Elektrotechnický seminář

FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ
VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ



Elektrotechnický seminář

Garant předmětu:
Doc. Ing. Jarmila Dědková, CSc.


Autor textu:
Doc. Ing. Jarmila Dědková, CSc.


Elektrotechnický seminář 1
Obsah
SEZNAM OBRÁZKŮ..............................................................................................................3
SEZNAM TABULEK ..............................................................................................................5
1 ÚVOD ................................................................................................................................6
1.1 Z AZENÍ PŘEDMĚTU VE STUDIJNÍM PROGRAMUAŘ .........................................................6
1.2 Ú ĚTUVOD DO PŘEDM ...................................................................................................6
2 BEZPEČNOST V ELEKTROTECHNICE...................................................................7
2.1 Ú LEMATIKY O BEZPEČNOSTI V ELEKTROTECHNICEVOD DO PROB ................................7
2.2 S CÍ TECHNICKÉ NORMY A PRÁVNÍ PŘEDPISYOUVISEJÍ ..................................................8
2.2.1 Význam technická normalizace..........................................................................8
2.2.2 Právní předpisy související s technickým a personálním zajištěním bezpečného
provozu 9
2.3 N Í ÚČINKY ELEKTRICKÉ ENERGIEEŽÁDOUC ...............................................................12
2.3.1 Úrazy elektrickým proudem..............................................................................13
2.3.2 Požáry...............................................................................................................13
2.3.3 Havárie a výbuchy............................................................................................14
2.3.4 Úhyny hospodářských zvířat.............................................................................15
2.3.5 Škody způsobené přepětím................................................................................15
2.4 R VKY ZAJIŠŤUJÍCÍ BEZPEČNÝ PROVOZOZVODNÉ SÍTĚ A PR .........................................16
2.4.1 Jednofázová a trojfázová střídavá silová zařízení............................................18
2.4.2 Značení vodičů..................................................................................................22
2.4.3 Vlastnosti rozvodných sítí TN-C, TN-S, TT......................................................24
2.5 O RANNÉ PRVKY POUŽÍVANÉ K REALIZACI NĚKTERÝCH DRUHŮ OCHRANCH ...............28
2.5.1 Pojistka.............................................................................................................28
2.5.2 Jistič..................................................................................................................30
2.5.3 Proudový chránič FI........................................................................................32
2.6 PŘÍČINY VZNIKU A DŮSLEDKY EXISTENCE SÍŤOVÉHO PŘEPĚTÍ...................................37
3 ZÁKLADY MĚŘENÍ.....................................................................................................41
3.1 MĚŘICÍ METODY........................................................................................................41
3.2 C BY MĚŘENÍHY ..........................................................................................................42
3.3 N ITOST VÝSLEDKU PŘÍMÝCH MĚŘENÍ - ÚDAJE MĚŘICÍHO PŘÍSTROJEEURČ CHYBA .....42
3.3.1 Analogové (ručkové) měřicí přístroje (elektromechanické).............................42
3.3.2 Číslicové (digitální) měřicí přístroje................................................................43
3.4 N ITOST VÝSLEDKU NEPŘÍMÝCH MĚŘENÍEURČ ............................................................43
3.5 P I MĚŘENÍ A ZÁSADY PŘI SESTAVOVÁNÍ ELEKTRICKÝCH OBVODŮOSTUP PŘ ..............43
3.6 ZPRACOVÁNÍ A VYHODNOCENÍ NAMĚŘENÝCH HODNOT.............................................44
4 PRVKY ELEKTRICKÉHO OBVODU.......................................................................44
4.1 ZDROJE ELEKTRICKÉ ENERGIE V ELEKTRICKÝCH OBVODECH....................................46
4.1.1 Vlastnosti zdroje napětí....................................................................................47
4.1.2 Vlastnosti zdroje elektrického proudu..............................................................48
4.1.3 Aplikace............................................................................................................49
4.1.4 Experimentální stanovení vlastností zdrojů......................................................51
4.2 P INCIP SUPERPOZICER ................................................................................................52
4.2.1 Použití principu superpozice............................................................................53
4.2.2 Experimentální ověření principu superpozice..................................................55
2 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
4.3 V N V ELEKTRICKÉM OBVODUÝKO .............................................................................57
4.3.1 Aplikace............................................................................................................59
4.3.2 Experimentální ověření vlastností přenosu výkonu.........................................60
4.4 ZÁKLADNÍ VLASTNOSTI SPOTŘEBIČŮ ELEKTRICKÉHO OBVODU.................................63
4.4.1 Experimentální ověření vlastností pasivních prvků.........................................64
5 ZÁKLADNÍ METODY ANALÝZY ELEKTRICKÝCH OBVODŮ........................ 65
5.1 METODA POSTUPNÉHO ZJEDNODUŠOVÁNÍ.................................................................66
5.1.1 Použití metody..................................................................................................67
5.1.2 Experimentální ověření....................................................................................69
5.2 METODA ÚMĚRNÝCH VELIČIN...................................................................................71
5.2.1 Použití metody úměrných veličin.....................................................................72
5.2.2 Experimentální ověření metody úměrných veličin...........................................75
5.3 METODA SMYČKOVÝCH PROUDŮ..............................................................................76
5.3.1 Použití metody..................................................................................................78
5.3.2 Experimentální ověření metody smyčkových proudů.......................................81
5.4 METODA UZLOVÝCH NAPĚTÍ.....................................................................................82
5.4.1 Použití metody..................................................................................................84
5.4.2 Experimentální ověření metody uzlových napětí.............................................86
5.5 METODA NÁHRADNÍHO ZDROJE ................................................................................87
5.5.1 Aplikace metody...............................................................................................88
5.5.2 Experimentální ověření metody.......................................................................91
6 CHARAKTERISTIKY ČASOVĚ PROMĚNNÝCH PRŮBĚHŮ............................. 93
6.1 ZÁKLADNÍ POJMY A DEFINICE...................................................................................94
6.2 C RAKTERISTIKY HARMONICKY PROMĚNNÝCH OBVODOVÝCH VELIČINHA .................96
6.2.1 Harmonicky proměnná veličina daná střídavou složkou.................................96
6.2.2 Harmonicky proměnná veličina daná stejnosměrnou i střídavou složkou......97
6.3 C RAKTERISTIKY NEHARMONICKY PROMĚNNÝCH OBVODOVÝCH VELIČINHA .............98
6.3.1 Periodický obdélníkový průběh........................................................................98
6.3.2 Střídavý trojúhelníkový a pilovitý průběh........................................................99
6.4 APLIKACE...............................................................................................................100
6.5 E IMENTÁLNÍ STANOVENÍ CHARAKTERISTIK PERIODICKÉ OBVODOVÉ VELIČINYXPER
103
7 MAGNETICKÉ OBVODY......................................................................................... 104
7.1 ZÁKLADNÍ POJMY....................................................................................................104
7.2 APLIKACE...............................................................................................................108
7.3 E IMENTÁLNÍ OVĚŘENÍ VLASTNOSTÍ STEJNOSMĚRNÉHO MAGNETICKÉHO OBVODUXPER
111
8 DODATKY................................................................................................................... 114
8.1 V ESTŮÝSLEDKY T ...................................................................................................114
8.1.1 Kapitola 4.......................................................................................................114
8.1.2 Kapitola 5.......................................................................................................114
8.1.3 Kapitola 6.......................................................................................................115
9 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY........................................................................ 116

Elektrotechnický seminář 3
Seznam obrázků
OBRÁZEK 2.1: RŮZNÁ PROVEDENÍ JEDNOFÁZOVÝCH ZÁSUVEK............................................18
OBRÁZEK 2.2: U NÍ VIDLICENIVERZÁL ...................................................................................18
OBRÁZEK 2.3: F DIAGRAM A ČASOVÝ PRŮBĚH NAPĚTÍ SOUMĚRNÉ TROJFÁZOVÉ
SOUSTAVY
ÁZOROVÝ
19
OBRÁZEK 2.4: N Ý ZDROJ A VÁZANÉ ZDROJE TROJFÁZOVÉ SOUSTAVY NAPĚTÍEVÁZAN .........20
OBRÁZEK 2.5: F DRUŽENÁ NAPĚTÍ A PROUDY U SPOJENÍ DO HVĚZDYÁZOVÁ A S ....................20
OBRÁZEK 2.6: F DRUŽENÁ NAPĚTÍ A PROUDY U SPOJENÍ DO TROJÚHELNÍKUÁZOVÁ A S .........21
OBRÁZEK 2.7: PŘIPOJENÍ SPOTŘEBIČŮ DO TROJFÁZOVÉ ČTYŘVODIČOVÉ SÍTĚ.......................22
OBRÁZEK 2.8: O ENÍ VODIČŮ PODLE JEJICH FUNKCEZNAČ .....................................................22
OBRÁZEK 2.9: PŘIPOJENÍ SPOTŘEBIČŮ DO SÍTĚ TN-C TN-SA ..............................................23
OBRÁZEK 2.10: PŘERUŠENÍ PŘÍVODNÍHO VODIČE...............................................................24
OBRÁZEK 2.11: S A TN, ROZDĚLENÍ VODIČE PEN V HLAVNÍM ROZVÁDĚČIOUSTAV ...........26
OBRÁZEK 2.12: PŘIPOJENÍ SPOTŘEBIČŮ DO SÍTĚ TT............................................................27
OBRÁZEK 2.13: K CE POJISTKOVÉ VLOŽKYONSTRUK ...........................................................29
OBRÁZEK 2.14: V CÍ CHARAKTERISTIKA POJISTKYYPÍNA ....................................................29
OBRÁZEK 2.15: P VÁ (ROZVODNÁ) OJISTKO SKŘÍŇ...............................................................30
OBRÁZEK 2.16: K CE JISTIČEONSTRUK ................................................................................30
OBRÁZEK 2.17: V CÍ CHARAKTERISTIKY JISTIČEYPÍNA ........................................................31
OBRÁZEK 2.18: S NICOVÉ PROVEDENÍ JISTIČE LSTTAVEB ...................................................32
OBRÁZEK 2.19: F MODEL DETEKCE PROUDU I
∆
A) ROVNOVÁŽNÝ, B)
NEROVNOVÁŽNÝ )
YZIKÁLNÍ
STAV....................................................................................................33
OBRÁZEK 2.20: ZJENÍ A ČINNOST PROUDOVÉHO CHRÁNIČE V SÍTI TT, TN I ITAPO ............34
OBRÁZEK 2.21: KLASIFIKACE PROUDOVÝCH CHRÁNIČŮ.....................................................35
OBRÁZEK 2.22: D A ČTYŘPÓLOVÝ STANDARDNÍ PROUDOVÝ CHRÁNIČ OFI 20 A OFI 40VOU
36
OBRÁZEK 2.23: O NA MÍSTNÍM POSPOJOVÁNÍMCHRA ..........................................................38
OBRÁZEK 2.24: TŘÍSTUPŇOVÉ POTLAČENÍ PŘEPĚŤOVÝCH IMPULSŮ...................................40
OBRÁZEK 4.1: M OJŮ ELEKTRICKÉ ENERGIEODELY ZDR ........................................................46
OBRÁZEK 4.2: P ETRY ZDROJE NAPĚTÍ A JEHO ZATĚŽOVACÍ CHARAKTERISTIKAARAM ...........47
OBRÁZEK 4.3: N RADNÍ SCHÉMA ZDROJE PROUDU A JEHO ZATĚŽOVACÍ CHARAKTERISTIKAÁH
48
OBRÁZEK 4.4: N ADNÍ SCHÉMATA REÁLNÉHO ZDROJE NAPĚTÍ A PROUDU S PARAMETRYÁHR 49
OBRÁZEK 4.5: K ŘEŠENÍ PŘÍKLADU 4.1.................................................................................49
OBRÁZEK 4.6: MĚŘENÍ ZATĚŽOVACÍ CHARAKTERISTIKY......................................................51
OBRÁZEK 4.7: A LYZOVANÝ OBVODNA .................................................................................52
OBRÁZEK 4.8: K INCIPU SUPERPOZICEVYSVĚTLENÍ PR ..........................................................52
OBRÁZEK 4.9: K 4.8PŘÍKLADU ............................................................................................53
OBRÁZEK 4.10: D PROUD I´ A NAPĚTÍ U´ÍLČÍ
1 1
...................................................................54
OBRÁZEK 4.11: D PROUD I´´ A NAPĚTÍ U´´ÍLČÍ
1 1
.................................................................54
OBRÁZEK 4.12: K 4.9 A 4.10PŘÍKLADU .............................................................................55
OBRÁZEK 4.13: K 4.11PŘÍKLADU ......................................................................................55
OBRÁZEK 4.14: O PRINCIPU SUPERPOZICEBVOD PRO OVĚŘENÍ PLATNOSTI ..........................56
OBRÁZEK 4.15: P ERPOZICERINCIP SUP ................................................................................56
OBRÁZEK 4.16: K SU VÝKONUPŘENO .................................................................................58
OBRÁZEK 4.17: K PŘÍKLADU 4.12......................................................................................59
OBRÁZEK 4.18: K 4.13PŘÍKLADU ......................................................................................59
4 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
OBRÁZEK 4.19: MĚŘENÍ PŘENÁŠENÉHO VÝKONU NEPŘÍMOU METODOU.............................62
OBRÁZEK 4.20: A RVOLTOVÁ CHARAKTERISTIKA A JEJÍ MĚŘENÍMPÉ ..................................63
OBRÁZEK 4.21: K ŘENÍ AV CHARAKTERISTIKY PRVKŮMĚ ................................................64
OBRÁZEK 5.1: N ADA SÉRIOVÉ A PARALELNÍ KOMBINACE REZISTORŮ R
1
A R
2
REZISTOREM
R
ÁHR
66
OBRÁZEK 5.2: K 5.1PŘÍKLADU ............................................................................................67
OBRÁZEK 5.3: K 5.2 A 5.3PŘÍKLADU ...................................................................................68
OBRÁZEK 5.4: K 5.5PŘÍKLADU ............................................................................................69
OBRÁZEK 5.5: P OVÁNÍ OBVODUOSTUPNÉ ZJEDNODUŠ ..........................................................69
OBRÁZEK 5.6: E TÁLNÍ OVĚŘENÍ METODY POSTUPNÉHO ZJEDNODUŠOVÁNÍXPERIMEN ..........70
OBRÁZEK 5.7: K CIPU METODY ÚMĚRNÝCH VELIČINPRIN .....................................................71
OBRÁZEK 5.8: K 5.7PŘÍKLADU ............................................................................................73
OBRÁZEK 5.9: K 5.8PŘÍKLADU ............................................................................................74
OBRÁZEK 5.10: K 5.9 A 5.10PŘÍKLADU .............................................................................75
OBRÁZEK 5.11: E IMENTÁLNÍ OVĚŘENÍ METODY ÚMĚRNÝCH VELIČINXPER ........................75
OBRÁZEK 5.12: K Í ROVNIC MSPSESTAVEN .......................................................................77
OBRÁZEK 5.13: K 5.11PŘÍKLADU ......................................................................................78
OBRÁZEK 5.14: K 5.12PŘÍKLADU ......................................................................................79
OBRÁZEK 5.15: K 13 A 14PŘÍKLADU .................................................................................79
OBRÁZEK 5.16: K 15 A 16PŘÍKLADU .................................................................................80
OBRÁZEK 5.17: K 5.18 A 5.19PŘÍKLADU ...........................................................................80
OBRÁZEK 5.18: K MYČKOVÝCH PROUDŮMETODĚ S ...........................................................81
OBRÁZEK 5.19: O TODY SMYČKOVÝCH PROUDŮVĚŘENÍ ME ................................................81
OBRÁZEK 5.20: K Í UZLOVÝCH ROVNIC V MATICOVÉM TVARUSESTAVEN ..........................83
OBRÁZEK 5.21: K 5.20PŘÍKLADU ......................................................................................84
OBRÁZEK 5.22: K 5.21PŘÍKLADU ......................................................................................85
OBRÁZEK 5.23: K 5.22 A 5.23PŘÍKLADU ...........................................................................85
OBRÁZEK 5.24: K 5.24 A 5.25PŘÍKLADU ..........................................................................86
OBRÁZEK 5.25: K H NAPĚTÍMETODĚ UZLOVÝC ..................................................................86
OBRÁZEK 5.26: O TODY UZLOVÝCH NAPĚTÍVĚŘENÍ ME .......................................................86
OBRÁZEK 5.27: PŮVODNÍ OBVOD SE ZÁTĚŽÍ A JEHO NÁHRADA NAPĚŤOVÝM A PROUDOVÝM
ZDROJEM 87
OBRÁZEK 5.28: K 5.26PŘÍKLADU ......................................................................................89
OBRÁZEK 5.29: K 5.27, 5.28 A 5.29PŘÍKLADU ..................................................................89
OBRÁZEK 5.30: K 5.30 A 5.31PŘÍKLADU ...........................................................................91
OBRÁZEK 5.31: O ADA JEHO ČÁSTI EKVIVALENTNÍMI ZDROJIBVOD A NÁHR ........................91
OBRÁZEK 5.32: S PARAMETRŮ NÁHRADNÍCH OBVODŮTANOVENÍ ......................................92
OBRÁZEK 6.1: S BVODOVÁ VELIČINATÁLÁ A STŘÍDAVÁ O ....................................................95
OBRÁZEK 6.2: O MŽITÁ HODNOTA PERIODICKÝCH FUNKCÍKA ...............................................95
OBRÁZEK 6.3: A ETICKÁ STŘEDNÍ HODNOTA STŘÍDAVÉHO I(T)RITM .....................................96
OBRÁZEK 6.4: O RMONICKÝ PRŮBĚH I(T)BECNÝ HA ..............................................................97
OBRÁZEK 6.5: OÉLNÍKOVÝ PRŮBĚH I(T)BD ..........................................................................98
OBRÁZEK 6.6: SÍDAVÝ TROJÚHELNÍKOVÝ A PILOVITÝ PRŮBĚHTŘ ........................................99
OBRÁZEK 6.7: P U(T)ILOVITÝ PERIODICKÝ PRŮBĚH ............................................................100
OBRÁZEK 6.8: K 6.1PŘÍKLADU ..........................................................................................101
OBRÁZEK 6.9: P BĚHY NAPĚTÍRŮ ........................................................................................102
OBRÁZEK 6.10: K ŘENÍ PARAMETRŮ PERIODICKÉHO SIGNÁLUMĚ ....................................103
OBRÁZEK 7.1: P MAGNETICKÉM OBVODUOLE V .................................................................105
OBRÁZEK 7.2: K KÉMU OBVODUMAGNETIC .......................................................................106
OBRÁZEK 7.3: K AFICKÉMU ŘEŠENÍE GR .............................................................................108
Elektrotechnický seminář 5
OBRÁZEK 7.4: K 7.1PŘÍKLADU ..........................................................................................109
OBRÁZEK 7.5: K 7.2PŘÍKLADU ..........................................................................................109
OBRÁZEK 7.6: K 7.3PŘÍKLADU ..........................................................................................111
OBRÁZEK 7.7: MĚŘENÍ INDUKCE MAGNETI