Upload
others
View
23
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
ENOSTAVNI ELEKTRIČNI TOKOKROG
ENOSTAVNI ENOSTAVNI ELEKTRIELEKTRIČČNI NI TOKOKROGTOKOKROG
• Najenostavnejši električni tokokrog je tokokrog z enim samim izvorom električne napetosti in enim samim porabnikom.
• V enostavnih električnih tokokrogih nas najpogosteje zanimata predvsem napetost, tok, prevodnost in upornost ter njihova medsebojna odvisnost.
• Električne tokokroge ponazarjamo z električnimi shemami.
• Električne sheme pa z grafičnimi simboli.
MERJENJE ELEKTRIČNE NAPETOSTI
• Električno napetost merimo z voltmetrom (V-metrom).
• V-meter priključimo vzporedno na izvor napetosti
• Pri uporabi večnamenskega merilnika izberemo eno od merilnih območij za odčitavanje napetosti.
MERJENJE ELEKTRIČNEGA TOKA
• Električni tok merimo z ampermetrom (A-metrom).
• A-meter vključimo v električni tokokrog zaporedno s porabnikom in izvorom napetosti.
• Pri uporabi večnamenskega merilnikaizberemo merilno območje za odčitavanje toka.
ODVISNOST TOKA OD ELEKTRIČNE NAPETOSTI• Električni tok možen v prevodni snovi• Vzrok za njegov obstoj pa je razlika
električnih potencialov • Za veliko prevodnih snovi, predvsem
kovin, vodnikov in električnih porabnikov velja:
• Električni tok skozi porabnik je premo sorazmeren z napetostjo med sponkama porabnika
Električna upornost (R) • Z napetostjo, ki je potrebna za enoto toka med
sponkama porabnika je definirana električna upornostporabnika (R).
• Enota za merjenje upornosti je ohm (Ω). • Električni tok skozi porabnik je premo sorazmeren z
električno napetostjo na sponkah porabnika in obratno sorazmeren z električno upornostjoporabnika.
• Dobljene tri enačbe omogočajo računanje upornosti, toka ali napetosti v električnem tokokrogu in predstavljajo enega od temeljnih zakonov elektrotehnike.
• Pravimo mu Ohmov zakon.
]/[/ AVIUR =
Primera:1. Grelnik spajkalnika, ki je priključen
na napetost 230 V, prevaja tok 270 mA. Kolikšna je električna upornost grelnika?
2. Porabnik z upornostjo 50 Ωpriključimo na napetost 12 V. Kolikšen bo električni tok skozi porabnik?
Električna prevodnost (G)
• S tokom, ki ga požene enota napetosti med sponkama porabnika je definirana električna prevodnost porabnika (G).
• Električna prevodnost je določena z obratno vrednostjo upornosti.
• Enota za prevodnost je A/V, je izvedena enota, imenujemo pa jo simens (S).
G =I/U (S)
Primer:• Kolikšna je prevodnost vodnika med
točkama, ki sta na potencialih 7,2 V in 7,3 V, če vodnik med tema točkama prevaja tok 20 A?.
• Elektronskim elementom, katerih osnovna lastnost je določena električna upornost, pravimo upori.
• Električna upornost snovi omogoča spreminjanje električne energije v toplotno energijo.
• Na ugotovljeni lastnosti električne upornosti temelji delovanje električnih grelnikov in svetil z žarilno nitko, žal pa tudi izguba energije na vodnikih in pogosta grožnja za njihovo toplotno uničenje.
Linearni porabniki • Odvisnosti toka od napetosti pravimo U-I karakteristika upora.
• Električnim porabnikom z linearno U-Ikarakteristiko pravimo linearniporabniki.
• Čim manjša je upornost porabnika tem večja je strmina U-I karakteristike in obratno.
• Za linearne porabnike veljajo vse tri navedene enačbe Ohmovega zakona.
VRSTE, UPORABA IN OZNAČEVANJE
VODNIKOV • Glede na namen in izvedbo razlikujemo več
vrst vodnikov• S črkami in številkami označujemo v
električnih shemah vlogo vodnikov napeljav.
• Z barvo izolacije vodnikov označujemo vodnike v električnih napeljavah.
•
Elektroenergetika - zelo velike moči
Elektroenergetika - majhne moči
Elektroenergetika - majhne moči
Elektroenergetika - zelo velike moči
Elektroenergetika - velike moči
Elektronika Mikrofon
Računalniške mreže
Upornost in prevodnost vodnikov
• Električna upornost je premo sorazmernas specifično upornostjo snovi in dolžinovodnika ter obratno sorazmerna s prerezom vodnika.
• Upornost vodnikov dolžine do nekaj metrov v praksi zanemarimo.
• Obvezno jo upoštevamo v električnih omrežjih
][Ω⋅=A
lR ρ
][Sl
AG ⋅= γ
Primera:• Kolikšno upornost ima bakreni vodnik
dolžine 5 m in prereza 0,75 mm2?
• Kolikšna mora biti dolžina 0,3 mm debele žice iz konstantana, če naj bo njena upornost 2,5 Ω?
Odvisnost upornosti vodnikov od temperature • Specifične upornosti snovi so izmerjene pri
temperaturi 20 ºC.• Pri različnih temperaturah je upornost
snovi različna.• Spremembi upornosti 1 Ω pri spremembi
temperature za 1 K, pravimo temperaturni koeficient upornosti (α).
1
K 1 · 1
)( upornosti sprememba −=Ω
Ω= Kα
- 0,0004oglje
- 0,0013grafit
± 0,00001konstantan
+ 0,00001manganin
+ 0,00023nikelin
+ 0,0016medenina
Zlitine
+ 0,0031platina
+ 0,0038srebro
+ 0,0039baker
+ 0,0040aluminij
+ 0,0044wolfram
+ 0,0065železo
α(K-1)Snov
Temperaturni koeficienti snovi
• Kelvinova in Celzijeva temperaturne skale sta po velikosti enaki
• Sprememba absolutne temperature ∆Tenaka spremembi Celzijeve temperature ∆
ϑ
ϑ∆=∆ T
C 20 - °=∆ ϑϑ
α · T · R R 20 ∆=∆
R R R 20 ∆+=
• Sprememba upornosti zaradi spremembe temperature je premo sorazmerna z upornostjo pri 20 ºC, s spremembo temperature glede na 20 ºC in temperaturnim koeficientom upornosti.
• Upornost vodnika je enaka vsotiupornosti pri 20 ºC in spremembeupornosti ∆R.
• Temperaturna upornosti je nezaželena pri uporih in drugih elektronskih elementih elektronskih naprav in merilnikov.
Primer:• Bakreno navitje elektromotorja ima
pri 20 ºC upornost 30 Ω. Kolikšna je sprememba upornosti in upornost navitja pri delovni temperaturi 80 ºC?
UČINKI ELEKTRIČNEGA TOKA
• Človeško telo sestavljajo prevodne tekočine, zato je električno prevodno.
• Električni tok deluje na telo s fiziološkim, kemijskim in toplotnimučinkom.
• Če pride telo pod vpliv zunanje napetosti, povzroči v živčnem sistemu telesa električno »zmedo«, katere prva posledica je nenadzorovana aktivnost mišičnega ustroja.
• Pri določeni jakosti živci odpovedo, kar lahko povzroči trajni zastoj srčne mišice, krvnega obtoka in smrt živega bitja.
• Vzporedno s fiziološkim učinkom poteka tudi razkroj celičnih tekočinin krvi.
• Posledica daljšega delovanja velikega toka so zato tudi opekline ali celo pooglenitve delov ali celotnega telesa.
ENERGIJA, DELO IN MOČ
• Posledica spremembe oblike energijeje vedno nek dogodek, ki mu pravimo delo.
• Oznaka za energijo in delo je W.• Osnovna enota za merjenje energije
in dela je džul (joule, J).• Delu v enoti časa, pravimo moč (P).
ELEKTRIČNO DELO (W)
• Za delovanje električnih porabnikov, ki opravljajo določeno delo, je potreben električni tok.
• Električno delo W je delo prenosa elektrine Q pod vplivom električne napetosti U
• Električno delo je premo sorazmerno z električno napetostjoin množino prenesene elektrine.
• Delo električnega toka je premo sorazmerno z napetostjo, tokom in časom opravljanja.
[Wh] t · I · U U· Q W ==
t· R · I W 2=R·t
UW
2
=
Primer:
• Električni spajkalnik, katerega močje 50 W, je deloval 4 ure. Kolikšno električno delo je bilo opravljeno?
• Kolikšno električno delo opravi električni tok v enem mesecu (30 dni), če imamo električni porabnik s podatki 230 V / 0,45 A vključen dnevno povprečno 4 ure?
Merjenje električnega dela
• Električno delo merimo s števci kWh.
• Tokovni del števca vključimo v električni tokokrog enako kot A-meter napetostni del pa kot V-meter.
ELEKTRIČNA MOČ (P)
• Električna moč P je določena z električnim delom W v enoti časa t.
• Če v navedeni enačbi za močupoštevamo enačbe za električno delo, dobimo tri enakovredne enačbe za računanje električne moči
t
W= P
I · U P =
R · I P 2=
R
U2
P =
Primer:• Skozi grelnik električne peči, ki je
priključen na napetost 230 V, teče tok 7,2 A. Kolikšna je električna močgrelnika?
VREDNOTENJE ELEKTRIČNEGA DELA
• Strošek (S) električnega dela lahko izračunamo, če poznamo velikost opravljenega dela in ceno oziroma tarifo kWh
W · T S = (€)
Tarifni sistem • Namen tarifnega sistema je smotrna raba električne energije in koriščenjeelektroenergetskega sistema
• Gospodinjski odjem je nizkonapetostniodjem iz omrežja 230 V / 400 V
• Električno delo merimo enotarifnotekom celega dne ali dvotarifno po dnevnem terifnem času.
• Enotarifno izmerjeno električno delo obračunavamo po pavšalni tarifi (PT),
• Dvotarifno po večji (VT) in manjši (MT) tarifi.
• Ob sobotah, nedeljah in dela prostih dnevih obračunavamo električno energijo v času 00. do 24. ure po manjši tarifi (MT).
Glede na priključno moč odjema razlikujemo tri tarifne stopnje: I. tarifna stopnja, do 3 kW
II. II. do 7 kW inIII. tarifna stopnja do 10 kW.
Primer:• Slika prikazuje številčnici dvotarifnega
števca na začetku in koncu meseca. Kolikšen je strošek električnega dela v mesecu, če je bila VT 0,05418 €/kWh in MT 0,02608 €/kWh?
PRETVARJANJE ELEKTRIČNE ENERGIJE • Pretvorbo oblike energije vedno
spremlja določena »izguba«• Energija pretvorjena v drugo obliko
energije je enaka vsoti koristne energije Wk in energije izgub Wi.
ik W WW +=
• Razmerju koristnega dela Wk in električnega dela W pravimo izkoristek (η).
W
Wk=η
100W
Wk ⋅=η
100P
Pk ⋅=η
Primer:• Kolikšen je izkoristek elektromotorja,
ki deluje z močjo 4 kW, električno omrežje pa obremenjuje z močjo 4,65 kW?
• Kolikšno delo nameri števec kWh, če 2-kilovatni motor z izkoristkom 80 % deluje s polno močjo 4 ure?
Toplotna obremenitev in dimenzioniranje vodnikov • Pri znanem toku izberemo prerez vodnika
tako, da dejanska gostota toka ne preseže dopustne..
• Načini postavitev v praksi so različni, tako tudi odvajanja toplote.
• To narekuje za različne instalacije različnedopustne gostote toka.
• Pri enakem prerezu prenesejo največjetoke prostoležeči vodniki, najmanjše pa vodniki v toplotni izolaciji!
prosta instalacija v zraku z
neoviranim hlajenjemE
direktna instalacija na steno,
pod omet, ... C
instalacija kablov v
instalacijskih ceveh in kanalih
na zidu
B2
instalacija vodnikov v
instalacijskih ceveh in kanalih
na/v zidu
B1
instalacija v toplotno
izoliranih stenahA
Opis instalacije Vrsta
instalacije
12614511913895110111125899935
10111896112779089101738025
8089768561686876566116
6066576346505057424610
434841463337364131346
343732352628283224264
25272426192121241819,52,5
18,52017,519,51415,515,517,51315,51,5
Cu vodniki s PVC izolacijo
Dopustni trajni tok v A pri temperaturi okolice 30°C
Nazivni prerez
(mm2)
3232323232Snov
ECB2B1AVrsta instalacije
Primer:• Električni porabnik 230 V / 75 A
želimo priključiti na omrežno napetost 230 V s prostoležečimkablom dolžine 3,5 m. Določi potrebni prerez vodnikov kabla!
Izkoristek pretvornikov energije
• Izkoristek sistema pretvornikov je določen s produktom izkoristkovposameznih pretvornikov.