ELMEKANIK. Arbetsbok. Jörgen Johnsson Bo Arabäck Liber

Transkript

1 ELMEKANIK Arbetsbok Jörgen Johnsson Bo Arabäck Liber 1

2 Elmekanik Arbetsbok ISBN Liber AB och Yrkesopplæring ans Projektledare: Lars-Erik Rådemo Produktion: Fridha Frid/Didacta Illustrationer och omslag: Rickard Ax/Didacta ( Andra upplagan 1 Tryck Korotan Ljubljana, Slovenien 2007 Kopieringsförbud Detta verk är skyddat av upphovsrättslagen. Kopiering utöver lärares rätt att kopiera för undervisningsbruk enligt BONUS-avtal, är förbjuden. BONUS-avtal tecknas mellan upphovsrättsorganisationer och huvudman för utbildningsanordnare, t.ex. kommuner/universitet. Den som bryter mot lagen om upphovsrätt kan åtalas av allmän åklagare och dömas till böter eller fängelse i upp till två år samt bli skyldig erlägga ersättning till upphovsman/rättsinnehavare. Liber AB, Stockholm tfn kundservice tfn , fax e-post: kundservice.liber@liber.se Läromedlet är framtaget i samarbete med Yrkesopplæring ans i Oslo 2

3 Innehåll 1. Lödövning kretskort 5 2. Reparation av kretskort Lödövning kretskort IDC-kontaktering DSUB-kontaktering Funktionstest Batteriladdaren Batteriladdarens kapsling Bänkarbete med handverktyg Röststyrd switch 92 Komponentförteckning 95 Ritningar 97 3

4 Elmekanik Arbetsbok Förord Denna bok behandlar de praktiska övningarna i kursen Elmekanik för gymnasieskolan, ELKU 207, vilken omfattar 70 poäng. Läromed let består av en fristående faktabok och en arbetsbok där eleven steg för steg leds genom det praktiska arbetet, som består av att bygga en batteriladdare. Boken är uppdelad i en mekanisk och i en elektrisk del. I den mekaniska delen lär sig eleven hur man går tillväga vid framtagandet av chassiet till batteriladdaren. Den elektriska delen inleds med mjuklödnings- och pressövningar innan eleven är mogen att gå vidare med att bygga det elektriska innanmätet till batteriladdaren. Framtagande av moderna läromedel är ett levande arbete och jag är därför mycket tacksam för synpunkter och förbättringar. Dessa synpunkter kan säkerligen göra detta läromedel modernt långt in på 2000-talet. Denna arbetsbok beskriver hur de praktiska momenten i kur sen Elmekanik ska utföras. Inför varje moment anges vil ka komponenter och vilken utrustning som ska användas. Vad gäller de verktyg som föreslås, ska de endast ses som rekommendationer och din lärare har säkert visat dig var du hittar verktygen på just din avdelning. Komponenterna till de praktiska övningarna i denna kurs finns sam lade i påsar från Micro Support AB, benämnda EM1-påse A, B och C och BL 2000-påse 1, 2 och 3. De olika påsarnas innehåll beskrivs på sidan Boken är indelad i tre delar. I den första delen får du träna mjuklödning och kontaktpressning. I andra delen kommer du att bygga elektroniken till batteriladdaren samt montera detta i höljet och i sista delen ska du skapa kapslingen till batteriladdaren. Sist i boken i kapitel 10 kan de elever som hunnit lite längre lära sig CAD-rita och etsa ett eget kretskort. Lund i mars 1999 Jörgen Johnsson 4

5 Lödövning kretskort 1 Monteringsfixtur I denna övning ska du lära dig att utföra lödningar på ett kretskort. Texten beskriver hur de olika komponenterna ska monteras med hjälp av en monteringsfixtur och sedan lödas. Skulle du inte ha en sådan fixtur till hands går det lika bra att montera ändå, speciellt vid så små kretskort som det är frågan om här. Man måste då vara mer noggrann och bocka komponentbenen tätt mot laminatet så att de inte faller ur vid själva lödningen. Ta fram laborationskortet märkt EM1 ur påse C, kortet ska se ut som i bild 1.1. Kapitel 1 Utrustning EM1-påse A Lödkolv Lödtenn Tänger Lupp Träpinne 1.1 Kort EM1 och dess ovan- och undersida före montering Är detta laborationskort ett mönsterkort eller ett kretskort? Vad heter kortet när det är bestyckat med komponenter? Plocka fram en lödstation på arbetsbänken och fukta dess svamp med lite vatten. 5

6 Elmekanik Arbetsbok Starta lödstationen och ställ in en temperatur kring 350 grader. Sätt upp laborationskortet med komponentsidan uppåt i monteringsfixturen. Plocka fram de 6 mindre 0,6 Ω-resistorerna ur påse A. Bocka komponenternas ben enligt bild 1.2 med hjälp av en böjtång. Skulle du inte ha en monteringsfixtur till hands måste du montera, bocka och löda varje komponent för sig. Genom att göra på detta sätt undviker man att komponenterna faller ur vid lödningen. Montera dessa resistorer på platserna R3 R8 på mönsterkortet, se bild Komponentens ben bockas Montera alltid resistorerna så att färgskalan kan läsas från samma håll 1.3 Kretskort EM1a Fäll ned den övre delen på fixturen så att komponenterna hålls på plats och vänd sedan upp mönsterkortets lödsida. Klipp av de uppåtstickande benen med en sidavbitare så att de bara sticker upp ca 3 mm. Var försiktig när du klipper av benen på komponenterna! De vassa ledarna kan fara iväg med hög hastighet och lätt skada ett öga. Bocka de uppstickande lödbenen i kretskortsledarens riktning med hjälp av en träpinne eller något annat som inte skadar kortet, se bild Med hjälp av träpinnen bockar du komponentbenen

7 Rengör kolvspetsen med svampen och förtenn sedan lödspetsen med lite lödtenn. Håll kolvspetsen mot lödstället. Efter några sekunder matar du lod på motsatta sidan av komponentbenet, se bild Lödning av ett komponentben Lyft bort lodet och sedan lödkolven. Löd fast de andra 11 komponentbenen på resistorerna. Plocka loss kortet från monteringsfixturen, om du har använt en sådan. Kontrollera lödningarna med en lupp och visa resultatet för din lärare. När läraren har godkänt dina första lödningar i den här kursen skriver han sin signatur här nedan. Signatur: Datum: Har du stor eller liten vätningsvinkel på de utförda lödningarna? 7

8 Elmekanik Arbetsbok Nu ska du montera fyra stycken lödtorn på de lite större lödöarna, se bild 1.6. Lödtornen hittar du i påse A. 1.6 Lödtornen monteras på kortet Löd fast lödtornen. I nästa del av den här övningen ska du montera de återstående komponenterna på mönsterkortet. Vi fortsätter med effekt resi s- torerna R1 och R2. Plocka fram de två lite större effektresistorerna 2 Ω ur påse A. Montera resistorerna vid märk ningarna R1 och R2 och löd fast dem. Montera en 0,6 Ω-resistor mellan två av lödtornen enligt bild Montering av resistor R1 och R2 8

9 Gör två öglor på komponentens ben innan du löder fast den. Nu har vi fyra stycken komponenter kvar att montera på kretskort EM1a. En diod D1, en kondensator C1 och två integrerade kretsar IC1 och IC2. Vi börjar med dioden D1. Montera dioden D1 på kretskortet. Observera att du måste vända den åt rätt håll enligt bild 1.9. När man löder halvledare, t ex dioder, transistorer och integrerade kretsar är det viktigt att man värmer försiktigt med lödkolven så att inte komponenten skadas. Montera de integrerade kretsarna på kortet vända åt det håll som bild 1.10 visar. Löd fast de integrerade kretsarna. Var observant på att kretsen hela tiden ligger an mot kortet när du löder. 1.8 Studera resultatet med luppen. 1.9 Dioden D1 vänd åt rätt håll 1.10 När du hanterar halvledare som t ex dioder, transistorer eller integrerade kretsar, är det viktigt att du undviker elektrostatiska urladdningar. Denna typ av urladdningar kan lätt skada komponeneterna. Ta därför för vana att alltid vara jordad när du hanterar dessa komponenter. 9

10 Elmekanik Arbetsbok Nu har vi en komponent kvar och det är elektrolytkondensator C1. Denna hittar du i påse A. Montera kondensatorn på plats på kortet. Tänk på att vända den åt rätt håll. Minustecknet på kondensatorn mot IC1. Löd fast kondensatorn. Vilken bedömning gör du av dina lödningar på kortet? Bocka av det du anser vara riktigt för just ditt kort: Lagom lodmängd? Lodytan jämn och glansig? Flussrester på kortet? Liten vätningsvinkel? Brända eller skadade komponenter? Som sista övning ska du pressa fast två kontakthylsor på en kopplingstråd och sätta fast dem på lödtornen Kondensator C1 Plocka fram kopplingstråden ur påse A. Klipp till 1 st 5 cm lång tråd. Avisolera ledarna ca 8 mm i bägge ändar. Tvinna försiktigt ihop kardelerna. Pressa fast ledarna i kontakthylsorna enligt bild Montering av kopplingstråden i kontakthylsorna Montera kablaget på de återstående lödtornen. Om man gjort fel vid pressningen, kan man använda kabelskorna igen? Kontrollera pressningen och visa resultatet för din lärare. När läraren har godkänt dina lödningar och pressningar skriver han sin signatur här nedan. Signatur: Datum: 10

11 Reparation av kretskort Ingen elektrisk apparat håller för evigt och ibland går de sönder när man minst av allt önskar. För en eltekniker händer det därför ganska ofta att en komponent behöver bytas ute på fältet. I den här övningen får du lära dig hur man byter komponenter och hur olika reparationer av ett mönsterkort kan gå till. Följande har inträffat: Du befinner dig ute på en oljerigg i Nordsjön och ett styrkort har gått sönder till en pump. Kretskortet har du framför dig på ar bets bänken, kort EM1a. Av konstruktören till kortet får du veta via mobiltelefon de vanligaste felen som brukar uppstå på denna typ av kort. Konstruktören ber dig göra enligt följande: Byt resistor R5 mot en av de 0,6 Ω resistorer som du har kvar i påse A. Kapitel 2 Utrustning EM1-påse A Lödkolv Lödtenn Tänger Lupp Träpinne Tennsug eller lödfläta Blanktråd eller avklippta komponentben från förra övningen Värm upp lödstället med lödkolven och plocka bort överflödigt lödtenn med tennsug eller lödfläta. Sätt fast den nya resistorn och löd fast den. Det visar sig att pumpen fortfarande inte rör sig. Konstruktören ber dig fortsätta: Byt IC-kretsen IC2 mot den IC-krets som finns kvar i påse A. När man ska byta en integrerad krets kan det vara lämpligt att klippa av samtliga ben innan man rensar lödytorna från lödtenn. Klipp av samtliga ben på IC2. Plocka bort ett ben i taget med en tång samtidigt som du värmer upp lödstället med lödkolven. Rensa lödstället med en lödfläta eller försiktigt med en tennsug samtidigt som du värmer upp lödstället, se bild 2.1. Var försiktig om du använder dig av en tennsug så att inte sugens rekyl suger bort lödytorna. 2.1 Byte av IC-krets 11

12 Elmekanik Arbetsbok När du har bytt ut den integrerade kretsen visar det sig att styrkortet fortfarande är helt dött och pumpen fortfarande står still. Irritationen stiger och konstruktören ber dig göra ett sista försök genom att visuellt granska ditt kort. Det har visat sig små sprickor i kortet som uppstått vid en felleverans några år tidigare. Granska kortets baksida. Otroligt lätt upptäcker du nu att kortet har en del sprickor som måste åtgärdas. Se bild Sprickor i ledningsbanorna på kort EM1a. Lacken avlägsnas med en kniv Börja med det breda ledarbrottet. Gör ledaren lödbar genom att avlägsna kortets lack. Skrapa försiktigt med en kniv tills några millimeter av ledaren får en ren och blank kopparyta på bägge sidor om avbrottet. Tänk på att använda dig av virtråden som finns i påse A för att reparera de tunnare avbrotten Plocka fram en bit lödtråd t ex från ett avklippt kom ponentben, kontrollera att tråden är lödbar. Lägg tråden tvärs över brottet och löd fast trådens ena ände. Klipp av tråden lagom långt så att den räcker över ledar brottet. Löd fast tråden, eventuellt måste du trycka till tråden med hjälp av en träpinne, se bild 2.3. Upprepa proceduren för de andra fem ledarbrotten. Efter allt arbete visar det sig att styrkortet till pumpen äntligen fungerar igen. Det återstår nu för dig att rapportera till konstruktören av styrkortet vad som var fel så att han eventuellt kan konstruera om kortet och förebygga nya fel i framtiden. Vad gäller det kort vi just reparerat är det hög tid att skicka ett nytt och byta ut det mot det gamla. Detta kallas för förebyggande underhåll. Visa resultatet för din lärare. Signatur: 12 Datum: 2.3 Tråden trycks på plats med hjälp av en träpinne

13 Lödövning kretskort 2 I denna lödövning ska du bygga en liten krets som du kan ansluta till din dators kommunikationsport. Med hjälp av en programvara som du kan hämta ned från Internet kan du styra ett antal lys dio - der på kretskortet genom att klicka på ett antal knappar på datorskärmen. Ta fram påse B och tillhörande verktyg ur utrustningslistan. Plocka fram kretskortet märkt EM1a och EM1b och bryt loss korten från varandra. Kortet som du ska bygga kommer att se ut som i bild 3.1. Kapitel 3 Utrustning EM1-påse B Lödkolv Lödtenn Tänger Lupp Ev monteringsfixtur 3.1 Styrkortet EM1b Montera alla resistorerna på rätt plats R9 R13, enligt tabellen nedan. Beteckning Värde Färgkod R9 100 kω 1% Brun Svart Svart Orange Brun R10 10 kω 1% Brun Svart Svart Röd Brun R kω 1% Brun Svart Svart Orange Brun R12 10 kω 1% Brun Svart Svart Röd Brun R kω 1% Brun Svart Svart Orange Brun 13

14 Elmekanik Arbetsbok Löd fast resistorerna. Montera och löd fast kondensatorerna C2 C4. Kontrollera i komponentlistan på sidan i boken och ange vilket värde dessa kondensatorer har. C1: nf C2: nf C3: nf Montera dioden D2 på plats och var försiktig när du löder fast den så att komponenten inte blir för varm. Tänk på att vända den åt rätt håll. Montera IC-socklarna och löd fast dessa på kortet. Vänd ICsockeln åt det håll som visas på kortet. Montera de röda lysdioderna längst till höger på kortet, beteckningarna D3 D10. Lysdiodens flata sida, katoden, ska vara vänd åt höger, se bild 3.2. Montera inga IC-kretsar i socklarna utan låt dessa sitta fast på skumplattorna tills vidare 3.2 Lysdioderna ska monteras så att den flata sidan på lysdioden vänds åt höger på kortet, mot kretskortskanten Montera och löd fast IDC-stifttaget J1. Nu ska kortet se ut som i bild 3.1 på föregående sida. 14

15 Nu är det dags att montera IC-kretsarna på kortet IC3 och IC4. Men innan du gör det ska du jorda dig. De kretsar som ska monteras är s k CMOS-kretsar, vilka är mycket känsliga för statisk elektricitet. VARNING! Detaljer känsliga för elektrostatisk urladdning. Iakttag gällande ESD-skyddsföreskrifter Jorda dig genom att ansluta t ex en laborationssladd mellan JORD och dig själv. Det finns speciella armband kopplade till jord, vilka är mycket van liga ute i industrin där man monterar känslig elektronik. När du har jordat dig plockar du fram påse B och tar ut IC-kretsarna. Montera krets 4029 i sockeln märkt IC3 och krets 4051 i sockeln märkt IC4. Lägg undan kretskortet och tag av dig handledsbandet. Jord i lektionssalen hittar du t ex på ett element eller på ett annat av läraren anvisat ställe. När du arbetar med kretskortet igen längre fram i kursen ska du vara väl jordad, så att du inte förstör kretsarna. När du är färdig med kortet, visar du det för din lärare. När läraren har godkänt dina lödningar skriver han sin signatur här nedan. Signatur: Datum: 15

16 Elmekanik Arbetsbok IDC-kontaktering I denna övning ska du tillverka det kablage med vilket vi ska ansluta vårt nybyggda kretskort till datorn. I modern utrustning t ex i datorsammanhang är det vanligt att man gör förbindningar mellan olika kretskort, eller mellan hårddisken och moderkortet med en IDC-kabelanslutning. Ta fram flatkabeln och det 10-poliga IDC-donet ur påse B. Kontrollera var anslutning nummer 1 finns på kontakt donet, oftast markerat med en liten pil, se bild 4.1. Anslutning nummer 1 på IDC-donet ska sitta mot den sida vars ledare är markerad med en färg, oftast röd. Kapitel 4 Utrustning EM1-påse B Tänger Tuschpenna Pressverktyg för IDC-don eller tång med breda käftar Skulle flatkabelns ena ände inte vara markerad med en färg, gör du det med en tuschpenna. Stick in kabeln i IDC-donet enligt bild 4.2. Stick in den från den sida som är markerad med en pil på flatkabelhylsdonet. 4.1 IDC-donets hylsa nr 1 är oftast markerad med en liten pil 4.2 Montering av flatkabeln i IDC-donet Låt kabeln sticka ut ca 1 mm i framkanten på IDC-donet. 16

17 Kläm ihop förbindningen först med händerna och sedan med ett pressverktyg eller en tång. Kläm ihop tills hul lingarna snäpper fast. Ta bort pressverktyget och vik tillbaka flatkabeln över IDCdonet. Trä på dragavlastningen och tryck försiktigt fast den enligt bild 4.3. Dela flatkabelns nionde och tionde ledare i den ände där du inte har något kontaktdon. Se bild 4.4. Dela ledare nio och tio ca 10 cm och klipp av den där. Du ska nu ha ett kablage som ser ut enligt bild 4.5. I nästa pressövning ska vi ansluta ett DSUB-don i den andra änden. 4.3 Dragavlastningen snäppes fast Klipp av ledaren här 4.4 Flatkabelns nionde och tionde ledare delas 4.5 Det halvfärdiga kablaget Nämn två fördelar med pressning framför lödning. Hur är anslutning nummer 1 märkt på flatkabelhylsdonet? 17

18 Elmekanik Arbetsbok DSUBkontaktering För att kunna ansluta den andra sidan av kablaget till datorns kommunikationsport ska vi i denna övning pressa fast ett 9-poligt DSUB-hylsdon på flatkabeln. Plocka fram det halvfärdiga kablaget från förra övningen samt det 9-poliga DSUB-hylsdonet ur påse B. Placera flatkabeln över slitsarna på kontaktdonet enligt bild 5.1. Vänd ledaren med färgmarkeringen mot stift nummer 1. Låt flatkabeln sticka över ca 1 mm på en sidan av kon takt - do net. Kapitel 5 Utrustning EM1-påse B Det halvfärdiga kablaget från förra övningen Universalinstrument Pressverktyg eller en tång med breda käftar DSUB-donet känner man igen på att det liknar ett D. Det finns DSUB-kontakter med bl a 9, 15, 25 och 37 stift men i datorsammanhang är det vanligast med 25- eller 9-poliga kontaktdon. 5.1 Flatkabeln lägges på plats över slitsarna på DSUB-donet Sätt fast bommen över flatkabeln. Kläm ihop förbindningen först med händerna och sedan med ett pressverktyg eller en tång. Kläm ihop tills hullingarna snäpper fast. 5.2 Förbindningen klämmes ihop med hjälp av bommen 18

19 Ta bort pressverktyget och vik tillbaka flatkabeln över DSUBdonet. Trä på dragavlastningen och tryck försiktigt fast den enligt bild Dragavlastningen snäppes fast Ta fram ett universalinstrument och ställ in detta på resistanseller summermätning. Kontrollera att du har förbindning mellan stiften enligt ta bellen. D-Sub don IDC-don Klipps bort! 10 19

20 Elmekanik Arbetsbok Har du gjort fel får du kontaktera på nytt. Lossa då snäppfästena försiktigt med en liten skruvmejsel. Klipp av den del av le daren som varit kontakterad. Sätt fast kablaget på kretskortet enligt bild 5.4. Vilken skillnad är det mellan en kabel och ett kablage? 5.4 Det färdiga kretskortet med sitt kablage När du testat att förbindningen stämmer, be då din lärare att kontrollera ditt kort och kablage och när det är godkänt ska han skriva sin signatur här nedan: Signatur: Datum: 20

21 Funktionstest Nu har du förhoppningsvis ett färdigt kretskort framför dig och det är nu dags att se om det fungerar. Fråga din lärare efter en dator som kan anslutas mot Internet. Kontrollera vilken COM-port som är ledig på datorn. Kapitel 6 Utrustning Dator med ledig COM-port En dator på avdelningen med Internet-uppkoppling Anslut DSUB-hylsdonet till den lediga kommunikationsporten baktill på datorn. Skulle du inte ha någon 9-polig kontakt ledig måste du använda dig av en konverterare mellan en 25- och en 9-polig DSUB-kontakt. Koppla upp dig på Internet genom att använda t ex Netscape eller Explorer. Hämta ned programvaran från Internet genom att gå in på och klicka på Elevsida. Klicka på Installera programvara till Elmekanik och spara filen på din hårddisk. Installera programvaran på Elevsidan och följ anvisningarna på skärmen. Skriv gärna ut sidan med anvisningarna. Starta programvaran enligt anvisningarna och klicka på knapparna. Förhoppningsvis kan du nu styra lysdioderna från din dator. Skulle inget hända: Följ denna checklista och bocka av i rutorna. Har du vänt IC-kretsarna rätt? Fungerar de? Sitter rätt IC-krets på rätt plats? Är dioden D2 vänd åt rätt håll? Sitter rätt resistor och rätt kondensator på rätt plats? Är lysdioderna vända åt rätt håll? Den flata sidan mot kanten på kretskortet. Finns anslutning mellan rätt kontakter på kablaget? Ser lödningarna ordentliga ut? För Mjukvaran: följ anvisningarna på och klicka på elevsida. 21

22 Elmekanik Arbetsbok Med hjälp av en programvara och lite elektronik kan man på ett ganska enkelt sätt tända och släcka en lysdiod. Genom att ansluta ett relä till vårt kort skulle man kunna styra en större last från datorn, t ex en motor. (Tänk vad skönt att sitta tillbakalutad vid skärmen och låta t ex en dammsugare röra sig över golvet.) Eller varför inte styra något någon annanstans på jorden över Inter net. Tända en julgran på Manhattan i New York, starta en kaffe kokare i Moskva etc. Det är bara din egen fantasi som sätter gränserna för vad du kan åstadkomma med lite elmekanik. Var försiktig med att koppla på egen hand. Det är lätt att förstöra kommunikationsportarna på din PC. Om du är osäker, låt bli! En ruta för dig som vill veta mer: Kretskortet du nu har byggt är ett styrkort som kan anslutas till en dators kommunikationsport. Datorns kommunikationsportar är de som man vanligtvis ansluter mus och modem till. Datorn skickar en ström av signaler till porten så fort ett datorprogram önskar det. Denna signalström kommer till ditt kort via kontaktstift 5 på J1, se bild 3.4. Signalströmmen går in i IC3 vilket är en räknare. Vid varje förändring i signalströmmen (pulståget) räknar räknaren upp ett steg från 0 till 7. Dessa signaler kommer ut på ben 6, 11 och 14 på räknarkretsen IC3. Signalerna går in till en demultiplexer, vilket är en liten elektronisk omkopplare. Med denna omkopplare kan man välja vilken lysdiod som ska tändas, D3 till och med D10. Mer om dessa kretsar och hur de fungerar får du lära dig i kursen digitalteknik. EM1B J pol Stiftkontakt D2 1N4148 C2 100 nf R9 100 K R K R K IC C3 100 nf IC C4 100 nf D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 4 D10 R K R K 6.1 Kretsschemat över kort EM1b 22

23 Batteriladdaren Alla elektriska apparater kräver någon form av strömförsörjning. Antingen sker detta med ström från elnätet, eller med batterier eller som man gör i en del räknedosor och bärbara CD-spelare med solceller. Bensinmotorer har ofta en hjälpstart med ett batteri. Att ha en batteriladdare till hands när t ex bilen ska startas efter att ha stått still en längre tid är ofta nödvändigt. I den här delen av kursen Elmekanik kommer du att få grund läggande kunskaper i el och mekanik och dessutom bygga en automatisk batteriladdare. Denna batteriladdare upp fyller gällande CEnormer både vad gäller störningar och lågspänningsdirektiv. Kapitel 7 Utrustning BL 2000-påse 1 BL 2000-påse 2 BL 2000-påse 3 Nättransformator Verktyg Lödutrustning 7.1 Batteriladdaren 23

24 Elmekanik Arbetsbok Blyackumulatorn En blyackumulator används oftast som startbatteri för bilar, båtar och motorcyklar och är en lagringsplats för elektrisk energi. När en bil ska startas åtgår det elektrisk energi till att dra runt startmotorn och i sin tur bensinmotorn. När bensinmotorn har kommit upp i varv börjar bilens generator att ladda bilbatteriet och göra det redo för nästa start. Man kan säga att bilens generator tillför elektrisk energi som omvandlas och lagras i bilbatteriet som kemisk energi. Om bilen inte skulle starta är ett troligt fel att bilbatteriet är urladdat. Då behöver man överföra ny energi från elnätet till bil - batte riet. För detta behövs en batteriladdare. Texten 70 Ah som finns angivet på ett bilbatteri anger att batteriet kan leverera 70 ampere under 1 timme eller 35 ampere under 2 timmar osv. Växelström I våra vägguttag finns det växelström med en spänning på 230 volt och i regel är det en säkring på 10 ampere som matar en grupp vägguttag eller lampor. På en sådan gruppsäkring kan man ta ut en effekt på 2300 watt (P = U I). En spänning på 230 volt är tillräcklig för att driva en ström genom en människa med så stor strömstyrka att den är dödande! I nedanstående tabell visas några olika riktvärden för människans känslighet för elektrisk ström. 7.2 En blyackumulator Känselgräns för ström: Chock och muskelkramp: Hjärtkammarflimmer: Brännskador: 0,5 1 ma ma ma > 500 ma Exempel: Vid hög fuktighet eller hög salthalt kan en människas kroppsresistans vara ca 2000 ohm. Om denna person på något sätt kommer i kontakt med en växelspänning på 230 V kommer detta enligt Ohms lag att ge upphov till en ström I = U/R = 230/2000 = 0,115 A = 115 ma, dvs säkerligen hjärtkammarflimmer! Ta för vana att alltid kontrollera en gång extra när du arbetar med nätspänningar och att fråga din lärare så fort du känner dig osäker! 24

25 Nätspänningen i vanliga vägguttag i Sverige är som du nu vet 230 V växelspänning. Denna växelspänning har en växlingsfrekvens på 50 Hz, dvs 50 svängningar per sekund. Som du nu också vet kan denna spänning vara livsfarlig om en person kommer i beröring med den. En så hög spänning kan också ge ordentlig värmeeffekt som i en dålig förbindning eller kortslutning kan förorsaka brand. Som skydd mot brand är batteriladdaren försedd med skydd mot strömrusning in i apparaten i form av en säkring, F1 på trans formatorns primärsida. Plocka fram säkringen ur påse nr 1 och studera den noga. Säkringen består av ett glasrör med en tunn tråd som förbindelse inuti. Om strömmen i tråden blir större än den angivna märk - ström men, kommer tråden att smälta av och förbindelsen genom säkringen att brytas. Vid vilken ström kommer tråden att smälta av? F1 500 mat 7.3 En glassäkring och dess symbol Vad betyder det T som står tryckt på din säkring? Lägg tillbaka säkringen i påsen. Vår batteriladdare är utförd enligt skyddsklass 2 och monterad iso lerad från höljet. Spänningsförande ledningar är då skyddade från kontakt med höljet. Dessutom finns det en extra dragav lastning på själva kretskortet, se bild 7.4. Säkring Säkringshållare Skruvplint Extra dragavlastning 7.4 Ett av batteriladdarens kretskort Apparater som inte är utförda enligt skyddsklass 2 måste vara skyddsjordade. Då finns en speciell skyddsledare som kopplas till apparatens hölje (jord). Om en av ledarna i en jordad apparat råkar lossna, kommer strömmen att gå direkt till jord utan att passera genom dig och då går säkringen sönder. 25

26 Elmekanik Arbetsbok Transformatorn En batteriladdare är som regel nätansluten och består i sitt enklaste utförande av i princip en transformator, likriktare och strömbegrän sande resistor. Se bild. Transformator Likriktare Resistor AC 230 V AC 13 V DC 7.5 Principen för en batteriladdare Transformatorns uppgift är att transformera, dvs omvandla nätspänningen till en ofarlig spänning. I vårt fall ska vi omvandla nät - spänningen till en spänning kring 12 volt, vilket behövs för att ladda vårt bilbatteri. En transformator består av en sluten järnkärna, med ett antal lindningar av koppartråd. En enkel fulltransformator har två separata lindningar där det inte finns någon direkt förbindelse mellan lindningarna. Den ena lindningen kallas primärlindning och det är där den spänning som ska omvandlas ansluts. Den andra lindningen kallas sekundärlindning och från denna tas den omvandlade spänningen ut. Se bild 7.6. Primärlindning 230 V 50 Hz växelström Symbol N 1 U 1 U 2 N 2 Sekundärlindning 13 V 50 Hz växelström 7.6 Uppbyggnaden av en fulltransformator 26

27 Plocka fram transformatorn ur komponentsatsen. Du kan nu se anslutningarna till de olika lindningarna. Då vi i vårt fall vill sänka spänningen kommer primärlindningen att innehålla det största antalet varv och tråden kan vara lite klenare. På sekundärsidan då vi vill kunna ta ut stor ström vid liten spänning krävs grövre tråd och färre antal varv. Anslut en ohm-meter på de bägge lindningsparen och mät den resistans som primär- respektive sekundärsidans lindningar har, se bild 7.7. Primärlindning: Flest antal varv Klenare tråd Sekundär lindning: Minst antal varv Grövre tråd 7.7 Transformatorns primär respektive sekundärsidas resistans mäts Primärsidans resistans: Ω Sekundärsidans resistans: Ω Du bör nu ha klart för dig att primärsidans lindning är den vars ledningar är klenast och resistansen störst medan sekundärsidans ledningar är lite grövre och resistansen minst. Alla nätspänningsförande ledningar ska vara placerade på ena sidan om transformatorn på ett litet kretskort. Ta fram påsen, märkt nr 1, och plocka ut mönsterkort, skruvplint, säkring och säkringshållare. I denna påse finns även nätsladd, dragavlastning, 4 st plast di stanser och 4 långa plåtskruvar samt 2 st transforma tor bleck. Är mönsterkortet i denna påse enkelt eller dubbelsidigt? Vilken beteckning har säkringen på detta kretskort? 27

28 Elmekanik Arbetsbok Löd fast säkringshållaren och skruvplinten enligt nedanstående bild. Sätt säk ringen på plats. Skruvplint Säkring Säkringshållare Kretskort 7.8 Säkringshållaren och skruvplinten monteras på kretskortet Ta fram de fyra plastdistanserna, plåtskruvarna samt trans for - m atorblecken. Placera transformatorblecken så att de hålls på plats när skruvarna sätts i. Se bild Transformatorblecken sätts på plats För 2 st plåtskruvar igenom kretskortet och ned genom transformatorn. Möt skruven med plastdistansens mindre hål och skruva ned skruvarna, se bild 7.9. Kontrollera att transformatorblecken sitter på plats. 28

29 Gör sedan likadant på andra sidan. På lågspänningssidan skruvar du tillfälligt fast distanserna så att transformatorn står stadigt när plåtpaketet skruvas ihop. Ditt transformatorpaket ska nu se ut som bilden visar Kretskortet är monterat på transformatorn Den tunna tråden hos primärlindningen måste hanteras med stor försiktighet så att den inte går av. Tråden är också belagd med skyddslack som måste skrapas av när den ska anslutas till kretskortet. Om tråden inte är lackad och inte förtennad i sina ändar, måste du göra följande: Skrapa försiktigt med en kniv och förtenn änden så att du kan se att tråden blir belagd med tenn runt om. Se bild Skrapa eventuellt av skyddslacken med en kniv innan du förtenner änden 29

30 Elmekanik Arbetsbok Koppla in primärlindningen och löd fast den på kretskortet enligt bild Primärlindning 7.12 Primärlindningen monterad på kretskortet Eftersom primärtrådarna leder nätspänning måste de vara försedda med isolerslang. Batteriladdarens elschema ser du i bild NTC R R15 5K D1 D3 D2 D4 R9 2K2 C1 100 nf Q1 BC557 R1 100 D7 5V6 Q2 BD708 C2 100 nf R ,6 W R2 1K8 Q5 BU426A D6 1N4148 R8 1K D5 1N4148 R6 470 Q3 BC557 R5 270 R7 680 R F2 12 V TR1 230 V 50 Hz F1 500 mat SW1 MAN/AUT Q4 BC547 R3 5K6 D8 3V9 + C3 100 μf R Schemat över batteriladdaren Vilken beteckning i schemat har transformatorn och säk ringen? Transformator: Säkring: 30

31 Inkoppling av nätkabel För att vi ska kunna ladda bilbatteriet med ström från nätet måste vi ansluta laddaren till nätspänning. Nätkabeln utgörs av en tvåledare eftersom apparaten utförs enligt skyddsklass 2 och ska därför inte ha någon separat skyddsledare. Plocka fram kabel och dragavlastning och stick kabeln igenom dragavlastningen enligt bild Nätkabel Dragavlastning 7.14 Nätkabel och dragavlastning monteras Låt dragavlastningen sitta löst på nätkabeln tills det är dags att montera transformatorn i lådan. Skala nätkabeln så långt att de enskilda ledarna kan träs genom ledarfixeringen på kretskortet i en mjuk böj innan de skruvas fast i plinten. Se bild Observera att de inkommande nätledningarna ska skjutas in i slitsarna för att de inte ska komma i kontakt med höljet om de lossnar från plinten. Ledningarna som ansluts till plinten får inte ha lödda trådar eftersom trådens elasticitet då försvinner och de kan lossna lättare. Mätövning på transformatorn Vi ska nu göra en mätning och kontrollera transformatorns tomgångsspänning. För denna mätning är det viktigt att du ansluter transformatorn till en skyddstransformator med inbyggd jordfelsbrytare. Sätt i glassäkringen i säkringshållaren om detta inte redan är gjort Nätkabeln sitter på plats i den extra dragavlastningen OBS! Sätt lite isolertejp över säkringshållaren så att du inte kommer åt nätspänningen medan laborationerna på transformatorn utförs. 31

32 Elmekanik Arbetsbok Anslut ett universalinstrument till sekundärlindningen och ställ in instrumentet på minst 50 V AC (växelspänning). Se bild Universalinstrumentet anslutet till sekundärlindningen Anslut nätkontakten till skyddstransformatorn och slå på spänningen och läs av transformatorns utspänning på instrumentet. Vilken spänning visar instrumentet? U sekundär = volt Transformatorn har således sänkt en växelspänning på 230 volt till ungefär 13 volt. Fortfarande har vi växelspänning. Vi ska se hur denna växelspänning ser ut på ett oscilloskop. Oscilloskopet Ett oscilloskop är ett instrument med vilket man kan se spänningsvariationer längs en tidsaxel. Ta fram ett oscilloskop och anslut ingång A (Y1) till sekundärlindningen, se bild Oscilloskopet anslutet till sekundärlindningen 32

33 Ställ in spänningsförstärkningen (V/DIV) till ca 10 V per ruta och tidsratten (TIME/DIV) till ca 5 ms per ruta. Här kan du se hur vår vanliga nätspänning ser ut även om den inte är mer än 13 volt ut från själva transformatorn. Spänningen går upp och ner med en viss hastighet och kurvans form brukar man kalla en sinuskurva. Om du först räknar ut- på oscilloskopets skärm hur många rutor det är mellan den lägsta och högsta punkten på kurvan får vi fram topp-till-toppvärdet. Antalet rutor: st multiplicerat med 10 V per ruta ger: volt topp-till-topp Om du är obekant med hur ett oscilloskop fungerar, får du be din lärare om hjälp. Utförligare beskrivning av oscilloskopet får du i kursen Elkunskap. Beräkna nu avståndet mellan två toppar på kurvan. Detta avstånd kallas en period. Beräkna sedan periodtiden T. Antalet rutor: st multiplicerat med 5 ms per ruta ger periodtiden T = ms 1 ms betyder 1 millisekund och är det samma som en tusendels sekund. T = sekunder När du har beräknat periodtiden T i sekunder kan du beräkna frekvensen. Frekvensen f = 1/T. Frekvensen mäts i hertz, Hz. Beräkna frekvensen. Frekvensen f = Hz Frekvensen är således 50 hertz, vilket är den vanliga nätfrekvensen i Europa. I t ex USA är frekvensen 60 Hz. Koppla bort nätspänningen till transformatorn. Vi har sett att spänningen är både negativ och positiv. För att ladda ett batteri eller mata andra likspänningsapparater är detta inte användbart. Vi måste se till att bara den positiva halvperioden kommer fram. För detta ändamål kan en komponent som heter diod användas. Dioden Dioden låter bara ström passera genom på ett håll. Dioden har två anslutningar, vilka kallas anod och katod, se bild Plocka fram en diod ur BL2000-påse nr 2, det finns 4 st lite grövre dioder i påsen, ta upp en av dessa. Studera den noga och undersök vilken sida som är anod respektive katod. Studera schemat över batteriladdaren i bild 7.13 på sidan 30. Hur många vanliga likriktardioder med symbol enligt bild 7.18 kan du se i bild 7.13 på sidan 30? Katod Anod

34 Elmekanik Arbetsbok Dioder behöver en viss spänning för att öppna. För den typ av dioder vi använder i byggsatsen är denna spänning ca 0,7 volt. För att se hur en diod kan spärra för en spänning i backriktningen ska vi koppla in en diod i ena ledningen från transformatorn. Halvvågslikriktning För att se hur halvågslikriktningen går till ska du nu koppla in en diod i serie med den ena utgången på sekundär lindningen. Vi använder den likriktardiod ur påse nr 2 som vi tittade på förut. Anslut dioden som bild 7.19 visar. Du ska också ansluta en resistor på 5k6. Resistorn på 5k6 betyder att värdet är på 5,6 kohm, dvs 5600 ohm. Denna resistor finns i påse nr 2 och har färgmarke ringen GRÖN, BLÅ, RÖD samt GULD. (Mer om resistorer lite senare under kursen.) 7.19 Dioden ansluten som en halvvågslikriktare till transformatorns sekundärsida. Anslut oscilloskopet med samma inställning som förut. Anslut transformatorn till nätspänningen. Du bör nu få en oscilloskopbild som liknar den i bild Toppvärde ca 18 V 7.20 En diod inkopplad ger halvågslikriktning 34

35 Om du inte får fram en likadan bild måste resistorn på 5,6 kohm bytas till en resistor med högre resistans, så att det går ström genom dioden. Be din lärare om hjälp! På oscilloskopskärmen ser du nu att den negativa halvperioden inte finns med längre. Den spärras av dioden. Nu är topp-till-toppvärdet hälften mot förut, pga att det endast är den positiva halvperioden som finns kvar. Vi har fått fram en likspänning och kan ta ut en likström som kan ladda batteriet. Vi ska kontrollera detta genom att ansluta ett bilbatteri till dioden och se hur mycket ström batteriet kan ta emot. Gör en uppkoppling så som bild 7.21 visar. Dioden du ska använda är den samma som du använt förut, dvs den lite grövre svarta laddning av ett bilbatteri med halvvågslikriktad spänning Ställ universalinstrumentet på strömmätning i 10 A-området. Anslut nätsladden till nätspänning. Vilken ström laddar du ditt batteri med? Uppkopplingen som visas på bilden innehåller en amperemeter som är inställd för mätning av likström. Beroende på batteriets kon dition och nätspänningens storlek kommer batteriet att laddas med 1 till 4 ampere. 35

36 Elmekanik Arbetsbok På nedanstående oscilloskopsbild kan du se både spänning och ström till batteriet. Du behöver inte själv koppla in ditt oscilloskop, utan det räcker med att du tittar på bilden. Se bild Spänning Ström 7.22 Ström och spänning under laddning av batteriet Den höga kurvan visar spänningsfallet över amperemetern och den visar att strömmen bara matas in i batteriet under den tid spänningen befinner sig över 15 volt. På spänningskurvan kan du se en liten höjning samtidigt som strömstyrkan är hög. Tyvärr matas bara ström in i batteriet under den positiva halvperioden. Det går att förbättra funktionen vid likriktningen genom att även likrikta den negativa halvperioden till plusspänning. Detta kräver att vi använder ytterligare 3 dioder. Då får vi helvågslikriktning. Helvågslikriktning Helvågslikriktning är som namnet antyder en likriktning av hela vågen, dvs hela sinussignalen likriktas. I bild 7.23 kan du se hur en helvågslikriktare är uppbyggd med fyra stycken dioder. Oavsett om strömmen är positiv eller negativ på ingången kommer en likriktad ström ut på dess utgång. Växelspänning positiv halvperiod ~ ~ Likspänning Växelspänning negativ halvperiod + ~ ~ + Likspänning En helvågslikriktare är oftast uppbyggd med fyra stycken likriktardioder 36

37 Den del i kretsschemat som innehåller helvågslikriktaren ser du i bild V 50 Hz TR1 D3 D1 Ut D4 D2 F1 500 mat 7.24 Likriktardioderna i batteriladdaren För att studera skillnaden mellan hel- och halvvågslikriktning ska du nu montera likriktardioderna och plintarna på kretskortet. Plocka fram påse nummer 2 och ta fram de stora svarta dioderna, 2 st plintar samt det stora enkelsidiga mönsterkortet. Montera dioder och plintar enligt bild Montering av dioder och plintar på kretskortet Löd fast komponenterna och kontrollera dina lödningar. Om du skulle misslyckas med en lödning måste du använda dig av en tennsug eller lödfläta för att plocka bort överflödigt tenn. Axiella komponenter, dvs där komponenterna sticker ut åt båda håll ska bockas så att benen får en bock på 90 grader, se bild Använd en spetstång och se till att bocken kommer så att benen kan stickas ned i hålen utan att de spänner åt något håll. Tänk på att vända dioderna rätt så att sidan med det vita strecket, katoden, kommer åt det håll som bilden visar Med en tång bockar du försiktigt benen på komponenten 37

38 Elmekanik Arbetsbok Bockningen görs av två skäl: För det första kommer inte kom ponentbenen att ge en brytning i komponentkroppen och för det andra kommer värmespänningar lättare att tas upp av det bocka de benet. Montera den kombinerade kylplåten och hållaren för kretskortet enligt bild Plåtskruvarna hittar du i påse nummer 3. Plåtskruv 7.27 Kretskort och kylplåt monteras fast med två plåtskruvar Nu ska du montera kylplåten, som även är hållare för kretskortet på trans for matorns lågspänningssida, primärsidan. Studera bild Lossa de två skruvarna som håller plast distanserna på undersidan av transformatorn och trä dem sedan genom hållaren. Skruva fast skruvarna i plastdistanserna igen. Koppla transformatorns sekundärled ningar till plinten märkt TRAFO på kretskortet enligt bild Var noga med att kontrollera att ledningsändarna är ordentligt aviso lerade innan du ansluter dem till plinten. Var försiktig när du trär ledarna igenom hålet på monteringsplåten och se till att dessa inte ligger an mot plåten så att isoleringen kan ta skada. Plinten är en typ av snabbplint där det kan gå att skjuta in ledarna direkt, men det underlättar om en smal skruvmejsel sticks in i springan framtill på plinten och därefter vinklas uppåt Transformatorns sekundärledningar ansluts till plinten på kretskortet 38

39 Anslut oscilloskopet enligt bild R 7.29 Oscilloskopet ansluts till utgången på likriktaren Anslut nätspänning till transformatorn. På samma sätt som vid halvågslikriktning kan du behöva belasta dioderna med en 5 till 10 kohms resistor. Nu kommer oscillo skopsbilden att se ungefär ut som nedan Utspänning från en helvågslikriktare Som du kan se har den negativa halvperioden vänts upp till den positiva sidan. Om vi laddar batteriet med denna spänning kommer laddningsströmmen att bli högre. Vilket är bra med tanke på laddningstiden. 39

40 Elmekanik Arbetsbok Anslut batteriets pluspol till diodernas plusutgång och plintens minusutgång ( 12V) till minuspolen med en inkopplad amperemeter enligt bild Mätning av laddningsströmmen vid helvågslikriktning Hur stor blir laddningsströmmen den här gången? Har strömmen ökat eller minskat jämfört med förra mätningen, då du laddade med en halvvågslikriktare? På oscilloskopet kan vi nu se en bild av laddningsströmmen. Som du även kan se i bild 7.32 måste spänningen stiga till batteriets ladd ningsspänning innan det börjar gå någon ström till batteriet. Spänningen över batteriet stiger något när strömmen går in i batteriet. Plocka fram ditt kretskort och diod D6 ur påse nummer 2. Diod D6 är en glasdiod med nummer 1N4148 tryckt på dess ovansida. Se efter på kretskortet var diod D6 ska sitta. Bocka benen på dioden med en spetstång. Löd fast dioden på sin plats på kretskortet. Kontrollera dina lödningar Batteriladdning vid helvågslikriktning Sammanfattning Vid halvvågslikriktning räcker det med en diod i serie för att få fram en likspänning. Tyvärr ger detta endast spänning under en halvperiod hos en växelspänning. Till helvågslikriktning behövs fyra dioder, här ger både den negativa och positiva halvperioden positiv spänning. Detta är alltså en mer effektiv likriktningsmetod. 40

41 Glätting av likspänning Som du såg vid både halv- och helvågslikriktning är inte utspänningen konstant. Den varierar från 0 till ett toppvärde kring ca 18 V. De flesta likspänningsdrivna apparater behöver en jämnare likspänning än den vi hittills åstadkommit. Det behövs en komponent som kan hålla kvar spänningen mellan spänningstopparna. En sådan komponent är kondensatorn. Kondensatorn fungerar ungefär som ett bilbatteri och kan hålla kvar inladdad ström och spänning. Skillnaden är hur lagringen sker. En blyackumulator lagrar energin kemiskt med syra och blyplattor, medan en kondensator utnyttjar ett elektriskt fält mellan le dande ytor. En ackumulator kan lagra stora mängder energi, medan en kondensator endast kan uppta små energimängder. + En kondensator och dess symbol Plocka fram elektrolytkondensatorn ur påse nummer 2. Kondensatorns förmåga att lagra laddning kallas för kapacitans och mäts i enheten farad, F. Detta är en mycket stor enhet och därför finns det nästan alltid ett prefix som anger hur stor del av en farad som kondensatorvärdet är. Prefixet när det gäller kondensatorer är oftast: Prefix Uttalas μ mikro / n nano / p piko / Avläs värdet på den kondensator som du har framför dig på arbetsbänken. Kondensatorns värde: μ Farad Rita in kondensatorns poler med ett minus- och ett plustecken i bild Elektrolytkondensatorns polaritet Den kondensator du har framför dig på arbetsbänken är en elektrolytkondensator. Denna kondensator har en positiv och en negativ pol. Minuspolen är oftast markerad med ett svart streck. 41

42 Elmekanik Arbetsbok Koppla in kondensatorn och oscilloskopet enligt bild 7.34 a. Tänk på att ansluta kondensatorn med rätt polaritet a Inkoppling av en kondensator efter helvågslikriktaren Som vi ser i oscilloskopsbilden i bild 7.34 b har vi nu en riktig likspänning. Detta visas genom att spänningen inte går ner till noll volt längre. Spänningen hålls uppe med hjälp av kondensatorn. Man säger att spänningen glättas. Studera ritningen över batteriladdaren i bild 7.35 på följande si da. Hur många kondensatorer kan du se på denna ritning? Vilka beteckningar har de? Hur många av dessa är polariserade, dvs har en plus- och minussida? 7.34 b Spänningen efter helvågslikriktning och glättning 42

43 NTC R D1 D2 R9 2K2 D3 D4 Q1 BC557 C1 100 nf TR1 230 V 50 Hz F1 500 mat SW1 MAN/AUT 7.35 Ritning över batteriladdaren I vissa äldre kopplingsscheman har transistorerna beteckningen Q. Numera betecknas nästan alltid transistorer med T R1 100 D7 5V6 R15 5K Q2 BD708 C2 100 nf R ,6 W Q4 BC547 R2 1K8 R3 5K6 Q5 BU426A D6 1N4148 R8 1K D5 1N4148 R6 470 Q3 BC557 D8 3V9 R C3 100 μf R7 680 R R4 220 F2 12 V 43

44 Elmekanik Arbetsbok Resistorn Nästa komponent som vi ska undersöka är resistorn. En resistor används i en elektrisk krets antingen som strömbegränsare eller spän ningsdelare. En resistor är en tämligen enkel komponent, som kan jämföras med att man gör ett litet veck på vattenslangen när man vattnar en blomsterrabatt. Ju högre vattentrycket (spänningen) är, desto kraftigare måste brytningen av slangen (resistorns motstånd) vara för att minska vattenströmmen. En resistors motstånd mot strömmen mäts i Ω, ohm. Detta är för elektroniska krestar en mycket liten enhet. Därför används precis som för kondensatorer ett prefix, vilket gör det lättare att ange resistansen. Prefixet när det gäller resistorer är oftast: Prefix Uttalas k kilo M mega En resistor och dess schemasymbol Resistorers märkning utgörs oftast av ett antal färgband (4, 5 eller 6 st) runt motståndskroppen. Tabeller över dessa finns i Faktaboken. Sambandet mellan ström, spänning och resistans är fastställt med Ohms lag. Läs om denna i Faktaboken. Studera kopplingsschemat över batteriladdaren på sidan 43. Fyll i nedanstående tabell med de färgkoder och den resistans som resistorerna har. Resistorernas värden är angivna i ohm. 1k betyder 1 kω och 2k2 betyder 2,2 kω. Färgkod Resistor Resistans (Ω) Band 1 Band 2 Band 3 Band 4 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R Eftersom den ström som går genom resistorn skapar värmeutveckling, måste det finnas tillräckligt stor värmeavledande yta hos re - sis torn så att värmen kan ledas bort. Vissa resistorer är därför stör re än andra. Värmeutvecklingen mäts i watt och beräknas genom att man multiplicerar strömmen genom resistorn med spänningen över den. Om vi i vårt fall räknar med att ta ut en ström på 1 ampere vid 18 volt blir effekten P = U I, dvs P = 18 1 = 18 watt. 44

45 Resistorer finns i olika storlekar från 1/8 W, 1/4 W, 1/2 W, 1 W osv upp till hundratals watt. Betrakta schemaritningen igen, bild Resistor R12 är en resistor som klarar lite högre effekt än de andra resistorerna. Vilken effekt klarar denna resistor? Tänk på att alltid ersätta en trasig resistor med en som är av samma typ och har samma effekttålighet. Annars är det lätt att resistorn fattar eld. Plocka fram ditt kretskort och resistorerna ur påse nummer 2. Se efter på kretskortet var resistor R1, R8 och R12 ska sitta. Sätt en blanktråd vid beteckning R11 på kretskortet. En blanktråd kan t ex vara ett avklippt komponentben. Bocka benen på resistorerna och blanktråden med en spetstång precis som du gjorde med dioderna tidigare under bygget. Löd fast resistorerna och blanktråden vid R11 på sina platser på kretskortet. Kontrollera dina lödningar. Sammanfattning I detta avsnitt har vi sett att det går att använda en transformator för att förändra nätspänningen. Vi har använt dioder för att likrikta växelspänningen till likspänning. Med denna enkla anordning kunde vi ladda ett batteri. Vi kopplade även in en kondensator för att jämna till likspänningen. Eftersom vi redan kunnat ladda en blyackumulator kan det ju tyckas att vi borde vara klara med batteriladdaren, men i nästa kapitel ska vi ta upp varför det bör vara lite fler komponenter i vår laddare. Laddningsövervakning Enklare och äldre batteriladdare kan vara inkopplade tills batteriet är fulladdat. Därefter omvandlas laddningsströmmen till värme och batteriet kommer att koka torrt. Därvid förstörs batteriets celler och det blir obrukbart. I en modern batteriladdare kontrolleras laddningsspänning och ladd ningsström hela tiden under laddningen. När batteriet är fullad dat avbryts laddningen automatiskt, och när batteriets polspänning sjunkit under ett visst värde startas laddningen igen. Eftersom det även finns risk att laddarens batteriklämmor kortsluts eller ansluts med fel polaritet bör batteriladdaren ha någon krets som avkänner detta, och i så fall bryta laddningsströmmen. I den batteriladdare du bygger används en transistor för att stänga av strömmen vid kortslutning eller vid felaktigt inkopplade batteriklämmor. 45

46 Elmekanik Arbetsbok Transistorn En transistor är en elektrisk komponent som kan kontrollera en stor ström med en liten styrström. När pilen är riktad som på bilden, dvs utåt, är det en NPN-transistor. Om pilen är riktad inåt är det en PNP-transistor. Bas Kollektor a) Emitter 7.38 En effekttransistor och dess symbol b) + SW Transistorns funktion som strålkastarswitch I bild 7.39 a och b ser du en koppling där ett litet ficklampsbatteri på 1,5 volt kan tända och släcka strålkastarlampan på en bil. I bild 7.39 a är transistorns bas inte inkopplad. I detta fall spärrar transistorn och lampan är släckt. För att tända lampan måste en liten ström ledas in via basen på transistorn. Spänningen måste vara minst ca 0,6 V. När det flyter en liten basström kommer transistorn att bottna (leda) och strålkastaren att tändas som bild 7.39 b visar. Man säger att vi fått en strömförstärkning. Fördelen med en transistor framför ett relä är att den saknar rörliga delar och att den reagerar oerhört snabbt. Dessutom kan den göras mycket liten om den bara ska klara små strömmar, som t ex i en dator. Plocka fram transistorerna Q5 och Q2 ur påse nummer 2. Q5 är BU426 och Q2 är BD708. I batteriladdarens schema, bild 7.41, ser du att transistor Q5 ligger direkt i serie med plusmatningen till batteriet. Detta är en mycket kraftig transistor som tål stora strömmar. Det är viktigt att transistorn tål hög ström eftersom laddningsströmmen kan bli uppemot 5 A och vid kortslutning betydligt högre. Vid denna höga ström blir tran sistorn mycket varm. Bägge transistorerna Q5 och Q2 ska därför monteras på en kylplåt. 46