Ellära Övningsbok Del 1

Ellära Övningsbok Del 1 Del 1 innehåller övningsuppgifter till kapitel 1-11 i faktaboken ”Ellära” från Liber AB . Övningsboken ingår också i ett koncept med faktabok, mätövningsböcker och laborationsutrustning från Ellära.se och EDUC Utbildning. Konceptet belyser inte bara grundläggande ellära utan även belastningarnas påverkan på elnätet, elkvalitet och elsystemets uppbyggnad. De är viktiga aspekter för att uppfylla betygskriterierna i gymnasiekursen ”Praktisk ellära”. Den breddade synen på ellära gör konceptet intressant för fortbildning inom flera olika branscher och företag.

I konceptet ingår: Ellära Faktabok Ellära Övningsbok Del 1 Ellära Övningsbok Del 2 Ellära Mätövningar Del 1 Ellära Mätövningar Del 2 Laborationsutrustning

47-08543-9 91-981982-0-1 91-981982-1-8 91-981982-2-5 91-981982-3-2

Sven Spiegelberg

Ellära

Liber AB Spiegelberg Förlag Spiegelberg Förlag Spiegelberg Förlag Spiegelberg Förlag EDUC Utbildning AB Elära.se

Övningsbok Del 1 Övningsbok

ISBN 978-91-981982-0-1

ellära.se

Ellära övningsbok del 1 Sven Spiegelberg

ellära.se 1

ISBN 978-91-981982-0-1 © 2014 Sven Spiegelberg Redaktör: Sven Spiegelberg Bildanskaffning: Sven Spiegelberg Grafisk form och produktion: Sven Spiegelberg

Bildleverantörer: Sven Spiegelberg clas ohlson Ab ELFA DISTRELEC AB

Första upplagan: 1 Tryckning 1 Repro: Exakta AB Tryck: Exakta AB 2014

Kopieringsförbud Detta verk är skyddat av upphovsrättslagen. Kopiering är förbjuden. Intrång i upphovsmannens rättigheter enligt upphovsrättslagen kan medföra straff (böter eller fängelse), skadestånd och beslag/förstöring av olovligt framställt material.

Spiegelberg Utbildningskonsult Brevduvegatan 10 169 72 Solna Telefon 070-747 18 50 www.spiegelberg-förlag.se www.ellära.se 2

Innehåll

6 Ohms lag 38

Om läromedlet 4

7 Effekt och effektstyrning

Ohms lag 38 Mätövning 9 – Ohms lag 41

Författarpresentation 4 Om övningsboken 4 Kapitelstruktur 5 Mätövningar 5 Mätövningar från Ellära.se 5 Modell av ett elsystem 5

1 Varför ellära 6 Tillämpning av ellära 6

2 Elsäkerhet 8 Elsäkerhet 8

3 Spänning och spänningsmätnin

11

Storheten likspänning 11 Elscheman 14 Mäta likspänning 15 Mätövning 1– Att mäta likspänning 16 Spänningspotential och potentialskillnad 17 Mätövning 2 – Potential och potentialskillnad 17 Växelspänning 18 Kvadratiskt medelvärde RMS 19 Frekvens 20 Mätövning 3 – Att mäta växelspänning 21 Introduktion trefas 22 Mätövning 4 – Trefas huvud- och fasspänning 22

4 Ström och strömmätning

23

Likström 23 Strömmätning 25 Växelström 26 Mätövning 5 – Att mäta växelström 28 Dioder och likriktning 29 Mätövning 6 – Dioden och likriktning 30

5 Resistans och resistansmätning

31

42

Effekt och energi 42 Energibehovet i en villa 44 Mäta och beräkna effekt 44 Mätövning 10 – Samban spänning, ström och effekt.

45 Verkningsgrad och effektförluster 46 Växelströmseffekt 48 Säkringar och överströmsskydd 48 Mätövning 11 – Effekt och automatsäkringar 50 Effektstyrning 50 Mätövning 12 – Fasvinkelstyrning 51 Mätövning 13 – Effektstyrning med PWM 51 Energilagring i kondensator 52 Mätövning 14 – Glättning av likspänning 53

8 Parallellkoppling och strömgrening 54 Strömgrening 54 Resistans vid parallellkoppling 56 Mätövning 15 – Parallellkoppling och strömgrening 57 Parallellkoppling av spänningskällor 57

9 Seriekoppling och spänningsdelning 58 Resistans vid seriekoppling 58 Spänningsdelning vid seriekoppling 58 Seriekopplade spänningskällor 60 Mätövning 16 – Seriekoppling och spänningsdelning 61

10 Kombinerade kretsar

61

Kombinerade serie- och parallellkretsar Mätövning 17 – Kombinerade kretsar

61 64

11 Batterisystem 65 Ackumulatorer 65 Mätövning 18 – Ackumulatorer 67

Facit 68

Resistans 31 Resistansmätning 34 Mätövning 7 – Resistansmätning med multimeter 35 Resistans i komponenter 36 Mätövning 8 – Testa komponenter med multimeter 37

3

Om läromedlet Faktaboken Ellära från Liber AB bygger på att varje storhet, princip eller system behandlas i ett eget kapitel. Den här övningsboken ger dig möjlighet att arbeta med frågeställningar som befäster dina kunskaper.

Författarpresentation Jag har en bakgrund som servicetekniker och jobbade med minidatorer, datakommunikation och elkvalitet på 70- och 80-talet. Under 80- och 90-talet arbetade jag som yrkeslärare på gymnasiet inom el och elektronik. Jag tog min yrkeslärarexamen 1989.

Mellan 1996 och 2008 har jag arbetat som förlagsredaktör och projektledare på läromedelsförlaget Liber AB. Jag var med och skapade serien ”Arbeta med el” och vidareutvecklade läromedel inom ellära, elektronik och styrteknik.

Sedan 2008 driver jag ett eget bolag och skriver läromedel och utvecklat laborationsutrustning inom ellära och elektronik.

Om övningsboken

Övningsboken är en hjälp för dig att befästa dina kunskaper i ellära och bygga upp din förståelse för de olika begrepp och områden som beskrivs i faktaboken ”Ellära” från Liber AB. Elektrisk ström är inget du kan se eller ta på, utan du måste föreställa dig hur spänningen delar upp sig och hur strömmen flyter i ledningarna. Därför är det viktigt att du övar på att lösa olika frågeställningar och beräkningar. Det kommer att ge dig den säkerhet du behöver för att lösa praktiska uppgifter framöver.

4

Kapitelstruktur I varje kapitel bearbetar vi en storhet som t.ex elektrisk spänning eller ett system som skyddsjordens uppbyggnad. De kapitel vi skapat i övningsboken motsvarar kapitlen i faktaboken ”Ellära” från Liber AB. I faktaboken finner du svaren på de frågeställningar vi ställer övningsboken.

Mätövningar För att få en praktiskt användbar förståelse för el måste du lära dig att mäta storheterna och tolka mätvärdena. Bra mätövningar är nödvändiga för att du ska kunna lita på dina mätresultat, så att du kan lösa praktiska uppgifter framöver.

Vi har lagt i förslag på mätövningar som kan utformas med befintlig utrustning på skolorna.

Mätövningar från Ellära.se

Ellära.se och EDUC Utbildning AB har tagit fram en komplett utbildningsmiljö där du kan träna på allt från enkla spänningsmätningar till avancerade elkvalitetsmätningar.

Om du använder mätövningsboken från Ellära.se är det den som styr i vilken ordning du ska läsa teori, svara på frågor och genomföra mätövningar.

Modell av ett elsystem Vi har skapat en modell av ett elsystem där du kan göra många olika mätningar. Modellen ger samma mätvärden som ett riktig elsystem, men du arbetar under säkra former och med god översikt över hela elsystemet.

Bilden visar en modell av ett elsystem utvecklad av Ellära.se och EDUC Utbildning AB. Modellen ger stora möjligheter att utföra mätövningar på elsystem och grundläggande ellära.

5

1 Varför ellära Syftet med frågorna är att befästa din förståelse för när du behöver ellärakunskaper för att kunna utveckla dig som tekniker.

Målet är att du ska förstå ämnets karaktär och när du kan tillämpa de metoder som vi lär ut. Kunskaper i ellära är lite som ett dataspel där du hela tiden kan nå en högre nivå. Du måste först lära dig spelets regler och träna på grunderna innan du kan gå vidare till nästa nivå. När du förstått grunderna är det bara din ambitionsnivå som sätter gränser för hur avancerade uppgifter du kan lära dig behärska.

Tillämpning av ellära Fråga 1:1 Nämn tre tillfällen när du kommer att ha nytta av kunskaper i ellära?

Svar:

Fråga 1:2 Vad menar vi med elkvalitet?

Svar:

Fråga 1:3 Många funktioner inom både fastighetsautomation och industri styrs av elektriska signaler som går till eller från PLC-system, vad står förkortningen för?

Svar:

6

Fråga 1:4 Vad kallas de komponenter känner av tillstånd och sänder signaler till olika typer av styrdatorer eller elektronikutrustningar?

Svar:

Svar:

Fråga 1:5 Vad kallas de komponenter som kan utföra något som t.ex. mekanisk rörelse och som styrs av styrdatorerna?

Fråga 1:6 Ellära utgör den gemensamma grunden för många olika yrkesgrupper. Kombinera arbetsuppgifterna som kräver ellärakunskaper med yrkesgrupperna nedan genom att dra ett streck som i exemplet.

Installationselektriker

När du arbetar med styrsystem som kontrollerar mekaniska rörelser eller automatiserade maskiner måste du kunna bedöma om elektriska signaler från givare är korrekta.

Elektronik service

När du arbetar med industriprocesser är det viktigt att kunna bedöma elektriska signaler från givare som mäter tryck, temperatur och flöden är korrekta.

Automationstekniker

När du arbetar med att installera elsystem är det viktigt att förstå hur du dimensionerar kablarna för olika belastningar.

Industrielektriker

Vid service av elektronik är det din förmåga att mäta och tolka små elektriska signaler och spänningsskillnader som gör att du kan laga en utrustning.

Datatekniker

När du arbetar med datorer kan det vara viktigt att förstå hur elektriska störningar kan påverka datorer och datorkommunikation.

7

2 Elsäkerhet Syftet med frågorna är att befästa din förståelse för de säkerhetsrisker och regelverk du kommer att möta när du arbetar med el.

Målet är att du ska kunna utföra dina första mätövningar på ett säkert sätt och känna till de regelverk som styr arbetet med el.

Elsäkerhet Fråga 2:1 Vad är isoleringens roll i elanläggningar och maskiner?

Svar:

Fråga 2:2 Vissa delar av elsystemet inom t.ex. industri och järnväg är inte isolerade. Hur skyddas de som arbetar där mot olyckor i sådana anläggningar?

Svar:

Fråga 2:3 Vem har ansvaret för att den fasta installationen i en lokal är säker?

Svar:

Fråga 2:4 Vem har ansvaret för att anslutna apparater och skarvsladdar är säkra?

Svar:

8

Fråga 2:5 Varför finns det regler som säger att huvudbrytaren måste låsas med hänglås vid vissa typer elarbeten?

Svar:

Fråga 2:6 Vem är det som utfärdar behörighet att utföra elarbeten?

Svar:

Fråga 2:7 Vilken är den vanligaste orsaken till att elektriker skadas av el, är det vid fel på utrustningen eller att man inte följt rutiner?

Svar:

Fråga 2:8 Vilken är den vanligaste orsaken till att allmänheten skadas av el, är det vid fel på utrustningen eller att man inte följt bestämmelser?

Svar:

Fråga 2:9 Vilket år hade vi mest elolyckor med dödlig utgång?

Svar:

Fråga 2:10 Hur kan det komma sig att vi nu har färre olyckor trots att vi har mycket fler elapparater?

Svar:

9

Fråga 2:11 Varför är strömmens väg genom kroppen avgörande för risken att dö?

Svar:

Fråga 2:12 Är det elbränder eller ström genom kroppen som orsakar flest dödsfall?

Svar:

Fråga 2:13 Vid vilka arbeten måste man följa speciella rutiner för att undvika ljusbågar?

Svar:

Fråga 2:14 Vad ska vara din första åtgärd om du ser att en person får ström genom kroppen?

Svar:

Fråga 2:15 Varför ska du inte beröra huden på någon som får ström genom kroppen?

Svar:

Fråga 2:16 Varför ska du berätta för personalen på 112 att det är en elolycka?

Svar:

10

3 Spänning och spänningsmätning Syftet med frågorna är att du befästa din förståelse för begreppen likspänning, växelspänning, spänningspotential och potentialskillnad.

Målet är att du ska nå en sådan förståelse för begreppen att du kan mäta storheten spänning och bedöma om mätresultaten är rimliga.

Storheten likspänning Fråga 3:1 Vilken elektrisk laddning har en elektron?

Svar:

Svar:

Svar:

Fråga 3:2 Vad utmärker det elektriska normaltillståndet för en atom?

Fråga 3:3 Vad kallas en atom där det är obalans i elektrisk laddning mellan elektroner och atomkärna?

Fråga 3:4 Vad kallas en elektron som kan röra sig mellan atomerna i ett material?

Svar:

11

4 Ström och strömmätning Syftet med frågorna är att befästa din förståelse för vad elektrisk ström är, hur den uppstår och hur du kan mäta den.

Målet är att du ska kunna mäta både lik- och växelström och ha god förståelse för enheten ampere.

Likström Fråga 4:1 Det vi kallar elektrisk ström beskriver en rörelse, men vad är det som rör sig i en ledare?

Svar:

Fråga 4:2 Vad krävs för att skapa en sluten krets?

Svar:

Fråga 4:3 Kan det flyta ström i en öppen krets?

Svar:

A

B?

Fråga 4:4 Skriv in strömmens storlek vid B och C om den är 2 ampere vid punkt A. Svar:

A: 2 A

B:

C:

C? 23

Fråga 4:5 Om du skulle jämföra ström och spänning med flödet i röret eller trycket som nivåskillnaden skapar, motsvarar strömmen trycket eller flödet? Se bilden Svar:

Fråga 4:6 Man kan sluta en krets mot plus eller minus. Vad visar voltmetern i schemat när strömställaren är tilll respektive från?

Skriv in mätvärdet bredvid voltmetern.

Till 12 V: V

Från

Till

Från

12 V:

V

Fråga 4:7 I kretsar med flera komponenter kommer spänningen att dela upp sig och strömmen att förgrena sig. Rita in pilar som visar strömriktningen genom lamporna vid de olika spänningspotentialerna.

24 V

20 V

18 V

12 V

Fråga 4:8 Vad kallas strömmen som går in till en förgreningspunkt och vad kallas strömmarna som lämnar förgreningspunkten? skriv in namnen i schemat.

Svar: Svar:

24

Fråga 4:9 Skriv in värdet på den ström som saknas.

6A

Svar: ?

4A 5A

Fråga 4:10 Hur kan en jordfelsbrytare upptäcka att isoleringen är skadad i en krets?

Svar:

Strömmätning Vi kan mäta likström med multimeter eller strömtång. Men vissa strömtänger klarar bara att mäta växelström. Om du mäter med multimeter måste den kopplas in så att strömmen passerar genom instrumentet.

Fråga 4:11 Vid strömmätning med multimeter passerar strömmen genom instrumentet. Vad händer om strömmen blir för stor för multimetern?

Svar:

Fråga 4:12 Vad är viktigt att tänka på när du byter från strömmätning till spänningsmätning?

Svar:

Fråga 4:13 Vad händer om du glömmer att flytta mätsladdarna på en multimeter när du går från strömmätning till spänningsmätning?

Svar:

25

Ellära Övningsbok Del 1 Del 1 innehåller övningsuppgifter till kapitel 1-11 i faktaboken ”Ellära” från Liber AB . Övningsboken ingår också i ett koncept med faktabok, mätövningsböcker och laborationsutrustning från Ellära.se och EDUC Utbildning. Konceptet belyser inte bara grundläggande ellära utan även belastningarnas påverkan på elnätet, elkvalitet och elsystemets uppbyggnad. De är viktiga aspekter för att uppfylla betygskriterierna i gymnasiekursen ”Praktisk ellära”. Den breddade synen på ellära gör konceptet intressant för fortbildning inom flera olika branscher och företag.

I konceptet ingår: Ellära Faktabok Ellära Övningsbok Del 1 Ellära Övningsbok Del 2 Ellära Mätövningar Del 1 Ellära Mätövningar Del 2 Laborationsutrustning

47-08543-9 91-981982-0-1 91-981982-1-8 91-981982-2-5 91-981982-3-2

Sven Spiegelberg

Ellära

Liber AB Spiegelberg Förlag Spiegelberg Förlag Spiegelberg Förlag Spiegelberg Förlag EDUC Utbildning AB Elära.se

Övningsbok Del 1 Övningsbok

ISBN 978-91-981982-0-1

ellära.se