MiniElektrikář 4. - Cívky

1. Elektrotechnická značka cívky

Cívka je elektrotechnická součástka používaná v elektrických obvodech

- k vytvoření magnetického pole elektrického proudu, které se dále využívá k působení magnetickou silou - cívka slouží jako elektromagnet
- k indukci elektrického proudu proměnným magnetickým polem - cívka slouží jako induktor (nositel indukčnosti).

Cívku lze používat jako samostatnou součástku (elektromagnet, tlumivka) nebo jako součást složeného elektrického zařízení (elektromagnetické relé, transformátor, reproduktor).

Cívka jako elektromagnet - využívá se magnetická síla magnetického pole kolem cívky v zařízeních jako např.

• elektromotor
• zvonek
• reproduktor
• elektromagnetické relé
• elektromagnetický jeřáb
• vychylovací cívky v monitorech
• zapisovací hlavičky v pevných discích
• deprézské měřící přístroje (galvanometr, ampérmetr, voltmetr, ad.)

Výhodou elektromagnetu je to, že magnetické pole je dočasné, dá se snadno měnit jeho velikost, příp. směr.

Cívka jako induktor - využívá se elektrické napětí indukované proměnným magnetickým polem kolem cívky

• tlumivka - cívka působí proti prudkým změnám v elektrickém obvodu (např. zapnutí/vypnutí obvodu, elektrický výboj, ap.). Změny v elektrickém obvodu vyvolávají změnu magnetického pole kolem cívky a následně se v cívce indukuje elektromotorické napětí působící vždy proti změnám, které je vyvolaly.
• transformátor - obsahuje dvě nebo více cívek na společném jádře. Změnou elektrického proudu (střídavým proudem) v jedné cívce se indukuje elektrický proud v druhé cívce, dochází k transformaci proudu a napětí.
• čtecí hlavičky v pevných discích
• v elektromagnetických oscilačních obvodech - cívka a kondenzátor jsou nezbytné součástky pro vznik elektromagnetických kmitů v obvodu (rezonanční LC obvody).

2. Provedení cívek
Podle rozměrů a tvaru lze rozlišit
  - obyčejnou cívku
  - solenoid - velmi dlouhá cívka
  - toroid - cívka stočená do kruhu.

Cívky lze rozdělit podle frekvence střídavého proudu, pro kterou je určena
  - nízkofrekvenční cívky
  - vysokofrekvenční cívky

3. Vztah pro výpočet induktivní reaktance

Kapacitance je zdánlivý odpor součástky s kapacitou (nejčastěji kondenzátoru) proti průchodu střídavého elektrického proudu dané frekvence. Kapacitance je tedy impedance kondenzátoru, nebo také reaktance kapacitního charakteru.

Kapacitance není důsledkem změny elektrické energie v součástce na tepelnou energii (tak jako elektrický odpor), ale je důsledkem změny elektrické energie na jinou elektrickou energii, a to energii elektrického pole kondenzátoru.

Velikost kapacitance závisí nepřímo úměrně na kapacitě a úhlové frekvenci střídavého proudu. V obvodech stejnosměrného proudu se kapacitance projevuje jako nekonečně velký odpor, při kterém elektrický proud obvodem neprochází.

Značka: X_C
Jednotka SI: ohm, zkratka Ω
Další jednotky: stejné jako pro elektrický odpor

Výpočet: , kde C je kapacita, ω je úhlová frekvence

V RLC obvodech kapacitance způsobuje fázový posuv mezi proudem a napětím - proud předchází napětí. Kromě kapacitance se v RLC obvodech může objevovat také induktance.

Kapacitanci lze využít při oddělování vysokofrekvenční a nízkofrekvenční složky střídavého proudu. Složka s vyšší frekvencí prochází dobře, složka s nižší frekvencí prochází špatně.

Terminologická poznámka:

Vzhledem k tomu, že hrozí záměna s anglickými termíny "capacitance" (= kapacita) a "inductance" (= indukčnost), je lépe používat termínů kapacitní a induktivní reaktance. Také platná norma ČSN ISO 31-5 Veličiny a jednotky: Elektřina a magnetismus již uvádí pouze termíny kapacitní a induktivní reaktance, z tohoto hlediska lze proto termíny kapacitance a induktance považovat za zastaralé.

4. Transformátor

Transformátor je elektrický netočivý stroj, který umožňuje přenášet elektrickou energii z jednoho obvodu do jiného pomocí vzájemné elektromagnetické indukce. Používá se většinou pro přeměnu střídavého napětí (např. z nízkého napětí na vysoké) nebo pro galvanické oddělení obvodů.

Chlazení transformátorů

Malé transformátory jsou obvykle chlazeny vzduchem. Velké transformátory jsou obvykle chlazeny olejem. Nové transformátory jsou vyráběny jako bezolejové. Jejich vinutí je zalito v izolační pryskyřici. Přímé vodní chlazení se nepoužívá. Voda je i při nepatrném znečištění vodivá a elektrickým proudem je rozkládána na výbušnou směs vodíku a kyslíku.

Druhy chladiv a jejich označení
O - oleje
A - vzduch
W - voda
L - nehořlavá izolační kapalina
G - plyn
S - pevný izolant

Označení způsobu oběhu chladiva
N - přirozený
F - nucený neřízený
D - nucený řízený

  

5. Rozdělení transformátorů

a) Podle použití

• energetické - změna napětí pro přenos elektrické energie v rozvodných sítích, určené pro velké výkony (blokový nebo distribuční)
• napájecí - pro transformaci napětí nn na malé napětí
• bezpečnostní - jako napájecí, ale zajištěná izolační pevnost (např. zdravotnictví, hračky, ...
• regulační - autotransformátory
• měřící - napěťové, proudové
• svařovací - snižování napětí pro svařování kovů elektrickým obloukem
• pecové - pro napájení obloukových a odporových pecí pro tavení kovů
• měničové - pro napájení polovodičových měničů, které přeměňují stejnosměrný proud na proud střídavý
• spouštěcí - pro spouštění velkých asynchronních elektromotorů
• oddělovací - galvanické oddělení elektrických obvodů pro zvýšení bezpečnosti
• jiné - zkušební, ...

b) Podle počtu fází:

• Jednofázový
• Trojfázový
• Speciální (dvě nebo více fází, měniče počtu fází)

c)  Podle konstrukce magnetického obvodu:

• Plášťový
• Jádrový
• Toroidní

d) Podle počtu vinutí:

• Dvojvinuťový (primár, sekundár)
• Trojvinuťový (primár, sekundár, terciár)
• Vícevinuťový

6. Převodový poměr transformátoru
Převodový poměr je dán poměrem napětí na primáru ku napětí na sekundáru.

Převodový poměr mezi primární a sekundární stranou (pokud je na sekundární straně více vinutí, tvoří z hlediska převodového poměru jednotný celek):

p = U1 / U2 = I2 / I1 = P1 / P2 = N1 / N2

7. Transformace napětí a proudu
Transformace napětí se provádí pomocí elektrických transformátorů napětí.

Čím víc závitů má sekundární cívka, tím vyšší napětí trasformátor
poskytuje.

Princip transformátoru

N1 - počet závitů primární cívky

U₁ - primární napětí, přiváděné na vstup primární cívky
I1 - primární proud, procházející mezi zdrojem a primární cívkou
N2 - počet závitů sekundární cívky
U2 - sekundární napětí, které se indukuje na vývodech sekundární cívky
I2 - sekundární proud, který prochází sekundární cívkou a připojeným spotřebičem