Ing. Miroslav Púpala

1. Aktivita 8Príprava učebných textov v predmetoch základy elektrotechniky, rozvody elektrickej energie, využitie elektrickej energie, elektrické stroje a prístroje, elektrotechnické materiály pre učebný odbor elektromechanik. Ing. Miroslav Púpala Táto publikácia bola podporená zo zdrojov EÚ z ESF.

2. 7. Základné analógové elektromechanické prístroje Elektromechanické prístroje využívajú k meraniu silu elektrického alebo magnetického poľa. Táto sila zapríčiňuje pohyb, najčastejšie otáčanie pohyblivej (otočnej) časti elektromechanického prístroja. Pri tepelných prístrojoch ide o využitie rozťažnosti vodiča, keď ním preteká prúd. Tepelné prístroje nepracujú ani s magnetickým, ani s elektrickým poľom. 7.1 Magnetoelektrické prístroje (Deprézske) Princíp činnosti: - využívajú silové pôsobenie magnetického poľa na vodič, ktorým prechádza elektrický prúd. Veľkosť sily závisí od veľkosti magnetickej indukcie B, ktorá obklopuje vodič, prúdu a dĺžky vodiča v magnetickom poli. F = B . I . l Miesto vodiča je použitá cievka s nzávitmi, preto bude sila n-krát väčšia. Sila pôsobí po oboch stranách cievky na ramene r a preto vytvorí moment systému MS = 2 . F . r = 2 . B . I . l . n . r Táto publikácia bola podporená zo zdrojov EÚ z ESF.

3. Pretože hodnoty B, l, n, r sa nemenia, môžeme ich nahradiť konštantou k a potom výsledný vzťah je: MS = k . I Z toho vyplýva, že moment systému je funkciou meranej veličiny a je priamoúmerný prúdu, ktorý preteká cievkou prístroja. Konštrukcia: PM – permanentný magnet; PN – pólové nadstavce; R – ručička; J – jadro; N – nosník z feromagnetického materiálu; C – cievka; VZ – vyvažovacie závažia; MB – magnetický bočník. Použitie: - najčastejšie sa používajú na meranie v obvodoch jednosmerného prúdu. Možno ich použiť ako ampérmetre, voltmetre, galvanometre a v jednoduchom zapojení aj ako ohmetre. Po doplnení usmerňovačom ich môžeme použiť aj na meranie striedavých napätí a prúdov. Táto publikácia bola podporená zo zdrojov EÚ z ESF.

4. Otočnou časťou je cievka, ktorá sa bude pôsobením momentu systému otáčať v magnetickom poli. Proti tomuto otáčaniu pôsobia dve pružiny, usporiadané proti sebe tak, aby pri skrúcaní jednej sa druhá odkrúcala, čím dosiahneme stabilnú polohu systému. Pružiny spôsobujú direktívny moment. Zároveň slúžia na privedenie prúdu do cievky. Magnetoelektrické prístroje majú veľkú presnosť, vysokú citlivosť. Ich spotreba je malá a závisí od rozsahu prístroja. Nevýhodou je malá preťažiteľnosť – najme prudké krátkodobé preťaženie. 7.2 Feromagnetické (elektromagnetické) prístroje Princíp činnosti: - využívajú silové pôsobenie magnetického poľa na feromagnetický materiál. Magnetické pole vzniká prechodom prúdu cievkou, v dutine ktorej je umiestnený pliešok z magneticky mäkkého materiálu. Pliešok musí byť excentricky upevnený na osičke, aby vznikol moment systému. Pre tento moment platí vzťah MS = F . r = ½ .I2 . dL/dα Táto publikácia bola podporená zo zdrojov EÚ z ESF.

5. Ak platí, že je dL/dα konštanta, možno moment systému vyjadriť vzťahom MS = k . I2 Preto stupnica elektromagnetických prístrojov je nerovnomerná – kvadratická, na začiatku zhustená. Priebeh stupnice je možno upraviť napr. vhodným tvarom plieškov. Konštrukcia: Prístroj s plochou cievkou: R – ručička; P – pliešok; ŠP – špirálová pružina; VZ – vyvažovacie závažia; RA – ramienko; V – valček; C – cievka Elektromagnetický prístroj s valcovou cievkou V cievke sú dva pliešky A a B z magneticky mäkkého materiálu. Pliešok A je umiestnený pevne a pliešok B otočne na osi prístroja. Táto publikácia bola podporená zo zdrojov EÚ z ESF.

6. Použitie: - používajú sa ako voltmetre a ampérmetre. Merajú jednosmerné aj striedavé veličiny. Pre meranie týchto veličín sú však vhodnejšie magnetoelektrické prístroje.. V obvodoch striedavého prúdu merajú efektívnu hodnotu napätia a prúdu. Zmenu rozsahu pri feromagnetických voltmetroch dosiahneme zaradením predradeného rezistora. Pri ampérmetroch sa táto zmena dosahuje prepínaním počtu závitov cievky. Elektromagnetické prístroje majú jednoduchú konštrukciu, sú málo citlivé na preťaženie a lacné. Nevýhodou je menšia presnosť, nerovnomerná stupnica, vplyv cudzích magnetických polí na výchylku prístroja. V porovnaní s magnetoelektrickými prístrojmi majú väčšiu spotrebu. 7.3 Elektrodynamické prístroje Princíp činnosti: - pracujú na princípe dynamických účinkoch medzi dvoma vodičmi, ktorými prechádza prúd. V podstate využívajú vzájomné pôsobenie dvoch magnetických polí, ktoré sa snažia svojimi účinkami stotožniť. Táto publikácia bola podporená zo zdrojov EÚ z ESF.

7. Magnetické polia vzniknú prechodom prúdov I1 a I2 dvomi cievkami, z ktorých jedna je pevná a druhá otočná. Pre moment systému platí: - v obvode jednosmerného prúdu MS = k . I1 . I2 - v obvode striedavého prúdu MS = k . I1 . I2 . cosφ Konštrukcia: 1 – pevná cievka; 2 – otočná cievka; 3 – ručička; 4 – os otáčania; 5, 6 - pružiny Pružiny umožňujú privedenie prúdu do otočnej cievky a zároveň plnia funkciu zariadenia na vytvorenie direktívnej sily. Táto publikácia bola podporená zo zdrojov EÚ z ESF.

8. Použitie: - používajú sa ako voltmetre, ampérmetre a wattmetre. Líšia sa navzájom zapojením cievok systému. Pri voltmetroch sa cievky zapájajú do série, pri ampérmetroch pre prúd nad 0,5 A paralelne (pre prúd do 0,5 A môžu byť zapojené do série). Wattmeter má pevnú cievku zapojenú do série, aby ňou pretekal prúd, ktorý preteká aj záťažou. Nazývame ju preto prúdovou cievkou. Otočná cievka je pripojená paralelne k záťaži a preteká ňou prúd úmerný napätiu na záťaži. Nazývame ju preto napäťovou cievkou. Výhodou elektrodynamických prístrojov je, že ukazujú efektívnu hodnotu striedavého napätia a prúdu bez ohľadu na ich priebeh. Sú to frekvenčne závislé prístroje. Najčastejšie sú ciachované pri frekvencii 50 Hz, dajú sa však vyhotoviť aj pre meranie vyšších frekvencií. Vlastná spotreba týchto prístrojov je pomerne veľká. Musíme dávať pozor na preťaženie, lebo ich preťažiteľnosť je pomerne malá. Preto s wattmetrami treba zapájať aj voltmeter a ampérmeter a kontrolovať prúd a napätie wattmetra. Táto publikácia bola podporená zo zdrojov EÚ z ESF.

9. 7.4 Indukčné prístroje Princíp činnosti: - je založený na silovom pôsobení otáčavého alebo posuvného magnetického poľa na vodivý, otočne uložený materiál, v ktorom sa indukujú vírivé prúdy. a) Indukčný prístroj s otáčavým magnetickým poľom - pozostáva z prstenca so štyrmi vyniknutými pólmi, ktoré sú zložené z elektrotechnických plechov. Na póloch sú dve sústavy cievok priestorovo pootočené o 90°. Protiľahlé cievky sú zapojené do série a tvoria dva samostatné obvody. Medzi pólmi je vložené nepohyblivé valcové jadro tiež z elektrotechnických plechov. Vo vzduchovej medzere medzi pólmi a jadrom je otočne uložený hliníkový bubienok. Prechodom prúdu cievkami vznikne otáčavé magnetické pole, ktoré v bubienku indukuje vírivé prúdy. Vzájomným pôsobením magnetického poľa a vírivých prúdov vzniká moment systému, ktorý bude bubienok otáčať. Moment systému je úmerný napätiu, prúdu a sin φ MS ≈ k . U . I . sin φ - čo je výraz pre jalový výkon. Táto publikácia bola podporená zo zdrojov EÚ z ESF.

10. Proti momentu systému pôsobí direktívny moment špirálových pružín, ktorý spôsobí to, že sa bubienok nebude otáčať ale len vychyľovať. Prístroj je tlmený permanentným magnetom. Použitie: - na meranie jalového výkonu a po určitej úprave aj činného výkonu. b) Indukčný prístroj s posuvným magnetickým poľom - základom prístroja sú dva elektromagnety priestorovo pootočené. Vo vzduchovej medzere sa otáča hliníkový kotúč. Na jednom elektromagnete sa nachádza napäťová cievka s veľkým počtom závitov tenkého drôtu. Na druhom elektromagnete je navinutá prúdová cievka s malým počtom závitov z hrubého drôtu. Priestorovým rozložením elektromagnetov a fázovým posunom prúdu v napäťovej a prúdovej cievke vzniká výsledné magnetické pole, ktoré postupuje po obvode hliníkového kotúča. Pretože je premenlivé indukujú sa v kotúči vírivé prúdy. Vzájomným pôsobením je kotúč unášaný v smere postupu magnetického poľa. Táto publikácia bola podporená zo zdrojov EÚ z ESF.

11. Vznik postupného magnetické poľa Použitie: - ako elektromery striedavého prúdu pre určitú frekvenciu. Nevýhody: - sú len na striedavý prúd. Moment systému závisí od frekvencie prúdu. Merací prístroj ukazuje správne len pri určitej frekvencii. Výhody: - otočná časť systému je jednoduchá. Merací prístroj môže byť zhotovený masívne, a preto znáša preťaženia. Moment systému dosahuje značnú hodnotu, a preto ich možno použiť ako registračné prístroje. Táto publikácia bola podporená zo zdrojov EÚ z ESF.