí, velikost špička - špička, efektivní hodnota, atd)
- Vyšší přesnost
- Převedení naměřených dat do PC
Blokové schéma digitálního osciloskopu
Zapamatování a zobrazení zvoleného úseku signálu
Zobrazení před příchodem spouštěcího signálu
To je možné proto, že signál je neustále nahráván do paměti osciloskopu a po příchodu spouštěcího signálu se
tyto hodnoty zobrazí.
Normální zobrazení
Zobrazí se příslušný počet bodů po příchodu spouštěcího signálu.
Zpožděné zobrazení
Signál je zobrazen po uplynutí doby a je zpožděný od uplynutí doby co přišel spouštěcí signál.
Způsoby vzorkování
Vzorkování v reálném čase (realtime)
Vzorky jsou odebírány v pevně stanovené okamžiky, jejichž vzdálenost je dána vzorkovací dobou. Vzorky
odebírá blok vzorkovač s pamětí.
Sekvenční vzorkování
Používá se pouze pro harmonické signály, kdy v každé periodě je odebrán pouze jeden vzorek a v následující
periodě opět jeden vzorek, ale z místa vzdáleného od prvního odběru.
Náhodné vzorkování
Pro harmonické průběhy, rychlejší než sekvenční.
Parametry digitálních osciloskopů
- Počet kanálů (2 - 4)
- Vzorkovací kmitočet (běžně MHz)
- Šířka pásma (od Hz po MHz)
- Rozlišovací schopnost (dána A/D převodníkem)
- Výpočet parametrů signálu (napětí špička - špička/efektivní/střední,minimální, maximální, atd.)
Elektrické přístroje
Rozdělení elektrických přístrojů
Spojovací
(trvale nebo dočasně)
- Svorkovnice
- Ukončovací prvky vodičů (dutinky, očka, atd.)
- Zásuvky rozbočnice, banánky
Odpojovací a uzemňovací
(pro zajištění bezpečnosti obsluhy)
- Odpojovače NN, VN, VVN
- Odpínače VN
- Uzemňovače a zkratovače
Spínací
(automatické i neautomatické zapínání a vypínání provozních proudů)
- Vypínače NN (válcové, vačkové)
- Stykače
- Koncové spínače
- Vypínače zátěže VN
Jistící, ochranné a omezovací
(pro zajištění nepřekročení bezpečných hodnot elektrických veličin)
- Jističe a chrániče NN
- Pojistky NN a VN
- Omezovače zkratových proudů
- Ochranná relé
- Vypínače VN a VVN
- Svodiče přepětí nebo bleskojistky NN, VN a VVN
Spouštěcí, řídicí a regulační
(pro ovládání elektrických obvodů)
- Ovládače
- Spouštěče motorů
- Reostaty
- Kontroléry
- Elektromagnety
- Čidla
- Přístrojové transformátory NN, VN, VVN
- Tlakové a bezpečnostní spínače
- Relé
Měřící přístroje
(pro zjišťování hodnot elektrických veličin)
- Zkoušečky (fázovky, vadasky)
- Digitální multimetry
- Panelová měřidla
Vlastnosti elektrických přístrojů
Elektrické přístroje musí mít dostatečnou trvandlivost, elektrickou a mechanickou pevnost, odolnost proti
vlhkosti, teplu, zkratu a otřesům a musí být nehořlavé.
Každý elektrický přístroj nebo stroj musí vydržet jmenovitý proud a nesmí se nebezpečně zahřát.
Elektrické přístroje a stroje se většinou vybaveny kryty, který slouží k ochraně před elektrickým proudem.
Stupeň ochrany se označuje kódem IP.
Montáž přístrojů
Přístroje musí být řádně upevněny tak, aby jejich připojení k elektrické instalaci nebylo vystaveno
mechanickému namáhání.
Přístroje nebo jejich sestavy zapuštěné do zdi musí být namontovány tak, aby mezi živými částmi a zdí byla
dostatečná vzdálenost (pro instalace 230/400 V postačuje vzdálenost 4 mm). Vodiče, ani kabely se zdi nesmí
dotýkat.
Pokud jsou přístroje zapojeny v lištovém nebo obdobném rozvodu, mají být montovány jako nedílná, nejlépe
typizovaná součást tohoto systému.
Elektrické přístroje se soustředí hlavně do rozvaděčů a rozvodnic, ze kterých se napájejí jednotlivé obvody,
jednak se osazují přímo v průběhu obvodů do míst, která jsou vhodná a účelná z hlediska jejich ovládání.
V rozvaděčích se přístroje obvykle montují na instalační lišty šířky 35 mm. Možnost připojení přístrojů na jiné
vhodné úchyty se nevylučuje. Přístroje, které se osazují do obvodů, se montují do přístrojových krabic. Uprava
konců vodičů Délka vodičů zavedených do přístrojových krabic, se všemi obaly je asi 15 cm. Můstkové vodiče
zaústěné do krabic mají být rozděleny na jednotlivé žíly. Před montáží přístrojů je nutno přístrojové krabice
důkladně vyčistit.
Vodiče je nutno ponechat dostatečně dlouhé jako rezervu pro případ ulomení nebo upálení jejich konců.
Vlastní izolace se odstraní ze žíly jen v délce potřebné k zavedení a připojení do svorek přístroje (obvykle 5 až
10 mm). Jádro vodiče nesmí být při odstraňování izolace naříznuto, naštípnuto či jinak poškozeno.
K odstranění izolace z konců vodičů se využívá několika typů speciálních kleští,které vodič nijak nepoškodí.
V případě, že jádro vodiče je z jemných drátků, je třeba zabránit při utahování šroubových svorek jejich
rozmáčknutí. Proto je třeba na konce těchto jader nasadit speciální dutinky, která má musí mít takový průřez,
aby odpovídal průřezu jádra. Dutínka se nasadí na vodič, a speciálními kleštěmi "zmáčkne", aby nešla sundat.
Dutinka chrání spoj před rozpletením. Některé dutinky jsou na koncích pro snadnější a spolehlivější montáž
opatřeny očky.
U kabelů se vytváří zakončení odstupňovaným odstraňováním jednotlivých vrstev izolace. U kabelů s PVC
pláštěm a PVC izolací se postupně odstraňuje:
- PVC plášť
- Výplňový obal
- PVC izolace žíly
Zůstává jen "odhalené" jádro žíly.
Připojování vodičů
Před připojením do svorek by se měly konce vodičů očistit. Pokud se ještě použijí hliníkové vodiče mají se před
montáží oškrabat nožem.
Připojování vodičů je třeba provádět s maximální pečlivostí, aby byl zaručen dostatečně stálý a spolehlivý styk
bez nadměrných přechodových odporů, aby nevzniklo nebezpečí pro osoby nebo okolí a aby v důsledku
vadného spoje nevznikaly provozní poruchy. Při připojování zálěží na správném zavedení očištěného konce
vodiče do svorky a na utažení svorkových šroubů.
Vodič nesmí být zaveden do svorky jen částečně, ale musí se využít celých styčných ploch svorky.
Nástroje na dotahování svorkových šroubů musí být vhodné velikosti a tvaru.
Šrouby musí být dotaženy správným momentem (malý moment - nedostatečný tlak, možnost uvolnění, velký
moment - překročení meze pružnosti). Pokud se vodič utáhne příliš muže se zdeformovat a uvolnit ze svorky
(hliníkové vodiče).
Důležité je správné umístění vodiče ve svorce. Konec vodiče musí být do svorky zaveden po směru
hodinových ručiček, pokud by byl připojen "opačně" mohl by se uvolnit.
Vodiče se na příslušné svorky připojují dle schématu. A pokud se s přístroji s připojenými vodiči manipuluje je
třeba šrouby svorek ještě dotáhnout.
Podmínky dobrého styku v kontaktech
Styk ve kterém probíha převod elektrického proudu z pevného kontaktu na pohyblivý může být bodový,
přímkový nebo plošný. Nejčastěji se používá přímkový.
Stykový odpor záleží na:
- síle, jakou se tlačí kontakty k sobě
- tvaru kontaktů
- tvrdosti materiálů, ze kterých jsou kontakty vyrobeny
- teplotě kontaktů
Kontakty musí být neustále udržovány v čistotě, kvůli co nejmenšímu přechodovému odporu. Kontakty musí
mít velkou odolnost proti:
- opalování elektrickým obloukem
- mechanickému opotřebení
- oxidaci a jiným chemickým vlivům
Konatakty musí být vyrobeny z velmi tvrdého materiálu.
Vznik a zhášení elektrického oblouku
Při vypnutí elektrického proudu vznikne mezi kontakty spínače elektrický oblouk. Jeho teplem se opalují
kontakty a proto se musí co nejrychleji uhasit. Vypínání stejnosměrného proudu je obtížnější než vypínání
proudu střídavého.
Vypínání stejnosměrného proudu stěžuje indukčnost v obvodu, protože se oblouk snaží co nejdéle udržet.
Vypínání střídavého proudu stěžuje malý účiník.
Při vypínání stejnosměrného proudu vznikají na kladném kontaktu důlky a na záporném výstupky.
Při vypínání střídavého proudu se oba kontakty poškozují rovnoměrně. Vznikají důlky a perličky. Elektrické
oblouky mezi kontakty spínače se zhášejí následujícími způsoby:
Zhášení elektrických oblouků
- Rychlým oddálením kontaktů od sebe a natažemím se elektrický oblouk přetrhne a zhasne.
- Přetržením elektrického oblouku na více místech (můstkové kontakty)
- Vyfouknutím oblouku magnetickým polem pro zhášecí kontakty
- V olejové lázni, do které jsou trvale kontakty ponořeny. V okolí kontaktu spínače vznikne bublina, která se
ochlazuje okólním olejem
- Odpařováním destilované vody nebo oleje. Elektrický oblouk hořící ve stlačené páře uhasne, jestliže se pára
rychle podrobí expanzi
- Stlačeným vzduchem, který se přímo přivádí k oblouku. Vzduch oblouk ochlazuje a vyfoukne do zhášecí
komory, kde se roztříští a zhasne
- Plynem s elektronegativními vlastnostmi (fluoridu sírovém, oxidu uhličitým)
Svorky a svorkovnice
Svorky Svorka slouží pro mechanické sevření vodiče a jeho elektrické spojení k jinému vodiči.
Těleso svorky může být pokud se má zabránit náhodnému doteku opatřeno izolací.
Podle provedení rozeznáváme svorky:
- Šroubové (hlavičkové)
- Zdřířkové
- Příložkové
- Plášťové
- Bezšroubové
- Univerzální
Pro svorky podle normy ČSN EN 60999 určeny normalizované připojovací rozsahy podle průřezu vodičů: 0,2;
0,5; 1; 1,5; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 35 mm2
Každá svorka musí být schopna připojit vodič i pruřezu menšího než je sama (alespoň o 2 stupně).
Svorky jsou v zásadě vhodné jen pro připojení jednoho vodiče a musí být schopnny připojit i "neupravený"
vodič, tj. vodič, který je například opatřen nalisovávací dutinkou, atd.
Svorkovnice
Je prvkem, který nese jeden nebo více vzájemně izolovaných souborů svorek.
Svorkovnice musí být upevněna na podložku, přitom spolu se svorkami musí vydržet mechanické namáhání,
které je většinou spojeno především s připojováním vodičů do svorek, ale i s namáháním při provozu.
Na svorkovnici by mělo být uvedeno:
- Norma, kterou splňuje
- Průřez
- Izolační napětí (50, 100, 250, 320, 400, 500, 630, 800, 1000 V)
Svorkovnici je nutno umístit tak, aby byla schopna odvádět teplo.
Opatření proti zahřívání ve svorce
Svorka je místo, kde se vodič nejvíce zahřívá (průchodem proudu). Tím může degradovat izolace, čímž může
vzniknout zkrat.
Aby se svorky nezahřívali je nutno dodržet následující zásady:
- Zachovat ve svorce určitý tlak na vodič
- Izolaci vodičů volit podle tepelného namáhání ve svorce
- Vodiče vícežilového kobelu vedoucí do svorkovnice se vzájemně oddálí
Ochranné svorky
Na spolehlivém připojení ochranného vodiče závisí bezpečnost elektrického zařízení. Svorky jsou nejčastěji
šrouborovité a jedna část je obvykle zhotovena z materiálu, které lépe odolává korozi (nejčastěji z mosazi).
Ochranná svorkovnice musí být bezpečně připevněna k podložce, aby se vyloučila elektrolytická koroze.
Ochranné svorkovnice musí mít žluto-zelenou barvu.
Spínací přístroje
Jsou určeny ke spínání elektrických obvodů.
Nejduležitější vlastností spínače je hustota spínání, což znamená kolik zapnutí a vypnutí snese spínač bez
poškození.
Rozdělení spínacích přístrojů
- Spínače
- Rozpojovače
- Zásuvky a vidlice
Prodle druhu spínaného elektrického proudu rozeznáváme spínače:
- Stejnosměrné
- Střídavé
Podle velikosti napětí rozeznáváme spínače na:
- malé napětí (MN - do 50 V)
- nízké napětí (NN - 50 V - 1000 V)
- vysoké napětí (VN - 1 kV - 72,5 kV)
- velmi vysoké napětí (VVN - 72,5 kV - 787 kV)
- zvlášť vysoké napětí (ZVN nad 787 kV)
Podle počtu pólů rozdělujeme spínače na:
- Jednopólové
- Dvoupólové
- Trojpólové
- Mnohopólové
Podle způsobu montáže rozlišujeme spínače:
- Spínače pro montáž uvnitř budov
- Spínače pro venkovní montáž
Nejduležitější částí spínače jsou kontakty, které po vzájemném styku přenáší elektrický proud.
Podle konstrukčního provedení rozeznáváme kontakty:
- Nožové
- Lamelové
- Palcové
- Kladívkové
- Valcové
Spínače mají jeden kontakt pevný a druhý pohyblivý, obvod je sepnutý, pokud se oba kontakty vzájemně
dotýkají.
Spínače nízkého napětí
Spínač
Použití nebo charakteristika
Drobné
Pro domovní a průmyslový rozvod.
Pákové
Mají nožové nebo kartáčkové kontakty.
Kloubové
Spínají třífázové obvody.
Stiskací
Zapnutí tahem, vypnutí stiskem (u cirkulárek).
Deskové
Pro odporové stupně reostatu.
Válcové
Otočné měděné válcové segmenty, ke kterým doléhají opracovaní měděné válce.
Vačkové
Kontakty ovládané vačkami.
Programové Motorek s převodovkou (u automatických praček).
Kontroléry Spínají obvody v postupném pořadí.
Spouštěče
Pro spouštění elektrických motorů.
Stykače
Jejich kontakty drží v zapnuté poloze cizí síla (elektromagnet).
Jističe
Spínají a zároveň jistí elektrické obvody, samočině vypínají nadproudy.
Chrániče
Ochrana před nebezpečným dotykem.
Zvláštní spínače
Spínač
Použití nebo charakteristika
Rtuťové
Pevné kontakty zatavené ve skleněné baňce se spojují pohybem rtuti v baňce.
Tlakové
Spínač je ovládán změnou tlaku vzduchu (kompresory).
Termostaty
Spínač je ovládán změnou teploty.
Plovákové
Spínač je ovládán změnou výšky vodní hladiny.
Koncové
Spínač ovládá support stroje.
Mikrospínače Velmi rychlé spínání a rozpínání elektrických obvodů.
Sporáková kombinace
Zpravidla se jedná o třífázový vypínač pro připojování vysokoenergetických spotřebičů, jako jsou například
elektrické sporáky, akumulační kamna, atd.
Po odšroubování krytu jsou vidět 3 fázové svorky a svorky pro připojení středního a ochranného vodiče (U
třífázový spotřebičů musí být sepnuty všechny tři fáze najednou).
Druhy
- Se signálkou (doutnavkou)
- S odlehčovacím relé
- Páčkový, tlačítkový (tahem zapni, stiskem vypni)
Odpojovače a výkonové vypínače VN
Odpojovače se používají pro zapojování a odpojování elektrických obvodů bez zatížení a k viditelnému
odpojení elektrického zařízení od napětí.
Rozdělení odpojovačů:
- Nožové
- Rotační
- Sklápěcí
- Nůžkové nebo pantografické
Pohon odpojovačů může být ruční s ovládáním izolační tyčí nebo ruční s tzv. průběžným hřídelem a všechny tři
nože jsou ovládány průběžně. Ovládání může být také tlakovzdušné, kdy pohyblivé kontakty jsou ovládány
stlačeným vzduchem.
Další vypínače:
Vypínač
Charakteristika
Přepojovače
Přepojovače se podobají nožovým odpojovačům, ale lze s nimi spínat dva různé nezatížené
obvody.
Úsečníky
Jsou venkovní spínače pro montáž přímo na stožár pro vedení do 35 kV k viditelnému odpojení
odboček vedení. Spínací úkony se provádějí ručně.
Odpínače
Jsou to spínače, které jsou schopny spínat a vypínat proudy v rozsahu až do hodnoty svého
jmenovitého vypínacího proudu. Nejsou schpné vypínat zkratové proudy, ale v zapnutém je musí
převádět bez poškození.
Výkonové vypínače Mají schopnost zapínat a vypínat všchny proudy vyskytující se v elektrických obvodech, i proudy
VN, VVN
zkratové.
Způsoby zhášení elektrického oblouku požívanými u výkonových výpínačů:
Způsob
zhášení
Charakteristika
Expanzní
Zhášení elektrického oblouku probíhá ve vzhášecí komoře odpařováním destilované vody, která je
upravena proti zamrznutí a obarvena fosforeskujícím barvivem (expanziv). Proti zamrznutí se používá
glycerín.
Maloolejové
Ve zhášecí komoře je olej, který se odpařuje.
Tlakovzdušené
Ke zhášení elektrického oblouku se používá stlačený vzduch (1 MPa - 2,5 MPa), který je vháněn mezi
kontakty.
Plynotvorné
Na zhášení elektrického oblouku se používá suché hasivo, například fíbr.
Tlakoplyné
Zhášení elektrického oblouku probíhá v uzavřené komoře ve které je fluorid sírový, který se již
nevypouští do okolního prostředí.
Magnetické
Magnetické pole vhání elektrický oblouk do keramické zhášecí komory.
Elektromagnety
Jsou přístroje, které využívají účinků elektrického proudu.
Rozdělení elektromagnetů podle druhu proudu:
- Stejnosměrné
- Střídavě (1~ a 3~)
Podle použití rozeznáváme elektromagnety na:
- Pohybové elektromagnety, kde pohyb kotvy koná mechanickou práci a používají se na brzdy, spínací
přístroje, ventily, apod.
- Přídržné elektromagnety, dokáží „přidržet“ feromagnetický materiál
- Speciální elektromagnety na elektromagnetické spojky, laboratorní magnety pro výzkum
Relé
Je pulzní přístroj, který se uvádí v činnost změnou elektrické nebo jiné fyzikální veličiny. Relé je prvkem pro
samočinné a dalkové řízení elektrických zařízení.
Relé rozeznáváme:
- Nadproudová
- Podproudová
- Podpěťová
- Nadpěťová
Nadproudové relé
Začne působit, jakmile dosáhne velikost elektrického proudu v obvodu určité velikosti.
Podproudová relé
Začne působit, jakmile poklesne velikost elektrického proudu v obvodu pod určitou velikost.
Podpěťové relé
Začne působit, jakmile poklesne velikost elektrického napětí pod určitou velikost.
Zpětné relé
Začne působit, jakmile se změní smysl elektrického proudu v obvodu.
Podle časové nastavení rozeznáváme relé:
1) Nezávislá
2) Závislá
3) Polozávislá
Nezávislá relé
Během nastavené doby vypne všechny proudy od určité velikosti.
Závislá relé
Vypíná elektrické obvody za dobu kratší čím je větší velikost elektrického proudu.
Polozávislá relé
Do určitého zatížení a při větších přetížení vypíná elektrické obvody za stejnou dobu.
Popis činnosti nadproudového relé
Zvětšíli se elektrický proud v elektrickém obvodě nad stanovenou hodnotu, přitáhne elektromagnet kotvu, tím
se uvolní pružina, která vypne vypínač.
Popis činnosti podpěťového relé
Na kotvu elektromagnetu působí 2 síly, je to přítažlivá síla elektromagnetu a tažná síla pružiny. Při správné
velikosti napětí je elektromagnet silnější než síla pružiny - relé je zapnuté. Při poklesu napětí je síla pružiny
větší, pružina odtáhne kotvu, uvolní ozub a relé vypne.
Stykače
Stykač je spínač silových obvodů a může být ovládán z více míst.
Druhy stykačů
Podle počtu spínaných fází
- Jednofázové: Spínají pouze jednu fázi
- Třífázové: Spínají všechny tři fáze
Podle principu sepnutí
- Pneumatické: Sílá pro spínání a rozpínání je vyvyjena stlačeným vzduchem (přívod vzduchu je ovládán z
ovládacího místa).
- Elektropneumatický: Přívod stlačeného vzduchu je ovládán elekricky řízenými ventily.
- Elektromagnetické: Nejčastější typ; Síla pro sepnutí je vyvynuta elektromagnetem, jehiž přívod (elektrické
energie) řídicího obvodu může být ovládán z více míst.
Podle velikosti spínaného proudu [A]
- 6, 10, 16, 25, 40, 63, 100A
Označení svorek stykačů
A1,A2: Svorky cívky L1, L2, L3: Svorky pro přívod
T1, T2, T3: Svorky pro spínané zařízení
1, 2, 3, 4,...: Svorky pomocných kontaktů (spínacích, rozpínacích)
Princip stykače
Přivedením proudu do cívek se vytvoří magnetické pole, které přitáhne kotvu, která překlene jednotlivé
kontakty (L1 a T1, L2 a T2, L3 a T3), čímž dojde k zapnutí spotřebiče.
Popis stykče
Běžné stykače mají 3 páry hlavních kontaktů (pro spínání spotřebičů), 1 pár kontaktů cívky, minimálně 2 pár
pomocných kontaktů (spínací a rozpínací).
Pojistky nízkého napětí
Pojistky jistí elektrické obvody, tím, že zkratový proud přetaví tavný drátek v pojistkové vložce a tím přeruší
elektrický obvod.
Rozeznáváme pojistky:
1) Závitové
2) Nožové
Kontakty pojistky jsou spojeny s tavným drátkem z olova nebo jiného snadno tavitelného materiálu. Drátek je
obalen křemičitým pískem, kvůli snadnému odvodu tepla a zabránění případného požáru.
Pojistky ještě dělíme podle rychlosti "přerušení" elektrického obvodu na:
1) Pomalé
2) Rychlé
Pomalé pojistky jsou určeny na jištění vedení k elektromotorům a bývá označena:
Výhody pojistek oproti jističum
- rychlost pusobeni
- omezovani zkratoveho proudu
- male rozmery
- zadna udrzba
Zásuvná pojistka
Pojistková vložka vypadá jako krátký izolační válaček a jeho čelní ploch y jsou uzavřeny kovovými čepičkami,
které přechází v zásuvné nože. Na přední starně válečku je malé okénko s lesklou značkou, která při přetavení
tavného dratku zčerná. Tyto pojistky lze použít jako odpojovače, protože zaručují viditelné rozpojení
elektrického obvodu. Vyrábějí se pro proudy od 100 A do 600 A. Pro vypínací proudy až 100 kA.
Oznaceni zavitovych pojistek
A - Normalni bez oznaceni
B - Zpozdene - s ulitou sneka
C - Se zvysenou zkratovou odolnosti
Pojistkove vlozky pro zavitove pojistky
Velikost patice
E16
E21
E27
E33
Velikost
Charakteristika
Proudové hodnoty
0
Do 500 V
Pro sdělovací prostředky
2A
4A
6A
10 A
15/16 A
I
Do 500 V
Do 250 V
Pro sdělovací prostředky
2A
4A
6A
10 A
15/16 A
Do 500 V
Do 250 V
Zpožděné
2A
4A
6A
10 A
16 A
20 A
25 A
Se zvýšenou zkratovou odolností do 500 V
2A
4A
6A
10 A
16 A
20 A
25 A
60 kA
100 kA
Do 250 V
Do 500 V
Zpožděné
35 A
50 A
63 A
II
III
Barvy pojistných spodků
Velikost proudu [A]
Barva terčíku
2
Růžová
4
Hnědá
6
Zelená
10
Červená
16
Šedá
20
Modrá
25
Žlutá
35
Černá
50
Bílá
63
Měděná
80
Stříbrná
100
Červená
Jističe
Samočinné vypínače, spínají a jistí elektrické obvody. Při přetížení prochází větší proud, který "otepluje"
tepelnou pojistku (bimetal) a ta vypne jistič (přeruší se obvod).
Značka jističe v elektrických schématech
Rozdělení jističů
podle proudu:
1) Stejnosměrné
2) Střídavé
3) Stejnosměrné i střídavé
Podle počtu pólů
1) Jednopólové
2) Trojpólové
3) Mnohopólové
Podle zapínání
1) Ruční
2) Samočinné (s táhovým nebo plovákovým spínačem)
Podle typu spouště
1) Kombinace tepelné a elektromagnetické spouště
2) Kombinace elektromagnetické, tepelné a podpěťové spouště
Vypínací charakteristiky jističu AC
Dřívější Dnešní
Popis
Rozmezí použitelnosti
v násobcích jmenovitého proudu
L
B
Vedení - rychlé vypnutí
3x - 5x
U
C
Motorová vedení (malé výkony)
5x - 10x
M
D
Motorová vedení
10x - 20x
Z
Obvody s polovodiči (s elektronikou) a vyšší impedancí
Princip jednopólového jističe
Elektrický proud prochází jističem z pevného kontaktu na pohyblivý, tepelnou a elektromagnetickou spouští a
zhášecí cívku. Při zkratu se vtáhne jádro do cívky a uvolní volnoběžku, která obvod rozpojí.
Při přetížení nadproudem se zahřeje dvojkov (bimetal) tepelné spouště, prohne se a stlačí jádro
elektromagnetu, tím se uvolní volnoběžka, která a obvod rozpojí.
Barvy vypínacích páček jističů
Velikost proudu [A]
Barva páčky
6
Zelená
10
Červená
13
Písková
16
Šedá
20
Modrá
25
Žlutá
32
Fialová
40
Černá
50
Bílá
63
Měděná
Proudový chránič
Podstatou proudového chrániče je součtový měřící transformátor proudu, který reaguje na každou
nesouměrnost v odběru elektrické energie.
Princip trojfázového proudového chrániče
Pokud je trojfázová soustava zatěžována souměrně, rovná se součet okamžitých hodnot u trojfázového proudu
0 a v jádru transformátoru se neindukuje žádný magnetický tok, ve výstupním vinutí transformátoru se také
neindukuje žádné napětí. Teprve jde-li z některá z fází do země, vznikne v transformátoru proudová
nesouměrnost a v jádru se začne indukovat magnetický tok, který indukuje napětí ve výstupním vinutí, tím se
uvede v činnost cívka vypínacího mechanismu.
Proudové chrániče se používají tam, kde jsou vodivé kostry elektrických zařízení uzemněny.
Proudové chrániče mají citlivost 30 mA, 300 mA a 500 mA.
Proudový chránič nejistí před přetížením a zkratem, proto se musí předřadit pojistka nebo jistič.
Podmínky pro ochranu proudovými chrániči
1) Chráněné části musí být spojeny se zemničem, jehož zemní odpor nepřevyšuje podím dotykového napětí a
rozdílového proudu
2) Chráničem musí procházet všchny pracovní vodiče. Vodič se musí připojit nejdřív na svorku chrániče a pak
na přípojnici N a vypnout musí všechny vodiče, které jim prochází
3) Chráničem nesmí procházet ochraný vodič (norma ČSN nedovoluje ochranné vodiče (PE) jistit, chránit,
spínat a přerušovat)
4) Chránič se musí kontrolovat cca 1x měsíčně.
Umístění proudových chráničů
- Prostory s vanou nebo sprchou či plaveckým bazénem
- Staveniště, demolice
- Zemědělská a zahradnické zařízení
- Omezené vodivé prostory
- Venkovní prostory
Doporučenéné umístění:
- Kuchyně
- Domácí dílna, garáž
- Rekreační objekty
Napěťový chránič
Je to stykač ovládající cívkou na rozdíl potenciálů mezi chráněnými neživými částmi mezi spotřebičem a zemí.
Pomocný zemnič smí mít odpor až 200 W a musí být uložen v tzv. „ideální zemi“, to je ve vzdálenosti alespoň
15 m od jinných a náhodných zemničů. pro zajištění plné funkce chrániče musí být splněny tyto podmínky:
1) Chránič musí vypínat všchny vodiče přivedené ke chráněnému předmětu (i PEN).
2) Ochranný vodič i svod pomocnému zemniči musí mít minimální průřez (v trubce) 1,5 mm2 pro měď a 2,5
mm2 pro hliník.
3) Pomocný zemnič musí být samostatný.
Napěťový chránič není závislý na napětí sítě a závislost na odporu zemění je poměrně malá.
Napěťový chránič nejistí před přetížením a zkratem, proto se musí předřadit pojistka nebo jistič.
Použití napěťového chrániče
- K zajištění ochrany při poruše jiného ochranného
- Jesliže jiné ochranné zařízení nelze použít (kvůli vysokému výkonu)
- Jesliže má zařízení velmi nízkou úroveň izolace (např. elektrické pece)
Bleskojistky
Svodiče přepětí jsou přístroje k omezení přepětí na přípustnou velikost bezpečnou pro připojené zařízení.
Přepětí vzniká hlavně:
- při spínacích pochodech, například zkratového proudu
- vypínání
- při náhlém odlehčení generátoru
- při vypínání transformátoru naprázdno apod.
Přepětí může být i atmosférického původy, tedy při bouřce. Proti přepětí se elektrická zařízení chrání
bleskojistkami.
Rozdělení svodičů přepětí
1) Ochranná jiskřiště
2) Bleskojistky
3) Průrazníky
Ochranná jiskřiště se používá k ochraně méně důležitých zařízení s malým výkonem.
Vyfukovací bleskojistka (torokova trubice)
Skládá se ze dvou sériových jiskřišť. Vnější jiskřiště se vytváří tak, že se bleskojistka umístí v určité vzdálenosti
od živé části, která má chránit fázový vodič, který je v místě jiskřiště zesílen proti opalování.
Vnitřní jiskřiště se skládá ze dvou elektród a jsou v trubici z fíbru nebo umělé pryskyřice.
Při přepětí vznikne v trubici elektrický oblouk jehož teplem se v trubici vytvoří velké množství plynů (fíbr
uhelnatý), zvýší se tlak a plyny prudce vyfouknou otvorem k uzemňovací elektrodě a oblouk zhasne.
Adaptory
Jsou elektrické přístroje, které se vkládají mezi dva různé elektrické předměty a umožňují jejich funkční a
bezpečné elektrické spojení.
U adaptorů sloužící pro připojování elektrických zařízení třídy ochrany II je třeba, aby na sebe navazovalo
propojení pracovních kontaktů. U adaptorů pro připojování elektrických zařízení třídy ochrany I, k tomuto
propojení pracovních kontaktů přibývá ještě propojení kontaktů ochranného vodiče.
Nejednodušší adaptory jsou tzv. redukce.
Složitější adaptory jsou v podstatě měniče, které přeměňují střídavé napětí v elektrorozvodné síti (v zásuvkách)
na napětí určené pro daný spotřebič většinou (do 12 V).
Na adaptoru by mělo být uvedeno:
- Převáděné veličiny (z AC na DC)
- Výstupní napětí
- Výstupní proud
- Bezpečnostní značky
Značka
Význam
Značka bezpečnostního transformátoru
Značka bezpečnostního transformátoru odolného vůči zkratu
Adaptor by měl být v provedení třídy ochrany II
Rozdělení elektrických strojů
Elektrický stroj přeměňuje elektrickou energii působením elektromagnetické indukce.
Rozdělení elektrických strojů
1) Generátory, které přeměňují mechanickou energii v elektrickou
Generátory rozdělujeme dále na:
a) Dynama, která výrabějí stejnosměrný proud
b) Alternátory, které vyrábějí střídavý proud
2) Motory, které přeměňují elektrickou energii v mechanickou
3) Měniče, které pouze přeměňují druh elektrického proudu
Rozdělení elektrických strojů podle druhu proudu
1) Stejnosměrné
2) Střídavé
3) Stejnosměrné i střídavé
Rozdělení elektrických strojů podle konstrukce
1) Transformátory
2) Indukční (asynchroní) stroje
3) Stejnosměrné stroje
4) Synchronní stroje
5) Střídavé stroje s komutátorem
Kompenzace účiníku
Každý zdroj elektrického střídavého proudu je dimenzován na určité jmenovité napětí Un a jmenovitý proud In a
je schopný dodávat zdánlivý výkon.
Zdánlivý výkon se ve spotřebiči promění na činný výkon P, to jest užitečný výkon, který koná práci a na jalový
výkon Q, jenž ve spotřebiči vytváří magnetické pole. Z toho vyplývá čím větší je úhel fázového posunu, tím je
menší účiník cos j a tím menší je činný výkon neboť při stejném zdánlivém výkonu S je
Z vyplývá: Aby se elektrická energie projevila v užitečnou práci, musí být co nejpříznivější účiník. Toho
dosáhneme, tím, že proved eme kompenzaci účiníku, pomocí kondenzátoru vyrovnáme fázový posun
způsobený indukčními spotřebiči. Při paralelním zapojení cívky a kondenzátoru je magnetizační proud v
protifázi s kapacitním proudem v tom případě se jalový proud rovná rozdílu těchto proudů
protože jalové proudy jsou vyvolány stejným napětím je celkový jalový výkon dodávaný do uzlu.
Bude-li se QL rovná Qc bude Q rovno 0 a elektrická energie zdroje bude od jalového výkonu „odlehčena“.
Kdyby Qc bylo větší než QL, kondenzátor by se stal spotřebičem jalového výkonu, došlo by k
překompenzování obvodu, to se v praxi nesmí vyskyt a proto nekompenzujeme nikdy účiník na 1, ale na 0.95
paralelním připojením k indukčnímu spotřebiči (elektromotoru) odlehčíme od jalového výkonu pouze elektrický
zdroj, né spotřebič, který bez jalov ého příkonu nemůže pracovat. „Zlepšení“ účiníku má za následek menší
úbytky napětí v síti. Podle umístění kondenzátorové baterie rozlišujeme kompenzaci účiníku:
Druhy kompenzací účiníku
Jednotlivou
Při jednotlivé kompenzaci připojujeme kondenzátor paralelně ke spotřebiči, tento způsob se používá u
elektromotorů, které jsou z provozních důvodů předimenzovány a pracují s proměnlivým zatížením nebo u
elektromotorů s velkým příkonem a dlouhou provozní dobou nebo přerušovaným provozem.
Skupinovou
Skupinová kompenzace účiníku je vhodná tam, jde-li o kompenzaci většího počtu menších spotřebičů je v
provozu určitá část, například u stroje s nekolika elektomotory nebo pro skupinu motorů je několik
elektromotorů v provozu. Kondenzátorová baterie se připojuje na přípojnice podružného rozvaděče a má
vlastní pojistky a vypínač a každý kondenzátor má vlastní vybijecí rezistor.
Ústřední
Ustřední kompenzace zlepšuje účiník celého závodu a kompenzátorová baterie se umisťuje u hlavního
rozvaděče, ústřední kompenzace je vhodná při předimenzované nebo nevyužité síti, celá baterie nebývá trvale
připojena, proto vyžaduje obsluhu nebo automatické řízení.
Kombinovanou
Kombinovaná kompenzace je kombinace výše popsanýn kompenzace účiníku.
Soustrojí
Je to název pro dva nebo více strojů na společném hřídeli.
Motorgenerátor
Je to měnič, který se skládá z motoru a generátoru. Je to synchorní nebo asynchroní motor přímo spolejený s
dynamem s paralelním buzením. Používá se tam, kde je potřeba měnit v širokých mezích stejnosměrné napětí
například pro galvanizaci (pokovování) atd.
Motorgenerátor se spalovacím motorem
Používá se jako špičkový zdroj nebo jako záložní zdroj, pro nepřetržité dodávky elektrické energie např. v
nemocnicích, pro výrobu skla, syntetických vláken, atd. Motorgenerátory mohou sloužit v odlehlých provozech,
např. lesní závody, lomy. Soustrojí se stává ze spalovacího motoru, který může být benzínový nebo naftový a z
generátoru.
Leonardova skupina
Skládá se ze střídavého motoru, řídícího dynama, budiče a stejnosměrného motoru. Asynchronní motor pohání
řídící dynamo G2 a budiče G1 (dynamo s paralelním buzením). Řídící dynamo napájí motor M2, který pohání
pracovní stroj. Stroje M1, G1 a G2 jsou mechanicky spojeny hřídelem. Stroje G2 a M2 jsou spojeny elektricky.
Budící proud řídícího dynama se nastavuje potenciometrem RP1, buzení hnacího motoru M2 řídíme reostatem
RP2. Doplníme-li leonardovu skupinu setrvačníkem na hřídeli řídícího dynama G2 vznikne Ilgnerova skupina,
která se používá k pohonu těžkých válcovacích strojů. V setrvačníku se při odlehčení motoru M1 nahromazuje
energie, která je zněho odebírána při špičkových zatížení. Tím se omezují proudové nárazy.
Transformátory
Transformátor se používá ke změně napětí střídavého proudu při stejném kmitočtu. Pracuje na principu
elektromagnetické indukce. Bez točivého pohybu při výrobě elektrické energie je vhodné napětí 100, 200, 400
kV, ale i vyšší podle vzdálenosti a velikosti výkonu. Proto se ve výrobnách elektrické energie instalují zvyšovací
transformátory. Na konci dálkových sítí pracují transformátory ke snížení napětí na vhodnou velikost 10, 22, 35
kV. Další stanice snižují napětí na 400/230 nebo 500 popřípadě 6 000 V.
Rozdělení transformátorů
Druh
transformátoru
Použití transformátoru
Spojovací
Spojují rovnoměrně systémy s různým jmenovitým napětím.
Pojízdné
Pro provoz na silničním, železničním podvozku.
Ohřívací
Pro odporový nebo indukční ohřev.
Pecové
K napájení odporových obloukových pecí.
Svařovací
K svařování elektrickým obloukem.
Obloukové
K udržování elektrického oblouku.
Rozmrazovací
K rozmrazování potrubí velkým proudem a malým napětí.
Natáčivé
Řízení napětí nebo fázového posunu.
Spouštěcí
Ke spouštění elektrických motorů.
Nevýbušné
K provozu ve výbušném prostředí.
Odělovací/Izolační
Pro napájení obvodu, které mají být odděleny od rozvodné sítě
Bezpečnostní
Na ochranu před nebezpečným dotykovým napětím (48, 24, 12 V)
Usměrňovačové
K napájení usměrňovačů, které kromě transformace napětí zajišťují změnu počtu fází, aby
usměrněný proud měl co nejmenší dovolené zvlnění.
Trakční
K napájení trolejového vedení a střídavé trakce.
Lokomotivní
Na lokomotivách se napájejí střídavým proudem hlavní i pomocné obvody
Zkušební
Speciálně upravené například pro zkratové zkoušky či zkoušky vysokých napětí různých
rozvodných zařízení.
Měřící
Pro měření vysokých napetí a proudech.
Popis jednofázového transformátoru
Transformátor se skládá z magnetického obvodu, který je složen z transformátorových plechů s příměsí
křemíku o tloušce 0,5 - 0,35 mm. Dále z vinutí a svorkovnice. Magnetický obvod je uzavřen a na něm jsou
navlečeny dvě cívky. Vstupní cívka se nazývá primární a výstupní se nazývá sekundární. První cívka je
připojená na napětí U1, které se bude transformovat. Na sekundární cívce se nachází již transformované
napětí a je k ní rovněž připojen spotřebič.
Transformátor naprázdno
Připojímeli vstupní vinutí N1 na střídavé napětí U1 a na výstupní napětí N2 nepřipojíme žádnou zátěž, říkáme
že transformátor pracuje naprázdno. Transformátor odebírá proud
, který je fázově posunut o téměř 90°, neboť transformátor představuje indukční zatížení. Indukované napětí v
jednom závitu U1N je stejně velké ve vstupním a výstupním vinutí. Indukované napětí Ui1 a Ui2 jsou přímo
úměrná počtu závitů N1 a N2 takže
a
Převod transformátoru (transformační poměr)
Vypočítá se dle vzorce:
Při chodu transformátoru naprázdno platí
a
Převod transformátoru je také dán poměrem
Napětí jsou přímo úměrná počtu závitů. V okamžiku připojení nezatíženého transformátoru k síti vznikne
proudový náraz, který může být až 15x větší než jmenovitý proud, protože impedance transformátoru je malá.
Po vybuzení magnetického toku se proud ustálí a činí asi 3 - 10 % jmenovitého proudu. Elektrický proud je na
vstupním vinutí fázově posunutý téměř o 90°. Takže účiník cos j je malý.
Zatížení transformátoru
Výstupní napětí U2,vyvolá ve vnějším obvodu proud I2, který prochází vinutím N2 a v jádru budí indukční tok f
2. Tento indukční tok působí vždy proti indukčnímu toku f 1. Při odlehčení se zmenší proud I2, tak že se na
okamžik, zvětší f 2, který ve výstupním vinutí indukuje vyšší napětí ui2, které působí svorkovému napět í ui1,
které protlačí vinutím menší proud. Tím se indukční tok posunuje na svou původní hodnotu. To znamená, že
se při každé změně ve vstupním vinutím indukuje proud, který se přizpůsobo nastalé změně. U ideálního
transformátoru, který je bezeztrát, se zdánlivý příkon
rovná vzdánlivému výkonu
Z tohoto předpokladu je dán vztah převodu transformátoru
Transformátor nakrátko
Výstupní svorky transformátoru jsou spojeny bezodporovou svorkou. Výstupní napětí
a celé výstupní napětí U1 se spotřebovává ve vinutí transformátoru.
a
Řízení napětí na transformátoru
Zmenšováním počtu závitů na výstupní straně snižujeme napětí.
Zmenšováním počtu závitů na primární straně zvyšujeme napětí.
Řízení napětí může být stupňovité nebo plynulé.
Odstupňování se řeší odbočkami na vinutí. Téměř plynulého řízení napětí se dosahuje sběračovým
transformátorem a plynulého natáčivým transformátorem.
Sběrací transformátor
Jsou to transformátory, ve kterých se napětí nastavuje v jemných stupních odpovídajících závitovému napětí.
Izolace výstupního vinutí je odstraněna ve dvou paralelních pásech, po kterých se pohybují 2 kontaktní
uhlíkové kladečky. Posouvání kladeček proti sobě se mění velikost výstupního napětí, dokonce se prohazují i
fáze. Ve středu vinutí, kde kladečky stojí proti sobě se výstupní napětí rovná 0. Při pohybu dolní kladečky od
středu vinutí nahor ů proti výstupnímu napětí je pootočeno o 180°.
Natáčivý transformátor
Je v podstatě třífázový kroužkový motor, který má na hřídely samosvorný šroubový přeod. Takže lze natočit
rotor o libovolný úhel. Statorové a rotorové vinutí se připojuje na vstupní napětí U1 a výstupní napětí se
odebírá z pevných svorek na statoru. Natáčivým transformátorem můžeme plynule řídit napětí v rozsahu:
až
Aby se odstraňovalo fázové posunutí, vyrábějí se dvojité natáčivé transformátory, nichž jsou rotory na společné
hřídeli a jsou zapojeny tak, že fázor výsledného napětí obou napětí indukovaných do statoru má stálý směr
napětí U1
Účinnost transformátoru
Účinnost transformátoru je dána poměrem příkonu a výkonu. Pro plné zatížení jmenovitým výkonem Pn a pro
cos j je účinnost definována vztahem:
Pn = Jmenovitý příkon
P0 = Poměrný výkon naprázdno
Pk = Poměrný výkon nakrátko
Účinnost se mění při zatížení a s účiníkem. Má se udávat (pokud není dohodnuto jinak) pro 100%, 75%, 50%
jmenovitého výkonu a pro cos j = 1; 0,8.
Poměrné ztráty naprázdno
Vypočítají se podle vzorce:
Poměrné ztráty nakrátko
Vypočítají se podle vzorce:
Není správná, aby transformátory byli předimenzované a trvale pracovali s menším výkonem, než je jmenovitý
výkon. Vykazuje horší účinnost primární sítě.
Trojfázové transformátory
Vstupní vinutí bývá spojené do trojúhelníku a výstupní vinutí do hvězdy s vyvedeným nulovým uzlem (bodem).
Na jednom magnetickém obvodě jsou navlečeny tři cívky a každá cívka patří k jedné fázi.
Průzeř jádra bývá u malých transformátorů obdélníkový nebo čtvercový, za to u velkých transformátorů bývá
křížový nebo stupňovitý.
K odvodu tepla, které vzniká ve vinutí průchodem elektrického proudu a v magnetickém obvodu se používá
vzduch, minerální olej, něhořlavá kapalina, někdy plyn a křemičitý písek.
Transformátory chlazené vzduchem se umisťují do speciální skříně. Vzduch je do nich vháněn ventilátorem.
Transformátor chlazený olejem je položen do oleje v ocelové nádobě, která je naplněna transformátorovým
olejem, který zvětšuje elektrickou pevnost a odvádí teplo z povrchu vinutí a z magnetického obvodu.
Transformátory velkých výkonů mají olejové chlazení s nuceným oběhem oleje (čerpadlem).
Spojování vinutí trojfázových
transformátorů
V trojfázovém transformátoru jsou tři samostatná vinutí. Každé vinutí patří jedné fázi a je vyvedeno na svorky
tak, že jsou proti sobě vždy svorky téže fáze vyššího a nižšího napětí, Svorky vyššího napětí označujeme
velkými písmeny a svorky nižšího napětí malými písmeny.
Trojfázové vinutí můžeme spojovat do:
hvězdy (Y)
trojúhelníku (D)
lomené hvězdy (Z)
Spojení do hvězdy
Při spojení do hvězdy a jeli nulový uzel vyveden, získáme dvojí napětí. Fázové napětí o velikosti 230 V mezi
fází a středním vodičem a označuje se Uf a sdružené napětí o velikosti 400 V mezi fázemi se označuje Us.
Spojení do trojúhelníka
Při spojení do trojúhelníka se napětí mezi svorkami rovná fázovému napětí (230 V).
Spojení do lomené hvězdy
Spojení do lomené hvězdy se používá na výstupní straně do výkonu 315 kV, při nesouměrném zatížení sítě a
na straně nižšího napětí.
Paralelní chod transformátorů
Nestačíli transformátor dodávat do sítě elektrický výkon, musíme k němu paralelně připojit další transformátor.
Oba transformátory musí mít stejné jmenovité napětí a stejné napětí nakrátko.
Transformátor s menším napětím nakrátko by dodával do sítě větší výkon a mohlo by se stát, že 1.
transformátor by byl přetížen a druhý by nebyl plně zatížen. Pro paralelní chod musí být splněna ještě jedna
podmínka. Musí být stejný sled fází a hodinový úhel, jinak by mezi transformátory vznikly vyrovnávací proudy.
Zvláštní transformátory
Autotransformátor
Má pouze jedno vinutí. Tedy primární a sekundární jsou spojeny dohromady.
Převod autotransformátoru:
Výkon průchozí:
Autotransformátor je menší a levnější než běžné dvoucívkové transformátory. Čím je poměr napětí U2/U1 bližší
1 tím je úspora větší. Autotransformátor slouží k zvyšování a snižování napětí. Nesmí se používat k
transformování vyskového napětí na nízké a z nízkého napětí na vysoké. Nebezpečné napětí by se dostalo na
stranu nízkého napětí. Autotransformátor se nesmí používat j ako bezpečný transformátor, který musí mít cívky
oddělené.
Svářecí transformátory
Mohou být dvojího proveden. Na odporové svařování je potřeba velmi malé napětí (4 V - 12 V) a velký proud (1
kA - 100 kA). Zato k obloukovému svařování se používá napětí 20 V - 40 V pro udržování oblouku.
Svařovací transformátor má na výstupní straně nejvíce jeden závit z lité mědi, který má kanálky, ve kterých
protéká chladící voda. Velikost proudu se řídí pomocí odboček na primární straně. Velké svařovací
transformátory odbočky nemají, za to mají autotransformátor, který slouží pro regulaci proudu.
Obloukové svařování
K zapálení oblouku se používá asi 40 V - 70 V. K udržení oblouku se používá napětí nižší kolem 20 V - 25 V
odpor má zápornou charakteristiku, že při zapálení oblouku klesne napětí, ale zvětší se proud a naopak.
Velikost proudu se reguluje oddalováním, vysouváním nebo natáčením magnetického obvodu.
Přístrojové transformátory
Slouží k odělování elektrických obvodů. Dělí se na měřící a jistící. Měřící transnsformátory dělíme na měření
napetí a na měření proudu. Měřícím transformátorem na napětí napájíme Voltmetr přiměření střídavého
velkého střídavého napětí.
Měřícím transformátorem na proud napájíme Ampérmetr při měření velkého střídavého proudu.
Při měření se zapojuje vstupní vinutí do série se zátěží. Na svorky výstupního napětí se připojuje Ampérmetr.
Výstupní obvod je Ampérmetrem spojen nakrátko a nesmíme ho nikdy při měření rozpojit. Vstupní proud by
jádro přetížil a to by se nebezpečně zahřálo. Do výstupního vinutí by se indukovalo vysoké napětí a „ohrozilo
by bezpečnost obsluhy“.
Chceme-li například vyměnit Ampérmetr, musíme svorky výstupního napětí spojit nakrátko. Z bezpečnostních
důvodů se uzemňuje i výstupní vinutí měřícího transformátoru.
Jistící transformátory
Slouží k napájení ochran zabezpečující provoz nebo omezují poruchy elektrických strojů a zařízeních.
Pecové transformátory
Slouží pro elektrické obloukové nebo indukční (nízkofrekv enční) pece. Výstupní napětí bývá od 4 V - 500 V o
výkonu 10 kW - 80 MW. Výstupním vinutí z měděných pásů nebo trubek protéká chladící voda.
V indukčních (nízkofrekvenčních) pecí je transformátor součástí pece. Na jádru je pouze vstupní vinutí,
výstupní vinutí s jedním závitem tvoří tavenina.
Tlumivky a reaktory
Tlumivka se konstrukčně podobá transformátoru. Střídavý elektrický proud, který protéká tlumivkou vytváří
střídavý indukční tok, který ve vinutí tlumivky indukuje napětí Ui rovnající se úbytku napětí na tlumivce, takže
způsobuje snížení napětí za tlumivkou. Máli tlumivka jádro z elektrotechnických plechů, sleduje charakteristiku
tlumivky magnetizační křivka. Tlumivka bez jádra nebo s jádrem indukovaného materiálu má tvar
charakteristickou křivku rovnou. Tlumivky mají malý činný odpor, proto jej můžeme zanedbat. Reaktance
tlumivky je:
Reaktance = Jalový odpor
Reaktance tlumivky = Indukční odpor tlumivky
Tlumivky se železným jádrem mají hned zpočátku velkou reaktanci. Čím více je jádro syceno tím je reaktance
menší. Magnetický obvod tlumivky se železným jádrem a s mezerami z nemagnetického materiálu, aby změna
úbytku napětí byla úměrná proudu v širokém rozsahu. Vyrábějí se železná jádra tlumivek s nemagnetickými
mezerami.
Tlumivky se železným jádrem se používají ke snížení napětí na spotřebiči, ke zmenšení proudového nárazu při
spouštění střídavých motorů, předřazují se transformátorům s menším napětím nakrátko při paralelním chodu
nebo se paralelně připojují k vedení vvn pro kompenzaci kapacitních nabíjecích proudů.
Reaktory
Jsou to tlumivky k omezení zkratových proudů u elektrických zařízení. Jsou vždy bez jádra a jejich vinutí se
zhotovuje z měděných nebo hliníkových pásů nebo kabelů a musí být velmi dobře zajištěno proti dynamickým
účinkům sil při zkratu, například se zalijí do betónu. Vyrábějí se jednofázové, třífázové, vzduchové a olejové.
Transduktory
Podstatou je přesytka, je to tlumivka sferomagnetickým jádrem bez vzduchové mezery. A můžeme měnit
indukčnost sycením jádra stejnosměrným proudem.
Ja jádru jsou umístěná dvě vinutí. Jedno vinutí (N1) má hodně závitů a je připojeno na zdroj stejnosměrného
napětí (U1). Druhé vinutí má N2 závitů a je připojeno na zdroj střídavého napětí U2. Stejnosměrným proudem
dosáhneme nasicením jádra, které odpovídá na magnetizační křivce bodu P2 a proto takovéto tlumivce říkáme
přesytka. Z magnetizační křivky je vidět čím větší je intenzita magnetického pole tím menší je permeabilita a
tím menší je magnetická vodivost. Čím menší je magnetická vodivost jádra tím menší je indukčnost přesytky a
tedy indukční reaktance a tím větší je střídavý proud I2.
V některých případech lze zapojovat transduktory do série.
Transduktory jsou vhodné tam, kde se vyžaduje dlouhý technický život, robustnost, přetíženost a velká
spolehlivost, při řízení teploty a výkonů elektrických pecí při řízení otáček stejnosměrných motorů a u stmívací
jednotek pro jevištní techniku. Pro jiné aplikace jsou vytlačována tyristovými zesilovači, které pracují rychleji a
jsou menší a lehčí.
Synchronní stroje
Stavba synchronního stroje
Generátoru na střídavý proud říkáme Alternátor, který se stává ze statoru, rotoru a budiče. Stator má tvar
dutého válce a je svařen z plechů a je vyztužen žebry. Uvnitř pláště je magnetický obvod složený z
elektrotechnický plechů o tloušce 0.5 mm. Plechy jsou od sebe od sebe izolovány lakem nebo hedvábným
papírem, aby se omezily ztráty v železe. U velkých alternátorů je magnetický obvod složen ze segmentů. Při
skládání plechů se ukládají distanční vložky přibližně po každé 3-5 cm vrstvě plechů, aby Vznikly chladící
kanálky, kterými proudí chladící vzduch nebo vodík. Na vnitřním obvodu statorových plechů jsou drážky a pod
nima je uloženo vinutí z měděných vodičů, které jsou izolovány hedvábím, bavlnou nebo skelným vláknem.
Synchronní stroj je takový točivý stroj jehož kmitočet svorkového napětí je přímo úměrný otáčkám.
Rozdělení synchronních strojů
1) Alternátory
a) Turboalternátory - Pohon parní nebo plynový
b) Hydroalternátory - Vodní turbína
2) Synchronní motory - Otáčky jsou dány kmitočtem sítě (3000 ot/min)
3) Synchronní kompenzátory - Slouží pro řízení účiníku
4) Synchorní kolektory - Přímo přeměňují střídavý proud na stejnosměrný nebo opačně, tzv. jednokotvový
měnič.
5) Středofrekvenční alternátory - Slouží k výrobě proudu od 2 kHz - 10 kHz, hlavně pro potřeby metalurgie.
Podle uspořádání rotoru jsou synchronní stroje s výjádřenými poly rozděleny na:
1) Rotor je složen z rotorového kola na kterém je upevněn určitý počet pólů (4 a více) a každý pól má svojí
budící cívku, která je napájená ze zvláštního zdroje (derivační dynamo).
2) S hladkým rotorem, který tvoří pevný válec, který má na povrchu drážky a vnich je uloženo soustředné
budící vinutí napájené stejnosměrným proudem, rovněž ze vzláštního zdroje.
Alternátory a synchronní motory jsou zpravidla třífázové, protože při porovnání s jednofázovými mají přednosti.
Třífázový alternátor je výhodný protože že ho lze hospodárně vyrobit pro velké výkonu. Ve spojení s
transformátorem umožní hospodárný přenos na velké vzdálenosti. Trojfázová soustava dává k dispozici dvojí
napětí: sdružené a fázové. Sdružené napětí (mezi fázemi) má hodnotu 400 V a fázové napětí (mezi fází a
středním vodičem) má hodnotu 230 V. Stroje na výrobu elektrické energie mívají magnety umístěné na rotoru a
vinutí na statoru, protože odebíraní vysokých napětí z vinutí rotoru by způsobovalo velké těžkosti (opalování
uhlíkových kartáčků elektrickým jiskřením).
Turboalternátory
Jsou alternátory poháněné parními turbínamy zpravidla na otáčky 3000 za minutu. Rotor alernátoru je
vzhledem k vysokým otáčkám, vždy hladký. Bývá vykován z jednoho kusu speciální chromniklové oceli s
přísadou modlidbenu. Do válce rotoru jsou vyfrézovány drážky pro rotorové budící vinutí napájené
stejnosměrným proudem. Drážky rotoru nejsou po celém, ale ve dve dvou osově souměrných částech. Takže
po vložení vinutí do drážek vznikne dvoupólový rotor. Konce vinutí jsou vyvedena ke dvěma koncům ke kterým
se přivádí stejnosměrný proud přes dvoje uhlíkové kartáčky po natažení vinutí jsou drážky uzavřeny
bronzovými nebo duralovými klíny.
Hydroalternátory
Má proti předchozím aleternátorům větší průměr, ale menší délku, protože je to pomaloběžný stroj. Jeho rotor
má vždy vyniklé póly. Tyto alternátory jsou poháněny Kapalonovými turbínai nebo Frenccisovými a zřídka
Peltronovými turbínami.
Paralelní chod alternátorů
Elektrické rozvodné sítě jsou zásobovány energii z mnoha elektráren. Jejich alternátory jsou k síti připojeny
paralelně. Každý alternátor, který m á výt připojen k síti musí mít se sítí:
- Stejný sled fází (kontroluje se pouze při montáži)
- Stejné napětí (zjišťuje se voltmetrem se dvěma měřícími systémy, jeden udává napětí sítě a druhý udává
napětí alternátoru)
- Stejný kmitočet (závisí na otáčkách a se stítí se porovnává dvojítým kmitoměrem)
- Napětí ve fázi
Fázování se provádí automaticky. Okamžitá hodnota obou napětí musí být stejná, nesmí být žádný fázový
posun, měření se provádí synchronoskopem.
Synchronní motory
Mají stejnou konstrukci jako alternátory a alternátory lze použít jako synchronní motory a naopak. Připojíme-li
synchronní motor k síti odebírá z ní trojfázový proud, který ve statoru vytváří točivé magnetické pole. Rotor
motoru budíme stejnosměrným proudem (jako v alternátoru), který vedeme jednotlivých pólů. Jestliže je rotor v
klidu střídají se póly točivého magnetického pole statoru a polý rotoru tak rychle, že se během jedné půl
periody přitahují a při drůhé půl periodě odpuzují. Střídání je tak rychlé že rotor vlivem své hmotnosti zůstane v
klidu, to znamená, že synchronní motor nevyvine z klidu točivý moment. Jestliže ale roztočíme rotor na
synchronní otáčky a stator připojíme k síti rotor se bude synchronně otáčet s točivým magnetickým polem
statoru i v případě, že pomocný motor odpojíme. Při rozběhu velkých synchronních motorů je proud příliš velký
a proto tyto motory spouštíme přes tlumivku zapojenou do uzlu synchronního vinutí při rozběhu spojíme
spouštěcí tlumivku, dvoupólovým vypínačem nakrátko, nevýhodou je že záběrový moment je menší. Tyto
motory lze spouštět přes autotransformátor. Při spouštění nastavíme vhodné napětí a během roznběhu ho
můžeme zvyšovat. Po rozběhu se odpojí přepínačem. Po dosažení jmenovitých otáček autotransformátor
odpojíme přepínačem od sítě. Menší motory se připojí k síti přímo nebo přepínačem statorového vinutí Y/D.
Použití pro pohony s velkými výkony kde nepotřebujeme řízené otáčky, změna smyslu otáčení a příliš časté
spouštění. Jejich výhodou je dobrý účiník a velká účinnost. Otáčky jsou stále a jejich nevýhodou je, že se
vyrábějí na otáčky dané vzorcem:
Otáčky nelze řídit. Na buzení používáme zdroj stejnosměrného proudu.
Asynchronní (indukční) motory
Asynchronní (indukční) stroj je točivý elektrický stroj, jehož magnetický obvod je malou mezerou rozdělen na
dvě části, na stator a rotor. Obě části jsou opatřeny vinutím. Jeno vinutí je obvykle statorové a je připojeno na
zdroj střídavého elektrického proudu a druhé vinutí, obvykle rotorové je spojeno nakrátko a proud v něm vzniká
elektromagnetickou indukcí jako v transformátoru, a proto tedy název indukční stroj. Tyto motory jsou
jednoduché, spolehlivé a nevyžadují velkou obsluhu a údržbu.
Asynchronní (indukční) motor může být podle statorového vinutí:
a) Trojfázový
b) Jednofázový (pro malé výkony)
A podle rotorového vinutí:
a) Motor nakrátko
b) Kroužkový motor
Motor nakrátko
Motor nakrátko má rotorové vinutí spojeno nakrátko trvale. Vinutí je zhotoveno z masivních magnetických tyčí
spojeno na obou stranách vodivými kruhy.
Kroužkový motor
Kroužkový motor má na rotoru vinutí, začátky vinutí jsou vyvedeny na tři kroužky umístěné na hřídeli, na
kroužky dosedají sběrací kartáče s jejichž pomocí můžeme do rotorového vinutí řadit vhodný odpor a tím
zmenšit záběrový proud v motorunebo jeho otáčky a zvětšit záběrový moment.
Motor s dvojitou klecí
Asynchronní motor s dvojitou klecí má na rotoru dvě samostatné klece, původně vnější bývá z mosazi nebo
bronzu, má velký činný odpor a malou indukční reaktanci, uplatňuje se při rozběhu motoru, Říkáme jí
rozběhová klec. Vnitřní klec je zhotovena z mědi, její činný odpor je malý, ale indukční reaktance je velká (při
rozběhu). Motor s dvojitou klecí se používá v motoru vyžadující velký záběrový moment a časté spouštění.
Motor s vírovou klecí
Motor má na rotoru klec z úzkých vysokých tyčí, takže drážky jsou hluboké, činný odpor každého vodiče je
stejný, ale jejich indukční reaktance je tím větší, čím hlouběji je vodič v drážce uložen. Při rozběhu proto
dochází největší proud horní částí tyče. Vzrůstajícími otáčkami tento ujev mizí a při plném běhu je proud
rozdělen po celém průřezu tyče. Motor s vírovou klecí má podobné vlastnosti jako motor s dvojitou klecí, ale
výrobně je jednodušší.
Svorkovnice 3~ asynchronního motoru
Podle napětí, pro které je motor určen (tato informace je uvedena na štítku motoru) se musíme rozhodnout zda
motor zapojíme do hvězdy či do trojúhelníku.
Zapojení do hvězdy
Zapojení se používá pokud se motor připojuje na síť o hodnotě 3x 400 V
V Žádném případě nesmíme připojit vodiče přímo na klemy (způsobilo by to zkrat) !
Zapojení do trojúhelníku
Zapojuje se v případě, že motor je určen pro napětí 3 x 230 V
Spouštění trojfázových asynchrnonních
motoru
Při spouštění asynchrnního motoru, vnikne v okamžiku připojení k rozvodné síti proudový náraz. Pokud je rotor
v klid, představuje motor transformátor s výstupním vinutím nakrátko. Odebíraný proud je až 7x větší než
jmenovitý proud a způsobuje pokles napětí v elektrorozvodédné síti.
Spouštění motoru nakrátko s přímím připojení k síti je nejdenodušší způsob, protože ke spuštění dochází
pouhým zapnutím spínače nebo zapnutím tlačítka. Tlačítko uzavře obvod elektromagnetu (trojpólového
stykače), kotva elektromagnetu sepne hlavní kontakty a sočasně se zapnou i pomocné kontakty. Elektrický
proud nyní prochází cívkou elektromagnetu i po uvolnění tlačítka. Stisknutím jiného tlačítka (STOP) přerušíme
obvod a stykač vypne. Při přetížení obvodu tepelné relé rozpojí kontakty a stykač vypne.
Spouštění motorů s vírovou klecí
Tyto motory mají větší výkon a nejčastěji se spouštějí autotransformátorem.
Řízení otáček třífázových asynchronních
motorů
Otáčky vypočteme podle vzorce skluzu:
a z toho lze odvodit další dvě varianty vzorce:
nebo
Legenda:
Ns = otáčky synchronní
n = otáčky skutečné
f = frekvence sítě (50 Hz)
p = počet pólových dvojic
S = skluz
Otáčky asynchronního motoru můžeme řídit změnou kmitočtu, pólových dvojic nebo skluzem.
Řízení otáček změnou kmitočtu
Tento způsob vyžaduje zvláštní měnič, protože v síti je stálý kmitočet 50 Hz. Je ekonomice zřídit vlastní sít
uvnitř podniku se zvláštním kmitočtem a tím napájet všechny motory nakrátko.
Řízení pomocí počtu pólů
Přepínání počtu pólů se provádí jen u motorů nakrátko, změna počtu pólů u motorů nakrátko se uskuteční tak,
že do drážek statoru vložíme dvě samostatná vinutí, například čtyř pólové a šesti pólové podle toho které vinutí
připojíme na síť má motor synchronní otáčky 1000, 1500 za minutu. Stator motoru může mít jen jedno vinutí,
které se přepínačem pólů spojí cívku pro pomalé otáčky za sebou do trojúhelníka a pro velké otáčky se spojí
vedle sebe do dvojité hvězdy. Vinutí lze provést také jako dvou pólové a přepnout na čtyř pólové. Vyrábějí se
také motory se dvěma vinutími z nichž je jedno přepínatelné a potom dostaneme 1000, 1500 a 3000 otáček za
minutu.
Řízení otáček změnou skluzu
Plynulá regulace je v asynchronním motoru jen změnou skluzu. Skluz lze ovlivnit pouze u kroužkových motorů
zapojením rezistoru do obvodu rotoru, protože ve větším skluzu při nezměněném momentu odpovídají menší
otáčky se zapojeným rezistorem, otáčky poklesnou a zmenší se výkon motoru. Otáčky nařízené určitým
momentem jsou stálé, nezmění-li se zátěžový moment, otáčky se zvýší.
Obrácení smyslu otáčení trojfázového motoru
Se provádí přehozením dvou libovolných fází ve svorkovnici statoru nebo pomocí stykačů.
Jednofázové asynchronní motory
Princip činnosti jednofázového asynchronního motoru
Vycházíme z principu třífázového asynchronního motoru, jestliže se u tohoto motoru spálí pojistka, například ve
fázi U, běží motor jako jednofázový. Zastavíme-li tento běžící motor, sám se již nerozběhne a pouze odebírá ze
sítě velký proud a nevykonává žádnou práci to má za nsáledek propálení izolace na vinutí, což má za následek
zkrat. Střídavý proud ve statoru vytváří pulzující magnetický tok F1, který indukuje do rotoru napětí a ve
vodičích klece spojených nakrátko, prochází velký proud a rotorovým proudem se budí magnetický tok F2, ale
opačného směru než je magnetický tok F1, protože magneticke toky F1 a F2 mezi sebou svírají úhel 180°
nevzniká na rotoru žádný točivý moment a tudíž se motor sám z klidu nerozběhne, ale pootočíme-li rotorem,
rozběhne se v tom smyslu ve kterém jsme otočili rotorem. Proud rotoru budí magnetický tok, který s
magnetickým tokem statoru svírá úhel menší než 180 °, takže se vytváří točivý moment a otáčky motoru závisí
na počtu pólu a na kmitočtu stejně jako na třífázovém asynchronním motoru. U těchto motoru je na statoru
kromě hlavního vinutí ještě pomocné vinutí, tzv. rozběhové, kždé vinutí zaplňuje 1/3 drážek, takže 1/3 drážek
zůstává prázdná. Osy obou vinutí svírají úhel 90°. Do rozběhového vinutí je zapojen rezistor, tlumivka nebo
kondenzátor. Připojení obou vinutí na totéž napětí je proud v rozběhovém vinutí časově posunut, téměř o 1/4
periody o proti proudu v hlavním vinutí. Prostorpvé natočení obou vinutí (fází) o 90 ° a časové posunutí obou
proudů, budí v dutině statoru dvě vzájemně posunutá střídavá magnetická pole, která jsou potřebná pro rozběh
motoru. Po rozběhu motoru se může pomocné vinutí odpojit a smysl otáčení jednofázového asynchroního
motoru, změníme záměnou přívodu hlavního vinutí nebo rozběhového vinutí. Otáčky jsou stále a nelze je
regulovat.
Stejnosměrné stroje
Popis a podstata generátoru na stejnosměrný proud.
Alternátoru na stejnosměrný proud říkáme dynamo, které mění mechanickou energii na elktrickou.
Mechanickou energii dovává motor (benzínový, naftový, vodní, parní nebo plynový).
Hlavní části dynama tvoří:
Stator
Stator vytváří magnetické pole a je k němu připojeno sběrací ústrojí a svorkovnice a rotor (kotva) s
komutátorem.
Stator (nepohyblivá část) se skládá z kostry s budícím vinutím, které je napájeno stejnosměrným proudem.
Magnetickému věnci tzv. „jhu“ jsou přišroubovány póly. V pólu rozeznáváme jádra a pólový nástavec, který
odepíná rotor asi na 70 %. Na pólech jsou umístěny cívky budící vinutí, které je zapojené do série tak, tak aby
vzniklo střídání polarity pólu. Magnetické pole statoru probíhá od severního pólu přes vzduchovou mezeru a
kotvu k j ižnímu pólu a odtud se vrací k severnímu pólu.
Rotor (kotva)
Otáčí se v magnetickém poly střídavě před severním a jižním pólem, aby ztráty v železe byli co nejmenší je
kotva složená z elektrotechnický plechů o tloušce 0.5 mm a navzájem odizolovány lakem nebo hedvábným
papírem. Na obvodu každého plechu jsou výřezy, které po složení a vylisování plechů vytvoří na povrchu
plechů drážky, ve kterých se uloží vinutí rotoru. Obvykle se jednotlivé části vynutí cívky předem zhotoví podle
šablony a teprve se vkládájí do drážek vyložených lesklelou lepenkou nebo slídovými lístky slepenými lakem.
Při otáčení rotoru v magnetickém poli se ve vinutí indukuje střídavé napětí, které se sběracím ústrojí a
komutátorem mechanicky usměrní na napětí stejnosměrné. Počet kartáčů se rovná počtu pólů. Jejich šířka
překrývá 2 až 3 lamely komutátoru. Každý kartáč je upevněn v držáku a pružinou je přitlačován ke komutáru. U
zadního štítu je na hřídeli kotvy připovněn ventilátor, který prohání dynamem vzduch, aby se ochlazovalo v
inutí kotvy a statoru.
Princip komutátoru a pomocné póly
Konce cívky jsou připojeny ke dvěma „půlkroužkům“, tzv. lamelám. Při otáčení cívky v magnetickém poly se v
nich indukuje napětí jehož průběh naznačuje obrázek
a časový průběh na komutátoru
(skutečný průběh indukovaného napětí na komutátoru). Proud prochází obvodem stále jedním směrem a proto
mu říkáme stejnosměrný proud. Kdybychom vložili do magnetického pole 2 závity přijené ke 4 lamelám mělo by
indukované napětí v závitu 1 má průběh znázorněný na obrázku
Napětí indukované ze závitu 2 je znázornéné na obrazku
Mezi kartáči by výsledné napětí mělo průběh znázorněný na obrázku
Výsledné napětí mění svojí velikost a už „nikdy“ nepadá na 0.
Druhy dynam a jejich charakteristiky
Dynama s cizím buzení
Mají budící vinutí napájené z cizího zdroje, např. akumulátorové baterie, usměrňovače nebo z jiného dynama,
tzv. budiče.
Dynama s vlastním buzením - Buzení probíhá z jejich kotvy (rotoru)
Dynama s vlastním buzením rozdělujeme na:
Dynama s paralelním buzením
Mají budící vinutí připojené paralelně. Aby se dynamo nabudilo, musí mít hlavní póly zbytkový (remanentní)
magnetismus, který v kotvě indukuje malé zbytkové napětí (remanentní), které budící vinutím protlačí sice malý
budící proud, ale dost na to, aby vznikl magnetický indukční tok, ze kterého se indukuje větší napětí zesilující
budící proud magnetického toku a to má z následek větší indukované napětí.
Dynama se sériovým buzením
Mají budící vinutí zapojené v sérii s vinutím kotvy. Zatěžovací proud je zároveň proud budící a proto se
svorkové napětí zatížením mění (kolísá). Použítí brzdy stejnosměrných motoru nebo brzdící rezistory.
Dynamo se smíšeným buzením
Mají dvě budící vinutí, které svými magnetizačními účinky se navzájem podporují nebo působí proti sobě.
Dynama ve kterých budící cívky působí proti sobě se používají v některých svářečkách pro obloukové
svařování. Dynama ve kterých budící vinutí se navzájem podporují se používají u zařízení kde se často
vyskytuje proměnlivé zatížení nebo i dočasné přetížení a pro speciální účely.
Podstata stejnosměrného motoru
Stejnosměrné motory mají stejnou konstrukci jako dynama. Ale mají jinou funkci. Každý stejnosměrný motor se
skládá ze statoru se sběracím ústrojím a z rotoru (kotvy). Činnost stejnosměrného motoru se zakládá na účinku
magnetického pole na vodič, kterým prochází elektrický proud.
Flemingovo pravidlo levé ruky: „Položíme-li levou ruku na vodič tak, aby prsty směřovali do proudu a indukční
čáry směřovali do dlaně, odchýlený palec ukazuje orientaci síly, kterou magnetické pole působí na vodič.“
Vzájemným působením magnetického pole statoru a rotoru vznikne síla, kterou se nevyvine točivý moment.
Čím rychleji se otáčí rotor motoru, tím větší je indukované napětí Ui a tím menší je rozdíl Us - Ui a tím menší
proud odebírá motor ze sítě. Běží-li motor naprázdno je indukované napětí téměř stejně velké jako napětí
přivedené na svorky motoru neboť úbytek napětí ve vinutí kotvy je malý (zanedbatelný). Proto platí Us je
přibližně stejný jako Ui. Zmenší-li se zatížení motoru, sníží se jeho otáčky a tím se zmenší indukované napětí
Ui. Rozdíl Us - Ui se zvětší a vinutím kotvy prochází větší proud. Zmenší-li se proud, zvětší se příkon a tím i
výkon motoru a motor tedy můžeme více zatížit. Při odlehčení motoru je tomu naopak. Odběr proudu ze sítě
závisí na zatížení a řídí se samočinně.
Stejnosměrné motory rozdělujeme podle zapojení budícího vinutí s vinutím kotvy na:
Motory s cizím buzením
Statorové vnutí je napájeno z cizího zdroje. Magnetické pole je nezávislé na otáčkách motoru. Ostatní
vlastnosti motorů jsou podobné motorům se sériovým buzením.
Motory paralelním buzením
Po připojení, dostane magnetické pole statoru okamžitě maximální napětí, které zůstane konstantní v celém
rozsahu rychlostí.
V rotoru se rychle s rychlostí otáčení indukuje napětí takže se rychle zmenšuje proud a točivý moment.
Po dosažení maximálního naindukovaného napětí se rychlost otáčení ustálí. Rozdíl bude dán úbytkem napětí
na vinutí rotoru. Úbytek na napětí je malý, protože odpor vinutí je rovněž malý.
Motor má velmi stabilní otáčky, protože se nemění velikost magnetického pole statoru při zatížení.
Použití tam, kde je často proměnlivé zatížení a pro servomechanismy.
Změnu otáčení lze řídit změnou napětí na kotvě nebo změnou napětí na statoru (při zmenšení magnetického
pole statoru se otáčky zvyšují)
Motory sériovým buzením
Po připojení rotoru prochází proud i statorovým (budícím) vinutím.
Motor má:
- Velký záběrný - Malý odpor statoru (na rotoru je celé napětí zdroje)
Po rozběhu se zvětší naindukované napětí v rotoru a napětí na jeho vinutí se zmenšuje, ale i:
- celkový proud procházející rotorem
- točivý moment
Když se zvětšuje rychlost otáčení:
- zmenšuje se magnetické pole statoru
- indukované napětí rotoru
což opět zvýší rychlost otáčení. Pokud není motor zatížen, rychlost otáčení může vzrůst až na nebezpečné
otáčky, při kterých se může motor poškodit,
Po zatížení proud tekoucí do motoru rychle zvětšuje, včetně magnetického pole statoru, ale zmenšuje se
rychlost otáčení.
Použití tam, kde je potřeba velký záběrný moment při rozběhu, ale zároveň musí vyhovovat počet otáček
závislá na zatížení.
Motory s trvalými magnety
Použijí-li se ve ve statoru k získání magnetického pole trvalé magnety, odpadne vinutí statoru. Motor pak má
vlastnosti, které odpovídají vlastnostem, které má motor s paralelním buzením. Výhodou je jednodušší
zapojení, lepší účinnost, a snadná změna smyslu otáčení záměnou přívodních vodičů. Tento způsob buzení se
používá u menších motorů a motorků pro hračky.
Motory se smíšeným buzením
Spojuje vlastnosti motorů se sériovým a paralelním zapojením budícího vinutí. Požadovaných vlastností se
dosáhne poměrem závitů jednotlivých vinutí. Vlastnosti motorů je možno měnit:
- Zapojováním rezistorů do jednotlivých vinutí
- Přepínám vinutí
Řízení otáček a změna smyslu otáčení
stejnosměrných motorů
Otáčky stejnosměrných motoru lze řídit buď změnou svorkového napětí nebo změno magnetického toku, to
znamená změnou buzení. Řídíme-li otáčky změnou svorkového napětí zařadíme do obvody předřadný reostat.
Podle velikosti odporu můžeme nastavit libovolné otáčky. Tímto způsobem můžeme řídít otáčky od 0 až po
jmenovité otáčky daného motoru, tento způsob regulace otáček je velmi nehospodárný, protože při zařazení
odporu vznikají velké tepelné ztráty při malých otáčkách. Motor je zpravidla vyroben tak, že je při jmenovitých
otáčkách „magneticky“ zcela využit a tím zmenšovat jeho otáčky. Čím menší je tok, tím větší jsou otáčky.
Otáčky lze měnit v poměru 1:2.5 až 1:3, výjmečně 1:5. Otáčky stejnosměrných motorů řídíme odbuzováním při
stálém výkonu P a přiklesajícím momentu M.
Změnou smyslu otáčení dosáhneme stejnosměrných motorů dosáhneme změnou vodičů na přívodu ke
kartáčům. Tím obrátíme smysl proudu v kotvě. V budícím vinutí zůstává původní smysl proudu.
Komutátorové motory na střídavý proud
V průmyslových závodech, například papírny, textilky, tiskárny, hutě jsou k pohonu zapotřebí motory, jejichž
otáčky lze řídit plynule a nastavené otáčky se nesmí zatížením měnit. Pro různé dílenské nářadí, například
vysavače prachu, leštičky, vratčky, mixéry, brsusky a další potřebují větší otáčky, než jsou maximální
synchronní, t.j. 3000 otáček za minutu. U synchronních motorů nelze otáčky regulovat. U kroužkových motorů,
lze řídit otáčky, ale nehospodárně. Pro tytou účely jsou komutátorové motory na střídavý proud. Jsou to
nejsložitější elektrické motory. Komutátorové motory na trojfázový proud mají stejný stator jako asynchroní
motory, také v něm vzniká točivé magnetické pole. U jednofázového komutátorového motoru je statorové vinutí
uloženo buď v drážkách na vnitřní obvodu statoru nebo nebo je složeno z cívek na vyniklých pólech. Rotor
těchto komutátorových motorů má stejné provedení jako rotor motorů na stejnosměrný proud. Na komutátor
dosedají kartáče jejich počet závisí na počtu pólů a fází.
U jednofázové dvou pólového motoru jsou dva kartáče.
U třífázového dvou pólového motoru jsou tři řady kartáčů.
Tyto motory dělíme na třífázové a jednofázové.
Trojfázový derivační motor napájený do
rotoru
Na statoru je trojfázové vinutí. Konce vinutí jsou připojeny ke dvěma sadám kartáčů na komutátoru. V
rotorových drážkách jsou uložena dvě samostatná vinutí. Určené vinutí je připojeno k lamelám komutátoru.
Trojfázové vinutí je vyvedeno ke třem samostatným kroužkům a přes kartáče k síti. Obě vinutí pracují jako
transformátor.
Trojfázový proud přivedený do rotoru budí točivé magnetické pole, které se protíná vrchní vinutím na rotoru i
vinutí na statoru. Do obou vinutí se indukuje elektrické napětí. Natočíme-li kartáče na komutátoru tak, aby
kartáče z obou dvou sad stály na týž lamelách je vinutí statoru spojeno nakrátko a motor běží jako asynchroní
motor nakrátko. Natočíme-li kartáče v jednom nebo v druhém směru, přivedeme z komutátoru do statoru
napětí, které se statorovým napětím sčítá nebo odečítá.
Jestliže se napětí odečítá, běží motor pomaleji (otáčky klesají).
Jestliže se napětí sčítá, běží motor rychleji (otáčky se zvyšují).
Rozsah otáček je 0,5 Ns - 1,5 Ns. Motor spouštíme přímým připojením na síť, při poloze kartáčů pro nejnižší
otáčky. Velké motory se spouštějí spouštěčem zapojeným do obvodu statoru.
Trojázový derivační motor napájený ze
statoru
Stator je napájen ze sítě „přímo“. Rotor je připojen přes regulační transformátor, velikost napětí se řídí téměř
plynule, ale lze obrátit fáze regulačního napětí o 180°. Pro plynulou regulaci otáček se rotor napájí přes
natáčivý transformátor.
Nejdříve je rotor zabržděn, takže se nemůže otáčet. Po připojení statoru na trojfázové napětí, vzniká ve statoru
točivé magnetické pole, které indukuje ve vinutí rotoru napětí Ur. Potom do rotoru přivedeme přes kartáče
napětí Ut z transformátoru (je stejně velké, ale má opačný smysl) a rotor odbrzíme. Motor se nerozběhne
protože se obě napětí navzájem vyruší. Rotorem neprochází žádný proud a nemůže vzniknout točivý moment.
Jakmile napětí z transformátoru Ut snížíme, protlačí napětí indukované točivým nagnetickým polem proud
rotorovým vinutím a rotor se roztočí na takové otáčky, které mu dovolí vnucené napětí z transformátoru.
Snížení napětí z transformátoru působícího proti indukovanému napětí Ur můžeme řídit otáčky až do
asynchroních otáček rotoru. V okamžiku kdy kladičky regulačního transformátoru při svém pohybu přijdou do
polohy proti sobě, spojí se vinutí rotoru přes kartáče nakrátko a motor běží jako motor nakrátko. Posuneme-li
kladičky transformátoru do další polohy, působí napětí transformátoru souhlasně s indukovaným napětím Ur a
otáčky se zvyšují až na synchronní otáčky. Při synchroních otáčkách (3000 otáček za minutu) se skluz rovná 0.
Do rotoru se točivým magnetickým polem neindukuje žádné napětí. Potřebná elektrická energie k otáčení
rotoru se přivádí přes kartáče z transformátoru.
Jednofázový komutátorový sériový motor
Svými vlastnostmi i provedením se podobá stejnosměrným motorům. Jeho stator musí být složen z
elektrotechnických plechů. Menší motorky mohou být přímo připojeny k síti. Velké motory se spouštějí přo
sníženém napětí, spouštěcím transformátorem. Otáčky motoru řídíme směrem přiváděného napětí. U
komutátorových sériových motorků můžeme řídit otáčky zapojením regulátoru paralelně k vinutí motoru. Proud,
který prochází regulátorem RP2 zvětšuje budící proud a je vhodně fázové posunut tak, že toto buzení působí
jako cizí buzení u stejnosměrných motorů. Otáčky lze řídit od 0 a nezávisejí na zatížení motoru. Smysl otáčení
obrátíme zaměněním proudu k hlavním pólům, protože v rotoru nevznikne točivé magnetické pole, ale kmitavé
pole. Otáčky nejsou závislé na počtu pólů.
Schéma řízení otáček jednofázového komutátorového sériového motoru (tzv. barlchušenovo zapojení). Motory
se vyrábějí pro výkony několika W až do velkých výkonů. Malé motorky dosahují otáček až 14 000 otáček za
minutu.
Rozdělení statických měničů
Jsou to zařízení na změnu parametrů elektrické energie, např. proudu, napětí, kmitočtu. Dělíme je na
usměrňovače, střídače, měniče kmitočtu a stejnosměrné měniče.
Usměrňovače
Usměrňují střídavý proud na stejnosměrný
Střídače
Přeměňují stejnosměrná napětí na napětí střídavá s libovolným kmitočtem
Měniče kmitočtu
Mění kmitočet střídavého napětí na jiný kmitočet střídavého napětí
Usměrňovače
Usměrňují střídavý proud na stejnosměrný. Pro malé výkony lze použít vakuové elektronky, výbojky, selenové
a kuproxidové desky, germaniové a křemíkové diody a tyristory. V usměrňovačích velkých výkonů se používají
výkonové křemíkové diody a tyristory. Zapojení usměrňovačů dělíme na jednofázové a vícefázové. Podle počtu
pulzů na jednopulzní a několika pulzní. Podle toho zda elektrický proud prochází pouze jedním směrem nebo
oběma směry na jednocestné a dvoucestné. Usměrňovače ještě rozdělujeme na řízené a neřízené.
Neřízené usměrňovače
Neřízené usměrňovače neumožňují řízení výstupního napětí v samotné usměrňující součástce. Chceme-li
měnit napětí na výstupu usměrňovače, musíme změnit vstupní střídavé napětí před usměrňovačem.
Řízené usměrňovače
Řízený usměrňovač umožňuje řízení výstupního napětí přímo v usměrňující součástce.
Neřízenou součástkou může být vakuová dioda, selenový nebo kuproxidový článek, germaniová nebo
křemíková dioda. Řízenou součástkou může je rtuťový usměrňovač a křemíkový tyristor.
Jednofázový jednopulzní usměrňovač
Nejednodušší zapojení neřízeného usměrňovače je jednofázový, jednopulzní usměrňovač. Usměrňovačem je
jedna dioda připojená k výstupnímu vinutí transformátoru.
Jednofázový dvoupulzní usměrňovač
Na výstupní straně transformátoru jsou dvě vinutí, na každém z nich je jedna dioda. Oběma výstupními vinutími
prochází pulzující proud.
Trojfázový trojpulzní usměrňovač
Průběh usměrněného proudu a napětí je trojpulzní.
Použití pro velké výkony a brždění elektromotorů.
Můstková zapojení
Paralelní a sériové zaření polovodičových usměrňujících součástek U polovodičových součástek pro velké
proudy a velká napětí, nemáme vždy součástky s dostačujícími parametry (proud a napětí). Proto při velkých
proudech řadíme usměrňovací součástky paralelně a při velkých napětí do série. Dbáme na to, aby se proud a
napětí dělila na součástky rovnoměrně. Proto pro paralelně seřazené součástky volíme součástky stejnou
charakteristikou. Nejednodušší způsob jak zlepšit rozdělení napětí mezi sériově zapojené usměrňující
součástky je , že připojíme paralelně ke každé součástce rezistor jehož odpor je přibližně o 1 řád menší než je
odpor použitých součástek. Protože při přechodných napěťových jevech je rezistor méně účiný a ještě se
doplňuje kondenzátorem.
Jištění proti proudovému přetížení
Usměrňovače jako celek se jistí vypínači (jističi) na střídavé, popřípadě i stejnosměrné straně a často se jistí i
každá usměrňující součástka vlastní pojistkou.
Řízené usměrňovače
Řízené usměrňovače jsou zařízení, kde se velikost proudu řídí přímo v usměrňovači. Ve výkoných řídících
usměrňovačích se používají hlavně tyristory. Tyto usměrňovače dělíme na jednofázové a vícefázové,
jednopulzní a několika pulzní. Nejednodušší řízený usměrňovač je jednofázový a jednopulzní. Dokud na řídící
elektrodu tyristoru nepřivedeme kladný impulz tyristor nevede proud. Jakmile v periodě napětí U2, kdy svorka 1
má větší kladný potenciál než svorka 2 přivedeme na řídíci elektrodu tyristoru řídící impulz (Ig), tyristor se
otevře a zůstane otevřený jakmile napětí U2 neklesne na 0. Tyristor se sám zavře a po dobu záporné
půlperiody zůstává zavřený. V další kladné půlperiodě ho musíme proudovým impulzem přiloženým nařídící
elektrodu znova otevřít. Posuneme-li řídící impulz o úhel a v rozmezí 0 - 180° posuneme i okamžik otevření
tyristoru a tím měníme proud Id v zátěži.
Střídače
Přeměňují stejnosměrné napětí na napětí střídavé s libovolným kmitočtem. Hlavní částmi jsou transformátor se
středním vývodem.
Hlavní části střídače
- Transformátor se středním vývodem
- 2 Tyristory
- Komutační obvod s tzv. komutačním kondenzátorem
- Zdroj řídících impulzů s neměným nebo proměnlivým kmitočtem
Střídač je napájen ze zdroje stejnosměrného napětí. Na výstupu je odporová zátež.
Úvod do elektroniky
Elektronika se zabývá generováním, úpravou a vyhodnocováním elektrických signálů.
Elektronický obvod
Elektronický obvod vznikne spojením elektronických součástek takovým způsobem, aby mohl jimi mohl
protékat elektrický proud.
Dějiny elektroniky
Období
Objev
1854
Vynalezen princip žárovky (dále zdokonalena T. A. Edisonem)
1904
Patent na usměrňovací diodu
1907
Sestrojení triody
30. léta Používání stykových usměrňovačů
1948
Vynález tranzistoru
60. léta Rozvoj integrovaných obvodů
Obvodové součástky
Elektronický obvod může spávně, spolehlivě a bezpečně pracovat pouze proto, že jeho součástky (rezistory,
kondenzátory, tranzistory), ze kterých se skládá jsou voleny podle určitých charakteristických vlastností (odpor,
kapcita, atd.) a vzájemným pospojováním buď do série (za sebou) nebo paralelně (vedle sebe).
Obvodové součástky jsou malé části obvodu, které již nemůžeme dále rozdělit, pokud nechceme, jejich
charakteristické vlastnosti (odpor, kapacita, indukčnost, atd.) poškodit.
Rozdělení elektronických součástek
1) Podle počtu vývodů, kterými se elektronická součástka zapojuje do elektronického obvodu (dvojpóly,
vícepóly)
2) Podle počtu dvojic svorek (bran), které slouží k přivedení signálu do elektronické součástky a k následnému
odvodení do další části elektronického obvodu (brány)
3) Podle využití energie v elektronickém obvodě (aktivní a pasivní)
4) Podle závislosti obvodových veličin (lineární a nelineární)
5) Podle frekveční závislosti (odporové a reakční)
Rezistor je pasivní (spotřebovává elektrickou energii, přesněji řečeno jí přeměňuje na teplo, které vyřazuje do
prostoru) odporporový lineární jednobran.
Tranzistor je aktivní nelineární dvojbran a v elektronickém obvodu se stejnosměrným proudem (napájeným z
monočlánku, baterie, napájecího zdroje s usměrňovačem) se chová jako spotřebič, tudíž je součástkou
odporovou (v obvodech se stejnosměrným proudem).
Naopak kondenzátory se při "nabijení" chovají jako spotřebiče a při "vybijení" naopak jako zdroje.
Z toho pramení, že součástky musíme hodnotit vždy podle situace, ve které sledujeme jejich vlastnosti.
Dvojpóly a více póly
Součástky, které zapojujeme dvěma vývody (svorkami) do elektronického obvodu jsou dvojpóly (např.
rezistory).
Po zapojení dvojpólu začne procházet elektrický proud právě zapojenou součástkou a na svorkách se vytvoří
napětí (je závislé na proudu) a říká se mu svorkové. Konkrétní průběhy napětí a proudu charakterizují určitou
součástku a podle charakteristiky můžeme určit zda se jendá o rezistor, kondenzátor či jinou elektronickou
součástku.
Matematické vyjádření vztahu mezi proudem a napětím se nazývá: "Charakteristická rovnice součástky".
Grafické vyjádření vztahu mezi proudem a napětím se nazáývá: "Voltampérová charakteristika součástky".
Voltamérová charakteristika se značí V-A charakteristika.
Jednotlivé dvojpólové elektronické součástky se od sebe liší právě průběhem jejich charakteristik a
podmínkami, při kterých můžeme dosáhnout určitých průběhů (např. frekvencí).
Vícepólové elektronické součástky (např. tranzistory) zapojujeme do elektronického obvodu více než dvěma
vývody.
Tranzistor je trojpól, protože má tři elektrody (kolektor, emitor a bázi).
Transformátor je čtyřpól, protože primární cívka má dvě svorky a sekundární cívka má také dvě svorky (jedná-li
se o transformátor jednofázový) a dohromady to tvoří čtyři svorky, tedy čtyř pól.
Integrovaný obvod může mít vývodů "nespočetně", např. mikroprocesory do počítačů můžou až 300 vývodů
("nožiček") a proto se těmto součástkám přiřadil název vícepóly.
U více pólu nelze chování elektronické součástky popsat jednou Voltampérovou charakteristikou. K vyjádření
vlastností obecného npólu je nutné znát n nezávislých rovnic popř. V-A charakteristik
Jednobrany, dvojbrany a vícebrany
V některých vícepólových elektronických součástkách můžeme najít svorku, do které se uzavírají proudy
procházející alespoň dvěma dalšími svorkami. Její potenciál slouží zpravidla jakopro určení napětí ostatních
svorek. Jednotlivé svorky tvoří s touto společnou svorkou "dvojice", kterým se říká brány.
Dvojice svorek, které slouží ke vstupu (přivedení) signálu se nazývají vstupní svorky (vstupní brána) a svorky
odvedení signálu do další části elektronického obvodu se nazývají výstupní svorky (výstupní brána).
Vícepóly, které splňují tyto vlastnosti nazýváme nbrany.
Je zřejmé, že i vícepól s lichým vývodů (svorek) je tímto způsobem doplněn na nbran (např. tranzistor na
dvojbran).
Zřejmé je, že dvojpól můžeme ztotožnit s jednobranem (svorky dvojpólu tvoří jednu bránu).
Termín čtyřpól již nemůžeme zaměňovat s termínem dvojbraň, protože dvojbrany jsou jen učitou skupinou
obecnějších obvodů nazývaných čtyřpóly. Podobný vztah je mezi npóly a nbrany.
Součástky lineární a nelineární
Je-li grafem V-A charakteristiky dané elektronické součástky (např. rezistoru) přímka jde o přímou lineární
úměrnost mezi napětím na součástce a proudem procházejícím elektronickou součástkou.
Je zřejmé že zvětšíme-li stejnosměrné napětí 2x, 3x, nkrát, zvětší se i procházející stejnosměrný proud 2x, 3x,
nkrát. Přivedeme-li mezi vývody součástky napětí, které má harmonický průběh. Při stálé frekvenci bude opět
platit lineární úměrnost mezi okamžitými hodnotami napětí a proudu. Příčinou tohoto chování je skutečnost, že
elektronická součástka má stále stejné vlastnosti, nezávislé na obvodových veličinách. Součástky, které splňují
výše uvedené podmínky nazýváme lineární.
Nelineární součástky mají V-A charakteristiku zakřivenou. Proto se u nelineární součástek udává V-A
charakteristika grafem, místo hodnot v "tabulce", protože by byla značně rozsáhlá. Graf je sestaven z
naměřených hodnot. Konkrétní průběh V-A charakteristiky závisí opět na druhu součástky a na podmínkách,
při kterých byla V-A charakteristika zjištěna.
Přivedeme-li mezi vývody nelineární součástky napětí harmonického průběhu bude mít procházející proud
neharmonický, nelineárně (tvarově) zkreslený průběh, protože vlastnosti nelineární součástky jsou závislé na
velikosti, popřípadě i na orientaci obvodových veličin.
Součástky odporové a reakční
Vlastnosti odporových elektronických součástek nejsou v širokých mezích závislé na frekvenci procházejícího
proudu. Proto mají odporové součástky pro proud stejnosměrný i střídavý stejný průběh V-A charakteristiky.
Vlastnosti reakčních součástek jsou na frekvenci závislé. Proto dostáváme pro každou frekvenci jiný průběh VA charakteristiky. Kdybychom zjišťovali V-A charakteristiku cívky bez jádra, získali bychom opět přímkovou
závislost produ na napětí. Při nulovém proudu je i svorkové napětí nulové a proto hledaná přímka prochází
počátkem souřadnic. Sklon (směrnice) zjištěné přímky však závisí na frekvenci procházejícího proudu. Při
nízké frekvenci vykazuje cívka malý odpor a při určitém napětí prochází vinutím cívky větší proud než při
stejném napětí, avšak vyšší frekvenci, při které má cívka větší odpor.
Vlastnosti nelineárních reakčních součástek jsou závislé na hodnotách působících obvodových veličin i na
frekvenci. V-A charakteristiky jsou nelineární a jejich průběh je jinný pro každou frekvenci.
Náhradní schéma součástek
Znázorňuje všchny vlastnosti součástky, které se projevují činně, ale i skrytě (rezistivita, parazitní indukčnost či
kapacitance).
Charakteristiky součástek
Graficky znázorňují závislost jedné veličiny na druhé veličině.
Nejčastěji se jedná o Volt-Ampérovou charakteristiku (VA), při které je na ose X "vyneseno" napětí a na ose Y
proud a "křivka" mezi jednotlivými osami vyjadřuje nejčastěji odpor či vodivost.
Polovodiče
Existují 3 vodivostní "pásy", vodivostní, nevodivý a valenční.
- U vodičů se pásy valenční a vodivostní překrývají.
- Nevodiče mají pásy valenční a vodivý daleko od "sebe", takže elektrony "nemůžou přeskočit" z jednoho pásu
do druhého.
- U polovodičů je nevodivý pás "slabší", takže působením napětí, teploty či jiné veličiny (např. proudem fotonů světlem) se dodá elektronům energie k překonání nevodivého pásu a polovodič může elektrický proud vést.
Polovodiče jsou všechny prvky ze 4. skupiny periodické soustavy prvků (C, Si, Ge, Sn, Pb) a mají 4 valenční
elektrony.
Vlastní vodivost polovodiče
Vázané valenční elektrony polovodičů nemohou v běžných podmínkách způsobit vznik elektrického proudu.
Vlivem vnějšího působení můžeme však změnit původně vázaný za volný. Aby se tak stalo, musíme "vytrhnout
elektron násilně" z jeho atomové vazby. To lze provést:
- zahřátím
- vnějším elektrickým polem
- pomocí světelného kvanta
- "vytržením" jinou částicí
Takto uvolněný elektron může způsobit vlastní vodivost polovodiče. Tato vodivost je malá, ale silně závislá na
teplotě, takže se musí tato změna, např. u tranzistoru kompenzovat.
Po vytržení elektronu vznikne mezera odborně zvaná díra. Do vzniklé díry může spadnout elektron, který
způsobí vznik další díry (ty jsou "nehmotné"), které se mohou pohybovat a mluvíme o tzv. děrové vodivosti.
Spadnutím elektronu do díry nazýváme rekombinace.
Vytržení elektronu z atomu nazýváme generace páru
Nevlastní vodivost polovodiče
Polovodič typu N - elektronová vodivost
Vložíme-li do krystalu Germania atom Arsenu, popř. (P, Sb), které mají 5 valenčních elektronů, vznikne po
"zavazbení" do krystalové mříže jeden volný elektron, neboť se nemá s kým sloučit, je pro vazbu přebytečný a
proto je volný.
Polovodič typu P - děrová vodivost
Vložíme-li do krystalu Germania atom India, popř. (B, Al, Ga), které mají 3 valenční elektrony, bude po
"zavazbení" do krystalové mříže chybět jeden elektron, atom germania se nemůže zavazbit se čtvrtým
elektronem India, takže vznikne jedna díra.
Příměsi
Příměsi, které dodávají čistému polovodiči elektrony se nazývají donory a příměsi, které způsobují nedostatek
elektronů, neboli dodávají polovodiči díry se nazývají akceptory.
Polovodič s přebytkem elektronů je polovodič s vodivostí typu N.
Polovodič s přebytkem děr (nedostatkem elektronů) je polovodič typu P
Spojíme nyní polovodič typu P s polovodičem typu N:
Po spojení obou polovodičů nastane v místě difuze obou druhů částic, po chvíli difuzní proud skončí,
rekombinace v místě styku ustane a vznikne zde "úzké neutrální pásmo".
Spojení obou polovodičů se nazýván PN přechod.
Rozdělení polovodičových prvků
Počet přechodů PN
Elektronické součástky
0
Termistory , Fotorezistory , Varistory , Hallovy články
1
Diody (hrotové, plošné)
2
Tranzistory (bipolární, unipolární - FET), Diaky
3
Tyristory
4
Triaky
více
Integrované obvody (analogové, digitální)
Rezistory
Rezistor je pasivní elektronická součástka, která je lineární a do velké míry frekvenčně nezávislá (pro
vysokofrekvenční obvody se vyrábějí tzv. "bezindukční" rezistory).
Vodič má odpor 1 W tehdy, protýká-li jím stejnosměrný proud o velikosti 1 A při napětí 1 V.
Schématické značky rezistorů
Všeobecná značka
Proměnný rezistor/potenciometr
Rezistorový trimr
Specifikace rezistorů
- Jmenovitý odpor [ W ]
- Zatížitelnost [W]
- Přesnost [%]
- Maximální ztrátový výkon
- Teplotní součinitel odporu
- Napěťový součinitel odporu
- Závislost odporu na okolní vlhkosti a době používání
- Velikost nežádoucího šumu generovaného rezistorem v důsledku nenulové teploty okolí
- Velikost parazitní indukčnosti
Jmenovité zatížení rezistorů
Je to výkon, který se smí za určitých podmínek, které jsou stanoveny v normě přeměnit na teplo, aniž by
překročila povrchová teplota rezistoru určitou mez, konkrétní teploty jsou závislé na konstrukci rezistoru.
Provozní zatížení
Největší přípustné zatížení je určeno největší teplotou povrchu součástky, při které ještě nenastávají trvalé
změny jeho odporu nebo zkracování životnosti. Závisí na teplotě okolí ve kterém rezistor pracuje a na způsobu
odvádění tepla. Velikost přístupného provozního zatížení při vyšších teplotách se udává v grafem v katalogu
výrobce.
Největší dovolené napětí
Výrobce udává pro jednotlivá provedení rezistorů největší dovolené napětí naměřené mezi jeho vývody. Po
překročení může dojít k poškození součástky. Tímto napětí je značně omezeno dovolené provozní zatížení
rezistorů s velkými odpory.
Teplotní součinitel odporu
Teplotní součinitel odporu rezistoru dovoluje určit změnu odporu rezistoru způsobenou změnou jeho teploty.
Udává největší poměrnou změnu odporu součástky odpovídající vzrůstu teploty o 1°C v rozsahu teplot, ve
kterých je změna odporu vratná.
Šumové napětí
Vlivem nerovnoměrného pohybu elektronů uvnitř materiálu součástky vznikají mezi vývody rezistoru malé,
časově nepravidelné změny potenciálu. Kdybychom tyto změny zesílili a přivedli jako signál do reproduktoru
nebo sluchátek, slyšeli bychom charakteristický zvuk, který nazýváme šum elektronického obvodu.
Příčinou šumu je šumové napětí, které má dvě hlavní složky:
- tepelné šumové napětí
- Povrchové šumové napětí
Povrchové šumové napětí závisí na velikosti stejnosměrného napětí U přiloženého na rezistor. Udává se v mV
na 1 V přiloženého napětí.
Protože ke vzniku šumového napětí je třeba, aby časově nerovnoměrný průchod elektronů částí obvodu
způsobil mezi dvěma body obvodu odpovídající rozdíly potenciálu, vzniká šumové napětí na všech reálných
odporech a nejen rezistorech. Je nutno pamatovat na to, že šumové napětí vzniká též na propojovacích
vodičích v obvodu, na aktivních součástkách, apod. Avšak indukční a kapacitní reaktance nejsou příčinou
vzniku šumového napětí.
Šumové napětí se přidává k užitečnému signálu, který prochází obvodem. Je-li užitečný signál slabý, je obtížné
ho od šumového napětí odlišit. Proto je velikost šumového napětí činitelem omezující dosažitelnou citlivost
elektronických zařízení.
Šum rezistorů
Jednak tepelný, s rovnoměrným kmitočtovým spektrem, jednak šum proudový, podmíněný průtokem proudu
odporovým materiálem. U proměných rezistorů se přičítá ještě složka způsobená přechodovým odporem na
pohyblivých částech.
Náhradní schéma rezistoru
Řady jmenovitých hodnot rezistorů
E24 (±5%)
1,0 1,1 1,2 1,5 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,7 3,0 3,3 3,6 3,9 4,3 4,7 5,1 5,6 6,2 6,8 7,5 8,2 9,1
E12
(±10%)
1,0
E6 (±20%)
1,2
1,5
1,0
1,8
2,2
2,7
1,5
3,3
2,2
3,9
4,7
3,3
5,6
4,7
6,8
8,2
6,8
Označení rezistorů
- Podle barevného kódu:
Barva proužku
1. číslice
2. číslice
3. číslice Násobitel Tolerance
Stříbrná
10 -2
10 %
Zlatá
10 -1
5%
+0
Teplotní koeficient
200.10 -6
Černá
0
0
0
10
Hnědá
1
1
1
10 +1
1%
100.10 -6
Červená
2
2
2
10+2
2%
50.10 -6
Oranžová
3
3
3
10+3
25.10-6
Žlutá
4
4
4
10+4
15.10-6
Zelená
5
5
5
10+5
0,5 %
Modrá
6
6
6
10+6
0,25 %
Fialová
7
7
7
10+7
0,1 %
Šedá
8
8
8
10+8
Bílá
9
9
9
10+9
- Podle písmen
a) Velikosti odporů
Písmeno
Násobitel
R, J
10+0
k
10+3
M
10+6
G
10+9
T
10+12
b) Velikost tolerance
Písmeno
Tolerance
M
0.2
K
0.1
J
0.05
G
0.02
F
0.01
D
0,5%
C
0,25%
B
0,1%
Rozdělení potenciometrů
Potenciometr je rezistor, který je "proměnný", což znamená, že velikost odporu lze regulovat od 0 W až do
jmenovité hodnoty potenciometru.
Rozdělujeme je podle:
Otočné jednoduché
Konstrukce
Otočné dvojité (tandemové)
Trimry
Lineární
Průběhu velikosti odporu
Logaritmické
Exponenciální
Použití rezistorů
- Omezovače proudu - nehospodárné vzniká teplo
- Děliče napětí
Kondenzátory
Kondenzátor je pasivní elektronická součástka, která je lineární a kmitočtově závislá.
Nejdůležitější vlastností kondenzátoru je udržet elektrický náboj, tedy jeho kapacita. Jednotkou kapacity je
Farad [F].
Další vlastností kondenzátoru je, že nepropouští stejnosměrný proud, ale střídavý proud prochází.
Schématické značky kondenzátorů
Všeobecná značka
Elektrolytický kondenzátor
Proměnný kondenzátor
Kondenzátorový trimr
Parametry kondenzátorů
- Jmenovitá kapacita [F]
- Maximální napětí [U]
- Izolační odpor [ W ]
- Ztrátový činitel tg d
- Přesnost kapacity
- Teplotní součinitel kapacity
Jmenovité napětí
Jmenovité napětí udává výrobce kondenzátorů pro jednotlivé typy v katalogu, popř. je na jednotlivých
součástkách vyznačuje ve [V] nebo kódem.
Provozní napětí
Provozní napětí je nejvyšší napětí, které může být trvale na kondenzátor připojeno. Nepřesahuje-li teplota okolí
+40 °C, rovná se maximální provozní napětí jmenovitému. Při vyšších teplotách je nutné provozní napětí snížit
podle doporučení výrobce což je obvykle graf v katalogu.
Kondenzátory pro stejnosměrné napětí mohou mít superponovánu určitou střídavou složku, avšak součet obou
napětí smí dosáhnout nejvýše hodnoty provozního napětí. U elektrolytických kondenzátoru musí být
stejnosměrné napětí větší než maximální hodnota střídavého napětí, neboť při provozu nesmí dojít k poklesu
napětí na nulu nebo dokonce k přepólování elektrolytického kondenzátoru.
Izolační odpor
Izolační odpor je odpor mezi elektrodami kondenzátoru měřený při stejnosměrném napětí a při teplotě +20 °C.
Je tvořen odporem dielektrika a izolace, která elektrody kondenzátoru obklopuje. Činí několik tisíc až několik
set MW. Při vzrůstu teploty se izolační odpor zmenšuje. Neměří se u elektrolytických kondenzátorů.
Ztrátový činitel kondenzátoru tg d
1) Projevuje se jako paralelně připojený odpor, kterým teče 90° fázově posunutý ztrátový proud. Vektorovým
součtem proudů se zjistí úhel d , pokud je úhel příliš vysoký, rezonanční obvod nemusí pracovat správně nebo
se zhorší činitel jakosti Q.
2) Střídavá polarizace dielektrika ve střídavých obvodech vysokých frekvencí, což "ničí" materiál dielektrika.
3) Na ztrátový činitel má ještě vliv "skladování" kondenzátoru, protože úhel d se zvětšuje působením teploty a
vlhkosti
Indukčnost kondenzátoru
Přívody a elektrody kondenzátoru vykazují určitou indukčnost, která se nepříznivě projevuje v obvodech s
vysokou frekvencí (vysílače, přijímače). Spolu s kapacitou kondenzátoru vytváří indukčnost sériový rezonanční
obvod, který se při rezonanční frekvenci chová jako rezistor (bez fázového posunu) a při vyšších frekvencí se
ještě uplatňuje fázový posun indukčního charakteru (napětí předběhne proud).
Indukčnost závisí na konstrukci rozměrech a kapacitě kondenzátoru
Největší indukčnost má kondenzátor svitkový a nejmenší slídový a keramický.
Náhradní schéma kondenzátoru
Řada jmenovitých hodnot elektrolytických
kondenzátorů
Hodnoty jsou v µF
0,5
1
2
5
10
20
50
100
200
500
1000
2000
5000
10000
Označení kondenzátorů
V následující tabulce jsou uvedeny písmenné kódy pro označení tolerance kapacity pro kondenzátory do
velikosti menší než 10 pF.
Písmeno
Tolerance
B
0,1 pF
C
0,25 pF
D
0,25 pF
F
1 pF
Tolerance u elektrolytických kondenzátorů je značně nesouměrná, viz. tabulka
Písmeno
Tolerance
Q
-10% až +30%
T
-10% až +50%
S
-20% až +50%
Z
-20% až +80%
Druhy kondenzátorů
Konstrukce kondenzátorů Pevné kondenzátory
Kondenzátory s papírovým dielektrikem
Kondenzátor tvoří dvě hliníkové fólie, které jsou odděleny speciální kondenzátorovým papírem, jehož
permitivita je 4 až 7 F.m-1. Vrstvy jsou společně svinuté do balíčku takovým způsobem, aby kondenzátor měl
co nejmenší indukčnost. Celek je zastříknut do plastu nebo zasunut do kovového pouzdra.
Kondenzátory z metalizovaného papíru
Mají dvě elektrody zhotovené z kondenzátorového papíru, který je na obou stranách pokryt hliníkovou vrstvou.
Konstrukce je podobná jako u kondenzátorů s papírovým dielektrikem. Výhodou jsou menší rozměry a
hmotnost.
Kondenzátory s plastovou fólii
Konstrukce je podobná kondenzátorům s papírovým dielektrikem, ale místo papíru je použita fólie o tloušťce 5
až 20 font mm, např. (polystyrén, polyester, polypropylen, terylén, teflon). Tyto kondenzátory se vyznačují
velkou elektrickou pevností, malým ztrátovým činitelem a velkým izolačním odporem (až 500 GW).
Kondenzátory slídové
Elektrody mají zhotoveny napařováním nebo nastříkáním stříbrné barvy na tenké destičky z jakostní slídy.
Jednotlivé destičky jsou spojeny paralelně, aby se dosáhlo dostatečné kapacity. Slídové kondenzátory vynikají
malými ztrátami, velkou časovou i teplotní stabilitou a úzkými tolerancemi a hodí se do vysokofrekvenčních
obvodů.
Kondenzátory keramické
Mají dielektrikum, ze speciální keramiky s velkou permitivitou a malými dielektrickými ztrátami. Provedení
keramických kondenzátorů je velmi různorodé. Nejčastěji to jsou: terčové, diskové, destičkové, ploché
(polštářkové), trubičkové, průchodkové.
Terčové a diskové kondenzátory jsou tvořeny kotoučem příslušného průměru a tloušťky s napařenými
stříbrnými elektrodami. Vývody jsou z měděného drátu.
Destičkové kondenzátory nemají vývody a pájí se přímo do desky plošných spojů.
Průchodkový kondenzátor je tvořen keramickou trubičkou, kterou prochází vodič spojený s vnitřní elektrodou.
Vnější elektroda je upravena pro přišroubování nebo připájení na desku s plošnými spojů nebo kostrou
zařízení. Indukčnost těchto kondenzátorů je velmi malá.
Trubičkové kondenzátory jsou tvořeny trubičkou postříbřenou zevnitř i zvenku.
Elektrolytické kondenzátory
Dielektrikum tvoří tenká vrstva oxidu hliníku na hliníkové nebo tantalové elektrodě, spojení dielektrika s druhou
elektrodou je vytvořeno pomocí pórovité látky - elektrolytem (tekutý, polosuchý a suchý). Je nutno zachovat
polaritu. Výhodou jsou velká kapacita při malých rozměrech.
Bipolární kondenzátor
Nevyžaduje respektování polarity vůvodů. Tomuto vyhovuje většina kondenzátorů, kromě elektrolytických, kde
by se opačnou polaritou "vypařilo" dielektrikum tvořené oxidem hliníku.
Bipolární kondenzátory se používají v obvodech střídavého proudu, v místech kde je potřeba velká kapacita.
Bipolární kondenzátor lze provizorně vyrobit ze dvou elektrolytických kondenzátorů, zapojené "antisériově".
Kapacita bude menší (při sériovém spojení se kapacita zmenšuje) a použitelnost je pouze do obvodů nízké
frekvence.
Tantalové kondenzátory
Mají v porovnání s hliníkovými kondenzátory menší rozměry a lepší časovou a teplotní stabilnost teploty a
menší ztráty při vyšší frekvenci (akustické pásmo). Vyrábějí jen pro nižší napětí než hliníkové kondenzátory (asi
do 70 V).
Kondenzátory v monolitických integrovaných obvodech
Tyto kondenzátory se vyznačují velkou spotřebou plochy a prakticky jsme omezeni na kapacitu pod 40 pF.
Proto je potřeba omezit jejich potřebu na malé hodnoty, přibližně do 10 pF nebo volit jiná konstrukční řešení,
pokud je to možné. Typický příklad využití těchto kondenzátorů jsou paměťové bloky, ale kondenzátory mají
kapacitu hluboko pod 1 pF.
S proměnou kapacitou
- Otočné
- Kapacitní, dolaďovací trimry
Výpočet kapacity kondenzátoru
Provádí se dle vzorce:
Použití kondenzátorů
- V oddělovačích stejnosměrných napětí od střídavých
- Rezonanční obvody
- Filtry
Cívky
Cívka je dvoupólová elektronická součástka zhotovená navinutím závitů z vodiče v jedné nebo více vrstev na
kostře z izolačního materiálu. Je to součástka lineární, ale frekvenčně závislá.
Cívka v obvodu způsobuje indukčnost L, která má jednotku Henry [H]. Platí pravidlo, čím více závitů, tím větší
indukčnost.
Schématické značky cívek
Všeobecně
Proměnná cívka
Cívka s jádrem
Parametry cívek
- Jmenovitá indukčnost
- Jmenovitá zatížitelnost
- Maximální stejnosměrný odpor
- Minimální hodnota činitele jakosti Q
- Elektrická pevnost
- Rozsah pracovních teplot
Druhy cívek
1) Bez jádra
a) Samostatná
b) Vinutá na kostře (závit vedle závitů, křížové, vinuté "na divoko")
2) S jádrem
Cívky s jádrem mají větší indukčnost (od 10 mH), tato indukčnost se vysouváním jádra zmenšuje o 5% až 10
%.
Náhradní schéma cívky
Úplné náhradní schéma
Rs: Odpor nezávislý na frekvenci
Rj: Ztráty v jádře (hysterézní, vířivými proudy)
Rd : Dielektrické ztráty
Rv: Ztráty "vyzářenou" energii
Rsk: Odpor závislý na frekvenci
Použití cívek
- Transformátory
- Tlumivky
- Filtry
- Rezonanční obvody
Elektronky
Součástky tvoří skleněnou baňku, uvnitř jsou elektrody
Elektronková dioda
Anoda - Je kladná a přitahuje elektrony
Katoda (žhavení) - "vytváří" emituje elektrony
Použití: Usměrňovač - usměrňuje střídavý elektrický proud na stejnosměrný (jako polovodičová dioda)
Trioda
Trioda má na rozdíl od elektronkové diody jednu elektrodu navíc, tzv. "řídicí" mřížku, tedy má tři elektrody
(vývody).
Pokud je mřížka záporně nabitá, tak odpuzuje elektrony a zmenší se jejich tok, pokud je nabitá kladně proud je
maximální.
Tetroda
Od triody se líší tím, že má navíc jednu řídící mřížku, tedy má dvě mřížky, tedy čtyři vývody. Podle jejich funkce
rozlišujeme tetrody na:
Tetrody proti prostorovému náboji
Tetrody stíněné
Jednodušší jsou tetrody proti prostorovému náboji.
První mřížka dostává kladné napětí, které ruší prostorový náboj kolem katody. Proto anodový proud je v
podstatě větší než z triody. Druhá mřížka slouží k řízení anodového proudu
Pentoda
- 5 elektrod: anoda, katoda, řídicí mřížka, stínicí mřížka, brzdící (hradící) mřížka
- Lineárnější průběh než u triody
Hexoda
Elektronka, která má čtyři mřížky se nazývá hexoda (6 vývodů).
Heptoda
Elektronky s pěti mřížkami (7 vývodů) se nazývají heptody nebo pentagrio.
Optoda
Elektronky se šesti mřížkami se nazývají optody. Má 8 vývodů, to znamená 6 mřížek, anodu a katodu. Do
jedné baňky je možno vestavit 2 elektronkové systémy. Nejčastěji se používalo spojení triody s hexodou. Její
název byl trioda-hexoda. A pentody s dvojitou elektronkovou diodou. Vlastnosti těchto elektronek jsou totožné s
vlastnostmi jednotlivých systémů. Používají se pro úsporu místa, žhavícího příkonu a snížení nežádoucích
vlastností.
- Použití jako koncový výkonový zesilovač v nahrávacích studiích a v HI-FI.
Obrazovka
- Největší využití elektronek v dnešní době (TV, monitory, osciloskopy, radary)
- Princip: Emitované elektrony jsou soustředěny do úzkého paprsku, který po dopadu na stínítko vyvolá
světélkování v luminoforu.
Rozdělení obrazovek dle vychylování:
Elektrostatické vychylování
Vychylování paprsku se provádí destičkami na které je přivedeno napětí
Použití do osciloskopů
Elektromagnetické vychylování
O vychylování paprsku se starají vychylovací cívky (princip je znázorněný na obrázku).
Použití do televizních obrazovek.
Vysílací elektronky
Vysílací elektronky, určené pro práci do několika set MHz se principem činnosti neliší od elektronek
přijímacích. Konstrukčně jsou upraveny, aby byly schopny dodat požadované výkony.
Vzhledem k anodové ztrátě a značnému žhavícímu příkonu je nutné elektronky intenzivně chladit, proto jsou
anody jsou opatřeny chladicími žebry. Malé elektronky jsou chlazeny přirozeně. Větší používají chlazení
nucené.
Do anodové ztráty asi 50 kW se používá chlazení vzduchové a nad 50 kW je používáno chlazení vodním
odpařováním. Elektronkám, které používají toto chlazení se říká vapotrony a tento způsob je velmi účinný.
Měděná anoda je opatřena chladícím pláštěm tvořeným měděným blokem, ve kterém jsou vytvořeny podélné
kanálky a na jehož povrchu jsou masivní výstupky pro zvětšení chladící plochy. Chladící plášť je ponořen do
destilované vody v uzavřené odpařovací nádobě. Vzniklá pára se odvádí do kondenzačního zařízení a
ochlazená voda se vrací zpět do odpařovací nádoby.
U elektronky s anodovou ztrátou 250 kW je spotřeba vody pouze 5,4 l/min. při teplotě vstupní vody 20°C.
Snaha zvýšit pracovní frekvenci elektronek pracujících na klasických principech do oblasti velmi krátkých vln
(VKV) vedla ke konstrukci koaxiálních triod a tetrod, jejichž všechny elektrody, přívodní kontakty i izolační
keramický plášť jsou uspořádány souose kolem podélné osy elektronky, dosáhne se tím zmenšení indukčnosti
přívodů i malých elektrodových kapacit.
Nevýhody elektronek
- "Relativně" velké rozměry
- Potřeba žhavení (100 V)
- Tepelné ztráty
- Nízká účinnost
Výhody elektronek
- "Prakticky žádný šum (tranzistory)"
Diody
Dioda je polovodičová součástka s jedním PN přechodem, která začíná vést elektrický proud až od určitého
"prahového" napětí, které se pohybuje v rozsahu 0,3 V (Germaniovy) - 0,7 V (křemíkové). Přesný údaj záleží
na typu diody.
Schématická značka diody
Písmeno A značí anodu a písmeno K značí katodu. Toto označení se, ale ve schématických výkresech
elektronických zařízení nevyznačuje.
Náhradní schéma diody
Průchod elektrického proudu diodou
a) Stejnosměrný proud
Pokud anoda diody směřuje ke kladnému pólu zdroje a katoda k zápornému pólu zdroje, dioda propouští.
Pokud anoda diody směřuje k zápornému pólu zdroje a katoda ke kladnému pólu zdroje dioda nepropouští.
b) Střídavý proud
Pokud je k vinutí transformátoru připojená anoda diody, propouští se kladná "půlvlna".
Pokud je k vinutí transformátoru připojena katoda diody, propouští se záporná "půlvlna".
Druhy diod dle provedení
Hrotová dioda
Wolframový nebo zlatý hrot je přitlačován pružinou k polovodiči typu N, po tzv. formátování, kdy se přivede na
hrot elektrický impuls se vytvoří v místě dotyku malá oblast typu P.
Plošná dioda
Kapka india se při vysoké teplotě vtaví do křemíkové destičky a vytvoří tím přechod PN. Tento přechod není
bodový, ale plošný. Plošné diody se používají hlavně v usměrňovačích střídavého proudu na stejnosměrný.
Označení diod písmeny
1. písmeno
2. písmeno
A - Germaniovy diody
A - detekční, spínací, směšovací
B - Křemíkové diody
B - kapacitní diody
G - Germaniovy diody (Tesla)
X - usměrňující výkonové diody
K - Křemíkové diody (Tesla)
Zenerovy a referenční diody
AS - Schottkyho diody
Šum diod
Je značný především u Zenerových diod, které vykazují vysokou úroveň šumového napětí
V-A charakteristika diody
Voltampérová charakteristika diody je závislost proudu protékající diodou na přiložené napětí. V-A
charakteristika se obvykle měří podle následujícího schématu:
Měříme nejprve v propustném směru, potom otočíme polaritu napájecího zdroje a změříme V-A charakteristiku
v závěrném směru.
Na charakteristice diody jsou vyznačeny dva nejdůležitější parametry:
IdMAX - Maximální dovolený proud v propustném směru
UdMAX - Maximální závěrné napětí
Použití diod
- Usměrňovače (usměrňovací diody)
- Stabilizátory napětí (Zenerovy diody)
- Optické prvky čidel (fotodiody)
- Signalizace (LED diody)
Zenerova dioda
Na rozdíl od klasické diody se zapojuje v závěrném směru. A používá se ke stabilizaci napětí na výstupní
straně transformátoru.
Princip: Silné elektrické pole vytrhává ze svých vazeb elektrony, což vede k prudkému nárůstu zpětného
proudu, při téměř stálém napětí (tzv. Zenerův průraz), tento prudký nárůst závěrného proudu se využívá ke
stabilizaci napětí.
Aby se předešlo zničení Zenerovy diody průtokem velkého proudu, připojuje se před ní do série rezistor, který
omezí proud na "úroveň snesitelnosti" pro Zenerovu diodu.
Schématická značka Zenerovy diody
Použití Zenerovy diody
Použití
Stabilizace napětí
Ochrana před přetížením
Schéma zapojení
Stabilizátor napětí
Stabilizátor proudu
se zenerovou diodou a tranzistorem
- Stabilizátory napětí a proudu
- Spojování stupňů tranzistorových zesilovačů
- Ochrana tranzistorů při induktivní zátěži (ochrana před přetížením)
- "Potlačení nuly" u elektromechanických měřících přístrojů (vymezení rozsahu)
LED diody
LED (Light Emitting Diode = Světlo emitující dioda) dioda přeměňuje elektrickou energii na elektrickou a
využívá se hlavně k signalizaci. Na rozdíl od žárovky má delší životnost, ale "vysílá" jen barevné světlo a je
"slabší" než svit žárovky a při provozu postupně klesá.
LED diody se vyrábějí v následujících velikostech (velikost průměru je v mm):
1,0
1,8
3,0
5,0
8,0
10,0
Značka LED diody
Vznik světla v LED diodě
Světlo vzniká tím, že průchodem elektrického proudu PN přechodem se při dopadu elektronů uvolňují fotony.
Tím vzniká slabé záření o různých vlnových délkách, které vnímáme jako světlo.
Barva
Vlnová délka v nm
Modrá
452 až 485
Zelená
495 až 535
Žlutá
568 až 585
Oranžová
592 až 608
Červená
656 až 768
Protože LED diody jsou polovodiče, to znamená, že začnou "svítit" až od určitého práhového napětí jako u
"klasických" diod.
Barva svitu
Práhové napětí
Červená
1,6 V
Žlutá
2V
Zelená
3V
Zapojení LED diod
Před LED diodou musí být zapojen v sérii rezistor, který omezí proud protékající LED diodou maximálně na 30
mA, ale optimum je kolem 15 mA. Velikost odporu se vypočte pomocí Ohmova zákona a použije se součástka,
která je v normalizované řadě nejblíž vypočtenému údaje (doporučuje se vyšší).
LED dioda se také zničí, připojí-li v závěrném směru napětí vyšší než 5 V.
V impulzním provozu může LED dioda pracovat s špičkovými špičkovými proudy.
LED diody se zapojují pouze sériově, protože při paralelním zapojení se proudy dělí a nemusel a případný
"nadproud" by nemohl rezistor snížit na "bezpečnou" úroveň.
Vývod záporného pólu se nazývá katoda a vývod kladného pólu se nazývá anoda.
Výhody a nevýhody LED diod
(o proti žárovkám)
Nevýhody
- Malá svítivost
- Jen pro informační účely (např. signalizace zapnutého stavu)
Výhody
- Rozsvítí se bez zpoždění
- Velká životnost
- Nepatrná spotřeba
- Mechanická stabilita
- Malá provozní teplota
Použití LED diod
- Signalizace
Varikap
Je to tzv. "kapacitní dioda".
Pokud roste napětí v závěrném směru, v okolí PN přechodu se hromadí značný prostorový náboj, ale kapacita
není příliš velká, řádově jen pikofarady.
Tento druh diod potřebuje dobře "filtrované" stejnosměrné napětí a od jiných obvodů se musí oddělit
kondenzátorem, ten odfiltruje pouze stejnosměrná napětí.
Důležité jsou počaáteční a konečné kapacity a poměry mezi nimi.
Změnou napětí se mění kapacita a čím je napětí vyšší, tím je kapacita menší.
Stejně jako u kondenzátorů je velmi důležitý úhel tg d
Schématická značka varikapu
Náhradní schéma varikapu
Použití varikapů
- jako proměný kondenzátor ve vysokofrekvenčních obvodech (oscilátory)
- ladění rezonančních obvodů
Tranzistory
Tranzistory jsou polovodičové součástky se dvěma přechody PN.
Vzhled tranzistoru
Tranzistor má nejčastěji 3 elektrody. Bázi (B), Kolektor nebo anglicky Collector (K nebo C) a Emitor (E)
Pouzdra tranzistorů
Tranzistory se vyrábějí ve velmi rozmanitých pouzdrech, kterých jsou dnes desítky. Pouze pro základní druhy
pouzder používaných i pro další polovodičové součástky, existuje poměrně jednotné značení. V ostatních
případech se značení více či méně liší a je nutno se orientovat podle katalogu výrobce. Velikost pouzdra
odpovídá výkonu, přičemž platí, že tranzistor v plastovém pouzdře lze zatěžovat mnohem menší proudem než
tranzistory v celokovovém pouzdře. Zvláštním tvarem se vyznačují vysokofrekvenční tranzistory pro velmi
vysoké frekvence, s páskovými vývody rozmístěnými do kříže. Jsou-li starší vysokofrekvenční tranzistory v
kovovém pouzdru doplněny čtvrtým vývodem, propojeným s pouzdrem (stínění). Zcela odlišný tvar mají
pouzdra pro tranzistory SMD. Jsou to nepatrné hranolky s plochými a krátkými vývody z boku,pájenými přímo
mezi plošné spoje.
TO92
Plastové pouzdro malých rozměrů, dlouhé 5 mm a široké necelých 5 mm, válcového tvaru s plochou boční
stěnou. Slouží univerzálním tranzistorům (TUN) pro napěťové zesilovače a oscilátory.
TO72
Malé plechové pouzdro válcového tvaru, dlouhé 5 mm o průměru necelých 5 mm. Vespod je zálivka z
izolačního materiálu, kterou procházejí drátové vývody. Pouzdro používaly starší univerzální a
vysokofrekvenční tranzistory.
TO39
Plechové pouzdro válcového tvaru dlouhé 6,5 mm o průměru 8 mm. K pouzdru je vespod vodivě připojená
stínicí kovová přepážka, spojená s jedním drátovým vývodem - kolektorem. Zbylé dva vývody procházejí otvory
(průchodkami). V pouzdru jsou spínací a vysokofrekvenční tranzistory.
TO18
Plechové pouzdro válcového tvaru, dlouhé 6,5 mm o průměru 8 mm, s drátovými vývody, které vespod
procházejí zálivkou z izolačního materiálu. Pouzdro touto spodní částí se liší od TO39. Nacházejí se v něm
spínací a vysokonapěťové tranzistory.
TO126 - SOT32
Ploché plastové pouzdro s přibližnými rozměry 7,5 x 11 x 2,5 mm, s třemi plochými vývody na užší straně a
otvorem pro chycení na chladič. Slouží k výkonovým typům od 10 W do 40 W, a to jak pro nízkofrekvenční, tak
i pro vysokofrekvenční tranzistory a Darlingtony.
TO220
Hranaté plastové pouzdro s přibližnými rozměry 10 x 10 mm a třemi plochými vývody. Tvoří celek se základní
kovovou deskou 10 x 15 mm. Přečnívající část kovové desky s otvorem slouží pro upevnění na chladič.
Používá se pro výkony od 60 do 150 W. Existuje množství modifikací.
TO3
Velké celokovové pouzdro se silnější základní deskou přibližně eliptického tvaru délky 40 mm a šíře 27 mm.
Celý střed desky pokrývá nízký kruhový kryt o průměru cca 20 mm. Spodem desky procházejí dva kolíkové
vývody. Třetí elektrodu - kolektor představuje samotné pouzdro, jehož základní deska se pomocí dvou otvorů
přišroubuje na chladič. Slouží pro výkony až 300 W.
TO50
Má tvar "pilulky" z plastu o průměru 5 mm a výšce 2,5 mm. Z boku vystupují ploché vývody, a to buď tři (TO503) nebo čtyři (TO50-4), křížem rozmístěné. Vyhovuje pro vysokofrekvenční tranzistory velmi vysokých
frekvencí.
SOT23
Pouzdro pro běžné tranzistory SMD. Má tvar nepatrného hranolku dlouhého nejvýše 3 mm, širokého 1 mm a
stejně tak vysokého. Velmi krátké ploché vývody vedou z boku - dva v jednom, třetí vývod na druhém boku.
Pouzdro
Charakteristika
Většina uvedených pouzder se vyznačuje modifikacemi. Odchylky od základních tvarů mají vlastní značen
nebo odvozené od základního tvaru s doplňujícími znaky. V mnohých pouzdrem se nacházejí i další
polovodičové prvky.
Kódové značení tranzistorů
Tranzistory se značí buď ze dvou písmen a tří číslic nebo ze tří písmen a dvou číslic. Za číselným znakem
obvykle následuje další písmeno.
První písmeno
A - Germaniovy tranzistory
B - Křemíkové tranzistory
G - Germaniovy tranzistory (značení Tesla)
K - Křemíkové tranzistory (značení Tesla)
Druhé písmeno
C - Nízkofrekvenční tranzistory
D - Nízkofrekvenční výkonové tranzistory
F - Vysokofrekvenční tranzistory
L - Vysokofrekvenční výkonové tranzistory
S - Spínací tranzistory
U - Spínací výkonové tranzistory
Číselný údaj za písemným znakem
Obsahuje dodatečné informace, např. typ vodivosti, druh pouzdra, technologii (bipolární, unipolární), hodnoty
mezních veličin (max. proud, napětí), atd.
Schématické značky tranzistorů
Bipolární
tranzistor
NPN
Unipolární
Unipolární
Bipolární
tranzistor FET - tranzistor FET tranzistor PNP
N
P
Unipolární
tranzistor
MOSFET - N
Unipolární
tranzistor
MOSFET - P
Základní členění tranzistorů
Bipolární (BJT = Bipolar Junction Transistor) - Využívají obou druhů nosičů elektrického náboje (elektonů a děr)
Unipolární (FET = Field Effect Transistor) - Využívají pouze jednoho nosiče elektrického náboje (elektronů
nebo děr)
Členění bipolárních tranzistorů
NPN - Na kolektoru musí mít vždy kladné napětí
PNP - Na kolektoru musí mít vždy záporné napětí
Princip tranzistoru
Tranzistory bipolární využívají oba druhy nosiče elektrického náboje, tedy elektrony a díry, kdežto tranzistory
unipolární využívají buďto jen elektronů nebo děr.
Tranzistor se skládá ze tří vrstev, které mají různé typy vodivosti. Střední vrstva má vodivost typu P a nazývá
se báze. Krajní vrstvy mají vodivost typu N, přičemž jedna vrstva se nazývá emitor a druhá kolektor.
V tranzistoru teda vznikají dva PN přechody a jednak emitorový přechod mezi emitorem a bází a pak
kolektorový přechod mezi kolektorem a bází.
Tranzistor si lze představit i jako spojení dvou diod
Tranzistor s vodivostí NPN
Tranzistor s vodivostí PNP
V-A charakteristika tranzistoru
Znázorňuje závislost kolektorového proudu na napětí kolektor-emitor při konstantním proudem do báze.
Pro každou velikost proudu do báze IB platí jedna charakteristika.
Při nulovém proudu do báze (IB = 0) prochází tranzistorem zbytkový proud IK0 .
Platí pro zapojení se společným emitorem
Elektrody tranzistoru
Báze
Báze je prostřední elektroda tranzistoru nepatrné tloušťky, která má zásadní vliv na chování tranzistoru.
Společně s emitorem tvoří PN přechod polarizovaný v propustném směru. S malým napětím správné polarity,
připojeným mezi bázi a emitor tranzistoru, začne téci přechodem báze - emitor malý proud společně s velkým
proudem v obvodu kolektor - emitor. Je-li báze bez napětí obvodem kolektor - emitor teče jen malý tzv.
zbytkový proud ICE0 - týká se zapojení se společným emitorem. Báze s kolektorem tvoří přechod kolektor báze, pólovaný v nepropustném - závěrném směru. Přechodem teče pouze nepatrný zbytkový proud I CB0 týká se zapojení se společnou bází.
Emitor
Emitor je elektroda příslušející bipolárnímu tranzistoru. Společně s bází tvoří polovodičový přechod báze emitor, orientovaný v propustném směru. Polarita napětí, připojena k emitoru, se liší podle vodivosti tranzistoru.
U NPN tranzistoru je emitor připojen k zápornému pólu zdroje, u PNP tran zistoru ke kladnému pólu zdroje.
Někdy se obvodu emitoru zapojuje rezistor, aby napětí vzniklé průchodem proudu stabilizovalo pracovní bod
tranzistoru. Takové zapojení nazýváme zápornou proudovou zpětnou vazbou. Pro střídavý proud se zpětná
vazba zmenšuje nebo zruší paralelně připojenou větší kapacitu.
Kolektor
Kolektor bipolárního tranzistoru je elektroda, ke které směřuje proud nosičů, ať již kladných děr nebo záporných
elektronů. Proud teče obvodem kolektor - emitor, jestliže jsou splněny podmínky pro otevření tranzistoru. Podle
vodivosti tranzistoru je třeba ke kolektoru připojit napětí správné polarity. U NPN tranzistoru se požaduje kladná
polarita. U PNP se požaduje záporná polarita. V zapojení se společným emitorem nesmí chybět v obvodu
kolektoru pracovní odpor Rc, na němž se průtokem proudu vytváří napětí. Čím větší napětí vznikne na Rc, tím
menší napětí zbude na kolektor. Střídavé výstupní napětí z "živého" konce Rc, tj. z kolektoru, se odvádí k
dalšímu zpracování. Protože je mnohem větší n ež vstupní napětí, hovoříme o napěťovém zesílení. Vždy je
nutno vnímat skutečnost, že v zapojení se společným emitorem dochází k fázovému posunu. Na kolektoru je
fáze posunuta o 180°, což vyplývá z činnosti tranzistoru.
Základní zapojení bipolárních tranzistorů
Se společným emitorem
Se společným kolektorem
Se společnou bází
malý až střední
značně malý
velmi velký
velký
velmi velký
velmi malý
velké
značně velké
menší než 1
velké
menší než 1
velké
značně velké
malé až střední
malé až střední
Veličina
Zapojení se společným
emitorem
Zapojení se společnou
bází
Vstupní odpor
Výstupní odpor
Napěťové
zesílení
Proudové
zesílení
Výkonové
zesílení
Schéma
zapojení
Stavy bipolárního tranzistoru
Zapojení se společným
kolektorem
Zavřený
Když připojíme na kolektor kladné napětí stejnosměrného zdroje U
nepoteče.
KE a
na emitor záporné napětí zdroje, proud
Emitorový přechod mezi bází a emitorem je sice zapojen v propustném směru, ale kolektorový přechod mezi
bází a kolektorem je ve směru nepropustném, proto proud nepoteče.
Otevřený
Aby se tranzistor otevřel, je nutno mezi bázi a emitor připojit další zdroj napětí U BE . Kladný pól zdroje se
připojí na bázi a záporný pól na emitor.
Protože emitorový přechod je zapojen v propustném směru začnou volné elektrony téct z emitoru do báze.
Protože báze je velmi tenká, tak proto většina volných elektronů pronikne až ke kolektorovému přechodu.
Kolektorový přechod je sice v nepropustném směru, ale pouze pro díry, nikoliv pro elektrony, které jsou
kladným pólem kolektoru přitahovány a proudí ke kladnému proudu zdroje U KE
Nastavení pracovního bodu tranzistoru
Nastavení pracovního bodu tranzistoru se projeví určitou velikostí kolektorového proudu a mnohem zřetelněji
velikostí napětí na kolektoru. Napětí U CE změříme čímž získáme základní údaj pro posouzení budoucí činnosti
tranzistoru.
Nastavení pracovního bodu tranzistoru vyžaduje stanovit a nastavit vhodné pracovní podmínky pro
požadovanou činnost tranzistoru, v praxi jde o to, jestli bude tranzistor více nebo méně otevřen. Rozumí se
klidový stav bez vstupního signálu. Se vstupním signálem se začne měnit kolektorový proud a zároveň i napětí
na kolektoru. Pracovní bod se přitom pohybuje v určitém rozmezí.
Nastavení pracovního bodu tranzistoru se týká na režimu přechodu báze - emitor, postačí tedy velmi malé
napětí (cca 0.65 V) k otevření a přechodem báze - emitor teče proud a současně s kolektorovým proudem i v
obvodu kolektor - emitor. Velikost otevření odpovídá funkci kterou má tranzistor vykonávat. Polarita napětí na
bázi závisí na typu vodivosti tranzistoru (NPN či PNP).
Toto je nejednodušší nastavení pracovního bodu a má nejhorší výsledky, protože nevýhodou je že vzrůst
zbytkového proudu I CE0 vlivem oteplení přechodu se projeví vzrůstem kolektorového proudu. To vyhoví pouze
v nenáročných zapojeních nebo v zesilovacích stupních, kde signál přichází s nízkou amplitudou. Ale výhoda
je, že jen nepatrně zmenšuje vstupní odpor tranzistoru.
Rezistorem Rb přivádějící napětí k bázi má velký odpor a teče jím nepatrný proud (vzniká na něm téměř celé
napětí zdroje - bez "půl" V). Změnou jeho odporu se nastaví proud báze na správnou velikost.
Napětí pro bázi přichází z odporového děliče R1 a R2. Pracovní bod s oteplením mění méně než u
předchozího zapojení, leč o stabilním pracovním bodu hovořit nelze. Čím se požaduje větší proud báze, tím
tvrdší musí být dělič. Příčný proud protékající děličem má být několikanásobně větší než odebíraný proud
báze. Ovšem klesá vstupní odpor tranzistoru, což může někdy vadit.
Stabilizace pracovního bodu tranzistoru
Stabilizace je nezbytná, může-li dojít ke změnám kolektorového proudu v závislosti na okolní nebo vnitřní
teplotě tranzistoru (viz. Nastavení pracovního bodu tranzistoru). Týká se i možných změn napájecího napětí.
Aby se zachovaly normální pracovní podmínky v širším rozmezí teplot, používá se při nastavování pracovního
bodu stabilizační zapojení.
Pro stejnosměrná napětí a proudy tranzistoru se zavede silná záporná zpětná vazba. Velikost kolektorového
proudu pak převážně určují jednotlivé členy vnějšího zpětnovazebného obvodu.
Napěťová záporná zpětná vazba
Rezistor Rb v bází pro nastavení pracovního bodu není připojen ke zdroji napětí,nýbrž ke kolektoru tranzistoru.
Zvětší-li se kolektorový proud, zvětší se úbytek napětí na pracovním odporu RC , takže napětí na kolektoru
klesne. Proto se rovněž zmenší i odtud odvozené napětí pro bázi tranzistoru. Poteče menší proud v obvodu BE a současně klesne kolektorový proud.
Proudová záporná zpětná vazba
Vzniká průtokem proudu emitorovým odporem R E . Pro střídavý proud ji odstraní kondenzátor CE . Větší
kolektorový proud zvětší úbytek napětí na rezistoru RE , takže na emitoru stoupne napětí. Přitom na bázi se
napětí nemění, udržuje ho napěťový dělič. Tím se sníží rozdíl z vnějšku přivedeného napětí mezi emitorem a
bází. Tranzistor se přivírá a tranzistorový proud klesá. Takto se v menší rozsahu stabilizuje pracovního bod i
při výměně tranzistoru - jestliže zesilovací činitel h21e náhradního tranzistoru není příliš odlišný od původního.
Kombinované zapojení
Proudovou i napěťovou zpětnou vazbu lze použít současně, jak ukazuje třetí způsob stabilizace pracovního
bodu tranzistoru. Hodí se pro extrémní podmínky, např. při velkých výkyvech směrem nahorů i dolů, při kolísání
napájecího napětí apod.
U výkonových tranzistorů někdy používá tzv. nelineární stabilizace pomocí teplotně závislých prvků (termistory,
diody, ap.). Kompenzace teplotní změny zbytkového proudu probíhá tím způsobem, že současně se vzrůstající
teplotou se v opačném smyslu mění napětí v děliči, pro nastavení pracovního bodu. V dolní části děliče se
zapojí místo rezistoru termistor, jehož odpor se s teplotou zmenšuje. Tím se zároveň zmenšuje napětí na bázi.
Zbytkový proud
Mezi základní stejnosměrné parametry bipolárních tranzistorů patří tzv. "zbytkový" proud mezi bází a
kolektorem I CB0 . Jedná se o proud velmi malý a jen málo závislý na kolektoru. Teče přechodem, který je
polarizován v závěrném směru a jeho hodnotu ovlivňuje velikost PN přechodu a z velké části teplota PN
přechodu.
Zbytkový proud se týká hlavně zapojení se společnou bází, ale emitor musí být odpojený.
Častější zapojení je se společným emitorem a napájecí napětí se připojí mezi kolektor (+) a emitor (-). V tomto
případě obvodem C-E teče zbytkový proud I CE0 mnohem větší než I CB0 , přitom k nejvyššímu zbytkovému
proud u dochází tehdy když je báze odpojená.
Mezi I CB0 a I CE0 platí přibližně vztah
Jestliže báze s emitorem bude propojena odporem a to je v praxi většinou splněno (odpor děliče, vinutí
transformátoru), pak teče menší zbytkový proud I CER a při malém odporu v bázi se bude blížit I CB0 .
Zbytkový proud v zapojení se společným emitorem vykazuje přibližně stejnou teplotní závislost, jako v zapojení
se společnou bází, je však celkově vyšší. K omezení závislosti je nutná stabilizace pracovního bodu
tranzistoru.
Šum tranzistorů
Má řadu složek:
- Tepelný: Zdrojem je reálná složka vstupního odporu, dále přechod B - E, dále závisí na způsobu zapojení
tranzistoru a na jeho pracovním bodu.
- Výstřelkový
- Blikavý: Souvisí s výrobní technologií a poruchovými jevy
Šum výstřelkový a blikavý závisejí na pracovních podmínkách tranzistoru
Zesilovací účinek tranzistorů
Napájecí napětí U KE mezi kolektorem a emitorem bude 5 V
Zavřený
Mezi bází a emitorem bude napětí U BE = 0.1 V.
Obvodem báze - emitor bude protékat proud I B = 0,05 mA.
Obvodem kolektor - emitor bude protékat proud I K = 1,5 mA.
Otevřený
Zvýšíme-li napětí U
BE na
0.2 V.
Obvodem báze - emitor bude protékat proud I B = 0.15 mA.
Obvodem kolektor - emitor bude protékat proud I K = 4 mA.
Z příkladu je vidět, že změnou proudu o 0.1 V se v obvodu báze - emitor zvětšil proud o 2.5 mA v obvodu
kolektor - emitor.
Malými změnami napětí mezi bází a emitorem, lze řídit mnohem větší kolektorový proud, jehož zdrojem je
napětí U KE .
Zesílení se říká zesilovací činitel tranzistoru a značí se:
h 21E pro stejnosměrné proudy
h 21e pro střídavé proudy
b všeobecně
Výhody tranzistoru
(vůči elektronkám)
- Malé rozměry
- Nepo třebují žhavení
- Dlouhá životnost
- Velká otřesuvzdornost
Nevýhody tranzistoru
(vůči elektronkám)
- Parametry jsou závislé na teplotě
- Náchylné na přetížení
- Zbytkový proud
- Při jaderném ozáření ztrácejí funkčnost
Použití bipolárních tranzistorů
- Zesilovače
- Spínače
- Generátory (oscilátory)
Unipolární tranzistory
Je to skupina tranzistorů "nové" generace a používají se výhradně v integrovaných obvodech. K řízení proudu
mezi kolektorem a emitorem se využívá elektrostatické pole, kterým se mění vodivost "kanálů" mezi emitorem
a kolektorem.
Ze dvou druhů těchto tranzistorů J-FET a MOS-FET se v integrovaných obvodech využívá typ MOS-FET.
Princip unipolárního tranzistoru
V křemíkové destičce jsou vytvořeny difuzí (vnikáním) donoru do krystalické mřížky křemíku dvě oblasti
vodivostí typu N (emitor a kolektor), v nichž jsou nosiči elektrického proudu elektrony.
Rozdíl od běžného tranzistoru NPN je v tom, že ovládací proudový obvod tvoří kovový ovládací prvek G (Gate)
zvaný hradlo, od polovodičové báze oddělený izolujícím oxidem křemičitým SiO 2 .
Připojíme-li mezi kolektor a emitor napětí a na hradle G je nulové napětí. Díry jsou přitahovány k emitoru, od
kolektoru jsou odpuzovány, takže proud obvodem neprochází.
Připojíme nyní kladné napětí na hradlo. Kladné elektrické pole hradla začne díry pod kovovou elektrodou
odpuzovat a mezi emitorem a kolektorem se vytvoří vodivý kanál, jímž mohou elektrony procházet, a tak se
průchod elektrického proudu mezi emitorem a kolektorem otevřen.
Čím větší bude napětí na hradle, tím bude kanál širší a tím bude větší proud emitor - kolektor.
Výhody FET tranzistorů
Ovládání kolektorového proudu se uskutečňuje pouze napětím, bez proudu, tudíž prakticky s nulovým
výkonem vstupního řídicího obvodu. To je velkou výhodou tranzistorů MOS-FET, rovněž tak z toho plynoucí
velká hodnota vstupního odporu. Další výhodou je minimální rozměr, umožňující hustotu až 100 tranzistorů na
1 mm 2 .
Nevýhody FET tranzistorů
Velká citlivost na elektrostatické náboje.
Použití tranzistorů řízených polem
- V počítačích, kalkulačkách, NC stroje atd.
Fotodiody
Představují polovodičový prvek reagující na světlo, přičemž, principem činnosti nabízí dvojí využití, existují dva
odlišné druhy součástek.
1) Fotodiody se projevují aktivně, pracují samostatně a nevyžadují součinnost obvodu.
2) Fotodioda slouží jako čidlo nebo regulační prvek s dalšími součástkami (v bázi tranzistoru)
Fotodioda má nepatrné rozměry, buď válcového průměru kolem 3 mm nebo platové pouzdro, které se jen málo
liší od pouzdra TO92 pro tranzistory. Do místa polovodičového přechodu světlo prochází miniaturní optickou
čočkou soustřeďující paprsky do jednoho bodu. Výrobce vhodným způsobem odlišuje vývod anody a katody.
Účinkem světelných paprsků vlivem fotoelektrického jevu dojde v PN přechodu k uvolnění valenčních elektronů
(valenční elektrony se nachází v "poslední slupce" atomu) a tím ke zvýšení zbytkového proudu (dioda je
zapojená v závěrném směru). Fotodioda buď mění svůj odpor nebo je zdrojem elektrického napětí
Schématická značka fotodiody
Hradlová fotodioda
Využívá fotoelektický jev k přeměně světelné energie na elektrickou.
Základem je polovodičový přechod, na který dopadá světlo. V obou polovodičích se dopadem fotonů uvolňují
dvojice díra-elektron a proudí přechodem. Náboje se na obou stranách hromadí, čimž vzniká rozdíl potenciálů fotoelektrické napětí UL (elektromotorické napětí). Na anodě se nachází kladný potenciál, na katodě záporný
potenciál. Fotoelektrické napětí dosahuje až UL = 0.5 V. Připojíme-li k vývodům zátež Rz, obvodem bude
procházet proud.
Fotoelektrické články větších rozměrů se propojují ve sluneční baterie, takže fungují jako alternativní zdroj
energie.
Fotodioda jako čidlo
Je rovněž závislá na osvětlení přechodu polovodiče, ale pohyb nosičů, způsobuje změnu vnitřního odporu.
Za tmy je odpor veliký, s osvětlením rychle klesá a silně narůstá závěrný proud od katody k anodě.
Tato vlastnost se hodí v aplikacích, kde se musí rychle reágovat na světlo.
Fotodioda se vyznačuje vysokým použitelným kmitočtem (od stovek kHz do několika MHz) - v důsledku malé
vnitřní kapacity, z toho důvodu se fotodioda využívá v přijímacích částech optoelektronických členů.
Fotodioda patří do dolní části děliče pro nastavení pracovního bodu tranzistoru. Je pólována v závěrném
směru, takže za tmy proud děličem neprochází. Uplatňuje se pouze trimr P v horní části děliče, kterým přichází
napětí na bázi. Tranzistor je proto otevřený, což se projeví rozsvícením LED diody v obvodu kolektoru. Teprve
když světelné nebo infračervené paprsky osvětlí polovodičový přechod fotodiody, silně vzroste závěrný proud,
směřující od katody k anodě. Děličem teče příčný proud a na bázi klesne napětí. Tranzistor se uzavře a LED
dioda přestane svítit.
Některé typy reágující na infračervené záření(infrafotodioda IR-dioda), takže se staly běžnou součástí
dálkovách ovládání - v příjímací části.
Charakteristické vlastnosti
- Při osvětlení stoupá závěrný proud, vnitřní odpor klesá
- Změny odporu probíhají velmi rychle - s kmitočtem řádově 100 kHz až MHz
- Nutno rozlišovat vývody při zapojení: Katoda svěřuje k +, anoda k -, tj. závěrný proud fotodiody
- Vykazuje značnou teplotní závislost, s oteplením roste závěrný proud
Speciální fotodiody
PIN
- Vyšší přenosová rychlost
- Menší šum
- Větší citlivost k delším vlnovým delkám (infra)
- Vhodná pro optické kabely
APD
Pracuje na principu lavinového jevu (jeden foton uvolní další pár, tj. elektron + díru), a to následkem vysoké
energie v silném elektrickém poli min. 100 V.
Vykazuje proto vyšší citlivost, ale i vyšší šum.
Použití fotodiod
- Optoelektronické členy
- Optosenzory
Tyristory
Tyristor neboli řízený usměrňovač je čtyřvrstvý polovodič (PNPN) se třemi přechody (PN, NP, PN).
Tyristor má řídicí elektrodu (Gate = Brána) je někdy nazýván triodový tyristor. Má tři elektrody anoda, katoda a
řídící elektrodu.
Schématická značka tyristorů
Náhradní schéma tyristoru
Činnost tyristoru
Není-li na řídící elektrodě napětí proud neprotéká (připojením pouze na anodu a katodu nestačí), proto
rozeznáváme následující stavy tyristoru
Závěrný
Na anodě je mínus a na katodě je plus.
Tyristor nemůže propouštět proud (stejně jako u diody). Toto se uplatňuje u střídavého proudu.
Blokovací
Na anodě je plus a na katodě je mínus.
Tyristor je sice v zapojen v propustném směru (jako dioda), ale přesto proud neprotéká, je to taková "příprava"
k sepnutí, které je realizováno "hradlovým impulzem".
Propustný
Na anodě je plus a na katodě je mínus.
Přivedením hradlového impulzu na řídicí elektrodu došlo k "sepnutí" tyristoru.
Sepnutí se tedy realizuje přivedením plusu na anodu, mínusu na katodu a plusu na řídící elektrodu.
VA - charakteristika tyristoru
Vypínání tyristorů
V sepnutém stavu tranzistor setrvá dokud:
- Propustný proud neklesne pod hranici vratného proudu
- Nedojde k přerušení obvodu (odpojení zdroje)
- Nezmění se polarita na anodě a katodě
- Není sepnut "vypínací tyristor" - GTO
Použití tyristorů
- Řízené usměrňovače
- Elektronické spínače i časové
- Jistící obvody proti přepětí a nadproudu
- Programovatelné řídící obvody (např. spínání světel)
- Regulátory teploty
- Nabíječe akumulátorových baterii
Triak
Triak je obousměrný triodový tyrystor s pětivrstvou struktůrou PNPNP a se čtyřmi přechody.
Schématická značka triaku
Náhradní schéma triaku
Triak vznikne vnitřním uspořádáním tzv. antiparalelním uspořádáním dvou tyristorů.
Triak může propouštět proud v obou směrech čímž "překonává" tyristor .
VA - Charakteristika triaku
Možnosti zapínání triaku
Ke spuštění existují 4 způsoby.
Nedoporučuje se, způsob kdy se na elektrodu A2 přivede záporné napětí, na elektrodu A1 kladné napětí a na
řídicí elektrodu G kladné napětí, protože je potřebný větší spouštěcí proud. Tato možnost se využívá pokud je
triak řízen integrovaným obvodem.
První možnost
Druhá možnost
Použití triaků
- Řízení výkonu spotřebičů v střídavém elektrickém obvodě
Třetí možnost
Čtvrtá možnost
Diak
Diak je součástka se třemi vrstvami různých vodivostí, u kterého mohou oba přechody PN pracovat v
lavinovitém průrazu.
Náhradní schéma
Pomocí dvou antiparalelně zapojených diod
Pomocí dvou zenerových diod
Schématická značka diaku
Následující značka je převzata z cizí literatury
Charakteristické vlastnosti
- Diak se vyznačuje tzv. "záporným" odporem (klesá napětí a stoupá proud)
- Nemusí se rozlišovat polarita elektrod
Stavy diaku
Protože diak nemá řídicí elektrodu je spínán pouze přiložením napětím.
Blokovací
Je-li přiložené napětí menší než spínací je jeden z přechodů uzavřen - prochází malý závěrný proud.
Propustný
Dosáhne-li přiložené napětí spínacího napětí nastane nedestruktivní průraz jednoho z PN přechodů a diak
začne vést.
VA charakteristika diaku
Použití diaků
- Řídicí obvody tyristorů a triaků
- Přepěťová ochrana
Dnes se místo diaků používají integrované obvody, čímž diak ztrácí na významu.
Fotorezistory
Jsou to polovodičové součástky, které mění svůj odpor s osvětlením.
Fotoefekt
Ke své činnosti využívají fotoefekt, což je vlastnost některých látek např. selenu, že při osvětlení uvolňují
elektrony, ale ty neemitují, ale zůstavají uvnitř hmoty.
Čím více světla, tím více uvolněných elektronů a menší odpor součástky.
Přibližně má fotorezistor ve tmě odpor 1 MW a na světle 1 kW
Fotočlánek
Dáme-li pod fotorezistor destičku z mědi, budou uvolněné elektrony přecházet přes vytvořenou hradlovou
vrstvu mezi mědí a polovodičem do mědi.
Fotočlánek přeměňuje světelnou energii na elektrickou.
Schématická značka fotorezistoru
Použití fotorezistorů
- Měření a regulace
- Sluneční zdroje
- Sluneční pohony
Hallovy články
Jsou polovodičové součástky, jejichž odpor (napětí) závisí na intenzitě magnetického pole.
Princip Hallova jevu
Na plochý vodič (kovový), který je napájen stejnosměrným proudem je úmístěný v magnetickém poli a kolmo
na směr proudu a kolmo na směr magnetického pole vzniká v kovovém vodiči malé napětí zvané Hallovo
napětí, jako působení magnetického pole na pohybující se nosiče elektrického náboje (elektrony). Pokud se
místo kovu použije v tenké vrstvě polovodič, jev bude výraznější a to znatelně.
Použití Hallova článku
- Měření magnetických veličin
- Velkých stejnosměrných proudů
- Bezkontaktní spínače
Termistory
Termistor: Je to teplotně závislý odpor u něhož se vzrůstající teplotou odpor klesá.
Pozistor: Je to teplotně závislý odpor u něhož se vzrůstající teplotou odpor stoupá.
Schématická značka termistoru
Použití termistorů
- Přesné a rychlé měření teploty (malé rozměry)
- Meření rychlosti kapalných a plyných látek (hodnota se odvodí z ochlazení termistoru)
- Ochrana žhavení elektronek a žárovek (velký počáteční odpor)
- Stabilizace pracovního bodu tranzistoru
Varistor
Je to nelineární polovodičová součástka, u které je odpor závislý na přiloženém napětí.
Připojuje paralelně k jiné součástce, (např. k tyristoru), kterou je nutno chránit před účinky přepětí neboli
napěťového impulzu, který varistor propustí působením termoemise, která odvede vzniklé teplo od napěťové
špičky do "prostoru" a na rozdíl od Zenerovi diody teplo se rozvede do celé součástky (u Zenerevi diody teplo
se "sdržuje" pouze v oblasti PN přechodu).
V mnoha případech dokáže předčit Zenerovu diodu, která přepětí potlačí působením "parazitní" indukčnosti,
leč pouze v jednom směru. Varistor lze připojovat, bez ohledu na polaritu (jako např. rezistor).
Schématická značka varistoru
Použití varistorů
- Ochrana proti přepětí (ventilová bleskojistka)
- Stabilizace napětí
Součástky SMD
Zkratka z anglických slov Surface Mounted Device což znamená součástky pro povrchovou montáž. Tato
technologie se nazývá SMT, což je opět zkratka z anglických slov Surface Mounted Technology.
Tato technologie umožňuje tzv. automatizovaný provoz, protože odpadá např. ohýbání vývodů. Tyto součástky
jsou např. rezistory a kondenzátory a přímo se pájí mezi plošné spoje, které jsou na tuto technologii
uzpůsobeny.
Další výhoda je zmenšení rozměrů desky plošného spoje, čímž se zmenší i zařízení. Neposlední výhoda je v
elektrických vlastnostech, hlavně v obvodech kde panují vysoké frekvence.
Pracovníci pro provádění oprav zařízení s SMD součástkami musí používat speciální nástroje, kvůli "malosti"
součástek a jejich fyzických parametrů.
Rozměry a značení SMD součástek
Rozměry v palcích
Typ
Délka
Rozměry v milimetrech
Šířka
Délka
Šířka
1206
0,12
0,06
3,2
1,6
0805
0,08
0,05
2,0
1,25
0603
0,06
0,03
1,6
0,8
Integrované obvody
Integrovaný obvod (v elektrických schématech má zkratku IO, popř. IC což znamená "Integrated Circuit", což v
překladu opět je integrovaný obvod) je mikroelektronický celek s pasivními a aktivními prvky, který tvoří určitý
funkční obvod a je umístěný v jedné křemíkové destičce - čipu.
Vznik kolem roku 1960 a jeho význam se přirovnává k objevu tranzistoru.
Pro srovnání: Rádia na začátku století 20. století měli elektronky a kvalita přijmu nebyla příliš vysoká. Dnes se
rádio vejde do "krabičky" o velikosti 4x4x1cm a kvalita poslechu je za ideálních podmínek (vzdálenost vysílače,
klimatické jevy) vyšší než příjmače ze začátku 20 století to vše jen díky integrovanému obvodu.
Hlavní výhody:
- Poměrně vysoká spolehlivost
- Malé rozměry
- Nízká váha
- Nízká spotřeba elektrické enrgie
Nevýhody:
- V malých sériich vysoká cena
- Výkonové IO je nutno chladit (např. mikroprocesory v počítačích)
Druhy Integrovaných obvodů
Dle funkce
Analogové - Zpracovávají signál spojitě se měnící
Digitální - Zpracovávaný signál může mít jen 2 logické úrovně 0 a 1
Dle složitosti
Stupeň
integrace
Rok
výroby
1
počátek 60.
let
2
Typ
integrace
Význam zkratky
Počet
hradel
Počet
součástek
Rozměry
destičky [mm]
Smalt Scale
Integration
10 - 15
30 - 50
1x1
polovina 60.
MSI
let
Middle Scale
Integration
25 - 100
75 - 300
1,5 x 2
3
počátek 70.
let
LSI
Large Scale
Integration
> 100
500 - 1 500
2,5 x 3
4
80. léta
VLSI
Very Large Scale
Integration
> 1000
> 2 500
4x4
SSI
Poslední stupeň VLSI tvoří např. mikroprocesory v počítačích. Integrované obvody označené jako ULSI mají
mimořádně vysokou integraci a pocházejí z 90. let
Dle Výroby
Druh
Charakteristika
Monolytické
Nejprve se na desce monokrystalu křemíku připraví rezistory, kondenzátory, diody, tranzistory a ty se pak
propojí do funkčního celku
Vrstvené
Na izolační destičce (sklo, keramika) se nanášením vrstev vytváří MOS-FETy, pasivní prvky, izolační a
vodivostní cesty
Hybridní
Vrstvenou technikou se vyrobí Rezistory a kondenzátory a do toho se vsadí monolitickou technikou diody
a tranzistory
Výroba IO
Nejrozšířenější je tzv. planární technologie.
Základní surovinou je křemík, ze kterého se po složitém zpracování a čištění získá tzv. monokrystal křemíku.
Ten se nařeže na tenké destičky, vybrousí, naleštía na povrchu uměle zoxiduje (oxid křemíku je dielektrikum).
Na jednu takovou destičku se umístí asi 100 "čipů" IO, které se najednou dále zpracovávají.
Zpracování destičky křemíku
- Vytvoření vrstvy oxidu křeminičitého na povrchu křemíkové destičky
- Nanesení vrstvy citlivé na světlo (fotoemulse)
- Osvětlení fotoemulse přes masku
- Vyvolání a následné rozpoštění vyvolané fotoemulse
- Leptání oxidu křemíku
- Odstranění zbylé (nevyvolané emulse)
Na destičce s takto vytvořenými cestami se tzv. fotolitografickou cestou v odleptaných místech vytvoří difůzí
donorů a akceptorů polovodiče typu P a N.
Propojení čipu
Destička se po proměření funkčnosti rozřeže na jednotlivé čipy a ty se nalepí na nosné podložky.
Vývody čipu se zlatými drátky propojí ke kolíkům pouzdra.
Zapouzdření
Celek se hermeticky umístí do ochranného pouzdra (zapouzdří).
Pouzdra mohou být buď kovová jako u tranzistorů nebo umělohmotná typu DIL (dual-in line).
Blokové schéma napájecího zdroje
Elektrická zařízení, která nemohou být napájena přímým síťovým napětí, to je 230 V/50 Hz z důvodů
technických či bezpečnostních se napájí tzv. napájecími zdroji, které mají výstupní napětí snížené, popř.
usměrněné a vyhlazené.
Části napájecího zdroje
T
Transformátor
Snižuje napětí na velikost požadovanou elektrickým zařízením.
U
Usměrňovač
Přeměňuje střídavý proud na stejnosměrný.
K
Kondenzátor
Vybijením "překlemovává nulové" napěťové mezery.
F
Filtr
Vyhlazení napětí, aby mělo co "nejrovnější" průběh.
S
Stabilizátor
Stabilizuje napětí po transformaci a usměrnění na požadovanou velikost.
Rz
Napájený spotřebič
Spotřebič, který nemůže být připojen na síťové napětí.
Značka na schématu
Součást
Význam
Usměrňovače
Funkce usměrňovače
Usměrňují střídavý proud na proud stejnosměrný, který je většinou nutno dále upravit (vyhladit kondenzátorem,
filtrem).
Druhy usměrňovačů
Jednocestné
- Na sekundáru trafa je zapojena 1 dioda.
- Usměrněný proud je tepavý, protože diodou prochází pouze kladná půlperioda (záleží na zapojení diody)
- Kondenzátor to částečně vyhladí, leč je stále pozorovatelné zvlnění (na osciloskopu)
- Protože proud prochází pouze v jednom směru způsobuje tento usměrňovač přesycení jádra transformátoru,
proto se hodí jen pro malé proudové odběry (malý výkon)
Dvojcestny
- Je nutný transformátor se středním vývodem (střední vývod se většinou ještě "uzemní")
- Na sekundáru trafa jsou zapojeny 2 diody
- Usměrňovač převrací zápornou půlvlnu "nahorů"(poloviční zvlnění než u jednopulzního)
- Napětí na kondenzátoru se sčítá s napětím na diodě v závěrném směru čímž jsou 2x namáhány, proto nemá
takový to usměrňovač pracovat naprázdno a je nutno s tímto problém počítat již při jeho návrhu
- Napětí vyhlazené kondenzátorem je znatelně lepší jež u usměrňovače jednopulzního
Můstkový (Graetzovo zapojení)
- Má stejné vlastnosti jako dvojcestný (stejné časové průběhy), ale není potřeba transformátor se středním
vývodem.
- Musí být zapojeny 4 diody do tzv. můstku
- Diody jsou 2x méně namáhány protože jsou 2 za sebou (sériově)
- Usměrňovač je vhodný i pro velké výkony
Třífázový
Má prakticky "nejmenší" zvlnění protože fáze jsou posunuty o 120° a zatím co jedna ještě "nedoběhla" tak už
nabíhá druhá.
Prakticky se nejedná o nic jiného než, že je v každé fázi zapojená dioda.
Dělí se na jednocestné
a můstkové
Řízený usměrňovač
Zpravidla se jedná o tyristory, které propouští jen tehdy je-li na řídicí elektrodu přiveden kladný impulz. Lze
usměrňovat kladné a záporné půlvlny a řídit úroveň napětí od 0 V až do jmenovitého napětí.
Funkce kondenzátoru v usměrňovači
Za diodový výstup se umisťuje zpravidla kondenzátor, který "vyhlazuje" usměrněné napětí na hodnotu blížící se
stejnosměrnému proudu. Kondenzátor se v každé půlvlně nabíjí a jakmile začne napětí "ubývat" tak se začne
vybíjet čímž překlenuje 0 V "mezery" po usměrňovači. Kondenzátor dokáže napětí "zvednout" o 1.4 V čímž se
vyrovnává úbytek napětí způsobeného diodami. Ale kondenzátor sám spotřebovává energii, čímž "ubývá"
výkon transformátoru, je to způsobeno nabíjením a vybíjením.
Činitel zvlnění
Jedná se o parametr určující kvalitu usměrňovače a vypočte se ze vztahu:
Čím je procentuální podíl menší, tím je méně pulzující usměrněný signál.
Filtry
Usměrněné napětí i po vyhlazení kondenzátorem může i nadále vykazovat (na osciloskopu) určité zvlnění.
Filtry pokud možno co nejvíce "zmenší" činitel zvlnění:
Dělení filtru
Pasivní
RC filtry
Použité součástky: rezistor a kondenzátory
- Nejednodušší filtr
Činitel vyhlazení lze spočítat ze zjednodušeného vztahu
Proměnná m znamená počet vyhlazovacích cest.
LC filtry
Použité součástky: cívka a kondenzátory
Tento filtr je účinější než filtr RC a navíc jeho účinek stoupá s druhou mocninou frekvence. Pro dvojcestné
zapojení má stejný filtr až 4x větší účinnost než pro jednocestné zapojení.
Aktivní filtry
Tyto filtry jsou složitější, protože obsahuje výkonový tranzistor s velkým proudovým zesílením a pasivní RC
člen, popř. integrované obvody .
Pasivní RC člen udržuje konstantní napětí na bázi tranzistoru, to umož ňuje, že báze odebírá zanedbatelný
proud.
Princip: Zvlněním filtrovaného napětí se mění napětí mezi bází a emitorem tranzistoru a tím se ovládá jeho
vnitřní odpor. Kolísáním vnitřního odporu tranzistoru v rytmu zvlnění se mění úbytek napětí na vnitřním odporu
tranzistoru UKE tak, že na zátěži se zvlnění neprojeví.
Stabilizátory napětí
Funkce
Stabilizuje napětí po usměrnění a vyhlazení filtrem.
Druhy stabilizátorů napětí
Parametrický
- používá se Zenerova dioda zapojená v závěrném směru (je využita její nelineární VA charakteristika)
Princip: Zvýšení napětím U2 způsobí prudký nárůst závěrného proudu diodou. V důsledku toho vznikne na
rezistoru Rs zvýšený úbytek napětí, který snižuje napětí U2.
Zpětnovazebný
- používají se tranzistory, integrované obvody
Princip: Zenerova dioda slouží jako zdroj konstantního napětí pro bázi tranzistoru.
Stabilizační dioda je zatížená jen malým proudem báze a proto je napětí Uz velmi stabilní. Napětí Uz je
přibližně stejné jako napětí U2. Poklesne-li napětí U2, zvětší se tím napětí mezi bází a emitorem a tranzistor se
více otevře, což má za následek zvětšení napětí U2 (jedná se o zápornou zpětnou vazbu)
Regulační zpětnovazební stabilizátor
Lepších výsledků se dosáhne složitějším zapojením ve které tranzistorový zesilovač zesiluje odchylku od
výstupního napětí od pevného (referenčního) napětí a to řídí otevírání výkonového regulačního tranzistoru.
Složitější stabilizáční obvody se obvykle realizují pomocí integrovaných obvodů, např. stabilizátorem MAA723.
Výhody moderních integrovaných stabilizátorů
- Velmi jednoduché zapojení pomocí 3 drátových vývodů
- Malé rozměry
- Snadná montáž na chladič prostřednictvím kovové destičky
- Možnost stabilizovat napětí v kladné i záporné větvi
- Jištění proti krátkodobému zkratu
Účel stabilizace napětí
Některé spotřebiče např. integrované obvody potřebují ke správné funkci neustále napětí a proud o stejné
velikosti (bez kolísání, tj. vidět na osciloskopu).
Souměrné napájecí zdroje
Tento napájecí zdroj má stejně velké kladné napětí a stejně velké i napětí záporné.
Spojené vývody obou zdrojů představují střed s nulovou úrovní a zbylé krajní vývody vykazují proti středu
stejně velká napětí v obou polaritách.
Nejednodušší souměrný zdroj lze vyrobit ze dvou plochých baterii spojených sériově a mezi ně připájet vodič.
Napájecí zdroje pro profesionální využití se již neskládají z monočlánků či baterií, ale z tranformátoru, který
"srazí" na napětí síťové na námi požadované a pomocí nejčastěji můstkového usměrňovače usměrní. Pro
získání ještě rovnějšího průběhu usměrněného proudu se za diodový můstek zařazují kondenzátory, filtry a
stabilizátory napětí.
Tyto zdroje se velmi dobře hodí pro napájení souměrných zesilovačů, protože odpadá oddělovací kondenzátor
mezi výstupem a reproduktory
Použití souměrné napájecích zdrojů
- Operační zesilovače
- Koncové souměrné výkonové zesilovače
Zesilovače
Zesilovač je elektronické zařízení, které zesiluje elektrický signál.
Na vstupní svorky přivedeme vstupní signál (malý) a na výstupu dostaneme signál výstupní (zvětšený, někdy i
"částečně" zkreslený).
Zesilovač není zdrojem energie a pro jeho činnost musíme dodávat elektrickou energii.
První část dodané energie se "přičte" ke vstupnímu signálu (zesílí signál) a druhá část se mění ve ztrátové
teplo (při konstrukci se snažíme volit takové součástky, aby ztrátové teplo bylo co nejmenší).
Vstupní i výstupní zesílený signál mají určitou velikost napětí a mohou do obvodu dodávat určitý proud.
Protože součin velikosti proudu i napětí tvoří elektrický výkon, můžeme u elektrického signálu určit i výkon
odevzdaný do zátěže (např. reproduktory).
Vlastnosti zesilovačů
- Dvoubranové součástky (vstup, výstup)
- Aktivní součástky
- Potřebují napájecí zdroj
- Nelineární
- Zesílení (mělo by být co největší)
- Zkreslení (mělo by být co nejmenší)
- Stabilita
- Šířka pásma
Rozdělení zesilovačů
Dle velikosti vstupního signálu
1) Malého signálu (lze linearizovat vlastnosti - předzesilovače))
2) Velkého signálu (nelze linearizovat vlastnosti - výkonové zesilovače)
Dle frekvence
1) Stejnosměrné
2) Nízkofrekvenční (Zpracovávají "zvukové" kmitočty od 16 Hz do 20 kHz)
3) Vysokofrekvenční (Zesilují jen určité frekvenční pásmo)
Dle rozsahu kmitočtu
1) Úzkopásmové
2) Širokopásmové
3) Pásmové
Dle počtu stupňů
1) Jednostupňové
2) Vícestupňové
Dle vazby mezistupňů
1) Přímá vazba (stejnosměrná)
2) Kapacitní vazba
3) Transformátorová (indukční) vazba
a) Laděná
b) Neladěná
Dle druhu zesílení
1) Proudové
2) Napěťové
3) Výkonové
Dle zapojení tranzistoru
1) Se společným emitorem
2) Se společnou bází
3) Se společným kolektorem
Dle zesilovacích prvků
1) Elektronkové zesilovače
2) Bipolární tranzistory
3) Unipolární tranzistory
4) Integrované obvody
Dle pracovních tříd
1) Třída A
2) Třída B
3) Třída AB
3) Třída C
3) Třída D
Zkreslení
Lineární zkreslení
Závislost vlastností lineárních prvků na frekvenci.
1) Způsobuje to změnu tvaru zesilovaného signálu
2) Zpusobuje to nevyrovnanou amplitudovou charakteristiky (záporná zpětná vazba)
Nelineární zkreslení
Je způsobeno nelineárním chován obvodových součástek (prvků).
Změnu tvaru výstupního signálu o proti vstupnímu zabraňuje záporná zpětná vazba.
Intermodulační zkreslení
Vzniká na vstupu zesilovače při přivedením více než jednoho signálu.
Přechodové zkreslení
Je způsobeno nelineární V-A charakteristikou.
Třídy zesilovačů
Zesilovače se rozdělují do 4 tříd. Do jednotlivých tříd je zařazujeme podle:
1) Podle polohy pracovního bodu
2) Podle úhlu otevření tranzistoru
3) Podle použití
Třída
Pracovní bod
A
Střední hodnota
kolektorového
proudu.
AB
Dolní část
charakteristiky
B
C
Úhel
otevření
První
půlvlna
Druhá
půlvlna
Účinnost Zkreslení
Malé
Všeobecné použití
(napěťové,
nízkofrekvenční)
Vyšší než
50 %
Nepatrné
Nízkofrekvenční i
vysokofrekvenční
zesilovače
Neprochází
Až 70%
Nepatrné
Vysokofrekvenční
zesilovače
Neprochází
Vysoká
Nepatrné
Vysokofrekvenční
zesilovače, vysílače,
oddělovače, omezovače
Prochází
Prochází
Menší než
50 %
180°
Prochází
Prakticky
neprochází
Bod zániku
kolektorového
proudu
Nejvýš
180°
Prochází
zkreselně
Na prodloužené
charakteristice
Méně než Prochází
180°
zkresleně
360°
Použití
Třída D
Tyto zesilovače mají vysokou účinost, ale jsou příliš složité a používají se pro analogo-digitální techniky, např.
A/D převodníky.
Zpětná vazba
Je přenesení výstupního signálu zpět na vstupní svorky zesilovače.
Vlivy zpětné vazby
Kladná zpětná vazba
- Na vstupu se oba signály sčítají
- Zvyšuje se zesílení a zkreslení
- Zmenšuje se stabilita (rozkmitání zesilovače - oscilátory)
Zesílení s kladnou zpětnou vazbou:
Záporná zpětní vazba
- Na vstupu se signály odčítají
- Zmenšuje se zesílení a zkreslení
- Zlepšuje se stabilita
- Zvětšuje se šířka pásma
Zesílení se zápornou zpětnou vazbou:
Nízkofrekvenční zesilovače
Zesilují kmitočty akustického rozsahu (10 Hz - 20 kHz) a patří do třídy A. Patří sem i napěťové zesilovače
Dynamická stav nastává po připojení střídavého napětí dle okamžité hodnoty signálu a posouvá pracovní bod.
Stabilizace pracovního bodu
Poloha klidového pracovního bodu je neměnná pokud je teplota okolí stálá (nezaručeno).
Vliv teploty
Při změně teploty pracovní bod se pohybuje po zatěžovací přímce. Teplota posune pracovní bod po zatěžovací
přímce, proto používáme stabilizační obvod.
Stabilizační obvod
Obsahuje lineární a nelineární prvky tak, aby úbytky napětí působili proti vlivu teploty.
Zpětnovazební stabilizační obvod
Napětí UB0 je dáno děličem RB1 a RB2, ze stabilizovaného zdroje (je konstantní). Zvýšení kolektorového proudu
vyvolá zpětnou vazbou jeho snížení (sníží se proud do báze)
Stabilizační obvod způsobuje, že změna kolektorového proudu vyvolaná změnou teploty je menší než bez
stabilizace.
Bezprostřední příčina teplotní změny kolektorového proudu je změna zbytkového proudu IKEO
Další způsob stabilizace pracovního bodu
Vzroste-li kolektorový proud, poklesne napětí UKE. Pokles napětí se zpětnovazebným odporem RZV přenese
na bázi, tím poklesne i napětí UBE a to sníží kolektorový proud.
Požadavky na napěťové zesilovače
- Velká vstupní citlivost
- Dostatečně velký vstupní odpor
- Dlouhodobá stálost nastavení pracovního bodu
- Co nejmenší zkreslení
- Možnost zavedení účinných zpětných vazeb
- Velký rozkmit výstupního napětí
- Malý výstupní odpor
Výkonové zesilovače
Úkolem výkonových zesilovačů (koncových) je zesílit signál předzesilovačů na výkon požadovaný zátěží
(reproduktory) připojeny pomocí výstupního transformátoru nebo bez něj.
Používá se dvojčinné zesílení, kde se zesiluje kladná půlvlna zvlášť a záporná taky zvlášť. Proto je nutné
použít 2 zesilovače třídy B zapojené paralelně.
Činnost zesilovače
Transformátor Tr1 slouží kpro získání dvou symetrických signálů posunutých fázově o 180°. Při kladných
půlvlnách se otevírá tranzistor T1 při záporných tranzistor T2.
Ve výstupním transformátoru Tr2 se zesílené kolektorové proudy sčítají.
Emitorový sledovač
Jiný název: Zapojení tranzistoru se společným kolektorem.
Napětí vzniká na emitorovém odporu, ale nízké hodnoty (menší než vstupní). Tranzistor pracuje se 100%
proudovou zpětnou vazbou. Napětí se odvádí z emitoru a proto nedochází k fázovému posunu. Proudové
zesílení je přímo úměrné zesilovacímu činiteli tranzistoru.
Výhoda: Velký vstupní odpor (nezatěžuje předchozí obvody), nízký výstupní (přenos signálu na velké
vzdálenosti) odpor
Darlingtonův zesilovač
Jiný název: Darlingtonova dvojice
Funguje jako jeden tranzistor s extrémně velkým zesilovacím činitelem a obvykle se značným výkonem.
Tranzistor T2 ve funkci emitorového sledovače je galvanicky připojen k bází tranzistoru T1 zapojeného se
společným emitorem. Tranzistor T2 má mít velký zesilovací činitel s minimálním zbytkovým proudem. Od
tranzistoru T2 nepožadujeme výkon, zatím co tranzistor T1 je zpravidla výkonový typ.
Zesilovací činitel odpovídá součinu zesilovacích činitelů obou tranzistorů, však zbytkový proud tranzistoru
prvního tranzistoru se však násobí zesilovacím činitelem tranzistoru T1.
Snad téměř všichni výrobci tranzistorů vyrábějí Darlingtonovu dvojici jako kompaktní tranzistor v pouzdře se
třemi vývody, odpovídající svou funkcí skutečnému tranzistoru.
Vysokofrekvenční zesilovače
Zesilují elektrické signály jen v určitém pásmu. Signály s frekvencí mimo toto pásmo jsou potlačeny. Ve
vysokofrekvenčnímu zesilovači se využívají vlastnosti paralelního rezonančního laděného obvodu.
Ve vysokofrekvenčním zesilovačích se využívá vlastností paralelního rezonančního obvodu.
Paralelní rezonanční obvod tvoří selektivní zátěž naladěnou na střední frekvenci zesilovaného frekvenčního
pásma. Stejnosměrný pracovní bod je nastaven rezistory RB1, RB2 a RE * RV je vstupní odpor následujícího
obvodu.
Impedance laděného obvodu je veličina frekvenčně závislá, která ve stavu rezonance nabývá maxima a má
čistě reálný charakter. Zesílení zesilovače určuje jednak zesílení tranzistoru T, ale i rezonanční impedance
laděného obvodu. Činitel jakosti tohoto obvodu určuje šířka přenášeného pásma.
Zesílení je největší ve středu pásma (pro rezonanční frekvenci)
a pro nižší a vyšší frekvence klesá. Šířka pásma je dána poklesem zesílení o -3 dB. na každou stranu od
rezonanční frekvence.
Popsaný zesilovač se značně liší od požadovaného (ideálního) stavu. Při velkém činiteli jakosti Q je malá šířka
přenášeného pásma a při malém činiteli jakosti Q je nevyhovující selektivita (neostrý přechod mezi potlačenými
a požadovanými kmitočty.)
VF zesilovač s vázanými rezonančními obvody
Pro jakostní vysokofrekvenční zesilovače se používají tzv. vázané rezonanční obvody.
Jedná se o zesilovač s větší šířkou pásma. Přenos energie ze vstupního do výstupního obvodu určuje činitel
vazby mezi rezonančními obvody, které lze nastavit vzájemnou indukčností M.
Stupeň vazby upravuje tvar rezonanční křivky na tzv. vazbu kritickou, nadkritickou a podkritickou.
Největší šířku pásma má vazba nadkritická.
Vlastnosti zesilovače jsou dány zesílením tranzistorů, ale i vázanými laděnými obvody.
Pomocí odboček na vinutí laděného obvodu se zmenšuje tlumící vliv tranzistoru na laděný obvod.
Zásady pro konstrukci vysokofrekvenčního zesilovače
- Veškeré spoje mezi součástkami, a také přívodní vodiče součástek, ponechávat co nejkratší.
- Jednotlivé stupně, pracujících se stejným kmitočtem nebo stupně následující bezprostředně za sebou,
umisťovat do jedné řady. Měla by být rozměrově užší než širší.
- Zemnění součástek vstupního obvodu soustředit do jednoho místa, podobně dodržet i společný bod pro
zemnění výstupního obvodu jemu příslušejících prvků (u cívek pásmových propustí).
- Zamezit nevhodného šíření vysokofrekvenčního signálu do ostatních míst, a to důsledným blokování
studených konců vysokofrekvenčních obvodů pomocí kondenzátorů. Přinejmenším se to týká přívodu a
rozvodu napájecího napětí. Do rozvodu napájení vkládat malé tlumivky na feritových tyčinkách nebo feritové
korálky na vodiči - mezi jednotlivými zesilovacími stupni. Za tlumivku vždy zařadit blokovací kondenzátor.
- Dojde-li na stínicí přepážky mezi zesilovacími stupni, používat pro rozvod stejnosměrného napětí
průchodkové kondenzátory. Celou kruhovou plochou se průchodkový kondenzátor uzemní na průchozí straně.
Také přepážka musí být řádně připojena k zemnění.
- Promyšleným rozmístěním součástek zamezit možnosti vzniku kladné zpětné vazby. Vysokofrekvenční pole
se rozkládá nejen kolem cívek, nýbrž i mezi samotnými spoji. Také kapacitní vazby vznikají mezi součástkami
a spoji. Z těchto důvodů není vždy možné řadit součástky těsně vedle sebe. Ani vznik galvanické vazby nelze
podceňovat. Způsobí jí různé proudy mezi zemnicími, nevhodně rozloženými na zemnicím spoji.
- Při napájení ze suchých článků je nutné postarat se o zmenšení vnitřního odporu zdroje paralelním připojením
kondenzátorů s nízkou reaktancí pro vysokofrekvenční techniku. Kromě obvyklé dvojice elektrolytického nebo
tantalového kondenzátoru (100 mF) a keramického kondenzátoru (47 nF až 100 nF), připojit ještě další kvalitní
keramický vysokofrekvenční kondenzátor s kapacitou řádově stovky pF.
- Vzít jako fakt, že zařízení spolehlivě fungující na desce plošných spojů může po zakrytování pracovat špatně,
případně zcela odmítat činnost. Způsobuje to zvláštní vazba, vznikající za součinnosti vnitřního prostoru krytu,
fungujícího jako rezonující dutina. Někdy způsobuje zápornou vazbu, jindy celý řetězec rozkmitá kladnou
zpětnou vazbou. Obranou proti takové rezonanci je změna konstrukce krytu, vložením vodivé přepážky dovnitř,
zkvalitnění blokování obvodů, atd.
Širokopásmové zesilovače
Jsou takové, ve kterých je šířka pásma zesilovaných signálů velmi velká. Používají se v měřící technice (např.
oscilátory, obrazovky (obrazové zesilovače - šířka pásma 6 MHz), radiolokátory) s nosnou frekvencí.
Mají provedení více stupňových vysokofrekvenčních zesilovačů s laděnými obvody. Počet stupňů určuje
zesílení.
Širokopásmové zesilovače s nosnou frekvencí
Nejjednodušší provedení představuje více stupňový vysokofrekvenční zesilovač s jednoduchými laděnými
obvody mezi stupni. Všechny laděné obvody jsou nastaveny na stejné frekvenci a nazývají se také souběžné
laděné. Šířku pásma se dostane tlumením laděných obvodů přídavnými tlumícími rezistory.
Počet stupňů určuje zesílení, ale s počtem stupňů klesá šířka pásma (asi 1 MHz).
Šířku pásma lze zvětšit tak, že naladíme obvody jednotlivých zesilovacích stupňů na různé frekvence,
vzhledem ke středu pásma. Takový zesilovač se nazývá rozloženě laděný.
Širokopásmové zesilovače bez nosné frekvence
Tento druh zesilovačů má rovnoměrně zesilovat signály o frekvenci několika Hz až po několik MHz. Nejčastěji
se používají pro zesílení obrazového signálu v televizní technice, někdy se nazývá videozesilovač.
Základní zapojení představuje zesilovač s vazbou se členy RC. Takový zesilovač (při malé hodnotě
zatěžovacího rezistoru a se zápornou zpětnou vazbou) rovnoměrně zesiluje obrazové signály v dosti širokém
frekvenčním pásmu.
Pokles přenosu signálů vysokých frekvencí, způsobený parazitními kapacitami tranzistorů a spojů, se
kompenzuje obvody s cívkami a kondenzátory a pomocí rozdělení zatěžovacího rezistoru (kompenzační
obvody)
Oscilátory
Oscilátor je zdroj střídavého napětí jehož frekvence je určená součástkami.
Nezpracovává žádný signál, ale je sám zdrojem signálu na rozdíl od zesilovače je dvoj pól.
Oscilátor = Řídicí obvod zesilovače
Zesílení zesilovače roste nad všechny meze. Zesilovač se vlivem kladné zpětné vazby stává oscilátorem.
Nárůst amplitudy je omezen zakřivením charakteristiky. Pro trvalé kmitání musí být splněna amplitudová a
fázová podmínka
Druhy oscilátorů
Rozlišujeme je:
1) Dle řídicího obvodu (součástky a vazby)
2) Podle frekvence (nízkofrekvenční a vysokofrekvenční)
3) Podle tvaru signálu (sinusové a nesinusové)
a) Sinusové
- LC
- RC
- Řízené krystalem (krystalové)
b) Nesinusové
- Pilové průběhy
- Rázovací průběhy
- Klopné obvody
Oscilátory LC
Vstup zesilovače je induktivně vázán s řídicím rezonančním obvodem. Po zapnutí napájení se prudce zvýší
proud v cívce, což vyvolá indukcí zvýšení proudu, to zvýší kolektorový proud a ten přes indukční vazbu zvyšuje
proud do báze. Zastavení nárůstu nastane vlivem zakřivení charakteristiky tranzistoru (nasycením), tím
nastane nepatrné snížení kolektorového proudu, to vlivem kladné zpětné vazby vyvolá snížení proudu do báze.
Tentýž děj se opakuje, leč opačným směrem.
V rezonančním obvodu vzniká sinusový průběh. Kvalita sinusových oscilátorů se posuzuje dle stability
frekvence.
Oscilátory v tříbodovém zapojení
1) Hartleyův oscilátor
2) Koluttův oscilátor
Rezonanční obvod tvoří zpětnovazebný řídicí člen.
Oscilátory RC
Oscilátory RC mají zpětnou vazbu (řídicí člen) vytvořený kombinací členů RC. Frekvence tohoto oscilátoru je
dána hodnotami RC.
Výhoda je při realizaci integrovaného obvodu. Každý člen C a R posune fázi o 60° a tranzistor o 180°.
Krystalové oscilátory
Mají vysokou stabilitu kmitočtu. Ke své chodu využívají piezoelektrických vlastností. Krystal se přiloženým
napětím deformuje a deformací se na jeho pólech indukuje napětí. V elektrickém obvodě se chová jako
rezonanční obvod.
Z náhradního zapojení plyne, že má dva rezonanční kmitočty. V sériovém rezonačním obvodu je impedance
nejmenší, zato v paralelním rezonačním obvodu je impedance nejvyšší.
Indukčnost v sériovém rezonačním obvodu je velká a kapacita v sériovém rezonačním obvodu je malá, proto
se musí krystal zapojit tak, aby jeho impedance měla indukční charakter.
Q (činitel jakosti) je vysoký 1.104 - 1.106 , rovněž dosahuje značné stability až 1.107 , což znamená že při
kmitočtu 1 MHz je odchylka nejvýše ± 0,1 Hz a proto je kmitavý signál velmi přesný. Použití těchto oscilátorů je
například v počítačích.
Druhy krystalových oscilátorů
1) Pierscův oscilátor
2) Clappův oscilátor
Modulace
Pojem
Značení
Modulace
Vysvětlení
Přizaření nízkofrekvenční informace vysokofrekvenčnímu signálu
Modulační signál
Um
Signál nesoucí informaci (nízkofrekvenční)
Nosný signál
Uc
Signál kterým modulujeme (vysokofrekvenční)
Modulovaný signál
Signál nesoucí informaci o původním modulačním signálu (vysokofrekvenční)
Hloubka modulace
Poměr mezi modulačním (nízkofrekvenčním) a nosným (vysokofrekvenčním) kmitočtem
Druhy modulací
Analogová
Tato modulace je již starší a má nižší energetickou účinnost.
Diskrétní
Vyznačuje se složitostí, velkou kapacitou přenosu i vyšší kvality signálu.
Analogové modulace
Jsou takové modulace, kdy analogový modulační signál působí přímo na některý z parametrů nosného signálu.
Druhy analogových modulací
Amplitudová modulace (AM)
Vztahuje se ke změně amplitudy nosné vlny.
Čím je modulační kmitočet vyšší, tím častější změny se projeví na obálce nosné vlny, a to souměrně z obou
stran. Velikost změn, přesněji změny amplitudy nosné vlny závisejí na hlasitosti, tedy na napěťové úrovni
modulačního signálu.
Čím je hlasitost vyšší (větší modulační napětí), tím větší je hloubka modulace.
Hloubkou modulace rozumíme poměr velikosti amplitudy modulačního a nosného kmitočtu.
Průběh obálky může v krajním případě klesat až k ose - při záporné půlvlně a to z obou stran. Následně se
vzdálí od osy (kladná půlvlna), na největší možnou vzdálenost. Takovýto stav nazýváme: stoprocentní
modulace.
Proud z vysílače kolísá úměrně s amplitudou modulačního signálu.
Při nejvyšší možné (stoprocentní) modulaci se mění amplituda nosné vlny od nuly na dvojnásobek klidové
úrovně, která je nastavená pro samotnou nosnou vlnu bez modulace.
Amplitudová modulace se používá v pásmu dlouhých, středních a krátkých vln a na některých místech
televizního řetězce.
Vyznačuje se jednoduchostí, přičemž vysílače zabírají jen malou šířku pásma na jeden vysílací kanál.
Po demodulaci na přijímací straně se nízkofrekvenční signál neliší od původního signálu, který byl připojen k
nosné vlně.
Mezi nevýhody analogové modulace patří:
- Možnost rušení v příjmu (hlavně jiskření)
- Nedostatečná šíře modulačního pásma (4,5 kHz)
a některé další jevy nesouvisející přímo s modulací (např. atmosférické jevy).
Frekvenční modulace (FM)
Používají jí stanice pracující na vyšších vysílacích pásmech (VHF).
Při frekvenční modulaci nedochází ke změnám amplitudy nosné vlny, nýbrž ke změnám frekvence. V praxi to
znamená, že frekvence se nepravidelně zvyšuje a zmenšuje.
Čím má modulační signál větší amplitudu, tím větší změny frekvence nastávají. Velikost změny frekvence
nosného kmitočtu nazýváme frekvenčním zdvihem.
Frekvenční zdvih nosné vlny odpovídá hloubce modulace. Vyjadřuje velikost změny nosného kmitočtu, nikoliv
změnu amplitudy nosné vlny jako u analogové modulace.
Teoreticky neexistuje omezení frekvenčního zdvihu, prakticky je určen šíří vysílacího kanálu, který je
stanovenS povolovacím orgánem.
Rozhlasovým stanicím přísluší šíře vysílacího kanálu 100 kHz, při nízkofrekvenčních kmitočtech do 15 kHz.
Pro komunikační účely je vhodná tzv. úzkopásmová modulace, s nejvyšším dovoleným modulačním kmitočtem
3 kHz a šířkou jednoho kanálu 10 kHz. Vysílání je omezeno na úzký rozsah hovorových kmitočtů s malou
hloubkou modulace.
Vzhledem ke značné šíři pásma, kterou potřebuje frekvenčně modulovaná vlna, nelze používat nižší vysílací
kmitočty než horní hranici krátkovlnného pásma (27 MHz).
Fázová (PM)
Při změně logické úrovně se obrátí fáze signálu o 180°. Rovněž se může měnit i frekvence. Fázové modulace
se často využívají v digitální technice (např. v mobilních telefonech), ale je těžší realizace demodulátoru.
Modulátory
Modulátory slouží k modulaci signálu.
Modulátor AM
Nejednodušší modulátor s nejhoršími vlastnostmi
Modulátor FM
Ke svému chodu využívá VCO (napěťově řízený oscilátor). Mezi jeho nevýhody patří nelinearita obvodu a
závislost mezi změnou frekvence a zesílením.
Modulátor PM
Rovněž využívá VCO, ale pracuje na kmitočtu nižším než fc (nosná frekvence), proto musí signál vstoupit do
frekvenčního násobiče. Mezi nevýhody patří, že pracuje jen v úzkém pásmu.
Demodulátory
Demodulátory AM
a) Diodový detektor obálky
Nevýhodou je, že dokáže demodulovat signály s nepotlačenou nosnou vlnou. Dál potřebuje velkou úroveň
amplitudy vstupního signálu do diody (Germaniovy, Schottkyo). Zkreslení demodulovaného signálu vzniká
nelinearitou diody a kondenzátoru.
b) Synchronní detektor
Demoduluje všechny druhy amplitudových modulací.
Demodulátor FM
Demodulátor FM si nejprve signál převede na amplitudovou modulaci.
Paralelní rezonanční obvod má naladěný rezonanční kmitočet o něco menší než je kmitočet nosné Fc.
Pohybem po impedanční křivce se přeměňuje frekvenčně modulovaný signál na amplitudový, používá se méně
často pro jeho nekvalitní vlastnosti.
Demodulátor fázovéhozávěsu
Fázový komparátor vyhodnocuje rozdíl fází mezi dvěma vstupními signály. Před porovnání signálů dojde k
převodu na pravoúhlý signál.
LOP filtr slouží k převodu signálu z fázového komparátoru z impulsů na stejnosměrné hodnoty. VCO (napěťově
řízený oscilátor) dle velikosti napětí, které působí mezi VCO a LOP filtrem generuje kmitočet.
Ideální vlastnosti přijímačů
- Vysoká citlivost, nezávislá na přijímaném kmitočtu
- Stabilní zesílení signálu
- Vyhovující selektivita v celém rozsahu
- Minimální změna naladěného kmitočtu
- Jednoduchá obsluha a celkově nenákladná konstrukce
Diskrétní modulace
Postupně vytlačují analogové modulace.
Nevýhody
Značná složitost a komplikovanost technických systémů a proti analogovým systémů (uplatňují moderní
mikroelektroniku) a vyžadují větší šířku pásma.
Výhody
Digitální modulace zajišťuje podstatně větší a konstantní kvalitu signálu, včetně různých rušivých vlivů a
umožňuje aplikovat principy časového multiplexu různých signálů.
Rozdělení diskrétních modulací v základním pásmu
a) S nosnými kmitočty
b) Nekódované (PAM, PPM, PFM, PDM)
c) Kódované (PCM)
Modulace v základním diskrétním pásmu
PAM - Pulzní amplitudová modulace
Analogový signál se převádí na signál diskrétní (digitální) na PAM (pulzní amplitudová modulace). Analogový
signál se nechá projít filtrem s dolní propustí (propouští jen "nízké signály"). Následně vstupuje signál do
vzorkovače, kam se přivádí vzorkovací signál, který by měl mít kmitočet mnohokrát větší než signál analogový.
Následně dojde ke vzorkování a vystupuje již signál PAM.
PPM - Pulzní polohová modulace
Nemění se kmitočet a velikost, ale informace je přenášená vždy jen v určitých časových okamžicích.
PCM - Pulzní kódová modulace
Analogový signál je nejdříve převeden na PAM, dále vstupuje do kvantovacího členu a pak do kodéru.
Kvantovací člen přiřadí právě zjištěného signálu (amplitudy) k předem známé hodnotě, ke které je nejblíže.
Kodér pak přiřazenou hodnotu signálu převede na binární číslo.
Modulace s nosnými kmitočty
PCM - AM
Oscilátor kmitá jen tehdy, je-li logická 1. Pokud je logická 0, oscilátor nekmitá.
PCM - FM
Používají se 2 oscilátory, které kmitají na dvou různých frekvencích.
PCM - PM
Při fázové modulaci se mění fáze signálu, pokud signál přichází z logické 0 do logické 1.
Elektroakustické měniče
Jejich úkolem je převádět akustickou vlnu (lidský hlas) na elektrický signál a naopak.
Vysílač - Mikrofón
Přijímač - Sluchátko
Telefonní sluchátko
Funguje na elektromagnetickém principu. Obsahuje 2 cívky do kterých je přiváděn proměnný proud (nese
hlasovou informaci). Tyto cívky vybudí ve svém okolí magnetické pole, které rozvibruje membránu a ta vytvoří
akustickou vlnu, svých "chvěním".
Permanentní magnet nastavuje polohu pracovního bodu (nastavení citlivosti). Běžně se využívá frekvenční
pásmo 300 - 3000 Hz.
Uhlíkový mikrofón
Má za úkol přeměnit akustický signál na signál elektrický. Změna se děje nepřímo, prostřednictvím změny
elektrického odporu, který vyvolá změnu elektrického proudu.
Mikrofón se skládá z elektrod mezi nimi je uhlík. Jeho jemná zrnka na sebe, která na sebe jemně dosedají a v
místě vzájemného doteku uhlíkových zrnek vzniká přechodový odpor. Prohnutím membrány dojde ke stlačení
zrnek a to vyvolá zmenšení přechodového odporu mezi elektrodami. Odpor mikrofonu záleží na akustickém
tlaku působícího na membránu mikrofón.
Nevýhodou je že pro činnost mikrofonu je potřeba zdroj elektrického stejnosměrného napětí a další nevýhoda
je, že vlhkost zhoršujes vlastnosti. Naopak výhodou je relativně nízká cena a snadnost výroby.
Druhy zapojení mikrofonu a sluchátka
Přímé
Přenos může být duplexní (obousměrný) nebo simplexní (jednosměrný). Nevýhodou je že potřebuje zdroj
konstantního stejnosměrného napětí a neustále prochází elektrický proud.
Nepřímé (s hovorovým transformátorem)
a) Místní baterie
Každý účastník má ve svém přístroji baterii. Výhodou je že pokud účastník nemluví,tak sluchátkem neprochází
elektrický proud.
b) Společná baterie
Základní zapojení telefonních přístrojů
Přímé spojení
Dva účastníci jsou spojeni telekomunikačním kabelem.
Řadová
Více účastníků jsou spojeny pomocí jediného hovorového vodiče, tento způsob se používá v bytové výstavbě,
tzv. domácí telefony.
Účastnické
Spojení se realizuje pomocí ústředen, které jsou dnes již digitální.
Výroba elektrické energie
Elektrická energie se vyrábí v elektrárnách.
např.
Tepelné elektrárny - Využíví tuhých a kapalných paliv
Jaderné elektrárny - Využíví jaderných přeměn (štěpení)
Vodní elektrárny - Využívají pohybovou energii vody
Větrné elektrárny - využívají pohybu vzduchu - vítr
Sluneční elektrárna - Využívají energie slunce
Geotermální elektrárny - Využíví teplo z nitra země
Slapové elektrárny - Využívají energie přílivu a odlivu (moře)
Nejvíce elekrické energie se vyrobí v:
Tepelných elektrárnách - 70 %
Jaderných elektrárnách - 25 %
Vodních elektrárnách - 5 %
V tepelných a jaderných elektrárnách se převádí kinetická energie páry na mechanickou pomocí turbíny, k
přeměně mechanické energie na elektrickou se používají synchronní alternátory (turboalternátory), které mají
mít 3000 otáček za minutu.
Náklady na výstavbu a provoz se vztahují na 1 kWh, proto je snaha používat stroje s co největším jmenovitým
výkonem. Výkony se pohybují od 50 - 1500 MW.
Pro chlazení u malých výkonů se používá vodík a pro velké výkony se používá voda.
Vodní elektrárny využívají hydroalternátory.
Turbíny (Frensyscova, Kaplanova) pro malé otáčky mají 100 otáček za minutu, proto musíme zvětšit počet
pólových dvojic, abychom dosáhli frekvence 50 Hz.
Peltonova turbína, je konstruována na vyšší otáčky, asi 300 otáček za minutu a tyto turbíny jsou horizontální.
Vertikální jsou turbíny Kaplanova a Frensyscova.
Tepelné elektrárny
Kotel ohříva vodu na vysokotlakou páru, která dále pokračuje do turbíny, kde je pohybová (tlaková) energie
párypáry přeměněna na mechanickou. Mechanická energie se v synchronním generátoru přemění v elektrickou
energii. Pára od turbíny přechází do kondenzátoru, kde se mění na vodu a dále je tlačena oběhovým
čerpadlem do ohřívače a přes napájecí čerpadlo dále do kotle.
Chladící voda je tlačena chladícím čerpadlem od chladící věže do kondenzátoru, kde se odebere teplo a vrací
se zpět.
Většina elektráren u nás jsou kondenzační, vyskyují se i teplárny, mají větší účinnost, jejich výkon však závisí
na na množství odebraného tepla (městské aglomerace)
Výkony jednoho bloku se udává 200 MW, spotřebovává se hnědé uhlí (malá výhřevnost), na 1 kWh asi 1 kg.,
při maximálním výkonu 200 t za 1 hodinu.
Popis elektrického schématu tepelné elektrárny
Elektrárna s výkonem 200 MW a napětím 15 kV. Do rozvodné sítě je napětí transformováno transofrmátorem
T1 na napětí 400 kV (menší ztráty), pro potřeby elektrárny je napětí dále transformováno transformátorem T2
na 6 kV pro čerpadla . Tranformátor T3 transformuje napětí na 400 V pro osvětlení.
Jaderné elektrárny
V reaktoru dochází ke štěpné reakci. Uvolňují se neutrony, je třeba regulovat jejich množství a rychlost, to se
provádí pomocí regulačních tyčí (bor, kadmium) nebo pomocí palivových článků, které se dají zasouvat a
vysouvat z aktivní zóny.
Jaderné elektrárny v ČR
Temelín
Dukovany
Vodní elektrárny
Přeměňuje kinetickou energii vody na mechanickou mechanickou energii v turbíně, dále přes generátor na
energii elektrickou.
Druhy vodních elektráren
Druhy
Průtočná
Charakteristika
Neuchovává vodu, její výkon závisí na okamžitém průtoku vody v řece
Akumulační Mají prostor pro uchování vody (přehrady)
Přečerpávací
Mají 2 nádrže (horní a spodní), neboť elektřina je v různý čas různé drahá., proto se voda v noci čerpá do
horní nádrže a ve špičky (přes den) se voda pouští do dolní nádrže (výroba).
Větrné elektrárny
Využívají kinetické energie vzduchu, mají výkony od 1 kW do "stovek" kW (750, 600 kW). Větrný motor je
spojen s generátorem přes převodovku. Napětí používané ve větrných elektrárnách je 660 V a vyšší. Větrná
elektrárna potřebuje minimální rychlost větru 5 m/s, jmenovitého výkonu dosáhne při rychlosti větru 15 m/s a při
rychlostech nad 25 m/s se motor z bezpečnostních důvodů odpojuje.
Elektrárny se spalovacími turbínami
Rovněž využívá chemické reakce, pálí se plyn nebo nafta.
Princip:
Kompresor tlačí vzduch přes výměník tepla do spalovací komory, do které se přivádí palivo čerpadlem, toto
palivo se zapálí a nechá se expandovat (vybuchnout). Pod tlakem se přivádí do spalovací turbíny, kde plyn
rozpínáním koná práci. Ze spalovací turbíny pak odchází plyn přes výměník tepla ven. Ve výměníku tepla se
také předehřívá vzduch, který pak pokračuje v oběhu nanovo.
Rozdělení elektrických silnoproudých
zařízení
Účel - Cílem je dopravit elektrickou energii od zdroje (elektrárny, transformátor), elektrické stanice aj.) ke
spotřebiči (malo/velkoodběratelé).
Přenosová cesta je tvořená větvemi (kabely) a uzly (rozvodnice, rozvaděče, rozvodny). Nejednodušší případ
uzlu je rozdělení toku elektrického proudu z jednoho vodiče na dva vodiče.
Rozvodnice
Malá uzlová zařízení určená pro nízká napětí (do 1 kV) provedené jako skříňky zapuštěné do zdiva, které
obsahují:
- Hlavním vypínačem
- Jednofázové jističe nebo pojistky
- Nulový můstek
- Elektroměr
- Zařízení pro dálkové řízení (HDO)
- Stykače
Provedení rozvodnic a elektrovodných jader
- Dveře musí být zajištěny proti samovolnému otevření.
- Ocelové části musí být chráněny proti korozi.
- Pomocné obvody musí být odděleny, alespoň polohově od hlavních obvodů s jmenovitým proudem nad 63 A.
- Živé části neměřeného rozvodu před elektroměry musí být spolehlivě zaplombovány.
- Zasklená okénka pro čtení elektroměrů:
Jednofázové elektroměry: 75x100 mm
Třífázové elektroměry: 75x120 mm
- Nejmenší dovolený průřez vodičů:
silové obvody: 1,5 mm2 Cu; 2,5 mm2 Al
pomocné obvody: 0,75 mm2 Cu
- Vodiče se smějí připojovat jen do svorek odpovídající ČSN, zaústění dvou nebo více vodičů do jedné svorky
je přípustné jen u svorek, které k tomu vyhovují.
- Izolační průchodky musí být užity při průchodu kovovou konstrukcí.
- Přívody a vývody jednotlivých obvodů mají být zavedeny do svorkovnice.
- Hlavní obvody musí být opatřeny štítky nebo nápisy označující jejich určení.
- Každá rozvodnice musí mít trvalý a čitelný výrobní štítek, na kterém musí být uvedeno:
Označení výrobce
Jmenovité napětí [V]
Jmenovitý proud [A]
Typové označení
Výrobní číslo
Rok výroby
- Části, které lze uchopit rukou musí být z izolantu.
- Ochranná svorka musí být označena trvanlivou značkou
- Celkový odpor mezi vodivými neživými částmi a ochrannou svorkou nesmí být větší než 0,1 W.
- Krytí dveří musí být IP 30, po otevření dveří IP 20.
- Před rozvodnicí musí být prostor 80 cm.
Rozvaděče
Uzlové zařízení většího rozsahu, která ještě pracuje s nízkým napětím a která obsahuje totéž, co rozvodnice,
ale navíc ještě měřící techniku.
Provedení NN rozvaděčů
- Materiály pro konstrukci rozvaděčů musí odolávat mechanickým, elektrickým a tepelným vlivům.
- Ochrana proti korozi musí být zajištěna použitím vhodného materiálu.
- Kryty a mezistěny musí být dostatečně pevné a spolehlivě upevněny.
- Tam kde je nutno odejmout mezistěny, otevřít kryty nebo pohyblivé části, krytí musí být dodrženo alespoň
jedno z těchto opatření:
a) Odejmutí, otevření nebo vysunutí musí být možné jen za použití nástroje nebo klíče
b) Všechny živé části přístupné nahodilému dotyku musí být odpojeny před otevřením dveří
c) Rozvaděč musí obsahovat vnitřní zábrany nebo clony chránící všechny živé části
d) Jestliže části za přepážkou musí být obsluhovány, může být možné odejmutí bez použití jedině tehdy, jsou-li
splněny tyto podmínky:
Za přepážkou, která se odnímá je umístěna další zábrana
Živé části s bezpečným napětím nemusí být zakryty
- Přístroje a obvody v rozvaděči musí být uspořádány tak, aby se usnadnilo jejich ovládání, údržba a současně
zajištěná jejich bezpečnost před úrazem elektrickým proudem.
- Výrobce rozvaděčů je povinen uvést jestli jsou svorky vhodné pro připojování Cu nebo Al vodičů, aby byl
zajištěn potřebný kontaktní tlak.
- Svorka pro střední vodič musí být stejně velká jako pro krajní vodiče do 16 mm2 (včetně) nebo poloviční než
pro krajní vodiče, pokud přesahuje průřez středního vodiče 16 mm2 (nejméně 16 mm2).
- Jednofázové vodiče mají stejný průřez střední i krajní vodiče.
- Svorky pro připojování vstupujících a vystupujících středních a ochranných vodičů musí být umístěny v
blízkosti přívodních svorek fázových vodičů.
- Spoje vodičů musí být provedeny v pevných svorkách.
- K jedné svorce lze připojit pouze k jeden vodič, pokud není svorka přímo určená k připojení více vodičů.
- Svorky musí být alespoň 0,2 m nad dnem rozvaděče.
- Měřící přístroje nesmí být výše než 2 m nad podlahou.
- Pro otvory v konstrukcích musí být pro kabely použito vhodných koncovek nebo ucpávek.
- Krytí je vyznačeno symbolem IP. Pro rozvaděče venkovního provedení, které nemají doplňující ochranu, musí
být druhá číslice nejméně 3 (voda šikmo dopadající). Krytí IP se nesmí uvádět, pokud nebyla provedena
příslušná zkouška.
- Živé části přístupné dotyku musí být úplně pokryty izolací, která může být odstraněna pouze při poruše nebo
násilím.
- Konstrukce rozvaděče musí být provedena tak, aby zajišťovala vodivé spojení neživých částí rozvaděče
navzájem.
- Ruční ovládací ústrojí musí být vodivě spojeno s ochranným obvodem.
- Části, které se musí uchopit rukou musí být z izolačního materiálu.
- Přístroje na výku rozvaděče musí být vodivě spojeny s ochranným obvodem.
Rozvodny
Jedná se o uzlová zařízení, ve kterých se vyskytují všechny napěťové hladiny (NN, VN, VVN). Většinou se
jedná o místnosti nebo budovy protože převážná většina techniky je konstruována pro vysoké výkony.
Umístění rozvodných zařízení
Rozvodné zařízení musí být umístěno tak, aby se mohlo opravovat, obsluhovat a kolem se ponechávají volné
prostory k předpokládanému počtu osob k opravám a k otevírání dveří. Ovládače, měřící přístroje a prvky,
které je nutno 1x denně ovládat musí být přístupné z pěší komunikace. Ostatní průchody pro kontrolu musí být
80 cm široké. Komunikace delší než 10 m, musí být průchozí. Slouží-li komunikace pro obsluhu po obou
stranách musí mít šířku alespoň 150 cm. Pro dopravu musí být o 60 cm širší než nejširší vozidlo. Do šíře
komunikace nesmí zasahovat ovládací táhla - nesmí být šířka zmenšena o více než 20 cm. Jestliže se otevírají
dveře do komunikace musí být kolem nich průchod alespoň 60 cm.
Druhy silnoproudých elektrických
rozvodů
Paprskový rozvod
Je nejednodušší, nejlevnější rozvod. Používá se v distrubičním rozvodu NN nebo v menších průmyslových
závodech. Na rozvod nesmí být připojeny spotřeviče 1. stupně důležitosti. Menší spolehlivost je jediná
nevýhoda tohoto rozvodu. Každá porucha znamená vyřazení spotřebičů napájeným postiženým „paprskem“.
Průběžný rozvod
Je vhodný pro osvětlování komunikací, napájení jednotlivých maloodběratelů nebo napájení větších, rozlehlých
průmyslových hal s drobnými spotřebiči. Vyznačuje se dlouhým průběžným vedením, ze kterého jsou odbočky
pro napájení spotřebičů nebo podružných rozvodnic.
Okružný (smyčkový) rozvod
Je proveden jako uzavřený okruh, ze kterého se napájejí jednotlivé paprskové či smyčkové odbočky ke
spotřebičum nebo podružným rozvaděčum. Výhodou je možnost napájení spotřebičů jednoho okruhu ze dvou
stran. Tím se zvyšuje spolehlivost dodávky elektrické energie. Při poruše v některé části okruhu se poškozená
část odbojí a zbytek se do provedení opravy provozuje jako z paprskového rozvodu. Tento rozvod se použíá
pro náročné spotřebiče a používá se v průmyslových závodech a v městské zástavbě.
Hřebenový rozvod
Je vytvořen několika paprský, které jsou na konci navzájem propojeny v místě soustředěné spotřeby. Paprsky
mohou mít ještě odbočky pro napájení jednotlivých bližších spotřebičů. Hřebenový rozvod se blíží okružnýmu
rozvodu a jeho vlastnosti a použití jsou podobné.
Mřížový rozvod
Je tvořen alespoň dvěma napájecími místy s hlavními rozvaděči a hustější sítí vzájemně propojených
podružných rozvaděčů, tak vzniká rozvod, ve kterém jsou jednotlivé podružné rozvaděče napájeny nejméně ze
dvou či více směrů. Tento rozvod je vhodný pro napájení velkých průmyslových závodů nebo do husté městské
zástavby. Je vysoce spolehlivý, ale má velké pořizovací náklady.
Dvojpaprskový rozvod
Je kombinací dvou paprskových rozvodů s možností vzájemného záskoku dvou napáječů. Aby nedošlo při
provozu k paralelnímu chodu transformátorů, jsou všechny podružné rozvaděče podél rozpojeny. K jejímu
propojení dochází pouze při výpadku jednoho z napáječů. Dvoupaprskový rozvod se používá ve větších
závodech s důležitými odběry nebo u vlastní spotřeby elektráren.
Požadavky na elektrický rozvod
Bezpečnost osob a věcí
Rozvodná zařízení (rozvaděče, spotřebiče, instalace), musí být provedena tak, aby bylo zabráněno
náhodnému doteku živých částí, zabránit se musí poškozování předmětů, ohrožování zdraví, atd.
Provozní spolehlivost
Je důležité dostat elektřinu ze vstupu (elektrárny) na výstup (odběratele) v požadované kvalitě (napětí,
frekvence, sfázovanost - 120°), z toho definujeme důležitosti spotřeby:
I. stupeň
V případě výpadku elektřiny hrozí ohrožení života nebo velké ekonomické ztráty. Potřebujeme elektřinu
neustále (nemocnice), proto použijeme náhradní zdroje (motorgenerátor, akumulátory).
II. stupeň
Při výpadku proudu nedochází k ohrožení života ani k velkým ekonomickým ztrátám, nepotřebujeme náhradní
zdroj elektrické energie.
III. stupeň
Sem patří všechny domácnosti, maloodběratelé, není třeba náhradní zdroj, "vypnutá" elektrická energie
neohrožuje lidské životy.
Přehlednost provozu
Je důležitá v elektrických stanicích, rozvodnách. Je důležité vhodné uspořádání velínů a dozoren, zejména
dobrá přehlednost signalizace na pultech.
Přizpůsobitelnost elektrického zařízení
Je důležité v průmyslových provozech, aby stroje v průběhu pracovní doby mohly měnit svojí polohu (jeřáby).
Rychlé odstranění poruchy
Poruchy (nežádoucí stav) narušují dodávky elektrického proudu, proto se používá ochrana, která má zajistit co
nejrychlejší odpojení poškozené části (jističe).
Hospodárnost
Provozu
Představuje účelné využité průřezu vodičů, jmenovitých výkonů stroje (odběru elektrické energie při správném
účiníku).
Využívání opakovaných celků
Vyrábějí se určité typové sady přístrojů
Ve spotřebě barevných kovů
Kvůli vysoké ceně mědi a hliníku, je dobré využívat průřez vodiče efektivně (tak aby odpovídalo zatížení).
Estetika
Požadavky na uložení jsou různé v závislosti na typu objektu, kam se bude rozvod (kabely a vodiče) elektrické
energie umisťovat.
Ohled na informační techniku
Je nutno zamezit působení nepříznivých vlivů a rušivých napětí při křižování a souběhu se sdělovacím vedení.
Elektrická rozvodná zařízení
Slouží k rozdělování elektrické energie a k jejímu rozdělování do jednotlivých větví elektrizační rozvodné
soustavy. Nejduležitějšími parametry rozvodných zařízení jsou:
a) Jmenovité napětí
b) Zkratová odólnost
Jmenovitá napětí rozvodných zařízení jsou:
Síť trojfázová s uzemněným uzlem 230/400 V; 400/690 V; 1000 V
Síť trojfázová s izolovaným uzlem 3 kV; 10 kV; 35 kV; 110 kV; (400 kV); 420 kV
Zkratová odólnost rozvodných zařízení se vyjadřuje podle ČSN 38 1754 doporučenými jmenovitými hodnotami
vypínacích proudů pro nadproudy trvající 2 sekundy (hodnoty jsou uvedeny v tabulkách).
Přípojnice a odbočky
Jsou to vodiče, které probíhají celou rozvodnou a mají za úkol rozvádět přivedenou elektrickou energii do
všech odbočujících větví vycházejících z rozvodny. Na přípojnicích se soustřeďuje veškerý výkon přivedený do
rozvodny a po přípojnicových vodičích se rozvádí do jednotlivých odboček rozvodny. Přípojnice v rozvodnách
NN a VN bývají provedeny jako holé pásové vodiče s obdélníkovým průřezem. V některých případech se
používají trubkové či profilové vodiče. V rozvodnách VVN se používá tzv. „zapouzdřeného provedení“. Vodiče
jsou uloženy v pouzdrech naplněným speciálním plynem.
Uspořádání přípojnic
Volí se tak, aby přípojnice zabíraly co nejméně prostoru a přitom byly odolné proti dynamickému namáhání při
zkratech. Uspořádání může být: a) Vodorovné
b) V rovině svislé
c) V rovině šikmé
d) Do trojúhelníka
Odbočky
Z rozvoden představují soubor zařízenía přístrojů potřebných k vybavení a zabezpečení každého vývodu z
rozvodny. Tento soubor zařízení bývá stejný v různých druhů rozvoden. Jednotlivé přístroje se dělí napěťovou
hladinou, proudovou a zkratovou odólností a dalšími ukazateli.
Přístrojové vybavení odboček z rozvoden
a) Spínací přístroje slouží k zapínání a vypínání odboček se zatížením nebo bez zatížení, jsou to:
1) Vypínač - Schopné zapnout a vypnout zkrat
2) Odpínač - Schopný zapnout a vypnout jmenovitý výkon
3) Odpojovač - Spíná a rozpíná větev bez zatížení
4) Stykač - Spíná i rozpíná jmenovitý výkon
5) Jistič - Zapíná i vypíná zkrat máli dostatečnou zkratovou odólnost
6) Pojististka - Vypíná zkrat
b) Přípojnicové odpojovače zajišťují viditelné oddělení zařízení od zdroje napájení
c) Vývodové odpojovače zajiš´tují viditelné odpojení vývodu venkovního či kabelového od zdroje napájení
d) Přístrojové transformátory napětí a proudu potřebných pro napájení napěťových i proudových obvodů
meřících, řídících, ochranných i signalizačních přístrojů v dané odbočce
e) Měření a ochranné zařízení, která slouží k měření výkonu přenášeného odbočkou, k měření parametrů
odváděné elektrické energie a k zajištění činnosti elektrických ochran v daném vývodu. Odbočka může být
vybavena bleskojistkou pro ochranu před přepětím nebo zařízením pro přenos dispečerských zpráv po
dálkovém vedení
Elektrické stanice
Jsou uzlová elektrická zařízení, která slouží k rozdělování elektrické energie, jedné napěťové hladiny nebo k
transformaci elektrické energie na napěťovou hladinu vhodnou k přenosu či k distribuci energie, k přeměně
energie na stejnosměrnou nebo ze stejnosměrné na střídavou a jejich následnou distribuci.
Základní rozdělení elektrických stanic
Stanice
Charakteristika
Transformační stanice (transformátorovny)
Energie se transformuje na napětí a rozděluje do jednotlivých větví.
Spínací stanice
K rozdělění elektrické energie při stejném napětí.
Usměrňovací stanice
Přeměňuje se elektrická energie ze střídavé na stejnosměrnou
Kompenzátorovny
Slouží k regulace přenosu elektrické enegie.
Rozlišení elektrických stanic podle charakteru
Stanice
Charakteristika
Stanice výroben
elektrické energie
Slouží k vyvedení elektrické energie z generátorů a k její transformaci na napětí vhodné k přenosu
na potřebnou vzdálenost k místu rozdělování či spotřeby.
Stanice v přenosové
soustavě
Mohou být spínací k rozdělování energie při stejném napětí. Dál mohou být transformační, kde je
elektrická energie přenášená mezi soustavami s různou napěťovou hladinou.
Elektrické stanice
spotřeby
Mohou mít charakter distribuční na úrovni VN nebo charakter průmyslových stanic (energie se
rozděluje přímo ke spotřebičum a transformuje se podle velikosti spotřebičů až na úroveň NN).
Měnírny
Přeměňují střídavá napětí na stejnosměrné nebo naopak nebo se přeměňuje energie o standardním
síťovém kmitočtu (50 Hz) na energii s jinou hodnotou kmitočtu.
Jmenovitá napětí rozvodných zařízení
Napětí
Zkratka
Velikost
Malé napětí
MN
6, 12, 24, 48 V
Nízké napětí
NN
110, 230, 380, 500, 600 V
Vysoké napětí
VN
3, 6, 10, 22, 35 kV
Velmi vysoké napětí
VVN
110 kV, 220 kV
Zvlášť vysoké napětí
ZVN
400 kV, 750 kV
Jmenovitá napětí
Kategorie
napětí
Označení
napětí
Název napětí
V uzemněné soustavě
mezi vodičem a
zemi
mezi vodiči
V izolované
soustavě
mezi vodiči
I
MN
Malé napětí
do 50 V
do 50 V
do 50 V
II
NN
Nízké napětí
nad 50 V do 600 V
od 50 V do 1000
V
od 50 V do 600 V
A
VN
Vysoké napětí
od 0,6 kV do 30 kV
od 1 kV do 52 kV od 1 kV do 52 kV
B
VVN
Velmi vysoké
napětí
od 30 kV do 171 kV
od 52 kV do 300
kV
C
ZVN
Zvlášť vysoké
napětí
od 300 kV do 800
kV
D
UVN
Ultra vysoké
napětí
nad 800 kV
od 52 kV do 300 kV
Návrh silnorproudých vodičů
- Volba vhodného druhu vodiče s ohledem na prostředí
- Způsob uložení vodiče (lišty nebo kanálky) zaleží na podmínkách provozu
- Stanovení vhodného průřezu vodiče
Pro správnou a bezpečnou funkci elektrického zařízení musíme dodržet zásady:
- Teplota vodiče musí být v dovolených mezích
- Hospodárnost průřezů
- Mechanické vlastnosti průřezů
- Úbytek napětí na vodičích musí být v mezích
- Vodiče musí odolávat silovým a zkratovým účinkům elektrického proudu
Dovolená provozní teplota
Je to maximální teplota vodiče nebo jeho části, při které ještě může plnit svojí funkci a záleží na vlastnostech
materiálu.
Provozní teplota je ovlivněna:
- Teplotou prostředí
- Sluneční záření
- Jmenovitá proudová zatížitelnost (hodnota při které není překročena dovolená provozní teplota při základním
způsobu uložení).
Základní způsoby uložení vodičů
a) v zemi v hloubce 70 cm
b) Uložení ve vodorovné poloze v klidném vzduchu
Hospodárný průřez vedení
Volíme s ohledem na ekonomickou stránku, velikost a způsob zatěžování, druh materiálu vodiče (měď, hliník).
Způsob zatěžování
Je charakterizovanou dobou plných ztrát
Doba plných ztrát
Doba po kterou bychom museli zatěžovat vodič maximálním výkonem, abychom vyrobili výkon (tepelný) jako
při proměnlivém proudu.
Mechanická pevnost vodiče
Vodiče musí být namáhány jen takovými silami, aby nedocházelo k jejich poškození a musí snášet námahu při
montáži a provozu. Je třeba zajistit, aby se nedeformovali vlastní vahou vodiče. U venkovních vodičů musíme
brát ohled na povětrnostní vlivy (námraza, vítr, sluneční záření).
Námraza: Částečky vody v krystalické podobě.
Prostory s nebezpečním námrazy rozlišujeme dle rychlisti (nebezpečí) na:
L - Lehká námrazová oblast
S - Střední námrazová oblast
T - Těžká námrazová oblast
K - Kritická námrazová oblast
Úbytek napětí na vodičích
Při dimenzování vodičů je důležité brát v úvahu odpor vodiče (ten způsobuje úbytek napětí). V rozvodu je
potřeba zajistit napětí v určité velikosti (v ČR je hodnota fázového napětí (mezi fází a středním vodičem) 230 V
a sdružené napětí (mezi fázemi) má hodnotu 400 V), frekvence (v ČR je frekvence stanovena na 50 Hz).
Norma dovoluje odchylku u fázového napětí ± 10%
Odolnost vodičů účinkům zkratových proudů
Zkratový proud je proud, který je několikanásobně větší než proud jmenovitý. Při konstrukci elektrického
zařízení musíme navrhnout vodiče a izolaci tak, aby odolaly účinkům zkratových proudů při poruše.
Silnoproudý rozvod v průmyslových
závodech
Rozvodná zařízení NN
Jsou určena pro napájení odběrných elektrických zařízení v průmyslových závodech, občanské a bytové
vystavby. Jmenovité napětí je 400 V a 500 V.
Rozvodná zařízení NN dělíme na:
a) Kobkové rozvodny
Jsou určené pro velké provozní a zkratové proudy. V současné době se používají zřídka.
b) Rozvaděče, částečně nebo plně prefabrikovány se připojí a osadí na místě.
Rozvaděče NN se používají pro malé i velké provozní a zkratové proudy.
Podle funkce a účelu se rozvaděče dělí na:
1) Distribuční, jsou určené jen pro rozdělování elektrické energie
2) Pomocné , jsou určené pro měření, jištění, ovládání návěstí, apod.
3) Kondenzátorové, jsou určené proústřední nebo skupinovou kompenzaci účiníku.
Podle umístěn í a přístupu a manipulací s elektrickou výzbrojí dělíme rozvaděče na:
1) Otevřené (úplně nebo částečně)
2) Uzavřené
Rozvaděče NN mají mít malé rozměry, mají být snadno přístupné a umožňovat rychlou a bezpečnou výměnu
přístrojů. Manipulace s přístroji a jejich ovládání musí zaručovat bezpečnost provozu a obsluhy.
Rozvaděče distribuční
a) Hlavní rozvaděče, napájejí většinou rozvaděče podružné
b) Podružné rozvaděče, napájejí většinou přímo spotřebiče. Výzbroj je přizpůsobena požadavkům zatížení a
zkratům.
c) Rozvaděče pro osvětlení, napájejí převážně světelné obvody. Výzboj je pro menší zatížení a zkraty.
Výkon na jeden rozvaděč NN bývá omezen přístrojovou výzbrojí odboček. Maximální jeho vykon může být
1600 kVA.
Rozvaděče NN mohou být panelové, skříňové, výsuvné nebo stykačové rámy, zapouzdřené, stejnosměrné,
kondenzátorové, rozvodnice (oceloplechové), elektroměrové, elektrorozvodné.
Rozvaděče elektrorozvodné se používají v obytných budovách, umisťuj í se do veřejných komunikací, slouží k
soustředění jednofázových a třífázových elektroměrů, včetně elektrické výzbroje, obsahující silnoproudá a
slaboproudá a stdělovací vedení (stoupací), mohou být v provedením nástěném nebo v zapuštěném. Mají mít
dvířka s proskleným okýnkém, pro odečet elektroměru. Ovládání jističů je z čelní strany.
Základní ustanovení norem pro rozvod v průmyslových
závodech
. Zásady o dimenzování vodičů, jistících prostředků a zajištění bezpečnosti osob jsou schodné se zásadami
pro objekty, které slouží k bydlední. Rozdíly jsou ve velikostech přenášených elektrických výkonů a ukládání
elektrických rozvodů a další.
Některé podniky potřebují pro svuj provoz výkony v hladině 10 MW a větších a proto energie musí mít vhodnou
úroveň napětí.
Připojení průmyslových závodů se provádí nejčastěji přes napájecí transformátor ze soustavy VN a VVN. Velké
závody mohou mít několik napájecích transformátorů.
Provozní napětí na sekundární straně napájecího transformátoru na ve likosti připojených spotřebičů. Jedná se
o VN pro velké odběry nebo NN pro menší a drobné spotřebiče. Vnitropodnikové sítě VN mohou mít napětí 3, 6
nebo 10 kV. U velkých závodů bývá 22 nebo 35 kV.
V bytových objektech jsou spotřebiče 3. stupně důležitosti. V průmyslových objektech se setkáme se spotřebiči
všech tří stupňů důležitosti. Proto je nutné v takových případech zajistit náhradní zdroj. Může to být například
zvláštní transformátor napájený z nadřazené soustavy (jiným vedením) nebo může být v závodě vlastní zdroj
(diesel-elektrické soustrojí, akumulátorová baterie, malá vodní elektrárna, atd.).
V bytových objektech bývá nejčastější uložení vodičů pod omítkou nebo v lištách. V průmyslových rozvodech je
nejčastější způsob uložení vodičů na lávkách, roštěch, v lištách, na povrchu stěn nebo v kabelových kanálech.
V menších podnicích se ukládají kabely do shora přístupných kanálů zakrytých ocelovým plechem. Velkých
závodech se využívají kabelové kanály průlezné nebo průchozí. Kanál je shora p řístupný a ukládají se do něj
kabely na lávky nebo háky. Do trvale suchých kanálů se mohou kabely ukládát přímo na dno. V kanálech, které
nejsou trvale suché mívají sklon příčným a podélným rozměrem por odvod zateklé vody. V nejnižším místě
bývá sběrná jímka k odčerpání zateklé vody.
Kanály průchozí
Jsou pro velký počet kabelů. Nejmenší výška je 1,9 m. V místě křižování může být snížena na 1,2 pouze v
délce 3 m. Kanály musí mít zajištěné větrání, osvětlení musí být ovladatelné od každého vstupu.
Průlezné kanály
Jsou pro větší počet kabelů v místech, kde není možné postavit kanál průchozí a budují se jenom v kratších
úsecích. Nejmenší výška je 1,2 m. V místech křižování s jinými kanály může být snížená na 0,9, ale pouze v
délce 2 m. Vstupy musí být každých 40 m a od každého vstupu musí být ovládání svítidla.
Podmínky pro zajištění odtékané vody jako u předchozích typů kabelových kanálů., stejné požadavky jsou i na
větrání prostoru kanálu, které musí zajistit dostatečnou výměnu vzduchu, potřebnou pro pohyb osob, odvádění
ztrátového tepla, vzniklého zatěžováním kabelů. Větrání může být přirozené, pokud je kanál ve svahu nebo
častěji vynucené s použitím ventilátorů. Do kabelových kanálů se nesmí umisťovat žádné potrubí s vyjímkou
potrubí ve kterém je jen vzduch.
Při ukládání kabelů na podpěry, je potřeba, aby mezi kabely byla vždy mezera rovná alespoň vnějšímu průměru
kabelů do napětí 10 kV, pro kabely s napětím vyšším než 10 kV má být mezera rovná dvojnásobku průměru
kabelů, nejméně však 10 cm. Menší mezery se mohou dovolit jen u kabelů do 1 kV, ale současně se snižuje
jejich zatížitelnost. Kabely a vodiče pomocných obvodů se mohou klást těsně vedle sebe, bez mezer, mohou
být uloženy i ve vrstvách, nebo společných svazcích.
Výkopy pro kabely
Při ukládání kabelů do výkopu je potřeba dodržet potřebnou hloubku ukládání. Ta je závislá na na velikosti
provozního napětí kabelů a na místě uložení. Požadavky na hloubku uložení jsou uvedeny v tabulce:
Hloubka uložení (m)
Napětí (kV)
Volný terén
Chodník
Krajnice vozovky
1 až 10
0,7
0,5
1,2
do 35
1,0
1,0
-
100
1,3
1,3
1,3
Kabely se ukládají do pískového lože o tloušce vrstvy písku, alespoň 10 cm s potřebnými mezerami mezi
kabely a zasypanou další vrstvou písku alespoň 10 cm silnou. Na tuto vrstvu písku se pokládají cihly, dlaždice,
tvárnice a jiné keramické materiály, které mají kabely chránit před mechanickým poškozením při zemních
pracích. Zbytek výkopu se zasype zeminou, do které se uloží asi 20 cm pod povrch výstražná fólie oranžové
barvy. Výkop se nesmí zasypat popelem, struskou či jiným chemickým odpadem, který by mohl poškodit izolaci
kabelů.
Jako vodiče se nejčastěji používají vícežilové izolované vodiče nebo zejména kabely. Silový rozvod se většinou
provádí jako paprskový, v případně zvýšení nároků na spohlivost dodávky elektrické energie mohou být
rozvaděče zapojené do smyčky.
Ve větších průmyslových halách je možno použít i přípojnicový rozvod provedený holými vodiči pod stropem
průmyslové haly, nejméně však ve výšce 5 m nad podlahou haly, z těchro vodičů se provádějí odbočky kabely
po stěnách, sloupech nebo i vzduchem k nejbližším pracovním strojům. Pokud nelze zajistit potřebnou výšku
(minimálně 5 m), je potřeba přípojnicový rozvod krýt, aby nedošlo k náhodnému doteku s živou části.
Předpisy pro rozvaděče
Rozvaděče v závislosti na použitých průmyslových technologiích mohou dosahovat značné velikosti. Velmi
často se používají skříňové rozvaděče stavebnicového provedení, které se sestavuje do požadovaných
konfiguracích podle potřebného počtu a výzbroje odboček. Tyto rozvaděče se vyrábějí jako typyzované celky s
použitím pro různé účely a s vybavením podle výběru. Rozvaděče mohou osahovat prvky a přístroje pro
měření, ovldání signalizaci, dále prvky ochranné, spínací, kompenzační a další. Krytí rozvaděčů musí splňovat
vysoké nároky na bezpečnost práce a oc hranupřed nebezpečným dotykem.
Podružné rozvaděče nebo rozvaděče místní pro napájení drobných spotřebičů NN, mohou být sestaveny z
menších stavebnicových prvků jako například z plastových rozvodnic s různým druhem krytí pro vnitřní nebo i
venkovní prostředí.
Způsoby uložení vodičů a kabelů
Referenční způsob uložení
Obrázek
Způsob
Typ
Jiné způsoby uložení dovolující stejné
jmenovité proudy
Izolované vodiče v trubkách
A
zapuštěných v izolačních stěnách
- Více žilové kabely uložené přímo v izolační stěně
- Izolované vodiče v trubkách v uzavřených drážkách
- Více žilový kabel v trubkách v izolačních stěnách
Izolované vodiče v trubkách na
stěně
B
- Izolované vodiče v kanálcích (lištách) na stěnách
- Izolované vodiče v trubkách ve větraných drážkách
- Izolované vodiče, kabel jedno/vícežilový v trubkách
nebo dutinách (kanálcích)ve stropu
Kabely vícežilové na zdi
C
- Kabely jednožilové na zdi
- Kabely vícežilové úplně ve zdivu
- Kabely vícežilové na podlaze
- Kabely jedno/vícežilové v otevřených nebo
větraných drážkách
- Vícežilové kabely v kanálcích nebo trubkách ve
vzduchunebo ve styku se zdivem; hodnoty se násobí
0.8
Kabely vícežilové v trubkách v
zemi
D
- Kabely jednožilové v trubkách v zemi
- Kabely jedno/vícežilové uloženy přímo v zemi
Jiné způsoby uložení pro něž je nutno dovolené proudy
oproti referenčnímu uložení (E, F) snížit násobením
přepočítacím součinitelem k (přesnější hodnoty v ČSN
33 2000-5-523)
Referenční způsob uložení
Obrázek
Způsob
Kabely dvou nebo
třížilové na vzduchu
Kabely jednožilové
těsně seskupené na
vzduchu
Kabely jednožilové
volně seskupené na
vzduchu (nejméně na
průměr kabelu)
Typ
Typ
E
F
způsob
uložení
Instalace
Nejnižší součinitel
k
Lávky neperforované
H
0,6
Vodorovné lávky
perforované
J
0,65
Svislé lávky perforované
K
0,7
- Kabelové rošty
- háky
L
- zavěšení na nosném lanu
0,7
Lávky neperforované
M
0,75
Lávky perforované
N nebo P
0,8 nebo 0,85
- Seskupené na vzduchu
- Kabelové rošty
Q
- Háky
- Zavěšení na nosném lanu
0,9
G
Charakteristika
E
Kabely dvou nebo třížilové na vzduchu. Vzdálenost od zdiva nejméně 0,3 průměru kabelu.
F1
Tři kabely jednožilové těsně seskupené do trojúhelníku na vzduchu. Vzdálenost od zdiva nejméně na průměr
kabelu.
F2
Dva kabely jednožilové těsně seskupené ve svislé nebo vodorovné rovině na vzduchu. Vzdálenost od zdiva
nejméně na průměr kabelu.
F3
Tři kabely jednožilé těsně seskupené ve svislé nebo vodorovné rovině na vzduchu. Vzdálenost od zdiva na nejméně
na průměr kabelu.
G1
Tři kabely jednožilové volně seskupené ve svislé rovině na vzduchu. Vzdálenost od zdiva a mezi kabely nejméně
na průměr kabelu.
G2
Tři kabely jednožilové volně seskupené ve vodorovnérovině na vzduchu. Vzdálenost od zdiva a mezi kabely
nejméně na průměr kabelu.
Způsoby uložení elektrických rozvodů
1) Na konstrukci tzv. povrchový způsob
2 V konstrukci rozeznáváme:
Polozapuštěný
Zapuštěný
Uložený v kanálech a v šachtách
Uložený mezi stropná konstrukcí a podhledem
Povrchový způsob
Tradiční
Vyžaduje malé stavební upravy, uloženín elektrických rozvodů je přehledné a snadno kontrolovatelné a
umožňuje změnu elektrorozvodu. Nedostatkem je možnost mechanického poškození. Působí rušivě a je málo
estetický. Používá se ve sklepích, půdních prostorách a tam kde to vyžadují předpisy, např. dřevěné
konstrukce, hořlavé podklady apod.
Elektroinstalační lišty
Včetně přívodních krabic jsou uloženy na stěn, stropů nebo podlah. Používají se lišty protahovací (nevýhoda
těchto lišt je, že se nedá sejmenout svrchní díl) nebo vkládací a to povrchové nebo nástěné. Příslušenství,
pabelové krabice, lišty zárubňové nahrazují montovatelné záhrubni. Lišty podstropní umožňují připojení svítidel.
Výhodou je možnost instalace, nezávislé na stavební konstrukci. Umožňují případné zesílení vodičů při nárůstu
odběru elektrické energie. Některé druhy se smějí montovat i přímo hořlavé podklady, nemusí se tedy
montovat pod lištu žádné izolační podložky.K nevýhodám patří upeňování na tvrdé povrchy a špatná
přizpůsobitelnost nerovnostem stěn a narušují vzhled místnosti.
Elektroinstalační lišty se vyrábí v nejrůznějších velikostech např.
11x10
15x10
17x17
18x13
18x18
20x20
24x22
25x20
30x25
40x15
40x20
40x40
60x40
70x40
80x40
100x40
120x40
130x40
170x40
150x120
včetně nejrůznějších "tvarových" dílů (např. rohy, T rozbočky, atd.).
Zapuštěný způsob
Kabely nebo vodiče jsou uloženy v trubkách, včetně krabic uložených do stavební konstrukce stěn a stropů
pod omítku. Pro uložení vedení je nutné ve stavební konstrukci vynechat drážky, kapsy a prostupy stěnami
nebo stropy. Tento způsob vyžaduje dodatečné zazdívání a omítnutí celého elektrorozvodu. Dodatečné
rozšiřování je obtížné a pracné a vyžaduje další stavební úpravy. Výhodou je pěkný vzhled rozvodu. Jeli rozvod
v trubkách pod omítkou je možnost jej dodatčně zesílít.
Zapuštěný způsob v dutinách panelu
Elektrický rozvod se zapouští do předem připravených drážek (při výrobě) ve stěnách a stropních panelech.
Dutiny ve stěnových panelech jsou u horního líce ukončeny spojkami a u dolního líce kapsami, které slouží k
zajištění propojení dutin a k přechodům vodičů z podlahové konstrukce do certikální dutiny stěnového panelu
pro obsazení vypínačů, zásuvek jsou v panelech zabudovány zvláštní krabice. Kapsy pro osazení krabic se v
některých případech vyfrézují na stavbě. Výhodou je snadná montáž a tím i spojená výměna vodičů pro
případné zesílení rozvodu.
Zapuštěný způsob v monolitických konstrukcích
Rozvod se stává z „prázdné elektroinstalace“, která je vytvořena pomocí ohebných trubek, většinou z
plastických hmot speciální konstruovaných zapuštěných krabic a příslušenství. Na staveniště se dodává tato
„prázdná elektroinstalace“, která je balená ve svazcích, včetně krabic a příslušenství. Po rozbalení se upevní
na předem připravená místa
Polozapuštěný způsob
Rozvod vkládáme do omítky stěn tropů a hrubé podlahy. Montáž je rychlá a snadná. Vzhled je dobrý,
nenarušuje vzhled. Neumožňuje dodatečné zesílení bez porušení konstrukce. Zranitelnost rozvodu je větší než
způsob pod omítkou.
Rozvod v elektroinstalačních podlahových kanálech
Kabelové kanály včetně průchozích a odbočných krabic jsou uloženy na povrchu stropní konstrukce. V místě
křižování kanálů se umisťují se umisťují podlahové krabice. Vzdálenost krabic tvoří tzv. podlahový rast. Se
zmenšováním rastu se zvyšuje využití krabic.
Rozvod mezi stropní konstrukcí a podhledem
Elektrické rozvody je například v trubkách nebo se kabely umisťují na nosné lišty nebo „dráty“, případně do
„odlehčených“ žlabů prostoru mezi stropní konstrukcí a podhledem.
Uložení kabelů pod zemí
Hloubka uložení
Do 1 kV
Terén
35
Terén bez mechanické ochrany, orná půda
70
Chodník
35
Krajnice vozovky
100
Místo
Hloubka [cm]
1 až 10
0,7
0,5
1,2
do 35
1,0
1,0
100
1,3
1,3
1,3
Napětí (kV)
Hloubka uložení (m)
Volný terén
Chodník
Krajnice vozovky
Do výkopu se kabely NN kladou na vrstvu jemnozrnného písku vysokou 8 cm, stejně vysoká vrstva písku je i
nad kabelem (myšleno od povrchu kabelu)
Krytí kabelů
a) Krytí kabelů v místech, kde nemohou být mechanicky poškozeny:
- Při hloubce 70 cm se provede červenou výstražnou fólií uloženou v hloubce 20 - 30 cm nad pískovou vrstvou
- Při mělkém uložení (v hloubce 35) se fólie minimální tloušťky 0,6 mm uloží 10 cm nad kabel a minimální
hloubka uložení fólie je 25 cm pod úrovní terénu.
b) Kabely v místě, kde nelze dosáhnout předepsané hloubky a kabely v hloubce 35 cm, kde je zvýšené
nebezpečí mechanického poškození se musí chránit rourami, žlaby, tvárnicemi, které splňují mechanické
vlastnosti pro ochranu kabelů.
c) V ostatních případech se písková lože pokryjí cihlami, betonovými krycími deskami, dlaždicemi nebo jiným
materiálem který je upraven pro tento účel a schválen autorizační zkušebnou. Tyto krycí materiály se ukládají
na písková lože vedle sebe tak, aby byly kabely z každé strany překryty minimálně o 4 cm.
Další požadavky pro uložení kabelů v zemi
Kabely se nesmí klást do země v
- půdách obsahující kyseliny
- půdách obsahující hnijící látky
- některých písčitých a kamenitých půdách
V těchto případech se doporučuje uložit kabely do rour, žlabů, tvárnic nebo jinak chránit před mechanickými či
chemickými vlivy.
Je-li v témže výkopu více silových kabelů vedle sebe nebo nad (pod) sebou musí být mezi nimi ve všech
směrech mezery podle tabulky. Mezery mezi souběžnými kabely VN do 35 kV podle tabulky lze v nutných
případech zmenšit je-li mezi kabely vložená svislá přepážka dostatečně mechanicky pevná o odpovídající z
hlediska účinkům elektrického oblouku. U kabelů do 1 kV se přepážky umisťovat nemusí.
1
Sdělovací, řídicí a zvláštní obvody silového rozvodu
5
2
Sdělovací a silový:
do 1 kV
nad 1 kV
15
20
3
Sdělovací a silový nebo silový a řídicí a zvláštní obvod
do 1 kV
do 6 kV
do 10 kV
22 a 35 kV
5
10
15
20
10
15
20
30
Seskupení kabelů v zemi vedle sebe
Označení
nad (pod) sebou
Nejmenší vzdálenost
souběžných kabelů [cm]
Vnější (mezi povrchem kabelů)
Osová (mezi středy
kabelů)
Klást kabely ve vrstvách nad (pod) sebou norma ČSN 33 2000-5-52 nepřipouští. Vyjímkou lze učinit
mimořádně tam, kde je šířka trasy při vodorovném uložení kabelů nedostatečná (např. v chodníku). V těchto
případech se kabely oddělují nehořlavými mechanickými, pevnými, proti oblouku odolnými přepážkami (cihly,
betonové desky, tvárnice). Přitom je nutno dodržet alespoň obvyklé vzdálenosti mezi jednotlivými polohami
kabelů podle tabulky.
Vodorovné přepážky mezi kabely do 1 kV se nepoužívají. Přepážka se však použije mezi polohami kabelů NN
do 1 kV a kabelů VN do 35 kV.
Při uspořádání kabelů se uplatňuje zásada, aby kabely s vyšším napětím byly umístěny níže než kabely s
napětím nižším.
Připojení objektu
K rozvodné síti NN se objekt napojí připojovacím vedením nebo přípojkou. To je část vedení, která odbočuje ke
spotřebiteli a je určena k připojování elektrických zařízeních. Začátek přípojky je v místě odbočení z veřejného
venkovního či kabelového vedení a přípojka je ukončena v hlavní domovní skříni (HDS).
Skříň většinou bývá oceloplechová nebo litinová a je umístěná na venkovní straně objektu ve výšce 0,6 m.
Obsahuje: kabelovou koncovku a vstupní pojistky. Skříň může mít podobu skříně pro připojování venkovního
vedení, která je ve výšce 2 až 2,5 m a je také na venkovní straně objektu.
Skříň pro kabelové připojení může být provedena jako koncová přípojka se třemi pojistkami.
Přípojku lze ještě realizovat tak že se do rozpojovací skříně, natáhnou dva kabely do smyčky a každý z nich lze
odpojit příslušnou trojicí pojistek. Třetí trojice pojistek slouží již pro jištění vlastního objektu.
Připojení objektu z veřejného venkovního objektu lze ještě realizovat venkovní přípojkou s holými vodiči až k
objektu nebo závěsným kabelem. Přípojka odbočuje z nejbližšího sloupu až k objektu. Pokud je vzdálenost
větší je nutné postavit další tzv. opěrné sloupy. Vodiče se ukončí na izolátorech připevněných na konzolách
vetknuté do stěny objektu nebo u nižších objektů na izolátorech na střešním sloupku. Přípojka pokračuje
izolovanými vodiči v trubkách nebo vícežilovým vodičem uloženým pod omítku k hlavní domovní skříni.
Přechod z venkovního vedení se zajistí přisvorkováním vodičů na část přípojky, která je venku a jejich
vhodným natvarovaním proti stékající vodě před vstupem do stěny objektu či do dutiny trubky střešního otvoru.
V případě připojený závěsným kabelem je nosné lano závěsného kabelu napnuto mezi nejbližší sloup a objekt
a pomocí napínacího mechanismu se napne na průhyb, odpovídající teplotě vzduchu při montáži. Nejmenší
vzdálenost závěsného kabelu od terénu je 5,5 m. U stěny objektu se závěsný kabel nepřerušuje, ale pokračuje
dále bez nosného lana, uložený do stěny objektu, až do hlavní domovní skříně.
Hlavní domovní vedení
Od vstupních pojistek z HDS nebo ze skříně pro připojení objektu kabelem, například rozpojovací instalační
skříň RIS, vychází vedení k elektroměrové rozvodnici. Toto se nazývá hlavní domovní vedení, má být co
nejkratší a pokud možno i bez přerušení. Má být na venkovní straně objektu nebo veřejně přístupnými
prostorami. U objektů s větším počtem bytů je hlavní domovní vedení provedeno jako stoupací vedení do
jednotlivých podlaží s odbočkami k elektroměrům jednotlivých bytů.
Úbytek napětí
Vedení má mít stejný průřez po celé délce a má být dimenzováno tak, aby při největším soudobém zatížení
oteplení vodičů nepřesáhlo dovolenou hranici pro daný typ vodičů (např. CYKY) a aby úbytek napětí nebyl větší
než hodnota, kterou ukazují následující tabulky:
Mezi přípojkovou skříní a rozvaděčem (rozvodnicí) za elektroměrem
Světelný a smíšený
2%
Jiný než světelný
3%
Obvod
Maximální úbytek napětí
Mezi rozvaděčem (rozvodnicí) za elektroměrem a spotřebičem
Světelný
2%
Vařidla a topidla
3%
Ostatní
5%
Obvod
Pokud by při dimenzování vedení s ohledem na na ostatní požadavky určující průřezy vedení, v některém
úseku rozvodu vznikly větší úbytky napětí, než je uvedeno v tabulkách výše, lze to připustit, nesmí však
překročit ve vedení od přípojkové skříně až ke spotřebiči tyto hodnoty (viz tabulka):
Světelný
4%
Topidla a vařidla
6%
Ostatní
8%
Vývod
Další požadavky na hlavní domovní vedení
Hlavní domovní vedení nesmí vést výtahovou šachtou a má být zajištěno proti nedovolenému odběru
elektrické energie. Instalace se obvykle provádí jednožilovými izolovanými vodiči uloženými v trubkách nebo
kabelovým vedením. Rozvod musí být proveden tak, aby případná výměna vodičů či kabelu mohla být
provedena bez jakýchkoliv stavebních zásahů („sekání“). V objektech s nejvýše třemi odběrateli (byty) je
možno provést odbočky k elektroměrům přímo z přípojnicové skříně. Kromě odboček k elektroměrům, které
měří odběr elektrické energie jednotlivým bytům se umisťuje též odbočka k elektroměru, kterým se měří
společné prostory v objektu (chodba). Odbočky od hlavního domovního vedení k elektroměrovým rozvodnicím
se provádějí jako jednofázové nebo třífázové. Jednofázové odbočky lze provést u zařízení do 5,5 kW
soudobého příkonu bytu elektrizačního stupně A nebo se svolením příslušného rozvodného podniku i pro vyšší
hodnotu příkonu. Odbočky pro větší příkony se provádí jako třífázové. Jednofázové odbočky musí být do
trojfázové sítě připojené tak, aby byl třífázový rozvod zatěžován stejnoměrně (každá fáze byla zatěžována
stejnoměrně).
Soudobost
Soudobost (součinitel náročnosti) se vypočítá ze vztahu:
b n = Soudobost pro uvážený počet bytů ve skupině
b = Soudobost pro nekonečný počet bytů
n = Počet bytů ve skupině
Tento vzorec platí pro soustředěnou bytovou výstavbu. Za soudobost neomezeného počtu bytů se používá
0,15. Při vyrovnaném bytovém standardu v nových sídliští s obyvateli, kteří mají podobný způsob života je pro
soudobost nekonečného počtu bytů se používá hodnota v rozmezí 0,15 až 0,20.
Následující tabulka je s hodnotou b
1
1
21
0.374574312188794
41
0.324939009510885
61
0.302429503946317
81
0.288888888888889
2
0.765685424949238
22
0.370560573084488
42
0.323442679969674
62
0.301600101600152
82
0.288345220859877
3
0.661880215351701
23
0.36681153124566
= 0,20
43
0.321998856266084
63
0.300790526135794
83
0.287811407991752
4
0.6
24
0.363299316185545
44
0.320604537831105
64
0.3
84
0.287287156094397
5
0.557770876399966
25
0.36
45
0.319256958799989
65
0.299227787671367
85
0.286772183127463
6
0.526598632371091
26
0.356892908110547
46
0.317953564923918
66
0.298473192783466
86
0.286266218562751
7
0.502371578407382
27
0.3539600717839
47
0.316691993198316
67
0.297735555485044
87
0.285769002787024
8
0.482842712474619
28
0.351185789203691
48
0.315470053837925
68
0.297014250014533
88
0.285280286542244
9
0.466666666666667
29
0.348556270541642
49
0.314285714285714
69
0.296308682468615
89
0.284799830400509
10
0.45298221281347
30
0.346059348668044
50
0.313137084989848
70
0.295618288746752
90
0.284327404271157
11
0.441209075662211
31
0.34368424162142
51
0.312022406722241
71
0.294942532655508
91
0.283862786937753
12
0.43094010767585
32
0.34142135623731
52
0.310940039245046
72
0.294280904158206
92
0.28340576562283
13
0.421880078490092
33
0.339262124764558
53
0.309888451158951
73
0.293632917756904
93
0.282956135578434
14
0.41380899352994
34
0.337198868114007
54
0.308866210790363
74
0.292998110995055
94
0.282513699700704
15
0.406559111797729
35
0.335224680756563
55
0.307871977994119
75
0.29237604307034
95
0.282078268166812
16
0.4
36
0.333333333333333
56
0.30690449676497
76
0.291766293548225
96
0.281649658092773
17
0.394028500029066
37
0.331519189844286
57
0.305962588565204
77
0.29116846116771
97
0.28122769321069
18
0.388561808316413
38
0.32977713690461
58
0.305045146287778
78
0.290582162731568
98
0.280812203564177
19
0.383532587096449
39
0.32810252304407
59
0.304151128784659
79
0.290007032074082
99
0.280403025220737
20
0.378885438199983
40
0.326491106406735
60
0.303279555898864
80
0.289442719099992
100
0.28
Počet
Počet
Počet
Počet
Počet
bytů ve Soudobost bytů ve Soudobost bytů ve Soudobost bytů ve Soudobost bytů ve Soudobost
skupině
skupině
skupině
skupině
skupině
Elektroměrové rozvodnice
Umisťují se do prostorů, snadno přístupných, kde jsou chráněny před mechanickým poškozením a před vlivy
prostředí. Jejich připevnění musí být řešeno tak, aby mohly být opatřeny plombou, zabraňující přístupu ke
všem svorkám, které by mohli potencionálně sloužit k nedovolenému odběru elektřiny nebo k manipulaci s
elektroměrem. Přístup k samotnému elektroměru nesmí být umožněn ze všech stran, bez porušení plomby.
Před elektroměrovou rozvodnicí nebo rozvaděčem musí být volný prostor o hloubce 0,8 m s rovnou podlahou.
Střed elektroměru má být ve výšce 1,5 až 1,7 m. Je-li více elektroměrů má být střed okének ve výši 700 až
1700 mm.
U rekreačních objektů bývá umístění elektroměrové rozvodnice na venkovní volně přístupně straně objektu. U
objektů uvnitř oploceného pozemku, může být ze stejných důvodů kabelová přípojka i elektroměrová
rozvodnice umístěná do sloupku v oploceném objektu.
Elektroměrová rozvodnice je obvykle vybavena hlavním vypínačem nebo jističem objektu nebo bytu. Vypínač
nebo jistič se umisťuje před elektroměr. Musí to být přístroj s krytem, který je opatřen plombou. Vstupní pojistky
objektu umístěné v hlavní domovní skříni, musí mít jmenovitý proud alespoň o 2 stupně vyšší než je nejvyšší
jmenovitý proud jističe před elektroměry.
Na elektroměrové rozvodnici je elektroměr se zaplombovanou krytkou, svorkovnice a nulový můstek, který
slouží jako přípojnice pro střední vodiče přicházejícího i odcházejícího vedení. Nulový můstek musí mít také
„zaplombovaný kryt“ a bývá připojen na zemnící soustavu objektu stejně jako kostra skříně kabelové přípojky.
Elektroměrová rozvodnice či rozvaděč může být vybavena spínacími hodinami a stykačem pro spínání odběrů
s akumulačním charakterem (zásobník pro přípravu teplé vody (bojler), akumulační kamna). Místo spínacích
hodin může být použit přijímač hromadného dálkového ovládání (HDO) (signál přichází z energetického
dispečinku, tento způsob je pouze v některých oblastech). Tato zařízení musí být také zajištěna kryty s
plombou.
Elektrizace bytů
Elektrizace bytu se dělí na následující třídy:
Stupeň
Charakteristika
A
Elektrická energie se využívá k osvětlení a pro domácí elektrospotřebiče s příkonem do 3,5 kVA.
B
Elektrická energie se využívá k osvětlení a pro domácí elektrospotřebiče k vaření a pečení příkonem nad 3,5
kVA.
C
Elektrická energie se využívá pro osvětlení pro domácí elektrospotřebiče do 3,5 kVA, k vaření a pečení nad 3,5
kVA a pro vytápění a klimatizaci.
Dimenzování vodičů
Volba průřezu vodičů je jedna ze základních úloh při přenosu elektrické energie. Dbát musíme na těchto pět
zásad:
1) Dovolené oteplení jader
2) Dovolený úbytek napětí
3) Hospodárnost přenosu
4) Mechanická pevnost
5) Zkratová bezpečnost
Podle konkrétní situace lze některý bod „opomenout“, ale nesmí to ohrozit bezpečnost.
Pro rozvody v bytech nemusíme přihlížet k mechanické pevnosti, zkratové bezpečnosti a k hospodárnosti
přenosu.
Je potřeba si uvědomit, že vodiče a kabely pro elektrické rozvody jsou ovlivňovány prostředím a mohou
prostředí i ovlivnit, jsou to například pole tepelná, magnetická, elektromagnetická, která vznikají při průchodu
elektrického proudu vodičem.
Průřez jader vodičů vedení v mm2
Jmenovitý proud pro jistící
zařízení
Specifikace obvodu
V trubkách nebo
lištách
Al
Jednofázový
Trojfázový
Pod
omítkou
Cu
Al
Cu
Světelný
10
2,5
1,5
2,5
1,5
Zásuvkový
16
4
2,5
2,5
1,5
Pro pračku
16
4
2,5
2,5
1,5
Pro bytové jádro
16
4
2,5
2,5
1,5
Zásobníkový
10
2,5
1,5
2,5
1,5
Zvonky, domácí telefon
4
2,5
1
2,5
1
Kuchyňský sporák do 10
kW
16
4
2,5
2,5
1,5
Akumulační kamna do 6
kW
10
2,5
2,5
2,5
1,5
Akumulační kamna do 10
kW
16
4
2,5
4
2,5
Světelné obvody
Slouží k osvětlení místností. Nejčastěji se svítidlo umisťuje na strop do prostřed místnosti a ovládání se
umisťuje ke vchodu do místnosti.
Ovládání svítidel
Ovládání (spínání, vypínání, přepínání) slouží spínače, které se umisťují 1,2 m nad podlahou. Jmenovitý proud
spínačů pro vnitřní osvětlení místností je 10 A.
Značky svítidel a světelného vedení
Vedení se značí nepřerušovanou čarou
.
Značky svítidel
Svítidlo všeobecně
Zářivkové svítidlo
Značka
Význam
Počty svítidel v jednotlivých místnostech
Obývací pokoj (12 až 20 m2 )
1
Obývací pokoj (více než 20 m2 )
2
Ložnice (menší než 12 m2 )
1
Ložnice (12 až 20 m2 )
1
Ložnice (více než 20 m2 )
2
Kuchyně
2
Koupelna
2
WC
1
Místnost pro zájmovou činnost
1
Místnost pro domácí práce
1
Chodba/hala
1
Sklep/komora
1
Terasa/obytná lodžie, atrium
1
Místnost
Zapojení spínačů osvětlení
Ovládání svítidla z jednoho místa
1
U místností s jedním vchodem.
Ovládání dvou svítidel z jednoho místa
Minimální počet svítidel
5
U svítidel s více světelnými zdroji (např. lustry)
Ovládání svítidla ze dvou míst
6
U místností se dvěma vhody
Ovládání svítidla ze tří míst
7
Na chodbách
Název
zapojení
Přehledové
shéma
Schéma
zapojení
Řazení
spínače
Schématická značka
spínače
Použití
Zásuvkové obvody
Používají se k připojování přenosných elektrospotřebičů k rozvodné sítí. Domovní zásuvky se umisťují v
obytných místnostech 20 cm nad podlahu (měřeno od středu zásuvky).
Značka zásuvky a zásuvkového vedení
Zásuvkové vedení se značí přerušovanou čarou
Značka jednoduché jednofázové zásuvky:
Počet zásuvkových vývodů
V budovách občanské zástavy se na jeden zásuvkový obvod smí přípojit maximálně 10 zásuvek (dvojitá
zsáuvka se počítá jako jeden zásuvkový vývod, ale pokud jsou zásuvky ve vícenásobném "rámečku", počítají
se samostatně) a a jejich celkový příkon nesmí překročit 3520 VA při jištění 16 A a 2200 VA při jištění 10 A.
Odbočování v zásuvkových obvodech se smí provádět pouze vústřední svorkovnici. Počet zásuvkových
vývodů se řídí využitím místnosti. Doporučeny jsou tyto počty zásuvek na místnost.
Místnost
Obývací pokoj (12 až 20 m
2)
Obývací pokoj (více než 20
m2
Minimální počet zásuvek
4
)
Ložnice (menší než 12 m 2 )
5
3
Ložnice (12 až 20 m
2)
4
Ložnice (více než 20
m2)
5
Kuchyně
3
Koupelna
2
WC
1
Místnost pro zájmovou činnost
3
Místnost pro domácí práce
3
Chodba/hala
1
Sklep/komora
0
Terasa/obytná lodžie, atrium
1
Zásuvka blízkosti elektrického sporáku může být připojena na sporákový obvod.
Na světelný obvod smí být maximálně připojená 1 zásuvka v jedné místnosti.
Zásuvka může být sériově zapojená s vypínačem.
Zásuvku kombinovanou s proudovým chráničem instalujeme v koupelnách nebo v kuchyňských jádrech.
Zvláštní obvod má mít zásuvka pro automatickou pračku, protože je po spuštění pračky plně vytížená. Jištění a
dimenzování, ale odpovídá běžnému zásuvkovému okruhu.
Jednofázové zásuvkové obvody se musí zapojovat odděleně od ostatních obvodů a musí mít vlastní jištění. Na
jeden zásuvkový obvod může být maximálně připojeno 10 zásuvek. Na zásuvkový obvod lze pevně připojit
jednoúčelový spotřebič do 2 kVA.
Zapojení zásuvek
Zapojení zásuvek může být dvojí. Podle staré normy ČSN (dnes již se toto zapojení nesmí používat), tzv.
dvouvodičové zapojení (pracovní vodič byl zároveň vodičem ochranným). Toto lze nalézt ve starších
zástavách. Dnes se zásuvky zapojují podle nové normy, kde jsou potřeba vodiče tři (fázový a pracovní vodič a
ještě vodič ochranný).
Fázový vodič musí vycházet z jistícího přístroje (jistič, pojistka) do levé dutinky. Pracovní (střední) vodič
naopak do pravé dutinky. Ochranný vodič (PE) se zapojuje na ochranný kolík zásuvky.
U dvouvodičového zapojení (již zakázáno) se pracovní vodič připojí na kolík a z něj na svorku pravé dutinky.
Svorky u zásuvek pro připojování vodičů bývají zdvojené, aby bylo možno propojovat zásuvky průběžnými
vodiči (tzv smyčkování).
Dvojitá zásuvka se považuje za jeden vývod, ale nesmí se však zapojit do dvou různých obvodů a nesmí se
přerušit propojení.
Jištění zásuvkových obvodů je 10 A - 16 A a používáme vodiče 2,5 mm 2 (CY) nebo 4 mm 2 (AY).
Můstkové vodiče uložené v omítce mohou mít o stupeň nižší průřez při stejném jištění.
Pokud je prováděň rozvod na sádrokartonu musí se použít vodič o minimálním průřezu 4mm2 (nebo použít
vodič 2,5 mm2 , ale s jištěním 10 A a zmenšením počtem vývodů (jen 5 - 6)).
Ostatní jednofázové obvody
Jsou to hlavně napájecí obvody pro zvonek, domácí telefon, atd. Tyto přístroje potřebují malé napětí, proto se
zapojují na výstupní stranu transformátoru, který má na sekundární straně napětí 12 V nebo 24 V. Na straně
230 V se jistí 4 A pojistkou před zkratem. V současné době existují i zvonky v „lištovém“ provedení, které se
zapojují přímo na napětí 230 V.
Trojfázové obvody
Kuchyňské sporáky se obvykle připojují přes tzv. sporákovou kombinaci, což je instalační krabice s trojfázovým
vypínačem a doutnavkou, která signalizuje zapnutý stav. Spotřebič se připojuje přímo na svorky sporákové
kombinace ohebnou šňůrou.
Podobným způsobem se mohou připojit tělesa akumulačních kamen, která se nesmí připojit na zásuvku, ale
pevným nasvorkováním. Obvody pro napájení akumulačních kamen se provádějí obvykle jako samostatná
vedení k jednotlivým tělesům. Napájecí vodiče a jistící prvky odpovídají příkonu těles. Pokud je na jeden obvod
připojen větší počet akumulačních kamen, musí být jištění i průřez napájecích vodičů odpovídat celkovému
příkonu. Obvody, ve kterých jsou zapojena akumulační kamna se zapínají spínacími hodinami nebo HDO
(hromadné dálkové ovládání). Akumulační kamna pracují na principu ukládání tepelné energie z tepelných
těles do keramických materiálů. Modernější typy mají řízený odběr tepla pomocí dvou rychlostních ventilátorů
spínaným bytovým čidlem.
Pro připojování pohyblivých, převozných či přenosných spotřebičů se používá trojfázových zásuvek, do kterých
se zmíněné zařízení zapojí pomocí zástrčky na ohebné šňůře.
Trojfázových zásuvek může být i více na jednom obvodu. Musí být ale dimenzovány na stejný jmenovitý proud.
Sdružené obvody
- Střední vodič se dimenzuje jako krajní vodiče.
- Jednotlivé fáze musí být stejně zatíženy.
- Pojistky nebo jističe musí být uspořádány do trojic příslušejících danému sdruženému obvodu a jako takové
musí být označeny (obvod a spotřebič, např. svítidlo). - Až k rozbočení k jednotlivým spotřebičům např.
svítidlům musí vést všechny vodiče v jednom kabelu, trubce, atd. - Do sdruženého obvodu se montují jen
takové spínací přístroje (jističe, stykače, vypínače, atd), kterými lze současně zapnout i vypnout všechny 3
fáze, za tímto spínacím přístrojem lze namontovat přístroje umožňující vypínat jednotlivé fáze. - U jednotlivých
fází sdruženého obvodu lze provádět rozbočení v samostatné krabici (rozvodce)
Přívody pro pevně připojené spotřebiče
Pevně připojené spotřebiče jsou:
- Přímotopné spotřebiče
- Zásobníky teplé vody
- Infrazářiče
- Ventilátory, čerpadla
Obvody se dimenzují podle příkonu těles a spínají se pomocí HDO (Hromadné Dálkové Ovládání) nebo
pomocí časového spínače, který zajišťuje blokování těchto spotřebičů v ranních hodinách.
Spotřebiče se blokují v době platnosti vysokého tarifu za odběr elektrické energie (t.j. 4 hodiny denně),
maximálně po 2 hodiny v celku. S přestávkami 1 hodinu a jednak v době nízkého tarifu nejdéle 2 hodiny za den
přičemž se jednotlivá vypnutí nesmí být delší než půl hodiny a přestávka 1 hodinu.
Obvody pro zásobníky teplé vody
Jsou to jednofázové nebo trojfázové obvody řízené HDO nebo časovými spínači jištěné pojistkou nebo jističem
10 A.
Elektroinstalace v koupelnách
Elektroinstalace v koupelnách se řídí normou ČSN 33 2000-7-701, která koupelny člení do tzv. zón. Existují
zóny 0, 1, 2 a 3.
Zóna
Rozměry
Charakteristika
0
Od dna vany/sprchové mísy po
okraj vany/sprchové mísy.
(vnitřek vany) V této zóně nesmějí být umístěny žádná žádná spínací
zařízení a je zde dovolena ochrana malým napětím do 12 VAC.
1
Ohraničena půdorysem dna
vany/sprchové mísy nebo
půdorysem prostoru s pevnou
sprchou do výše 2,25 m od podlahy
popřípadě nad zónu 0.
Zde může být ohřívač vody nebo sprchové čerpadlo, dané elektrické zařízení
musí odpovídat podmínkám pro tuto zónu. Zařízení musí odpovídat tomuto
prostoru a obvody musí být chráněny proudovým chráničem s citlivostí 30
mA. Spínací zařízení v této zóně mohou být pouze pro obvody s malým
napětím do 12 VAC.
2
Prostor od okraje vany/sprchové
mísy do vzdálenosti 60 cm a do
výše 2,25 m nad podlahu.
Mohou zde být svítidla, topidla, ventilátory a zařízení pro zónu 0, 1 a ještě
vířivé vany, které vyhovují podmínkám a jsou vybaveny proudovými
chrániči do 30 mA. Nesmějí tu být spínače a zásuvky s vyjímkou spínačů a
zásuvek pro obvody malého napětí a pro napájení holícího strojku a jištění
proti přetížení musí být chráněno proudovým chráničem s citlivostí do 30
mA.
3
Prostor od okraje zóny 2 do
vzdálenosti 2,4 m ve výši 2,25 m
nad podlahou.
Mohou zde být zařízení pro zónu 0, 1, 2 dále vypínače a zásuvky bez
předepsaného umístění. Obvody musí být připojeny „trojvodičově“ a
chráněny proudovými chrániči.
Koupelny se sprchovými prostory
Rozmístění elektrických spotřebičů se řídí stejnými normami jako pro koupelny.
Umývací prostor
Umývací prostor je vymezen hranami umyvadla. Vypínače a zásuvky lze umístit vedle hrany umyvadla. Může
být umístěn i ohřívač vody. Umístění může být nad umyvadlem ale i pod.
Na obrázku je umístění zón ve vaně a v umývacím prostoru.
Elektrická ochrana
- Je zařízení, které kontroluje určité části elektroenergetického systému (transformátor, generátor) - chráněný
objekt
- Musí zajišťovat nepřekročení hodnot elektrických veličin, které by mohly způsobovat škody (ekonomické,
úrazy).
Ochráněný objekt přenáší, zpracovává elektrickou energii. Hodnoty fyzikálních veličin (stavové) sleduje a
průběžně vyhodnocuje ochrana. Tyto veličiny jsou např. napětí, proud, výkon, frekvence, atd.
Ochrana musí zajistit, aby stavová veličina nepřekročila hodnotu pro normální provoz, v případě překročení
musí odpojit obvod chráněného zařízení. Ochrana pro odpojení pošle signál obsluze.
Poruchový stav: Měřená veličina překročila provozní hodnotu a může způsobit úraz či škody na majetku.
Informace z chráněného objektu vstupují do řídicího zařízení (počítač) nebo obsluze a část z nich postupuje k
ochraně. Obsluha (počítač) řídí chráněný objekt, ale vypnout může i ochrana.
Výstupní veličinu často nemůžeme meřit "přímo" z důvodů finančních či technických, proto používáme
meřících transformátorů napětí a proudů a vlastní měření pak provádíme na sekundární straně měřícího
transformátoru a výslednou hodnotu pak vynásobíme tolikrát, kolikrát transformátor hodnotu zmenšil.
Chráněný objekt
Pro dobrou funkci ochrany musíme zajistit co největší množství informací o objektu, často se vytváří i
matematické modely, pro simulaci jevů v obejktu.
Náhradní schéma
Grafický zápis vyjadřující vztahy mezi prvky objektu.
Ochrana sleduje pomocí přístrojového proudového transformátoru a přístrojóvého napětěťového transormátoru
zda nebylo překročeno napětí a proud, v případě, že k překročení došlo, je vyslán příkaz do vypínače, který
odpojí chráněný objekt od zdroje.
Poruchové stavy
Zkrat
Vznikne spojením fázového vodiče s vodičem pracovním nebo ochranným, popřípadě s vodičem ve které je
jiná fáze.
Může způsobit poškození vodiče svými tepelnými účinky (spálení izolace), poškození spotřebiče a úraz.
Dynamické síly elektrického proudu při zkratu mohou dokonce "vytrhnout" vodič z upevňovacích konzol.
Přepětí
Napětí dosahuje vyšší úrovně než je povoleno. Může způsobit poškození izolace vodiče, protože dojde k
porušení elektrické pevnosti.
Podpětí
Napětí dosahuje nižší úrovně než je povoleno. Nejčastěji je způsobeno proudovým zatížením.
Snížení kmitočtu
Má za následek zvýšení magnetizačních proudů a snížení otáček motorů jejichž otáčky jsou závislé na
frekvenci sítě.
Funkce ochran
Návrh elektrických ochran
Má dvě části:
1) Funkční část (realizace algoritmů)
2) Vlastní realizace fyzikálního zařízení
Zařízení ovlivňuje pouze spolehlivost a životnost ochrany.
Charakteristiky ochran
Ochrana
Stavová veličina
Značka stavové veličiny
Proudová
Proud
I
Napěťová
Napětí
U
Distanční
Impedance
Z
Rozdílová
Rozdíl proudů
Srovnávací
Rozdíl fází proudu
Wattová
Činný výkon
P
Jalová
Jalový výkon
Q
Proudová ochrana
Má zabránit překročení proudu nad stanovenou mez
Napěťová ochrana
Sleduje velikost napětí i v případě překročení dojde k odpojení, v případě nižšího napětí dojde opět k vypnutí
Distanční
Měří impedanci smyčky. Veličiny UK a IK určují impedanci jednoznačně.
Rozdílová
Porovnává velikost vstupního a výstupního signálu při kterém rozdíl zareaguje.
Srovnávací
Porovnává fázi mezi signálem vstupním a výstupním.
Wattová a jalová ochrana
Nesmí dojít k překročení příslušných složek výkonu.
Frekvenční ochrana
Signál s hodnotou frekvence, která je zakázaná nepropustí.
Základní členy ochran
Ochranu tvoří tyto bloky:
- Vstupní člen
- Měřící člen
- Časový člen
- Řídicí logika
- Napájecí člen
- Popudový člen
- Koncový člen
Ne všechny bloky musí být v ochraně zahrnuty.
Vstupní člen
Funkce:
- Převod vstupního signálu na zpracovatelnou úroveň
- Zjištění stavu objektu
- Zabránění vstupu nežádoucích vlivů
Vstupní napětí bývají stovky [V] a proudy v řádů [A]. Vyhodnocujeme signály v řádu [V]
Popudový člen
Podává informaci členu logiky, měřícímu členu o poruše, ale nemusí se příliš lišit od měřícího členu.
Měřící člen
Ten rozhoduje zda je v obvodu porucha.
Nejduležitější vlastností je citlivost, při jak velkém signálu dojde k zjištění,že se jedná o poruchu.
Člen logiky
Vyhodnocuje signály od měřícího členu a informaci co se má stát podá koncovému členu.
Dále má za úkol zpracovávat vstupy a výstupy časového členu, které nabývají hodnot logická 1 a 0 a provádějí
se logické funkce (AND, OR, ...), které se realizují (integrovanými obvody nebo spínači).
Časový člen
Dává ostatním členům informaci o čase. Umožňuje to nedovolení (omylné) zapnutí ochrany např. při krátkém
signálu - selektivitu. Rozhoduje o tom, která ze dvou ochran bude použita, jestliže je jedna rychlejší.
Koncový člen
Nejčastěji se jedná o relé s výkonovými kontakty, musí snést vnější rušení.
Napájecí člen
Zajišťuje napájení integrovaných obvodů v ochraně, které se nejčastěji napájí přes stabilizátor.
Požadavky na elektrické ochrany
Spolehlivost ochrany
Představuje schopnost ochrany rozeznat poruchový stav v chráněném objektu a realizovat povel o vypnutí.
Spolehlivost mohou ovlivnit vnější podmínky (prašnost, apod.). Ke zvýšení spolehlivosti přispívá zařadit větší
množství ochran na cestě ke spotřebiči přičemž je každá nadřazená té první.
Rychlost
Důležitý požadavek, hlavně při zkratech. Rychlé vypnutí zkratu znamená omezení tepelných účinků zkratových
proudu (např. tepelné námáhání vodičů, izolace, apod.). Některé pojistky působí tak rychle, že nedovolí
vzniknout ani 1. amplitudě třídavého proudu, takovéto pojistky mají omezující schopnost, to znamená omezení
silových účinků zkratových proudu.
Výběrová schopnost (selektivita)
Je schopnost najít místo poruchy a odpojit pouze nejmenší postiženou část od zdroje, tuto schopnost je možno
zajistit časovým nebo proudovým odstupňováním ochran.
Citlivost ochrany
Je nejmenší veličina, kterou může pojistka sledovat.
První pomoc při úrazu elektrickým
proudem
1) Vyproštění z obvodu (vypnutím nebo "odsunutím" vodiče izolačním předmětem)
2) Zjištění zdravotního stavu
3) Resuscitace (umělé dýchání kombinované s nepřímo masáží srdce)
4) Laické ošetření
5) Přivolání lékaře (telefonní číslo rychlé lékařské služby je 155)
6) Nahlášení úrazu nadřízené osobě (vedoucí, mistr)
Vyproštění postiženého z proudového pole
- Vypneme elektrické zařízení (vypínač, CENTRAL STOP, jistič, vyšroubujeme pojistky, vytáhneme síťovou
vidlici ze zásuvky)
- Nelze-li proud vypnou provedeme odsunutí vodiče nebo odtažení postiženého za použití NEVODIVÝCH
pomůcek (suché dřevo nejméně 30 cm dlouhé)
- Při vyprošťování musíme zajistit, aby si postižený nezpůsobil zranění (např. se "drží" vodiče ve výšce)
- Zachránce se může přiblížit k postiženému jen "malými krůčky"
- VN vypínají pouze určení pracovníci
Ošetření postiženého při úraz elektrickým proudem
Vyprostit postiženého z proudového obvodu a zjistit zda:
- Je-li při vědomí
- dýchá (dlaň přiložíme k ústům postiženého
- má hmatný tep
- je poraněn (krvácení, popálení, zlomeniny)
Při vědomí
- Uložíme postiženého s uvolněným oděvem v teplé místnosti
- Podáváme čaj
- Postižený nesmí vstát
- Postižený nesmí být ponechán bez dozoru do příchodu lékaře (kontrola dýchání a srdeční činnosti)
Je-li v bezvědomí a dýchá-li
- Musí mít hmatný tep a nemá vážnější zranění
- Musí být uložen ve vodorovné poloze na boku s hlavou co nejvíce zakloněnou a s uvolněným oděvem
- Nesmíme do postiženého vlévat žádný nápoj
- Postižený nesmí být ponechán bez dozoru do příchodu lékaře (kontrola dýchání a srdeční činnosti)
Je-li v bezvědomí a nedýchá-li
- Musíme IHNED na místě zavést umělé dýchání z úst do úst do doby než začne postižený sám dýchat
- Umělé dýchání přerušíme jen na pokyn lékaře
- Pokud zároveň nemá postižený hmatný tep, kombinujeme s nepřímou srdeční masáží
Umělé dýchání z úst do úst
- Z ústní dutiny odstraníme veškeré překážky (jazyk, vdechnuté předměty)
- Postiženého položíme na záda
- Podložit lopatky
- Zaklonit hlavu co nejvíce vzad
Jednou rukou tlačíme na čelo postiženého a druhou na dolní čelist směrem nahorů a dozadu.
Postiženému sevřeme nos a vdechneme zpočátku asi 10x rychle za sebou, přibližně po 1 sekundě. Pak
pokračujeme rychlostí 12x a 16x za minutu.
Pokud jsou ústa zaťatá provádíme umělé dýchání nosem !
- Při umělém dýchání musíme kontrolovat zda se hrudník nadzvedává
- Umělé dýchání přerušíme jen pokyn lékaře
Nepřímá srdeční masáž
- Zachránce nejdřív zahájí umělé dýchání, které se nesmí přerušit během nepřímé srdeční masáže
Postiženého položíme na tvrdou podložku a postavíme se na jeho levou stranu. Zápěstí položíme na dolní část
hrudníku, asi 3 až 5 cm na dolní okraj hrudní kosti. Prsty směřují k pravému k pravému lokti postiženého.
Levou ruku položíme napříč přes pravou a váhou svého těla stlačujeme hrudní kost směrem k páteři o 4 - 5
cm, asi 60x za minutu. Vždy po 5 stlačení následuje jeden vdech (pokud jsou dva zachránci) nebo po 15
stlačení následují 2 rychlé vdechy bez čekání na úplný výdech (pokud je zachránce jeden).
- Pokračujeme do obnovení srdeční činnosti (zornice se zúží, obličej zrůžoví) nebo do příchodu lékaře
- Nepřímou srdeční masáž přerušíme jen pokyn lékaře
Ošetření ran, popálenin, zlomenin
- Ošetřováním drobných poranění se nezabýváme
- Na silně krvácející rány přiložíme tlakový obvaz nebo škrtidlo
- Popáleniny nemažeme, ale přikryjeme sterilním obvazem
- zlomeniny nenapravujeme, ale přiložíme dlahu a znehybníme
Účinky elektrického proudu na lidský
organismus
Při frekvenci 50 Hz platí tyto hodnoty:
Velikost proudu
Charakteristika
1 - 3 mA
Práh vnímání
15 - 20 mA
Zástava dýchání
>35 mA
Zástava srdce
Uvedené hodnoty jsou pouze orientační. Záleží na aktuálním zdravotním stavu (fyzickém i psychickém)
člověka.
Bezpečná hodnota proudu
U střídavého proudu (AC) je hodnota stanovena na 10 mA.
U stejnosměrného proudu (DC) je hodnota stanovena na 25 mA.
U střídavého proudu se projevují nejvíce tepelné účinky.
U stejnosměrného proudu se kromě účinků tepelných oběvují účinky elektrolytické.
Velikost protékajícího proudu lidským tělem při dotyku s živou částí záleží na odporu lidského těla (viz. tabulka)
a napětí sítě (230 V).
Údaje v tabulce jsou pouze orientační. Skutečná hodnota vychází z:
- Napětí sítě
- Odporu zasažené osoby
- Zemního odporu
- Odporu sítě
- Přechodového odporu mezi částí lidského těla a poškozenou částí elektrického předmětu
a vypočítá se ze vztahu
Proudová dráha
Tělní odpor [W]
Protékající proud [mA]
Ruce - Prsa
230
1 000 = 1 A
Ruce - Zadek
300
767
Ruka - Prsa
450
511
Ruka - Zadek
550
418
Ruka - Nohy
750
307
Ruka - Ruka/Ruka - Ruka - Noha
1000
230
Nejvíce nebezpečný je kmitočet 40 - 60 Hz, protože způsobuje nepravidelnost v srdečního rytmu. S kmitočtem
nad 1 kHz nebezpečnost postupně klesá.
Bezpečná hodnota napětí
Bezpečná hodnota napětí živých částí
Prostory
Střídavé napětí
Stejnosměrné napětí
Normální
50 V
100 V
Nebezpečné
25 V
60 V
Zvlášť nebezpečné
12 V
25 V
Dovolené dotykové napětí neživých částí u zařízení do
1000 ACV a 1500 DCV
Prostory
Střídavé
napětí
Stejnosměrné
napětí
Normální a nebezpečné
50 V
120 V
Zvlášť nebezpečné
25 V
60 V
Ve vzlášť nebezpečných případech (práce ve vodě bez použití pomůcek,
stísněné prostory, atd.)
12 V
25 V
Rozdělení činností na elektrickém zařízení
Práce na vypnutém zařízení do 1 000 V
Je nutno věnovat pozornost spolehlivému odpojení od zdroje a zajištění jeho nechtěného zapnutí (např.
vyšroubováním pojistky a jejich bezpečného uložení mimo rozvodné místo - rozvaděč) a dále musí u vypínače
viset výstražná cedule s textem: "Nezapínej ! Na zařízení se pracuje !". Je nutno zvážit proniknutí napětí z
jiného obvodu prostřednictvím některých vazebních členů (např. kondenzátory), vzájemnou indukcí
souběžných vedení, atd.
Další možnost ohrožení je zažehnutí požáru elektrickou jiskrou ve výbušném prostředí (někdy stačí i jiskra při
zapnutí malé kapesní baterky).
Energetické závody používají v rozvodnách výstražné tabulky:
Vypni
Zajisti
Odzkoušej
Uzemni a zkratuj
Odděl živé části od neživých
Práce na vypnutém zařízení do 1 000 V v blízkosti částí
s napětím
Je to vzdálenost osoby nebo pracovního místa od živých částí elektrického zařízení pod napětím, ve které se
musí za použití pomůcek nebo jiných nevodivých předmětů dodržovat předepsaná bezpečnostní opatření.
Pracovník poučeny: min 20 cm s dohledem
Pracovník znalý: méně než 20 cm může pracovat sám
Požadované vzdálenosti závisí na:
- druhu prostoru
- prováděné činnosti
- odborná způsobilost
- dohledem či dozorem nad pracovníkem.
Dál je nutno zajistit, aby se vodivé části obleku pracujícího nedostaly do styku s napětím.
Práce pod napětím do 1 000 V
Práce pod napětím se rozlišuje se trojím způsobem:
- V dotyku: Pracovník se dotýká živých částí pracovními a ochrannými pomůckami
- Na vzdálenost: Pracovník je mimo prostor ohrožení a živých částí se dotýká pracovními a ochrannými
pomůckami
- Na potenciálu: Pracovník se spojen s živými částmi pouze jedné fáze, na které pracuje a je považován za její
součást.
Na zařízení NN se nejčastější způsob práce pod napětím používá způsob v dotyku.
Způsob práce pod napětím se připouští jenom v objektivní nutnosti a musí být této práci věnována zvýšená
ostražitost.
V prostorech s prostředím:
- venkovním
- těsných
- vlhkých
- mokrých
- horkých
- se zvýšenou a extrémní korézní agresivitou
se práce pod napětím dovoluje jedině za dozoru pracovníka znalého s vyšší kvalifikací.
Rozdělení způsobu práce na elektrickém zařízení
Pomocí pokynů: Pracovník pokyny udělující nemusí pracoviště vidět, informace o něm mohou být přenesené
nebo sdělené.
Pod dohledem: Vedoucí pracovník musí ostatní pracovníky na pracoviště:
- zavést
- rozhodnout o bezpečnostních opatření a přesvědčit se o jejich provedení
až pak smí pracoviště opustit.
Pod dozorem: Vedoucí pracovník musí po celou dobu práce dozírat na ostatní pracovníky a plnění
bezpečnostních opatření a nesmí pracoviště opustit.
Stupně odborné způsobilosti pro práci na
elektrických zařízení
Vychází z vyhlášky 50/1978 Sb.
3
Pracovníci seznámeni
- Malé napětí
- Nízké napětí
Žádné
Žádná
Ano
Ne
Nikdo
Podle zákoníku práce
4
Pracovníci poučeni
- Malé napět
- Nízké napětí
Žádné
Žádná
Ano
Ne
Nikdo
Určí zaměstnavatel
- Vysoké napětí
- Velmi vysoké napětí
Žádné
Žádná
Ano
Ne
Nikdo
5
Pracovníci znalí
- Malé napět
- Nízké napětí
- Vyučení
- Střední odborné
- Střední úplné s maturitou
- Vysokoškolské
Žádná
Ano
Ne
Nikdo
3 roky
- Vysoké napětí
- Velmi vysoké napětí
Žádná
Ano
Ne
Nikdo
3 roky
6
Pracovníci pro samostatnou činnost
Do 1 000 V
- Vyučení
- Vysokoškolské
1 rok
Ne
Ano
Nikdo
3 roky
Nad 1 000 V
- Vyučení
- Vysokoškolské
2 roky
Ne
Ano
Nikdo
3 roky
Hromosvody
Zaškolení
6 měsíců
Ne
Ano
Nikdo
3 roky
- Vyučení
- Vysokoškolské
3 měsíce
Ne
Ano
Nikdo
7
Pracovníci pro řízení činnosti
Do 1 000 V
- Vyučení
2 roky
Ne
Ano
- Příslušný orgán dozoru
3 roky
- Vysokoškolské
1 rok
Ne
Ano
Nad 1 000 V
- Vyučení
3 roky
Ne
Ano
3 roky
- Vysokoškolské
2 roky
Ne
Ano
Hromosvody
- Zaškolení
1 rok
Ne
Ano
2 roky
- Vyučení
- Vysokoškolské
6 měsíců
Ne
Ano
8
Pracovníci pro řízení činnosti prováděné dodavatelským způsobem a pro řízení provozu
Do 1 000 V
- Vyučení
6 roků
Ne
Ano
- Příslušný rozvodný elektrický podnik
3 roky
4 roky
- Vysokoškolské
2 roky
Nad 1 000 V
- Vyučení
7 roků
Ne
Ano
3 roky
5 roků
- Vysokoškolské
3 roky
Hromosvody
- Vyučení
2 roky
Ne
Ano
Nikdo
3 roky
- Vysokoškolské
6 měsíců
Ne
Ano
Nikdo
3 roky
9
Pracovníci pro provádění revizí
Revize
Zkouší příslušný orgán dozoru
Podle předpisů, které vydá příslušný orgán dozoru
- Strojů
- Přístrojů
- Rozvaděčů
- Vyučení
4 roky
7 roků
Nelze
3 roky
5 roků
5 roků
- Vysokoškolské
2 roky
3 roky
3 roky
Do 1 000 V včetně hromosvodů
- Vyučení
7 roků
9 roků
Nelze
5 roků
7 roků
7 roků
- Vysokoškolské
3 roky
5 roků
5 roků
Bez omezení napětí včetně hromosvodů
- Vyučení
8 roků
9 roků
Nelze
6 roků
7 roků
7 roků
- Vysokoškolské
4 roky
5 roků
5 roků
Jen hromosvodů
- Vyučení
3 roky
5 roků
5 roků
- Vysokoškolské
1 rok
2 roky
2 roky
10
Pracovníci pro samostatné projektování a pro řízení projektování
Do 1 000 V
Není stanoveno
Ne
Ano
3 roky
- Vysokoškolské
Není stanoveno
Nad 1 000 V
Není stanoveno
- Vysokoškolské
Není stanoveno
Kvalifikace pracovníků
§
Název
Předpoklady
Ověření způsobilosti práci na
elektrických zařízení
Pro činnost
Předchozí Předchozí Zkouška
Konání
na
Zkouška
Lhůta
odborné odborná
bez
zkoušky
elektrickém
v komisi
přezkoušení
znalosti
praxe
komise
oznámí
zařízení
V objektech třídy
C
A
B
(Podléhající
(Bez
(S
dozoru
nebezpečí nebezpečím
státní
výbuch)
výbuchu)
báňské
správy)
Ochrana živých částí před nebezpečným
dotykem
V současné době se nejvíce užívají tyto druhy ochrany živých částí před nebezpečným dotykem.
Živá část elektrické instalace je ta část, na které se vyskytuje elektrické napětí.
Ochrana malým (bezpečným) napětím SELV, PELV
Ochrana izolací
Ochrana doplňkovou izolací
Ochrana kryty nebo překážkami
Ochrana zábranou
Ochrana polohou
Ochrana proudovým chráničem
Ochrana malým (bezpečným) napětím SELV, PELV
Ochrana
Charakteristika
SELV
Obvod malého napětí, který není spojen s ochranou soustavou ani se zemí. Napájecí zdroj musí být v
bezpečném provedení, aby neproniklo vyšší napětí do této elektrické sítě. Musí být elektricky oddělen od
ostatních obvodů. Neživé části se nesmí úmyslně pospojovat se zemí, s ochranými vodiči nebo neživými
částmi jiných obvodů a s cizími vodivými částmi.
PELV
Je to obvod malého napětí, který má jeden pól spojen s ochranou soustavou nebo se zemí. Napájecí zdroj
musí být v bezpečném provedení, aby neproniklo vyšší napětí do této elektrické sítě. Ochrana živých částí
musí být zajištěna překážkami nebo kryty zajišťující krytí alespoň IP xxB nebo izolací, která vydrží střídavé
napětí o hodnotě 500 V po dobu 60 sekund. Ochrana před dotykem živých částí nemusí být pokud je zařízení
provedeno pospojováním a jmenovité napětí nepřesahuje 25 V střídavého napětí nebo 60 V stejnosměrného
napětí v prostorách suchých a nepředpokládá se dotyk živých částí s lidským tělem na velké ploše. Jinak platí
6 V střídavého napětí nebo 15 V stejnosměrného napětí ve všech ostatních případech.
Zdroje pro SELV a PELV obvody:
- Bezpečnostní ochranný transformátor dle normy ČSN 35 1330
- Proudový zdroj zajišťující zajišťující stejný stupeň bezpečnosti jako při použití bezpečnostního ochranného
transformátoru
- Elektrochemický zdroj (monočlánek, baterie, akumulátor)
- Elektronické předměty, které odpovídají příslušným normám ČSN a napětí na výstupních svorkách, ani v
případě poruchy nepřekročí 50 V střídavého napětí nebo 120 V stejnosměrného napětí.
Ochrana izolací
Živé části musí být úplně pokryty izolací, různé nátěry, barvy, laky apod. nejsou považovány za izolaci, určenou
k ochraně před úrazem elektrickým proudem. U každého elektrické zařízení, kde je prováděna ochrana izolací,
musí se vyhovět podmínkám (konstrukcí) pro základní a přídavnou izolací, což společně vytváří dvojitou
izolaci. Místo dvojité izolace, lze použít zesílenou, ale musí mít stejný „izolační účinek“. Elektrické zařízení
pouze se základní izolací se považuje za elektrické zařízení bez ochrany.
Ochranou doplňkovou izolací
Ochrana spočívá ve vybavení stanovištěm s elektrickým zařízení izolačním stanovištěm, například izolačním
kobercem nebo použitím ochranných pomůcek jako jsou vypínací tyče, rukavice, galoše, apod. Prostředky pro
ochranu doplňkovou izolací mohou používat pouze pracovníci s elektrotechnickým vzděláním a kvalifikací .
Ochrana kryty nebo překážkami
Živé části na elektrických zařízení musí být chráněny kryty nebo překážkami, které zajišťují krytí alespoň ve
stupni IP 2x nebo IP xxB, mimo případů jako jsou objímky pro žárovky, otvory do zásuvek, pojistek a dalších.
V těchto případech:
Musí být provedena vhodná opatření proti náhodnému doteku s živou částí osobou nebo zvířetem, dále musí u
osob bez elektrotechnického vzdělání a kvalifikace provedená instruktáž, kde jím bude řečeno, kde hrozí úraz
elektrickým proudem dotekem na živou část na elektrickém zařízení. Podrobnosti jsou uvedeny v normě CSN
33 1310.
Vodorovný povrch krytů i překážek musí zajišťovat krytí stupňem IP 4x nebo IP xxD. Kryty a přepážky musí být
pevné a odjímat je může jít pouze za pomoci vhodného nástroje nebo po samočinném odpojení živých částí.
Ochrana zábranou
Zábrany musí zabránit neúmyslnému přiblížení k živé části nebo nahodilému doteku živých částí během
činnosti u nekrytých elektrických zařízeních, které se nachází v běžném provozu.
Zábrany musí být mechanicky pevné, tuhé a z izolačního materiálu. Ochranu zábranou lze provést v prostorách
přístupných laikům (osobám bez elektrotechnického vzdělání a kvalifikace) uzamčením prostoru, kde jsou živé
části elektrického zařízení nebo pevným „nesejmutelným“ krytem živé části elektrického zařízení uzavřít. U
prostorů do kterých nemají laici přístup může mít elektrické zařízení kryt „sejmutelný“.
Ochrana polohou
Elektrické zařízení se musí umisťovat do takových vzdáleností, aby se zamezilo náhodnému kontaktu s živou
části.
Vnitřní NN zařízení:
Vzdálenost ve vodorovném směru od zábrany: 1,25 m
Vzdálenost směrem nahorů od zábrany: 2,5 m
Vzdálenost pod stanovištěm od zábrany: 0,75 m
Prostory nepřístupné laikům
Umístění
Charakteristika
Venkovní NN zařízení
Vnitřní VN zařízení
Venkovní VN zařízení
Prostory přístupné laikům
Výška živých částí nad stanovištěm 5 m
Vodorovný směr nebo jiný směr živých částí od stanoviště: 3 m
Umístění zařízení VVN a ZVN se řídí normou ČSN 33 3220
Ochrana proudovým chráničem
Doplňková ochrana proudovým chráničem musí být jmenovitý reziduální proud maximálně 30 mA. Proudový
chránič nesmí být použit jako jediná ochrana před úrazem elektrickým proudem. Účel proudového chrániče je
posílit ochranu před úrazem elektrickým proudem.
Bezpečnostní tabulky
Druh
tabulky
Typ sdělení
Tvar
značky
Barva
podkladu
Barva
písma
Výstrahy
Obsahují sdělení nebezpečí, označují rizikový stav, který dává
možnost vzniku nehody, úrazu a škody.
Trojúhelník Žlutá
Černá
Příkazy
Obsahují sdělení příkazu, nařizující určité opatření nebo jednání k
zajištění ochrany a bezpečnosti.
Kruh
Modrá
Bílá
Zákazy
Obsahují sdělení zákazu, označující nepřístupnost nebo nutnost
ukončení jednání, které je za daných okolností nebezpečné nebo
nevhodné.
Kruh
Červená
Bílá
Bezpečí
Obsahují sdělení bezpečí nebo jiné upozornění, doporučují vhodné
opatření nebo jednání k zajištění bezpečného stavu, ochrany před Čtverec
nebezpečím.
Zelená
Bílá
Ochranné a pracovní pomůcky
Musí vždy být v dobrém stavu a před každým použitím je nutno pořádně zkontrolovat jejich nezávadnost a
musí být pravidelně kontrolovány a zkoušeny a o každé revizi musí být vyhotoven písemný záznam, který musí
být uchován.
Ochranými pomůckami vybavuje pracovníka jeho zaměstnavatel.
Ochranné pomůcky
Pracovní pomůcky
- Izolační rukavice
- Koberce
- Plošiny
- Galoše
- Dielektrické boty
- Dielektrické rukavice
- Přilby
- Obleky
- Zkratovací zařízení
- Brýle
- Štítky
- Ochranné pásy
- Háky
- Izolační spínací tyče
- Spínací háky
- Fázovací tyče
- Zkoušečky napětí
- Izolované nářadí
- Žebříky
- Měření přístroje
Lhůty pro revize pracovních a ochranných pomůcek
Název pomůcky
Předepsaná zkouška
Lhůta pro periodické zkoušky v měsících
Typová Kusová Periodická
Zkoušečky napětí
Ano
Ano
Ano
24
Fázovací souprava
Ano
Ano
Ano
24
Manipulační tyč
Ano
Ano
Ano
24
Záchranný hák
Ano
Ano
Ne
Ne
Tyč zkratovací soupravy
Ano
Ano
Ne
Ne
Přemisťovací hák
Ano
Ano
Ne
Ne
Dielektrické rukavice
Ano
Ano
Ano
12
Dielektrická obuv
Ano
Ano
Ne
Ne
Kontroly dalších pracovních pomůcek
- Pojistkové kleště VN - 24 měsíců
- Pracovní polohovací pásy a postroje - 24 měsíců
- Bezpečnostní lana - 24 měsíců
Předepsané lhůty vycházejí z normy ČSN 35 9700
Krytí elektrických předmětů
Krytí
Krytím se dosahuje určitého stupně bezpečnosti před nebezpečným dotykovým napětím, ochranu před
vniknutím cizích těles a vody do elektrického předmětu
IP = International Protection = Mezinárodní Ochrana
Přehled číselných kódů (IP)
1. číslice ve značce
krytí
Stupeň ochrany před nebezpečným
dotykem
Stupeň ochrany před vniknutím cizích
předmětů
IP 0x
Bez ochrany
Bez ochrany
IP 1x
Plochou částí těla (dlaní)
Velkých (50 mm)
IP 2x
Prstem
Malých (12,5 mm - 50 mm)
IP 3x
Nástrojem nad 2,5 mm
Drobných rozměrů (2,5 mm - 12,5 mm)
IP 4x
Nástrojem nad 1 mm
Velmi drobných (1 mm - 2,5 mm)
IP 5x
Jakoukoliv pomůckou
Prachu (částečně)
IP 6x
Jakoukoliv pomůckou
Prachu (úplně)
2. číslice ve značce krytí
Stupeň ochrany před vniknutím vody
IP x0
Bez ochrany
IP x1
Svisle kapající
IP x2
Kapající voda ve sklonu 15°
IP x3
Kropení (déšť) při sklonu 60°
IP x4
Stříkající
IP x5
Tryskající
IP x6
Intenzivně tryskající
IP x7
Ponoření dočasné
IP x8
Ponoření trvalé
Přídavná písmena k IP kódům
Písmeno
Význam
A
Chráněno před dotykem hřbetem ruky (50 mm)
B
Chráněno před dotykem prstem (12 mm)
C
Chráněno před nástrojem (2,5 mm)
D
Chráněno před dotykem drátem (1 mm)
Doplňková písmena k IP kódu
Písmeno
Význam
H
Zařízení s vysokým napětím
M
Během zkoušky vodu je zařízení v pohybu
S
Během zkoušky vodou je zařízení v klidu
W
Odolnost povětrnostním podmínkám
Grafické značky provedení
Jedná se pouze o přibližné porovnání s IP kódem a je vhodné jen pro účel ke kterému je uváděno (to je důvod
odlišností v různých materiálech), nesouhlasí se zkouškami pro krytí s IP kódem.
Provedení
IP kód
Do vlhka
IP 42
Těsné
IP 43
Venkovní
IP 44
Těsně zavřené
IP 55
Nepromokavé
IP 66
Částečně prachotěsné
IP 5x
Úplně prachotěsné
IP 6x
Grafická značka
Jištění vedení NN
Vedení se jistí se proti zkratu a přetížení.
Účelem jištění je odpojení vadného místa v elektrickém rozvodu při přetížení a zkratu.
Jmenovitý proud = Proud, který je určen pro konkrétní zařízení
Nadproud = Proud větší než povolený pro určité zařízení
Přetížení:
Zkrat:
Uvedená hodnota je pro jistič s vypínací charakteristikou C.
I n = Jmenovitý proud
Zkrat je nutno vypnout co v nekratší době, kvůli zamezení požáru a škody na majetku či úrazu.
Přetížení je nutno vypínat s prodlením podle velikosti zatížení.
Druhy jistících přístrojů
Pojistky
Pojistka vytváří tepelně nejcitlivější místo v elektrickém obvodě, které se při zkratech či nadproudu přetaví.
Rozeznáváme pojistky závitové a nožové.
Pojistka se skládá z pojistkové hlavice a pojistkového spodku a patrony.
Jističe
Jistič je samočinný elektromagnetický spínač určený k ochraně elektrických rozvodů. Měřícím prvkem relé,
které je tepelné nebo elektromagnetické. Při zkratu působí elektromagnetické relé mžikové a při přetížení
působí tepelné relé s časovým posunem.
Základní rozdělení jističů: Jednopólové a trojpólové
Nevýhody jističů:
- Pomalejší vypínání při zkratech
- Neomezují zkratový proud a výkon
Výhody jističů:
- Možnost lepšího sladění časové charakteristiky proti přetížení s tepelnou charakteristikou vedení.
Selektivita jištění
Obrázek
Verdikt
Důvod
Při poruše (např. zkrat) na jedné zásuvce vypne např. celý
Nevhodná dům.
Výhoda: Nižší cena za nižší počet jistících prvků
Vhodná
Při poruše na jedné zásuvce bude vypnut obvod, který
napájí pouze danou zásuvku, ostatní zůstanou pod
napětím.
Nevýhoda: je potřeba vyšší počet jistících prvků.
Třídy izolací
Třída izolace určuje dovolené oteplení elektrického předmětu a tím podmiňuje stupeň využití. Podle nejvyšší
dovolené teploty se rozdělují izolanty do těchto tříd:
Třída izolace
Charakteristika
Y
Do teploty 90° C
A
Do teploty 105° C
E
Do teploty 120° C
B
Do teploty 130° C
F
Do teploty 155° C
H
Do teploty 180° C
200
Do teploty 200°C
220
Do teploty 220°C
200
Do teploty 250°C
Vznik přepětí
Udeří-li blesk přímo do budovy, během mikrosekundy prudce vzroste potenciál neživých částí a potenciál
ochranných vodičů všech elektrických zařízení spojená s uzemněním. V důsledku toho vzniká velký
vyrovnávací proud, který se zničující silou protéká z uzemněných částí z napájecí sítě a datových spojů.
Současně s tím mohou ve smyčkách vodičů, které nejsou spojeny se zemničem, vzniknout velmi vysoká
napětí.
Blízký a vzdálený úder blesku
I když není bleskem zasažena samotná budova, ohrožuje blesk každé elektronické zařízení postupnými vlnami
s vysokou amplitudou napětí, které se šíří téměř rychlostí světla, podél napájecího vedení.
Vznik přepětí při spínání spotřebičů
V důsledku zapínání a vypínání induktivních a kapacitních zátěží, případně při zkratech mezi vodiči v rozvodné
skříni mohou vznikat vysoké špičky napětí, které dosahují hodnot až několik tisíc volt.
Postupné vlny
Blesky mezi mraky způsobují, tzv. zrcadlové náboje na vedení sítě a datových vedení vznikají postupné vlny
napětí a proudy, které mohou ničivý efekt.
Přepěťové ochrany - svodiče přepětí
Třídy svodičů přepětí
Třída
Třída A
Charakteristika
Zajišťuje jiskřiště umístěná nad domovním vzdušném teritoriu. Tento stupeň ochrany instalují rozvodné
závody.
Třída B Je schopná zajistit dostatečnou ochranu elektrické instalace před účinky přímých a nepřímých blesků.
Třída C Je schopná zajistit ochranu elektrické instalace a spotřebičů před účinky přepětí.
Třída D Je schopná zajistit ochranu pouze pro spotřebiče s elektronickými obvody (počítače).
Úbytek napětí
Při přenosu elektrické energie vedením prochází vodiči určitý proud. Průchodem proudu vedením se
"spotřebovává" určitá část napětí a výsledné napětí na konci je pak menší než na začátku (u generátoru či
transformátoru). K tomu rozdílu říkáme: "Úbytek napětí na vedení". DU.
Podle ohmova zákona je tento úbytek napětí závislý na proudu, který prochází vedením a na odporu vedení.
Vodiče jednotlivých částí elektrického rozvodu musí být dimenzovány podle úbytku napětí, aby výsledné napětí
na konci nemělo vliv na správnou, spolehlivou a bezpečnou funkci připojeného elektrického zařízení.
Přípustné úbytky napětí jsou dány příslušnými normami ČSN. Pro pokles napětí platí zásada, že na svorkách
motorového spotřebiče nesmí klesnout více než 5 % pod jmenovité napětí spotřebiče, na světelné obvody 3%
a 10% na venkovní.
Prostředí
Existují tři základní druhy prostředí:
Prostředí
Charakteristika
Obyčejné
Nemá nepříznivý vliv na životnost a spolehlivost elektrického zařízení.
Aktivní
Má nepříznivý vliv na životnost, spolehlivost elektrického zařízení a na bezpečnost osob nacházející se v
blízkosti elektrické zařízení, proto se musí umisťovat tak, aby tomu prostředí mohlo tomuto prostředí co
nejlépe odolávat.
Pasivní
Na prostředí výrazněji působí vlivy elektrického zařízení, než vliv prostředí na elektrické zařízení.
Dále se prostředí dělí podle počtu vlivů na:
Prostředí
Charakteristika
Jednoduché Prostředí disponuje pouze jedním druhem vlivu.
Složité
Prostředí disponuje několika vlivy, které působí současně nebo postupně.
Druh prostředí se musí určit ve všech prostorech, kde bude umístěno elektrické zařízení a určuje se na
základě vlivů, které v prostředí působí. Hodnotí se fyzikálně chemické vlivy, které působí na elektrické zařízení
v „běžných“ provozních stavech. Prostředí musí být určeno přesně a plně, se všemi vlivy a o stavu se musí
vypracovat protokol, který je součástí dokumentace. Při změnách výrobní technologie se prostředí musí znovu
přezkoumat. U zařízení již v provozu prostředí přezkoumá provozovatel a u nově zřizovaných projektant.
Podklady pro určení prostředí uvádějí zejména:
1) Fyzikálně požárně technické, chemické a biologické vlastnosti zpracovávaných látek, popřípadě působení
látek škodlivých (množství, skupenství, atd.), vlastnosti vznikávajících odpadů, atd.
2) Technologie výroby
3) Celkové uspořádání zařízení a prostoru (odstupu zařízení, větrání, atd.)
4) Druh a vlastnosti předmětů umístěných v okolí elektrického zařízení
Prostředí aktivní
Prostředí
Charakteristika
Prostředí studené
Elektrické zařízení musí odolávat nejnižší provozní teplotě, za které má pracovat. Materiály musí být
odolné studenému prostředí. Elektrické stroje a přístroje musí být v krytí IP 2x.
Prostředí horké
Elektrické zařízení musí odolávat nejvyšší provozní teplotě, za které má pracovat. Dlouhodobé
působení tepla způsobuje rychlejší stárnutí izolačních a ostatních materiálů. Elektrické stroje a
přístrojů musí být IP 2x a rozvaděče musí mít krytí IP 2O a ještě musí být chráněny proti sálavému
teplu. Jistící prvky se musí umisťovat mimo toto prostředí.
Prostředí vlhké
Elektrické zařízení musí odolávat vlhkosti v ovzduší a vodě srážející se na elektrickém zařízení.
Kovové konstrukční materiály musí mít odpovídající povrchovou úpravu. Elektrické přístroje musí
mít krytí IP 21. Vedení musí být kabelová s měděnými jádry a rozvaděče musí mít krytí rovněž IP 21
a ještě musí být chráněny proti kapající vodě stříškou.
Elektrická zařízení musejí být vyrobena z materiálů, které snášejí vysoké procenta vlhkosti a vinutí
elektrických strojů (transformátory, elektromotory) musí být opatřeny vhodnou impregnací.
Elektrické přístroje musí být chráněny před škodlivými účinky vody. Elektrická vedení se doporučují
Prostředí mokré kabelová s měděnými jádry. V prostorách kde se používá voda na oplachování se musí vytyčit tzv.
„oplachová pásma“. Krytí elektrických předmětů musí být alespoň IP 44. Hlavní rozvaděče a
rozvaděče VN se zde nesmí instalovat. Ruční svítidla musí být ve III. ochranné třídě a s napětím
nejvýše 24 V.
Prostředí se
zvýšenou
korézní
agresivitou
Elektrická zařízení instalovaná v tomto prostředí musí odolávat přítomným agresivním látkám ve
formách plynů a aerosolů popřípadě prachu. Elektrická zařízení musí být z materiálů, které dokáží
odolávat tomuto prostředí. Elektrické stroje a přístroje a svítidla musí mít krytí IP 44. Šrouby musí
mít vhodnou povrchovou úpravu. Elektrické rozvaděče se do tohoto prostředí smějí umisťovat jen v
nejnutnějších případech, alespoň v krytí IP 44 a podle potřeby musí být provětrávány čistým
vzduchem.
Mohou se umisťovat elektrická zařízení jen z nejnutnějších technologických důvodů. Elektrické
Prostředí s
přístroje musí mít krytí alespoň IP 54. Kryty na elektrických zařízení musí být odolné a mít vhodnou
extrémní korézní povrchovou úpravu, včetně šroubů. Vedení musí být kabelová s měděnými jádry. Běžně se rozvaděče
agresivitou
neumisťují, jen v nutných případech a musí být v krytí IP 44. Jemné přístroje je nutné hermetizovat
krytím alespoň IP 66. Pokud je to nutné musí být rozvaděče větrány.
Prostředí prašné Elektrická zařízení musí být v krytí IP 44 a na „jemný“ prach v krytí IP 66. Vedení musí být kabelová
s nehořlavým
s měděnými jádry a rozvaděče musí mít krytí IP 44 a mohou se umisťovat jen v nejnutnějších
prachem
případech. Prach se musí odstraňovat minimálně 1 za rok, při jiskření až 2 ročně.
Elektrická zařízení musí mít odolnost vůči otřesům a elektrické přístroje musí mít krytí IP 2x. Jistící a
měřící přístroje musí mít v otřesuvzdorném provedení. Vedení se doporučují slaněnými měděnými
Prostředí s otřesy
jádry. Šroubové spoje je nutné zajistit proti samovolnému „vyšroubování“. Svítidla se musí instalovat
na pružné závěsy. A elektrické rozvaděče se musí umisťovat jen v nejnutnějších případech.
Prostředí s
biologickými
škůdci
Elektrická zařízení musí být chráněno proti vniknutí hmyzu a biologicko-chemickým vlivům a
zvýšenou antikorozní ochranou. Elektrické přístroje musí mít krytí IP 43 a musí mít dostatečnou
pevnost a mikrobiologickou odolnost, kryty musí být kovové. Elektrická vedení se mají dělat
kabelová s hladkými povrchy a ještě opatřovat nátěry a postřiky. Elektrické rozvaděče musí být v krytí
4x s utěsněnými vstupy.
Prostředí s nebezpečím požáru
Prostředí
Charakteristika
Nejvyšší povolená teplota elektrických zařízení je ustanovena na teplotu nepřesahujících 120 °C.
Elektrické zařízení instalované v tomto prostředí musí být provozované s občasným dohledem. Na
Prostředí s
dobu pracovního klidu se musí elektrické zařízení vypnout, kromě nouzového osvětlení, větrání, atd.
nebezpečím
Elektrické přístroje musí mít krytí IP 4x. Elektrická svítidla musí mít krytí IP 43 ve vzdálenosti 1 m od
požáru
hořlavých hmot. Pokud se v tomto prostředí nachází trolejová vedení musí být zajištěna jejich stálá
hořlavých hmot čistota. V tomto prostředí je zakázáno instalovat rozvaděče vysokých napětí a hlavní rozvaděče
nízkých napětí. Podružné krytí rozvaděčů musí být IP 4x. Topidla s vyšší teplotou jak 120 °C jsou v
tomto prostředí zakázána.
Prostředí s
nebezpečím
požárů
hořlavých
prachů
Nejvyšší povolená teplota elektrického zařízení je 120 °C. Elektrická zařízení je nutno na dobu
pracovního klidu vypínat. Elektrické stroje a přístroje musí být v krytí IP 44. Pokud se v tomto
prostředí nachází jemný prach tak musí být krytí IP 54 až IP 64. Elektrická svítidla v tomto prostředí
musí mít krytí IP 54. Holá elektrická vedení v tomto prostředí jsou zakázána. Zakázány jsou elektrické
rozvaděče vysokých napětí a hlavní rozvaděče nízkých napětí. Podružné rozvaděče musí mít krytí IP
44 nebo krytí IP 5x. Tepelné spotřebiče s vyšší teplotou než 120 °C jsou zakázány a je nutno čistit
všechny spotřebiče od prachu pokud jeho vrstva přesáhne 1 mm.
Prostředí s
nebezpečím
požáru
hořlavých
kapalin
Povrchové teploty elektrických zařízení nesmí být vyšší než 120 °C. Elektrické stroje a přístroje musí
mít krytí IP 43. Elektrická svítidla musí mít krytí IP 54. Holá trolejová vedení nad hořlavou kapalinou
a do vzdálenosti 1,5 m jsou zakázána. Elektrické rozvaděče mimo dosah hořlavé kapaliny musí mít
krytí IP 21. Elektrické rozvaděče u hořlavé kapaliny musí mít krytí IP 43.
Prostředí složitá
Prostředí
Prostředí
venkovní
Charakteristika
Elektrická zařízení instalovaná ve venkovních prostředí musí odolávat klimatickým vlivům. Elektrické
stroje musí být v krytí IP 23. Spínací přístroje se musí chránit proti písku krytím IP 43 a musí být 0,75 na
úrovní terénu. Elektrické stroje musí být minimálně 10 nad úrovní terénu. Vedení musí být kabelové s
měděnými jádry, obalené PVC, dále je nutno ho chránit proti působení slunečního záření. Rozvaděče
musí být v krytí IP 43.
Elektrická zařízení musí odolávat vlhku, mrazu, prachu. Elektrické stroje musí být v krytí IP 21. Vedení
Prostředí pod
musí být kabelové s měděnými jádry. Rozvaděče mají být v krytí minimálně IP 21, ale doporučuje se
přístřeškem
raději v krytí IP 43.
Podklady
1) Podklady nehořlavé nevodivé
2) Podklady nehořlavé se špatnou elektrickou vodivostí
3) Podklady nehořlavé vodivé (konstrukce)
4) Podklady hořlavé se špatnou elektrickou a tepelnou vodivostí (dřevo)
5) Podklady nesnadno hořlavé s nešířením plamenů (PVC)
Třídění hmot podle hořlavosti
Vychází se z normy ČSN 75 0823
Třída
Charakteristika
A
Nehořlavý stavební materiál (cihly, azbest, beton)
B
Nesnadno hořlavý stavební materiál (polystyren)
C1
Těžko hořlavý stavební materiál (bukové a dubové dřevo)
C2
Středně hořlavý stavební materiál (borovicové a smrkové dřevo)
C3
Lehce hořlavý stavební materiál (pilinové desky)
Materiály musí být zkoušeny podle normy CSN 7308 62.
Barevné značení vodičů
Holé vodiče
1) Stejnosměrná soustava
Vodič
Barva
Kladný pól
Tmavě červená
Záporný pól
Tmavě modrá
Střední (pracovní)
Světle modrá
Ochranný
Zeleno/žlutá
2) Trojfázová soustava
Vodič
Barva
Fáze
Oranžová
Světle modrá
Ochranný
Zeleno/žlutá
Poznámka: jednotlivé fáze se označují pruhem:
1. fáze = 1 pruh
2. fáze = 2 pruhy
3. fáze = 3 pruhy
Izolované vodiče
Vodič
Barva
Fáze nebo krajní vodič, kladný nebo záporný pól stejnosměrného zdroje
Hnědá, černá
Světle modrá
Ochranný
Zeleno/žlutá
Další označení vodičů
Vodič
Barva
Ochranný vodič
Zeleno/žlutá
Střední vodič
Světlemodrá
Stejnosměrné a silové obvody
černá
Střídavé řídicí obvody
červená
Stejnosměrné řídicí obvody
modrá
Blokovací řídicí obvody napájené z vnějších zdrojů (před hlavním vypínačem)
oranžová
Značení kabelů
Starý způsob (ČSN 34 0701)
A
Hliník
B
Pryž se zvýšenou tepelnou izolací
A
Vodič kruhového průřezu
B
Pryž se zvýšenou tepelnou izolací
C
Měď
G
Pryž - běžný typ
D
Důlní vodič
F
Kovové opletení
M
Mrazuvzdorné PVC
H
Plochá šňůra
G
Pryž - běžný typ
Q
PVC se zvýšenou tepelnou izolací
K
Kabel (všeobecně)
M
Mrazuvzdorné PVC
S
Silikonová pryž
L
Lehká šňůra
O
Textilní opletení, páska
Y
Běžný typ PVC
M
Můstkový vodič
Q
PVC se zvýšenou tepelnou izolací
R
Vodič se složeným jádrem
S
Silikonová pryž
S
Střední šňůra
U
Chloroprenová pryž
T
Těžká šňůra
Y
Běžný typ PVC
V
Vlečný vodič
X
Výtahový vodič
Y
Vodič s dvojitou izolací
Z
Svařovací vodič
První písmeno
Druhé písmeno
Nový způsob (ČSN 34 7409)
H
Harmonizovaný předpis
03
300/300 V
V
PVC
V
PVC
H
Ploché, rozdělené vedení
U
1 drát
X
Bez ochranného vodiče
A
Uznávaný národní typ
05
300/500 V
R
Přírodní nebo syntetický kaučuk
R
Přírodní nebo syntetický kaučuk
H2
Ploché, nerozdělené vedení
R
Vícedrátový
G
S ochranným vodičem
07
300/750 V
S
Silikonový kaučuk
S
Silikonový kaučuk
K
Z tenkých drátů pro pevné uložení
Třetí písmeno
Čtvrté písmeno
N
Chloroprenový kaučuk
F
Z tenkých drátů pro pohyblivé uložení
J
Skelné vlákno
H
Z jemných drátů
T
Textilní vlákno
Y
Slaněný
Označení
předpisu
Jmenovité
Materiál Vlastnosti pro
Druh
Izolace
napětí
pláště
montáž
vodiče
Počet
žil
Ochranný
vodič
Průřez
vodiče
Převodní tabulka mezi starou a novou ČSN pro značení
vodičů a kabelů
Vodič s plným jádrem pro všeobecné použití
CY
H07V-U
Vodič s plným jádrem pro vnitřní instalace
CYA
H05V-U
Lehká plochá šňůra
CYH
H03VH-H
Lehká šňůra s PVC pláštěm
CYLY
H03VV-F
H03VVH2-F
Střední šňůra s PVC pláštěm
CYSY
H05VV-F
H05VVH2-F
Vodiče pro pevná uložení s teplotou jádra do 90°
CQ
H05V2-U
H07V2-U
H05V2-K
H07V2-K
Vodiče se silikonovou pryží
CSAO
CS
CSA
H05SJ-K
H05S-U
H05S-K
Svařovací kabely
CGZ
H01N2-D
H01N2-E
Střední ohebný kabel s etylenpropylem
CGLG
H05RR-F
Střední ohebný kabel s polychloprenem
CGLU
H05RN-F
Ohebný kabel v těžkém provedení
CGSG
H07RN-F
Název kabelu nebo vodiče
Značka
Stará
Nová
Barevná kombinace žil v kabelu
2
- hnědá
- černá
A
Použití: Pro jednofázové
vypínače
B
- hnědá
- žluto/zelená
3
4
5
- hnědá
- černá
- černá
- hnědá
- černá
- žluto/zelená
- hnědá
- černá
- černá
- žluto/zelená
Použití: Pro připojení
elektromotorů
- hnědá
- černá
- černá
- modrá
- žluto/zelená
- hnědá
- modrá
- žluto/zelená
C
elektrospotřebičů I. třídy
- hnědá
- modrá
D
elektrospotřebičů II. třídy
třífázový elektrospotřebičů
- hnědá
- černá
- černá
- modrá
Označování svorek pro připojování
vodičů
Stejnosměrná soustava (DC)
Vodiče
Vodič, přípojnice,
svorka pro
Značka na
výskrese a
svorce
Značka na
výkrese
Poznávací barva na vodiči
Holém
Kladný pól
Svorky
Grafická
značka na
svorce
Izolovaném
Tmavě červená
Černá, hnědá L+
+
Záporný pól
Tmavě modrá
Černá, hnědá L-
-
Střední
světle modrá
M
Střídavá soustava (AC)
1. fáze
2. fáze
3. fáze
L1
L2
L3
Oranžová (popř. s
doplňkovými označujícími Černá, hnědá
Dohromady 3
černými pruhy)
fáze
Fáze na
jednofázovém
přístroji/stroji
U
V
W
L
N
Střední
Světle modrá
N
Zvláštní druhy vodičů a svorek
Ochranný vodič,
ochranná svorka
PE
Zeleno/žlutá
Uzemňovací vodič, Barva není určena, pokud se používá pro
uzemňovací svorka ochranné pospojování - Zeleno/žlutá
Vodič PEN (dříve
nulovací vodič)
Zeleno/žlutá a světlemodré označení na
koncích
PE
E
E
PEN
PEN
Barvy světelných návěstí a tlačítek
Světelná návěstí
Barva
Význam (příklady)
Červená Nebezpečí nebo poplach (ohrožení, havárie, porucha)
Žlutá
Výstraha (změna stavu od normálu)
Zelená
Bezpečná funkce (zapnuto, otevřeno, provozní stav)
Bílá
Mimo funkci (vypnuto, zavřeno, zařízení je v klidu)
Modrá
Zvláštní význam (vše co není uvedeno)
Ovládací tlačítka
Barva
Význam (vysvětlení)
Červená Činnost v případě nebezpečí (bezpečností vypnutí, zásah proti ohni, poplachové zařízení)
Žlutá
Zásah proti změně (zásah k zamezení nebezpečí nebo nežádoucí změny)
Zelená
Bezpečí (spouštění, zapnutí, kromě zařízení s bezpečnostní funkcí, celkové spouštění elektrického zařízení,
zapnutí spínacího přístroje)
Modrá
Černá
Šedá
Bílá
Zvláštní význam (vše co není uvedeno, kromě funkcí STOP nebo vypnutí elektrického zařízení)
Druhy sítí
Rozdělení sítí
Počet vodičů
Počet fází
Počet vodičů
Jednofázová soustava
2 nebo 3 vodiče
Dvoufázová soustava
3 nebo 4 vodiče
Třífázová soustava
4 nebo 5 vodičů
Uzemnění sítí
Význam písmen
První písmeno
Písmeno
Význam
Druhé písmeno
Písmeno
Význam
Třetí písmeno
Písmeno
Význam
T
Spojení jednoho
bodu sítě se zemí.
T
Přímé spojení neživých
částí se zemí.
S
Funkce ochranného vodiče je
oddělena od středního vodiče.
I
Oddělení všech
živých částí od
země.
N
Přímé spojení neživých
částí s uzemněným bodem
sítě.
C
Funkce středního a ochranného
vodiče je sloučena v jednom vodiči
PEN.
Charakteristiky sítí
Druh
sítě
Charakteristika
TN-C
Síť má jeden bod přímo uzemněný, neživé části připojených elektrických zařízení jsou spojeny s tímto bodem
sítě prostřednictvím ochranného vodiče, který je zároveň i vodič střední.
TN-S
sítě prostřednictvím ochranného vodiče, který je oddělen od středního vodiče.
TN-Ssítě prostřednictvím ochranného vodiče, který je oddělen od středního vodiče, ale v části sítě jsou oba vodiče
C
sloučeny do jednoho vodiče.
TT
Síť má jeden bod přímo uzemněný a neživé části připojených elektrických zařízení jsou v této síti spojeny se
zemniči nezávislými na zemničích sítě.
IT
Síť má všechny živé části izolované od země nebo jeden bod spojený se zemí přes dostatečnou impedanci a
neživé části připojených elektrických zařízení jsou spojeny se zemí jednotlivě nebo po skupinách nebo všechny
společně spojeny s uzemněním.
Přívody ke spotřebičům
Druhy přívodů
Typ
Určení
Materiál
izolace
pláště a
vodičů
Jmenovitý
proud (230
V/50 Hz)
Počet Barevné
žil
značení žil
Použití
Pro spotřebiče
863157 třídy ochrany I PVC
do 16 A
3
- hnědá
- modrá
16 A
- žluto/zelená
Pro jednofázové spotřebiče třídy
ochrany I (pračky, myčky, vařiče),
jejichž jmenovitý proud je do 16 A.
Pro spotřebiče
862071 třídy ochrany II PVC
do 16 A
2
- hnědá
- modrá
16 A
ochrany II (vysavače, ruční vrtačky),
jejichž jmenovitý proud je do 16 A.
2,5 A
ochrany II (audiovizuální technika
(televize, rádio), stolní a noční
lampy), jejichž jmenovitý proud je do
2, 5 A.
Pro spotřebiče
872071 třídy ochrany II PVC
do 2,5 A
2
- hnědá
- modrá
Mechanické namáhání přívodů
Velmi lehké namáhání
Uvažuje se tam, kde je nebezpečí mechanického namáhání zanedbatelné a kde by těžší šňůry s větší
mechanickou ochranou mohlo vyvolat pohyb přístroje nebo by mohlo omezit jeho použití. Pro tyto přístroje se
používají šňůry CYH (podle nového značení H03VH-Y)
Příklad: Připojení malých lehkých elektrospotřebičů nebo přístrojů v domácnosti nebo v kancelářích.
Lehké namáhání
Uvažuje se tam, kde nehrozí nebezpeční mechanického poškození a mechanické namáhání je nízké. Pro tyto
přístroje se používají kabely CYLY (podle nového značení H03VV-F)
Příklad: vysoušeče vlasů, radiopřijímače, stolní lampy a malé kancelářské přístroje.
Střední namáhání
Uvažuje se tam, kde jsou kabely nebo šňůry vystaveny nízkým mechanickým namáhání a nebezpečí
mechanického poškození je nízké. Používají se kabely CYSY (podle nového značení H05V-F, H05VV-F)
Příklad: Opékače topinek, malé vařiče, vysavače, ždímačky, pračky, šicí stroje, chladničky
Těžké namáhání
Uvažuje se tam, kde je mechanické namáhání a nebezpečí mechanického poškození, středně silné.
Předpokládá se v běžných průmyslových provozech a při dočasném použití na staveništích. Používají se
kabely CGSG (H07RN-F), pro malé napětí kabely CGZ (H01N2-D)
Příklad: montážní svítidla, topné panely, velké bojlery, stroje pro dopravu na staveništních (pásové
dopravníky), výtahy a pevné dočasné instalace v dočasných objektech
Velmi těžké namáhání
Uvažuje se v těžkém průmyslovém provozu, pro spojení částí strojů a výrobních zařízení. Lze použít kabely
CGTG (Podle nového značení H07RN-F)
Příklad: Spojení ovládací jednotky se strojem (např. jeřábem) kabelem do délky do 10 m.
Dělení přívodů podle vyměnitelností
Přívod X - Snadno vyměnitelný
Přívod Y - Nesnadno vyměnitelný, protože výměnu musí provést výrobce
Přívod Z - Nelze vyměnit, protože by se spotřebič poškodil
Pohyblivé přívody
Slouží k přivedení elektrické energie do míst, ve kterých není přístup k elektrické síti (není tam zásuvka).
Kabel je nutno chránit před mechanickým poškozením. Pro zavěšení se musí použít vhodných podpěr.
Na jednu vidlici smí být připojena jen jedna šňůra. Rozbočovat šňůrová vedení lze jen k tomu určených
rozvodkách.
Podle ČSN 33 2000-5-54 se musí prodlužovací přívody zapojovat třemi vodiči (fáze, pracovní (pracovní) vodič
a ochranný vodič), aby byla zajištěna bezpečnost před úrazem elektrickým proudem. Ochranný vodič musí být
označen po celé délce. Ochranný vodič musí být delší, protože při mechanickém namáhání v tahu se musí
přetrhnout naposled.
Doporučené délky jsou 2,5 - 5 - 10 -16 - 25 - 32 - 50 m.
Prodlužovací přívody nemají být delší než desetinásobek průřezu ochranného vodiče, protože by měl ochranný
vodič "větší" impedanci , což by způsobilo nevybuzení v jističi, tudíž by jistič nevypnul.
Podrobnosti o průřezu vodiče, jištění je nutno si nalézt v normě ČSN 34 0350.
Schéma prodlužovacího
přívodu
Závady
Správně zapojený prodlužovací přívod
VELMI NEBEZPEČNĚ zapojený prodlužovací přívod (toto zapojení by vyhovovalo
pouze pro spotřebiče s třídou ochrany II (s dvojitou izolací) !
Nepřípustně zapojený prodlužovací přívod (došlo k prohození fázového a středního
vodiče).
Nepřípustně zapojený prodlužovací přívod (je sloučena funkce středního a ochranného
vodiče).
Zásady pro provedení a spojování
ochranných vodičů
Ochranný vodič je barvy žluto-zelené a nesmí se přeznačovat či používat k jiným účelům !
Ochranné spojení slouží k připojení neživých částí v zařízení i k samostatnému ochrannému vodiči přívodu. I
samostatné ochranné vodič musí být navrženy tak, aby odolávaly nejvyššímu tepelnému a dynamickému
namáhání (k tomu stavu dochází při zkratech).
Do ochranného vodiče nesmí být vkládány, žádné spínací přístroje nebo další prvky (např. "zbytečné" svorky),
které by zvyšovali jeho impedanci nebo mohli způsobit jeho přerušení. Z výše uvedených důvodů musí mít
ochranný vodič dostatečný průřez. Pro malé průřezy pracovních vodičů (fázových a středních), které přicházejí
v úvahu u spotřebičů malého výkonu, musí být průřez ochranného vodiče stejný jako průřezy vodičů
pracovních. Tento problém odpadá tehdy, pokud použijeme přívodní kabel (flexo) určený k danému typu
zařízení, protože ochranný vodič v kabelu již požadavku odpovídá.
Zásadní požadavek na pohyblivý přívod je u spotřebičů třídy ochrany I, musíme dbát, aby napájecí kabel měl 3
vodiče. Ochranný vodič slouží výhradně k ochraně před úrazem elektrickým proudem (ochrana samočinným
odpojením od zdroje). Funkci středního vodiče v pohyblivém přívodu nemůžeme sloučit s funkcí kterou má
ochranný vodič.
Základní požadavek je, aby se ochranný vodič připojil dřív než ostatní pracovní vodiče (to je zajištěno správnou
síťovou vidlicí a správnou zásuvkou).
Ochranný vodič musí být delší než ostatní vodiče, aby se přetrhnul jako poslední.
K ochranné svorce se doporučuje ochranný vodič připojit přes mosazný či měděný šroub, protože tyto kovy
lépe odolávají korozi. Z každé strany kabelového oka je vhodné mít podložky, které jsou vyrobeny z kovů, které
odolávají korozi a mezi ochrannou svorkou a podložkou je vhodné mít ještě podložku vějířovou či alespoň
pérovou, aby se zajistil co nejmenší přechodový odpor.
Před připojením ochranného vodiče k ochranné svorce je velmi vhodné ji předem očistit, od barvy, oleje, špon,
koroze (např. smirkovým papírem) a dalších nečistot.
Ochranná svorka musí být vždy výrazně označena znakem uzemnění
Třídy ochrany elektrických spotřebičů
Třída ochrany
Charakteristika
Zajištění
bezpečnosti
0
I
II
III
Nemá svorku pro
ochranný vodič
Má svorku pro
ochranný vodič
Má přídavnou/zesílenou
izolaci, nemá svorku pro
ochranný vodič
Pro napájení ze
zdroje SELV
Nevodivé okolí
Spojení kostry s
ochranným vodičem
Nejsou potřeba
Připojení ke zdroji
SELV
Grafická značka
Schéma přívodu
Má jinou síťovou
vidlici
Použití
V ČR ZAKÁZÁNA !
Pouze s ochranným vo
Všeobecné použití
dičem (kolík v zásuvce)
V obvodech SELV
Stavba atomu
Jádro se skládá z protonů s kladným elektrickým nábojem (+) a z neutronů bez elektrického náboje.
Elektronový obal obsahuje pouze elektrony se záporným elektrickým nábojem (-) na různých oběžných
drahách. Poslení dráze se říká dráha valenční.
Hmotnost protonu je 1840x větší než hmotnost elektronu, z toho vyplývá, že hmotnost atomu je soustředěná v
jádře.
Atom je elektricky neutrální, protože počet elektronů se rovná počtu protonů.
Elektrony ve svých drahách (slupkách) se otáčejí kolem své osy.
Elektronům v nejvyšší vrstvě se říká elektrony valenční
Pokud se z atomu "odtrhne" jeden elektron, vznikne kladný iont - kation.
Pokud atom "přijme" jeden elektron, vznikne záporný iont - aniont.
Molekula je vazba atomů neboli látko složená ze dvou či více atomů. Například molekula vody H2 O je složená
ze dvou atomů vodíku H a z jednoho atomu kyslíku O.
Ková vazba atomů se vyskytuje u kovů.
Atomy kovů mají v poslední vrstvě 1 až 2 elektrony, které z jednoho atomu přecházejí do druhého atomu, čímž
se tvoří elektronový plyn.
Dále jsou vazby:
- Iontové
- Kolalentní neboli chemické
Elektroinstalační materiál
Vodiče a kabely
Dělení vodičů:
- Holé nebo izolované (nejčastějši izolace je z PVC)
- Vodiče věttčinou nejsou uzpůsobeny ke vkládání do vody či do zimy
Nejčastější průřezy vodičů: 0,75 - 1 - 1,5 - 2,5 - 4 - 6 - 10 - 16 - 25 - 35 - 50 - 70 - 95 - 120 - 150 - 185 - 240 300 - 400 mm2 .
Pro elektrické instalace z hliníkových vodičů se dává vždy alespoň o stupeň vyšší než kdyby vodič byl z mědi,
např. Měď 1,5 by se hliníkový vodič dal minimálně 2,5.
Úložný, spojovací a pomocný materiál
Elektroinstalační trubky se podle materiálu dělí na kovové a plastové.
Elektroinstalační lišty jsou protahovací a ukládací, značení je: L20; L40; L70.
Elektroinstalační krabice jsou podle účelu přístrojové, protahovací a odbočné.
Do spojovacího materiálu patří spojky, můstky, které tvoří soustavu svorek, které jsou vodivě spojeny.
Svorkovnice slouží ke spojování vodičů
Elektroinstalační přístroje
Sem patří spínače, pojistky, jističe, chrániče, elektroměry, relé, stykače, motorové spouštěče, motory, zásuvky,
zástrčky a mnoho dalšího.
Vodivé materiály
Fyzikální podstata vodivosti kovů je velkou koncentrací volných nosičů elektrického náboje.
Kovy mají krystalickou struktůru a skládají se ze soustavy kladných iontů, které jsou vázány u uzlech
krystalické mřížky (elektronový plyn).
Účinkem vnějšího elektrického pole vzniká usměrněný tok elektronů, který se projevuje jako elektrický proud.
Vlastnosti materiálů
Vlastnost
Charakteristika
Rezistivita
Udává číselně odpor vodiče dlouhého 1m o průřezu 1mm2 při teplotě 20°C
Tepelný součinitel
odporu
Udává číselně o jakou hodnotu se změní odpor vodiče 1 W, zvýší-li se jeho teplota 1°C (u
čistých kovů bývá 0,004 °K-1)
Supravodivost
Projevuje se tím, že látka neklade téměř žádný odpor průchodu elektrického proudu (uplatňuje
se v látkách s teplotou 23 °K )
Kryptovodivost
Je to velká vodivost čistých kovů v oblasti nejnižších teplot.
Hustota
Udává hmotnost objemové jednotky materiálu při dané teplotě
Teplota tání
Je to určitá teplota při níž daného tlaku přechází látka ze skupenství pevného do skupenství
kapalného.
Teplotní součinitel
vodivosti
Udává množství tepla, které při ustálemém stavu projde za 1s krychlí s hranou 1m dané látky
mezi dvěma protilehlími stenami mezi nimiž je teplotní rozdíl 1°K (největší tepelnou vodivost
mají čisté kovy vyznačující se velkou tepelnou vodivostí)
Teplotní součinitel
délkové rozatžnosti
Udává číselně o kolik se změní délka 1m látky, zvýší-li se její teplota o 1°C
Mez pevnosti v tahu
Je napětí, které se projevuje na výchozím průřezu a vzathuje se k nejvyšší dosažené tažné síle.
Pevné vodivé materiály jsou nejčastěji kovy plus jejich slitiny.
Materiály s velkou elektrickou vodivostí jsou například měď a hliník
. Materiály s malou elektrickou vodivostí jsou například konstantan a manganin
Kapalné vodivé materiály jsou roztavené kovy, rtuť a elektrolity.
Měď
Značka: Cu
Barva: Červená
Hustota: 8,96 kg/dm3
Odpor: 0.0178 W.mm2.m-1
Magnetické vlastnosti: Diamagnetické
Bronzy jsou slitiny mědí s cínem, hliníkem a jinými kovy (niklem se zinkem).
Cínové bronzy obsahují nejvíce 20 %, mají dobrou elektrickou vodivost a odolnost proti korozy.
Hliníkové bronzy mají až 10 % hliníku, zvyšuje se tím tvrdost slitiny a používá se na součástky, které pracují při
vyšších teplotách a jsou odolné proti korozi.
U niklových bronzů se měď slévá se zinkem v libovolném poměru.
Konstantan a nikelín se používá do spirál v topných spirálách.
Mosazi jsou slitiny mědi se zinkem.
Například mosaz Ms63 se používá na objímky žárovek, součástky vypínačů.
Niklové masazi se používají na pružící součástky.
Hliník
Hustota:2,7 kg/cm3
Odpor: 0,028 5 W.mm 2.m-1
Rozděluje se na měkký a tvrdý
Barva: "umělá" a na vzduchu rychle koroduje a oxid hliníku je nevodivý a používá se dielektrikum do
elektrolytických kondenzátorů.
Magnetické vlastnosti: Paramagnetické
Lehké kovy
Bereme ty kovy, které mají hustotu do 500 kg/m3
Hořčík
- Lesklý
- Málo tvárný
- Na vzduchu je snadno zápalný (musí se hasit pískem)
- Konstrukční slitina Elektron
Berýlium
"Živý" kov, který má velmi dobré mechanické vlastnosti při vyšších teplotách.
Zinek
- Je namodrale bílý
- Lze ho pájet
- Použití na elektrotechnické pozinkování mechanických součástí
Kadmium
- Stříbrně bílý kov
- Je jedovaný
- Použití na elektrody niklo-kadmiových akumulátorů
Rtuť
- Stříbřitě bílý kov, který je za "pokojové" teploty kapalný
- Rtuť a její slitiny jsou jedovaté, včetně par
- Použití do teploměrů, výbojek/zářivek, při výrobě galvanických článků a kontaktů (rtuťové spínače)
Gálium
- Je namodralé barvy
- Malá teplota tání
- Přidává se do polovodičů
Indium
- Stříbřitě lesklý kov
- Použítí do polovodičů
- Z jeho sloučenin se zhotovují halogenové sondy
Cín
Vyskytuje se v modifikacích: a a b.
a: Šedý prášek, v technické praxi málo známý
b: Používá se k pocínovávání měděných vodičů a na výrobu měkkých pájek.
Olovo
- Měkký, těžký šedý kov
- Olovo a jeho sloučeniny jsou jednovaté
- Malá pevnost v tahu
- Ze slitin olova s antimonem se vyrábí desky akumulátorů
- Olovo ve tvaru pláště se používá jako ochrana kabelů
- Zachycuje RTG (rentgenové) a radiační záření
Vizmut
- Křechký kov bílé barvy
- Použití do snadno pájitelných pájek.
Antimon
- Křechký kov stříbrné barvy
- Použití do polovodičů
Kovy se střední teplotou tání
Do teploty 1 500°C
Nikl
- Bílý, těžký, tvárný kov
- Dobře odolává počasí
- Je feromagnetický
- Použití ve výrobě niklo-kadmiových akumulátorů
- Slitiny niklu mají zvláštní fyzikální vlastnosti
- Konstantan, chromnikl, nikolín se používají do termoelektrických článků
Kobalt
- Má bílou barvu
- Požití jako přísada v magnetických materiálech
Železo
Použití konstruktivně a k výrobě elektrovodných lan.
Magnetické materiály
Diamagnetické látky: Jsou vytlačovány z magnetického pole
Paramagnetické látky: Jsou lehce vtahovány do magnetického pole
Feromagnetické látky: Jsou silně vtahovány do magnetického pole
Materiály magneticky měkké - Snadno se zmagnetují i odmagnetují (neumí si magnetismus "podržet").
Materiály magneticky tvrdé - Obtížně se zmagnetují, ale magnetismus si dokáží podržet.
Materiály se zvláštními magnetickými účinky
Polovodiče
Jsou to látky, které tvoří článek mezi látkami vodivými a nevodivými
Polovodič za normáoních podmínek elektrický proud nevede (chová se jako izolant).
Za určitých podmínek polovodič elektrický proud vede, například působením teploty, elektrického pole, světla.
Rozeznáváme polovodiče typu N (elektronová vodivost) a typu P (děrová vodivost).
Druhy a vlastnosti polovodičových materiálů
1) Elementární polovodiče
Křemík (Si)
Zemská kůra obsahuje 25,5 % křemíku.
Hustota je 2230 kg/m3
Poměrná permitivita je 12,5
Vodivost závisí na množství příměsí.
Používá se většinou krystalický křemík.
Sloučenina s křermíku s uhlíkem se nazývá Karbit křemíku (SiC)
Oxidy křemíku se používají jako izolační a dielektrické materiály.
Germanium (Ga)
Hustota je 5620 Kg/m3
Poměrná permitivita je 16
Použití do vysokofrekvenčních polovodičových elektronických součástek.
Selen (Se)
Hustota je 4800 kg/m3
Využití do výroby usměrňovacích fotoelektrických článků a složka polovodičových selenidů
2) Polovodičové sloučeniny
Arzenit gália
Nejduležitější polovodičová sloučenina, která se používá ve výrobě tranzistorů a diod pracujících na vysokých
frekvencích.
Arzenit india
Výroba laserů (zdroje monochromatického záření)
3) Polovodičové fosfidy
Použití na výrobu diod s vyšší teplotou
Antimon india
Projevuje se halův jev a proto se používá na výrobů halových sond a na detektory infračerveného záření.
4) Organické polovodiče
Izolanty a dielektrika
Izolant je materiál, který nevede elektrický proud.
Dielektrikum je materiál, který se polarizuje v elektrickém poli.
Ideální izolant neexistuje, v každý materiál obsahuje alespoň několik volných nosičů elektrického náboje.
Pernitivita charakterizuje vliv elektrického pole na elektrický stav dielektrika.
Poměrná permitivita charakterizuje vlastnosti izolnatů
Vlastnost
Charakteristika
Dielektrické ztráty
Jsou to ztráty, které vznikají vložením dielektrika do elektrického pole, čímž vzniká teplo (ztráty).
Elektrická pevnost
Průrazné napětí při nemž nastává průraz dielektrika nebo přeskok.
Tepelná vodivost
Tepelné namáhání izolantu vede ke zhoršení jeho elektrických a tepelných vlastností a hlavně k
rychlejšímu stárnutí.
Mechanické
vlastnosti
Mechanické namáhání izolantu se posuzují vlastnosti, které jsou vyjádřeny mechanickými
veličinami.
Základní členění izolantů a dielektrik
1) Plyné izolanty
2) Kapalné izolanty
3) Přírodní makromolekulární izolanaty
4) Syntetické makromolekulární látky
5) Anorganické látky
Pro elektrotechniku jsou neduležitější izolnaty ze skupiny syntetické makromolekulární látky a anorganické
látky.
Syntetické makromolekulární látky
a) Termoplasty
Název
Zkratka
Polyetylén
PE
Polypropylén
PP
Polyamid
PA
Polytetrafluoretylén
PTFE
Polystyrol
PS
Polyvynilchlorid
PVC
Polymetylmetakrylát
PMMAS
Polykarbonát
PC
Polyvinylchlorid (PVC) se používá na opláštění vodičů a kabelů.
Poliamidy (PA) mají vysokou chemickou odólnost a dovolený provoz je do teplot maximálně 100°C, b)
Reaktoplasty
Jsou to látky, které pomocí tepla a chemických přísad (tvrdidel) dojde k prostorovému zesítění.
Název
Zkratka
Femolová pryskyřice
PF
Melamidová pryskyřice
MF
Močovinová pryskyřice
UF
Epoxidované pryskyřice
-Všestraně dobré vlastnosti
Anorganické látky
- Azbest
- Slída
- Keramika
Elektrotechnické sklo
- Dobré technologické vlastnosti
- Dostupnost surovin
- Nehořlavé
Použití elektrotechnického skla:
-Obrazovky a elektronky
- Mikroelektronika
- Optoelektronika (světlovody)
Křemičitá keramika
- Použití pro izolátory transformátorů
Kamenina
- Horší vlastnosti než porcelán
- Musí se glazurovat velké tvary a rozměry
Keramika kysličníkovitá
- Vyniká vysokou žáruodólností
- Chemickou odólností
- Dielektrické vlastnosti
Škodlivé učinky blesku
a) Tepelné (napadení vodičů požárem)
b) Mechanické (exploze vzduchových bublin v betonu, podélné roztržení dřevěných stožárů a stromů
odpařením vlhkosti dřeva
c) Elektromagnetické (vznikne přetí, to poruší elektrická pevnost zařízení a dojde ke zničení polovodičových
součástí)
Ochrany před účinky blesků
Aktivní ochrany jsou ty, které vyprovokují výboj a usměrní jeho kanál do míst, kde je svod, který ho odvede do
míst kde se nemůžou projevit jeho nepříznivé elektromagnetické vlivy.
Pasivní ochrany vytvoří nejsnadnější cestu do země.
Hromosvody
Druhy hromosvodu: Normální a zesílené (montují se na důležitější objekty, protože jímací zařízení, vedení,
svod jsou "bohatěji" dimenzovány)
Hromosvod má tři hlavní části což jsou:
- jímací zařízení
- svod
- uzemnění
Hromosvody se ještě rozdělují podle polohy umístění:
1) Hromosvody instalované na chráněných objektech
2) Hromosvody instalované mimo chráněný objekt (jímací zařízení, svod, vedení jsou vedle objektu nebo
zavěšené nad objektem - izolovány od příslušného objektu)
Jímací zařízení
Jímací zařízení musí mít vhodný tvar a musí být umístěno na na objektu v místě zvýšeného nebezpeční
zásahu blesku (hřeben střechy, štíty, vyčnívající konstrukce). Svod, který vede po povrchu střechy se posuzuje
jako jímací zařízení.
Jímač
Charakteristika
Hřebenová
soustava
Na hřebenu střechy nepřesahující dolní část o 1 m. Zřizuje se u rodinných domků se sedlovou, valbovou,
pultovou střechou.
Mřížová
soustava
Je tvořena „sítí“ a žádný bod střechy nesmí být vzdálenější než 10 m a maximální rozměr od smí být 20 x
60 m u normálního hromosvodu a u zesíleného maximálně 20 x 15 m. Používá se u vícepodlažních a
výškových budov (počet svodů se řídí půdorysem a výškou budovy)
Tyčová
soustava
Jímací tyče se umisťují na chráněné objekty, které přesahují okolí. Užívají se jako doplněk jiných typů
jímačů. Samostatně se smějí užít pouze na vysokých a štíhlých budovách.
Oddálené hromosvody jsou umístěné mimo chráněný objekt a není s objektem spojen.
Druhy oddálených hromosvodů: Stožárové, závěsné, klecové
Jímače ještě dále rozdělujeme na:
Strojené jímače jsou tyče, které byli v ohni pozinkované a celé jsou z oceli.
Pomocný jímač je z rovného pozinkovaného drátu z oceli o průměru 8 nebo 10 mm.
Náhodný jímač je kovový předmět na objektu.
Svody
Hromosvod musí mít patřičný počet svodů, které jsou zakončeny uzemněním. Svody i ostatní vedení, které
přísluší k hromosvodům mají být vedeni v ně budovy, pokud možno rovně bez zbytečných oblouků. Počet
svodů určuje norma ČSN 34 1390. Uzemnění zhotovit tak aby se za daných půdních podmínek dosáhlo
nejmenšího zemního odporu, maximálně 15 W . Zaručeného na dlouhou dobu.
U objektů s obdélníkový půdorysem s poměrem šířky k délce 1:5 (1:6; 1:7; 1:8) a menším musí být každých 15
m (i započatý) 1 svod.
Pokud má objekt, který má obdélníkový půdorys s poměrem šířky k délce větší než 1:5 (1:4; 1:3; 1:2) musí být
každých 30 m (i započatý) 1 svod.
U menších objektů musí být dva svody co nejdál od sebe. U jednopodlažních budov s obvodem do 40 m je 1
svod (delší strana nemusí být delší než 15 m) .
U budov vyšších než 30 m musí být svod každých (i započatých) 15 m obvodu půdorysu 1 svod.
Budovy, které mají štíty (vyšší než 30) musí mít 2 svody a pokud je to možné, tak na protějších stranách.
Loď kostela s věží musí mít úplný hromosvod se 2 svody, jeden musí být 25 cm nad věží (u špičaté stanové
věže stačí svod pouze jeden).
Kovové tovární komínky nemusí mít hromosvod, ale musí být dobře uzemněny (kotevní lana).
Nekovové komíny musí mít 2 svody proti sobě, vzdáleny od sebe 2,5 m (po obvodě) a 1 m nad komínem.
Jímače musí být spojeny 0,5 pod horním okrajem komína. Svody na komínech se nesmí umisťovat do vnitř
komína. žebřík, který vede po komínu lze užít i jako náhodného svodu pokud má průřez 100 mm 2 .
Na chladících věží se umisťují 2 svody. Na 30 metrů obvodu (i započatých) se umisťuje 1 svod. Jímací zařízení
se vede jako okružní a je doplněno krátkými tyčovými jímači, které jsou rovnoměrně rozmístěny v poloviční
vzdálenosti než jsou svody.
Jeřábové dráhy musí být navzájem spojeny a uzemněny každých započatých 100 m, pokud je dráha kratší než
100 m musí mít dva zemniče. Kolejnice musí být po 20 m propojeny příčnými spojkami o průřezu 10 mm2 nebo
páskem 4 x 30 mm při uložení do dřevěných pražců, protože konstrukce slouží jako jímač a svod.
U lanové drah musí být uzemněny kovové podpěry. Osobní lanové dráhy musí mít uzemnění každých 250 m a
budovy musí mít hromosvod. Lana se uzemňují přes vodivé kladky. Nadzemní potrubí se před každým
vstupem do budovy uzemní, dále v nejvýše položených místech a každých dalších 500 m.
Potrubí, které je vedeno pod zemí se nijak zvlášť neuzemňuje. Kovová lešení umístěná nad střechou se
uzemní nejvýše po 30 m délky.
U objektu s nebezpečím požáru se provedou jímací zařízení se svody v normální rozsahu. Jímací vedení musí
být v dostatečné vzdálenosti od větracích šachet.
U objektů, kde kromě požáru hrozí i výbuch se jímací zařízení provede s polovičními vzdálenosti a svody v
dvojnásobném počtu. U mřížové soustavy jsou nejvyšší dovolené rozměry ok 10x15 m.
Odvětrávací zařízení se dělí na: a) Výbušná směs vychází
b) Výbušná směs vychází jen za neobvyklých pracovních podmínek a u nichž je namontovaná neprůbojná
pojistka (plamenojistka), u těchto odvětrávacích zařízení se montuje jímací zařízení nebo tyčový hromosvod,
aby nebezpečné pásmo těchto odvětrávacích zařízení bylo uvnitř ochranného prostoru.
c) Z nichž vychází výbušná směs s koncentrací nejvýše 50 % spodní meze výbušnosti, tak se tyto zařízení
pouze uzemňují.
Výrobny a sklady výbušnin se musí chránit před kulovým bleskem, jehož vlastnosti ještě nejsou zcela
prozkoumány.
1. Kategorie s větším množstvím výbušnin
2. Kategorie s menším množstvím výbušnin
Před přímým úderem blesku se objekty 1. kategorie chrání oddáleným hromosvodem.
a) stožárové hromosvody
b) závěsovým hromosvodem
c) klecovým s oky max 5x 5 m
Objekty druhé kategorie se chrání následujícími způsoby:
a) hromosvod s jímacími zařízeními s polovičními vzdálenostmi a dvojnásobným počtem svodů, mřížová
soustava s oky maximálně 10 x 15 m
b)hromosvod s mřížovou soustavou a oky 5 x 5 m upevněnou na nízkých podpěrách a s dvojnásobným počtem
svodů než u normálního hromosvodu
c) mřížová soustava s oky 5 x 5 m na vysokých izolačních podpěrách a dvojnásobným počtem svodů. Vodiče a
jímací zařízení musí být od objektu alespoň 0,5 m.
Ochrana před kulovým bleskem se realizuje kovovými síty v okně s maximálními rozměry ok 1 - 2 cm a z drátu
o průměru 1 mm a s jejich uzemněním.
V objektech s hromadným ustájením dobytka se jímací zařízení provádí v normálním rozsahu a počet svodů se
řídí dle půdorysu budovy. Zemniče musí být propojeny alespoň na podélných stranách. Kovové předměty se
uvnitř budov navzájem pospojují na uzemnění elektrických zařízení a hromosvodu. Celkový zemní odpor nesmí
přesáhnout 2 W.
Objekty se skladišti píce a slámy jsou vybaveny hromosvody v normálním rozsahu.
Další informace o hromosvodech
Skryté svody se nesmí ukládat do dilatačních spár, ale pod omítku, nejlépe do kanálku o minimální světlosti
(průměru) 3 cm, např. v nekovové trubce.
Za náhodný svod lze použít kovový předmět, který má průřez 100 mm2 , ale okapové potrubí se za náhodný
svod se nesmí použít.
Vedení svodu se musí chránit před mechanickým poškozením do výše 1,8 m trubkou, která musí být spojena s
vodičem hromosvodu nebo úhelníkovým štítem. Vedení má být z materiálu který nepodléhá korozi
(pozinkovaná ocel) a případně opatřena nátěrem.
Staré hromosvody
- Ponechávají se na místě, pokud nedošlo k jejich poškození
Pokud jsou kolem tyčových jímačů obtočeny svody, musí se odstranit a svod připojit na dolní konec tyčového
jímače.
Přerušené svody je nutno spojit tak, aby byl co nejmenší přechodový odpor.
Ochranný prostor
- Je prostor ochranného působení jímacího zařízení, tj. prostor, který je chráněný s určitým stupněm
spolehlivosti před zásahem bleskem.
- Ochranný prostor tyčového hromosvodu o výšce h, má tvar kužele o výšce h a průměru kruhové podstavy 3
h.
Připojení vedení svodů, spoje, zkušební svorky, označení svodů
Svody se k jímacímu zařízení připojují:
- svařováním
- pájením
- svorkami
- Spojů má být co nejméně a vodiče hromosvodu se spojují vhodnými svorkami - Spoje v zemi se chrání před
korozí, např. zalitím asfaltem - Každý spoj musí mít 2 svorky
Zkušební svorky u skrytých svodů (vedou v "budově") jsou ve skříňkách 0,6 - 1,8 m nad úrovní terénu.
Zkušební svorky u vnějších svodů jsou ve výšce 1,8 - 2 m nad zemí.
Zkušební svorky se po dohotovení nesmí opatřit žádným nátěrem !
Svorky se označují dle dokumentace a u hromosvodů s více než 2 svody se svorky číslují.
Dokumentace k hromosvodům
- Pro každé elektrické zařízení musí být zhotovena výkresová dokumentace
- Výkresová dokumentace k hromosvodům nemusí být zhotovena tehdy, má-li objekt jeden nebo 2 svody a
nepřesahuje 2 podlaží
- Projekt musí obsahovat půdorys zastřešení se zakreslením všech podstatných částí (jímače, spojení, svody,
zemniče) včetně konstrukcí a částí na hromosvod připojených
- Pokud ve výkrese nějaké informace chybí, musí se vyjádřit v technické zprávě
- Po dohotovení hromosvodu se případné změny do výkresové dokumentace doplní, dle skutečného stavu
Elektrické světlo a osvětlení
Podle jedné vědecké teorie je světlo pouze část spektra elektromagnetického záření. „Viditelné záření“ jak se
světlu také říká je v rozmezí 380 až 780 nm ve vakuu. Podle vlnové délky vzniká dojem „barvy“. Nejkratší
vlnovou délku má barva fialová a nejdelší vlnovou délku má barva červená.
Základní světelné pojmy a veličiny
Způsoby měření světelných veličin
Pojem
Radiometrický
Definice
Při zjišťování radiometrických veličin se bere v úvahu celé celé spektrum vlnových délek včetně
ultrafialového (UV) a infračerveného (IR) pásma, které jsou pro lidské oko neviditelné
Berou v úvahu jen lidským okem viditelný rozsah spektra (380 - 780 nm). Navíc mohou být definována
Fotometrický další omezení spektra. Pak se zjištěné veličiny vztahují jen na tu část spektra, která je definována údaji o
vlnové délce.
Veličiny vztahující se ke zdrojům záření
Veličina
Definice
Zářivý tok/Zářivý
výkon
Zářivá energie vyzářená světelným zdrojem za jednotku času, radiometrická jednotka [W]
Zářivá energie Q,
W/Množství záření
Zářivý výkon vynásobený časem (integrovaný v čase), jednotky [Ws], [J]
Světelný tok
F/Světelný výkon
Charakterizuje schopnost zářivého toku vyvolat zrakový jmem, fotometrická jednotka [lm]
Světelné
množství/Světelná
energie
Totéž co zářivá energie, avšak měřeno fotometricky, jednotka [lms]
Zářivost I/Intenzita
Zářivý výkon, který určitý zdroj světla vyzáří do určitého prostorového úhlu. Radiometrická
jednotka [W.sr-1]
Veličina udává kolik světelného toku vyzáří světelný zdroj nebo svítidlo do prostorového úhlu
v určitém směru, měří se fotometricky. Jednotky [cd], [lm.sr-1]
Svítivost I
Zář
Zářivý výkon, který určitý světelný zdroj vyzáří do určitého prostorového úhlu a který přitom
prostoupí určitou plochou. Radiometrická jednotka [W.m -2.sr-1]
Jas je měřítkem pro vjem světlosti svítícího nebo osvětlovacího tělesa jak je vnímá lidské oko,
měří se fotometricky, jednotky [lm.m-2.sr-1], [cd.m-2]
Jas L
Veličiny vztahující se k příjmači záření
Veličina
Definice
Intenzita ozáření
Zářivý tok, který dopadá na určitou plochu, radiometrická jednotka [W.m-2]
Světlení H
Stanovuje velikost světelného toku vycházejícího z plochy, měří se fotometricky. Jednotky [lx],
[lm.m-2]
Veličina udává jak je určitá plocha osvětlována, tj. kolik lm světelného toku dopadá na plochu
1m2, jednotka [lx]
Intenzita osvětlení
(osvětlenost) E
Ozáření
Intenzita ozáření násobena časem (integrována v čase), radiometrická jednotka [Ws.m-2]
Osvit H
Totéž co ozáření, avšak měřeno fotometricky. Jednotky [lms.m -2], [lxs]
Ostatní důležité pojmy a jejich význam
Pojem
definice
Prostorový úhel je úhel při vrcholu kužele. Jeho velikost je definována jako poloměr kulové plochy A,
kterou vyřezává úhel w v kruhové ploše o poloměru r a druhé mocnině tohoto poloměru.
Prostorový
úhel w
Jednotka je steradian. Prostorový úhel má hodnotu 1 steradian, když vyřízne z kulové plochy koule o
poloměru 1 m plochu 1 m2.
Veličina udává s jakou účinností je elektrická energie přeměňována na světelnou, tj. kolik lm
světelného toku se získá z 1 W elektrického výkonu [lm.W-1]
Měrný světelný
výkon mzd
Teplota chromatičnosti světelného zdroje je označována ekvivalentní teplota tzv. černého zářiče
Teplota
(Planckova), při kterém je spektrální záření těchto dvou zdrojů blízké. Spektrum žárovek a
chromatičnosti halogenových žárovek je velmi blízké černému zářiči, takže je zřejmá souvislost mezi spektrem s
teplotou chromatičnosti.
Index
barevného
podání Ra
Každý světelný zdroj byl měl podávat svým světelným tokem barvy okolí věrohodně, jak je známa z
přirozeného světla nebo světla žárovek. Měřítkem pro tuto vlastnost se stává všeobecný "index
barevného podání" Ra s rozsahem 100 až 0. Index podání barev Ra = 100 ukazuje na světelný zdroj,
který podává věrohodně všechny barvy spektru, čím je hodnota nižší, tím méně věrohodněji jsou barvy
podány. Jeli Ra = 0, dochází k tome, že některé barvy nejsou podány vůbec, dochází tak ke značnému
barevnému zkreslení.
Definice základních jednotek pro osvětlení
Veličina Jednotka
Definice
Světelný
tok
Lumen
Bodový zdroj světla vysílá do prostorového úhlu 1 steradian světelný tok 1 lumenu, je-li
svítivost tohoto zdroje ve všech směrech 1 candela.
Osvětlení
Lux
1 Lux je osvětlení plochy na jejíž m2 dopadá rovnoměrně rozložený světelný tok 1 Lumenu.
Svítivost
Candela
1 Candela je svítivost 1/600 000 m2 povrchu absolutně černého tělesa, ve směru kolmém k
tomuto povrchu při teplotě tuhnutí platiny 1768 °C a při normálním tlaku 101 325 Pa.
Doporučená osvětlení
ČSN 35 0450 - Umělé osvětlení vnitřních prostorů
ČSN 36 0451 - Umělé osvětlení průmyslových prostorů
ČSN 36 0452 - Umělé osvětlení obytných budov
Situace/Pracoviště
Hodnota osvětlení [lx]
Světlo hvězdné oblohy za bezměsíčné noci
0, 1
Noc za úplňku
0,3
Svíčka ze vzdálenosti 1 m
1
Večerní osvětlení ulic
20 - 40
Vnitřní, málo frekventované komunikace
20 - 50
Skladové prostory, hygienická zařízení
50 - 100
Hrubé práce, pracoviště v domácnosti
100 - 200
Kuchyně
250
Pracoviště ve škole
500
Pracoviště v kanceláři
750
Osvětlení pro rýsování
1 000
Pracoviště zlatníka
2 000
Pošmouraný zimní den
3 000
Speciální výrobny a laboratoře, montáž mikroelektroniky
5 000 - 10 000
Stíny za slunečného zimního dne
10 000
Operační sály, ambulance pro speciální zákroky
10 000 - 20 000
Pošmouraný letní den
20 000
Jasný letní den
100 000
Svítidla
Světelně technické vlastnosti
Vlastnosti vedou ke změnám v prostorového rozložení světelného toku zdroje. Toho lze dosáhnout, aplikujemeli některou ze zákldních typů světelně činných částí.
Obrázek
Druh světelně aktivní plochy
Reflektor
Refraktor
Rozptylovač
Kombinovaný systém
Rozložení světelného toku
Třída rozložení světelného
toku
Rozložení světelného toku v % toku svítidla
Svítidlo
Obrázek
Do dolního
poloprostoru
Do horního
poloprostoru
I
Přímé
nad 80
do 20
II
Převážně přímé
60 až 80
40 až 20
III
Smíšené
40 až 60
60 až 40
IV
Převážně
nepřímé
20 až 40
80 až 60
V
Nepřímé
do 20
nad 80
Úhel clonění
Je nejmenší ostrý úhel d je nejmenší ostrý úhel mezi vodorovnou rovinou a přímkou spojující okraj stínidla s
primárním světelným zdrojem (vláknem u čiré žárovky, povrchem žárovky s opálovou a matovou baňkou,
povrchem trubic zářivek či hořákem výbojky s čirou baňkou)
Kryty svítidel
V případě použití světelně činných materiálů umožňujících postup světla rozeznáváme kryty:
Druh krytu
Charakteristika
Průhledné
Propouštějí světlo výrazně přímo, bez rozptylu a mají obvykle vysokou hodnotu prostupu.
Průsvitné
Propouštějí světlo převážně rozptylně.
Neprůsvitné Prakticky nepropouštějí světlo.
Barevné
Jejich spektrální činitel prostupu světla je nestejný při různých vlnových délkách v oboru viditelného
záření.
Elektrické vlastnosti
Tyto vlastnosti mají zajistit spolehlivé (funkční) a bezpečné připojení svítidla na elektrizační soustavu:
- Malého napětí (do 48 V)
- Nízkého napětí (do 250 V)
- Napětí nad 250 V
Tyto vlastnosti budou získány při splnění níže uvedených podmínek:
Krytí živých částí
- Chráněné před dotykem prstem (IP 20)
- Polokryté, chráněné před svidle kapající vodou (IP 21)
- Kryté, chráněné před dešťem (IP 23)
- Zavřené, chráněné před stříkající vodou (IP 44)
- Těsně zavřené, částečně chráněné před prachem a stříkající vodou (IP 54)
- Nepropustné, chráněné před tlakovou vodou i prachem (IP 67)
- Ponorné, ochrana před tlakovou vodou při stanoveném tlaku (IP 68)
Ochrana před nebezpečným dotykem
- Svítidla třídy ochranny 0 jen s pracovní izolací
- Svítidla třídy ochranny 0I jen s pracovní izolací a s ochrannou svorkou, s pohyblivým přívodem bez
ochranného vodiče a se siťovou vidlicí bez ochranného kontaktu.
POZOR: Zařízení třídy ochrany 0 a 01 je v ČR povoleno používat jen za speciálních podmínek !
- Svítidla třídy ochranny I, s ochranným spojením (ochranná svorka a ochranný kontakt)
- Svítidla třídy ochranny II s dvojitou nebo zesílenou izolací
- Svítidla ochrany III určená pro malé napětí (SELV)
Požární odolnost
Odvozuje se z materiálů, ze kterých je svítidlo vyrobeno.
- Kovová
- Skleněná
- Plastová
- Dřevěná
- Kombinace materiálů
Každý z těchto materiálů má přesně stanovenou maximální propustnou provozní teplotu zajišťující požární
bezpečnost.
Nevýbušné provedení
Určuje apliakci svítidel
- Zajištěné provedení (Exe, dříve Ex0)
- S pevným závěrem (Exd, dříve Ex3)
- Se závěrem s vnitřním přetlakem (Exp, dříve Ex6)
- Jiskrové bezpečné provedení (Exi, dříve Ex9)
Aplikační vlastnosti
Jsou vlastnosti svítidla v daném prostředí bez důsledků negativního ovlivňování.
Umístění
Svítidla
Vnitřní
- Bytová
- Pro společenské místnosti
- Průmyslová (např. dílny)- Zvláštní (např.
divadelní)
- Zdravotnická (např. vyšetřovny)
Venkovní
Speciální
- Pracovní osvětlení (např.
- Světlomety (např. budov)
průmysl)
- Návěstidla (např. silniční, letecký
- Veřejné osvětlení (např. uliční) provoz)
- Pro železnici, dopravní
prostranství
- Pro letiště, hangáry
Upevnění
Svítidla
Stacionární (pevná - nepohyblivá)
- Stropní
- Nástěnná
- Závěsná
- Konzolová
- Výložníková
- Na podpěře
- Dříková
- Vestavná
Klimatické určení
- Tropy
- Agresivní látky (např. chemické)
- Mikrobiologické učinky
Nestacionární (pohyblivá s přívodem)
- Stolní
- Stojanová
- Ruční
- Kloubová
Zdroje elektrického světla
a) žárové (teplotní) zdroje
b) výbojkové zdroje
Žárové (teplotní) zdroje
Vykazují světlo z vlákna, kterým prochází elektrický proud, do teploty 500 °C. Zdroj vydává převážně záření
infračervené a tepelné, tzv sálavé teploty.
Od teploty cca 1500 °C je zbarvení červené.
Od teploty 1300 °C je zbravení žluto-červené.
Od teploty 1600 °C je zbravení žluté až bílé. Z vyřázené energie je 92 % energie teplená a z 8% je energie
světelná. Žárové zdroje obsahují všechny barvy.
Žárovky
Vlákno je z wolfranu a teplota vlákna žárovky vakuové je asi 2000 °C. V žárovce plněné plynem je teplota
vláknaa asi 2600 °C. Čím větší je teplota vlákna, tím větší je výkon žárovky. Do 25 W jsou žárovky vakuové,
nad 25 W jsou žárovky plněné plynem nejčastěji argonem nebo kryptonem s dusíkem. Životnost žárovky je asi
1000 hodin. < p>
Patice žárovek můžou být bajonetové nebo závitové. Závitové patice mají Epísonův závit a značí se písmen E
a průměr závitu.
E10 (trpasličí závit)
E14 (malý závit - Mignom)
E27 (střední závit - „normální“)
E40 (velký závit - Goliáš)
Bajonetová patice žárovek se používá tam, kde je potřeba u žárovek zajistit vhodnou polohu.
Halogenová žárovka je plněná plynem s příměsí halogenu, nejčastěji je to jód.
Výhody halegonových žárovek
a) teplota vlákna může být vyšší než u obyčejných žárovek
b) stěna baňky nečerná
c) na baňce nekoroduje wolfran, průměr baňky se může volit menší.
Výbojové zdroje
Světlo vzniká při elektrickém výboje v ionizovaných plynech, v kovových parách nebo v jejich směsi. Ionizovaný
plyn obohacuje nosiče elektrického náboje - elektrony a ionty a stává se elektricky vodivý. Odpor výboje klesá
klesá s rostoucím proudem, proto nel ze výbojové zdroje připojovat na síť přímo, ale vždy jen s předřadníkem.
Tím může být rezistor nebo tlumivka, například rozptylový transformátor.
Rozdělení výbojových zdrojů:
a) Podle elektród
Se studenými elektrodami (neónové, rtuťové a sodíkové výbojky). S elektrodami žhavenými po celou dobu
svícení, výboj je nesamostatný, sám sám se bez žhavení elektród neudrží. Žhavící elektrody se používají jen
pro zapálení výboje, např. u zářivek.
b) Podle náplně
Plnem je dusík, oxid uhličitý, vzácné plyny (neón, hélium, argon, kryptom). Kovové páry (rtuť a sodík) v
rtuťových výbojkách získávají požadované zbarvení povlakem stěn trubic - Luminofór. Což je látka, která po
ozáření vydává zářivou energii na vyšších vlnových délkách, než je záření, které luminofor přijal.
Svíticí trubice
Výbojové zdroje se studenými elektrodami plněné vzácným plynem s nízkým tlakem. Mají tvar trubic a zapojují
se do série. Na 1m délky trubice je zapalovací napětí 100 - 500 V. Zbarvení světla je zá vislé na náplni.
Neón - červené
Hélium - bílo-oranžové
Neón se rtutí - modré
Neon s argonem - zelené
Zářivky
Jsou to nízkotlaké svíticí trubice plněné parami rtuti. Ultrafialové záření výboje mění vrstva luminoforu (vrstva
pokrývající vnitřní povrch trubice) ve viditelné záření (světlo). Hlavní náplní je rtuť a pro snadnější zapálení se
přidává argon. Zbarvení je buď bílé nebo růžové, barvy zbarvení dosáhneme volbou vhodného luminiforu.
Zářivka se připojuje na síťové napětí 230 V/50 Hz v sérii s tlumivkou. Elektrody se musí před zapálením
nažhavit a potom zvýšením napětím zápálit, k tomu slouží starter, nejčastě ji doutnavkový. Doutnavka má 2
elektrody, jedna je pevná a druhá je z dvojkovu (bimetal). Za studena se elektrody nedotýkají, v doutnacvce
starteru, vznikne doutnavkový výboj, kterým se elektroda z dvojkovu zahřeje a prohne. Až se obě elektrody
spojí, od tohoto okamžiku prochází elektrodami zářivky velký elektrický proud a elektrody se rožhaví na teplotu,
při které dochází k emisím (náplň zářivkové trubice se ionizuje). V doutnavce se ochlazují elektrody a opět se
rozpojí. V zářivce se zapálí výboj a ta začne svítit, protože napětí na zářivce je menší než napětí doutnavky ve
starteru, doutnavka již nezapálí. Kondenzátor ve starteru je asi 0,005 mF a zlepšuje zapalovací podmínky a
omezuje rušení rozhlasu. Učiník zářivky s předzařenou tlumivkou je menší než 0,5 a kompenzujeme ho na
hodnotu 0,95 kondenzátorem C2 jehož kapacita je pro příkon 40 W 4,5 mF a pro 120 W je 20 mF.
Rtuťové výbojky (se rtuťovými parami)
Baňka bývá naplněna směsí argonu a dusíku. Vnitřní povrch baňky je pokryt luminoforem (mění ultrafialové
záření na viditelné světlo), náplň hořáku je rtuť a argon. Připojíme-li rtuťovou výbojku na napětívnikne doutnavý
výboj argonu mezi pomocnou elektrodou a bližší hlavní elektrodou, začne se ionizovat prostředí a výbojka se
začne zahřívat. Zahříváním se začne vypař ovat rtuť ažvýboj přeskočí na hlavní elektrody. Zápalné napětí je
asi 180 V. Plného světelného toku se dosáhne asi za 5 minut.
Sodíkové výbojky
Nízkotlaké sodíkové výbojky
Vysokotlaké sodíkové výbojky
Nízkotlaké mají hořák ve tvaru U ze skla (tlak je několik
Pascalu), hlavní náplní hořáku je sodík, pomocná náplň pro
zapálení pomocného výboje je neon. Hlavní elektrody jsou z
wolfranu a jsou pokryty vrstvou bária pro usnadnění emise.
Elektrody se rozžhaví na teplotu 800 °C. Až těď dochází k emisi.
Vysokotlaká sodíková výbojka má tlak par až 10 4
Pascalu, teplota hořáku je 1250 °C. Světelný výkon je
menší než u nízkotlakých výbojek. Hlavním zdrojem
zářením jsou páry sodíku mimo sodíku je v hořáku
také argon, neon a rtuť.
Halogenidové výbojky
V hořáku jsou kromě rtuti další kovy a to v halogenidových sloučeninách. U výbojek menších výkonů se na
stěně baňky používají luminofory. Zapalovací napětí bývá 1,5 - 3 kV. K zapalování se používají zvláštní
obvody.
Zásady správného osvětlení
a) vytvořit příznivé podmínky v vidění, t.j. které zabraňují předčasné únavě a úrazu
b) vytvořit doboru světelené pohodu (přijemné pocity, dobrou náladu, atd.), přiměřená intenzita světla.
c) oslnění, ruší zrakovou pohodu, může být přímé (světelnými zdroji a svítidly) nebo nepřímé (odrazem světla)
závisí na velikosti oslňující plochy, na její poloze v zorném poly a na kontrastu jasu vzhledem k okolí
Stroboskopický jev
Je důsledek kmitání světelného toku kmitočtu 50 Hz, dojde v zářivce k výboji 100x za sekundu - 100x zářivka
¨zhasne. Kmitání světla způsobuje únavu jasu, stroboskopický jev zkresluje pohyb a tím přivodit úraz. Při
osvětlení otáčejícího stroje (např. vřetena vrtačky) zářivkou nebo výbojkou může při určitých otáčkách
vzniknout dojem, že stroj stojí. Stroboskopický jev můžeme zmírnit použitím nekolika zářivek (nejlépe v jednom
svítidle) a fázovému posunutí proudu v obvodu na některé z nich.
Vlastnosti elektronických součástek
Elektronické součástky, dělíme podle funkce na čtyři skupiny:
Druh
součástek
Charakteristika
Aktivní
součástky
Mají elektrické vlastnosti (odpor, kapacita, přenosové vlastnosti, atd.) jsou proměnné a řiditelné změnou
napětí nebo proudu přivedeného na jejich vývody. Patří sem například elektronky, tranzistory,
integrované obvody, spínací polovodičové součástky a některé druhy diod.
Pasivní
součástky
Mají elektrické vlastnosti stálé a v širokých mezí nezávislé na přivedeném napětí nebo proudu, jsou to
například rezistory, kondenzátory, potenciometry, pojistky.
Konstrukční
prvky
Uplatňují se funkcí mechanickou (skříně, kostry, panely, převody, ovládací knoflíky, atd.) nebo funkcí
elektromechanickou (přepínače, desky s plošnými spoji, konektory, svorkovnice) nebo ve funkcí
elektroakustických (mikrofony, reproduktory) nebo elektronických měničů, relé, motorky a jiné.
Pomocné
materiály
Patří sem pájecí prostředky (cín, pájecí pasta, kalafuna) zakapávací a impregnační laky, vosky, atd.
Jakost součástek
Elektronické součástky rozdělujeme také podle jejich jakosti do tří skupin:
a) Součástky běžné jakosti (spotřební)
b) Součástky pro investiční celky (vysílače, přijímače)
c) Součástky speciální jakosti (pro vojenskou a kosmickou techniku)
Součástky běžné jakosti mívají menší přesnost hodnot, užší rozsah provozních teplot a menší zatížitelnost.
Součástky běžné jakosti musí vykazovat určité zaručené parametry a naopak součástky speciální jakosti
nemusí mít všechny vlastnosti nejlepší, ale třeba jenom jednu například menší změny vlivem okolní teploty,
delší životnost, atd. Elektronické součástky musí odolávat povětrnostním vlivům, tzv klimatická odolnost a také
chvění, pádům, účinkům nízkého tlaku vzduchu ve velkých výškách. Elektrické vlastnosti, jsou ale vždy
prvořadé a vycházíme z nich při volbě součástek. Stupeň klimatické odolnosti je velmi důležitý pro zařízení,
která musí pracovat spolehlivě za všech okolností (rozhlasové a televizní vysílače, směrové spoje, atd.)
Volba součástek
Záleží na účelu, v němž má přístroj pracovat na ekonomičnosti (cena speciálních součástek je mnohokrát
vyšší) a dosažitelnosti. Pro konstrukci elektronických zařízení pro mírné klima si vystačíme se součástkami
běžné jakosti. Do klimatických vlivů je potřeba zahrnou korozi, kterou způsobují kouřové a výfukové plynu,
hmotné částečky (prach, popílek), vodní srážky (orosení, déšť, sníh) a biologičtí činitelé (plísně, hmyz,
hlodavci). Pro zařízení provozovaných například v místnostech nemusíme ke klimatickým vlivům přihlížet.
Zacházení se součástkami
Každou součástku před použitím musíme prohlédnout a zkontrolovat, nejsou-li vývodní čepičky uvolněné, neníli kondenzátor prasklý je dobré součástku přezkoušet a změřit hodnoty a izolační odpor. Nové součástky se
většinou připojují pájením a přitom se mohou poškodit. Teplota pájecího hrotu bývá až 350 °C nebo se také
mohou poškodit elektrickým výbojem ze sítě při svodu tělíska páječky, apod. toto platí hlavně pro tranzistory,
integrované obvody a pro polovodičové součástky. Poškodit se mohou i mechanicky, například nalomením
vývodního drátku, který se ohne v ostrém úhlu těsně u součástky. Přitom může prasknout izolátor, kterým
prochází vodič. Pájení v elektrotechnice je převážně měkké. Hlavně se používá cín, je to pájka složená z cca
60 % cínu a 40% olova. Větší procento olova zhoršuje pájitelnost a spoj krystalizuje, křehne a oxiduje. Jako
čistící prostředek se má používat kalafunu, roztok kalafuny v lihu nebo nekorodující pasty, nikdy se nemá
používat klempířská letovací voda, protože chholorid zinečnatý se salmiakem vypouští páry, které vznikají při
styku s hrotem horké pájky a působí dlouhodobě korozi a poškození součástek v širokém okolí pájeného místa.
Pájecí očka, vývody kondenzátorů a rezistorů bývají výrobcem pocínovány nebo postříbřeny. Skladováním v
nevhodném prostředí povrch součástky oxiduje a oxidy brání v dobrému přilnutí cínové pájky a proto je dobré
před pájením tato místa očistit škrabkou nebo nožem. Pájet musíme co nejkratší dobu, součástku nebo vývod
držíme a nepohybujeme sním dokud cínová pájka nepřilne a cín se nerozteče. Nesmíme tvrdnutí urychlovat
ochlazováním, protože ochlazením spoj křehne a je málo pevný. Dobře spájené místo má zůstat lesklé i po
vychladnutí. Zbytky pájecí pasty odstraníme hadříkem namočeným v lihu. Pájecí pasta bývá příčinou
usazování prachu a to zhoršuje izolační vlastnosti. Při pájení polovodičových součástek odvádíme teplo
plochými kleštěmi nebo lékařským peanem. Dovolená teplota u vnitř tranzistoru bývá 75 °C a teplota pájky
bývá 300°C - 350 °C.
Spolehlivost a životnost elektronických součástek
1) Nikdy nedopustit překročení dovolených parametrů součástek (tyto hodnoty, jsou uvedeny v technických
podmínkách výrobce nebo v katalogu)
2) Vždy se snažíme použitou pro jmenovité zatížení alespoň o stupeň vyšší
3) Při zvýšené teplotě okolí vzniklé při provozu přístroje nesmíme zatěžovat rezistory jejich jmenovitým
příkonem podle pokynů výrobce
4) Parametry součástek nezůstávají konstantní, ale mění se vlivem teploty, vlhkostí, velikosti napětím, stářím,
skladováním. Nejcitlivější na změnu teploty jsou polovodičové součástky, hlavně tranzistory a diody. Také
velice citlivé na změny teploty jsou elektrolytické kondenzátory a keramické kondenzátory s velkou permitivitou.
Zacházení s polovodičovými součástkami
Jakýkoliv zásah na zakoupené součástce, například zkrácení vývodu, její pájení ruší záruku. Každá
polovodičová součástka i nepolovodičová se musím vyzkoušet, změřit bez pájení a zkracování vývodu. Bez
pájení lze diody, tranzistory, integrované obvody připojovat do vhodných objímek. Usnadní to jejich pozdější
výměnu, naproti tomu tu je zhoršení dotyku v kontaktních místech, vlivem otřesů a koroze může zhoršit činnost
přístroje, způsobit poruchy šum, praskoty i vynechání činnosti, jejichž původ se obtížně hledá. V současné
době se součástky pájejí do desek s plošnými spoji a to stěžuje jejich demontáž. Některé součástky například
tranzistory, diody, integrované obvody jsou choulostivé na poškození elektrickým výbojem, který na ně může
vejít ze síťové elektrické páječky z ruky pracovníka, který si například otřel ruky do pracovního obleku, tím jeho
ruka získala elektrický potenciál a při dotyku na choulostivou polovodičovou součástku se vybije a může jí i
zničit. Z technologického hlediska se k výrobě plošných spojí užívá metod odčítacích, přídavných a
polopřídavných. Vícevrstvé desky se nazývají laminátové. Většina používaných technologií je kombinacích
těchto metod a většina desek s plošnými spoji má buď pokovené a nebo nepokovené otvory, do kterých se
součástky usazují. Jednotlivé druhy desek s plošnými spoji se rozdělují na základě těchto technologických
charakteristik:
a) Jednovrstvá a dvojvrstvá deska bez pokovených otvorů
b) Jednovrstvá a dvojvrstvá deska s pokovenými otvory
c) Více vrstvená deska vznikne skladbou dvojvrstvých desek na sebe a mezi ně se vkládá speciální izolační
vrstva a celá sestava se zalaminuje do první desky. Otvory jsou nejčastěji pokovené
d) Kombinované desky jsou obvykle tuhé do kterých jsou zalaminovány ohebné plošné spoje
e) Speciální desky jedno či více vrstvené. Na keramické podložce se plošné spoje tvoří metodou tenkých a
tlustých vrstev
Spojování součástek
Občas potřebujeme součástku, která má určitou hodnotu a není v normalizované řadě. Řešením je spojit dvě
nebo více součástek sériově nebo paralelně tak, aby součet jejich hodnot dal hodnotu součástky požadované.
Součástka
Rezistory
Sériové spojení
Paralelní spojení
Spojíme-li dva rezistory do série, bude jimi protýkat
stejný proud a celkové napětí se bude rovnat dílčím
napětím, celkové napětí je rozložena na jednotlivé
rezistory v poměru odpovídajícím jejich odporu. Celkový
odpor je roven součtu dílčích odporů.
Spojíme-li dva rezistory paralelně, proud se
rozdělí na dvě části, ale napětí na obou
větvích bude totožné. Celková hodnota
odporu bude vždy nižší než nejnižší hodnota,
kteréhokoliv zapojeného rezistoru.
Spojíme-li dva kondenzátory do série, bude jimi protýkat
stejný proud a tudíž i stejný elektrický náboj za jednotku
času. Celkové napětí je součtem dílčích napětí, při čemž
Kondenzátory
se daný kondenzátor na tím nižší hodnotu napětí , čím
větší je jeho kapacita. Celková hodnota kapacity je vždy
menší než hodnota nejmenšího kondenzátoru
Cívky
Spojíme-li dvě cívky do série, budou se jednotlivé
indukčnosti sčítat, včetně indukční reaktance XL, ale i
ohmický odpor cívek za předpokladu, že cívky mají
výhradně indukčnost a nepůsobí mezi nimi vzájemné
vazby. Pokud dochází k zájmennému působení, tedy že se
sčítají magnetická pole (kladný součinitel vazby), v tom
případě je celková indukčnost větší než jejich součet.
Budou-li, ale zapojeny rovněž v sérii, ale “obráceně“, tj. s
opačným vinutím, bude mezi nimi působit silná vzájemná
vazba (součinitel vazby k=100%) se bude celková
indukčnost rovnat 0.
Spojíme-li dav kondenzátory paralelně,
pojmou současně stejně velký náboj při
společném napětí. Proto je jejich kapacita
dána součtem dílčích hodnot kapacit.
Paralelní zapojení se používá ve
vysokofrekvenční technice (vysílače,
přijímače) k přepínání vlnových rozsahů a
indukčnost se v tomto zapojení (paralelně)
snižuje (totéž jako u rezistorů). U paralelního
zapojení nepředpokládáme, že by docházelo k
vzájemné vazbě. U paralelního zapojení je
celková indukčnost menší než indukčnost,
než je indukčnost kterékoliv cívky.
Zacházení s integrovanými obvody CMOS
V prodejně
Sledujeme jestli je prodávaná součástka v originálním obalu nebo uložený do vodivého, tj. uhlíkem
napuštěného obalu. Vyhovuje i hliníková fólie, kterou vývody (nožičky) propíchly a jsou takto vodivě spojeny
(zkratovány). Integrovaný obvod může být uložen i v kovové trubičce. Neošetřený, tj. nechráněný obvod
rozhodně nekupujte.
Na pracovišti
Obvod nezbavujeme ochrany, jestliže s ním nechceme ihned pracovat. Nikdy se nedotýkáme "nožiček",
nejsou-li "zkratované" alespoň alobalem. Týká se to jejich přihýbání, rovnání apod. Při manipulaci držíme
obvod za pouzdro, nejlépe speciální kovovou pinzetou, z které se pouzdro nemůže vysmeknout.
Okolí pracoviště
Odstraníme předem plastické hmoty, protože většina z nich je příčinou elektrostatického náboje. Jde o různé
plastové obaly a pouzdra, nářadí s plastovými držadly, pravítka, tužky, ale i některé knihy s plastovými
deskami. Rovněž předměty se silnou vrstvou laku mohou přispívat ke vzniku statického napětí. Patří sem
kostry židlí, stoly, stojánky, atd. Samozřejmě nebudeme sedět na židli, jestliže sedadlo nebo opěradlo je
polstrované syntetickou textilií. Také vadí pohyb po syntetickém koberci se suchým vzduchem v místnosti.
Nezvolíme-li jinou alternativu, pak na stole umístíme pracovní desku z vodivého materiálu, nejlépe z tvrzeného
hliníku - duralu, čímž se rozumí s uzemněným předmětem, jako je např. vodovod (pokud není z plastového
potrubí). V žádném případě se k zemnění nesmí použít ochranný kontakt zásuvky.
Nejde-li to jinak, pokusíme se o vlastní uzemnění zjednodušeným způsobem. Vyhoví kovová deska zakopaná v
zemi ve větší hloubce než 1 metr. S pracovištěm se propojí holým drátem o silnějším průřezu.
Konstruktér
Musí být spojen s kovovou deskou. Jednoduše to jde pomocí kovového náramku hodinek, který připojíme
ohebným vodičem. Do série ještě zapojíme rezistor, jehož odpor nemá přesahovat 100 kW, jinak je takovéto
zemnění málo účinné.
Pájení
Úplně nevhodná je transformátorová páječka. Jednak jí nelze příliš dobře uzemnit a navíc je sama zdrojem
napěťových špiček. Vznikají především při vypnutí, když je proud v transformátoru v maximálním rozkmitu.
Indukované napětí se pak dostane na sekundár a drátěnou smyčkou pak na vývod CMOS. Pro pájení
integrovaných obvodů CMOS i jiných se nejlépe hodí páječky s odporovým tělískem na nízké napětí 12 V nebo
24 V, které jsou uzemněné. Správná teplota se má pohybovat od 300 do 400 °C a doba pájení by neměla být
delší než 5 sekund,za předpokladu, že máme dobře připravené plošné spoje, tj. čisté a ošetřené roztokem
kalafuny v nitroředidle nebo jiným komerčním pájecím lakem proběhne pájení bez problémů.
Měření
Měřící přístroje jako voltmetry, milivoltmetry používané při uvádění zařízení do chodu, jsou většinou připojeny
jedním vývodem k zemnícímu plošnému spoji, takže odtud nebezpečí nehrozí. Předpokladem je, že zemnící
vodič připojujeme jako první a odpojujeme jako poslední.
Zacházení s deskami
Předpokládáme-li složitější manipulaci s deskami osazenými obvody CMOS, pak nejjistější ochranu
představuje propojení všech vývodů a spojení se zemí. Zemnění je třeba zajistit i v samotném přístroji, kam
budeme desky vkládat.
Vodiče zapojujeme v následujícím pořadí:
- Zemnící vodič
- Vodiče s napájejícím napětím
- Vstupy
Ale pak nesmíme odpojit "zkratovací" vodiče. Musíme-li desku již osazenou součástkami někam transportovat,
jinam, pak kromě propojení vývodů chráníme desku zabalením do alobalu.
Další nebezpečí pro integrované obvody CMOS
V elektrické síti se totiž občas vyskytují napěťové špičky např.:
- Induktivní špičky vlivem odpojení silných spotřebičů
- Přechodové jevy vznikající u některých zvláštních spotřebičů
- Atmosférická přepětí (bouřka)
Proto do zásuvek, ze kterých napájíme složitá elektrická zařízení např. počítače vkládáme tzv. přepěťové
ochrany, aby zachytily náhodná mžiková napětí při přechodných stavech a tím ochránily připojené elektrické
zařízení.
Při práci CMOS by nemělo být výstupní napětí síťového zdroje spojeno s kostrou transformátoru prostřednictví
záporného pólu, protože např. v panelových domech s mnoha podlažími jsou rozvedeny porůznu, z toho
vyplývá, že všechny tři fáze nebudou stejnoměrně zatíženy, tudíž bude nulovacím vodičem protékat
vyrovnávací proud.
Jediné řešení je použít oddělovací transformátor, který má transformační poměr 1:1. A žádný vodič výstupního
napětí již nelze označit jako fázový a žádný není spojen se zemí, tedy ani jeden z nich proti zemi nevykazuje
napětí. Pouze mezi sebou mají síťové napětí. Žádný z obou vodičů samostatně neohrožuje uživatele, který je
spojen s potenciálem země.
Technologický postup pájení
Pájecí nástroje
- Nejlepší páječka je o výkonu 15 - 30 W s trvanlivým hrotem o šířce 2 mm.
- Pro pájení používáme kvalitní cín o 60 % cínu a 40 % olova s integrovaným tavidlem, které se při pájení
odpařuje a tím zabraňujeme oxidaci pájeného místa. Doporučený průměr pájky je 1 mm.
- Pájecí prostředky jako pájecí pasta či pájecí voda není vhodné používat, protože pájená místa časem
korodují.
Transformátorová páječka
Má výkon obvykle kolem 70 W a 100 W. Práce s ní je pohotová, ale né vždy kvalitní.
Nevýhoda: Měděný drátek - smyčka, která se připojuje k vývodům sekundárního vinutí transformátoru páječky
se brzy zničí (přepálí). Stane se na hrotu, kde je největší teplo a zároveň i největší odpor. Od tohoto místa se
teplo šíří k pájenému spoji. Drátová smyčka páječky po krátké době začne slábnout čímž se zmenšuje průřez a
zvětšuje odpor a tím se tepelná energie soustřeďuje do jednoho bodu. Cín se sice prohřeje, ale nestačí se
prohřát okolí. Často na takovém místě dojde k nadměrnému ohřátí plošného spoje čímž se fólie odloupne od
podkladu.
Velkou roli hraje upevnění pájecí smyčky. Jestliže pájecí smyčka není řádně upevněná dochází ke značným
ztrátám. Projevují se vznikem tepla v místě přechodového odporu a zároveň lze pozorovat zmenšení tepelného
výkonu páječky. Někdy se může teplem poškodit plast, který drží vývody sekundárního vynutí u sebe, jindy
dokonce i plast mezi vývody sekundáru.
Po několikeré výměně drátové pájecí smyčky dochází k poškození závitu v měděném trámečku sekundárního
vinutí. Pokud se šrouby vymění za delší má to za následek,pokud šrouby přesahují trámeček a dotýkají se
další ztráty. Projeví se to zvýšením teplem v místě připojení smyčky, protože část proudu se prochází přes
dotýkající se šrouby.
Abychom zabezpečili řádné upnutí pájecí smyčky, je nutno dodržovat tyto zásady:
- Používáme takovou délku šroubů, aby při přišroubování drátové smyčky nevyčnívaly konce šroubů z hranolků
sekundárního vývodu. Avšak využijeme celé hloubky závitu v trámečku, takže závit v mědi bude méně
namáhán.
- Odírání závitu v mědi zmenšíme namáznutím šroubu vazelínou před přišroubováním. Až se při výměně
smyčky vyšroubuje nebude zanesen mědí, kterou sedřel ze stěn závitu, do místa styku sešroubovaných míst
vazelína nepatří.
- Zmenšíme přechodový odpor v místě připojení pájecí smyčky tím, že obtočíme konec smyčky kolem šroubu
(vytvoříme "očko"). Tím se zvětší plocha, kterou se dát dotýká hranolku i hlavy šroubu. Dále ještě pomůže
zapilování kulatého očka na "plocho" čímž se ještě více zvětší styčná plocha.
- Zmenšení přechodového odporu dosáhneme rovněž opatrným spilováním nebo seškrábnutím niklu na
trámečku, v místě připojení očka. Někdy postačí opatrné osmirkování. zoxidovaného povrchu. V žádném
případě se nesmí narušit rovina plochy, jinak bychom situaci spíš zhoršili.
Transformátorová páječka může být i životu nebezpečná. Někdy totiž dojde k přehřátí transformátoru a k
poškození izolace mezi sekundárem a primárem. Pak se může na sekundár dostat fáze. Samozřejmě se tak
nestane při normálním používání páječky. Výše popsaná situace se stane pokud necháte páječku zapnutou
příliš dlouho.
Novější páječky používají místo měděných smyček krátký hrot z odporových materiálů, obvykle slitiny niklu.
Takový hrot vydrží v dobrém stavu mnohem delší dobu a k vzhledem k většímu odporu, vydá i více tepla.
Nevýhodou těchto páječek je vyšší cena.
Páječky s odporovým tělískem
Někdy se nazývají mikropáječky. Jsou napájeny ze síťového transformátoru a jejich napájecí napětí je 12 V
nebo 24 V.
Hrot mikropáječky se ohřívá odporová spirála a páječka je vyhřívána trvale. Dokonalejší typy jsou vybaveny
regulátorem (když páječka nepájí, sníží se příkon).
Výhoda: Jeden z výměnných hrotů má na konci provrtaný otvor o průměru cca 1 mm. V otvoru se drží cín ,
který se snadno přenese na pájený spoj. otvorem se hrot nasadí na vývod součástky, případně se v pájecím
bodě trochu pootočí. Přitom se rychle prohřeje jak vývod součástky, tak i fólie plošného spoje. Nahromaděná
tepelná energie přejde z hrotu na pájené místo - "dokonalý" spoj. Při oddálení součástky se přebytečný cín
vytáhne z plošného spoje směrem k vývodu součástky, takže na spoji zůstane jen potřebné množství cínu.
Směrem k vývodu se cín zužuje.
Další výhoda je že hrot je úzký takže nedojde k překlenutí dvou míst cínem.
Tím, že se hrot stále nahřívá, akumuluje dostatek tepla, které pak může předat pájenému spoji. Samotné místo
přitom nepřehřívá, jak se často stává u transformátorové páječky. K přednostem počítáme i výhodné pájení
moderních integrovaných obvodů CMOS, které jsou velmi choulostivé na průraz náhodným napětím.
Nevýhoda: Vyšší cena
U obyčejných páječek (bez regulátoru teploty) se teplota pájecího hrotu výrazně mění. Neodvádí-li se teplo
(když je páječka odložena), většinou se přehřívá. Cín na hrotu se přepaluje a nový cín se s přiložením hrotu
odvaluje v kuličkách a nepřilne.
Přípravné práce
- Místa, která se mají pájet, musí být čistá a zbavená mastnoty. Případně je předem očistit lihem.
- Všechny součástky se musí nejdříve dobře mechanicky upevnit. Konce vodičů se ohnou okolo pájecích
špiček, u plošných spojů se vývody součástky prostrčí již vyvrtaným otvorem a lehce nakloní, popř. ohnou či
zakrátí. Napájení na pahýl, který zbyl po odštípnuté součástce, se hodí jen k momentálnímu odzkoušení.
- Páječka se nahřeje a pájecí hrot se očistí od zoxidovaných zbytků cínu či jiných nečistot čistým starým
hadrem (nebo speciální vlhkou houbou).
- Nový pájecí hrot je třeba nejdříve pocínovat (pájka se na hrotu roztaví a zase utře, toto opakujte do doby,
dokud povrch hrotu není rovnoměrně pokryt pájkou - cínem).
- Pájecí hrot se nesmí nikdy ošetřovat salmiakem, pilníkem, apod.
Vlastní pájení
- Obě části pájeného spoje, např. pájecí špičku a propojovací vodič, nahřejeme páječkou.
- Nyní přidejte cín (musí se roztékat)
- Po 1 až 2 sekundách páječku oddalte. Pájené místo vychladne. Při chladnutí se jím nesmí jakkoliv hýbat,
jinak se v cínu vytvoří trhlinky.
- Úspěšné pájení se pozná podle toho, že pájené místo je plynule spojeno se základním materiálem.
- Součástky a plošné spoje se nesmí příliš zahřívat (na teplo jsou nejvíce citlivé polovodičové součástky a
integrované obvody), při pájení lze součástku chladit držením v kleštích.
Chyby při pájení
Závada
Příčina
Spoj není pokrytý hladce
rozlitým cínem.
Chybu zavinilo nedostatečné prohřátí spoje, častěji však špatně očištěný povrch
plošných spojů, případně vývodu součástky. Často nese vinu také způsob pájení
připomínající "zobání". Je to časté vzdalování zapnuté páječky z místa pájení a
opětné přikládání na pájený spoj.
Na spoji je mnoho cínu.
Takové spoje přes velké množství cínu na plošném spoji, bývají "studené". Cín se
řádně nespojí s vývodem součástky. Týká se hlavně spojů, které mají nakupený cín
ve tvaru polokoule.
Na spoji i v okolí spoje je
množství kalafuny.
Je nutné jí dostatečně odstranit ostrým štětcem namočeným v lihu nebo v
nitroředidle. Pokud jí ponecháte na spoji, může zavinit svodové odpory. Ty vadí
zejména tam, kde se vyžaduje zachování vysokého odporu mezi spoji, např. u
tranzistorů FET, operačních zesilovačů s FET0 nebo integrovaných obvodů CMOS.
Pod nánosem kalafuny se může skrývat i nekvalitní spoj.
Spoj na první pohled vypadá
normálně, ale při pozornějším
zkoumání se zjistí, že drátový
vývod součástky není dokonale
spojen s okolním cínem.
Není to však, že by byl málo prohřátý. I kdybyste jej ohřívali sebevíc, na
zkorodovaném drátu cín nepřilne. Je zde nutný dotyk pájecí smyčky, která třením
někdy odstraní zkorodovaný povrch drátu. Takový vývod je rozhodně lépe předem
oškrabat a případně pocínovat před vložením do desky.
Vývod součástky není spojen s
Takový spoj se může otřesy anebo časem uvolnit. Nepodaří-li se spoj s přidáním cínu
pájeným místem po jeho celé
opravit, je nutno očistit prázdné nepocínované místo škrabáním. Někdy na tom nese
ploše (kolem dokola), nýbrž jen z
vinu zbytečně velký otvor v desce.
části.
Jedná se o přehřátý spoj. Mohl vzniknout různým způsobem, nejčastěji vinou
opakovaného pájení na špatně očištěných místech. To se týká především samotného
Cín na spoji je tmavě šedý, okolí
plošného spoje. Dalším ohříváním se stav ještě zhorší a fólie se zpravidla oddělí od
(zbytky kalafuny) je černé.
pokladu. K takové závadě může vést i pájení bez dostatku kalafuny nebo se špatnou
kalafunou. Je to zcela nepoužitelný spoj.
Při pájení se součástka vysunula z
desky, takže drátový vývod
Kvalita takového spoje je nejistá a otřesy se může uvolnit. Opakovaně pájíme a
dostatečně nevyčnívá z pájeného přitom vysuneme vývod z desky na 2 až 3 mm.
místa.
K odstranění cínu poslouží opředení ze stíněného kabelu (nejlépe mikrofonního). S
trochou kalafuny se přiloží na cín a páječkou ohřeje. Cín rychle vzlíná mezi tenkými
Úzká mezera mezi plošnými spoji vodiči a z desky zmizí. Takto "pocínovaný" kousek stínění se odštípne a znovu
se zalila cínem.
přiloží. Tímto způsobem je možno odstraňovat cín z pájených míst u součástek s více
vývody, jako jsou relé, výkonové tranzistory, integrované zesilovače výkonu a
podobně. V nouzi postačí obyčejná licna.
Dokončovací práce
- Přesahující konce vodičů se uštípnou přímo na pájeném místě (lepší je to udělat před pájením)
- Při přerušení pájení na déle než 15 minut se doporučuje vypnout páječku, šetří se tím hrot
- Kapky pájecího prostředku, které často vznikají při pájení, lze odstranit technickým benzínem nebo
odstraňovačem laku na nehty (odlakovačem). Rozpouštědla naleptávají plasty
Odstraňování pájky
- Přebývající cín odstraňujeme tak, že desku obrátíme, tak aby pájecí body směřovaly k zemi. Pájené místo
zespodu nahřejeme, tekutá pájka steče na pájecí špičky. Je také možno si pomoc lehkým klepnutím desky o
pracovní plochu.
- V obtížných situacích se dá použít odsávačka. Cín se nahřeje a odsávačka ho odsaje. Oddálení obou
nástrojů se provede současně.
- Otvory v desce plošného spoje, které zůstali po odstranění pájky zalepené se vyčistí naostřenou tužkou, která
se zasune do otvoru, ve kterém jsme pájku zahřáli.
Způsoby pájení
Pájení páječkou je nejstarší nejrozšířenější způsob měkkého pájení. Páječka se stává z kovového pájedla
různých tvarů. Ohřívání může být plamenem nebo elektrickým proudem. Čím ostřejší je hrot pájedla, tím lepší
přístup k pájenému spoji. Ostrý hrot pájedla nemá dostatečnou tepelnou kapacitu, proto po dobu pájení rychle
klesá jeho teplota. Velké pájedlo má v důsledku své velké plochy velké ztráty a je těžké.
Reakční pájení
Sloučeniny se rozkládají na kov a na ty sloučeniny, které mají funkci tavidla, je to varianta měkkého pájení
hliníku při kterém se pájka a tavidlo dostávají do spoje ve formě solí (roztoků). Používá se málo.
Utírací pájení (škrabací)
Je to nánosové pájení při kterém se povrchová vrstva oxidů rozrušuje mechanickým škrabáním pod vrstvou
roztavené pájky bez nutnosti tavidla. Metoda je pohodlná pro pájení hliníku a jeho slitin.
Pájení ultrazvukem
Je typ nánosového pájení bez tavidla. Při tomto způsobu dochází k rozrušení vrstvy oxidů v místě spoje
kavtací, která vzniká působením ultrazvuku v roztavené pájce. V zařízení k pájené je zapotřebí
vysokofrekvenčního generátoru a vibrátoru (ruční pájedlo). Generátor je v podstatě oscilátor.
Pájení ve zvlněné cínové lázni
Někdy se tomuto způsobu také říká pájení "cínovou vlnou".
Na spolehlivost těchto spojů má působí mnoho činitelů např. způsob výroby desky, způsob pájení, jakost
tavidla, čistota cínové lázně, doba a teplota pájení. V místě tištěných obvodů se nachází pájená místa většinou
v jedné rovině. Proto se původně pájedlo ponořením do rozteklé pájky. Tento způsob je pomalý, odpařují se při
něm tavidla a proto jeho malá účinnost. Tvoří se při něm krápníky z přebytečné pájky. Použitím „cínové vlny“ se
těmto nevýhodám vyhneme. Pájená deska se pohybuje buď vodorovně nebo šikmo a dotýká se hřbetem vlny
roztavené pájky. Vlna roztavené pájky se tvoří nepřetržitým čerpáním roztavené pájky přes trysku pomocí
čerpadla. Podle rozměrů trysky se dosahuje požadovaného tvaru a rozměru „vlny“. Výška vlny je nad úroveň
„nádoby“, přičemž povrch vlny pájky je stále čistší bez strusky a nečistot. Omýváním pájky pájené plochy desky
roztavenou pájky se rychle přenáší teplo a dochází k velmi dobrým a kvalitním spojům.
Montáž přístrojů s plošnými spoji
Ve vývoji elektrotechniky a jejich odvětvích se snaha zmenšovat rozměry a hmotnost zařízení. Řešením je
těsnější montáž součástek a tím lepší využití prostoru. Toto řešení naráží na ztíženou konstrukci zvýšenou
kontrolu zařízení. Při starém způsoby výroby, bylo možné některé spoje přístroje dodatečně upravit, výhodněji
umístit pro zajištění elektrické stability. U plošných spojů podobné zásahy nelze provádět, proto musí být návrh
konečného uspořádání dokonale promyšlen a odzkoušen.
Ruční montáž
Se provádí pouze pro menší nebo jednotlivé speciální série elektronické zařízení. Otvory do destiček se vrtají
jednotlivě nebo pomocí vrtacích přípravků na více vřetenových vrtačkách. Tam kde je zapotřebí vkládají se po
vyvrtání otvorů vkládají duté nýty pro zajištění mechanického a elektrického spolehlivého spojení. Na konec se
destička pokryje tenkou vrstvou pájitelného laku, který zabraňuje oxidaci mědi a usnadní pozdější pájení.
Součástky se zakládají ručně předem vytvarovanými vývody i pomocí různých přípravků. Některé rozměrnější
součástky jsou pro úsporu plochy montovány nastojato. Vývody součástek se zkracují buď před vložením
součástky do otvoru nebo potom. Před montáží součástek se upevňují jsou-li zapotřebí elektronkové objímky
nebo jednotlivá perka do příslušných otvorů ve spojích. Pájení vývodů součástek běžnou páječkou s příkonem
50 - 100 W. Většinou pájíme každý bod zvlášť. Ruční montáž je pracná, pomalá, nezaručuje spolehlivost a je
drahá. Vyhovuje pouze pro malé množství.
Mechanizovaná montáž
Jednotlivé destičky s plošnými spoji se nevyrábí jednotlivě, ale tisknou se velkoproduktivně na velké desky
plátovaného materiálu, jako velko se opakující se motiv spojů. Po odleptání části mědi se oddělí jednotlivé
destičky. Otvory se zhotovují na několika na několika vřetenových vrtacích hlavicích a jeli materiál slabší, může
se prorážet. Součástky jako rezistory, kondenzátory nebo jiné se usazují poloautomatickými nebo
automatickými stroji. Pouze součástky, které se mohou snadno poškodit se montují ručně.
Automatizovaná montáž
Je v podstatě zrychlení montážních operací se snahou dosáhnout spolehlivého jednoduššího provedení a
snížit výrobní náklady. V tomto výrobním pochodu se snadno kontroluje jakost a snadno se hledají chyby.
Každá součástka se pře vložením elektricky kontroluje tím se vyloučí možnost vadného výrobku.
Automatizovanou montáž lze rozdělit na tyto postupy navazující na sebe:
1) Příprava nebo výroba destiček s plošnými spoji
2) Vkládání součástek
3) Připojením součástek ke spojům
4) Povrchová ochrana
5) Konečná kontrola
Při výrobě se nejčastěji používá metody odleptání měděné fólie a méně často šoupováním nebo chemického
srážení. Po dokončení všech výrobní operací (součástky, nýtky) se destičky se spoji povrchově upraví tenkou
vrstvou pájitelného laku. Po vložení všech součástek se destička dopraví k pájecí lázni, kde se zapájí všechny
spojovací body vlnou roztavené pájecí slitiny.
Technologie výroby plošných spojů
Metoda odčítací
Tento způsob spočívá v odleptání přebytečné mědi ze základního materiálu plátovaného mědí. Požadavky na
vysokou hustotu vodičů z důvodu podleptání dochází k zúžení šíře vodiče.
Tyto nedostatky, lze odstranit tím, že se podařilo vyvinout materiál s tloušťkou měděné fólie 5 mm tato fólie se
připravuje elektrickým vylučováním mědi na hliníkovou fólii, která slouží jako dočasný nosič a chrání ji proti
otírání při manipulace. Tato fólie se po vyvrtání odleptá v kyselině solné.
Metoda polopřídavná
Vychází ze speciálního neplátovaného materiálu, který se po vyvrtání a úpravě povrchu pokoví celý včetně
otvorů vrstvou mědi asi 5 mm.
Metoda přídavná
Zde úplně odpadá leptání a problémy s touto operací spojené, vychází se z neplátovaného osobního materiálu,
ze kterého se po vyvrtání vytváří požadovaný vodivý obrazec, včetně pokovených otvorů. Měď případné další
kovové povlaky se na desku nanášejí chemicky (neelektricky - bezproudově). Výhodou je že výchozí materiál
není tepelně zpracován (s měděnou fólii), proto nedochází při výrobě desek k uvolňování vnitřního pnutí, které
je příčinou prohnutí a zkroucení desek.
Opravy přístrojů s plošnými spoji
Záleží na provedení, je-li plošný spoj průhledný. Sledování zapojení součástek je snadné. Je-li neprůhledný,
vznikají potíže. Deska se musí obracet a kontrolovat souhlasí-li sledovaný spoj se součástkou. V některých
případech stačí ke zjištění závady ve spoji prosvícení destičky silnější žárovkou umístěnou za deskou,
přerušený spoj se ihned projeví. Mimo jiné můžeme měřit napětí bod po bodu. Pamatujeme na to, že většina
destiček má spoje chráněné povrchovým lakem a proto musíme mít ostré kontaktní hroty a jimy ochranu
proškrábnout, abychom zaručili, že při měření budeme mít spolehlivý kontakt mezi spojem a hrotem. Součástky
jsou obvykle umístěny na opačné straně desky než spoje. Opravář může vyměnit vadné součástky za
součástky „běžné“. Při výměně je nutno postupovat opatrně, aby se nepoškodila měděná fólie desky.
Nejčastější závady u desek s plošnými spoji
1) Přerušená fólie
2) Nedokonalé spojení mezi součástkou a měděnou fólii (spojem)
3) Poškození jednoduché součástky (rezistor, kondenzátor)
4) Poškození součástky s několika vývody (elektrolytické kondenzátory, objímky elektronek, tranzistory,
integrované obvody, atd.)
5) Poškození izolantu, vypálením vysokým napětím nebo zkratem
Pomůcky pro základní opravy plošných spojů
1) Jemná páječka s příkonem 20 - 50 W
2) Malý jemný drátěný kartáček
3) Pájka ze 60 % cínu a 40 % olova s pryskyřičním tavidlem
4) Tenký nůž (lékařský skalpel)
5) Pinzeta
6) Ochranný lak
7) Ředidlo na ochranný lak
8) Cínová odsávačka
Platí zásada, že se má pájet co nejméně. Teplem se namáhá lepidlo plošných spojů. Pájecí doba by měla být
co nejmenší.Zjistíme-li, je-li ochranný lak na spojích tavitelný nebo má-li být odstraněn. Při pájení roztavíme
„starou“ pájku a tu odstraníme cínovou odsávačkou nebo kartáčkem. Pak součástku vyjmeme z otvorů
pinzetou. Musíme dbát na to, aby se nepřehřálo okolí spoje, například při použití nějakého horkovzdušného
zařízení. V takovém to případě je výhodnější předehřát součástku zespoda pájedlem a nechat na ní skanout
cín. Zásadně se vyhýbáme mechanickému páčení součástky, protože to způsobuje odloupnutí měděné fólie
spoje.
Způsoby vyjímání vadných součástí
a) Odpájení od spojů a zapájení nové součástky do stejných otvorů
b) Odštípnutí přívodů, jsou-li dostatečně dlouhé a novou součást připájet k jejím zbytkům
c) Má-li nová součást krátké vývody, přeštípneme vadnou součást a využijeme jejich přívodů uvnitř součásti
Způsob A je nejobtížnější při vyjímání součástky můžeme poškodit destičku i spoje. Podle způsobu B se
tepelně nenamáhá spoj, ani nosný izolant. Podle způsobu C se postupně, jsou-li přívody nové součástky velmi
krátké. Popisované způsoby jsou vhodné pro rezistory a kondenzátory. Vyjímání a náhrada součástek s
několika vývody jsou obtížnější. Zde se vyplatí nešetřit vadnou součást. Odštípnout všechny přívody, abychom
je mohli jednotlivě odpájet a vyjmout. Při přerušených spojích, lze vadné místo propojit nanesením kapičky cínu
na porušené místo nebo je-li přerušené místo delší, překleneme ho drátovou svorkou. Opravené místo je dobré
označit barvou, aby při eventuální hledání poruchy byl opravář upozorněn na možnost chyby v okolí
opravovaného místa. Při porušení izolantu přeskokem vysokého napětím nebo „vypálení“ při zkratu se
doporučuje dané místo odvrtat nebo při menším poškozením odškrábat. Opravená místa je potřeba dobře
odmastit a natřít ochranným lakem. Proti vlhkosti lze spoj natřít pájecím lakem. Po všech provedených
opravách je potřeba dobře prohlédnout destičku s plošnými spoji, aby na ní nezůstali zbytky cínu mezi spoji.
Drobné kapičky pájky rozstříknuté v okolí opravovaného místa se „zaboří“ do laku a mohou způsobit zkrat nebo
zmenší přeskokovou vzdálenost mezi spoji (vodiči) a to může způsobit vážnou poruchu. Poškodí-li se fólie
většího rozsahu, odstraníme vadnou část opatrným sloupnutím. Často se používá předehřátí elektrickým
proudem, který přivedeme dvěma hroty do okolí vadného místa. Lepidlo, které drží měděnou fólii na destičce
změkne a měděnou fólii pak lze snadno sloupnout. Pak lze opravovat plošné spoje i vodivým lakem. Jeho
vytvrzování probíhá při mírně zvýšené teplotě.
Základy a význam elektrotechniky
Elektrická energie je nejušlechtilejší forma energie. Mezi její přednosti patří:
- Lze jí jednoduše, rychle a bez časového omezení přenášet na velké vzdálenosti
- Lze jí snadno převést na jiné formy energie (mechanickou, tepelnou)
- Elektrická energie pracuje s relativně nejvyšší účinností
Elektrotechnika je zastoupena ve výrobě, zabezpečení zpracování informací a spojuje svět komunikačními
kanály, zajišťuje dopravu, proniká do medicíny, biologie a astronomie. Významně zasahuje do mikroelektroniky
(výpočetní technika, robotika).
Rozdělení elektrotechniky
Druh
Slaboproudá
Význam
Studuje chování elektronických obvodů a uplatňuje se ve sdělovací technice (např. mobilní telefony),
automatizační a řídicí technice (programovatelné automaty PLC)
Silnoproudá Slouží k výrobě elektrické energie, přeměně na jiné formy energie (např. pohon motorů, svícení, atd.)
Jednotky SI
Značka
Značka
Jednotka
veličiny
jednotky
Veličina
Definice
Délka
l,a
metr
m
Metr je délka dráhy proběhnuté světlem ve vakuu za 1/299 792 458
sekundy
Hmotnost
m
kilogram
kg
Kilogram je hmotnost prototypu tzv. mezinárodního kilogramu
uloženého v Mezinárodním úřadu pro váhy a míry v Sévres u Paříže
Čas
t
sekunda
s
Sekunda je doba trvání 9 192 631 770 period záření, které přísluší
přechodu mezi dvěma velmi jemnými hladinami základního stavu
atomu césia 133 ( 133 Cs)
Elektrický
proud
I
ampér
A
Stejnosměrný proud 1 A je takový elektrický proud, který při
průchodu dvěma rovnoběžnými, přímými a nekonečně dlouhými a
nekonečně tenkými vodiči vzdálených od sebe 1 m vyvolá ve vakuu
sílu 2.10-7N na každý metr délky.
Teplota
t
kelvin
K
Kelvin je 1/273,16 termodynamické teploty trojného bodu vody
Látkové
množství
n
mol
mol
Mol je množství látky, která obsahuje právě tolik elementárních
jedinců (molekul, atomu, atd.), kolik je atomů v 0,012 kg izotopu
uhlíku C 12
Svítivost
I
kandela
cd
Kandela je svítivost zdroje, který v daném směru vysílá
monochromatické záření s kmitočtem 540 x 10 12 Hz a má v tomto
směru zářivost 1/683 W na steradián
Násobky a díly jednotek
Předpona
Znamená násobek
Název Značka
Mocnina
yotta
Y
1 000 000 000 000 000 000 000 000
1024
zetta
Z
1 000 000 000 000 000 000 000
1021
exa
E
1 000 000 000 000 000 000
1018
peta
P
1 000 000 000 000 000
1015
tera
T
1 000 000 000 000
1012
giga
G
1 000 000 000
109
mega
M
1 000 000
106
kilo
k
1 000
103
mili
m
0, 001
10-3
mikro
m
0, 000 001
10-6
nano
n
0, 000 000 001
10-9
piko
p
0, 000 000 000 001
10-12
femto
f
0, 000 000 000 000 001
10-15
atto
a
0, 000 000 000 000 000 001
10-18
zepto
z
0, 000 000 000 000 000 000 001
10-21
yokto
y
0, 000 000 000 000 000 000 000 001
10-24
Elektrotechnické veličny
Veličina
Elektrický
proud
Značka
veličiny
I
Definice
Definice
jednotky
Jednotka
Stejnosměrný proud 1 A je
takový elektrický proud, který při
průchodu dvěma rovnoběžnými,
přímými a nekonečně dlouhými a
nekonečně tenkými vodiči
vzdálených od sebe 1 m vyvolá
Ampér
ve vakuu sílu 2.10-7N na každý
metr délky.
A
Značka
Rozměr
jednotky
A
Elektriký proud 1 A představuje
náboj 1 C, který projde vodičem
za 1 s.
Elektrické
napětí
U
Volt
Proudová
hustota
J
Ampér na
metr čtvereční
Intenzita
elektrického
pole
E
Volt na metr
Odpor
R
Napětí mezi konci
vodiče, do kterého
V
stálý proud 1 A
dodává výkon 1 W.
A.m-2
V.m-1
Ohm
Vodič má odpor
jeden ohm, jestliže
při napětí mezi
W
koncovými průřezy
jeden volt prochází
proud jeden ampér.
Vodič má vodivost
jeden siemens
S
právě tehdy, má-li
odpor jeden ohm.
Vodivost
G
Siemens
Práce
A
Joule
J
Výkon
P
Watt
W
Intenzita
elektrického
pole
E
Newton na
Coloulomb
nebo nebo
Volt na metr
Magnetická
indukce
B
Tesla
T
Magnetický
indukční tok
F
Weber
Wb
Intenzita
magnetického
pole
H
Ampér na
metr
A.m-1
V.m-1
C.N-1
nebo V.m1
A.m-1
Permeabilita
m
Henry na metr
H.m-1
Stavba látek
Látky jsou složené z atomů. Atomy mají atomové jádro a elektronový obal. Atomové jádro je nabité kladně a
elektronový obal je nabit záporně. V atomovém jádru jsou protony a neutrony. Jádro udržují pohromadě jaderné
síly, které k sobě poutají jednotlivé částice. Elektrony se udržují v různých vzdálenostech od jádra a jejich dráhy
vyjadřují část slupky atomu. V každé slupce může být jen určitý počet elektronů. Působí na ně síly, které brání,
aby se od jádra vzdalovali. Jednotkou elektrického náboje je Coloumb [kulomb] a značí se písmenem C. Jeli v
atomu stejný počet protonu a elektronů, tak se elektrické vlastnosti neprojeví a proto je takový atom elektricky
neutrální.
Elektronová teorie
V elektronové slupce elektronového obalu je jeden až 2 elektrony. Proto se některý elektron působením
vnějších sil může uvolnit a vzniká tak volný elektron. Části atomu, které chybí elektron je kladně nabytá a
nazývá se kladný iont (kation). V některých případech může elektron uváznout v elektronovém obalu a atom se
stává záporně nabytý. Ionty v kovech setrvávají v rovnováze, protože kmitají, ale nevyměňují svojí polohu.
Volné elektrony se pohybují neuspořádaně v mezerách krystalické mřížky a při normálních teplotách nemůže
uniknout. Nemůžeme se domnívat, že tyto volné elektrony obstarávají přemisťování elektrických nábojů v
kovech.
Kovový vodič a izolant
Kovový vodič nejlépe převádí elektrický proud na největší vzdálenosti.
Vodiče: Měď a hliník
Pro zvláštní účely se používá: Zlato, stříbro, mosaz, bronz a ocel
Izolanty nemají částice, které umožňují průchod elektrického proudu. Používají se jako dielektrika a izolace
vodičů. Nejčastěji se používají termoplasty, například polyetylen, polyvinyl chlorid. Jiné látky například pryž,
papír, parafín, slída, sklo, keramika, porcelán.
Elektrický odpor
Značí se písmenem R a jednotka je W. Elektrický odpor závisí na rozměrech, materiálu a teplotě vodiče. Ohřátí
vodiče na vyšší teplotu vzrůstá jeho odpor a má menší vodivost.
Převrácená hodnota elektrického odporu se nazývá vodivost a jednotka je Siemens.
Definice jednotek
Jednotka
Definice
Ohm
Vodič má odpor jeden ohm, jestliže při napětí mezi koncovými průřezy jeden volt prochází proud jeden
ampér.
Siemens
Vodič má vodivost jeden siemens právě tehdy, má-li odpor jeden ohm.
Odporové materiály
Odporové materiály se vyznačují velkým měrným odporem a malým teplotním součinitelem a velkou
mechanickou pevností.
Materiály pro kontakty na elektrických strojích a přístrojích:
1) Měď a některé její slitiny (pro kontakty s častým spínáním)
2) Stříbro (dobrá odolnost proti okyslisličování)
3) Zlato (velmi dobrá elektrická a tepelná vodivost a chemická odolnost) Rtuťové kontakty se umisťují do baňky
s rtutí, ve které je ještě vakuum.
Polovodiče
Vodivost polovodičů zajišťují elektrony jako u kovů. U polovodiče je teplo činitelem k uvolnění elektronů, to
znamená, že se teplem odpor polovodiče zmenšuje. U kovů se odpor zvětšuje. Polovodiče jsou například
křemík, germanium a selen.
Izolační materiály
Elektroizolační (dielektrika) materiály nevedou elektrický proud (mají velký měrný odpor) a rozdělují:
Podle skupenství
tuhé
kapalné
plynné
Podle původu:
organické
anorganické
Elektrický náboj
Jsou 2 druhy elektrických nábojů: kladný (+) a záporný (-).
Dohodnutý směr proudu od kladného pólu (+) k zápornému pólu (-) a nazývá se technický.
Skutečný (fyzikální) směr je od záporného pólu (-) ke kladnému (+) .
Tělesa v neelektrickém stavu mají náboje obojího druhu ve stejném množství, náboje jsou vázány na částice
látky.
Tělesa můžeme nabýt kladně či záporně.
Kladně nebo záporné náboje můžeme od sebe oddělit, ale není možno je shromažďovat elektrické náboje
jednoho druhu bez stejného množství náboje opačné polarity.
Stejnorodé náboje se odpuzují, nesourodé náboje se naopak přitahují.
Kolem každého elektrického náboje vzniká elektrické pole.
Kolem pohybujícího elektrického náboje vzniká pole magnetické.
Elektrický náboj označujeme znakem Q a základní jednotkou je Coulomb [kulomb] a je definována, že
elektrický proud o hodnotě 1 A musí protéci vodičem za 1 sekundu. V technické praxi se používá jednotka Ah
(ampérhodina), která obsahuje 3600 C.
Elektrický potenciál
Je to název pro tlak, který se snaží vytvořit kladný elektrický náboj z tělesa. Siločáry vždy vybíhají vždy z
tělesa, které má elektrické napětí vyšší než okolí. Při vodivém spojení nabitých těles siločáry zmizí. Zeměkoule
má potenciál rovný 0. Nižší potenciál než země je záporný. Rozdíl napětí se se měří prací, kterou by mohl
elektrický proud vykonat. Jednotka rozdílu napětí se jmenuje Volt [V].
Elektrické napětí
Je to veličina, která se vztahuje k dvěma místům v elektrickém poli. Aby se dalo poznat zda se elektrická práce
spotřebovává nebo dodává, kreslíme orientační šipky pro elektrické napětí a elektrický proud .
Tvar šipky
Veličina
Napětí
Proud
Směr šipky volíme podle smyslu elektrické veličiny.
Elektrické napětí je definováno prací A [J] potřebnou k přenesení nábojů Q [C]
Jednotka napětí je Volt se zkratkou V.
Jednotku definujeme jako:
Pomocí
veličiny
Definice
Práce
Jeden Volt je definován prací jednoho Joulu, která je potřebná k přemístění náboje 1 coulombu.
Energie
Jeden Volt je takové napětí na vodiči, při němž se průchodem proudu jede ampér vyvine ve vodiči za
jednu sekundu teplo odpovídající energii jednoho Joulu.
Elektrické napětí měříme také v kV, MV a někdy i v mV .
Kondenzátor; Kapacita vodiče
Je to „nádrž“ na elektrický náboj. Kondenzátor může být každý vodič, protože na každý vodič lze uložit
elektrický náboj. Při určitém napětí napětí se do kondenzátoru dostává elektrický náboj. Zvětší-li se napětí,
zvětší se elektrický náboj. Poměru mezi nábojem a napětím se říká kapacita.
Čím jsou desky kondenzátoru větší, tím je kapacita kondenzátoru větší.
Čím je vzdálenost desek kondenzátoru menší, tím je větší kapacita kondenzátoru.
Charakteristické vlastnosti materiálů
Materiály se hodnotí hlavně podle těchto vlastností:
Vlastnost materiálu
Charakteristika
Mechanické
Pevnost v tahu, tlaku, tvrdost, atd.
Tepelné
Měrná tepelná kapacita, součin tepelné vodivosti, atd.
Elektrické
Rezistivita
Permitivita
Elektrická pevnost
Magnetické
Permeabilita, koercilita, permanentní indukce, atd.
Chemické
Odolnost proti kyselinám, zásadám, oxidaci, atd.
Teplotní roztažnost
Změnou teploty se mění délka a objem vodiče. Tepelná vodivost udává schopnost kovů převádět tepelnou
energii z míst teplejších na místa chladnější. Tepelná vodivost kovů se zmenšuje, pokud se jeho teplota
zvyšuje.
Dvojkovovy (bimetal)
Jsou dva kovy o různých tepelných roztažnostech, které jsou navzájem pevně spojeny. A při ohřívání či
ochlazování má vždy jeden z kovů, větší „sílu“ ohnout sebe a se sebou i druhý kov, z toho vyplývá, že se
bimetal jedním či druhým směrem prohne. Tento jev se používá například ke konstrukci termostatů.
Mechanické vlastnosti
Kovy se označují pevností a houževnatostí. Tvrdá ocel má velkou pevnost, ale malou tažnost, zato měkká ocel
má menší pevnost, ale větší tažnost. Měď má velkou pevnost a malou tažnost. Hliník má menší pevnost než
měď.
Magnetické vlastnosti
Podle chování v magnetické poli rozeznáváme látky diamagnetické, paramagnetické, feromagnetické
Rozdělení látek podle elektrické vodivosti
Volné elektrony a ionty jsou nositelem elektrického náboje. Pohybují se působením vnějším příčin
uspořádaným pohybem v určitém směru vznikne elektrický proud.
Látky, které obsahují větší množství těchto nositelů elektrického náboje jsou elektricky vodivé. Vodiče dělíme
do dvou hlavních skupin:
Vodiče s elektronovou vodivostí, kde je elektrický tok volných elektronů (kovy).
Vodiče s iontovou vodivostí v nich se elektrický proud vytváří tokem kladných záporných iontů (elektrolyty vodivé roztoky a taveniny).
Vodiče s elektronovou vodivostí se chemicky nemění.
Vodiče s iontovou vodivostí se proudem rozkládaní (elektrolýza)
Některé látky mají jen nepatrné množství volných elektronů nebo iontů.
Dobrými izolanty jsou: sklo, porcelán, slída, hedvábí, parafín. Ideálním nevodičem je vakuum.
Polovodiče jsou látky, které jsou mezi vodivostí kovů a izolantů a můžou se měnin například účinkem teploty
blízké absolutní nule (-273°C; 0 K). Při zvýšených teplotách se stávají na rozdíl od kovů dobrými vodiči. Mezi
polovodiče patří prvky: C, Si, Ge, Se, atd.
Mezi sloučeniny patří oxid mědný (elprox), zinečnatý, tinaničitý, bornatý, nikelnatý, atd.
Sirníky galenitu, intermetalické slitiny galia, india.
Sulfidy a selenidy zinku, rtuti, kadmia.
Technicky nejlepší polovodiče: Ge, Si, Se
Vodivost látek závisí například na tlaku, skupenství.
Druhy elektrotechnických materiálů:
Druh materiálu
Použití
Vodivé materiály
Vodiče
Polovodivé materiály
Polovodiče
Nevodivé materiály
Izolanty
Magnetické materiály
Magnetika
Rozdělení vodivých materiálů
1) Podle skupenství
Skupenství
Charakteristika
Pevné
kovy (Al, Cu) - nekovy (grafit)
Kapalné
elektrolyty - kapalné kovy (rtuť)
Plynné
ionizované plyny
Kovy dělíme podle jejich schopnosti vést elektrický proud na:
a) Materiály s velkou konduktivitou (elektrovodné materiály), například Cu, Al a jejich slitiny s jinými kovy.
Používají se k výrobě vodičů, vinutí cívek, apod.
b) Materiály s malou konduktivitou (odporové materiály), například Co, Mn
2) Podle nosičů elektrického náboje
Třída vodiče
Charakteristika
I. třída
kovy (nosičem náboje jsou elektrony)
II. třída
elektrolyty, ionizované plyny (proud vzniká pohybem iontů)
Elektrovodná měď
Elektrovodná měď se získává elektrolýzou z hutnické mědi.
Vlastnosti mědi
Vlastnost
Hodnota
Hustota
8,96 kg/dm3
Bod tání
1 083 °C
Rezistivita
0,017 8 W.mm 2.m-1
Konduktivita
56,2 S.m.mn-2
Tepelný součinitel odporu
0,004 2 K-1
diamagnetické
Je dobře tvárná, lze jí dobře táhnout, válcovat při tlaku 45 MPa . Pájet lze měkkými i tvrdými pájkami. Měď je
chemicky odolná proti působení vody. Škodlivě působí kyselina dusičná, sýrová, chlorovodíková. Dál ještě síra
a rtuť.
Využití elektrovodné mědi
1) Vodiče na venkovní energetická vedení (tvrdost, malá rezistivita, pevnost)
2) Vodiče na venkovní sdělovací vedení (malá rezistivita, pevnost, odolnost proti korozi)
3) Vodiče na vinutí elektrický strojů a přístrojů (měkká, malá rezistivita, ohebnost, pájení)
4) Jádra izolovaných vodičů a kabelů k výrobě jader šňůr pro sdělovací techniku (měkkost, dobrá vodivost)
5) Plošné spoje - měď nanesená na izolační podložce a chemicky vyleptaná
6) Kontakty - přepínače, spínače, relé, atd.
7) Prášková měď - přidává se do grafitu na výrobu kartáčků pro elektrické stroje (zvyšování vodivosti)
Slitiny mědi
Slitina
Vlastnosti
Cínový bronz
- až 20% cínu - použití na pružiny, membrány
Hliníkové bronzi
- až 10% hliníku - použití pro části, které snadno podlehnou opotřebení (ložiska)
Beríliové bronzi
- až 2,5 % berília - pružnost se vyrovná oceli
Mosaz
- až 4 % zinku - použití na patice žárovek
Elektrovodný hliník
Hlavní surovinou je bauxit. Z něj získáme čistý oxid hlinitý, který se zpracovává elektrolýzou, na konci je hliník
s čistotou 99,3% - 99,8% Al. Pro elektrotechnické účely se nejčastěji používá s čistotou 99,5%. Čistota 99,99%
se získává elektrotechnickou rafinací.
Vlastnost
Hodnota
Hustota
2,7 kg/dm3
Bod tání
659 °C
Rezistivita
0,028 5 W.mm 2.m-1
Konduktivita
35,2 S.m.mn-2
Tepelný součinitel odporu
0,004 K-1
paramagnetické
Hmotnost hliníkového vodiče je proti mědi téměř poloviční.
Nevýhody hliníku
Špatné mechanické vlastnosti a podle nich rozeznáváme hliník polotvrdý (100 - 130 MPa) a tvrdý (180 MPa).
Velká nevýhoda hliníku je tzv. tečení (nízká mez tečení). Během času dochází k deformacím působením tlaku.
Hliník na vzduchu oxiduje oxidem hlinitým, který ho chrání před další oxidací. Tloušťka oxidové vrstvy bývá 1
mm. Elektrolytickou oxidací lze vrstvičku zvětšit na 20 mm.
Pájení hliníku
Lze měkkými i tvrdými pájkami. Je však třeba rozrušit vrstvičku oxidu, aby pájka mohla proniknout až ke kovu a
je nutné použít tavidla.
Využití elektrovodného hliníku
1) Vodiče na venkovní vedení nízkého, vysokého a velmi vysokého napětí
2) Jádra silových vodičů
3) Vinutí elektrických strojů (transformátory, klece elektromotorů na krátko)
4) Fólie k výrobě svitkových kondenzátorů
5) Konstrukční materiály (nosné části přístrojů)
6) Desky otočných kondenzátorů
Elektrický proud v kovovém vodiči
Elektrický zdroj stejnosměrného napětí má 2 póly. Kladný s nedostatkem elektronů a záporný s trvalým
přebytkem elektronů. Mezi těmito dvěma póly vzniká stejnosměrné elektrické napětí.
Připojíme-li elektrický obvod ke zdroji, začne procházet elektrický proud volných elektronů od záporného pólu
ke kladnému. V technické praxi se používá směr obrácený, tedy, že elektrický proud teče od kladného pólu k
zápornému.
Skutečný (fyzikální) směr toku elektrického proudu je od záporného pólu ke kladnému.
Technický (dohodnutý) směr toku elektrického proudu je od kladného pólu k zápornému.
Rychlost se kterou se elektrony pohybují je cca 1mm/s.
Elektrický proud značíme I a jednotkou je Amper [A].
Elektrický proud 1 A představuje náboj 1 C, který projde vodičem za 1 s.
Podmínky vzniku elektrického proudu v kovovém vodiči
1) Trvalé napětí mezi konci vodiče
2) Vytvoření trvalého vodivého spojení mezi svorkami zdroje a spotřebičem (uzavření elektrického obvodu),
kontakty musí mít co nejlepší vodivost a nesmí být znečištěny (mastnotou, oxidací, atd.)
Zdroje stejnosměrného napětí
Primární zdroje - Přeměna jiné energie na energii elektrickou. Patří jsem například různé galvanické články
(dva kovy mezi kterýma je elektrolyt)
Sekundární zdroje: Akumulátory
Akumulátory se musí před použitím nabít a nabíjení se může opakovat mnohokrát.
Kapacitu akumulátoru změříme tím, že ho nabijeme na nejvyšší možnou úroveň a potom ho stálým proudem
vybijíme na nejnižší možnou hodnotu a při tom měříme čas. Hodnota se udává v Ah. Tedy pokud akumulátor
vybijíme 1A po 1h, kapacita akumulátoru je jedna 1Ah.
Další zdroje stejnosměrného napětí
Fotoelektrické články - Světelné záření se přeměňuje na elektrickou energii
Dynama - Mechanická energie se přeměňuje na elektrickou
Palivové články - Energie vzniká slučováním vodíku v okysličovadlech
Jednoduchý elektrický obvod
Nejednodušší elektrický obvod se skládá ze zdroje elektrického napětí, z propojovacích vodičů a z elektrického
spotřebiče. Dále je nutno do elektrického obvodu doplnit součástky pro spínání a regulaci elektrického proudu
v obvodě.
Základní součásti elektrických obvodů
Zdroj
Zdroj elektrického napětí uvádí do volné elektrovodné částice (elektrony v pevných látkách) do usměrněného
pohybu, čímž vzniká elektrický proud.
Zdroj může být buď pro stejnosměrný proud, např. baterie, akumulátor, popřípadě napájecí zdroj s
usměrňovačem nebo na střídavý proud (transformátor).
Spotřebič
Elektrický spotřebič převádí elektrickou energii na jiný druh energie. Například elektromotory přeměňují
elektrickou energii na mechanickou, žárovky převádí elektrickou energii na světelnou (pouze teoreticky,
protože 80 % elektrické energie se v žárovce přemění na teplo)
Propojovací vodiče
Propojovací vodiče zajišťují tok elektrického proudu obvodem. Vyrábějí se většinou z mědi nebo z hliníku a za
izolaci mají většinou z PVC.
Další součástky
Součástka
Funkce
Spínač
Zapíná/vypíná elektrický obvod nebo jeho část
Regulátor
Upravuje hodnotu elektrických veličin
Svorkovnice Umožňuje propojení elektrických vodičů
Pojistka
Jistí elektrický obvod před přetížením a zkratem
S pokračujícími výzkumy v elektrotechnice a elektronice neustále vznikají nové součástky a stávající se inovují
(vylepšují se jejich vlastnosti, např. mikroprocesory v počítačích)
Zapojení základních měřících přístrojů
V elektrotechnice se nejčastěji měří elektrické napětí a elektrický proud.
Elektrický proud se měří Ampérmetrem, který se připojuje sériově se součástkou. Cívka měřícího přístroje má
málo závitů silného vodiče. Nikdy jej nesmíme připojit přímo na póly zdroje, protože má malý vnitřní odpor, což
by způsobilo zkrat, který by mohl způsobit poškození měřícího přístroje (i když obsahuje pojistku)
Elektrické napětí se měří Voltmetrem, který se připojuje paralelně k součástce. Cívka měřícího přístroje má
hodně závitů slabého vodiče.
V praxi se používají také přístroje, které mají před vlastním názvem předpony mili a mikro. Jedná se o
mikroampérmetry, miliampérmetry, milivoltmetry, mikrovoltmetry.
Moderní měřící přístroje již nemají cívky se závity, protože hodnotu veličiny vyhodnocují elektroniky. Ale
zapojení je stejné.
Elektrický odpor; Rezistivita vodiče
Jednotkou elektrického odporu je W. Elektrický odpor měříme ohmetrem.
Delší vodič má větší odpor, protože elektrony musí projít větším množstvím částic, které brzdí jejich pohyb ve
vodiči. Z toho vyplývá, že elektrický odpor je přímo úměrný délce vodiče, ale nepřímo úměrný průřezu vodiče.
Odpor vodiče ještě závisí na druhu materiálu. Z toho pramení vztah:
Teplotní závislost
Čím je vyšší teplota vodiče, tím se zvětšuje jeho odpor, protože se elektrony „rozkmitají“.
Konstantan je speciální druh kovu, který má stálý odpor při různých teplotách a jeho složení je z 54% mědi,
45% niklu a 1% manganu.
U některých látek elektrický odpor při stoupající teplotě klesá. Jsou to například polovodiče.
Opak rezistivity (odporu) je konduktance (vodivost).
Materiály s malým elektrickým odporem mají velkou elektrickou vodivost.
Materiály s velkým elektrickým odporem mají malou elektrickou vodivost.
Pro tyto dvě definice platí vztah:
Jednotkou vodivosti je jeden S (simens).
Supravodivost je že při teplotách blízké „absolutní nuly“ (-273°C; 0K) zmizí elektrický odpor.
Rezistor
Je to prvek, který v elektrickém obvodě vytváří elektrický odpor. Jeho hlavní použití je jako „omezovač proudu“.
Velikost odporu může být pevně dána při výrobě rezistoru nebo může být nastavovatelná (potenciometry,
reostaty, trimry).
Teplotní závislost odporu
Elektrický odpor mění svojí velikost v závislosti na teplotě a platí vztah:
R1 = Odpor vodiče při teplotě t1
R2 = Odpor vodiče při teplotě t2
a - Teplotní součinitel udává o kolik se změní odpor vodiče s odporem 1 W, změní-li se teplota o 1 °C.
t2 = Koncová teplota
t1 = Počáteční teplota
Ohmův zákon
Vyjadřuje vztah mezi elektrickým napětím [U] a elektrickým proudem [I] při stálém elektrickém odporu [R].
Elektrický proud [I], který prochází vodičem je přímo úměrný elektrickému napětí [U] a nepřímo úměrný
elektrickému odporu [R].
Pro výpočet elektrického proudu procházejícího spotřebičem při určitém napětí použijeme vztah:
Pro výpočet přípustného napětí platí vztah:
Pro výpočet odporu zase platí následující vztah:
Spojování rezistorů
Sériové spojení
Všemy rezistory protéká stejný proud a na každém rezistoru, lze pozorovat úbytky napětí. A pro celkový odpor
platí vztah:
Paralelní spojení
Na všech rezistorech je stejné napětí, ale proudy se rozdělují do jednotlivých větví. Pro celkový odpor platí
vztah:
A pouze pro 2 rezistory platí:
Kirchhoffovy zákony
1. Zákon Kirchhoffův zákon:
„Algebraický součet všech proudů v uzlu se rovná 0.“
1. Kirchhoffův zákon pojednává o zachování elektrických nábojů, protože elektrický náboj ve vodiči nemůže
samovolně vznikat nebo se hromadit. V nerozvětveném obvodu prochází týž proud, ale pokud je elektrický
obvod rozvětvený, rozvětvuje se i proud, ale na druhém konci se musí proud zase sloučit do jednoho.
Důležité pojmy 1. Kirchhoffova zákona:
Uzel: je místo ve kterém se stýká dva a více vodičů.
Větev: obvodu de dráha mezi uzly tvořená jedním prvkem nebo několika prvky spojenými za sebou.
Při sčítání proudy, které do uzlu vstupují mají znaménko + a proudy z uzlu vystupující znaménko mínus.
2. Zákon Kirchhoffův zákon:
„Algebraický součet všech svorkových napětí zdrojů a všech úbytků napětí na spotřebičích se v uzavřené
smyčce rovná 0.“
2. Kirchhoffův zákon je zákon o zachování energie. Napětí na každém spotřebiči je dáno prací, která je potřeba
při přemisťování elektrického náboje. Elektrická práce musí být nulová, pokud elektrický náboj prošel po
uzavřené dráze, protože se vrátil na začátek potenciálu. Proto elektrická práce vykonaná úplným oběhem po
kterékoliv uzavřené smyčce v elektrickém obvodě se rovná 0.
Důležitý pojem 2. Kirchhoffova zákona:
Smyčka je uzavřená dráha v části elektrického obvodu tvořeného větvemi.
Řízení proudu a napětí
Proud a napětí přiváděné ke spotřebiči můžeme řídit plynule nebo po skocích.
Řízení proudu
Proud regulujeme reostatem, který je sériově připojen ke spotřebiči. Posouváním jezce zvětšujeme nebo
zmenšujeme proud.
Budeme-li odpor reostatu zvětšovat, proud v obvodu bude klesat, protože se na reostatu bude "spotřebovávat"
napětí (přemění se na teplo).
Vztah pro výpočet velikosti proudu za reostatem
Řízení napětí
K řízení napětí rovněž upotřebíme reostat, ale v zapojení jako dělič napětí, tedy ke zdroji se připojí koncové
svorky. Regulované napětí je mezi svorkou jezce a svorkou kde je záporný pól zdroje.
Napětí lze řídit od 0 až do napětí zdroje
Vztah pro výpočet napětí nezatíženého děliče
Souhrnné poznatky
Odporový dělič je vhodný tam, kde je potřeba řídit napětí nebo proud od nulové hodnoty do jmenovitého napětí
zdroje.
Reostaty ve všech způsobech zapojení spotřebovávají energii, která se přemění na teplo, proto se hodí jen pro
regulaci malých výkonů nebo jen o krátkodobé působení.
Reostaty navrhujeme tak, aby snesly tepelné účinky elektrického proudu bez poškození.
Místo reostatů, lze použít i tzv. rezistorovou dekádu.
V moderní elektronice se proud a napětí reguluje pomocí výkonových polovodičových prvků, např. tranzistorů,
tyristorů, triaků.
Vlastnosti zdrojů stejnosměrného proudu
Elektrický zdroj je charakterizován elektromotorickým napětím a vnitřním odporem.
Ideální zdroj napětí
- Vnitřní odpor se rovná 0
- Na svorkách je stále stejné napětí bez ohledu na velikost odebíraného proudu
Ideální zdroj proudu
- Vnitřní odpor je nekonečně velký
- Zdroj dodává stále stejný proud bez ohledu na velikost zátěže
Měkký zdroj
- Svorkové napětí se při zatížení silně klesá
- Velký vnitřní odpor
Tvrdý zdroj
- Svorkové napětí při zatížení klesá nepatrně
- Závisí-li proud mezi výstupními svorkami jen málo na velikosti odporu zátěže, mění se jen napětí, které na
zatěžovacím rezistoru vznikne, pak se jedná o zdroj "tvrdého" (stálého) proudu
- Malý vnitřní odpor
Elektromotorické a svorkové napětí
Elektromotorické napětí lze naměřit na svorkách zdroje bez zatížení (ke zdroji není připojená žádná zátěž).
Svorkové napětí lze naměřit na svorkách zdroje při zatížení (pokud ze zdroje odebíráme proud).
Úbytek napětí vzniká na součástkách i na elektrickém vedení. Čím větší proud odebíráme, tím je svorkové
napětí menší.
Spojování zdrojů napětí
Sériové spojení
Sériové spojení se používá pro získání většího napětí, ale proud zůstává stejný.
Při sériovém spojování zdrojů vždy spojujeme kladnou svorku se zápornou svorkou dalšího zdroje.
Paralelní spojení
Paralelní spojení se používá pro získání většího proudu, ale napětí zůstává stejné.
Při paralelním spojování (viz. obrázek) spojujeme vždy všechny kladné svorky k sobě a všechny záporné
svorky k sobě.
Pro správných chod všech zdrojů je nutné, aby měli:
- Stejné elektromotorické napětí (napětí naprázdno)
- Stejný vnitřní odpor (u rozdílných vnitřních odporů by vznikali vyrovnávací proudy)
Kapacita a zatížení zdrojů
Kapacita elektrického zdroje (akumulátoru) závisí na plošném obsahu desek (elektrody), čím větší deska, tím
větší kapacita. Napětí mezi deskami závisí na druhu materiálu ze kterého jsou desky vyrobeny.
Každý elektrický zdroj je schopný dodávat jen určitý elektrický náboj.
Odebíráním příliš velkého elektrického proudu a nabíjení příliš velkým elektrickým proudem se akumulátor
poškozuje.
Velikost nabijecího proudu proudu se má rovnat 1/10 kapacity akumulátoru.
Například akumulátor o kapacitě 35 Ah budeme nabíjet po dobu 10 hodin maximálně proudem 3,5 A.
Práce a výkon stejnosměrného proudu
Práce stejnosměrného proudu
Elektrická práce
Elektrický proud, který prochází vodičem se může měnit na energii tepelnou, světelnou, mechanickou a na jiné
druhy.
Elektrický proud, je pohybem elektrických nábojů, které při průchodu vodičem konají práci, která se mění v
teplo.
Jednotka elektrické práce je watt [W] a vypočte se ze vztahu:
Elektrický výkon
Elektrický výkon je vykonaná práce za jednotku času. Rovněž výkon je vyjádřen ve watech [W]. A vypočte se
ze vztahu:
Elektrický výkon lze také spočítat vynásobí-li se napětí a proud, tedy vztahem:
Elektrický příkon
Každý elektrický spotřebič odebírá z elektrické sítě příkon a dodává výkon, který je vždy menší než příkon,
protože musíme odečíst ztráty, například teplo, které vzniká ve vinutí elektrických zařízení (např.
elektromotory).
Účinnost
Jestliže při přeměně jedné formy energie na jiný druh vzniká teplo, jedná se o ztráty a proto přiváděná energie
musí být větší než jaký požadujeme výkon. A účinnost v procentech se vypočítá ze vztahu:
Kde výkon P2 znamená využitý (užitečný) výkon a výkon P1, který byl dodán. Prakticky se nemůže stát, že by
účinnost byla 1.
Elektrické teplo
Elektrické teplo vzniká přeměnou elektrické energie:
a) Průchodem elektrického proudu rezistorem - Topný rezistor (Rz) je z odporového drátu stočený do spirály
nebo šroubovice
Pro přímé vytápění se používají:
1) Holé odporové dráty
2) Radiátory plněné olejem vypařovaným topným rezistorem
3) Topné plastové vodiče do stěny, omítky a pod podlahu
Pro nepřímé vytápění se používají:
1) Akumulační kamna, která mají keramické jádro a které akumuluje teplo a pomocí ventilátoru ho předávají do
místnosti
2) Topné radiátory, cirkuluje v nich ohřátá voda, která se ohřála v ohřívači
Využití odporového tepla v domácnosti: Vařiče, sporáky, podušky, žehličky
Odporové teplo se v průmyslu využívá k odporovému svařování.
V místě styku se materiál ohřeje protékajícím elektrickým proudem a materiál se nataví.
b) Elektrický oblouk, teplota oblouku je 3500 °C a používá se v elektrických pecích a při obloukovém svařování
c) Indukční ohřev v indukčních pecích je založených na ohřevu indukčními proudy s nízkou frekvencí 50 Hz.
Podstatou je transformátor, který má výstupní vinutí spojené nakrátko. Tento závit tvoří kanálek s taveninou a
proud se indukuje do tohoto kanálku, který tvoří sekundární vinutí transformátoru.
Transformátory středofrekvenční
Mají frekvenci 500 - 3500 Hz. Nemají železná jádro místo toho používají „kelímek“
3) Vysokofrekvenční ohřev
Frekvence je nad 5 000 Hz a využívá se ke kalení součásti.
Ohřev infračerveným zářením
Infrazářič vyřazuje paprsky s vlnovou délkou 750-10 000 nm. Podstatou je „podžhavená žárovka“. Využití
hlavně v lékařství, zemědělství a v průmyslu.
Joulův - Lenzův zákon
Poměr proudu a průřezu vodiče udává hustotu proudu:
Teplo Q vzniká průchodem proudu a je přímo úměrné napětí U a času t, po který proud prochází vodičem,
vyplývá vztah:
Teplo lze vyjádřit podle dodané práce a práci značíme písmenem W a proto platí vztah:
a to se rovná jako výkon vynásobený časem a výsledný vztah je:
Joulův - Lenzův zákon lze ještě vyjádřit vztahem:
Elektrické pole
Na dvě plochy oddělené izolačním protředím připojené například k baterii se vytvoří na vodivých plochách dva
stejně velké elektrické náboje, však opačných polarit.
V izolačním prostředí mezi oběma elektrodami vznikají silové účinky, kterým se říká elektrostatické pole.
Elektrický náboj umístěný v tomto prostředí bude odpuzován elektrodou shodného označení. Například budeli
náboj kladný, bude odpuzován kladnou elektrodou a přitahován zápornou elektrodou.
Zařízení ve kterém je mezi elektrodami izolační prostředí říkáme kondenzátor.
Kapacita kondenzátorů C závisí na plošném obsahu desek S, na vzdálenosti desek d a druhu dielektrika, jehož
kvalita se vyjadřuje permitivitou.
Permitivita je fyzikální veličina, vyjadřující vliv prostředí na intenzitu elektrického pole.
Kapacitu kondenzátoru lze určit ze vztahu:
a jednotkou kapacity je Farad a jeho definice je vyjádřena vzorcem:
Znázorňování elektrických polí
Pro lepší představu průběhu, tvaru a velikosti kreslíme elektrické pole pouze jako indukční čáry.
Znázornění roviného elektrického pole u roviného kondenzátoru (homogenní pole)
Další tvary elektrických polí jsou již nehomogenní.
Znázornění elektrického pole mezi dvěma soustředěními koly
Znázornění elektrického pole mezi dvěma nesoustředními koly
Znázornění elektrického pole mezi kolem a rovinou.
Coulombův zákon
Příčinou sil, které způsobují pohyb nabitých částic je elektrický náboj. Pro zjednodušení výpočtu je zaveden
pojem „bodový náboj tělesa“, který je soustředěn do jednoho bodu a závislost elektrických sil vyjadřujeme
vztahem Coulombovým zákonem, který zní: „Dva bodové Q1 a Q2 se navzájem přitahují nebo odpuzují stejně
velkými elektrickými silami F“.
Velikost každé síly je přímo úměrná součinu nábojů Q1 a Q2 a nepřímo úměrná druhé mocnině jejich
vzdálenosti r. Tedy vztah:
Konstanta k je závislá na prostředí v němž elektricky nabité těleso působí a vyjadřuje se vztahem:
Permitivita vákua a vzduchu jsou poměrně shodné.
Permitivita vákua je: 8,854.10 -12 F.m-1
Síla jakou na sebe působí dva náboje o 1C a vzdálenosti 1 m je přibližně 9.10-9 N
Intenzita elektrického pole
Je působení sil, které jsou mezi sebou vzdáleny pomocí fyzikálních polí. Příčinou je elektrický náboj kolem
elektricky nabitého pole, které charakterizujeme vztahem:
Jednotkou intenzity elektrického pole je Newton na Coulomb [N.C-1], ale s použitím vzorce
bude jednotka Volt na metr [V.m-1]
Volt na metr je intenzita elektrického pole v takovém místě, kde je bodový náboj 1 C působí silou 1 N. Z toho
vyplývá, že v blízkosti elektricky nabitého tělesa je intenzita elektrického pole větší a ve větší vzádálenosti je
intenzita elektrického pole menší.
Elektrická indukce
Přiblížímeli záporně nabitou kouli A k elektricky neutrálnímu tělesu, porušíme elektrickou rovnováhu a volné
elektrony tělesa B budou odpuzovány na vzdálenější stranu tělesa a přední část se „nabije“ kladně, protože
nyní má nedostatek elektronů.
Vlivem elektrostatického pole v kouli A se změnilo rozmístění elektrických nábojů v tělesa B, po oddálení
záporně nabité koule A se obnoví „původní“ stav.
Přiblížímeli znova nabitou kouli a dotkneme-li se rukou tělesa B, odvedeme odpuzené elektrony do země.
Na rozdíl od elektrických nábojů získaných skutečným dotekem ruky s nabitým tělesem se náboje ve vodiči B
nazývají indukované a celý jev se nazývá elektrická indukce.
Na základě měření v rozsahu elektrostatického pole je zřejmé že velikost indukovaného náboje závisí na:
1) Velikosti náboje, kterým bylo vyvoláno elektrostatické pole
2) Na poloze destiček v elektrostatickém poli
3) Na obsahu plochy destiček
A platí vztah:
Jednotkou je C.m-2 nebo A.s.m-2
Kapacita kondenzátoru
Deskový kondenzátor se skládá se 2 desek mezi kterýma je dielektrikum, což je hmota, která se chová jako
izolant.
Vložíme-li mezi desky (elektrody) kondenzátoru slídovou destičku, kapacita kondenzátoru se zvětší, než kdyby
byl dielektrikem vzduch. Kapacita kondenzátoru je závislá na druhu dielektrika, dále je přímo úměrná ploše S a
nepřímo úměrná vzdálenosti desek (elektród) od sebe.
Platí vztah:
Permitivita e je fyzikální veličina vyjadřující vliv prostředí na intenzitu elektrického pole.
Jednotkou kapacity kondenzátoru je F (farad).
Permitivita vákua je: 8,854.10 -12 F.m-1
Druhy kondenzátorů
Kondenzátory slouží pro uchovávání elektrické energie. Rozdíl mezi kondenzátorem a akumulátorem je ten, že
akumulátor dokáže podržet elektrický náboj dlouhou dobu, zato kondenzátor dokáže elektrický náboj zadržet
jen na krátkou dobu. Běžné kondenzátory mají kapacitu jen zlomky Faradu. Kapacita se běžně udává v pF.
Nejběžnější kondenzátory jsou svitkové. Jsou to dvě kovové fólie oddělené dielektrikem a stočené do válečku.
Dielektrikum může tvořit papír, vzduch, slída, atd. Jeho kapacita je neměná.
Značka:
Otočný kondenzátor má stator a rotor. Obě tyto části jsou složeny z plechů, které do sebe zapadají a tím se
mění kapcita. Dielektrikum tvoří vzduch. Pokud je potřeba zmenšit rozměry, jako dielektrikum se použije slída.
Značka:
Elektrolitické kondenzátory mají na anodě hliník, jako dielektrikum je po užita tenká vrstva oxidu a na katodě je
elektrolit. A je nutno je správně polarizovat. Na anodu se připojuje kladný pól a na katodu záporný pól
stejnosměrného zdroje. V obvodech se střídavým proudem se používají bipolární elektrolytické kondenzátory.
Značka:
Spojování kondenzátorů
Paralelní spojení
Při paralelním zapojení kondenzátorů se výsledná kapacita zvětší, protože se zvětšuje „použitelná“ plocha.
Výpočet se provádí podle vzorce:
Maximální dovolené napětí je nejnižší hodnota z jednoho z kondenzátorů
Sériové spojení
Při sériovém zapojení kondenzátorů se napětí rozloží na desky jednotlivých kondenzátorů a proto výsledné
napětí může být vyšší než je vyznačeno na jednotlivých kondenzátorech. Výsledná hodnota kapacity je
převrácená hodna součtu všech kapacit Výpočet se provádí podle vzorce:
Vedení elektrického proudu v kapalinách
Kapaliny se od pevných látek liší vzdáleností molekul od sebe, tedy pevné látky mají molekuly blíže u sebe a
kapaliny je mají dál od sebe.
Chceme-li kapalinou vést elektrický proud musíme elektrony „protlačit“ mezi štěrbinami pomocí iontů.
Chemicky čistá voda je izolant, zato voda dešťová již obsahuje ionty rozpuštěných látek a proto voda v přírodě
je dobrý vodič elektrického proudu.
Kapaliny, které vedou elektrický proud se nazývají elektrolyty.
Pokud do skleněné nádoby vlijeme destilovanou vodu a vložíme do ní dvě např. měděné desky, které jsou
připojené ke zdroji stejnosměrného elektrického napětí a na sériově připojeném ampérmetru vidíme, že
neprochází takřka žádný elektrický proud.
Po přidání malého množství chloridu sodného, t.j. kuchyňská sůl se vodivost roztoku o dost zvýší.
Při vzniku molekuly NaCl přešel elektron z atomového obalu sodíku (Na) na atom chlóru (Cl). Tím vznikly
částice s elektrickým nábojem ionty.
Atom sodíku odevzdal elektron a tvoří kladný iont (Na+) a atom chlóru jeden elektron přijal a tvoří záporný iont
(Cl-).
Po vsypání krystalů NaCl do vody se zmenší elektrické síly mezi ionty v krystalu a proto se ionty uvolňují do
vody. Sloučenina NaCl se ve vodě rozpouští, vzniká elektrolyt a tento děj se nazývá elektrolytická disociace.
Samotné volné „nosiče“ elektrického náboje nestačí, je zapotřebí elektrické pole, které se vytvořilo elektrodami,
které jsou ponořeny do kádinky.
Elektroda, která je připojena ke kladnému pólu zdroje se nazývá anoda a ta která je připojena k zápornému
pólu se nazývá katoda.
K anodě se pohybují záporné ionty, které se nazývají anionty a směrem ke katodě se pohybují kladné ionty,
které se zase nazývají kationty.
Pro vedení elektrického proudu v kapalinách je za potřebí existence volně pohyblivých iontu a nazýváme to
iontová vodivost. Přenos elektrického proudu v elektrolytech je spojen s přenosem volných iontů směrem k
elektrodám.
Elektrolyty lze ještě vytvořit přidám hydroxidů nebo kyselin do destilované vody.
Vedení elektrického proudu v kapalinách
Kapaliny se od pevných látek liší vzdáleností molekul od sebe, tedy pevné látky mají molekuly blíže u sebe a
kapaliny je mají dál od sebe.
Chceme-li kapalinou vést elektrický proud musíme elektrony „protlačit“ mezi štěrbinami pomocí iontů.
Chemicky čistá voda je izolant, zato voda dešťová již obsahuje ionty rozpuštěných látek a proto voda v přírodě
je dobrý vodič elektrického proudu.
Kapaliny, které vedou elektrický proud se nazývají elektrolyty.
Pokud do skleněné nádoby vlijeme destilovanou vodu a vložíme do ní dvě např. měděné desky, které jsou
připojené ke zdroji stejnosměrného elektrického napětí a na sériově připojeném ampérmetru vidíme, že
neprochází tařka žádný elektrický proud.
Po přidání malého množství chloridu sodného, t.j. kuchyňská sůl se vodivost roztoku o dost zvýší.
Při vzniku molekuly NaCl přešel elektron z atomového obalu sodíku (Na) na atom chlóru (Cl). Tím vznikly
částice s elektrickým nábojem ionty.
Atom sodíku odevzdal elektron a tvoří kladný iont (Na+) a atom chlóru jeden elektron přijal a tvoří záporný iont
(Cl-).
Po vsypání krystalů NaCl do vody se zmenší elektrické síly mezi ionty v krystalu a proto se ionty uvolňují do
vody. Sloučenina NaCl se ve vodě rozpouští, vzniká elektrolit a tento děj se nazývá elektrolytická disociace.
Samotné volné „nosiče“ elektrického náboje nestačí, je zapotřebí elektrické pole, které se vytvořelo
elektrodami, které jsou ponořeny do kádinky.
Elektroda, která je připojena ke kladnému pólu zdroje se nazývá anoda a ta která je připojena k zápornému
pólu se nazývá katoda.
K anodě se pohybují záporné ionty, které se nazývají anionty a směrem ke katodě se pohybují kladné ionty,
které se zase nazývají kationty.
Pro vedení elektrického proudu v kapalinách je za potřebí existence volně pohyblivých iontu a nazýváme to
iontová vodivost. Přenos elektrického proudu v elektrolytech je spojen s přenosem volných iontů směrem k
elektrodám.
Elektrolyty lze ještě vytvořit přidám hydroxidů nebo kyselin do destilované vody.
Chemické zdroje napětí
Pokud do kádinky s velmi zředěným roztokem kyseliny sírové vložíme dvě elektrody z různých materiálů, první
bude z mědi a druhá ze zinku a připojíme k ním voltmetr, tak naměříme slabé elektrické napětí. Tomuto se říká
chemické zdroj elektrického napětí.
Tento zdroj výše popsaný sestavil v 18. století Alessandro Volta, který vycházel z výzkumů a poznatků Luigiho
Galvaniho a po něm se tyto zdroje jmenují galvanické články.
Měděná deska má kladný potenciál a zinková deska má potenciál záporný. Pokud by se použili desky ze
stejného materiálu, napětí mezi nimi nevznikne.
Pokud vyměníme voltmetr za žárovku, tak bude chvíli svítit a potom zhasne, protože došlo k polarizaci
elektród, tedy se snížilo napětí zdroje.
Aby chemický zdroj pracoval „trvale“ je potřeba zdroj depolarizovat, k tomu se používají látky při kterých se
kterýma reaguje vodík a vzniká zase voda. Vodík vzniká proto, že mezi elektrodami a elektrolytem probíhá
elektrolýza a vodík se „zachycuje“ na měděné elektrodě.
Tuhle konstrukci mají galvanické články, které jsou využívány například ve svítilnách a v přenosných
elektronických zařízeních (walkmany). Zápornou elektrodu tvoří zinková nádobka s rosolovitým elektrolytem a
kladnou elektrodu zase tvoří uhlíková tyčinka, která je umístěná uprostřed nádobky s elektrolytem a ještě je
obalena vrstvou burelu (MnO2), což slouží k depolarizaci článku. Protože elektrolyt není tekutý, tak se tyto
články označují jako „suché“. Napětí je poměrně malé (pouze 1,5 V). Spojení těchto článků se říká baterie,
většinou jsou spojeny tři články, tak, že katoda 1. článku je spojena s anodou 2. článku. Nejčastěji používané
"baterie" jsou uvedeny v tabulce.
Technické
označení
Obchodní
označení
Průměr
Jmenovité
napětí (V)
Výška
R6
Mignom
14,5
50,5
1,5
R14
Baby
26,0
50,0
1,5
R20
Monočlánek
34,0
61,5
1,5
Technické
Označení
Obchodní
označení
Délka Šířka Výška
Jmenovité
napětí (V)
3R12
Plochá baterie
62
22
67
4,5
6F22
Kompaktní blok/Destičková baterie
26,5
17,5
48,5
9
Značný význam mají chemické zdroje, kde se polarizace využívá, což jsou například akumulátory. Nejčastěji se
lze setkat s olověným akumulátorem, který se osazuje do automobilů.
Elektrody jsou z olova (články) a elektrolyt je kyselina sírová. Akumulátor se stane zdrojem elektrického napětí
až po jeho „nabití“.
Když se akumulátor nabijí, vzniká chemická reakce. Povrch anody se pozvolna pokrývá vrstvou oxidu
olovičitého a katoda zůstává olověná. Po nabití má článek napětí, které se rovná asi 2,1 V.
Při provozu je děj opačný. Tedy vzniká síran měďnatý (PbSo4) na obou elektrodách což se projevuje
snižováním napětí. Abychom získali napětí „původní“ je potřeba akumulátor dobít. Protože kyselina sírová
reaguje s elektrodami, snižuje se hustota elektrolytu. Hustoměrem lze orientačně zjišťovat jak je akumulátor
nabitý.
Články olověného akumulátoru jsou také spojeny do série jako v obyčejné 4,5 V baterii, ale v olověném
akumulátoru do automobilu je článků nejčastěji 6, tedy 6 článků po 2 V dá dohromady napětí 12 V.
Pro nabíjení akumulátorů je potřeba napětí vyšší než je elektromotorické napětí akumulátoru a je důležité
zachovat polaritu. Kladný pól „nabíječky“ připojit na kladný pól akumulátoru a záporný pól na záporný pól.
Ještě existují akumulátory oceloniklové (NiFe) a niklokadmiové (NiCd), které se líčí složeným kovů a elektrolytu
a používají se například v kapesních kalkulátorech nebo v mobilních telefónech.
Vedení elektrického proudu v plynech
Za normálních podmínek patří plyny mezi izolanty.Každý plyn obsahuje velice malý počet iontů, to jsou částice,
které mohou vést elektrický proud. Vytvoří-li se v plynu elektrické pole začnou se ionty pohybovat k elektrodě s
opačným nábojem než jaký má iont. Při tom narážejí do molekul plynu a štěpí je na další ionty. Vlivem ionizace
roste proud, prochází plynem. Průchod proudu plynem se projeví tím, že vznikne samostatný výboj v plynu a je
doprovázen světelnými jevy. Při zahřátí plynu se vlivem tepelných jevů zvýší počet ionizovaných molekul plynu,
který se za stejných podmínek (tlak, teplota, chemické složení), který lépe vede elektrický proud. Někdy
dochází k nesamostatnému výboji který bývá ovlivněn vnějšími vlivy, např. některá záření (radioaktivní).
Jiskrový výboj trvá zlomky sekundy. Průchodem proudy mezi hroty se zdroj napětí vybije a jeho napětí klesne.
Po průchodu proudu plynem neplatí Ohmův zákon. Pro výboj mezi kuličkami o poloměru 10 mm vzdálenými od
sebe 1 mm je potřeba ve vzduchu za normálních podmínek napětí 4800 V. Pro výboj na dráze 50x větší, výboj
vznine při napětí 69 000 V. Mezi délkou jiskry a napětím je přímá úměrnost. Jiskrové výboje vznikají při tření
některých syntetických tkanin. Elektrické výboje mohou vzniknout při přečerpání některých kapalin (benzínu). V
atmosféře vznikají obrovské výboje, tzv. blesky. Napětí blesku se udává 50 MV a proud při něm doshuje 1 kA 100 kA. Doba výboje je velmi krátká. Náboj při blesku bývá přibližně 200 C. Pro porovnání startovací baterie
osobního automobilu má náboj několik set tisíc Coulombů. Ničivé účinky blesku, hlavně vlivem vysoké teploty
plynu (až 5 000 °C). Budovy před účinky blesků chrání hromosvody, jsou to uzemněné vodiče ke terým se
připojují okapy a další kovové části budov.
Elektrický oblouk
S elektrickým obloukem se ionizuje velký počet molekul a vytváří se plazma, ve které je obsažen ionizovaný
plyn.Dříve se používal k osvětlovací technice. Nyní se používá v obloukových pecí tavící kovy.
Obloukové svařování
se skládá:
1) Ze zdroje proudu
2) tzv. „sekundárních“ kabelů, z nichž je jeden kabel ukončen uzemňovací svorkou a 2. kabel je opatřen
kleštěmi, pro uchopení svařovací elektrody. Dotkneme-li se elektrodou svařovaného materiálu, nad který je
připojena uzemňovací svorka vznikne mezi elektrodami oblouk, který odtavuje kov elektrody a zároveň
natavuje kov svařovaného materiálu, vlivem mezimolukulárních sil se svařované části velmi pevně spojí.
Vedení elektrického proudu ve zředěných
plynech
Ve zředěných plynech vzniká výboj snáze než za atmosférického tlaku. V prostoru mezi elektrodami je méně
molekul, takže ionty získají na delší dráze mezi dvěma srážkami s molekulou vyšší rychlost. Proto se snáze
„štěpí“ další molekuly. Pro různé plyny je charakteristická odlišná barva výboje, např. neon svítí červeně,
rtuťové páry modře, atd. Výboj ve ředěném plynu se využívá především v zářivkách. Jsou to trubice plněné
kryptonem nebo argonem.
Dotnavka
Vhodné pro signální zařízení. Skádá se z baňky, která je plněna neonem a má dvě elektrody. V signalizačních
zařízeních upozorňují je-li obvod pod napětím nebo k orientaci vypínače, protože světelný výkon je malý.
Doutnavka je součástí tužkové zkoušečky fáze. Obvod se uzavírá přes lidské tělo (v zařízení je srážecí rezist
or, který sníží proud na takovou úrověň, aby nedošlo k ohrožení života nebo zdraví pracovníka provádějícího
měření).
Další elektrická zařízení, kde se vede elektrický proud ve zředěném plynu jsou elektronky.
Trvalé magnety a magnetické pole
Dva trvalé magnety se přitahují nesouhlasnými (rozdílnými) póly. A sosuhlasnými (stejnými) se přitahují.
Severní pól se značí písmenem N (z anglického slova Nort - Sever) a u kompasu či „tyčového“ magnetu se
značí červenou barvou. Zato jižní pól se značí písmenem S (z anglického slova South - Jih).
Každý magnet si můžeme představit jako mnoho malých „elementárních magnetů“.
Dojde-li k přelomení magnetu, vzniknou dva samostatné magnety.
Bylo dohodnuto že indukční čáry magnetického pole vycházejí ze severního pólu a směřují k pólu jižnímu.
Feromagnetické látky jsou železo, ocel, nikl, kobal a některé slitiny niklu, tyto látky lze dočasně či trvale
zmagnetovat.
Pro každý kov platí jiná magnetizační teplota.
Magnet ztrácí svojí „sílu“ při otřesech a při změnách magnetického pole.
Magnetické pole přímého vodiče
Kolem nekonečně dlouhého vodiče se při průchodu elektrického proudu vytváří magnetické pole. Umístíme-li
do blízkosti magnetku kompasu, střelka se umístín ve směru tečny k myšlené kruhové indukční čáře a severní
pól střelky se orientuje vždy podle směru proudu ve vodiči.
Směr a smysl magnetického je vždy vázáno na směr a smysl elektrického proudu ve vodiči.
Ampérovo pravidlo pravé ruky: Uchopíme-li vodič pravou rukou tak, že palec ukazuje směr elektrického proudu
a prsty ukazují směr indukčních čar.
Elektromagnety
Každá cívka, kterou protéká elektrický proud se chová jako magnet. Siločáry vycházejí z největší části v čele
plochy.
Elektromagnet je cívka, která je zapojená do elektrického obvodu, proto aby se přímo využívalo účinkům jejího
magnetického pole, většinou býva v dutině elektromagnetu vloženo jádro z magneticky měkké oceli.
Silové účinky účinky elektromagnetu mohou být mnohem silnější než účinky trvalého magnetu. Působení
elektromagnetu trvá pouze po dobu průchodu elektrického proudu cívkou.
Využití například na jeřábech v hutích, na skládkách kovového odpadu a v měřících přístrojích.
Magnetické obvody
Magnetický obvod je cesta, kterou uzavírá magnetický indukční tok. Je-li magnetický indukční tok vyvolán
elektrickým proudem ve vodičích, jedná se o elektromagnetický obvod. Magnetické indukční čáry jsou do sebe
uzavírány a nikde nekončí a nezačínají a proto je magnetický obvod vždy uzavřený. V praxi se můžeme setkat
s magnetickými obvody uzavřenými i otevřenými. Uzavřenými magnetickými obvody indukční čáry prochází
feromagnetickými látkami buď úplně nebo překonávají jen malou mezeru vyplněnou vzduchem nebo
paramagnetickou popř. diamagnetickou látkou. Otevřené magnetické obvody jsou takové v nichž je velká část
indukčních čar uzavírá mimo feromagnetické látky nejčastěji vzduchem.
Magnetické vlastnosti látek
Látka
Vlastnosti
Příklady
Feromagnetická Zesilují učinky magnetického pole.
Kobalt, železo, nikl a různé druhy oceli
Paramegnetická Magnetické pole nepatrně zesilují.
Platina, hliník, vzduch, paládium
Diamagnetická Magnetické pole nepatrně zeslabují.
Bizmut, zlato, stříbro, rtuť, měd, olovo
Druhy magnetických obvodů
1) Sériový - Například prstenec, ze železa přerušíme „velmi“ úzkou vzduchovou štěrbinou jímž prochází všude
stejný magnetický indukční tok. Protože průřez obou částí magnetického obvodu je všude stejný vzhledem k
uzké mezeře nedojde k rozšíření magnetického toku). Bude magnetická indukce stejná
2) Paralélní - 2 prstence 1 a 2 rovnoměrně ovinuté společným vinutím.
3) Jednoduchý - Magnetický obvod se skládá z materiálu o stejných magnetických vlastnostech a stejného
průřezu.
4) Složený - Magnetický obvod se skládá z části různého průřezu, ke složeným magnetickým obvodům
můžeme řadit magnetické obvody paralelně zařené a obvody s trvalými magmety.
Intenzita magnetického pole
Značka veličiny je H. Veličina intezita magnetického pole má velikost a směr a proto je vektorovou veličinou a
měří se v Ampér na metr. A.m-1.
Magnetciké pole vytvořená v cívce jsou stejná dokud je stejný poměr mezi „amér závity“ na délku jednoho
metru.
Intenzita magnetického pole se určí ze vztahu:
Intenzitu magnetického pole, lze také definovat: „Intenzita magnetického pole je magnetické napětí připadající
na jednotku délky.“ A vztah pro výpočet je:
Směrem ke konci cívky se rozptylem indukčních čar intenzita magnetického pole zeslabuje (je nepřímo úměrná
vzdálenosti).
Intenzita magnetického pole se vztahuje k určítému místu magnetického pole a je nezávislá na prostředí.
Magnetická indukce
Magnetická indukce se značí B a jednotkou je Tesla se zkratkou T. Je to vektorová veličina a můžeme jí zjistit
měřením sil, které vznikají v magnetickém poli při vtahování jádra cívky z feromagnetického materiálu nebo při
„hýbáním“ vodičem v magnetickém poli.
V každém místě je magnetická indukce kolmá na plochu má určitou velikost, směr i orientaci.
Ve hmotném prostředí je vektor magnetické indukce vyjádřen rovnicí (vztahem):
Magnetická indukce se mění dle prostředí. Pro hmotné prostředí se značí B a pro vakum je značka B0.
Vložíme-li do magnetického pole kus železa, zjistíme že v železe je hustota siločar je odlišná od stejného místa
ve vzduchu. Z toho vyplývá, že v železe je větší magnetická indukce. Nezáleží jen na intenzitě magnetického
pole, ale i na látce do které siločáry pronikají.
Permeabilita
Vyjadřuje vliv určitého prostředí na silové učinky magnetického pole. V některých prostředích účinky
magnetického pole zesiluje a v jiných zeslabuje.
Jednotkou permeability je H.m-1. A její rozměr je:
Permeabilita prostředí má pro každé prostředí různou velikost. V některých látkách není konstanktní, ale na
intenzitě magnetického pole a na jiných fyzikálních podmínkách. Permeabilita vzduchu je přibližně stejná jako
permeabilita vákua.
m0 = hodnota je 4p*10 -7 = 1.256-6
mr = poměrná permeabilita vyjadřuje kolikrát je absolutní permeabilita větší než permeabilita vákua.
Magnetický indukční tok
Je počet „siločar“ v magnetickém poli. A značí se F a jednotka weber. Magnetický tok je vybuzen buď trvalým
(pernamentním) magnetem nebo elektrickým proudem.
Vztah pro výpočet je:
Pohyb vodiče v magnetickém poli
Přivedeme-li do cívky proud, bude do její dutiny vtahována tyčinka z feromagnetického materiálu, při větším
proudu je tyčinka utahována větší silou.
Přivedeme-li stejný proud do cívek stejného tvaru, ale s různým počtem závitů, budou silové účinky větší u
cívky s větším počtem závitů.
Vložíme-li do cívky ocelové jádro, bude tyčinka přitahována větší silou i magnetické účinky s jádrem jsou větší.
Bude-li jádro z nástrojové oceli, vznikne trvalý magnet.
Vložíme-li mezi póly magnetu vodič, po uzavření se vychýlí, při změně směru elektrického proudu se vodič
vychýlí na opačnou stranu.
Síla F, která působí na vodič v určité délce l, kterým prochází elektrický proud I a zbývá magnetická indukce,
za předpokladu, že indukční čáry jsou kolmé na vodič, výpočet probíhá podle vzorce:
Nejsou-li kolmé výpočet probíhá podle vzorce (s velikostí úhlu vektoru magnetické indukce):
Směr výchylky vodiče můžeme zjistit Flemingovým pravidlem levé ruky: "Položíme-li levou ruku na vodič tak,
aby prstý směřovali do proudu a indukční čáry směřovali do dlaně, odchýlený palec ukazuje orientaci síly,
kterou magnetické pole působí na vodič."
Elektromagnetická indukce
Je základem činosti elektrických strojů (transformátorů, generátorů a motorů).
Tvoří-li vodič uzavřenou smyčku, protéká vodičem proud. Nejsou-li konce smyčky spojeny, lze mezi nimi
naměřit voltmetrem elektrické napětí. Říká se tomu indukovaný elektrický proud nebo indukované elektrické
napětí.
Napětí je tím větší, čim více magnetických siločar vodič protíná.
Je-li pole 2x silnější je indukovaná elektromotorická síla 2x větší.
Je-li účinná délka vodiče 2x délší je indukovaná elektromotorická síla 2x větší.
Pohybuje-li se vodič 2x rychleji je indukovaná elektromotorická síla 2x větší.
Indukované napětí je přímo úměrné součinu magnetické indukce B, délky vodiče v magnetickém poly l a
rychlosti pohybu v a síly úhlu. Platí vztah:
Střídavý proud
Střídavý proud neustále mění svojí velikost a směr, proto se k jeho zobrazování používá "vlnivá linie", tzv.
"sinusovka".
Průběhy střídavého proudu
Přesný průběh střídavého proudu by se musel popsat pomocí "vyšší matematiky".
V elektrické síti se používá průběh sinusový.
V elektronice se používá průběh obdélníkový (např. v logických obvodech )
Sinusový průběh
Pilový průběh
Trojúhelníkový průběh
Obdélníkový průběh
Průběh
Název
Sinusový průběh střídavého proudu
Jeden průběh se nazývý cyklus.
Doba jednoho průběhu je perioda.
Počet kmitů (period) za sekundu se nazývá frekvence (kmitočet) a se měří v hertzích (Hz).
1 Hz je je kmitočet (frekvence) při němž perioda je 1 sekunda.
Síťový kmitočet v ČR je normou ČSN ustanoven na hodnotu 50 Hz (lze zkontrolovat na osciloskopu).
Hodnoty sinusového střídavého proudu
Jelikož se střídavý proud neustále mění (předpokládáme, že se jedná sinusový průběh), je v praxi nutno
pojmenovat jednotlivé velikostní okamžiky střídavého proudu
Okamžitá
Aktuální velikost v určitém časovém okamžiku, nelze přímo změřit, hodnota se odečítá z osciloskopu.
Neporovnává se
Malými písmeny (např. u; i)
Střední
Aritmetický průměr všech okamžitých hodnot během poloviny periody
Chemické účinky
Velkými písmeny s indexem stř (např. Ustř ; Istř ).
Efektivní
Taková velikost, která svými tepelnými účinky se rovná stejnosměrnému proudu
Tepelné účinky
Velkými písmeny s indexem ef (např. Uef ; Ief ), častěji pouze velká písmena bez indexů (např. U; I)
Maximální
Vrchol amplitudy.
Neporovnává se
Velkými písmeny s indexem max (např. Umax , Imax ), popřípadě se index zkrátí jen na m
Název hodnoty
Průběh
Porovnání účinků se stejnosměrným proudem
Značení
Fázory
Jednotlivé okamžité hodnoty sinusové veličiny určujeme z průmětů rotující orientované úsečky do svislé osy y.
Délka úsečky určuje amplitudu sinusové veličiny, úhel j mezi kladným směrem osy x a počáteční polohou
úsečky určuje počáteční fázi. Úhlová rychlost otáčení úsečky je rovna úhlové frekvenci w , smysl otáčení
úsečky je proti pohybu hodinových ručiček. Poloha rotující úsečky v rovině určuje tedy jednoznačně danou
sinusovou veličinu a nazýváme jí fázor (značení v publikacích: tučně - I ; U ). Dříve se používal termín časový
vektor.
Pro upřesnění je nutno doplnit, že fyzikální veličiny se dělí na skaláry a vektory:
Skaláry
Jsou veličiny, které jsou určené pouze velikostí (např. čas, hmotnost, teplota, elektrický proud, elektrické
napětí, magnetický tok). Velikost proměnné skalární veličiny můžeme zobrazit body na přímce nebo na stupnici
čili škále.
Vektory
Jsou veličiny určené velikostí směrem a orientací (např. síla, rychlost, intenzita elektrického pole, magnetická
indukce, hustota elektrického proudu). Každý vektor znázorňujeme orientovanou úsečkou, jejíž délka je přímo
úměrná velikosti vektoru. Za orientovanou pokládáme úsečku, víme-li, který z krajních bodů je počáteční a
který koncový.
Orientace veličiny
Charakteristika
Různé střídavé veličiny téže frekvence znázorňujeme ve společném fázovém diagramu (Gaussově rovině).
Fázory se sčítají geometricky pomocí rovnoběžníku. Skládat můžeme jen fázory téhož druhu (jen proudy nebo
jen napětí).
Pokud nás zajímá efektivní hodnota fázory vynášíme v efektivní hodnotě.
Fázory můžeme také rozkládat na složky daných směrů (nejčastěji osy x, y).
Jelikož výsledek je pravoúhlý trojúhelník k výpočtům chybějící veličiny používáme buď Pythagorovu větu nebo
goniometrické funkce.
Princip generátoru, dynama a
transformatoru
Generátory
Generátory elektrického proudu jsou stroje, které přeměňují mechanickou energii na elektrickou. Většina
elektrické energie se získává v generátorech střídavého proudu, kterým se říká Alternátory.
Alternátor tvoří jedna nebo více cívek, tzv kotva, ve které indukuje střídavé napětí. V malých alternátorech se
používají tuhé (trvalé) magnety k vytvoření potřebného magnetického pole. Ve velkých alternátorech se k
buzení magmetického pole používají elektromagnety.
Rotor je část alternátoru, která se otáčí, tedy rotační
Stator je část alternátoru, která se neotáčí, tedy stojící.
Je-li konstrukce alternátoru taková, že kotva je rotorem, vzniknou potíže s odebíráním „vyrobeného“
elektrického proudu. Prstence a kartáčky „uhlíky“ se při otáčení zahřívají a jiskří a větším proudem se opalují a
poškozují. V současných alternátorech se většinou otáčí elektromagnet a pevnou část tvoří kotva, která je
statorem. Menší proud pro elektromagnety nezpůsobuje tak velké opalovaní prstenců a kartáčku.
Dynama
Dynama jsou generátory na stejnosměrný proud.
V kotvě se indukuje střídavé napětí, podobně jako v alternátoru. Změna ze střídavého napětí na stejnosměrné
napětí se provádí mechanicky pomocí 2 poloprstenců. K nim doléhají uhlíky (kartáčky) tak nastavené, že v
okamžiku kdy se mění směr indukovaného proudu, dotkne se kartáčků 2. poloprstenec. Proto na jednom
poloprstenci je trvale kladné napětí a na druhém trvale záporné napětí. Aby napětí nekolísalo je kotva dynama
složená z většího počtu cívek a jejich konce se spojí s měděnými lamelami, které tvoří komutátor. Nahrazující
poloprstence uhlíky, které jsou nastaveny tak, že se dotýkají lamel mezi kterýma je právě maximální napětí.
Napětí z takto uspořádaného dynama se blíží svým „průběhem“ napětí z galvanického článku.
Transformátor
Je elektrický stroj, který mění střídavá elektrická napětí na jiná (vyšší nebo menší hodnoty, ale i stejná)
elektrická napětí. Transformátor má dvě cívky.
První cívka se nazývá Primární a přivádí se do ní elektrický proud.
Druhá cívka se nazývá Sekundární a z ní se odebírá již transformovaný proud.
Obě cívky jsou navlečeny na jádru, které je složeno ze železných plechů s malým obsahem křemíku, tzv.
„elektrotechnických plechů“.
Primární cívka není „vodivě“ spojená s cívkou sekundární. Elektromagnetickou indukcí vzniká v dutině primární
cívky proměné magnetické pole. Změny magnetického toku se přenáší jádrem do cívky sekundární a tím v
sekundární cívce vzniká indukované napětí.
Efektivní hodnota střídavého proudu
U střídavého elektrického proudu se neustále během 1 periody mění nejen velikost, ale i směr proudu. K tomu,
abychom mohli hovořit o napětí v elektrorozvodné síti 230 V, nebo například o hodnotě proudu 10 A, musíme
porovnat účinky střídavého elektrického proudu s účinky proudu stejnosměrného. K porovnání můžeme použít
světelný výtěžek žárovky, která svítí na střídavý proud stejně jako na proud stejnosměrný, je-li rovnocený
účinek, můžeme toto napětí označit jako efektivní.
Efektivní hodnota střídavého proudu je taková myšlená hodnota stejnosměrného proudu, který vyvolá za
stejnou dobu stejné tepelné účinky jako uvažovaný střídavý proud.
Vztah pro výpočet efektivního napětí je:
nebo pro proud:
Střední hodnota střídavého proudu
Střední hodnota se rovná aritmetickému průměru všech okamžitých hodnot během poloviny periody.
Střední hodnota střídavého proudu se rovná rovnoceným elektrochemickým účinkům proudu stejnosměrného.
Použití v galvanotechnice (elektrolýza),
Vztah pro výpočet
Převod střední hodnoty střídavého proudu na hodnotu efektivní
Výkon střídavého proudu
V obvodu s odporem R podle stejného vzorce jako výkon stejnosměrného proudu, tedy podle vzorce:
Za předpodkladu, že v obvodu není indukční a kapacitní reaktance. V obvodech, které obsahují cívky a
kondenzátory se může projevit fázový posun proudu a napětí. Při fázovém posunu je nejvyšší napětí ve vodiči
v okamžiku kdy proud stále ještě roste. To znamená, že je proud zpožděn za napětím. Muže se také stát, že
proud je již nejvyšší, ale napětí stále roste. Dochází k předbíhání proudu před napětí. V obou případech je
výkon menší než kdyby proud a napětí byly současně nejvyšší, to znamená ve fázi. Proto nelze výkon
střídavého proudu počítat podle vzorce .
Účiník Je fázový posun mezi napětím a proudem. Má značku cosj a meří se fázoměrem. Pro výpočet výkonu
střídavého proudu s fázovým posunem je výkon roven součinu napětí, proudu a účiníku. Výpočet se provádí
dle vzorce:
Je-li v obvodu střídavého proudu pouze rezistor, fázový posun není., pak se cosj = 1 a lze použít vzorec. Čím
více se účiník blíží k 1, tím méně jsou proud a napětí vzájemně posunuty. Jsou-li proud a napětí posunuty o 1/4
periody, tedy o 90° je cosj = 0 a výkon se rovná 0 W. Obvodem sice prochází proud, ale jeho výkon je 0. U
některých spotřebičů se výkon střídavého proudu uvádí ve VA (voltampérech). Tím je myšlen výkon zdánlivý.
T.j. nevyšší výkon při účinku cos = 1. Skutečný výkon střídavého proudu se počítá podle vzorce:
A pro činý výkon se udává jednotka Watt [W].
Výkonový trojúhelník
Činný výkon P je dán součinem efektivních hodnot napětí a činné složky proudu.
Jalový výkon Q je dán součinem efektivních hodnot napětí a jalové složky proudu.
Zdánlivý výkon je dán součinem efektivních hodnot napětí a proudu.
V síti kde jsou zapojeny žárovky bývá účiník 0,95, v síti smíšené (se žárovkami a motory) je účiník 0,8.
Rezistor v obvodu střídavého proudu
Jediným parametrem rezistoru je odpor R. Zmeříme-li proud v obvodu, který je připojen ke zdroji
stejnosměrného napětí a potom ke zdroji střídavého napětí se stejnou efektivní hodnotou, zjistíme, že pro oba
případy platí stejné zákonitosti. Proto pro střídavý proud můžeme použít v obvodu s rezistorem Ohmův nebo
Kirchhoffův zákon.
Při měření osciloskopem je patrné, že maximální napětí Umax a maximální proud Imax jsou navzájem ve fázi.
Cívka v obvodu střídavého proudu
Obvod s cívkou připojíme střídavě ke zdroji stejnosměrného napětí a potom ke zdroji střídavého napětí se
stejnou efektivní hodnotou.
V obvodu stejnosměrného napětí proud prochází a žárovka svítí. V obvodu střídavého napětí ampérmetr, že
proud žárovkou prochází, ale žárovka nesvítí.
V obvodu s cívkou vzniká amplituda napětí dříve než amplituda proudu. Proto můžeme řící, že napětí předbíhá
proud. Proud je zpožděn o 1/4 (0.25) periody. To znamená, že fázový posun je mezi napětím a proudem je 90°.
V obvodu s cívkou vzniká pro střídavý proud „překážka“ zvaná indukční reaktance. Značka je XL a vztah je:
Následující tabulka ukazuje hodnoty indukční reaktance pro určité frekvence při indukčnosti cívky 1 mH:
Frekvence
Indukční reaktance XL
50 Hz
0,31 W
1 kHz
6,28 W
1 MHz
6 283,19 W
1 GHz
6 283 185,31 W
L je indukčnost cívky v Henry. Znak w, je z řecké abecedy a čte se jako [omega] a znamená úhlový kmitočet.
Vztah pro úhlový kmitočet je:
Indukční reaktance je přímo úměrná kmitočtu střídavého proudu v obvodu. Při větším kmitočtu je XL větší a
cívkou protéká menší proud. Jednotka indukční reaktance (XL) je Ohm [W]. Proud, který prochází cívkou se
vypočte ze vztahu:
Kondenzátor v obvodu střídavého proudu
Připojíme-li žárovku do obvodu střídavého proudu, zjistíme, že žárovka svítí. Zato v obvodu stejnosměrného
proudu žárovka nesvítí.
Průchod střídavého proudu kondenzátorem je způsoben změnou polarity napětí na deskách kondenzátoru,
který se neustála nabijí a vybijí. Stejnosměrný proud projde kondenzátorem pouze při jeho nabijení a vybijení.
Jinak se stejnosměrný proud přes kondenzátor neproteče.
V obvodu s kondenzátorem vzniká amplituda proudu dříve než amplituda napětí. Proto můžeme řící, že proud
předbíhá napětí. Napětí je zpožděno o 1/4 (0.25) periody. To znamená, že fázový posun je mezi proudem a
napětím je 90°.
Pokud je v obvodu pouze kondenzátor dochází k výměně mezi zdrojem a elekrickým polem kondenzátoru.
Kondenzátor rovněž klade průchodu střídavého proudu odpor ve formě kapacitní reaktance, která se vypočte
ze vztahu:
Následující tabulka ukazuje hodnoty kapacitní reaktance pro určité frekvence při kapacitě kondenzátoru 1 mF:
Frekvence
Kapacitní reaktace XC
50 Hz
3 183,098 86 W
1 kHz
159,154 94 W
1 MHz
0,159 15 W
1 GHz
0,000 16 W
Zaření cívek a kondenzátorů v obvodu
střídavého proudu
V obvodech se střídavým proudem nestačí znát jen ohmický odpor jako ve stejnosměrných obvodech. Bereme
v úvahu odpory indukční (odpory cívek) a kapacitní (odpory kondenzátorů). Ohmickému (odporu rezistoru)
odporu říkáme rezistance.
Indukčnímu odporu říkáme indukční reaktance - induktance
Kapacitnímu odporu římáme kapacitní reaktance - kapacitance
Indukční a kapacitní odpory je jalové a jejich vzdálený odpor je impedance.
Jalový odpor zeslabuje střídavý proud, ale neničí jeho výkon, protože vzniklo jen posunutí fází mezi proudem a
napětím. Uvedeme-li proud do fáze jalové odpory zmizí.
V indukčním odporu předbíhá napětí před proud.
V kapacitním odporu předbíhá proud před napětí.
Zapojíme-li indukční a kapcitní odpor vedle sebe, rozvětvením se na proud indukční a proud kapacitní.
V cívce je proud za napětím a v kondenzátoru je proud před napětím. Výsledný proud má oproti napětí fázový
posun ± 90°, to určuje který proud je „silnější“.
Jsou-li oba proudy (indukční a kapacitní) stejné, znamená to, že oba odpory jsou stejné. I když mohou být
proudy velké, spotřebovaná energie je nepatrná. Je to proto, že proud je proti napětí o 90° posunutý a výkon
ve watech dostaneme, když znásobíme proud a napětí. Z toho vyplývá, že indukčnost může kapacita zrušit. V
tom případě teče obvodem silnější proud nebo v něm vzniká vyšší napětí.
Impedance obvodu
Elektrický odpor může být indukční (indukční reaktance) a kapacitní současně. Pokud se uvažuje oběma
veličinami současně, vzniknou obvody RL, RC, LC. Pokud jsou v obvodu všecny tři členy (odpor, indukčnost,
kapcita) vznikne RLC.
R - Člen obvodu s odporem - Rezistor
L - Člen obvodu s indukčností - Cívka
C - Člen obvodu s kapacitou - Kondenzátor
Jednotlivé členy můžeme do obvodu zapojovat buď sériově nebo paralelně.
V obvodech, kde se vyskytuje pouze stejnosměrný proud, hovoříme pouze o elektrickém odporu.
V obvodech kde se vyskytují RLC členy (ve střídavých obvodech) se hovoří o impedanci.
Impedance obvodu
Impedance je "překážka" (zdánlivý odpor - reaktance), kterou klade obvod s indukčností, kapacitou a odporem
toku střídavému proudu.
Impedance se značí písmenem Z je jednotka je Ohm [ W ].
Admitance obvodu
I v obvodech se střídavým proudem se používá vodivost vyjádřená termínem admitance. Jde o převrácenou
hodnotu Impedance.
Jednotkou admitance je Siemens [S].
Oscilační obvod
Ke vzniku oscilačních kmitů je zapotřebí počáteční energie. Zapojíme-li paralelně kondenzátor, cívku a zdroj,
vznikne oscilační obvod.
Princip oscilačního obvodu
Ze zdroje nabijíme kondenzátor a předpokládáme, obvod mezi nabitým kondenzátorem a cívkou byl spojen v
čase 0t. Kondenzátor se začne vybijet přes cívku a obvodem proteče proud, který zb počáteční hodnoty I=0
bude rychle vzrůstat a tím bude klesat napětí kondenzátoru a růst proudu se zpomalí. V okamžiku kdy bude
kondenzátor vybitý se růst proudu zastaví a proud se bude zmenšovat. Cívka způsobuje zpožďování proudu za
napětím. Proud bude nyní udržovat elektromagneticlé napětí v cívce, které vzniklo z elektromagnetického
napětí, které vzniklo z magnetického pole cívky. Tím, že proud z kondenzátoru ustal, začne zanikat
elektromagnetické pole cívky. Proud indukovaný indukovaný zanikajícím magnetickým polem má stále stejný
směr a teče do vybitého kondenzátoru (kondenzátor se nabijí). Protože proud nezměnil svuj směr kondenzátor
se nabijí s opačnou polaritou, než měl původně. Po úplném zániku magnetického pole cívky se proud I=0 a
kondenzátor má opět maximální hodnotu s opačnou polaritou. Cely cyklus nastane znova, ale proud teče
opačným směrem.
Kmity tlumené a netlumené
Každý obvod má určitý odpor a část energie se přemění na teplo, což jsou ztráty. Počet cyklu (frekvence) se
nemění, ale amplituda se zmenšuje. Temto kmitům se říká kmity tlumené.
Budeme-li ztráty v oscilačním obvodu dopolňovat energii z vnějšího zdroje (monočlánek, síťový zdroj, atd.)
budou vznikat kmity netlumené.
Perioda T - Je doba (čas) za kterou se kmit zopakuje
Frekvence f - Počet kmitů za sekundu
Frekvence kmitání je závislá na indukčnosti L a kapacitě C. Při zmenšování hodnot se frekvence (kmitočet)
zvyšuje (kondenzátor se rychleji vybijí a nabijí).
Frekvence vyšší než 20 kHz (horní mez lidské slyšitelnosti) považujeme za vysokou. Frekvence kmitání je
dáno Thomsonovým vztahem:
Rezonance
Hovoříme-li o přenosu energie rezonancí, jedná se o přenos z jedné soustavy do druhé. Za určitých podmínek
lze tímto způsobem uskutečnit přenos s velmi malými ztrátami vyskytující se v sinusovém obvodě střídavého
proudu s indukčností a kapacitou společně. Může nastat případ, že výsledná rektance v obvodu je při určitém
kmitočtu rovná 0, protože účinky kapacity a indukčnosti se navzájem ruší. Uvedený kritický kmitočet je tzv.
vlastní kmitočet obvodu. Bude-li obvod připojen na síť s kmitočtem, který se rovná vlastnímu (kritickému)
kmitočtu obvodu nastane tzv. rezonance.
Největší energie se přenese z jedné soustavy do druhé při kmitočtu, který se rovná kmitočtu vlastních kmitů.
Ve střídavém elektrickém obvodě se přenese největší energie , dojde-li k rezonanci mezi napájecím napětím a
proudu v obvodu znamená to, že proud a napětí musí být ve fázi.
Rezonanci rozeznáváme sériovou nebo paralelní.
Sériová rezonance
Sériová rezonance nastane při sériovém spojení prvků RLC nebo cívky a kondenzátoru je-li výsledná
reaktance rovná 0.
Výsledná tzv. rezonanční impedance se rovná činému odporu R, protože účinky indukčnosti L ruší účinky
kapacity C. Má-li nastat sériová rezonance (napěťová rezonance) musí být splněna podmínka
neboli
Při rezonančním kmitočtu prochází obvodem maximální proud. Dojde-li k odchýlení kmitů začne se proud v
obvodě rychle zmenšovat protože proud nedostává energii ve správném okamžiku a jeho kmity se nemohou
zvětšovat, ale dochází k utlumení energie v oscilačním obvodě.
Paralelní rezonance
Nastává při paralelním spojení prvků RLC a při „kritickém“ neboli rezonančním kmitočtu se projevuje maximální
Impedancí. Když je impedance nejvyšší, je také nejvyšší napětí, tedy zjišťujeme nejvyšší vysokofrekvenční
napětí.
Šum laděných obvodů
Záleží na velikosti rezonančního odporu, proto hodnoty maximální hodnoty šumového napětí dosahuje
paralelní obvod na rezonančním kmitočtu.
Využití rezonančních obvodů
- Vznik a vysílání elektromagnetických vln (rozhlas, TV, mobilní komunikace)
- Osciloskopy
- Vysokofrekvenčně laděné osciloskopy
- Ladění přímačů (radio, TV)
- Měřící přístroje
Vznik trojfázového proudu
Soustava tří cívek je uspořádána tak, že osy jejich dutin svírají navzájem úhel 120° a mezi cívkami otáčíme
magnetem.Nejvyšší napětí se indukuje vždy v té cívce do jejiž dutiny ukazuje pól magnetu. Otočí-li se magnet
o 1/3 otáčky, t.j. o 120° na další cívce se naindukuje napětí. V cívkách vznikají tři střídavá napětí posunutá 0
1/3 periody. V cívkách soustava sinusových napětí se stejným kmitočtem, se stejnou amplitudou a stejně
fázově posunutých.
Výhody trojfázové soustavy
1) Menší hmotnost generátoru
2) Konstrukčně jednodušší
3) Vhodným spojením cívek můžeme získat napětí sdružené t.j. 400 V (mezi fázemi) a fázové což je 230 V
(mezi fází a vodičem vyvedeným z uzlu).
4) Proud trojfázové soustavy vytváří točivé magnetické pole a to umožňuje použít konstrukčně jednoduché
indukční motory.
Výkon a práce trojfázového proudu
Výkon je dán součten výkonů jednotlivých fází, tedy vzorec.
Při souměrném zatížení soustavy jsou vykony stejné a proto platí:
Není-li fázový posun mezi proudem a napětím je fázový posun (účiník) cosj = 1. Je-li fázový posun mezi
napětím a proudem 90° je účiník roven 0. Pro výkon při spojení do hvězdy nebo do trojúhelníka platí vztah:
A práce trojfázové proudu se vypočíta ze vztahu:
Točivé magnetické pole
Je také pole, které plynule mění svuj směr otáčení kolem určité pevné osy. Rovnoměrným otáčením magnetu
vznikne točivé magnetické pole, např. v trojfázových generátorech. Magnetické pole rotujícího magnetu
indukuje v trojfázovém vinutí statoru trojfázové napětí a trojfázový proud, je proto logické, že při průchodu
trojfázového proudu trojfázovým rovnoběžným vinutím vznikne točivé magnetické pole. Ve skutečnosti jde o tři
cívky konstrukčně rozloženy tak, že jejich osy svírají vzájemně úhel 120°. Konec každé cívky připojíme k
jednomu fázovému vodiči a začátky cívek spojíme do uzlu. Roztočíme rotor v podobě magnetky. Nejprve má
největší magnetickou indukci cívka 1, po zlomek sekundy cívka 2 a na konec cívka 3. Celý postup se stále
opakuje. Tomuto magnetickému poli se mezi třemi cívkami se říká točivé magnetické pole.
Využití
U nejrozšířenějšího indukčního motoru. V prostoru statoru trojfázového indukčního motoru se otáčí magnetické
pole, které vyvolá ve vinutí motoru proud působením silových účinků na vodič se rotor roztočí sám bez
jakékoliv úpravy.
Asynchronní (indukční) motory
Hlavní části jsou stator a rotor
Stator
Litinová kostra s vloženým svazkem vzájemně od sebe izolovaných plechů, aby se zabránilo vzniku výřivých
proudů.
Rotor
Je seskupen navzájem odizolovaných plechů. V drážkách plechů jsou vloženy vodiče, které tvoří cívky, je-li
kotva vinutá. Jiné konstrukce tvoří tzv. "klec". Tyto motory se nazývají s kotvou nakrátko. Na konci hřídele
rotoru je ventilátor, kterým se motor chladí a na obou koncích jsou ložiska.
Princip
Otáčky točivého magnetického pole přetínají vodiče rotoru a indukují v nich napětí, kterým vzniká indukovaný
proud. Proto se tyto motory nazývají indukční. Otáčky motoru jsou vždy menší než otáčky točivého
magnetického pole (3000 otáček za minutu) statoru. Protože při stejných otáčkách by nedošlo k protínání
vodičů siločárami točivého magnetického pole. Ve vodičích rotoru by se neindukoval žádný proud a rotor by se
neroztočil.
Rozdílu otáček se říká skluz.
Čím je skluz větší (při zapnutí kdy rotor ještě stojí), tím větší je indukovaný proud v motoru. Indukovaný proud,
točivý moment u rotoru zrůstá tak dlouho dokud se nevyrovná moment vyvolaný točivým magmnetickým polem
se zatěžovaným motorem pracovního stroje. To způsobilo velký proud na začátku i velký záběrový moment
asynchronních motorů
Asynchronní kroužkové motory mají na rotoru vinutí. Při spojení do hvězdy (Y) jsou tři kroužky vinutí zapojeny
na tři kroužky izolovány od hřídele a další tři do uzlu. Při spojení do trojúhelníka (D) jsou jen tři vývody, které
jsou zavedeny ke kroužkům.
Vztah mezi otáčkami, kmitočtem a póly
Točivé magnetické pole vzniká v dutině statoru s trojfázovým vinutím. Zavedeme-li do něj trojfázový proud
vznikne v magnetickém obvodu statoru indukční magmetický tok, který má stálou hodnotu a proto se
magnetické pole otáčí stálými otáčkami při kmitočtu sítě 50 Hz za sekundu. Otáčky také závisí na počtu
pólovových dvojic (2 póly = 1 pólová dvojice).
Z toho vyplývá, že největší počet otáček asynchroního (indukčního) motoru, který má na statoru 2 póly (1
pólová dvojice) může mít max. 3 000 otáček za sekundu.
Otáčky rotoru jsou o málo menší než synchronní otáčky točivého magnetického pole a proto se těmto motorům
říká asynchronní.
Rozdíl synchroních otáček (NS) a otáček rotoru (N) se nazývá skluz. Rozdíl u malých motoru bývá 10 %, u
velkých až 1 %.
Zvláštní elektronky; Obrazovka
Mezi zvláštní elektronky řadíme obrazovku a elektronkové ukazatele ladění. Elektronkový ukazatel je v
podstatě elektronka upravená pro jiný účel.
Změnou napětí na anodě se mění i tvar elektrického pole a svítící kruhové výseče se rozšiřují a smršťují. Mezi
plynem plněné elektronky patří i výbojky a fotonky.
Obrazovka
Je elektronka, kde se emitované elektrony soustřeďují do úzkého paprsku, který po dopadu na stínítko vyvolá
světélkování v luminoforu, což je látka, která po dopadu elektronů, uvolňuje elektrony. Luminoforem je zevnitř
natřeno stínítko obrazovky tak, že po dopadu elektronového paprsku je jev viditelný. Soustavě složené z
katody a řídicí mřížky se říká „elektronková tryska“.
Obrazovka je jediná elektronka, která se ve velkém měřítku používá.
Ve složitějších obrazovkách v televizních přijímačích nebo monitorech počítačů se používá k vychylování
elektromagnetické. Místo destiček jsou zde 2 páry vychylovacích cívek.
Barevná obrazovka se od černobílé liší tím, že má tři elektronkové trysky a tři luminofory (modrý, červený,
zelený) pro každou základní barvu.
Použití obrazovek
1) Televizory a monitory počítačů
2) Osciloskop
3) Radiolokátor (“Radar“)
Vodivost polovodičů
Z hlediska vedení elektrického proudu rozdělujeme látky na:
Vodiče: Vedou dobře elektrický proud
Izolanty: Nevedou elektrický proud
Polovodiče: Nevedou elektrický proud, ale za určitých podmínek ano, např působením teploty, elektrického
pole, světla, atd.
Chemicky čistý polovodič má tzv. „vlastní vodivost“. Při velmi nízkých teplotách mají všechny elektrony
chemicky čisté. Jsou vázány v krystalech, po zvýšení teploty v důsledku tepelného kmitání některé elektrony
opustí své místo ve slupce polovodiče se pohybují volně v elektrickém poli, na jejich místě zůstane
neobsazené místo, které se označuje jako díra. V elektrickém poli může v této díře uvíznout volný elektron,
který se pohybuje ke kladné svorce zdroje napětí, tím se díra zaplní a dojde tzv. rekombinaci. Po uvolnění
elektronu však zůstane nová díra směrem k zápornému pólu zdroje. Můžeme si představit, že se všechny díry
pohybují polovodičem proti proudu elektronů.
Při vzniku díry se z neutrálního atomu stává kladný iont. Můžeme si představit, že vedení proudu obstarávají 2
druhy částic elektrony a díry. V případě, že do polovodiče přidáme vhodnou směs, vznikne nevlastní vodivost
polovodiče, je to tzv. „příměsová vodivost polovodiče“. Příměsi způsobují zmenšení energie potřebné k
uvolnění nosičů náboje a změny vodivosti polovodiče se dosahuje snadněji. Existují 2 druhy příměsové
vodivosti.
1) Elektronová vodivost polovodičů je charakteristická tím, že při ní jako nosiče náboje převažují záporné
(negativní) elektrony, proto jí označujeme jako vodivost typu N.
2) Děrová vodivost je způsobena převahou kladných (pozitivních) děr a nazývá se vodivost typu P.
Nejdůležitější je využití přechodu mezi dvěma krystalu polovodiče, které mají opačný typ vodivosti, tedy
přechodu PN. Nejednodušší polovodičová součástka s jedním PN přechodem se nazývá polovodičová dioda.
Polovodičová dioda
Používá se v různých měřících přístrojích a tvoří základní funkční prvek složitých integrovaných obvodů.
Každá dioda má dva vývody. Jeden je spojen s anodou a druhý s katodou diody. Anodu tvoří oblast polovodiče
s vodivostí typu P (děrovou) a katodu je oblast polovodiče s typem vodivosti N (elektronovou). Anodu a katodu
od sebe odděluje přechod PN.
Polovodičová dioda je součástkám kdy její odpor závisí na polaritě přivedeného napětí. Obecně platí: „Kladný
pól zdroje napětí připojen k oblasti polovodiče typu P je přechod PN v propustném směru.“
Rozdělení diod:
1) Podle materiálu:
a) Germadiové
b) Křemíkové
2) Podle provedení
a) Hrotové
b) Plošné
Polovodiče bez přechodu PN
Jsou to součástky jejichž vlastnosti např. odpor se mění např. teplotou, osvětlením, napětím, magnetickým
polem, atd.
Nejčastěji používané jsou termistory.
Termistory
Jsou to tepelně závislé odpory u kterých se vzrůstající teplotou odpor klesá.
Používají se k přesnému a rychlému měření teploty. Jejíž velikost může být různá.
Nejmenší termistory jsou perličkové jako špendlíková hlavička. U měření rychlosti kapalin a plynů se měří
ochlazení termistorů. Další použití jako ochrana žhavení elektronek nebo žárovek. Termistor v sérii se
žhavícími vlákny má velký odpor.
Pozistory
Pozistor je termistor, který má stoupající charakteristiku (odpor roste s teplotou)
Fotorezistory
Jsou to polovodičové součástky reagující s osvětlením. Využívá se tzv. „fotoefekt“. Je to vlastnost některých
látek, např. selen, že se při osvětlení uvolňují elektrony. Tedy čím více světla na fotorezistor dopadá, tím víc se
uvolňují elektrony a tím má menší odpor.
Fotočlánek
Dáme-li pod fotorezistor destičku z mědi, budou uvolněné elektrony přecházet přes vytvořenou přechodovou
vrstvou mědí a polovodičem do mědi. Fotočlánek přeměňuje světelnou energii přímo na elektrickou.
About
Příručka je optimalizována pro prohlížení v aplikaci Internet Explorer.
V HTML kódu je "vesměs" použita specifikace HTML 4 a CSS1 (více na www.w3c.org )
Poděkování
Panu řediteli za přijetí ke studiu
Vyučujícím ISŠT za možnost získání informací k sepsání této příručky
Mým spolužákům za kritiku
Vývojářům aplikace Golden HTML Editor
Vývojářům aplikace PSPad
Vývojářům aplikace PC Suite
Vývojářům aplikace ProfiCAD
Vývojářům aplikace Irfan View
Vývojářům aplikace Internet Explorer
A dalším (autorům dalších PC programů, autorům publikací, čtenářům a mnoha dalším)
Michal Kolesa
[email protected]
http://web.quick.cz/michal.kolesa
Novinky verze
Do novinek verze se zapisují jen "výraznější" změny v jednotlivých tématech.
Novinky jsou "počítány" od verze 25.04.2003
Přidáno
Jednotky SI
Násobky a díly jednotek
Elektrotechnické veličiny
Adaptory
Montáž přístrojů
Svorky a svorkovnice
Měřící můstky
Klopné obvody
Analogové osciloskopy
Digitální osciloskopy
A/D převodník s převodem napětí na frekvenci
Upraveno/Doplněno
Doplněno:
Zásady pro propojení a spojení ochranných vodičů (aktualizace textu)
Bipolární kondenzátor
Vysílací elektronky
Rozdělení elektrotechniky
Vztah pro výpočet elektrického proudu z el. náboje a času
Vztah pro výpočet elektrického napětí z práce a el. náboje
Vztah pro výpočet intenzity elektrického pole z napětí délky
V-A charakteristika diody , tranzistoru , tyristoru , triaku a diaku
Amplitudová a frekvenční modulace (aktualizace textu)
Další rozdělení zesilovačů
Požadavky na napěťové zesilovače
Zásady pro konstrukci vysokofrekvenčního zesilovače
Kódové značení tranzistorů
Stabilizační obvody nízkofrekvenčních zesilovačů
Vysokofrekvenční a širokopásmové zesilovače (aktualizován text)
Použití tyristorů
Ideální vlastnosti přijímačů
Vzorce pro výpočet zpětné vazby zesilovače
Výhody měřících soustav s otočnou cívkou a otočným železem
Princip a použití zenerových diod
Výhody a nevýhody LED diod
Doplněny obrázky:
Znázorňování elektrických polí
Svorkovnice asynchronních motorů
Průběhy proudu a napětí rezistorů , cívek a kondenzátorů v obvodech střídavého proudu
Schéma jednocestného a můstkového trojfázového usměrňovače
Schéma nízkofrekvenčního , výkonového a vysokofrekvenčního zesilovače
Blokové schéma zesilovače
Principy indukčních, kontaktních senzorů a termočlánku
Vyhodnocovací obvody tenzometru
Značka diaku (cizí)
Průběhy modulovaných signálů
Blokové schéma vzorkovače
Blokové schéma tvorby PAM a PCM modulace
Schémata demodulátorů (diodový detektor obálky, synchronní, pro frekvenční modulace, a pro
demodulaci fázového závěsu)
Schémata stavů tyristorů , triaků
Upřesnění vnitřní struktury triaku
Schémata zpětných vazeb u zesilovačů
Obrazovky s elektrostatickým a elektromagnetickým vychylováním
Schématické značky osciloskopu a oscilografu
Opravena chyba v blokovém schématu číslicovém multimetru
Zapojení spínačů osvětlení se přesunulo do tématu Světelné obvody
Zapojení zásuvek se přesunulo do Zásuvkové obvody
V Technologii bylo zrušeno téma Rozdělení elektrických silnoproudých zařízení (Chyba)
Domovní rozvody přesunuty z Technologie do Rozvodných zařízení
Kapitola silnoproudé rozvody přesunuta z Technologie do Rozvodného zařízení (témata byla zařazena
mezi Rozvod elektrické energie).
Copyright
§1
Studijní materiály v této publikaci jsou poskytovány bez záruky na úplnost či správnost. Případnou škodu nelze
po autorovi vymáhat jakoukoliv právní cestou.
§2
Publikaci lze archivovat pouze pro osobní potřebu. Archivací se rozumí download a vypálení na CD R/W,
popřípadě na jakékoliv archivovací/zálohovací médium a použití je pouze ke studiu, nikoliv za účelem komerce.
§3
Informace, zde publikované pocházejí ze studijních materiálů získaných při studiu autora, o jejichž původu
autor nic neví.
§4
Texty zde publikované se nesmí šířit bez svolení autora a bez uvedení pramenu (Při uvedení pramenu se o
svolení žádat nemusí).
Napište autorovi ...
Poznámka:
1) Soukromé dotazy mi raději zasílejte na email: [email protected]
2) Nestojím o pochvalné či "nádavačné" maily, ale o upozornění na chyby či překlepy !
Vaše jméno:
Váš email:
(stačí nickmane)
(pro odpověď)
Sem můžete psát vaše postřehy a náměty na
vylepšení této studijní příručky.
Odeslat

Studijní příručka - ELEKTRO Studijní příručka - ELEKTRO

Transkript

Podobné dokumenty

zde - PHARMANEWS

číslo 4, 2004

Školní vzdělávací program - Střední škola a Mateřská škola

ELEKTŘINA A MAGNETISMUS

KTE dvířka kurníku - Zdravím všechny, kteří narazili na tyto stránky

ZÁKLADY ELEKTROTECHNIKY 1

UÅ½IVATELSKÃ NÃ VOD SECOND MID aktuÃ¡lnÃ

Příručka zapojení Moeller 02/05

Česko-anglický a anglicko-český slovník pro obor konzervování

Přehled výrobků - STRNAD Elektro, sro

Excel 50 - Panther

Diskrétní matematika a úvod do teorie grafů

Stáhnout materiál Vypracované zkouškové okruhy

Ele 1 – elektrolýza, magnety a magnetické pole, trvalé magnety a

rentgenová počítačová tomografie pro analýzu odlitků, defektoskopii

Diplomová práce ke stažení v PDF

Katalog olovnatých pájek 2009

Next Generation Sequencing

Elektronické obvody - střední škola elektrotechnická, ostrava, na

Témata pro přípravu žáků na závěrečnou zkoušku

Actis 7 - mapFactor

Celý článek