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.