EEM - Elektriske og elektroniske maskiner og anlæg

1.    Hvad skal der til, for at skabe et elektrisk kredsløb?

Et elektrisk kredsløb kræver en spændingskilde, en lukket ledende forbindelse (der giver elektroner en vej at vandre ad) og en belastning (modstand).

👉 Når de tre er til stede → så opstår strøm

Hvad er spænding?

Spænding (U), Strøm (I) og Modstand (R).

Spænding: er den elektriske potentialeforskel mellem to punkter (spænding finder også sted i åbne kredsløb, eller i et batteri, selvom der ingen strøm er der.

Enhed: Volt (V) -1 volt er defineret som spændingen over en leder, hvori der afsættes en effekt på 1 watt, når lederen gennemløbes af en strøm på 1 ampere.

Hvad er strøm?

Strøm: - er bevægelsen af elektriske ladninger (elektroner) gennem en leder i et lukket kredsløb.

Enhed: Ampere (A) - 1 ampere betyder, at der passerer 1 coulomb ladning pr. 1 sekund gennem et punkt i kredsløbet.

Hvad er modstand?

Modstand: Enhed: Ohm (Ω) - er den egenskab i et materiale eller en komponent, der begrænser og bruger strømmen.

Jo større modstand der er i et kredsløb, desto mindre strøm kan der løbe. Størrelsen på modstanden afhænger bl.a. af: materialet, lederens længde og tykkelse og temperaturen.

definition: Du har en modstand på 1 ohm når:

• du sætter 1 volt over den

• så løber der 1 ampere igennem den
  
    Når strømmen løber gennem en modstand, bliver noget af den elektriske energi omdannet til andre energiformer, f.eks.: varme (varmelegeme), lys (pære) eller mekanisk energi (motor).

Nævn kilder til jævnspænding.

Batteri hvor de kemiske reaktioner inde i batteriet skaber en konstant polaritet, og dermed fast spændingsforskel, mellem de to poler, en positiv og en negativ, med en ophobning af elektroner ved minuspolen, og mangel på elektroner ved plus, hvorfor elektronerne altid løber fra minus til plus i én retning, hvis batteriet forbindes til et kredsløb. 

Akkumulator - genopladeligt batteri, med den forskel fra batteriet, at den ud over at kunne omdanne kemisk energi til elektrisk, også kan genoplades, hvor elektrisk bliver til kemisk energi.

Solceller (omdanner lysenergi til elektrisk energi, når lyset får elektronerne i cellerne til at bevæge sig, hvilket skaber jævnstrøm).

DC-strømforsyning (fx telefonoplader, der laver jævnspænding fra vekselspænding via en ensretter/diodebro).

1.    Beskriv Ohms lov

Ohms lov beskriver sammenhængen mellem spænding (U), strøm (I) og modstand (R) i et elektrisk kredsløb.

Ohms lov siger, at:

Spændingen (U) er lig med modstanden (R) gange strømmen (I), eller sagt på anden måde, at forholdet mellem U/I og U/R er direkte proportionalt, hvis den tredje variabel er konstant, mens forholdet mellem I/R er omvendt proportional.

For at anvende loven isoleres den ubekendte variabel i ligningen, som fx

• I = U / R (strøm)

• R = U / I (modstand)

• U = R · I (spænding)

Disse beregningsformler gælder for simple enfasede kredsløb med ohmske modstande.

-      Hvad er Watt?

Watt (W) er en enhed for effekt der angiver, hvor hurtigt energi omsættes.

1 watt svarer til 1 joule pr. sekund.

I elektriske kredsløb beregnes effekten som:

• P = U · I (effekt = spænding · strøm)

Serieforbindelser

En serieforbindelse er en forbindelse, hvor komponenterne er koblet i forlængelse af hinanden.

Regler:

·         Strømmen er den samme gennem alle komponenter

·         Spændingen fordeles (spændingsfald over hver komponent)

·         Den samlede spænding er summen af spændingsfaldene

Parallelforbindelse

 

Regler:

·         Strømmen deler sig mellem grenene

·         (Den samlede strøm er summen af delstrømmene)

·         Spændingen er den samme over alle komponenter

·         Erstatningsmodstand - at alle modstande lægges sammen og regnes som en (der er lavere end den mindste):

Blandede forbindelser

Blandede kredsløb løses ved at reducere serie- og parallelforbindelser til erstatningsmodstande, indtil hele kredsløbet kan behandles som én samlet modstand. Man starter “inderst” i kredsløbet og arbejder sig udad.

1.    I et kredsløb med et fast spændingsniveau, eksempelvis 230 Volt. Hvad bestemmer strømmens(I) størrelse i dette kredsløb?

Strømmens størrelse bestemmes af modstanden i kredsløbet ifølge Ohms lov. Ved konstant spænding vil en lavere modstand give en større strøm og omvendt.

1.    I et kredsløb med konstant spænding (U). Vil en stor effekt resultere i en lille eller stor strøm?

En stor effekt giver en stor strøm.

Når spændingen (U) er konstant og effekten (P) stiger → må strømmen (I) også stige

1.    I et kredsløb med konstant spænding (U). Ved hvilken modstand(R) vil der blive afsat den største effekt(P). Ved en lille modstand eller i en stor modstand?

Elektrisk leder

Electrical conductor

modstand

Resistor

kredsløb

Circuit

Generator

Generator

Jævnstrøm

Direct Current

Volt

Volt

Strøm

Current

Effekt

Power

1.    Hvordan inducerer man en elektromotorisk kraft i en leder?

Man kan inducere en elektromotorisk kraft (eller spænding) i en elektrisk leder, ved at udsætte den for en ændring i det magnetiske felt omkring den.

Denne feltvariationen kan ske på tre måder:

-      Ved at bevæge lederen ift. feltet

-      Ved at bevæge feltet ift. lederen

-      Eller ved variation i feltets styrke

Beskriv opbygningen af en 1-faset vekselstrømsgenerator (AC)

En 1-faset vekselstrømsgenerator (eller en AC-generator) består af en rotor og en stator.

Rotoren består af magneter monteret på en roterende aksel.

Der skaber et varierende magnetfelt, hvilket bevæger sig forbi statoren, i hvilken der bliver induceret en spænding.

Dette sker, fordi lederen skiftevis bliver påvirket af magnetens nord- og sydpol. Hvilket betyder, at elektronerne bevæger sig frem og tilbage i lederen – først i én retning og derefter i den modsatte, hvilket skaber en vekselstrøm (AC – Alternating Current).

Beskriv vekselspændingens afbildning på sinuskurven

Vekselspænding afbildes typisk som en sinusformet kurve, der viser, hvordan spændingen ændrer størrelse og retning over tid.

Du har

• Y-aksen, der viser spændingen i volt (V)

• X-aksen viser tiden i sekunder (s)

Kurven går skiftevis:

• over 0 V (positiv spænding)

• under 0 V (negativ spænding)

Hvilket viser, at strømmen skifter retning,

Beskriv hvordan vekselspændingens størrelse aflæses på sinuskurven

Når man taler om spændingens størrelse, taler man typisk om:

• Spidsværdi (Û) → den maksimale spænding i toppen af sinuskurven

• Effektivværdi (U) → den værdi man normalt opgiver i elnettet, og som man har valgt fordi den afgiver samme effekt som jævnspænding.

Eksempel:

I Danmark er netspændingen: 230V, spidsværdi 325 V

Hvordan aflæses vekselspændingens frekvens på sinuskurven?

Frekvens

Frekvensen viser hvor mange perioder (hele bølger) der sker pr. sekund. Hvis en periode tager 0,02 sek., så har du 50 per. Sek., altså 50 Hz.

Formlen er: f = 1/T
hvor: = frekvens (Hz),1 = 1sek, =  tiden det tager for én periode.

1.    Beskriv hvorledes man omformer vekselspændingen fra en 1-faset vekselstrømsgenerator (AC) til jævnstrøm(DC).

Det kan man med en kummutator - en mekanisk ensretter, som sidder på akslen i en generator. Den består af en delt kobberring, omkranset af kulbørster.

 

Kommutatoren vender forbindelsen til børsterne for hver halve omdrejning.

Det betyder:

At når spændingen i spolen skifter retning, så skifter kommutatoren samtidig tilslutningen, så strømmen ud til belastningen altid går samme vej.

Resultat:

En pulserende jævnspænding (DC) i stedet for AC.

Beskriv jævnspændingens afbildning på sinuskurven og hvordan spændingens størrelse samt frekvensen aflæses.

Ren jævnspænding (DC) vises som en vandret linje på grafen, hvilket ivl sige, at spændingen er konstant over tid, og at frekvensen er 0 Hz

Spændingens størrelse aflæses direkte på den lodrette akse

Hvorledes kan man regulere spændingens størrelse fra en generator?

Man regulerer spændingen fra en generator ved at ændre magnetfeltets styrke i generatoren.

Det sker typisk ved at styre:

👉 feltstrømmen i rotorens spole

• Mere strøm i feltspolen → stærkere magnetfelt → højere spænding

• Mindre strøm i feltspolen → svagere magnetfelt → lavere spænding

Forklar princippet og opbygningen for en traditionel jernkernetransformer.

En transformer består af:

En jernkerne

En primærspole

En sekundærspole

Når der tilføres vekselspænding til primærspolen, dannes et vekslende magnetfelt i jernkernen, som inducerer en spænding i sekundærspolen.

Hvad er sammenhængen mellem antal viklinger på spolerne og spændingsniveauer, på hhv. primær og sekundær side?

Spændingen og antal viklinger har en direkte proportional sammenhæng.

Flere viklinger → højere spænding

Færre viklinger → lavere spænding

Dette kaldes transformationsforholdet.

Hvis sekundærsiden flere viklinger end primær, er der tale om en step-up transformer.

Hvis primær flere end sekundær, step-Down transformer.

eksempel:

• Primær: 100 viklinger, 230 V

• Sekundær: 50 viklinger
  → Spænding: 230 × 50/100 =115 115V

➡ Spændingen halveres

Og det modsatte hvad angår strømmen.

Virker jernkernetransformeren med både AC og DC?

Nej.
En transformer virker kun med vekselstrøm (AC), fordi den kræver et vekslende magnetfelt.
Ved DC dannes intet skiftende magnetfelt → ingen induktion.

Hvilke typer forbrugere kan være Ohmske belastninger?

1.    Ohmske belastninger er forbrugere, hvor strøm og spænding er i fase, og hvor der ikke er nævneværdig induktans eller kapacitans.

Typiske ohmske belastninger er:

• El-radiator

• Glødepære

• Kogeplade

• Varmelegeme

 

• Induktiv belastning (spole)
  → strømmen halter bagefter spændingen

• Kapacitiv belastning (kondensator)
  → spændingen halter bagefter strømmen

👉 Men i en ohmsk belastning:

• Strøm og spænding følger hinanden helt samtidigt

Rotor

Rotor

stator

Stator

Vekselstrøm

Alternating current (AC)

Transformer

Transformer

frekvens

Frequency

magnetiseringsstrøm

Magnetizing current

Hvad er formålet med elektroteknisk dokumentation?

Dokumentationen gør det muligt at forstå, installere, betjene og fejlfinde på et elektrisk anlæg.
Den kan f.eks. bestå af:

• Hovedstrømsskemaer (effektkredsløb) - hvor hovedstrømmen løber fra forsyningen til forbrugsgenstandene, inklusive sikringer, afbrydere, kontaktor o.lign., så man derved kan få et overblik over anlæggets opbygning og virkemåde

o    (En- vs. Flerstrengstegnemåde): hver ledere tegnes separat/ flere ledere vises med én streg. Skråstreger viser hvor mange ledere der er (f.eks. 3 faser)

• Styrestrømsskemaer - Viser, hvordan anlægget styres, med fx start/stop-knapper, relæspoler, NO/NC hjælpekontakter og signallamper. Komponenterne placeres i diagrammet efter deres elektriske funktion, ikke efter hvor de sidder fysisk i anlægget.

• Forbindelsesskemaer - hvordan ledningerne faktisk forbindes mellem komponenter: klemmer, ledningsnumre, hvilke terminaler der forbindes.

• Praktisk opbygning af styringen: Det er layoutet af komponenterne i virkeligheden. Det viser f.eks.: hvor komponenterne sidder i tavlen, placering af kontaktor, relæer, klemmerækker, sikringer. Altså hvordan det er monteret fysisk.

1.    Hvad er formålet med et relæ?

Et relæ bruges til at styre en elektrisk kreds ved hjælp af en anden kreds. Når der tilføres spænding til relæets spole, dannes et magnetfelt som får relæets kontakter til at åbne eller lukke, hvorved man tænder, slukker eller styrer andre kredse.

Vigtige kontakt-typer

NO – Normally Open (normalt åben): kontakten er åben uden spænding og lukker, når relæet aktiveres

NC – Normally Closed (normalt lukket) kontakten er lukket uden spænding og åbner, når relæet aktiveres

“Normally” betyder tilstanden når anlægget er spændingsløst.

1.    Beskriv hvorledes relæ’et i nedenstående billede bruges til motoropstart

Når relæspolen A1/A2 får spænding, dannes et magnetfelt som trækker relæets kontakter, så hovedkontakterne 1-2, 3-4 og 5-6 lukker og motoren får spænding.

ON/OFF…

Automatsikring (”Miniature Circuit Breaker (MCB)”):
kobler fra ved kortslutning eller overstrøm og beskytter
installationen og kablerne.

Eller mennesker, for den sags skyld.

Kontaktor: Et kraftigt relæ, til at tænde og slukke store strømme (fx elmotor, varmelegemer, store pumper, ventilation).
M. hovedkontaktor (til stor strøm), ofte hjælpekontaktor (styrestrøm), spole.

Overbelastningsrelæ (”Overload relay”):
Et relæ til beskyttelse af brugsgenstanden, og kobler fra ved for høj strøm over længere tid (fx ved at motor belastes, pumpe sætter sig fast, ventilator blokeres).

Jord (E): bruges til at lede fejlstrøm sikkert væk, hvis der opstår en fejl i et elektrisk apparat. Sikringer slår fra, og man undgår elektrisk stød (fx hvis faseledning i en maskine kommer i kontakt med metalhus).

1.    Nævn et eksempel fra virkeligheden (Skib/land), hvor hovedstrømskredse og styrestrømskredse, med fordel kan anvendes til ind/udkobling af en elektrisk forbruger (elmotor eller Varmelegeme)

På både skibe og på land bruges ofte en elektrisk pumpe, f.eks.: Kølevandspumpe. Her anvendes både hovedstrømskreds til at føre den store strøm tilmotoren, mens styrestrømskredsen styrer kontaktoren via start- stopknapper, relæer mm., og kræver kun lille strøm.

Sikring

Fuse/circuit breaker

Styrestrømdiagram

Control circuit diagram

Hovedstrømsdiagram

Power/Main circuit diagram

Kontaktor

Contactor

Sluttekontakt

NO

Brydekontakt

NC

Relæ

Relay

Spole

Coil