9789151103860

META

ELEKTROMEKANIK

ELEKTROMEKANIK Meta Elektromekanik är ett läromedel för kursen Elektromekanik i ämnet Elektroteknik.

Boken betonar hur viktigt det är att arbeta på ett säkert, arbetsmiljömässigt och ergonomiskt sätt. Speciella avsnitt behandlar bland annat heta arbeten, arbete på ställningar och stegar.

LEIF BLOMQUIST JOHNNY FRID

LEIF BLOMQUIST JOHNNY FRID

Läromedlet ger en bred introduktion till grundläggande ellära, till vårt elsystem och elsäkerhet. Utifrån ett elsäkert arbetssätt ges en beskrivning av enklare elarbeten och installationsteknik som exempelvis belysningskopplingar. Även enklare mekaniskt arbete, ritningsläsning och sammanfogningsteknik beskrivs.

ELEKTROMEKANIK

Andra upplagan har uppdaterats och utökats med bland annat mer grundläggande ellära och grundläggande mätteknik. Här finns också ett nytt kapitel som handlar om arbete i de vanligaste byggmaterialen.

Till faktaboken finns även ett instuderingshäfte.

ISBN 9789151103860

9 789151 103860

51103860.2.1_cover.indd 1

2020-06-26 10:53

INNEHÅLL Förord................................................... 4

Snitt..................................................... 53 Måttsättning....................................... 54

10. KOPPLINGAR OCH INSTALLATIONER....................... 126

1. ARBETE MED EL ...................... 5

Förenklade ritsätt............................... 55

Dold förläggning.............................. 126

Auktorisation........................................ 6

Teckensnitt.......................................... 55

Öppen förläggning.......................... 128

Ritning till en byggsats...................... 56

Olika kabeltyper............................... 130

Ritning med CAD-program................ 57

Arbeta med skarvsladdar................. 133

Elritningar och scheman.................... 58

Byte av strömställare........................ 137

2. ELEKTRIKERVERKTYG ........... 8 Tänger................................................... 9 Skruvmejslar....................................... 10 Några andra verktyg.......................... 10

3. GRUNDLÄGGANDE EL ........ 12

7. ELSÄKERHET ........................... 61

Byte av vägguttag............................ 139 Byte av trefas skarvsladd.................. 140

Elektricitet och människokroppen.... 61

Anläggningens komponenter ........ 141

Skydd i elanläggningar...................... 64

Hemautomation............................... 142

Laddningar ger ström och spänning. 12

Säkringar............................................. 65

Storheter och enheter........................ 14

Den viktiga skyddsjordledningen...... 68

Ledare och isolatorer......................... 15

11. MATERIALLÄRA ................ 144

Elmateriel............................................ 71

Densitet............................................. 144

Öppen och sluten krets...................... 15

Hårdhet............................................. 145

Resistans.............................................. 16

8. ARBETSMILJÖ ........................ 73

Ohms lag............................................. 17

En god arbetsmiljö............................. 73

Vad ger en formel för samband?....... 19

Verktyg och maskiner........................ 77

Korrosionsbeständighet................... 149

Mätning.............................................. 20

Elsäkert arbete................................... 79

Korrosionsskydd............................... 149

Elektrisk effekt................................... 26

Arbete på stegar och ställningar....... 82

Stål.................................................... 150

Elektrisk energi................................... 27

Ventilation.......................................... 84

Aluminium........................................ 151

Arbeta med formler........................... 28

Tunga lyft och statisk belastning....... 85

Koppar och kopparlegeringar......... 151

Serie- och parallellkoppling............... 29

Buller................................................... 86

Titan.................................................. 151

Mer om spänningsmätning................ 30

Strålning............................................. 87

Hårdmetall........................................ 152

Parallellkoppling och strömdelning.. 31

Skadliga ämnen i miljön.................... 92

Plaster............................................... 152

Parallellkoppling av resistanser......... 32

Heta arbeten...................................... 95

Keramer............................................ 153

Kopplingsövningar............................. 33

Explosionsfarlig miljö......................... 96

Kompositer....................................... 154

Brand................................................... 97

4. VÄXELSTRÖM......................... 34

Trä..................................................... 155

Utrymningsplan.................................. 99

Hur uppstår växelström?.................... 35

Betong.............................................. 156

Olycka!................................................ 99

Enfas och trefas.................................. 38

Isoleringsmaterial............................. 157

Elolyckor........................................... 100

Elektromagnetism.............................. 39

Psykosocial arbetsmiljö.................... 101

Växelriktare och likriktare................. 41

9. VERKSTADSARBETE............ 102

5. MÄTTEKNIK ............................ 42

Frånskiljande bearbetning............... 103

SI-systemet.......................................... 42

Tillformande metoder...................... 109

Längdmätning.................................... 43

Additiv tillverkning.......................... 110

Elektroniska mätningar..................... 45

Sammanfogande metoder............... 111

Elmätningar........................................ 47

Mönsterkort...................................... 113

6. RITNINGSLÄSNING................ 49

12. ARBETE I BYGGMATERIAL .................................... 158 Arbete på innerväggar..................... 158 Verktyg............................................. 165

Engelsk ordlista................................ 169

Andra kontakteringsmetoder......... 117 Svetsning........................................... 118

Vyer..................................................... 49

Limning............................................. 121

Ritningsblanketten............................. 50

Nitning.............................................. 122

Skalor.................................................. 52

Skruvförband.................................... 123

Ritningslinjer...................................... 52

Exempel på plåtarbete..................... 125

51103860.2.1_k00.indd 3

Elektrisk ledningsförmåga............... 146 Hållfasthet........................................ 147

2020-06-26 10:13

FÖRORD Denna faktabok täcker det centrala innehållet i kursen Elektromekanik, ELKRELK0, enligt Lgy11. Det är tänkt som en introduktion till elarbeten och även så kallade bänkarbeten. Kursen är praktiskt orienterande men kräver en del grundläggande kunskaper inom el- och verkstads­ området. Dessa teoretisk moment, men även en del praktiska anvisningar, har tagits upp i faktaboken.

Grundläggande ellära ska enligt Lgy11 behandlas i kursen Mekatronik, men då det av flera skäl kan vara lämpligt att starta åk 1 med kursen Elektromekanik har vi valt att också här lägga in ett kortfattat avsnitt om ellärans grunder, eftersom dessa grundkunskaper krävs för att man ska ta till sig bland annat elsäkerhet på ett meningsfullt sätt.

Andra upplagan har uppdaterats och utökats med bland annat mer grundläggande ellära och grundläggande mätteknik. Här finns också ett nytt kapitel som handlar om arbete i de vanligaste byggmaterialen.

Till faktaboken finns också ett instuderingshäfte med både praktiska och teoretiska uppgifter samt uppgifter för kunskapskontroll.

Lycka till med studierna!

Degeberga i juni 2020 Johnny Frid

51103860.2.1_k00.indd 4

2020-06-26 10:13

1.

ARBETE MED EL

DET FINNS MÅNGA YRKEN där man arbetar med att installera eller

förändra en elanläggning. En elanläggning kan vara elinstallationen i ett mindre bostadshus, i ett stort hus med många lägenheter eller en industri.

För att du ska kunna arbeta med elanläggningar krävs det att du har sådan kunskap och färdighet att du kan utföra arbetsuppgifter på rätt sätt. Elektricitet med högre strömmar än några tusendels ampere är farliga för människor och djur. Felaktiga och slitna installationer kan starta en brand. En elanläggning måste vara säker för både människor och fastigheter. Därför finns det lagar och föreskrifter som bestäm­ mer hur arbeten ska utföras och vilken installationsmateriel som får användas.

Inom branschen kan du arbeta inom en mängd olika yrken. Här intill finns en lista med exempel på olika yrken. Men även om du inte kommer att arbeta som elektriker kan du behöva ha kunskaper om elektricitet och om de viktigaste principerna för vad som gör en elanläggning säker.

Gymnasieskolans elprogram har fyra inriktningar: Automation, Datoroch kommunikationsteknik, Elteknik och Energiteknik. Detta läromedel är skrivet för kursen Elektromekanik som man kan säga är en intro­ duktionskurs för inriktningen Elteknik vilken ger dig möjligheten att arbeta som elektriker. Elektriker är ett yrke som bland annat kräver att du har kunskaper om:

Drift- och underhållstekniker i automatiska anläggningar Fastighetsautomation – Fastighetstekniker Servicetekniker (pumpar, elmaskiner, vitvaror, storkök) Industriautomation – Automationstekniker inom marin- och tillverkningsindustri Hisstekniker Industrielektriker inom tillverkningsindustri Montör el och automation Portsystemtekniker Robottekniker Processautomation – Automationstekniker inom processindustri, Fastighetstekniker Industrielektriker inom processindustri, Instrumenttekniker Eventtekniker Elektronikproduktionstekniker Elektroniksupporttekniker Hemservicetekniker, Hemtroniker IT-supporttekniker Nätverkstekniker Servicetekniker data eller IT Servicetekniker – kontorsteknik

• ellära och mätteknik

Teknisk säljare

• användning av handverktyg

Distributionselektriker

• olika sätt att sätta samman material

Installationselektriker Industrielektriker

• materials olika egenskaper

Järnvägstekniker, el och signal

• hur man bearbetar olika material

Larm- och säkerhetstekniker

• hur man använder olika typer av mätinstrument

Tele- och kommunikationstekniker

• hur man läser ritningar och scheman

Driftoperatör, allmänt Driftoperatör, vatten- och miljöteknik

• hur man arbetar elsäkert och ergonomiskt

Driftoperatör, kraft- och värmeteknik Vattenkraftsoperatör

51103860.2.1_k01_arbete_med_el.indd 5

ARBETE MED EL

5

2020-06-26 10:22

AUKTORISATION Systemet med behörigheter för elinstallatörer byttes 2017 till ett sys­ tem med auktorisationer. På samma sätt som behörighet är en auk­ torisation knuten till en person. En elinstallatör är en person med auktorisation.

För att få en auktorisation ansöker du om en sådan hos Elsäkerhets­ verket. Alla företag som utför elarbeten måste ha en registrerad elin­ stallatör som har en auktorisation som är lämplig för de arbeten fö­ retaget utför. Den här personen kallas ”elinstallatör för regelefterlev­ nad” och ska fungera som ett stöd till företagsledningen.

För att ett företag ska få utföra elarbeten måste det vara registrerat hos Elsäkerhetsverket. Företaget måste också bedriva ett aktivt och doku­ menterat egenkontrollprogram samt ha registrerat en elinstallatör med lämplig auktorisation. Det är företaget som har ansvar för allt arbete som utförs av de anställda. Inte de anställda och inte elinstallatören för regelefterlevnad.

Elsäkerhetsverkets föreskrifter, ELSÄK-FS, är grunden för regelverket inom elområdet.

Här beskrivs de säkerhetskrav som måste uppfyllas vid arbete i elanläggningar.

I elsäkerhetslagen beskrivs inte i detalj vilken auktorisation en elinstalla­ tör måste ha, men följande auktorisationer kan anses som huvudtyper.

Fullständig auktorisation.

Omfattar alla elinstallationsarbeten.

Auktorisation A

Auktorisation lågspänning.

Omfattar alla elinstallationsarbeten på lågspänningsanläggningar.

Auktorisation AL

Auktorisation B

Begränsad auktorisation.

Gäller följande: • att installera och flytta ljusarmaturer, elkopplare och uttag med tillhörande kablar.

• att fast ansluta elektrisk utrustning som förbrukar el med till­ hörande don samt förläggning och anslutning av kablar som tillhör donen.

• att koppla loss elektrisk utrustning som förbrukar el med tillhö­ rande don och kablar.

För att du ska få utföra elarbeten yrkesmässigt måste du antingen ingå i ett företags egenkontrollprogram eller ha en egen auktorisation.

6

51103860.2.1_k01_arbete_med_el.indd 6

2020-06-26 10:22

Undantag från kraven i elsäkerhetslagen Det är straffbart att utföra arbete på elinstallationer om man inte är auktoriserad eller omfattas av ett installationsföretags egenkontroll­ program. Olagligt installationsarbete faller under allmänt åtal och kan polisanmälas.

Det finns dock några undantag i elsäkerhetslagen som gör att vem som helst får utföra enkla arbeten i ”icke potentiellt explosiva miljö­ er”. Det gäller till exempel sådant som att byta befintliga strömstäl­ lare och vägguttag, liksom att byta stickproppen på en lös kabel eller montera en förlängningssladd.

Men även enklare arbeten kräver att du har tillräckliga kunskaper för att göra detta på ett sådant sätt att varken personer eller egendom utsätts för fara.

Det är viktigt att påpeka att det är ägaren av en elanläggning som ansvarar för att anläggningen är säker och fungerar på rätt sätt. I ett vanligt bostadshus är det alltså ägaren av fastigheten som har ansvaret för elanläggningen.

Vissa saker får man göra utan auktorisation eller att vara anställd elektriker.

Exempelvis att byta befintliga eluttag. Kravet är dock bland annat att du har tillräckliga kunskaper.

51103860.2.1_k01_arbete_med_el.indd 7

ARBETE MED EL

7

2020-06-26 10:22

3.

GRUNDLÄGGANDE EL

LADDNINGAR GER STRÖM OCH SPÄNNING DET FINNS NÅGRA välkända begrepp som hänger samman med

elektricitet. Vi har alla hört talas om spänning och ström, och vi använder ord som växelström och likström, ibland också uttryck som trefas och enfas. I detta av avsnitt om grundläggande elkunskaper beskrivs huvudsakligen likspänning och likström, eftersom det är den enklaste vägen in i elläran.

Några engelska begrepp: Växelström – Alternating Current (AC) Likström – Direct Current (DC)

Själva grunden till elektrisk ström är att det finns elektriska laddningar. När de rör sig uppstår en ström. Men vad är det för laddningar och var kommer de ifrån?

De finns i atomerna. Där finns elektroner, små partiklar med en laddning som man kallar negativ (minusladdning). I atomen finns också plusladdningar i form av protoner. De finns i atomkärnan, och dessa positivt laddade partiklar är lika många som elektronerna.

Hos vissa ämnen kan antalet elektroner lätt förändras. Några ämnen gör sig lätt av med en elektron och då blir hela atomen positivt laddad, den blir en positivt laddad jon. Andra tar lätt upp en elektron och blir till en negativt laddad jon.

Det speciella med laddningar är att om de är av olika slag så dras de till varandra! Det finns en elektrisk kraft mellan plusladdningar och minusladdningar. Det är denna kraft som skapar elektrisk spänning.

I metaller finns gott om lättrörliga elektroner, de är därför goda ledare.

12

51103860.2.1_k03_grundlaggande_el.indd 12

2020-06-26 10:55

Det är vad som sker i ett batteri. Batteriet består i princip två delar, den ena är minuspol, och den andra är pluspol. Vid minuspolen finns ett överskott av elektroner. Pluspolen har ett underskott på elektroner, dvs. den är positivt laddad.

Negativ pol

Positiv pol

Minuspol

Pluspol

Eftersom polerna har olika laddning finns det krafter som vill driva elektronerna mot pluspolen. Krafterna kan man beskriva som en spänning mellan polerna.

Denna spänning kan driva en elektrisk ström om vi förbinder de båda polerna med varandra.

Som förbindelse behöver vi en ledare. En ledare är ett ämne där en del elektroner inte hör till en viss atom, utan de delas av alla atomer.

Dessa elektroner kan röra sig fritt i ledaren. Dessa fria elektroner kal�las för ledningselektroner, eftersom de ger upphov till den elektriska strömmen. Och det är vad som sker då ledaren ansluts till batteriets plus- och minuspol. Den elektrisk kraften – spänningen – driver ledningselektronerna mot pluspolen. Det blir alltså en elektrisk ström.

Batteriets minuspol har överskott av elektroner och pluspolen har ett underskott.

Storheter Elektrisk spänning och ström är exempel på storheter. En storhet är något som man kan mäta, exempelvis tid, längd och vikt. Storheten består av mätetal och en enhet.

Enheten för elektrisk spänning är 1 volt som förkortas 1 V. Enheten för elektrisk ström är 1 ampere (uttalas ampär) som förkortas 1 A. Storheter anges med bokstäver. Elektrisk spänning betecknas U och elektrisk ström betecknas I.

STRÖMMEN ÄR 1,5 A Storhet

Mätetal

Enhet

Elektrisk spänning, U, mäts i enheten volt (V).

Elektrisk ström, I, mäts i enheten ampere (A).

51103860.2.1_k03_grundlaggande_el.indd 13

GRUNDLÄGGANDE EL

13

2020-06-26 10:55

FAKTA STORHETER OCH ENHETER Det är viktigt att alla länder har ett gemensamt måttsystem, och därför har man skapat det internationella enhetssystemet SI (Système International d’Unités). Där finns en mängd storheter, av vilka du kommer att träffa på en del under din utbildning. Här är några exempel: Storhet

Beteckning Grundenhet Förkortning

Sträcka

s

1 meter

1m

Massa

m

1 kilogram

1 kg

Tid

t

1 sekund

1s

Ström

I

1 ampere

1A

Resistans

R 1 ohm 1 Ω

Spänning

U 1 volt 1 V

Effekt

P 1 watt 1 W

Energi

W

1 joule

1J

Laddning

Q

1 coulomb

1C

Vissa enheter brukar betecknas på andra sätt inom elläran. Energi brukar exempelvis anges i enheten 1 wattsekund (1 Ws = 1 J). Laddning brukar anges i enheten 1 amperesekund (1 As = 1 C).

Prefix Grundenheten har mätetalet 1 men man använder ofta enheter som har ett prefix (förstavelse). Prefixet anger antalet tiopotenser.

Prefix

10-potens

T (tera)

1012

G (giga)

109

M (mega)

106

k (kilo)

103

h (hekto

102

d (deci)

10–1

c (centi)

10–2

m (milli)

10–3

μ (mikro)

10–6

n (nano)

10–9

p (piko)

10–12

f (femto)

10–15

a (atto)

10–18

14

51103860.2.1_k03_grundlaggande_el.indd 14

2020-06-26 10:55

LEDARE OCH ISOLATORER De material som kan leda ström kallas ledare. Ledare är material med många lättrörliga elektroner. En vanlig ledare i ledningar är metallen koppar. Material som har mycket få eller inga rörliga elektroner leder inte ström och kallas isolatorer. Plast, gummi och keramik är exempel på isolatorer.

Det finns många material som kan leda ström, men det är stor skillnad på deras ledningsförmåga, deras konduktivitet. Ofta anger man ett materials resistivitet, vilket är en motsatt egenskap. Resistiviteten anger ett materials förmåga att hindra ström.

Resistiviteten bestäms av hur svårt det är för elektronerna att röra sig i materialet. Silver och koppar har atomer med många fria elektroner.

De är därför mycket goda elektriska ledare och har en låg resistivitet.

Isolator Plast Koppar

Ledare

Koppartråden i en ledning har många lättrörliga elektroner, medan plasten i isoleringar inte har detta och därför inte leder ström. Stålklingan i en skruvmejsel leder ström, medan skaftet av plast inte leder ström.

SLUTEN OCH ÖPPEN KRETS Om vi kopplar en lampa till ett batteri med hjälp av koppartrådar kommer lampan att lysa så länge kretsen är sluten, det vill säga det är en obruten förbindelse hela vägen. Bryts förbindelsen blir kretsen öppen och lampan slocknar. Praktiskt ordnar man detta genom att koppla in en strömställare som öppnar och sluter kretsen.

I U

U

När kretsen sluts uppkommer en ström, I, som går från pluspol till minuspol.

GRUNDLÄGGANDE EL

51103860.2.1_k03_grundlaggande_el.indd 15

15

2020-06-26 10:55

Här har vi ritat kopplingen med hjälp av ett kopplingsschema där vi använder symboler för att ange de olika delarna.

Elektronerna rör sig i ledaren från batteriets minuspol till dess pluspol.

När man på 1800-talet upptäckte elektrisk ström visste man dock inte något om elektroner och antog att strömmen rörde sig från plus till minus. Vilket håll strömmen går har ingen betydelse för funktionen, så därför säger vi fortfarande att strömriktningen är från plus till minus, trots att elektronernas rörelse är från minus till plus. I ett kopplingsschema används den röda strömpilen för att visa den tänkta strömriktningen, dvs. från plus till minus.

Batteri – det långa strecket är pluspol, det korta är minuspol

U I Öppen strömställare

Spänningspil, polaritet

Lampa

Strömpil

Resistor

Ledning

Säkring

Sluten strömställare Lampa

Exempel på symboler i kopplingsschema. När det gäller strömställare och lampor förekommer olika symboler.

RESISTANS Genom att koppla in olika lampor i kretsen kan vi se att de lyser olika starkt. Det kommer att gå olika stor ström, beroende på vilken lampa vi använder.

Schemasymbol för resistor

Strömmens storlek beror på vilket motstånd lampans glödtråd gör mot elektronerna. Elektronerna packas samman i glödtråden och krockar med varandra. Krockarna skapar sådan värme att glödtråden börjar lysa.

Istället för att tala om motstånd används i elläran begreppet resistans.

Vid en viss spänning gäller att en stor resistans innebär liten ström; en liten resistans betyder stor ström.

Resistans betecknas R och mäts i enheten 1 ohm (Ω). Ω är den grekiska bokstaven ”omega”. Enheten är uppkallad efter den tyske fysikern Georg Simon Ohm (1789–1854).

Bilden visar några olika resistorer, dvs. komponenter som har en viss bestämd resistans. Till skillnad från dessa linjära resistorer finns det resistorer vars resistans är starkt temperaturberoende. De kallas termistorer. Hos andra varierar resistansen med spänningen. s.k. varistorer.

Exempel på resistorer. Färgringarna är en kod som anger hur stor resistansen är.

16

51103860.2.1_k03_grundlaggande_el.indd 16

2020-06-26 10:55

OHMS LAG I

Strömmen I i en krets beror både på hur stor spänningen U är och hur stor resistans R det finns i kretsen. En stor resistans ger liten ström och tvärtom om spänningen inte ändras.

Sambandet mellan dessa kallas Ohms lag och kan skrivas Strömmen =

R

U

spänningen resistansen

eller Spänningen = strömmen · resistansen eller med bokstavsbeteckningar I=

U eller R

eller U=R·I

Det kan underlätta att minnas Ohms lag genom att sätta beteckningarna i en triangel. Vill du beräkna I täcker du för I:et med ett finger. Då ser du att det blir U/R. Vill du beräkna U håller du för U:et och ser direkt att det är I · R.

U I

•

U R

I

•

U R

I

•

R

GRUNDLÄGGANDE EL

51103860.2.1_k03_grundlaggande_el.indd 17

17

2020-06-26 10:55

NÅGRA EXEMPEL:

1. Beräkna strömmen I om spänningen U är 12 V och resistansen R är 300 Ω.

Lösning: Ohms lag ger

I=

U 12 V = = 0,04 A R 300Ω

Svar: Strömmen är 0,04 A (eller 40 mA) 2. Beräkna resistansen R om spänningen är 24 V och strömmen är 300 mA.

Först omvandlar vi strömmen till grundenheten ampere: 300 mA = 0,003 A. Sedan kan vi använda Ohms lag: R = U och sätter in värdena: I 24 R= = 8000Ω 0,003

OBS! I allmänhet gäller formler bara när man använder grund­ enheter. Omvandla därför till grundenheter innan du gör beräk­ ningen!

Svar: Resistansen är 8000 Ω (eller 8 kΩ) 3. Beräkna spänningen U om resistansen är 600 Ω och strömmen 20 mA.

Ohms lag ger U = R · I = 600 · 0,020 V = 12 V Svar: Spänningen är 12 V

I

U

R

18

51103860.2.1_k03_grundlaggande_el.indd 18

2020-06-26 10:55

FAKTA VAD GER EN FORMEL FÖR SAMBAND? Vad händer med strömmen om

En formel beskriver ett samband mellan storheter.

Vad säger detta samband?

• resistansen är oförändrad, men spänningen ökar?

Svar: Strömmen ökar eftersom kvoten blir större

Som exempel tittar vi på Ohms lag och skriver den på formen

• spänningen är oförändrad, men resistansen ökar?

Svar: Strömmen minskar eftersom kvoten minskar

U I= R

Man kan illustrera resonemangen kring vad som händer i en krets om man förändrar storheterna. Här har vi ersatt sifferuppgifterna med staplar:

Sambandet säger att strömmen vi får i en krets beror på hur stor spänning kretsen får och hur stor kretsens resistans är.

Utgångsläge

Spänning Resistans

=

Förändring: öka spänningen

Ström

Spänning Resistans

=

Ström

Förändring: minska resistansen

Spänning Resistans

=

Ström

Vi kan öka strömmen på två sätt. Antingen höjs spänningen, eller så sänks resistansen.

Utgångsläge

Spänning Resistans

=

Förändring: minska spänningen

Ström

Spänning Resistans

=

Ström

Förändring: öka resistansen

Spänning Resistans

=

Ström

Vi kan minska strömmen på två sätt. Antingen sänks spänningen, eller så höjs resistansen.

GRUNDLÄGGANDE EL

51103860.2.1_k03_grundlaggande_el.indd 19

19

2020-06-26 10:55

MÄTNING För att mäta spänning, ström och resistans används olika typer av mätinstrument. Ett instrument som kan mäta alla tre storheterna kallas multimeter. Ett annat vanligt instrument för att mäta ström är tångamperemeter som också kallas strömtång. Det finns också så kallade beröringsfria spänningsprovare som kan indikera spänning. Detta är bara några av de mätinstrument en elektriker använder.

Att kunna mäta på ett korrekt sätt och sedan kunna tolka mätvärden är inte bara en fråga om att få fram mätvärden som kan användas för att kontrollera funktioner eller felsöka.

Det allra viktigaste är att kunna vara fullständigt säker på att anläggningen eller kretsen du ska arbeta med inte är spänningssatt med en farlig spänning.

Olika fabrikat och modeller av multimetrar ser olika ut.

Bilderna i avsnittet visar en mycket enkel multimeter, men inställningarna som visas finns på alla multimetrar. Man kan mäta: • Likspänning • Växelspänning Multimeter.

• Likström • Växelström • Resistans Det är också vanligt att instrumentet har en summerfunktion som kan användas för att kontrollera om det finns en obruten krets mellan två mätpunkter.

Diodtest Summer Ohm

mV

Likspänning millivolt Likspänning volt

V

Växelspänning volt

V

A

Lik- och växelström ampere

mA µA

Lik och växelström milliampere

Lik och växelström mikroampere

Genom att ställa in storhetsreglaget på multimetern väljer man den storhet som ska mätas.

20

51103860.2.1_k03_grundlaggande_el.indd 20

2020-06-26 10:55

Förutom att ställa in rätt storhet måste mätproberna placeras i rätt uttag. Den svarta mätproben sätts alltid i uttaget märkt med COM eller GND. COM är en förkortning av det engelska ordet Common och GND står för Ground.

Mätprober

Den röda mätproben, plusproben, sätts i uttaget märkt V vid spänningsmätning. Oftast är samma uttag märkt med ohm-tecken. Samma uttag används då både vid spännings- och resistansmätning. När man mäter ström sätts plusproben i uttaget märkt A eller mA. OBS! När plusproben flyttas mellan V och A används helt olika delar av multimetern. När plusproben sätts i uttaget A går strömmen genom multimetern i princip utan motstånd. När plusproben sätts i V går en mycket liten ström genom instrumentet.

Plus­prob COM­prob

I elektriska anläggningar kan det förekomma stora överspänningar, s.k. transienter. Multimetrar klassas utefter hur höga överspänningar de kan klara.

Spänningsklass

Kategori I

Kategori II

Kategori III

Kategori IV

300 V

1500 V

2500 V

4000 V

6000 V

600 V

2500 V

4000 V

6000 V

8000 V

10000 V

40000 V

60000 V

8000 V

12000 V

GRUNDLÄGGANDE EL

51103860.2.1_k03_grundlaggande_el.indd 21

21

2020-06-26 10:55

Mätning av spänning Så här går det till att mäta spänning: Vi mäter spänningen mellan batteriets poler.

1. Multimetern ställs in på spänningsmätning.

2. Plusproben sätts i uttaget som är märkt V och minusproben sätts i

COM (eller GND).

3. Plusproben ansluts till batteriets pluspol och minusproben till dess

minuspol.

4. Sedan kan vi avläsa batteriets spänning på displayen.

mV

Med denna inställning har multimetern en hög inre resistans. Det innebär att den i princip inte släpper genom någon ström genom instrumentet.

A

V

mA

V

COM­proben i COM eller GND

µA

Plusproben i uttag V

I 9V U

+ –

V

Parallellkopplad

I

Så lite ström som möjligt går genom instrumentet

En enkel krets med batteri, en strömställare och en lampa. Spänningen mäts över lampans anslutningar. Här mäts hur mycket spänning som ”faller över” mätpunkterna.Till höger ett schema som visar samma mätning. Instrumentet är parallellkopplat med lampan.

22

51103860.2.1_k03_grundlaggande_el.indd 22

2020-06-26 10:55

Elektrisk potential Studera den här kretsen: U = U1 + U2

U1 = 7,2 V U2

U1 = R1 · I U2 = R2 · I

R1

U = 12 V

R2

I

Vi kan räkna ut U2: U2 = U – U1 = 12 V – 7,2 V = 4,8 V Spänningen sjunker alltså från batteriets 12 V till 4,8 V när strömmen passerat lampan med resistansen R1. Och efter att strömmen passerat även R2 så är spänningen 0 V. Olika punkter i kretsen har alltså olika spänning i förhållande till batteriets minuspol.

Om vi markerar några olika punkter i kretsen så gäller alltså att spänningen mellan A och D = 12 V

B

C

A

A och B = 7,2 V B och C = 4,8 V

D

C och D = 0 V Eftersom spänningen mellan C och D är 0 V är det praktiskt att ha D som en referenspunkt i kretsen och att införa ett nytt begrepp, nämligen potential.

Spänning = potentialskillnad Väljer vi D som referenspunkt så har den potentialen 0 V. Samma gäller för punkten C. Punkten B har däremot högre potential, nämligen 4,5 V och punkten A har ännu högre, nämligen 12 V. Potentialskillnaden mellan A och B är 12 V – 4,5 V = 7,2 V, alltså samma som spänningen över R1.

Ordet potential betyder ungefär ”förmåga” och är praktiskt att använda i elsammanhang, eftersom det anger vilken förmåga en punkt i en krets har – i förhållande till någon annan punkt. Om två punkter i en krets har olika potential innebär det att det är en spänning mellan dem som kan driva en ström.

51103860.2.1_k03_grundlaggande_el.indd 23

GRUNDLÄGGANDE EL

23

2020-06-26 10:55

Mätning av ström Att mäta strömmen i en krets kan vara lite krångligare.Vill vi mäta hur stor ström det går genom en lampa som har kopplats till batteriet måste vi först bryta kretsen. Multimetern kopplas sedan in så att strömmen i kretsen passerar multimetern.

Av bilderna framgår hur proberna ansluts. Lägg märke till att det inte spelar någon roll om multimeterna kopplas in före eller efter lampan.

Resultatet blir samma eftersom strömmen är samma hela vägen från pluspol till minuspol.

Storhetsreglaget ställs på strömmätning, antingen likström eller växelström • COM-proben sätt i COM-uttaget • Plusproben sätts i uttaget för strömmätning märkt med A. Observera att det är viktigt att instrumentet kopplas in så att det verkligen mäter strömmen som går i kretsen när det är inställt för strömmätning! Kopplas det in parallellt med en belastning som är spänningssatt, blir det en kortslutning som utlöser instrumentets inbyggda säkring.

mV

A

V

mA

V

Plusproben i uttag A eller mA

µA

COM­proben i COM eller GND

I 0,5 A U

+ –

A

I 0,5 A

I

Kretsen måste brytas någonstans så att multimetern kan seriekopplas. Samma ström som går genom lasten passerar genom instrumentet.

24

51103860.2.1_k03_grundlaggande_el.indd 24

2020-06-26 10:55

Mätning med strömtång När det gäller stora strömmar är det bättre att mäta med en tångamperemeter (strömtång). Man behöver inte bryta kretsen utan tångens skänklar öppnas och placeras sedan över ledningen.

Växelströmmar mäts ofta med strömtång. Det är då viktigt att man inte mäter på en kabel som innehåller två ledare, utan mäter var ledare för sig. De två ledarna i en kabel har nämligen motsatta strömriktningar. Strömtången visar då värdet noll även om strömmen kan vara stor!

Strömmätning med strömtång. Skänklarna placeras runt ledaren och strömmen avläses direkt på displayen.

Mätning av resistans För att kunna mäta resistansen hos en resistor måste man skicka en ström genom den. Det man då egentligen mäter är spänningen över resistorn. Därför har mätinstrumentet ett batteri som skickar en ström genom resistorn. Instrumentet är konstruerat så att den spänning som registreras omvandlas till ett resistansvärde på displayen.

mV

A

V

Resistansmätningen görs alltid med strömmen i kretsen frånslagen!

COM­proben i COM eller GND mA

V

Plusproben i uttag Ω

µA

• Storhetsreglaget ställs på resistansmätning • COM-proben sätt i COM-uttaget • Plusproben sätts i uttaget för resistansmätning märkt med Ω.

20 Ω U

+ –

Ω

R 20 Ω

Kretsen måste brytas så att mätströmmen från multimetern inte går fel väg.

Kretsen som mäts måste vara spänningslös.

GRUNDLÄGGANDE EL

51103860.2.1_k03_grundlaggande_el.indd 25

25

2020-06-26 10:55

ELEKTRISK EFFEKT Effekt är en storhet som anger hur snabbt energi omvandlas, exempelvis hur snabbt en lampa tömmer ett batteri. Hur snabbt det går beror på stor strömmen och spänningen är. Ju högre spänning och ström som krävs, desto snabbare går det.

Effekten anges i enheten watt som förkortas W. Om en lampa är märkt 24 V/12 W betyder det att den avger effekten 12 W när den ansluts till spänningen 24 V. Vilken effekt avger lampan om den bara matas med 20 V? För att räkna ut det måste vi börja med att räkna ut hur mycket ström som krävs. Det får vi med hjälp av effektlagen:

För enkelhetens skull har vi bortsett från att en lampas resistans kan ändras om strömmen ge­ nom den förändras.

EFFEKTLAGEN

effekten = spänningen · strömmen

Effekt betecknas P och mäts alltså i enheten watt (W).

Med bokstavsbeteckningar blir effektlagen: P = U · I Strömmen genom vår 24 V/12 W-lampa kan vi nu beräkna med effektlagens hjälp: P = U · I ger att I = P eller U 12 I= = 0,5 24 Strömmen genom lampan är alltså 0,5 A när spänningen är 24 V.

Effektutvecklingen bli också lägre enligt effektlagen: P = U · I = 20 · 0,42 W = 8,4 W I det här exemplet är lampans resistans konstant. Vid höga strömstyrkor kan resistansen förändras.

Med hjälp av Ohms lag kan vi skriva effektlagen på annat sätt. Eftersom U = R · I kan vi skriva effektlagen P = U · I = (R · I) · I = R · I · I = I2 Effektlagen kan därför skrivas P = R · I2

Med hjälp av Ohms lag kan vi nu räkna ut hur stor resistans lampan har: U 24 = 48 U = R · I ger R = = I 0,5 Lampans resistans är alltså 48 Ω. Ändrar vi spänningen till 20 V kommer strömmen genom den att bli lägre enligt Ohms lag:

I=

U 20 = A ≈ 0,42 A R 48

26

51103860.2.1_k03_grundlaggande_el.indd 26

2020-06-26 10:55

ELEKTRISK ENERGI För att få något att lysa, eller röra sig eller värmas upp krävs energi.

Det finns olika slags energi, bl.a. ljusenergi, värmeenergi och elektrisk energi. En elmotor behöver elektrisk energi och har den hög effekt behöver den mer energi än en motor med låg effekt. Och den behöver mer energi ju längre den används. Energin W beror både på effekten P och tiden t: energin = effekten · tiden Uppladdningsbara batterier med olika spänning. eller med bokstavsbeteckningar: W = P · t Energin mäts i enheten wattsekunder Ws eller i den större enheten kilowattimmar, kWh. 1 kWh = 1 · 1000 · 3600 Ws = 3 600 000 Ws.

Något om batterier De flesta elektriska handverktyg drivs idag med ström från uppladdningsbara batterier. Batterierna heter egentligen ackumulatorer och består av flera celler. Varje cell kan leverera en viss laddning Q. Laddningen anges ofta i enheten amperetimmar (Ah) eller milliamperetimmar (mAh).

Det gäller att laddningen är en produkt av ström och tid, eller med beteckningar:

En skruvdragare med batteri på 18 volt och 5 amperetimmar kan utveckla effekten 90 W under 1 timme.

Q=I·t En apparat kräver en viss spänning för att fungera. I regel är den mycket större än den spänning som varje cell i batteriet ger. Cellerna seriekopplas därför och ger på så sätt högre spänning.

Några celler och deras spänning Litium-jon (Li-Ion)

3,6 V

Hur mycket energi innehåller ett batteri?

Nickelmetallhydrid (NiCd)

1,2 V

Låt oss ta ett 18 V-batteri som ger 5 Ah som exempel.

Silveroxid

1,56 V

Effektlagen säger att P = U · I och energin W = P · t

Bly

2,0 V

Alkaliskt

1,5 V

Brunsten

1,5 V

Det ger W = U · I · t = U · Q = 18 · 5 Wh = 90 Wh Ett batteri med 18 volt och 5 amperetimmar har energin 90 Wh.

51103860.2.1_k03_grundlaggande_el.indd 27

GRUNDLÄGGANDE EL

27

2020-06-26 10:55

META

ELEKTROMEKANIK

ELEKTROMEKANIK Meta Elektromekanik är ett läromedel för kursen Elektromekanik i ämnet Elektroteknik.

Boken betonar hur viktigt det är att arbeta på ett säkert, arbetsmiljömässigt och ergonomiskt sätt. Speciella avsnitt behandlar bland annat heta arbeten, arbete på ställningar och stegar.

LEIF BLOMQUIST JOHNNY FRID

LEIF BLOMQUIST JOHNNY FRID

Läromedlet ger en bred introduktion till grundläggande ellära, till vårt elsystem och elsäkerhet. Utifrån ett elsäkert arbetssätt ges en beskrivning av enklare elarbeten och installationsteknik som exempelvis belysningskopplingar. Även enklare mekaniskt arbete, ritningsläsning och sammanfogningsteknik beskrivs.

ELEKTROMEKANIK

Andra upplagan har uppdaterats och utökats med bland annat mer grundläggande ellära och grundläggande mätteknik. Här finns också ett nytt kapitel som handlar om arbete i de vanligaste byggmaterialen.

Till faktaboken finns även ett instuderingshäfte.

ISBN 9789151103860

9 789151 103860

51103860.2.1_cover.indd 1

2020-06-26 10:53