44648, Opgaver Elintroduktion for maskinreparatører, El-lære
1 Forord Forord Denne opgavebog bruges til kurset 44648, El- introduktion for maskinreparatører, el-lære. De enkelte opgaver er delt op i tre niveauer: Begynder Rutine Ekspert Opgaverne på begynder og rutine niveau svarer til kursets formål Forord... 1 Præfix... 2 Omregning af måleenheder- Spænding, strøm og modstand... 3 Ohms lov... 5 Ohms lov, ekspert... 7 Ohms lov AC kredsløb, ekspert... 11 Måleteknik... 14 Elektrisk kredsløb... 19 Serieforbindelse... 26 Parallelforbindelse... 31 Kombineret forbindelse... 36 Kombineret forbindelse, ekspert... 39 Ensretter... 41 Ensretter, ekspert... 43 RC led... 45
2 Præfix Præfix Niveau Begynder Opgave Udfyld de manglende felter i tabellen Tal Potens Navn Præfiks Symbol 10 12 10 9 10 6 1000 10 3 Tusind kilo k 10 2 10 10 1 Ti deka da 1 1 En 0,1 10-1 Tiendel Deci d 10-2 10-3 10-6 10-9 10-12
3 Omregning af måleenheder- Spænding, strøm og modstand Omregning af måleenheder- Spænding, strøm og modstand Niveau Opgave 1 Rutine M (mega) giver en gange større enhed. K (kilo) giver en gange større enhed m (milli) giver en gange mindre enhed μ ( mikro) giver en gange mindre enhed. Opgave 2 Omregn 10 kv = V 300 mv = V 220 V = kv 172.000 mv = V 1,5 V = mv 0,075 kv = V Opgave 3 Find summen af følgende spændinger 127 V = V 1.200 mv = V 0,45 kv = V 4,50 mv = V 117,60 V = V 0,04 kv = V 2.400 mv = V 700.000 μv = V Sum V
4 Omregning af måleenheder- Spænding, strøm og modstand Opgave 4 Omregn 7 A = ma 14 ma = A 0,05 A = ma 182.000 ma = A 800 ma = ma 0,00475 A = ma Opgave 5 I et værelse brænder tre lamper, 2 der hver bruger 0,18 A, og 1 lampe, der bruger 0,2 A Den samlede strømstyrke er A Opgave 6 Omregn: 0,22 MΩ = kω 130 kω = Ω 10 Ω = mω
5 Ohms lov Ohms lov Niveau Begynder Omskriv ohms lov I U R U = R = Beregn med to betydende decimaler 1: U = 20 V R = 12 Ω I = 2: U = 1,5 V R = 3,9 Ω I = 3: I = 0,35 A R = 820 Ω U = 4: I = 15 A R = 560 Ω U =
6 Ohms lov 5: U = 18 V I = 0,2 A R = 6: U = 45 V I = 80 A R = 7: R = 0,39 Ω I = 30 A U = 8: R = 82 Ω U = 18 V I = 9: I = 15 A U = 2,7 V R =
7 Ohms lov, ekspert Ohms lov, ekspert Niveau Rutine Opgave 1 I det viste diagram er følgende oplyst: U = 100V R 1 = 1,5Ω R 2 = 4 Ω R 3 = 12 Ω R 4 = 10 Ω R 5 = 13 Ω R 6 = 2 Ω Beregn : Den samlede modstand R total = Beregn samtlige strømme i kredsen og hvilke spændinger der ligger over de enkelte modstande.
8 Ohms lov, ekspert Opgave 2 Strømmen på amperemeteret er målt til: 32mA Beregn kredsens samlede modstand? Beregn kredsens strømme? Beregn kredsens forskellige spændingsfald?
9 Ohms lov, ekspert Opgave 3 Strømmen på amperemeteret er målt til: 2mA Beregn kredsens samlede modstand? Beregn kredsens strømme? Beregn kredsens forskellige spændingsfald?
10 Ohms lov, ekspert Opgave 6 En vandmåler tilkobles et 24 V batteri, vandvarmeren trækker en strøm på 7,8 Amp. Hvor stor er den elektriske Energi når vandvarmeren har været tændt i 17 min. Opgave 7 En 9 V Acu- boremaskine trækker en strømstyrke på 5,4 Amp. Forbruger 4 min. For at bore et hul i en metalplade Hvor stor en Energimængde bruges der. Opgave 8 En vindmølle med en DC- generator leverer en spænding på 115 V ved en strømstyrke på 1012 ma. Da vinden har været meget konstant har møllen leveret ovennævnte enheder i 7 timer og 29 min. Beregn den leverede energimængde målt i kwh. Opgave 9 En elektrisk brødrister er forsynet med et varmelegeme på 96,75 Ohm. Brødristeren tilsluttes til 230 V DC i 4 min. Hvor stor en energimængde bruger brødristeren. Hvor meget koster det, hvis prisen er 2,46 kr/kwh.
11 Ohms lov AC kredsløb, ekspert Ohms lov AC kredsløb, ekspert Niveau Opgave 1 Ekspert U = 20 V f = 12 khz L 1 = 500 mh R 1 = 14 kω Beregn spændingsfaldet over R og L samt cosφ X L = z = i = u R1 = u L1 = Cosφ = Tegn vektordiagram
12 Ohms lov AC kredsløb, ekspert Opgave 2 En serieforbindelse består af en ohmsk modstand på 100 Ω og en selvinduktion på 0,5 H. Kredsen er tilsluttet 230V/50Hz. Beregn: X L1 = z = Cosφ = i = u R1 =u L1 = Tegn vektordiagram.
13 Ohms lov AC kredsløb, ekspert Opgave 3 En serieforbindelse består af en ohmsk modstand på 80 Ω og en selvinduktion på 0,1 H. Kredsen er tilsluttet 230V/50Hz. Beregn : X L1 = z = cos φ = i = u R1 = u L1 = Tegn vektordiagram Opgave 4 I en serieforbindelse af en kondensator og en ohmsk modstand oplyses følgende: Kredsløbet forsynes med 20 v 7 khz z = 6kΩ, R1 = 3 kω Beregn: X C = z = Cosφ = i = u R = u C = Tegn vektordiagram Opgave 5 Effektforbruget i en parallelforbindelse er 3000 W ved en spænding på 500V og frekvensen 50 Hz.. Den samlede strøm er 7,8 A. Parallelforbindelsen består af en ohmsk modstand og en ren selvinduktion. Beregn: strømmene i den omske og induktive belastning Spolens selvinduktionskoefficient, samt Cosφ Tegn vektordiagram
14 Måleteknik Måleteknik Niveau Formål Begynder Øvelsen tilsigter at lære kursisten at indstille, tilslutte og aflæse et måleinstrument korrekt Indstilling Instrumentets omskifter skal indstilles korrekt, før man tilslutter måleinstrumentet til målepanelet Tilslutning Målinger Måleledninger tilsluttes efter de anvisninger der findes på de følgende sider. Foretag de enkelte målinger, og indfør resultaterne i tabellen Måling af modstande på plade Tilslutning
15 Måleteknik Tabel Målepunkter Område Resultat 1. A - B Ω 2. B - C Ω 3. Læg punkt 1 og 2 sammen XXXXXXXXXX Ω 4. A - C Ω Maks. 5 % forskel Hvis ja, så fortsæt 5. C - D Ω 6. D - E Ω 7. Læg punkt 5 og 6 sammen XXXXXXXXXX Ω 8. C - E Er punkt 7 lig med punkt 8? Maks. 5 % forskel Ω Hvis ja, så fortsæt 9. E - F Ω 10. F - G Ω 11. Læg punkt 9 og 10 sammen Ω 12. E - G Er punkt 11 lig med punkt 12? Maks. 5 % forskel Ω Hvis ja, så fortsæt 13. G - H Ω 14. H - I Ω 15. Læg punkt 13 og 14 sammen XXXXXXXXXX Ω 16. G - I Er punkt 15 lig med punkt 16? Maks. 5 % forskel Ω Hvis ja, så fortsæt
16 Måleteknik Læg følgende punkter sammen: Pkt.4 Pkt.8 Pkt.12 Pkt.16 Pkt.17 I alt : Ω Ω Ω Ω Ω 18: Mål A-I Ω 19: Er pkt. 17 lig med pkt. 18? 20: Hvis forskellen er under 5%, er opgaven løst korrekt Strømmåling Tabel Målepunkter Område Resultat 4. A - C A A 8. C - E A A 12. E - G A A 16. G - I A A 18. A - I A A Forsyningsspænding U = 24 VDC
17 Måleteknik Spændingsmåling Tabel Målepunkter Område Resultat 4. A - C V V 8. C - E V V 12. E - G V V 16. G - I V V Læg følgende punkter sammen: Pkt.4 U A-C V Pkt.8 U C-E V Pkt.12 U E-G V Pkt.16 U G-I V Pkt.17 I alt : V 18. Mål U A-I V Er Pkt.17 lig med pkt. 18? 20. Hvis forskellen er under 5 % er opgaven løst korrekt.
18 Måleteknik Kontrol af måleopgaver Resultater fra måling af modstand på plade. Find de enkelte måleresultater fra punktet, og indfør disse under kolonne R. Resultater fra måling af strøm på plade. Find de enkelte måleresultater fra punktet, og indfør disse under kolonne I Kolonne R og I ganges sammen, og resultaterne skrives i kolonne U 1 Forsyningsspænding U 2 Måling af forsyningsspænding på plade pkt. 18, måling U A1 - I1 indføres i kolonne U2. Det er det samme måleresultat, der skal indføres på hver enkelt linie. Skema Punkt R I U 1 = I * R U 2 Afvigelse 4. Ω A V V % 8. Ω A V V % 12. Ω A V V % 16. Ω A V V % 18. Ω A V V % Afvigelse Beregn afvigelsen i % for hver enkelt måling: Resultatet indføres i tabellen. Formel ( U % 1 U 2) 100 U 1 Kontrol Er kolonne U1 lig med kolonne U2, maks. 5 % afvigelse? Ja Nej Hvis ja har du klaret opgaverne godt.
19 Elektrisk kredsløb Elektrisk kredsløb Niveau Udstyr 1 Begynder 2 3 4 1 stk. universalinstrument 1 stk. lampe 6 V / 50 ma 1 stk. spændingsforsyning 1 stk. modstand på 100 ohm Diagramsymboler Kredsløb Opbyg den viste opstilling
20 Elektrisk kredsløb Tegn diagram over kredsløbet, og anvend viste diagramsymboler. Indstil spændingen til 6 V Lyser lampen? Spænding Mål spændingen over lampen med universalinstrumentet. Tegn diagram over måleopstillingen. Hvor stor er spændingen over lampen?
21 Elektrisk kredsløb Strøm - Varme Mærk på lampen med fingrene, strøm kan altså frembringe varme. Frembringelse af varme kan sammenlignes med, at strømmen møder gnidningsmodstand, når den løber gennem den tynde tråd inde i glødelampen. Afbryd kredsløbet et eller flere steder. Hvad sker der med lyset i lampen og dermed strømmen? Kredsløbet kan være sluttet, eller sagt på en anden måde, der skal være forbindelse fra spændingskildens ene pol til den anden.
22 Elektrisk kredsløb Måling af strøm Afbryd strømkredsløbet Indstil områdeomskifteren Indstil universalinstrumentet Indstilles således at funktionsomskifteren er i stilling jævnstrøm og følsomhedsomskifteren til det mest ufølsomme område. Indsæt instrumentet, således at strømmen løber gennem dette. Instrumentet er nu koblet i serie med dette. Indstilles således at strømmen kan aflæses. Hvor stor er strømmen?
23 Elektrisk kredsløb Tegn et diagram af opstillingen Tilslut amperemeteret mellem den anden side af lampen og spændingskildens anden pol. Aflæs instrumentet. Hvor stor er strømmen nu? Strømmen i et sådan enstrenget kredsløb er overalt den samme. Ombyt tilledningerne til spændingskilden, således at polariteten vendes. Mål strømmen Hvor stor er strømmen?
24 Elektrisk kredsløb Tegn diagrammet Sammenligningsmåling på modstand Udskift lampen med en modstand på 100 Ohm Aflæs instrumentet. Hvor stor er strømmen? Hvad er strømmens omtrentlige størrelse i forhold til før? Varmer modstanden?
25 Elektrisk kredsløb Sluk for spændingsforsyningen Hvad sker der med strømmen? Konklusioner Hvorledes skal et amperemeter tilsluttes i et kredsløb for at måle strøm? Hvorledes er strømmen overalt i et enstrenget kredsløb? Hvad kan strøm frembringe? Hvad skal et kredsløb være, for at der kan løbe strøm? Hvad skal et kredsløb tilsluttes, for at der kan løbe strøm?
26 Serieforbindelse Serieforbindelse Niveau Udstyr Materialer Rutine 1 stk. plade OHM S LOV 1 stk. DC-spændingsforsyning 1 stk. universalinstrument 1 stk. modstand 2,2 kω 5% 1W 1 stk. modstand 4,7 kω 5% 1W 1 stk. modstand 1 kω 5% 1W Sammensætning af måleopstilling De tre modstande er på pladen angivet med blå bøsninger. På billedet er de cirklet ind med den røde streg.
27 Serieforbindelse Serieforbindelse i skemaform Serie forbindelsen består af R1, R2, og R3 med modstandsværdierne 2,2, 4,7, og 1 kω. Alle målepunkter er angivet med forskellige bogstaver. Opbygning af kredsløb Mål de tre modstande med et Ohmmeter. Forbind det viste kredsløb. Kontroller opstillingen en ekstra gang, efter at den er monteret. Tilslutning af spændingsforsyning Forbind spændingsforsyningen til lysnet, og tænd for den. Indstil spændingsforsyningen til 24 V. Kontroller med universalinstrumentet, og efterindstil spændingsforsyningen, indtil universalinstrumentet viser 24V. Forbind spændingsforsyningens minusbøsning til punkt B. Forbind spændingsforsyningens plusbøsning til punkt A.
28 Serieforbindelse Spændingsmåling på serieforbindelse Spændingen over R3 Forbind universalinstrumentets minusbøsning til punkt B, og plusbøsningen til punkt D. Indstil universalinstrumentet til korrekt område, og aflæs instrument. Spænding over R 3 = Fjern universalinstrumentets ledninger fra opstillingen Spænding over R 2 Forbind universalinstrumentets minusbøsning til punkt D og plusbøsningen til punkt C. Aflæs instrumentet Spænding over R 2 = Fjern universalinstrumentets ledninger fra opstillingen Spænding over R 1 Forbind universalinstrumentets minusbøsning til punkt C og plusbøsningen til punkt A. Aflæs instrumentet Spænding over R 1 = Fjern universalinstrumentets ledninger fra opstillingen Spændingsdeling Skriv de målte spændinger, og læg dem sammen Spændingen over R 1 = Spændingen over R 2 = Spændingen over R 3 = Den samlede spænding = Sammenlign de sammenlagte spændinger ned den tilførte spænding fra spændingsforsyningen, De tre modstande har delt den tilførte spænding. Sammenlign de målte spændinger med modstandenes ohmværdier. Hvilken modstand har den største ohmværdi?
29 Serieforbindelse Over hvilken modstand ligger den største spænding? Over hvilken modstand ligger den mindste spænding? Hvor mange gange er spændingen over R 2 større end spændingen over R 3? Hvad er grunden til dette? Strømmåling i serieforbindelse Fjern universalinstrumentets ledninger fra opstillingen. Indstil universalinstrumentet til DC-strømmåling. Forbind universalinstrumentet, så det er i serie med modstandene. Indstil til korrekt måleområde, og aflæs universalinstrumentet. Strømmen = Strømmen kommer fra spændingsforsyningen og passerer universalinstrumentet, de tre modstande og vender tilbage til spændingsforsyningen.
30 Serieforbindelse Konklusion Spændingsdeling De tre serieforbundne modstande deler den tilførte spænding. I en serieforbindelse ligger den største spænding over? I en serieforbindelse er summen af delspændingerne? Strømforhold I en serieforbindelse er strømmen?
31 Parallelforbindelse Parallelforbindelse Niveau Udstyr Materialer Rutine 1 stk. plade OHM S LOV 1 stk. DC-spændingsforsyning 1 stk. universalinstrument 1 stk. modstand 2,2 kω 5% 1W 1 stk. modstand 4,7 kω 5% 1W 1 stk. modstand 1 kω 5% 1W Diverse prøveledninger Sammensætning af måleopstilling De tre modstande er på pladen angivet med grønne bøsninger. På billedet er de cirklet ind med den røde streg.
32 Parallelforbindelse Parallelforbindelse i skemaform Her er vist en parallelforbindelse af tre forskellige modstande R1, R2 og R3 Denne øvelse skal vise, hvordan strøm- og spændingsforhold er ved et sådant kredsløb. Opbygning For at kunne måle de forskellige størrelser i kredsløbet er dette forsynet med målepunkter, der er angivet med forskellige bogstaver. Opbygning af kredsløb på universalplade Mål de tre modstande med et Ohmmeter. Forbind det viste kredsløb. Kontroller opstillingen en ekstra gang, efter at den er monteret. Tilslutning af spændingsforsyning Forbind spændingsforsyningen til stikkontakten, og tænd for den. Indstil spændingsforsyningen til 10 V. Kontroller med universalinstrumentet, og efter indstil spændingsforsyningen, indtil universalinstrumentet viser 10V. Forbind spændingsforsyningens minusbøsning til punkt E. Forbind spændingsforsyningens plusbøsning til punkt A.
33 Parallelforbindelse Spændingsmåling på parallelforbindelse Spændingen over R1 Forbind voltmeterets minusbøsning (sort ledning) til punkt E, og plusbøsningen (rød ledning) til punkt B. Indstil universalinstrumentet som voltmeter, og aflæs instrument. Spænding over R1 = Spænding over R2 Flyt voltmeterets plusledning (rød ledning) fra punkt B til punkt C Aflæs instrumentet Spænding over R2 = Spænding over R3 Flyt voltmeterets plusledning (rød ledning) fra punkt C til punkt D Aflæs instrumentet Spænding over R3 = Sammenlign Sammenlign de tre målte spændinger. Hvis de ikke er lige store, skal opstillingen kontrolleres for fejl. Strømmåling i parallelforbindelse Fjern voltmeterets ledninger fra opstillingen. Indstil universalinstrumentet til DC-strømmåling. Strømmen gennem R1 Forbind universalinstrumentet i serie med R1.. Indstil til strømmåling, og aflæs amperemeteret. Strømmen gennem R1 = Strømmen gennem R2 Fjern amperemeteret ledninger fra opstillingen Forbind amperemeteret i serie med R2. Indstil til korrekt måleområde, og aflæs universalinstrumentet. Strømmen gennem R2 =
34 Parallelforbindelse Strømmen gennem R3 Fjern amperemeteret ledninger fra opstillingen Forbind universalinstrumentet i serie med R3. Indstil til korrekt måleområde, og aflæs universal instrumentet. Strømmen fra spændingsforsyningen Strømmen gennem R3 = Fjern universalinstrumentets ledninger fra opstillingen. Forbind universalinstrumentet i serie med forsyningens plusbøsning. Universalinstrumentet viser den samlede til de tre modstande- Indstil universalinstrumentet til korrekt område, og aflæs instrumentet. Den samlede strøm I = Strømdeling Skriv de målte strømme og læg dem sammen. Strømmen gennem R1 = Strømmen gennem R2 = Strømmen gennem R3 = Den samlede strøm I = Sammenlig de sammenlagte strømme med den målte strøm fra spændingsforsyningen. Sammenlign de målte strømme med modstandenes ohmværdier. Hvilken modstand har den største ohmværdi? Gennem hvilken modstand går den største strøm? Gennem hvilken modstand går den mindste strøm?
35 Parallelforbindelse Konklusion Strømdeling De tre parallelforbundne modstande deler den tilførte strøm op i tre delstrømme. I en parallelforbindelse går den største strøm gennem den? I en parallelforbindelse er summen af alle delstrømme lig med? Spændingsforhold Spændingen over de enkelte modstande i en parallelforbindelse er lig med?
36 Kombineret forbindelse Kombineret forbindelse Niveau Udstyr Ekspert 1 stk. plade OHM S LOV 1 stk. DC spændingsforsyning 1 stk. universalinstrument Sammensætning af måleopstilling De tre modstande er på pladen angivet med gule bøsninger. På billedet er de cirklet ind med den røde streg.
37 Kombineret forbindelse Forbind opstillingen efter diagram. Mål og noter kredsens samlede modstande Mål og noter modstanden over parallelforbindelserne R A-B og R C-D Mål og noter hovedstrømmen I Mål og noter delstrømmene I2, I3 og I4
38 Kombineret forbindelse Diagram Mål og noter samtlige delspændinger Beregn ud fra delspændingerne kredsens forsyningsspænding U
39 Kombineret forbindelse, ekspert Kombineret forbindelse, ekspert Niveau Ekspert Beregninger Den foregående opgaver skal regnes igennem Diagram Beregn den samlede modstand R = Beregn spændingen over hver modstand i kredsløbet Ur1 = Ur2 = Ur3 = Ur4 = Ur5 =
40 Kombineret forbindelse, ekspert Ur6 = Ur7 = Ur8 = Beregn strømmen igennem hver modstand i hele kredsløbet Ir1 = Ir2 = Ir3 = Ir4 = Ir5 = Ir6 = Ir7 = Ir8 = = Konklusion Giver de beregnede resultater same resultat som målingerne I foregående opgave?
41 Ensretter Ensretter Niveau Udstyr Rutine 1 stk. stabiliseret spændingsforsyning 2 stk. universalinstrument 1 stk. plade OHM S LOV 3 Opgave Optag karakteristikken for en diode (SI) Indtegn kurve på næste side U V 0,3 0,4 0,5 0,6 I ma 10 20 30 40 50 60 U I V µa 10 20 30
42 Ensretter
43 Ensretter, ekspert Ensretter, ekspert Niveau Ekspert Opgave Bevis via scope, hvordan dioden ensretter perioden. Opbyg opstilling med en diode, som viser princippet i enkeltensretning. Opstil og udfyld scop-billeder, som er vis på næste side.
44 Ensretter, ekspert
45 RC led RC led Niveau Disposition Udstyr Rutine 1. Opstilling 2. Målinger 3. Beregninger 2 stk. universalinstrumenter 1 stk. plade OHM S LOV 3 1 stk. modstand 22 kω og kondensator 470 μf Opstilling Monter opstillingen som vist på diagrammet. Tilslut spænding på 10 VDC
46 RC led Målinger Fjern kortslutningen Mål ladestrømmen og spænding over kondensatoren, på de tidspunkter, der er angivet i tabellen. - Indfør resultaterne i tabel. t I UC Sec ma V 5 10 15 20 25 30 Beregninger Beregn spændingen - over kondensatoren U c for hvert målepunkt U C = U - (I x R) Hvordan passer den beregnede værdi med den målte? Begrund svaret Tegn kurve - over UC som funktion af tid - over I som funktion af tid Bestem RC ledets tidskonstant - ud fra kurverne - ud fra formlen t = R x C Tidskonstant =