Učební osnovy pro žáky MEZ2..

Učební osnovy pro žáky MEZ2.. Pouze pro vnitřní potřebu! SSSE Novovysočanská Zpracovali: Ing. Pavel Branšovský Novovysočanská 48/280, Ing. Josef Mareš Praha 9 Praha 2007 1

OBSAH 1. Co je to elektrický proud... 8 1.1. Elektrické přístroje... 8 1.2. Spínací přístroje... 9 1.2.1. Funkční části spínačů... 9 1.3. Relé... 11 1.3.1. Definice relé... 11 1.3.2. Typy relé... 11 1.3.3. Princip nadproudového relé... 12 1.3.4. Princip podproudového relé... 12 2.3.1. Druhy styku a podmínky dobrého styku.... 13 2.3.2. Vlastnosti styku... 13 2.3.3. Vznik a zhášení oblouku... 13 2.3.3.3. Zhášení elektrického oblouku... 14 1.4. Kontrolní otázky... 15 4. Rozdělení spínačů NN... 16 4.1. Instalační... 16 4.1.1. Instalační spínače... 16 4.2. Pákové... 17 4.2.1. Pohyblivé kontakty... 17 4.3. Kloubové... 17 4.3.1. Ovládají se kloubovým mechanismem... 17 4.4. Stiskací... 18 4.4.1. Zapínají se tahem a vypínají se stiskem... 18 4.5. Deskové... 18 4.5.1. Pro snadné zapínání a přepínání většího počtu rezistorů... 18 4.6. Válcové... 18 4.6.1. Mají odpružené a nepohyblivé válce... 18 4.7. Vačkové... 19 4.7.1. Kontakty se ovládají vhodně tvarovými vačkami... 19 4.8. Komůrkové a paketové... 19 4.8.1. Spínací kontakty... 19 4.9. Programové... 20 4.9.1. Ovládají se motorkem a převodovkou... 20 4.10.Kontroléry... 20 4.10.1. Jsou to řadící spínače... 20 4.11.Spouštěče... 20 5. Zvláštní spínače... 20 5.1. Rtuťové... 20 5.1.1. Kontakty se spojují pomocí rtuti... 20 5.2. Tlakové... 21 5.2.1. Ovládají se změnou... 21 5.3.Termostaty... 21 5.3.1. Teplotní spínače... 21 5.4. Plovákové... 21 5.4.1. Ovládají se plovákem... 21 5.5. Koncové... 21 5.5.1. Ovládané pohybujícím se strojem... 21 5.6. Stykače... 21 5.6.1.... 21 2

5.7. Jističe... 22 5.7.1. Ke spínání a zároveň jištění... 22 5.8. Chrániče... 22 5.8.1. (Napěťové i proudové)... 22 6. Pojistky nn... 23 6.1. Definice pojistky:... 23 6.2. Druhy pojistek:... 23 6.2.1. Závitové... 23 6.2.2. Zásuvné (nožové)... 23 6.3. Pojistky... 23 6.3.1. Pomalé... 23 6.3.2. Rychlé... 23 6.2.1.1.1. Skládají se ze... 24 6.3. Jističe... 25 6.3.1. Definice... 25 6.3.2. Jednopólový jistič... 25 6.3.3. Trojpólový jistič... 26 7. Chrániče... 27 7.1. Definice:... 27 7.2. Druhy chráničů... 27 7.2.1. Napěťové... 27 7.2.2. Proudové... 27 8. Elektromagnety... 28 8.1. Definice:... 28 8.1.1. Podle proudu:... 28 8.1.2. Podle použití rozeznáváme:... 28 8.2. Závit na krátko... 29 8.3. Další různé typy elektromagnetů... 30 8.4. Břemenové elektromagnety... 31 8.5. Upínadla... 31 8.5.1. Upínací elektromagnetická deska... 31 7. hodina... 31 Elektromagnety II... 31 8.6. Břemenové elektromagnety... 31 8.7. Elektromagnetická upínadla... 31 8.8. Elektromagnetické spojky... 32 8.8.1. Třecí... 32 8.8.2. Lamelové... 32 8.8.3. Elektrodynamické a... 32 8.8.4. Práškové... 32 8.8.1. Třecí spojky... 32 8.8.2. Lamelová elektromagnetická spojka... 33 8.8.3. Elektrodynamická spojka... 33 8.8.4. Práškové spojky... 33 8.8.5. Závěr... 33 Kontrolní otázky... 34 9. Rozdělení elektrických strojů... 34 9.1. Odpojovače a přepojovače... 34 9.1.1. Definice:... 34 9.1.2. Podle konstrukce je rozdělujeme na:... 34 3

9.1.2.2. Rotační... 35 9.1.2.3. Sklápěcí... 35 9.1.2.4. Nůžkové neboli pantografové... 35 9.2. Pohon odpojovačů může být buď:... 35 9.2.1. ruční ovládání izolační tyčí... 35 9.2.2. ruční se souběžným vypínáním... 35 9.2.3. tlakovzdušný... 35 9.3. Úsečníky... 36 9.3.1. Definice úsečmíku... 36 9.4. Výkonové vypínače vn a vvn... 36 9.4.1. Definice výkonového vypínače... 36 9.4.2. Zhášení elektrického oblouku... 36 9.2.5. Rychlovypínače... 37 9.2.6. Svodiče přepětí... 38 9.2.6.1. Ochranná jiskřiště... 38 9.2.6.2. Bleskopojistky... 38 9.2.6.3. Průrazky... 38 9.2.6.1. Ochranné jiskřiště... 38 9.2.6.2. Vyfukovací bleskopojistka... 38 10. Elektrické stroje... 40 10.1. Rozdělení elektrických strojů... 40 10.1.1. Netočivé... 40 10.1.2. Točivé... 40 10.1.1.1. Transformátory... 40 10.1.1.2. Zatížený transformátor... 41 Obr. 4.2.1. Transformátor při zatížení.... 41 10.1.1.2. Transformátor nakrátko... 42 Obr. 10.1.1.2. Transformátor nakrátko fázový diagram.... 42 10.1.1.2. Zadání domácí práce.... 42 10.2. Zjednodušený výpočet transformátoru... 44 5/1 Zvláštní transformátory... 52 5.1.1. Tlumivky a reaktory... 52 5.1.2.Transduktory... 53 5/2 Synchronní stroje... 56 5.2. Princip synchronního stroje... 56 5.2.3.Turboalternátory... 58 5.2.4. Synchronní motory... 58 5.2.5. Spouštění synchronních motorů... 59 5.3.1. Asynchronní motory... 60 5.3.2. Jednofázové asynchronní motory... 62 5.3.3. Jednofázový asynchronní motor s kondenzátorem v rozběhovém vinutí... 63 6/1 Stejnosměrné stroje... 64 6.1. Popis a podstata generátoru na stejnosměrný proud... 64 6.1.2. Druhy dynam a jejich charakteristiky... 67 6/2 Stejnosměrné motory... 69 6.2. Podstata stejnosměrného motoru... 69 6.2.1. Řízeni otáček a změna smyslu otáčení stejnosměrných motorů... 70 6.2.2. Brzdění stejnosměrných motorů... 71 6.2.3. Současné trendy konstrukce komutátorové motory (DC)... 72 6.2.4. Automatická výroba motorů... 74 4

6.2.5. Motory typu EC-powermax... 74 6.2.6. Diskové motory... 75 6.2.7. Řízení komutátorových motorů... 75 6/3 Komutátorové motory na střídavý proud... 76 6.3.1. Použití a vlastnosti komutátorových motorů na střídavý proud... 76 6.3.2. Trojfázový komutátorový derivační motor napájený do statoru... 77 6.3.3. Jednofázový komutátorový sériový motor... 78 7/1 Výroba a rozvod elektrické energie... 80 7.1. Elektrárny... 80 7.1.1. Rozdělení elektráren... 80 7.1.2. Tepelné elektrárny... 81 7/2 Rozvod elektrické energie... 87 7.2. Rozvodné soustavy a napětí... 87 7.2.1. Rozdělení elektrických sítí (vedení)... 87 7.2.2. Rozvodné venkovní sítě... 88 7.2.3. Podle uložení vodičů a podle izolace rozeznáváme vedení... 88 7.2.3. Elektrické stanice... 89 7.2.4. Rozvod elektrické energie uvnitř obytných budov... 89 7.2.5. Ochrany vedení a sítí... 90 8/1 Ochrany před nebezpečným dotykovým napětím... 90 8.1. Definice dotykového napětí... 90 8.1.1. Způsoby ochrany z hlediska částí:... 90 8/2 Elektrické světlo a osvětlení... 96 8.2.1. Podstata světla... 96 8.2.2.Základní světelné veličiny a jednotky... 97 8.2.3. Zdroje světla... 98 8.2.4. Zásady správného osvětlení... 100 8/3 Elektrické teplo a chlazení... 101 8.3.1. Elektrické teplo... 101 8.3.1.1. Šíření tepla... 101 8.3.1.2. Elektrické zdroje tepla... 101 8.3.1.3. Odporový ohřev... 101 8.3.1.4. Elektrické vytápění... 101 8.3.1.5. Obloukový ohřev... 102 8.3.1.6. Indukční ohřev... 102 8.3.1.7. Dielektrický ohřev... 102 8.3.2. Elektrické chlazení... 103 8.3.2.1. Chladničky... 103 8.3.2.2. Absorpční chladnička s čerpadlem... 104 8.3.2.3. Absorpční chladnička s kontinuálním oběhem... 104 9/1 Elektrická trakce... 104 9.1.1. Třídění:... 105 9.1.1.1. Podle druhu:... 105 9.1.1.2. Podle proudové soustavy:... 105 9.1.1.3. Podle přívodu energie do vozidla:... 105 9.1.2. Hlavní dráhy:... 105 9.1.2.1. Stejnosměrná trakce na hlavních drahách ČD... 105 9.1.2.2. Střídavá trakce na hlavních drahách ČD... 106 9.1.3. Městská hromadná doprava... 106 9.1.3.1. Městská povrchová doprava... 107 5

9.1.3.1.1. Měnírny.... 107 9.1.3.2.Metro... 107 9/2 Elektrická výzbroj motorových vozidel... 108 9.2.1. Napájecí obvod... 109 9.2.2. Spouštěcí obvod... 109 9.2.3. Zapalovací obvod... 110 9.2.3.1. Dynamobateriové zapalování.... 110 9.2.3.2. Magnetové zapalování... 111 9.2.3.3. Elektronické zapalování.... 111 10/1 Vyhláška č. 50/1978Sb.... 113 10.1 Základní filozofie... 113 10.1.1. Zákon o státním odborném dozoru... 113 10.1.2. Vyhláška č.48/1982 Sb. stanoví... 113 10.1.2.2. Stupně kvalifikace:... 114 Zákon č. 22/1997 Sb. O technických požadavcích na výrobky... 114 10.1.3. Zařízení na které se soubor norem ČSN 33 2000 vztahuje.... 116 10.1.2.4. ČSN 33 2000-4-41 prostory z hlediska nebezpečí úrazu elektrickým proudem... 117 10.1.2.5. Způsoby úrazů elektrickým proudem... 117 10.1.2.5.1. Všeobecné zásady pro ochranu před nebezpečnými účinky elektrického proudu... 118 10.1.2.5.2. Norma rozděluje napětí z hlediska nebezpečí dotyku... 118 10.1.2.6. Definování normy živá a neživá část elektrického zařízení a nebezpečný dotyk... 119 10.1.2.6.1. Dotyk živé části,... 119 10.1.2.6.2. Dotyk neživých částí,... 119 10.1.2.6.3. Nebezpečná živá část... 119 10.1.2.7. Ochrana živých částí - základní způsoby... 119 10.1.2.8. Ochrana neživých částí - základní způsoby... 120 10.1.2.8.1. Opatření k zajištění ochrany před nebezpečným dotykem neživých částí... 120 10.1.2.8.2.Ochrana před nebezpečným dotykem neživých částí musí být zajištěna buď:... 121 10.1.2.9. Ochrana malým napětím SELV... 121 10.1.2.10. Princip ochrany omezením ustáleného proudu a náboje... 121 10.1.2.11. Ochrana živých částí kryty a přepážkami, stupně ochrany... 122 10.1.2.11.1. Uspořádání IP kódu:... 123 10.1.2.11.2. Stupně ochrany udávané druhou charakteristickou číslicí... 124 10/2 Ochrany... 125 10.2.1. Ochrana zábranou... 125 10.2.1.1. Požadavky na ochranu živých částí polohou... 125 10.2.1.2. Doplňková ochrana proudovým chráničem... 125 10.2.2. Třídy ochrany elektrických zařízení... 125 10.2.2.1. Ochrana samočinným odpojením od zdroje.... 126 10.2.3. Druhy rozvodných sítí... 127 10.2.3.1. Požadavky na sítě TN... 127 10.2.4. Požadavky na sítě TT... 129 10.2.5. Požadavky na sítě IT... 129 10.2.6. Druhy pospojení rozlišujeme... 130 10.2.7. Volíme ochranu (základní, zvýšenou)... 130 6

10.2.7.1. Ochrana musí být volena:... 130 10.2.7.2. Stupně ochrany neživých částí do 1 000 V st a 1 500 V ss... 131 10.2.8. Definování práce na elektrickém zařízení, práce a revize na elektrickém zařízení... 131 10/3 Práce pod napětím... 132 10.3.1. Práce pod napětím jsou zakázané... 132 10.3.2. Požadavky pro provoz elektrických zařízení... 132 10.3.3. Základní požadavky na elektrická vedení... 133 10.3.3.1. Pravidla pro elektrické obvody... 134 10.3.3.2. Kritéria volby druhů vodičů a jejich průřezy... 134 10.3.3.3. Pravidla pro značení vodičů... 135 Pravidla pro značení vodičů... 135 10.3.4. Vodiče pro pospojování... 135 10.3.5. Další oblasti, které je třeba sledovat:... 136 7

1. Co je to elektrický proud 1 / 1 Úvodní hodina způsoby vedení elektrického proudu a. vedení elektrického proudu ve vakuu b. vedení elektrického proudu v polovodičích c. vedení elektrického proudu ve vodičích zvláštní případy vedení elektrického proudu a. ionizace plynů b. elektrický oblouk c. termoelektrický jev (Seebeckův jev) Proud prochází při ohřevu dvou kovů přejitím elektronů z kovu s větší w e2 výstupní prací. Ideální dvojkovy F e P t a C u P t a mnohé další. d. termoelektrický chladící článek (Peltierův jev) Průchodem proudu dvou kovů s různými hodnotami výstupní práce w e2 se jeden konec ohřívá a druhý ochlazuje podle toho jakým směrem protéká proud. 1.1. Elektrické přístroje definice přístroje Jsou to zařízení určená ke spínání, jištění, ochraně, spouštění, ovládání a řízení elektrických strojů, zdrojů, vedení a spotřebičů.zvláštní skupinu elektrických přístrojů tvoří měřicí přístroje, jimiž měříme elektrické veličiny. základní vlastnosti musí zaručovat a. spolehlivost po celou dobu předpokládané životnosti přístroje b. bezpečnost po celou dobu předpokládané životnosti přístroje c. dostatečná elektrická i mechanická pevnost d. odolnost proti teplu a vlhku, otřesům, zkratům jsou provozována a. při daném tzv. jmenovitém napětí b. jsou opatřovány pro ochranu před úrazem krytem a. mohou mít buď kryt pevný b. nebo odnímatelný c. stupeň krytí přístroje je podle použití dán elektrickou značkou IP a příslušným číslem dle EN stanovující úroveň krytí závislé na prostředí definice prostředí a. obyčejné (-10 + 35 C, do 80% relativní vlhkosti) b. aktivní tj. prostředí ohrožující bezpečný chod nebo životnost přístroje např. chlad, teplo, prach, otřesy, chemická agresivita látek c. pasivní tj. prostředí ohrožené el. zařízením např. nebezpečí požáru, výbuchu apod. to se pak dělí na a. jednoduché s jedním druhem vlivu b. složité vniká kombinací několika vlivů 8

1.2. Spínací přístroje definice spínání Spínáním rozumíme spojování, či rozpojování elektrického obvodu, zatíženého nebo nezatíženého. definice spínače Spínač je souhrnný název pro označení vypínače, přepínače, odpojovače, odpínače, stykače apod. podle druhu proudu rozeznáváme a. spínače na stejnosměrný proud b. spínače na střídavý proud podle velikosti napětí rozeznáváme a. spínače na malé napětí (mn) do 50 V b. spínače na nízké napětí (nn) nad 50 V do 1000 V c. spínače na vysoké napětí (vn) nad 1 kv do 72,5 kv d. spínače na velmi vysoké napětí (vvn) nad 72,5 kv do 787 kv e. spínače na zvlášť vysoké napětí (zvn) nad 787 kv podle počtu pólů a. spínače jednopólové b. spínače dvoupólové c. spínače třípólové d. spínače mnohopólové podle montáže rozeznáváme a. spínače pro montáž uvnitř budov b. spínače pro venkovní montáž 1.2.1. Funkční části spínačů Spínače se skládají často ze společných částí jsou to: kontakty Jsou hlavní částí spínačů svým stykem předávají elektrický proud do jiné části obvodu, při jednoduchém přerušení je jeden kontakt pevný a druhý pohyblivý 1.2.1.1. Konstrukčně podle provedení rozeznáváme kontakty A) Nožové viz obr. a - pohyblivý kontakt má tvar plochého nože zasunutého do pérového kontaktu B) Lamelové obr. b nožový pohyblivý kontakt se zasouvá do pevného kontaktu vytvořeného několika samostatně vytvarovaných lamel 9

C) Kartáčové obr. c pohyblivý kontakt je složen z plochých listů dnes se již nevyrábějí D) Palcové obr. d mají tvar palce, při spínání se po sobě mírně odvalují E) Růžicové (tulipánové) obr. e mají odpružené lamely pevného kontaktu uspořádané do kruhu a mezi ně se zasouvá pohyblivý roubík F) Můstkové obr. f pohyblivý kontakt je složen ze dvou částí které dosednou na pevné kontakty G) Kladívkové obr. g pohyblivý kontakt je ovládán vačkou a dopadá na pevný kontakt H) Válcové obr. h odpružený pevný válec se dotýká kluzkého kontaktu, který je umístěn na otáčejícím se válci 10

1.2.1.2. Spoušť Je samočinné zařízení, které při nadproudu uvolňuje volnoběžku spínače a ta ten proud i vypne. Zpravidla je ovládaná elektromagneticky či tepelným účinkem nadproudu. 1.2.1.3. Volnoběžka Je západkové spínací ústrojí samočinných spínačů. Nejjednodušší volnoběžkou je dvojice prolomených pák, na které působí se mechanicky vybavovat, u větších spínačů je zpravidla odbavován pomocným relé. 1.3. Relé 1.3.1. Definice relé Relé je pulsní přístroj, který se uvádí do činnosti změnou kontrolované elektrické nebo jiné fyzikální veličiny a který vyšle popud k vypnutí. 1.3.2. Typy relé 1.3.2.1. Nadproudová při dosažení proudu určité velikosti 1.3.2.2. Podproudová klesne-li proud pod určitou velikost 1.3.2.3. Podpěťová klesne-li napětí pod určitou velikost 1.3.2.4. Zpětná apod. změní-li proud nebo napětí směr 1.3.2.5. Nezávislé během stejně nastavené doby vypne všechny proudy od určité velikosti 1.3.2.6. Závislé vypíná zařízení za dobu tím kratší, čím je větší nadproud 1.3.2.7. Polozávislé je kombinací obou předcházejících; až do určitého proudového přetížení závisí doba vypnutí na proudu, při větších přetíženích vypne relé za stejnou dobu 11

1.3.3. Princip nadproudového relé Při velkém proudu kotvička elektromagnetu se přitáhne a tím rozpojí elektrický obvod. 1.3.4. Princip podproudového relé Při malém proudu kotvička elektromagnetu se neudrží v sepnutém stavu a tím rozpojí elektrický obvod. 12

1 / 3. hodina 2.3.1. Druhy styku a podmínky dobrého styku. Tvary kontaktů jsou různé, ale styk, ve kterém se uskutečňuje přechod proudu z pevného kontaktu na pohyblivý, může být: bodový přímkový plošný o nejčastěji používaný u spínačů 2.3.2. Vlastnosti styku 2.3.2.1. Stykový odpor jeho hodnota závisí na o přítlačné síle o tvaru kontaktů o tvrdosti materiálu o samočisticí schopnost kontaktů 2.3.2.2. odolnost o proti opalování o oxidaci o mechanickému opotřebení o chemickým vlivům 2.3.3. Vznik a zhášení oblouku Při vypnutí el. proudu procházejícího obvodem vždy vznikne mezi kontakty elektrický oblouk. 2.3.3.1. Definice elektrického oblouku Oblouk je v podstatě elektrický výboj, jehož výbojová dráha je tvořena rozžhavenými kontakty a prostředím, v němž oblouk hoří. 2.3.3.2. Účinky elektrického výboje A. Je závislé též na součástech obvodu a může způsobit B. Opalování kontaktů C. Tepelné účinky D. Jiné jsou při vypínání stejnosměrného proudu a D.a) Stejnosměrného je to indukčnost obvodu, která se snaží oblouk co nejdéle udržet D.b) Vznikají na kladném kontaktu důlky, na záporném výstupky (je to tzv. jemný přenos) E. Jiné jsou při vypínání střídavého proudu (je jednodušší) E.a) Ztížené vypínání při malém účiníku elektrického oblouku E.b) Vznikají tzv. důlky a perličky (je to tzv. hrubý přenos) 13

2.3.3.3. Zhášení elektrického oblouku A. Rychlým oddálením kontaktů od sebe B. Přetržením oblouku na více místech C. Vyfouknutím oblouku magnetickým polem cívka způsobující vyfouknutí oblouku je v sérii s vypínaným obvodem a tzn. čím je proud větší, tím je i větší magnetické pole působící na oblouk viz obrázek V olejové lázni v okolí kontaktu vznikne bublina, která se ochlazuje okolním olejem, používá se především u olejových stykačů odpařováním destilované vody nebo oleje oblouk hořící ve stlačené páře uhasne daleko rychleji díky expanzi této páry stlačeným vzduchem ten se přivádí přímo k oblouku a vyfukuje oblouk do zhášecí komory. kde se roztříští a zhasne v plynu s elektronegativními vlastnostmi používá se například fluorid sírový nebo kysličník uhličitý bez vypouštění plynu do atmosféry. 14

1.4. Kontrolní otázky 1. Jak rozdělujeme spínací přístroje? 2. Co rozumíme pod pojmem spínání? 3. Jak rozdělujeme spínače? 4. Co je spínač? 5. Jaké druhy kontaktů znáte? 6. Co je spoušť u spínače? 7. Co je to volnoběžka u spínače? 8. Řekněte definici relé? 9. Nakreslete schéma nadproudového relé, popište jej. 10.Nakreslete schéma podproudového relé, popište jej. 11.Co nazýváme styk u spínače? 12.Co je to stykový odpor? 13.Popište podmínky pro dobrý styk. 14.Co je to elektrický oblouk? 15.Který proud se snadněji vypíná stejnosměrný či střídavý? 16.Co ztěžuje zhášení elektrického oblouku u stejnosměrného proudu a co u střídavého? 17.Jak poškozuje elektrický oblouk kontakty? 18.V čem spočívá mžikové vypínání obvodu? 19.Jak pracuje principiálně zhášení magnetickým polem? 20.V čem spočívá zhášení oblouku v olejové lázni? 21.Jaká je podstata zhášení expanzí vodních či olejových par? 22.Jak se zháší oblouk pomocí stlačeného vzduchu? 15

4. Rozdělení spínačů NN Podle provedení rozeznáváme spínače: 1 / 4. hodina 4.1. Instalační domovní a průmyslové rozvody k připojení elektrických přístrojů k síti 4.1.1. Instalační spínače dělíme na vypínače a přepínače v provedení podle tabulky Zvláštním typem instalačního spínače je schodišťový automat viz obr. 1se 4mi vodiči a obr. 2 pro 16

použití se 3mi vodiči. 4.2. Pákové 4.2.1. Pohyblivé kontakty se ovládají pákou 4.3. Kloubové 4.3.1. Ovládají se kloubovým mechanismem z přední strany desky rozváděče 17

4.4. Stiskací 4.4.1. Zapínají se tahem a vypínají se stiskem 4.5. Deskové 4.5.1. Pro snadné zapínání a přepínání většího počtu rezistorů 4.6. Válcové 4.6.1. Mají odpružené a nepohyblivé válce a měděné válcové segmenty, jsou izolovaně připevněné na otočném válci 18

4.7. Vačkové 4.7.1. Kontakty se ovládají vhodně tvarovými vačkami 4.8. Komůrkové a paketové 4.8.1. Spínací kontakty jsou uloženy v uzavřených izolačních komůrkách, samostatně pro každý pól 19

4.9. Programové 4.9.1. Ovládají se motorkem a převodovkou 4.10.Kontroléry 4.10.1. Jsou to řadící spínače, jejichž kontakty postupně spínají proudové obvody v žádaném pořadí 4.11.Spouštěče ke spouštění motorů 5. Zvláštní spínače 5.1. Rtuťové 5.1.1. Kontakty se spojují pomocí rtuti v nádobě, která se naklání 20

5.2. Tlakové 5.2.1. Ovládají se změnou tlaku tlakového média 5.3.Termostaty 5.3.1. Teplotní spínače pro regulaci teploty 5.4. Plovákové 5.4.1. Ovládají se plovákem v nádobě s kapalinou 5.5. Koncové 5.5.1. Ovládané pohybujícím se strojem, který při dosažení koncové polohy vypne nebo sepne kontakt viz pozice 5 obrázku nahoře 5.6. Stykače 5.6.1. Jejich kontakty drží v zapnuté poloze cizí síla, např. elektromagnet 21

5.7. Jističe 5.7.1. Ke spínání a zároveň jištění elektrických obvodů. 5.8. Chrániče 5.8.1. (Napěťové i proudové) zabezpečují ochranu před nebezpečným dotykovým napětím nebo proudem 22

Kontrolní otázky 1. Jak rozdělujeme spínače nn? 2. Jak rozdělujeme instalační spínače podle způsobu ovládání? 3. Nakreslete schéma elektrického obvodu s jednopólovým vypínačem č.1. 4. Nakreslete schéma elektrického obvodu s skupinovým vypínačem č.4. 5. Popište podle obrázku princip pákového vypínače. 6. Popište podle obrázku princip kartáčového vypínače. 7. Jak funguje stiskací vypínač? 8. Jak funguje deskový přepínač s pérovým kontaktem? 9. Jak funguje válcový přepínač? 10.Jak funguje vačkový přepínač? 11.Jak funguje komůrkový přepínač? 12.Jak funguje programový přepínač? 13.Jak fungují spouštěče. 14.Co je to reostat, popište posuvný reostat. 15.Jak funguje rtuťový spínač. 16.Jak funguje tlakový spínač? 17.Jak je ovládán plovákový spínač, kde se používá? 18.Jak funguje vzduchový stykač? 6. Pojistky nn 2 / 5. hodina 6.1. Definice pojistky: Pojistka je přístroj, který jistí elektrický obvod tím, že tepelným účinkem nadproudu nebo zkratového proudu přetaví tavný drátek vložce, a tak přeruší elektrický proud. Pojistky slouží především proti zkratovým proudům; proti přetížení nadproudy chrání nedokonale, především při jištění třífázových motorů. 6.2. Druhy pojistek: 6.2.1. Závitové 6.2.2. Zásuvné (nožové) 6.3. Pojistky dělíme podle rychlosti reakce dělíme na: 6.3.1. Pomalé o používají se na ochranu vedení a o motorů 6.3.2. Rychlé Podle velikosti ochranného proudu 2-4 - 6-10 - 16-20 - 25-35 - 50-63 - 80-100 - 125-160 - 200(A), pro napětí do 500V 23

6.2.1.1. Závitové pojistky viz obrázek 6.2.1.1.1. Skládají se ze spodku krytu vymezovacího kroužku a hlavicí s průhledným okénkem 6.2.1.1.2. Pojistná vložka se skládá z porcelánového dutého válečku na konci s kontakty, které jsou propojeny tavným drátkem z nízko tavitelného kovu nebo z takové slitiny a to je v dutině zasypáno křemičitým pískem kvůli odvodu tepla terčík s pružinkou pro visuální kontakt, je-li pojistka přerušena či nikoliv Zásuvná pojistka 6.2.1.1.3. Izolační spodek se skládá z připevněných pérových kontaktů s plochými praporky pro připojení kontaktu 6.2.1.1.4. Vložka je izolační váleček s okénkem, které při přetavení zčerná tavný drátek je zasypán a připojen na zásuvné nože 24

6.3. Jističe 6.3.1. Definice Jističe jsou samočinné vypínače určené ke spínání a jištění elektrických obvodů, jistí před přetížením a před účinky zkratových proudů. Malá přetížení vypínají po delší době, velká rychle a zkratové proudy téměř okamžitě. 6.3.1.2. Podle proudu dělíme jističe na: 6.3.1.2.1. Podle druhů proudu na SS proud, vždy mají zhášecí komoru na střídavý proud na střídavý i na stejnosměrný proud 6.3.1.2.2. Podle počtu pólů jednopólové trojpólové na jištění motorů a vedení mnohopólové 6.3.1.2.3. Podle zapínání Rozeznáváme jističe o ruční o samočinné (se zapínáním tlakovým nebo plovákovým) 6.3.1.2.4. Podle druhu spouště s elektromagnetickou spouští kombinovanou s tepelnou spouští s elektromagnetickou spouští kombinovanou s tepelnou spouští a podnapěťovou spouští s kataraktovou spouští 6.3.2. Jednopólový jistič se skládá z pevného kontaktu 1 přes pohyblivý kontakt 2, tepelnou spoušť 3, elektromagnetickou spouští 4 a zhášecí cívkou 5. 25

Při zkratu elektromagnet vtáhne jádro do cívky, tím se uvolní volnoběžka a kontakty se rozpojí. Při přetížení nadproudem se zahřeje dvojkov tepelné spouště, prohne se a tlačí jádro elektromagnetu směrem nahoru a tím uvolní volnoběžku a spínací kontakty ce opět rozpojí. Do jistícího proudu 25 A je nazýváme drobné jističe. Samočinně vypínají nadproudy viz obr.1. Jističe mají možnost nastavit různé vypínací charakteristiky viz obr.2. 6.3.3. Trojpólový jistič vznikne ze tří jednopólových jističů. Jsou vypínače k více pólovému (třífázovému) vypnutí a jištění motorů, k jejich ochraně při jejich zabrždění (neotáčení) přetížení, poklesu napětí nebo výpadku jedné fáze příklad provedení motorového jističe je obr.1 a konstrukce na obr.2. 26

2 / 6. hodina 7. Chrániče 7.1. Definice: Chrániče jsou přístroje určené k ochraně živých bytostí před nebezpečným dotykovým napětím a nebo proudem. Nejistí ale spotřebiče před nadproudem. 7.2. Druhy chráničů Chrániče rozeznáváme: 7.2.1. Napěťové 7.2.2. Proudové 7.2.1.1. Funkce chrániče Jak funguje napěťový chránič: Cívka elektromagnetické spouště je velice citlivá. Má-li chránit a zaručit při vypnutí dotykového napětí 24V a cívka vyžaduje proud 100 ma odpor zemnění cca 240. Test se provádí pomocí předřadného odporu R připojením na síťové napětí. 27

7.2.2.2. Proudový chránič Jak funguje proudový chránič. Podstatou proudového chrániče je součtový měřicí transformátor proudu, který reaguje na každou nesouměrnost proudu v elektrickém obvodě viz. obrázek. POZOR!! Chrániče nejistí proti běžnému přetížení a zkratu. Elektromagnety 8. 8.1. Definice: Jsou přístroje, které využívají silových účinků elektrického proudu. Dělíme je podle proudu a podle použití. 8.1.1. Podle proudu: elektromagnety pro stejnosměrný proud elektromagnety na střídavý jednofázový a nebo třífázový proud 8.1.2. Podle použití rozeznáváme: pohyblivé magnety, pomocí nich se koná mechanická práce o elektromagnety brzd, o spínacích přístrojů o ventilů přídržné magnety přidržují feromagnetický materiál o břemenové elektromagnety o upínadla o třídící válcové apod. speciální elektromagnety o elektromagnetické spojky o laboratorní elektromagnety pro výzkumné účely 28

Magnetický obvod tvaru C viz a) a magnetický obvod typu E viz obr. b). 8.2. Závit na krátko (tlumící závit) 29

8.3. Další různé typy elektromagnetů Brzdové elektromagnety jsou propojeny mechanicky s brzdným systémem, je většinou nutné aby měl brzdný systém malý zdvih aby mely elektromagnety vysoký účinek. Jak vypadají máme na obr. viz výše. 30

8.4. Břemenové elektromagnety Slouží k přenášení zmagnetizovaných kovů a materiálů např. ve sběrnách šrotu a pod. 8.5. Upínadla 8.5.1. Upínací elektromagnetická deska Skládá se z pouzdra z lité oceli, v němž je uložena cívka zakrytá snímatelnou deskou. Deska má drážky zalité zinkem nebo hliníkem tím oddělujeme severní od jižního pólu. Elektromagnety II 7. hodina 8.6. Břemenové elektromagnety Slouží k přenosu magneticky aktivních materiálů. Břemenové elektromagnety používáme ke zvedání a k dopravě ocelových předmětů, jako jsou odlitky, ingoty, předvalky, třísky železného šrotu atd. Břemenový elektromagnet je v základní části (kostře) z ocelolitiny ve tvaru zvonu uvnitř s izolovanou cívkou. Konstrukce je na obrázku. 1. kostra 2. závěsná oka 3. cívka 4. deska z nemagnetického materiálu 8.7. Elektromagnetická upínadla Elektromagnetická upínadla jsou vhodná pro rychlé upínání drobných a tenkých ocelových součástek při strojním obrábění, zejména při broušení. Upínadlo se opět skládá z kostry z lité oceli v něm je ve tvaru viz. obrázek umístněna cívka shora opět kryta nemagnetickým materiálem zpravidla zinkem nebo hliníkem tím se odděluje severní pól od jižního pólu. Upínaný předmět tvoří kotvu elektromagnetu. Po opracování materiálu je nutné opracovaný materiál odmagnetovat. Konstrukce je zřejmá z obrázku. 31

8.8. Elektromagnetické spojky Elektromagnetické spojky jsou: 8.8.1. Třecí 8.8.2. Lamelové 8.8.3. Elektrodynamické a 8.8.4. Práškové 8.8.1. Třecí spojky Třecí spojky se skládají ze dvou částí. Část 2 viz obrázek se skládá z elektromagnetu a je naklínována na hnacím hřídeli, cívka 3 je spojena přívodními kroužky 1 a je napájena stejnosměrným proudem. Zapnutím proudu se obě části přes mezikruží s třecím obložením spojí. 1. Přívodní kroužky 2. elektromagnet 3. Cívka 4. Třecí obložení 5. Druhá část spojky 32

8.8.2. Lamelová elektromagnetická spojka Lamelová elektromagnetická spojka má opět dvě části hnací a hnané. Princip je podobný jako v předchozím případě pouze třecí systém je multiplován. Ostatní je zřejmé z obrázku. 1. Část hnaná 2. Část hnací 3. Vnitřní lamely 4. Vnější lamely 5. Sběrný kroužek 6. Budící cívka 7. Pružiny 8. Kolíky 8.8.3. Elektrodynamická spojka Přenáší točivý moment působením vířivých proudů. Skládá se ze dvou kotoučů, pevně naklínovaných na hřídelích. Na hnacím hřídeli je cívka elektromagnetu. Po zapnutí proudu do cívky a jejím otáčivém pohybu působí magnetické pole cívky na druhý konec cívky. V kotouči se indukují vířivé proudy, které podle Lenzova pravidla vytváří proudy opačného působení a tím otáčí kotoučem ve stejném smyslu, avšak vždy s určitým skluzem. 8.8.4. Práškové spojky Mají prostor mezi hnacím a hnaném kotouči vyplněn olejem se železnými pilinami. Pokud začne cívkou téci proud piliny ztuhnou mezi oběmi kotouči a hnací hřídel je propojen s hnaným. 8.8.5. Závěr Elektromagnetické spojky se používají v pohonech, kde je zapotřebí měkký záběr, a tam, kde má být točivý moment řízen dálkově nebo samočinně. 33

Kontrolní otázky 1. Co je to jistič? 2. Jaká je základní funkce jističe? 3. Co je to chránič? 4. Jak rozdělujeme chrániče? 5. Vysvětlete princip funkce napěťového chrániče? 6. Vysvětlete princip funkce proudového chrániče? 7. Popište schéma proudového chrániče? 8. Popište schéma napěťového chrániče? 9. Co je to pojistka, základní druhy. 10.Popište závitovou pojistku. 11.Popište nožovou pojistku. 12.Kde používáme rychlou a kde pomalou pojistku. 13.Nakreslete a popište břemenový elektromagnet. 14.Na jakém principu pracuje elektromagnetické upínadlo. 15.Popište elektromagnetickou třecí spojku. 16.Popište elektromagnetickou třecí lamelovou spojku 17.Popište princip elektrodynamické spojky. 18.Na jakém principu pracuje elektromagnetická prášková spojka? 8. hodina 9. Rozdělení elektrických strojů 9.1. Odpojovače a přepojovače 9.1.1. Definice: Jsou to přístroje k zapojování a odpojování elektrických zařízení bez zatížení. Používají se v elektrorozvodných sítí VN a VVN, zařazují se před vypínače vn a vvn. 9.1.2. Podle konstrukce je rozdělujeme na: 9.1.2.1. Nožové Skládají se ze základního rámu viz obrázek a je zpravidla spojen s uzemňovacím zařízením, funkce je zřejmá. Důležitá vlastnost je viditelné odpojení. 34

9.1.2.2. Rotační Každý pól je na otočných izolátorech se pohybují v rovině rovnoběžné se základním rámem. 9.1.2.3. Sklápěcí Pohyblivá část se přiklápí v rovině pólů buď kolem čepů nebo izolátorů. 9.1.2.4. Nůžkové neboli pantografové Pracují na sklápěcím nůžkovém pantografovém systému, buď je od pevného kontaktu odpojují přímo na přívodním vodiči. Pokud se jedná o přepojovače, pak se podobají nožovým kontaktům s průchodkami uprostřed. 9.2. Pohon odpojovačů může být buď: 9.2.1. ruční ovládání izolační tyčí se zasunutím do palce vypínaného kontaktu 9.2.2. ruční se souběžným vypínáním pomocí společného hřídele s jednoduchým převodem 9.2.3. tlakovzdušný pohyb je vyvolán stlačeným vzduchem Odpínač na principu tlaku vzduchu. Princip zhášení odpínače 35

9.3. Úsečníky 9.3.1. Definice úsečmíku Jsou venkovní spínače pro montáž přímo na stožár. Příklad venkovního spínače je na obrázku. 9.4. Výkonové vypínače vn a vvn 9.4.1. Definice výkonového vypínače Jsou spínače, které mají schopnost vypínat nebo zapínat všechny provozní proudy vyskytující se v elektrických obvodech tj. i proudy zkratové. Mají spoušť, která při zkratu obvod samočinně rozpojí. 9.4.2. Zhášení elektrického oblouku Podle zhášení elektrického oblouku jsou výkonové spínače: 9.4.2.1. Expanzní 9.4.2.2. Málo olejové 9.4.2.3. Tlakovzdušné 9.4.2.4. Plynotvorné (s tuhým hasivem) 9.4.2.5. Tlakově plynné (s fluoridem sírovým, SF 6 ) 9.4.2.6. Magnetické 9.4.2.1. Expanzní vypínače Zhášejí oblouk v pružné komoře odpařováním expanzímu. Expanzím je destilovaná voda zabarvená pro lepší sledování fluorescenčním barvivem; proti zamrzání se do ní přidává glycerin a proti znehodnocení obsahuje proti plísňovou přísadu. 36

Řez expanzním vypínačem je na obrázku a popis je 1. spínací roubík 2. izolační válec 3. přítlačný pryžový kroužek 4. vložky z tvrdého izolantu 5. růžicový kontakt 9.4.2.2. Máloolejové vypínače 1. Spínací roubík 2.kanálky zhášecí komory 3. olej 9.2.4.2.3. Tlakovzdušné vypínače Konstrukce je obdobná jako u předchozích pouze jako zhášecí médium je použit tlakový vzduch. 9.2.5. Rychlovypínače Spínají elektrické obvody stejnosměrného proudu a chrání před zkratovými proudy. Používají se na ochranu výkonových usměrňovačů (troleje, apod.). Musí vypínat velice rychle, rychleji než zkratový proud dosáhne maximální hodnoty (požaduje 3 max. 10 ms). se Princip rychlovypínače je na následujícím obrázku 37

1. Pohyblivý kontakt 2. kotva elektromagnetu 3. elektromagnet 4. pružina 5. pružina 6. cívka elektromagnetu 7. jádro s malými vzduchovými mezerami 9.2.6. Svodiče přepětí 9.2.6.1. Ochranná jiskřiště 9.2.6.2. Bleskopojistky 9.2.6.3. Průrazky Svodiče přepětí jsou přístroje k omezování přepětí na přístupnou velikost, bezpečnou pro připojené zařízení. Přepětí má svůj původ vzniká jednak při spínaných pochodech (náhlé odlehčení generátoru, odpojení transformátoru na prázdno) a jednak je způsobeno atmosférickými poruchami (bouřkami). Zapojení a příklad konstrukce je na následujícím obrázku. 9.2.6.1. Ochranné jiskřiště se používá k ochraně méně důležitých zařízení s malým výkonem. Skládá se ze dvou kovových růžků 1 vhodného tvaru, jeden je připojen přes odpojovač 2 a pak přes rezistor spojen k zemi. 9.2.6.2. Vyfukovací bleskopojistka Funguje takto: Fázový vodič 1 je v místě jiskřiště zesílen proti opalování. Vnitřní jiskřiště se skládá ze dvou elektrod a je v trubici 3 z fibru nebo z umělé pryskyřice. Jedna elektroda má tvar roubíku 2, druhá má tvar objímky 4 a je spojena se zemí. Ventilová bleskopojistka 38

Viz obrázek je u nás nejpoužívanější, protože je nejspolehlivější. Skládá se z jiskřiště 1 a odporových kotoučů 2. Kotouče jsou z pórovitého materiálu, nejčastěji z karbidu křemíku nebo sorbitu. Jeden odporový kotouč je na jmenovité napětí 3 kv, pro vyšší napětí se kotouče zapojují do série. Jiskřiště jsou uložena v porculánovém plášti 3. V horní části je hliníková čapka 4 se závěsným okem a šroubkem 5 k připojení přívodního lanka. Odporové kotouče jsou v plášti uzavřeny dnem 6, od kterého vede uzemňovací vodič. 9.2.6.3. Průrazka Průrazka je takový svodič, jehož elektrody jsou od sebe odděleny perforovanými izolačními vložkami, které se při vyšším napětí, než je jejich průrazné napětí, trvale svaří, a tím je trvale připojí k zemi. Kontrolní otázky 1. Co je to odpojovač a k jakému účelu slouží? 2. Které druhy odpojovačů znáte? 3. Výkonové vypínače VN a VVN vyjmenujte je. 4. Jaké proudy vypínají výkonové vypínače? 5. Co je to svodič napětí a k čemu se používá? 6. Co je to úsečník? 7. Co je to odpínač? 8. Popište princip expanzního vypínače? 9. Popište princip olejového vypínače? 10.Jak funguje vyfukovací bleskopojistka? 11.Jak funguje průrazka? 39

9. hodina 10. Elektrické stroje 10.1. Rozdělení elektrických strojů 10.1.1. Netočivé (transformátory, měniče) přeměňují elektrickou energii na elektrickou energii jiných parametrů 10.1.2. Točivé (generátory, motory). 10.1.2.1. Generátory přeměňují mechanickou energii na energii elektrickou. 10.1.2.2. Motory přeměňují elektrickou energii na mechanickou. 10.1.1.1. Transformátory Pracují na principu elektromagnetické indukce. Mění elektrickou energii v elektrickou se stejným kmitočtem. Podstatnou částí je magnetický obvod část, která vede magnetický tok. Vinutí transformátoru tvoří elektrický obvod, magnetický obvod je složen z elektrotechnických plechů. Obr. Jednofázový transformátor. Podle konstrukce magnetického obvodu rozlišujeme transformátory jádrové (vinutí obklopuje plechy) a plášťové (plechy obklopují vinutí). 40

4 / 2 10. hodina 10.1.1.2. Zatížený transformátor Výstupní napětí U 2 vyvolá ve vnějším odvodu proud I 2, který prochází také vinutím N 2 a v jádru budí indukční tok Φ 2. Podle Lenzova pravidla působí tento indukční tok vždy proti toku Φ 1. Oba toky se vektorově skládají ve výsledný indukční tok Φ. Při odlehčení transformátoru se zmenší proud I 2 a tím se zmenší i tok Φ 2, což způsobí, že se na okamžik zvětší výsledný tok Φ, který ve vstupním vinutí indukuje vyšší napětí U i1. Toto napětí působí proti svorkovému napětí U 1, které potom protlačí vinutím menší proud. Tím zase výsledný indukční tok Φ poklesne na původní hodnotu. Při větším zatížení je tomu naopak. Při každé změně zatížení se výstupní proud vždy přizpůsobuje nastalé změně, a to tak, aby se vyrušil magnetizační účinek výstupního proudu. Obr. 4.2.1. Transformátor při zatížení. Pro transformátor platí převodový vzorec: p = U U 1 2 = N 1 = N 2 I I 2 1 = S S V 2 V 1 41

Proudy a průřezy vodičů jsou v převráceném poměru k napětí i počtu závitů. Vodič vinutí, které má větší počet závitů, je pro vyšší napětí, prochází jím menší proud, má menší průřez a naopak. 10.1.1.2. Transformátor nakrátko Výstupní svorky transformátoru nakrátko jsou spojeny bezodporovou spojkou. Výstupní napětí U 2 se rovná nule a celé vstupní napětí U 1 se spotřebuje ve vinutí transformátoru. Běžné transformátory mají malou impedanci. Úbytky napětí jsou malé a proto jejich zkratové proudy jsou velké a pro transformátor nebezpečné, neboť namáhají vinutí jak tepelně, tak i mechanicky. Jejich vinutí musí být dobře upevněno a staženo, aby vydrželo první náraz dynamických sil při zkratu. Zkratový proud je časově proměnný proud po náhlém spojení transformátoru nakrátko při určitém napětí. Proud nakrátko je ustálený proud transformátoru při stavu nakrátko. Obr. 10.1.1.2. Transformátor nakrátko fázový diagram. 10.1.1.2. Zadání domácí práce. A)Navrhněte síťový jednofázový transformátor pro výstupní napětí 2 x 15 V a výstupní proud 2 A. Jako transformátorové plechy použijte plechy typu EI. Návrh odevzdejte do 21 dnů. B) Navrhněte síťový jednofázový transformátor pro výstupní napětí 30 V a výstupní proud 2 A. Jako transformátorové plechy použijte plechy typu EI. Návrh odevzdejte do 21 dnů. 42

43

4 10.2. Zjednodušený výpočet transformátoru 44

45

46

47

2) Čistý prostor cívky 48

49

50

51

5/1 Zvláštní transformátory 5.1.1. Tlumivky a reaktory Tlumivka se konstrukčně podobná transformátoru, ale má pouze jedno vinutí a zapojuje se do elektrického obvodu, aby zvětšila jeho indukčnost. Střídavý proud procházející tlumivkou je proud magnetizační a vytváří v jádru tlumivky střídavý indukční tok, který ve vinutí tlumivky indukuje napětí U,. Toto napětí se rovná úbytku napětí na tlumivce, takže způsobuje snížení napětí za tlumivkou. Závislost změny indukovaného napětí U; na proudu I nazýváme charakteristika tlumivky. Má-li tlumivka jádro z elektrotechnických plechů, sleduje charakteristika tlumivky tvar magnetizační křivky. Tlumivka bez jádra anebo s jádrem z nemagnetického materiálu má charakteristiku přímkovou. Tlumivky mají malý činný odpor, takže jej můžeme zanedbat. Reaktance tlumivky je potom: X L = Ui I Tlumivky se železným jádrem se používají např. ke snížení napětí na spotřebiči, ke zmenšeni proudových nárazů 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. Tlumivky používané k omezení zkratových proudů v sítích nebo v elektrických zařízení jsou vždy bez jádra a nazývají se reaktory. Jejich vinutí se zhotovuje z měděných nebo hliníkových pásů nebo kabelů a musí být velmi dobře zajištěno proti dynamickým účinkům sil při zkratu (např. zalijí do betonu). Vyrábějí se jednofázové nebo trojfázové, vzduchové nebo olejové. Vzduchové provedení se používá do napětí 35 kv, olejové pro vyšší napětí nebo pro venkovní montáž. 52

5.1.2.Transduktory Podstatou transduktoru je přesytka. Je to tlumivka s feromagnetickým jádrem bez vzduchové mezery, u které můžeme měnit indukčnost sycením jádra stejnosměrným proudem. Na jejím jádru jsou umístěna dvě vinutí. Jedno vinutí má velký počet závitů N t a je připojeno na zdroj stejnosměrného napětí U t. Říkáme mu řídicí (budicí) vinutí. Druhé vinutí, tzv. pracovní, má N Z závitů a je připojeno na zdroj střídavého napětí U Z. Stejnosměrným proudem můžeme dosáhnout nasycení jádra, které odpovídá na magnetizační křivce až části sycení za kolenem, tj. za bodem P a proto takové tlumivce říkáme přesytka. Zapojíme-li do série s pracovním vinutím spotřebič s odporem R 2, můžeme změnou intenzity magnetického pole, tj. změnou stejnosměrného proudu I i ovládat pracovní střídavý proud I 2. Nejprve uvažujme, že přesytku připojíme pouze na zdroj střídavého napětí U z. Potom bude pracovním vinutím N Z procházet střídavý proud I Z = U 2 /X L, zanedbáme-li činný odpor přesytky. Indukční reaktance X L =ωl a L=λN 2. Z uvedených vztahů plyne a z magnetizační křivky vidíme, že čím větší je intenzita magnetického pole H, tím menší je magnetická vodivost. Čím menší je magnetická vodivost jádra, tím menší je indukčnost přesytky, a tedy i indukční reaktance a tim větší je střídavý proud I z. StřÍdavý proud však v magnetickém jádru budí střídavý magnetický tok, který v řídicím vinutí indukuje napětí. Protože toto vinutí má velký počet závitů, aby stačil malý regulační výkon, je transformační převod velký a indukované napětí je vysoké. Toto indukované střídavé napětí by mohlo jednak zničit zdroj stejnosměrného proudu, jednak nežádoucím způsobem ovlivnit výslednou permeabilitu. Abychom tomu zabránili, spojíme vhodně dvě přesytky v jeden celek Takovému uspořádání říkáme transduktor. 53

Tento transduktor se skládá ze dvou přesytek s prstencovými jádry. Na každém jádru je řídicí vinutí N t a pracovní vinutí N 2. Jsou zapojena do série. Do střídavého obvodu je zapojena zátěž R, a do stejnosměrného obvodu regulační rezistor RPl. Střídavý proud budí střídavý tok 0, se souhlasným směrem v obou jádrech, zatímco magnetický tok 0 1, buzený stejnosměrným proudem, má v jádru 2 opačný směr než v jádru 1. Směr střídavého toku se periodicky mění. Během jedné půlperiody se v jednom jádru stejnosměrný tok a střídavý magnetický tok sčítají v druhé půlperiodě je tomu naopak. 54

Z mnoha druhů transduktorů se nejčastěji používá transduktor s úsporným vlastním buzením. Podstata vlastního buzení spočívá v tom, že se část výstupního obvodu použije k buzení. Transduktory se používají pro výkony od několika desetin wattu až do několika set kilowattů. Nemají žádné pohyblivé části a nevyžadují téměř žádnou údržbu. Nevýhodou je, že mají poměrně velkou hmotnost a že mají delší dobu odezvy v porovnání s polovodičovými zesilovači. Trarnsduktory jsou vhodné tam, kde se vyžaduje dlouhý technický život, robustnost, přetížitelnost a značná spolehlivost. Osvědčily se např. při řízení teploty a výkonů elektrických pecí, při řízení otáček stejnosměrných motorů a u stmívačových jednotek pro jevištní techniku. Pro jiné aplikace jsou vytlačovány tyristorovými zesilovači, které pracují rychleji, jsou menší a lehčí. 55

5/2 Synchronní stroje 5.2. Princip synchronního stroje Generátoru na střídavý proud říkáme alternátor. Je to elektrický synchronní točivý stroj, který pomocí točivého magnetického pole přeměňuje mechanickou energii v elektrickou energii. Alternátor skládá ze statoru, rotoru a budiče. Princip je na obrázku 1. Na obrázku znázorněn alternátor, jehož stator má tvar dutého válce je svařen plechů a vyztužen žebry. Uvnitř pláště je upevněn magnetický obvod složený z elektrotechnických plechů tlouštky 0,5 mm. Plechy jsou od sebe izolovány lakem nebo hedvábným papírem, aby se omezily ztráty v železe. U velkých alternátorů je magnetický obvod složen ze segmentů, protože lisovat celé mezikruží by bylo nehospodárné. Při skládání plechů se vkládají distanční vložky přibližně po každé třícentimetrové až pěti centimetrové vrstvě plechů, aby vznikly chladicí kanálky, kterými proudí ochlazovací vzduch nebo vodík, jenž odvádí teplo z magnetického obvodu. Plechy se stáhnou svorníky pomoci čelních desek. Na vnitřnim obvodu statorových plechů jsou drážky, do nichž je uloženo vinutí z měděných vodičů s izolací z hedvábí, bavlny nebo skelného vlákna. 56

57

Uvnitř statoru se otáčí rotor s vyniklými póly. Vzduchová mezera mezi rotorem a statorem je malá (výrobní tolerance dovoluje jen několik milimetrů), protože vzduch klade velký magnetický odpor. Pólové nástavce mají takový tvar, aby ve vzduchové mezeře vzniklo magnetické pole sinusového průběhu. 5.2.3.Turboalternátory Turboalternátory jsou alternátory poháněné parními turbínami. Jsou to rychloběžné stroje, zpravidla na otáčky 3 000 min - '. U nás se v elektrárnách instalovaly kolem roku 1950 alternátory s výkonem 63 MV. V současnosti pracují alternátory s výkonem 500 MV. Rotor je vzhledem k jeho velkým otáčkám vždy hladký. Konce vinutí jsou vyvedeny ke dvěma kroužkům, ke kterým se přivádí stejnosměrný proud přes dva uhlíkové kartáče. 5.2.4. Synchronní motory Synchronní motor má stejnou konstrukci jako alternátor. Každý alternátor lze použít jako synchronní motor a naopak. Připojíme-li synchronní motor k síti, odebírá z ní trojfázový proud, který ve statoru vytváří točiv'é magnetické pole. Rotor motoru budíme stejnosměrným proudem Oako v alternátoru), který vedeme do cívek jednotlivých pólů. Jejich počet odpovfdá počtu pólů statoru. Jestliže je rotor v klidu, střídají se póly tóčivého pole statoru a póly rotoru tak rychle, že se během jedné půlperiody přitahují a během druhé půlperiody odpuzují. Toto střídání je tak rychlé, že rotor vlivem hmotnosti zůstane v klidu, tj. synchronní motor nevyvine z klidu točivý moment. Jestliže ale roztočíme rotor na synchronní otáčky a stator připojíme k síti v okamžiku, kdy budou nesouhlasné póly statoru a rotoru ležet proti sobě, budou se póly trvale přitahovat a rotor se bude Synchronní motory jsou vhodné pro pohony s velkými výkony, kde se nepožaduje řízení otáček, změna smyslu otáčení ani příliš časté spouštění (např. pohon odstředivých 58

čerpadel, dmychadel, kompresorů, jednosměrných válcovacích stolic). Jejich výhodou je to, že mají dobrý účiník a velkou účinnost (0,95 až 0,98). Obvykle jsou nabuzeny na cos yo = l, takže odebírají ze sítě jenom činný proud. Otáčky synchronních motorů jsou stálé. Nevýhodou synchronních motorů je to, že se vyrábějí pouze na otáčky dané vzorcem n s = 60flp (min -1 ). Otáčky nelze řídit. 5.2.5. Spouštění synchronních motorů Synchronní motory mají na rotoru rozběhové vinutí, které je provedeno stejně jako tlumič u alternátoru. Těmto motorům říkáme autosynchronní. Při spouštění malých motorů se stator připojí k síti bud přímo, nebo přepínačem statorového vinutí hvězda-trojúhelník. Po připojení vznikne ve statoru točivé magnetické pole, které protíná rozběhové vinutí a indukuje v něm napětí, jež vývolá ve vinutí velký proud. Tento proud svými silovými účinky roztočí rotor ve smyslu točivého magnetického pole. Rotor se rozběhne téměř na synchronní otáčky a po nabuzení ho synchronizující síla vtáhne do synchronismu. Tím je rozběh skončen. Při spouštění velkých motorů tímto způsobem musíme budič odpojit a budicí vinutí synchronního motoru spojit přes ochranný rezistor nakrátko. V tomto vinutí se indukuje během rozběhu napětí, které by mohlo poškodit jeho izolaci. U menších synchronních motorů s budičem na společném hřídeli může být rotor trvale připojen k svorkám budiče. Při rozběhu se také indukuje do vinutí rotoru vysoké napětí, ale vinutí rotoru budiče má velkou indukčnost, takže stačí nahradit ochranný rezistor. Během rozběhu indukované napětí klesá, stejnosměrné napětí budiče stoupá a rotor je vtažen do synchronismu bez většího proudového nárazu. Statorový proud při asynchronním spouštění dosahuje pětinásobku až sedminásobku jmenovitého proudu. Při rozběhu velkých synchronních motorů je to příliš velký proud, a proto se spouští přes tlumivku zapojenou do uzlu statorového vinutí (obr. Spouštění synchronního motoru tlumivkou v uzlu). Po rozběhu spojíme spouštěcí tlumivku dvoupólovým vypínačem nakrátko. Nevýhodou tohoto způsobu spouštění je, že je záběrný moment menší, neboť se zmenšuje s druhou mocninou záběrného proudu. Spouštěcí proudový náraz lze také zmírnit tím, že se statorové vinutí rozdělí do dvou paralelních větví (obr. Spouštění synchronního motoru rozdělením statorového vinutí na dvě paralelní větve). Před spouštěním musí být vypínač QM1 vypnut a motor se vypínačem QM2 připojí jednou větví statorového vinutí k síti. Po určitém čase se otáčky motoru ustálí a pak zapneme vypínač QM1. Tím se druhá větev vinutí spojí do uzlu. Při tomto způsobu spouštění se zmenší proudový náraz asi o 30 % a záběrný moment asi o 50 %. Tam, kde potřebujeme mít dobrý záběrný moment a poměrně malý proudový náraz, spouštíme synchronní motory přes autotransformátor. Autotransformátor má na vinutí několik odboček, takže můžeme při spouštění nastavit vhodné počáteční napětí a 59

během rozběhu je zvyšovat až na jmenovité napětí. Po rozběhu se autotransformátor od sítě odpojí přepínačem. 5 / 3 5.3.1. Asynchronní motory 5.3.1.1. Točivé magnetické pole a princip asynchronního motoru V 1. ročníku v předmětu Základy elektrotechniky I jste poznali, že točivé magnetické pole vzniká v dutině statoru s trojfázovým vinutím, zavedeme-li do něho trojfázový střídavý proud. Indukční magnetický tok má stálou hodnotu a magnetické pole se otáčí synchronními otáčkami. 60 f η s = (min - '), p kde f je kmitočet (Hz), p počet pólových dvojic. Při kmitočtu 50 Hz závisejí otáčky točivého magnetického pole pouze na počtu pólových dvojic, takže pole může mít tyto otáčky: 3000 min', 1500 min - ', 1000 min - ', 750 min - ', 600 min - ' atd. Vložíme-li do dutiny statoru rotor s uzavřeným vinutím, točivé magnetické pole protíná vodiče rotorového vinutí a indukuje v nich napětí, které vinutím protlačí proud. Na vodiče, které se nacházejí v magnetickém poli a jimiž prochází proud, působí síly. Souhrn všech sil působících na obvodu rotoru dává otáčivý moment, který otáčí rotorem ve smyslu pohybu točivého magnetického pole. Že se rotor otáčí, plyne i z Lencova pravidla. Podle něho se do rotoru indukují proudy takového směru, aby na vodiče působily síly, které se snaží zabránit příčině, jež je vyvolala. 60

Příčinou je zde protínání vodičů točivým magnetickým polem. Kdyby se nezatížený rotor otáčel synchronními otáčkami, přestalo by protínání vinutí magnetickým polem a tím také indukování proudů do rotoru a rotor by se dál otáčel pouze setrvačností. Otáčky rotoru jsou poněkud menší- než synchronní, takže protínání vodičů nikdy neustane. Motorům se proto říká asynchronní. 5.3.1.2.Motor nakrátko Motor se skládá ze statoru a rotoru. Stator má stejnou konstrukci jako stator synchronního stroje. Plášť statoru u menších motorů je z lité oceli, u velkých motorů se svařuje z plechů. Motor nakrátko je nejrozšířenějším motorem, neboť je funkčně i konstrukčně jednoduchý, laciný, provozně spolehlivý, bezpečný, pohodlně se spouští, rozbíhá se s poměrně dobrým záběrným momentem, má velkou přetížitelnost, při proměnlivém zatížení jsou jeho otáčky téměř stálé, vnějším tvarem ho lze přizpůsobit poháněnému stroji, nevyžaduje odbornou obsluhu a jeho údržba je jednoduchá. Při spouštění však způsobuje velký proudový náraz, a tím i pokles napětí v síti, jeho otáčky lze řídit pouze v hrubých skocích nebo změnou kmitočtu, při malém zatížení zhoršuje účiník sítě a moment i výkon je úměrný druhé mocnině napětí (s tím je nutné počítat při rozběhu). Uvnitř pláště je magnetický obvod z elektrotechnických plechů. Na vnitřním obvodu statoru jsou drážky, ve kterých je uloženo trojfázové vinutí. Začátky i konce vinutí jsou vyvedeny na svorkovnici, kde můžeme vinutí spojit bud do hvězdy, nebo do trojúhelníku. Stator je v podstatě u všech trojfázových asynchronních motorů stejný, takže se motory od sebe liší pouze provedením rotoru. 5.3.1.3. Spouštění asynchronních trojfázových motorů Při spouštění asynchronního motoru vznikne v okamžiku připojení motoru k rozvodné síti proudový náraz. Pokud je rotor v klidu, představuje motor transformátor s výstupním vinutím spojeným nakrátko, takže proud odebíraný v prvním okamžiku ze sítě je vlastně proud nakráiko. Tento proud je až 7krát větší než jmenovitý proud a způsobujé pokles napětí v síti. Pro jednotlivé druhy pohonu proto musíme zvolit vhodný způsob spouštění motoru. 5.3.1.4. Řízení otáček 5.3.1.4.1. Řízení otáček změnou kmitočtu Řízení otáček změnou kmitočtu vyžaduje zvláštní měnič kmitočtu, neboť v rozvodné síti je stálý kmitočet 50 Hz. Tato regulace otáček je nákladná a je vhodná tam, kde je mnoho motorů s velkými otáčkami, takže je ekonomické zřídit zvláštní síť, např. s kmitočtem 400 Hz, a napájet z ní jednoduché asynchronní motory nakrátko. Tento způsob změny otáček se používá např. pro pohon spřádacích strojů umělých vláken, v brusírnách kovů, u dřevoobráběcích strojů apod. 61