PRODUKSJONSTEKNIKKFAGET. Elektroteknikk

Transkript

1 PRODUKSJONSTEKNIKKFAGET Elektroteknikk

2 KURSMODUL ELEKTROTEKNIKK MODULEN HAR FØLGENDE INNHOLD Kompendium (dette dokumentet) Nettleksjon Nettoppgaver Innleveringsoppgaver LÆRINGSMÅL Etter å ha gjennomført denne kursmodulen skal du: Kjenne til de begrepene strøm, spenning, resistans, effekt, Ohm Lov og andre begreper som omhandles i modulen Vite hvordan omgås elektrisitet og elektriske anlegg. Kunne utføre førstelinjes-vedlikeholdsoppgaver utføre forebyggende vedlikeholdsinspeksjoner etter instruks og rapportere feil på maskinutrustning og styringssystemer utføre vedlikeholdsarbeidet i tråd med gjeldende forskrifter, normer og produsentens tekniske dokumentasjoner og prosedyrer FORKUNNSKAPER Ingen krav til forkunnskaper FORDYPNING Ingen anbefalt fordypning 2

3 Innhold 1. Innledning Begreper Spenning (Volt) Strøm (Ampere) Resistans Effekt Elektrisk arbeid Likestrøm og vekselstrøm... 7 Likestrøm... 7 Vekselstrøm Ulykker ved lav- og høyspentanlegg Strøm kan skade på flere måter Førstehjelp Hvordan omgås elektrisitet Sikkerhet Ledere og isolatorer Ohms lov Ohms lov Effektloven Elektromagnetisme Elektromagneten Magnetisme og induksjon Transformatorer Generatorer og motorer for likestrøm og vekselstrøm Likestrøm Vekselstrøm (repetisjon) Likestrømsgeneratorer Vekselstrømgeneratoren Elektriske motorer Likestrømsmotorer Vekselstrømsmotorer Merkeskilt Motorvern nullspenningsbryter - sikringer Fordelingsnett strømskjemaer Strømskjemaer

4 1. Innledning Vi omgir oss med elektrisitet i nesten alle sammenhenger. Når vi er på tur i skog og mark og oppdager at vi ikke har dekning på mobiltelefonen, blir vi litt forskrekket. Det er blitt en selvfølge at vi skal kunne bruke strøm og spenning til de fleste gjøremål. Øystein Sunde synger om ting som er kjekt å ha, og noen ganger opplever vi at vi har altfor mange elektriske apparater. Elektrisitet kan vi ikke se og høre, vi kan bare registrere effekten av den. Lys fra en lampe kan vi se, men strømmen som går gjennom glødetråden kan vi ikke se. Enda verre er det med spenning. Vi vet at vi må ha spenning for at det skal gå elektrisk strøm, men se eller høre den kan vi ikke. Vi har kanskje kommet borti elektrisk ledende deler, og fått strøm gjennom kroppen. Det var nok ingen behagelig opplevelse. Vi bør ikke bruke en slik metode til å registrere strøm og spenning. Til dette har vi utmerkede måleinstrumenter. Fordi vi ikke kan se strøm og spenning, blir det elektriske bilde svært abstrakt for oss. Vi må bruke kjente fenomener for å forklare oppførselen til de elektriske fenomenene. Vi kan sammenligne elektrisk strøm med vannstrømmen i en elv eller bekk. Elektrisk spenning kan vi sammenligne med plasseringen av et vann i terrenget: jo høyere vannet ligger, jo høyere spenning får det. For måling av de vanligste elektriske størrelsene: strøm, spenning og resistans, bruker vi universalinstrumenter. Elektriske fenomener følger grunngitte fysiske lover. Det betyr at vi må lære å forstå hvordan strøm oppfører seg i ulike apparater. Matematikk er et nyttig hjelpemiddel til å beregne elektriske størrelser. 1.1 Begreper Begrep Symbol Benevnelse Spenning U Volt (V) Strøm I Ampere (A) Resistans (Motstand) R Ohm (Ω) Effekt P Watt (W) Figur 1: Begreper 1.2 Spenning (Volt) Spenningen er den elektriske kraften som driver strømmen gjennom en elektrisk krets. Spenningen blir redusert etter hvert som den møter elektrisk motstand i kretsen. Den elektriske spenningen vi måler, er spenningsforskjellen mellom to punkt i en elektrisk krets. Vi måler for eksempel 12 volt mellom + og på et 12 volts batteri. Måleenheten for spenning er volt, symbol for spenning er (U). 4

5 Måling av spenning Til å måle spenning bruker vi voltmeter. Voltmeteret skal koples parallelt i kretsen. Figur 2: Plassering av måleinstrument for måling av spenning (U) 1.3 Strøm (Ampere) Elektrisk strøm er elektroner i bevegelse, i en leder. Mengden elektroner som passerer et punkt i lederen pr sekund vier strømstyrken. Mengden elektron som passerer et punkt i lederen pr. sekund viser strømstyrken. Målenheten for strøm er 1 ampere (A) 1 amper er elektroner som passerer et punkt i lederen pr. sekund. 1 Amper= 6, elektron pr. sekund. Dette er et ufattelig stort tall, skal vi skrive det på vanlig måte ser det slik ut: 6, For å forstå hvordan elektronvandringen skjer, må du se tilbake på atom og atomoppbygging. Det vil ikke omtales i dette hefte. Som et eksempel på strømning av elektroner, kan vi tenke oss et batteri. Batteriets minuspol har overskudd på elektron(negativt ladd) og batteriets plusspol har overskudd på proton(positivt ladd). Hvis vi da kobler batteriet til en forbruker f.eks en lyspære, vil vi få en elektronvandring fra den ene polen til den andre. En strøm. Måling av strøm Til å måle strøm bruker vi amperemeter. Amperemeteret må koples i serie med forbruker. Figur 3: Plassering av måleinstrument for måling av strøm(a) 5

6 1.4 Resistans Resistans er elektrisk motstand. Resistansen er den hindringen elektronene møter gjennom kretsen. Resistans kan sammenlignes med friksjon som vannet møter i et vannrør, eller hindringer som oppstår i ventiler og lignende. Resistans har måleenheten ohm, forkortet Ω (gresk bokstav omega) og den har symbolet R (R står for resistans). Når det er brudd i en elektrisk krets har vi en uendelig resistans ( ohm) Resistansen i en leder blir bestemt av materialet i lederen, tverrsnittet på lederen, lengden på lederen og temperaturen i lederen. Den største resistansen i en elektrisk krets har vi i forbrukerne, lyspæra, motoren og lignende. Måling av resistans Til å måle resistans bruker vi et ohmmeter. Med ohmmeteret kan vi måle resistansen i ledere, forbrukere og isolatorer. Du kan også måle resistansen i kroppen din om du stiller ohmmeteret på høyt målområde (megaohm). Når du måler med ohmmeter, må du passe på at det ikke går strøm i kretsen. Dette kommer av at ohmmeteret selv sender ut strøm og kan bli skadet hvis det går strøm i kretsen. Figur 4: Plassering av Ohm-meter i en strømløs krets 1.5 Effekt Vi får ikke utført noe elektrisk arbeid uten at vi har en spenning som driver en strøm gjennom forbrukeren. Når vi slår på lysbryteren i huset vårt, kopler vi 230 V inn på ledningen til lyspæren. Nå vil det flyte en elektrisk strøm gjennom lampen. Lampen vil lyse kraftig når det går en stor strøm, og svakere når det går mindre strøm. Strøm og spenning bestemmer hvor stor effekt vi har. Dette gir oss en effektformel: effekt = spenning multiplisert med strøm. Vi måler effekt i watt, forkortet W. Symbolet for effekt er (P) Måling av effekt kan vi gjøre på to måter. Vi kan måle strøm og spenning hver for seg, med et multimeter, og multiplisere disse verdiene med hverandre. Eller vi kan bruke et wattmeter og måle effekten direkte. 6

7 1.6 Elektrisk arbeid Hvor stort elektrisk arbeid vi har fått utført, avhenger av hvor lenge strømmen går. Det er dette vi betaler strømregningen ut fra. Vi betaler for antall kwh, kilowattimer (kilo betyr 1000). Elektrisk arbeid måler vi i Wattimer(Wh) eller kilowattimer (kwh). Figur 5: Strømmåler i bolig Eksempel på elektrisk arbeid: Vi har lært at: Elektrisk arbeid = effekt x tid. Vi kan da ta et enkelt eksempel med en lyspære på 100W. Når denne har lyst i 20 timer (hours) er det utført et elektrisk arbeid på: 100W x 20 timer = 2000 Watt-timer (Wh). Vi gjør dette om til en størrelse vi er kjent med fra vår husholdning kwh Wh = 2 kwh. Vi skal senere i heftet se på hvordan vi beregner elektriske størrelser 1.7 Likestrøm og vekselstrøm Likestrøm Strøm som går en vei kalles likestrøm. (Direct Current, DC) Likestrøm har vi i de fleste svakstrømkretser og alle plasser som får strøm fra batteri. Batteri kan bare lades med likestrøm. Vekselstrøm Strøm som går begge veier kalles vekselstrøm. (Alternating current, AC) Strømmen som vi har i bolighus, i industrien og lignende, er vekselstrøm. Frekvensen for vekselstrømmen er i Norge 50 hertz, strømmen skifter retning frem og tilbake 50 ganger pr. sekund 7

8 2. Ulykker ved lav- og høyspentanlegg Elektrisitet er ikke til å spøke med. Dødeligheten er høy og mange får store handikap etter et møte med de høye spenningene. Lavspenning kan også være livsfarlig. Skjødesløs omgang med strømførende ledninger, uvettig klatring i høyspentmaster, defekte elektriske apparater og hobbyelektrikere som feilkobler, er de vanligste årsakene til ulykker. Strømskader er som regel alvorlige og må behandles av lege. Høyspenningsskadene er de alvorligste, hvor rundt en fjerdedel fører til amputasjon. Totalt sett er heldigvis strømskader sjeldne. Undersøkelser viser at menneskelig svikt ligger til grunn i de aller fleste tilfellene. Tretthet, slurv, misforståelser eller manglende informasjon bærer skylden for mange tragiske ulykker på arbeidsplassen. 2.1 Strøm kan skade på flere måter Hvis en person har fått strøm i seg, og fortsatt er i kontakt med strømmen, må man først sørge for å fjerne den elektriske gjenstanden. Skru av hovedbryteren hvis den er lett tilgjengelig, eller skyv bort gjenstanden med et treskaft eller noe annet som ikke leder strøm. Pass på at du er tørr på hendene og ikke står på vått underlag. Dersom man ikke har noe å skyve bort den strømførende gjenstanden med, må man prøve å trekke bort personen. Ikke ta på vedkommende sin hud, men isoler hånden din med en avis eller noe tørt stoff mens du trekker den skadde unna. Et kraftig elektrisk støt gir en momentan sjokkvirkning på hele kroppen. En rekke forskjellige organer kan skades på et øyeblikk. Er strømmen sterk nok, vil varmen som utvikles gi store indre brannskader. Høyspenning gir de største brannskadene, men et støt fra et defekt støpsel eller en uisolert ledning kan også være nok til å gi dype brannsår. Små barn som biter i plugger eller kommer borti uisolerte ledninger, er særlig utsatt for skader i munn og fingre. Den største faren forbundet med lavspenning, er å bli sittende fast i en strømkrets. Hos personer med svakt hjerte eller hjertefeil kan det gi hjertekrampe og hjerteinfarkt. 2.2 Førstehjelp Rask handling er nødvendig ved strømskader. Hvis den skadede sitter fast, må han befris snarest mulig. Slå av strømbryteren hvis den er i nærheten, eller riv den skadede løs ved å dra ham etter klærne. Vær klar over at våte og skitne klær kan være gode strømledere. Bruk om nødvendig isolerende materiale som lærbelter, tørre taustumper eller annet. Å befri noen fra en 8

9 høyspentledning er forbundet med stor fare og må bare utføres av kyndige folk. Ved høye spenninger tar ofte klærne fyr. Ilden må selvsagt slukkes så fort som mulig. Det kan gjøres på flere måter: Hell rent vann over, men ikke før den skadede er ute av strømkretsen. Pulverapparater kan brukes uten risiko. Hold munningen på kullsyreapparater minst en meter fra huden for å unngå frostskader. Kvel ilden med et ullteppe eller en presenning. Rull den skadede rundt på bakken eller gulvet. Han må ikke stå oppreist og fremfor alt ikke løpe rundt. Da går ilden rett opp i ansikt og hode og kan føre til store forbrenninger. Er den skadede bevisstløs, skal han legges i stabilt sideleie. Legg aldri en bevisstløs person på ryggen. Han kan få brekninger og kan da bli kvalt i sitt eget oppkast. Begynn straks med munn-til-munnmetoden hvis pasienten ikke puster. Unormal pust og bevisstløshet gjør at det også er nødvendig med utvendig hjertemassasje i tillegg. Ring øyeblikkelig etter ambulanse. Rask gjenoppliving kan bety liv eller død for den skadede, og kan ha muligheter for å lykkes, selv under meget primitive og vanskelige forhold. 2.3 Hvordan omgås elektrisitet Monter aldri et støpsel med jording på en ujordet ledning, uansett om ledningen er en skjøteledning, hører til en ovn, en lampe eller hvilket som helst elektrisk apparat. Hold deg til lovlige elektriske reparasjoner. Du kan skifte ledning og støpsel på lamper, ovner og andre løse apparater. Du har lov til å skifte lokk på faste brytere og stikkontakter, men der går også grensen. Alt arbeid på fast installasjon skal utføres av fagfolk. Bildet viser en stikkontakt som er knust. Kontroller at ledninger og plugger er frakoblet før du skal skifte eller montere. Skal du skifte lokk på en fast bryter, skal du skru ut begge sikringene som hører til kursen. Unngå skjøteledninger eller kjøp dem ferdige. 9

10 Defekte elektriske apparater skal kastes eller repareres av fagfolk. 2.4 Sikkerhet For å hindre ulykker har vi forskrifter som regulerer arbeid med elektriske anlegg. Her er noen eksempler på forskrifter. Forskrift om registrering av virksomheter som prosjekterer, utfører og vedlikeholder elektriske anlegg Formålet med forskriftet er å bidra til forsvarlig elsikkerhet gjennom krav om registrering av virksomheter og derigjennom legge til rette for et hensiktsmessig tilsyn. Forskrift om sikkerhet ved arbeid i og drift av lavspenningsanlegg Forskriftet skal ivareta sikkerheten ved arbeid i og drift av lavspenningsanlegg ved at det stilles krav om at aktivitetene er tilstrekkelig planlagt, og at det iverksettes nødvendige sikkerhetstiltak. Som produksjonsteknikker skal du kjenne til bedriftens regelverk vedrørende arbeid på elektrisk anlegg 3 Ledere og isolatorer Det er stor forskjell på resistansen i ulike materialer. Dette er på grunn av at elektronene er mer eller mindre løst knyttet til et atom. Vi kan dele inn elektriske materialer i ledere, halvledere og isolatorer. På bildet under ser en at lederen er laget av kobber, som er en god leder, og rundt lederne er det plastikk eller gummi, som er gode isolatorer. 10

11 Resistiviteten er den spesifikke resistansen til et materiale. Resistiviteten til et materiale finner vi i tabeller. For resistivitet brukes den greske bokstav ρ(ro) Resistiviteten til andre metaller finner vi i tekniske regnetabeller. Resistansen i en leder avhenger av resistiviteten til materialet (ρ), lengden i meter (L) og tverrsnittarealet i mm 2 (A) Resistansen øker når temperaturen øker. Når temperaturen øker møter strømmen større motstand gjennom lederen. Temperaturkoeffisienten til et materiale viser oss hvor mye resistansen øker pr C. For å føre strøm frem til forbruksapparatet må strømmen komme sikkert frem, og ikke gjøre noen skade på veien. Lederen må være tykk nok, slik at den ikke blir varm og forårsaker brann. Samt må den være godt beskyttet, slik at det ikke er farlig å berøre den. Vi ønsker at den energien vi leverer inn på kabelen, skal komme frem til apparatet. Tapet i kabelen må være på et minimum. De to mest brukte metallene for å lede strøm er kopper og aluminium. 4. Ohms lov Georg Simon Ohm ( ) fant sammenhengen mellom strøm (I), spenning (U) og resistans (R) Når vi bruker ohms lov til å beregne elektriske størrelser bruker vi symboler. 4.1 Ohms lov Ohms lov viser oss at spenning dividert på strøm, blir resistans. Det betyr at vi kan regne ut de tre størrelsene (strøm, spenning og resistans), men dette avhenger av at vi vet verdiene til to av størrelsene. Figur 6: Ohms lov gjort om for å finne de forskjellige størrelser 11

12 Ohms lov får vi bruk for når vi skal arbeide med likestrøm og vekselstrøm, og den kan hjelpe oss til å beregne en av de tre størrelsene som inngår i formelen, når de to andre er kjente. I det praktiske liv trenger vi et instrument for å påvise og finne de tre størrelsene. Vi bruker amperemeter for å måle strøm, voltmeter for å måle spenning, og ohmmeter for å måle resistans. Disse tre instrumenttypene kan integreres i et multimeter (universalinstrument). Mest vanlig i dag er digitale multimeter, DMM. Dette bildet viser et multimeter der vi kan måle resistans, like- og vekselstrøm, og like- og vekselspenning. Vi kan også teste dioder og transistorer med slike multimetre. Når vi skal måle strøm er det viktig å vite hvilke størrelser vi skal måle på. De fleste multimetere kan ikke måle strømstyrker på over 10 Ampere. I slike tilfeller brukes et måleinstrument spesielt tilpasset dette formål f.eks et tang-amperemeter. 4.2 Effektloven Effektloven angir sammenhengen mellom strøm, spenning og effekt og kan skrives slik: - P står for effekten og måles i watt(w). - U er spenningen og måles i volt(v). - I er strømmen som måles i ampere(a). P = U x I Hvis for eksempel strømmen dobles, dobles også effekten hvis spenningen holdes konstant. Dobles spenningen og strømmen holdes konstant, vil effekten dobles. For de fleste er effektloven den som gir mest praktisk nytte i hverdagen og arbeid. Her er et par eksempler: 12

13 Eksempel 1 Hvor mye forbruk i Watt kan du slå på i et rom i huset ditt som har sikring på 16 Ampere? Svar: Vi bruker da formelen P = U x I Vi har 220 Volt i huset Vi har en sikring som tåler en strømstyrke på 16 Ampere P = Effekt i Watt P = 220V x 16A = 3520 Watt Vi kan slå på forbrukere tilsvarende 3520 W før sikringen går. Eksempel 2 Vi har kjøpt en ovn på 2000W, hvor mye strøm bruker den når vi kobler det til i huset vårt? Svar: Vi må snu litt på formelen da vi ønsker å finne I (ampere). I = P/U I = 2000W/220V = 9,1 Ampere Så når vi slår på denne ovnen vil den forbruke 9,1 Ampere. Rommet vi bruker denne ovnen i, må da minst ha en 10 Ampere sikring eller som vi sier på dagligspråket, en 10 Ampere strømkurs. Figur 7: Formel effektloven Effektformelen brukes når elektriske anlegg dimensjoneres med alle tilhørende komponenter, uavhengig av spenning. Det avgjørende vil være hvor stor effekt vi skal belaste anlegget med. 13

14 5. Elektromagnetisme De aller fleste har en eller annen gang holdt et kompass i hånden og blitt fascinert over at kompassnålen viser oss hvor nord er. Tykk tåke eller snøvær har ikke hindret turgåeren i å finne sitt mål, bare han har kart og kompass. Jorden har en nordpol og en sydpol, mellom polene går det magnetfeltlinjer. Kompassnålen vil legge seg langs etter disse linjene, dermed vet vi at kompassnålen alltid peker nord-syd. Magnetisme kan også brukes til å lagre informasjon. Vi bruker musikkassetter til å lagre lyd, disketter til å lagre datainformasjon, og i studioer bruker de store magnetbånd til lagring av så kalte mastertapes. Ved å sende en elektrisk strøm gjennom en leder får vi et magnetisk felt rundt lederen. Lager vi en spole av lederen blir magnetfeltet kraftigere. Magnetisme ved hjelp av et batteri Lager vi en stor spole med jernkjerne og sender stor strøm gjennom den, kan spolen brukes til å løfte biler eller andre gjenstander av jern og stål. Vi har laget en elektromagnet. Magnetisme virker bare på stål og jernmaterialer. Like poler frastøter hverandre og ulike poler tiltrekker hverandre. Disse magnetiske egenskaper brukes mellom annet i elektriske motorer og generatorer. 5.1 Elektromagneten Den magnetiske kraften fra en elektromagnet er blant annet avhengig av: Størrelsen på strømmen i spolen Tallet på vinninger i spolen Avstand fra kjernen og spolen Mengden og typen stål i kjernen Den magnetiske kraften til elektromagneter kan bli veldig stor 14

15 Elektromagneter blir mye brukt i industrien som rele`, kontaktorer og i stor utstrekning innen reguleringsteknikk for å betjene reguleringsventiler i pneumatiske og hydrauliske systemer. Et rele` er en elektromagnetisk bryter. Her kan vi overføre en stor strøm, styrt med en liten styrestrøm Figur 8: I1 og I2 er hovedstrøm, I3 er styrestrøm Figur 9: Kilde: Festo. Pneumatisk 5/2 ventil med elektromagnetisk betjening (Solenoider) Figur 10: Kontaktorer. Kontaktor er en elektromagnetisk bryter som har til oppgave å få kontaktsamband mellom inngående og utgående spenning 15

16 5.2 Magnetisme og induksjon Overalt hvor det er installert elektrisk utstyr som drives av vekselspenning, foregår det en induksjon. Ved induksjon blir elektrisk kraft overført, ved at magnetiske felt tiltar eller avtar. Når en elektrisk leder beveger seg i et magnetfelt, eller magnetfeltet beveger seg på tvers av lederen, blir det indusert en elektromotorisk spenning (ems) i lederen. Størrelsen på den induserte spenningen bestemmes av: 1 Tettheten til magnetfeltlinjene. 2 Lengden på lederen i magnetfeltet. 3 Hvor fort lederen beveger seg i magnetfeltet. 4 Avskjæringsvinkel mellom lederen og magnetfeltlinjene. Induksjonsprinsippet ser vi over alt. Strømmen fra generatorene i et kraftverk blir produsert ved hjelp av induksjon. Når vi skal transformere spenning opp eller ned i en transformator gjøres det ved hjelp av induksjon. Magnetfeltlinjene fra induktive kretser kan ofte skape støy på radio og fjernsynsmottakere, og forstyrre elektroniske kretser. 5.3 Transformatorer Transformatorer blir brukt til å øke eller redusere spenningen i en vekselstrømkrets. Vi kan også forandre spenningen ved å hakke opp likestrømmen til en transformator. Tennspolen (coilen) på bil og motorsykkel er en slik transformator, den kan transformere spenningen fra 12 volt til over volt. Bilens anlegg har 12 V, men tennpluggene trenger volt. Her sender vi opphakket likestrøm i takt med motoren (i fordeleren) gjennom en primerspole med få viklinger. Da blir det indusert opp en høy spenning i sekundærspolen som har mange viklinger. Figur 11: Prinsipp tenningsanlegg bil 16

17 Transformatorer finnes i mange størrelser og utforminger, fra den vesle transformatoren i laderen til mobiltelefonen til store transformatorer på kraftverk, som kan veie mange tonn. Transformatoren er vanligvis bygd opp av en kjerne av stålblikk med isolasjonslakk på en side (isolasjonslakken er for å hindre virvelstrømmer i kjernen). Vi sender vekselstrøm inn på transformatorens primervikling, denne bygger opp et magnetfelt som hele tiden har en vekslende fluks. Sekundærviklingen blir påvirket av dette magnetfeltet, og den vil produsere vekselstrøm med en annen spenning. Tallet på viklinger på primer og sekundær-spolen avgjør hvor mye spenningen transformeres opp eller ned. 6. Generatorer og motorer for likestrøm og vekselstrøm 6.1 Likestrøm Vekselstrøm (repetisjon) Likestrøm vil si at strømmen i en krets har samme retning fra plusspolen, gjennom belastningen og til minuspolen. Strømmen inn på minuspolen er like stor som ut fra plusspolen. Likestrøm betegnes med DC (Direct Current). Symbolet for likestrøm er: (-) Vekselstrømmen forandrer derimot både størrelse og retning periodisk. Vekselstrøm betegnes med AC (Alternating Current). Symbolet for vekselstrøm er:(~) 6.2 Likestrømsgeneratorer Induksjonsloven viser at når en leder beveger seg i et magnetfelt, oppstår det en spenning i lederen. Kobler vi en forbruker til lederen vil det gå strøm i kretsen. Retningen til strømmen er bestemt av bevegelsesretningen til lederen i magnetfeltet og retningen til magnetfeltlinjene. Størrelsen på den induserte spenningen avhenger av: Styrken til feltlinjene (flukstettheten). Lengden til lederen i magnetfeltet. Hvor fort lederen flytter seg i magnetfeltet. Avskjæringsvinkelen mellom lederen og magnetfeltet. I en generator gjør vi mekanisk energi om til elektrisk energi. Likestrømsgeneratoren har to elektromagneter som danner et magnetfelt, mellom disse er lederen laget som en sløyfe som er koblet til to sleperinger. Kobler vi en forbruker til sleperingene, med kullbørster, vil det gå en vekselstrøm i kretsen. Kobler vi sløyfen til en kommutator vil strømmen bli likerettet til likestrøm. Likestrømsgeneratorer er i dag lite brukt. Figur 12: Prinsipp likestrøms generator 17

18 6.3 Vekselstrømgeneratoren I en vekselstrømgenerator bygger vi opp magnetfeltet i rotoren og produserer vekselspenningen i statoren. Her er det lederen som står i ro og magnetfeltet som er i bevegelse. Generatoren har tre statorviklinger som produserer en trefaset vekselstrøm. Når generatoren står i et likestrømsanlegg blir strømmen likerettet gjennom 6 likeretterdioder og 3 magnetiseringsdioder. Rotoren får magnetiseringsstrøm gjennom en regulator til sleperingene og rotorviklingene. Denne type generator er i dag mye i bruk, det er blant annet en slik generator som produserer strømmen i bilen din når motoren går. Figur 13: Prinsipp vekselstrøms generator 7. Elektriske motorer En elektrisk motor gjør elektrisk energi om til mekanisk energi. 7.1 Likestrømsmotorer Vi har to hovedtyper likestrømsmotorer. Shuntmotoren, denne motoren har lavt dreiemoment ved start, men turtallet holder seg jevnt ved varierende belastninger. Seriemotoren, på denne motoren er dreiemomentet sterkt ved start og ved lave turtall. Her varierer turtallet sterkt ved varierende belastning. Seriemotoren egner seg godt til startmotor på biler og maskiner, fordi den har størst dreiemoment ved lave turtall. Likestrømsmotoren er lite brukt i industrien men den har stor utbredelse innen reguleringsteknikk, husholdning og blant annet leketøyfabrikasjon. 7.2 Vekselstrømsmotorer Vi har flere typer vekselstrømsmotorer Trefasede asynkrone kortslutningsmotorer 18

19 Sleperingsmotorer Trefasede asynkrone kortslutningsmotorer er de mest driftssikre og robuste, og de mest brukte motorer i industrien. Kortslutningsmotoren skal omsette elektrisk energi til mekanisk arbeid. Den elektriske energien blir tilført motoren fra nettet over kabel og motorvern. Den mekaniske energien blir tatt ut fra motorakselen. Kortslutningsmotoren har ikke vanlige viklinger som kommer ut fra sleperinger, men kobber- eller aluminiumstaver som er støpt inn i rotorkjernen. Disse stavene blir påvirket av det elektromagnetiske feltet fra statoren, og da blir det en kraftvirkning som får rotoren til å dreie rundt. Figur 14: Trefasede asynkrone kortslutningsmotor I figur 14 ser vi hvordan den mest vanlige trefasemotor er bygd opp. Rotorkjernen med sin aksling, er lagret opp i begge ender. Statorviklingene er montert rundt i huset. Motoren har et koblingstykke. Motoren har et hus med kjøleribber og en vifte montert i bakkant på rotoren. Denne viften vil lede luft langs kjøleribbene på motorhuset for å avkjøle motoren under drift. Statorviklingene på denne motoren kan være trekantkoblet eller stjernekoblet. Denne tilkobling gjøres på klemmebrettet i koblingshuset. 19

20 L 1 L 2 L 3 L 1 L 2 L 3 U 1 V 1 W1 U 1 V 1 W1 V 2 W2 U 2 V 2 W2 U 2 Figur 15: Tilkobling på klemmebrett En trefasemotor har tre statorviklinger, disse kan være stjernekoblet (Y kobling), eller trekantkoblet (Δ kobling). Motoren er sterkest når den er trekantkoblet. Strømmen gjennom motoren er minst når den er stjernekoblet. Trefasemotorer blir som oftest startet med stjernekoblet stator og koblet om til trekantkoblet stator når den er kommet opp i fart. Dette kan skje med en bryter vi kaller stjernetrekantvender. For å snu dreieretningen til trefasemotorer kan en bytte om to av fasetilkoblingene på klemmebrettet. Vi kan også snu dreieretningen med en vendebryter. 7.3 Merkeskilt Motorens merkeskilt gir oss de viktigste dataene om de egenskapene motoren har. Det finnes internasjonale normer for utforming av merkeskilt. For små motorer finnes forenklede merkeskilt som kan ha ulike utforminger. 20

21 Figur 16: Eksempel på merkeskilt 7.4 Motorvern nullspenningsbryter - sikringer Roterende elektriske maskiner som er tilkoblet nettspenning skal ha vernekretser. Motorvernbryteren har til oppgave å bryte strømmen til motoren dersom: Motoren blir overbelastet, for mye strøm. Kortslutning, for mye strøm. Spenningsfall, varmgang. Kontaktorer er en elektromagnetisk brytersom har til oppgave å få kontaktsamband mellom inngående og utgående spenning, (for eksempel motoren). Kontaktorer har vanligvis innebygd nullspenningsbryter som er påbudt på alle roterende maskiner. 21

22 Nullspenningsbryter kan: Fjernutkoble motoren. Koble ut motoren ved for lav spenning. Hindre automatisk innkobling når spenningen kommer tilbake. Sikringer skal hindre overbelastning i elektriske kretser. Størrelsen på sikringene bestemmes etter dimensjon på ledningsnettet og hvor mye strøm forbrukerne bruker. I dag brukes mest automatsikringer i elektriske anlegg. 8. Fordelingsnett strømskjemaer Elektriske fordelingssystemer er de ledningsnettene som sørger for å fordele elektrisk energi fra kraftverkene og ut til forbrukerne. En forbruker kan for eksempel være en bolig, et næringsbygg eller en fabrikk. Denne delen av fordelingssystemet kaller vi for det lavspente forsyningsnettet, og har normalt en spenning på 230V eller 400V. De lavspente forsyningsnettene er normalt bygget opp etter forskjellige standardiserte nettsystemer. Nettsystemene er stort sett like verden over, noe som gjør det er forholdsvis enkelt å bruke elektrisk utstyr på tvers av landegrensene. Elektrisitet er farlig både for mennesker og dyr, og kan også forårsake store materielle skader. Det er utarbeidet en rekke lover, forskrifter og normer, for å redusere risikoen for slike skader. I elektriske installasjoner er det spesielt Forskrift om elektriske lavspenningsanlegg (FEL) og Norsk elektroteknisk norm for elektriske lavspennings-installasjoner (NEK400) som står sentralt. Disse stiller både krav og gir retningslinjer til hvordan elektriske installasjoner skal utføres. Elektrisk fordelingssystemer består først og fremst av elektriske ledere, men de forskjellige lederne kan ha forskjellige oppgaver. Noen ledere har til oppgave å føre elektrisk energi fram til forbrukerne, mens andre har til oppgave å beskytte forbrukerne og å redusere risiko for skade for eksempel «jording». En leder som er spenningssatt i normal drift og bidrar til fremføring av elektrisk energi, kaller vi en faseleder. Faseleder betegnes bokstav "L" og fasenummer (L1, L2, L3). Et trefasesystem består av tre atskilte enfasesystemer, som blir plassert med en forskyvning på 120 i forhold til hverandre. Med det oppnår vi at de tre enfasesystemene som skulle ha 3*2=6 ledere ut, kan levere spenning ved at vi fører ut tre ledere. De tre lederne i fordelingsnettet har betegnelsen: L1, L2 og L3. 22

23 Figur 17: Belastningstilkobling i trefasenett - prinsippskisse Når vi skal koble til forbrukere på trefasenettet har vi flere muligheter til belastningstilkoblinger. Vi ser av figur 17 at vi har lamper, ovner og en 3-fase vekselstrømsmotor tilkoblet. Lamper og ovner krever en spenning på volt og er koblet til 2 faseledere. 3-fasemotoren skal ha en spenning på volt og er koblet til alle 3 faselederne. 8.1 Strømskjemaer For å gjøre strømskjemaene mer oversiktlige fremstilles de oftest i fri fremstilling. Da plasseres de enkelte symbolene der det passer best for å få bedre oversikt. Hovedstrømskjema som har trefasestrøm og styrestrøm-skjema som har enfasestrøm blir tegnet hver for seg. Hvilke symbol som hører mekanisk sammen går frem av nummerering og merking. Figur 18: Hovedstrømskjema til M1 (3- fasemotor). Motorens strømforsyning. Figur 19: Styrestrømskjema til K1. Kontaktorens strømforsyning og betjening. 23