Transcript ppt

Tuljava
• Uporabnost tuljave? Dušenje tokovnih sunkov.
• Izdelava tuljave, izvedbe brez ali z jedrom
• Induktivnost tuljave L:
– iz elektriških veličin L=Φ/I
– iz dimenzij ter materiala jedra, daljša ravna tuljava
dolžine l: L = μ N2 A/l
• Feromagnetno jedro povzroča nelinearen odnos med
Φ(I) oz. B(H) (glej magnetenje)
Magnetenje, histerezna zanka
B
I
nasičenje
Br
-Hc
U
prvo magnetenje
0
nasičenje
+Hc
H
Kako računamo fazni kot φ?
•
•
•
•
Izračun impedance
Poleg faznega kota φ bomo računali tudi tok
Realen kondenzator (C in R)
Realna tuljava (L in R)
Fazni kot φ z vektorji (kazalci)
Na tuljavi se napetost pojavi pred
tokom (napetost prehiteva tok)
Na uporu se tok pojavi skupaj z
napetostjo (tok je v fazi z napetostjo)
TULJAVAU L
IL
φ=90º
UPOR
φ = 0º
eLi
IR
UR
!!! dolžine vektorjev so vrednosti konica-nič (polovica konica-dno)
Primer: zaporedna vezava R in L in kot φ
• Vsota napetosti je tudi vektor U R  U L
• Pojavi se kot φ med vsoto napetosti in skupnim
tokom
UL
U R U L
φ=?

UR
IL  IR
tg 
nasprotiležna k . U L


priležna k .
UR
I L X L X L 2 f L


IR R
R
R
 2 f L 
  arctg 

 R 
Primer: zaporedna vezava R in L
• U= 440V, R = 90Ω, L = 300mH, f = 60Hz
|Z|
XL
U
I

Z
U
R2  X L2

U
R 2   2 fL 
440V

2


R
440V
8100  (113) 

3 Vs 
 90    2 60  300 10

As 

440V
440V


 3, 05 A
2
2
144
8100  12769
2
2
φ
2
2
2

Fazni kot φ z vektorji (kazalci)
Na kondenzatorju se tok pojavi pred
napetostjo (tok prehiteva napetost)
Na uporu se tok pojavi skupaj z
napetostjo (tok je v fazi z
napetostjo)
iCe
IC
KONDENZATOR
φ=90º
UPOR
φ = 0º
UC
IR
UR
!!! dolžine vektorjev so vrednosti konica-nič (polovica konica-dno)
Primer: vzporedna vezava R in C in kot φ
• Vsota tokov je tudi vektor I R  IC
• Pojavi se kot φ med vsoto tokov in skupno
napetostjo
IC
I R  IC
φ=?
nasprotiležna k. I C
tg 


priležna k.
IR

IR
UC  U R
UC R
XC UR
R

 2 f CR
XC
  arctg  2 f CR 
Primer: vzporedna vezava R in C
• U= 440V, R = 90Ω, C = 3μF, f = 60Hz
2
1
2
1  1 
1
I U
U   
  U     2 fC  
Z
 R   XC 
R
2
2
1/|Z|
2
2
 1  
6 sA 
 440V 
   2 60  3 10
 
sV 
 90  

1
5
 440V

113

10
8100 2

2
A2

2
V
1/XC
φ
1/R
2
1, 235 4
6 A
2
 440V
10

1,
279

10

440

1,17

10
A  5,15 A
2
2

V
Pojavi v magnetnem polju
• Magnetizem očiten s feromagnetiki
• Snov v magnetnem polju, spet sila!
Močna!
• Elektromagnet, magnetenje
– (hysteros) če narašča H ali narašča tudi B?
–
Ali poznate kakšno napravo z elektromagneti? Kako deluje?
• Snovi glede na odziv na magnetno
polje – v čem je praktična razlika? Namagnetenost,
ki ostane; razmagnetljivost v različnih H
• Ena tuljava vpliva na drugo –
medsebojna induktivnost
Elektromagnetna indukcija
Φ .. magnetni pretok (Vs)
• Magnetni pretok Φ
• Zakon o magnetni indukciji
Faraday 1831
H .. magnetna poljska jakost (A/m)
B .. gostota magnetnega pretoka (T)
(preberimo formulo kot
jasen stavek)
• Lenz
je tudi v električni indukciji
videl konzervativnost narave
• Zakaj vrtinčni tokovi?
• Induktivnost je lastnost
(dušilke), kapacitivnost je lastnost …
• Uporabnost
elektromagnetne
indukcije
ui 
d
dt
Elektroenergetsko omrežje
• Veriga oz. medsebojna povezanost
– generiranje
• http://new.wvic.com/index.php?option=com_content&task=view&id=9&Itemid=46
– transformiranje
– prenos (daljnovodi)
– uporaba električne energije
Generiranje električne energije
• Kako dobim največjo električno moč iz izvora?
(Teorem o maksimalnem prenosu moči)
• Električna energija
(stran v angleščini)
– zakon o ohranitvi energije,
– priročni generator (film v angleščini)
– gorivne celice
• Iz kinetične: spomnimo se zakona o indukciji
– generiranje 1 Ws
– izvori (simulacija) izmenične in enosmerne napetosti
• Za senzorje:
– iz toplote: termoelektrični pojav
(termočlen) (stran v angleščini)
– iz svetlobe: fotoelektrični pojav
(polprevodnik) (stran)
Transformiranje električne
energije
• Transformiranje sledi generiranju
– enaka navidezna moč: pri višjih sek. napetostih manjši tokovi
• Transformacija pomeni spremembo
– električno polje –
el. tok - magnetno polje – električno polje – el. tok
• Deli transformatorja in delovanje dve tuljavi in jedro
• Zakaj moč na primarni strani ni enaka moči na
sekundarni?
• (toplotne) izgube v žicah PCu, feromagnetnih jedrih PFe
• navidezni moči sta približno enaki UprimIprim ~ UsekIsek
• Delovni moči kot UprimIprimcosφprim UsekIsekcos φsek
• Posebne izvedbe
galvanska ločitev?
za galvansko ločitev – kaj pomeni izraz
Prenos električne energije
• Prenos električne energije (simulacija)
Zakaj znašajo napetosti:
ob generiranju (6,3 kV)?
med prenosom ( do 400 kV)?
za domačo uporabo (230 V)?
Uporaba električne energije
• Vidiki uporabe električne energije
– varnost (varovalke ščitijo nas in naprave)
– vrste uporabe
– posebne zahteve (vodotesnost, odpornost proti redukciji in oksidaciji –
elektrokemijski potencial)
– zagotavljanje neprekinjene energijske oskrbe
– učinkovitost uporabljenih naprav
• (dobra praksa) če je dopustni tok varovalke manj kot 2% nad skupnim
tokom nanjo priključenih porabnikov, moramo povezave izvesti z
naslednjim debelejšim kablom.
(Marine Electrical Basics Workbook, str. B7-3)
• SKUPEN TOK vseh varovalk je preračunan na moč (tok pri napetosti
omrežja), ki jo je sposoben dajati izvor.
Motor na izmenični tok, Patent Nikole Tesle
Uporaba električne energije
• Dopustni toki glede na presek žic
140
2 žili, PVC, dopustno segrevanje 70°C
3 žile, PVC, dopustno segrevanje 70°C
120
Nazivni tok ( A )
100
80
60
40
20
0
0
10
20
30
Površina preseka žice ( mm2 )
40
Uporaba električne energije
p .. močnostna gostota (W/m3)
• Učinkovita raba, izkoriščenost
sistema
• Izkoristek
• Jouleov zakon (džul) (Joule, predstavitev v angl.)
• Posledice Jouleovega zakona izgube (pri prenosu, uporabi)
J2
2
• Raba po področjih
P  I R podobnosts p 

– gospodinjstvo (žarnice, sijalke – večji tok
ob vžigu, omejitev toka z dušilko, sicer kratek
stik)
– industrija (motorji na izm. tok, večji tok
ob zagonu)
– promet (motorji na enosmerni tok:
hibridna vozila)
Sklepi
• Zapomnimo si
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
tuljava (zračna/z jedrom, linearen/nelinearen odnos)
induktivnost, izračun za dolgo tuljavo
magnetenje in histerezna zanka
sila v električnem in v magnetnem polju
izračun toka v dvoelementnem vezju
izračun faznega kota φ s kotnimi funkcijami
zakon o magnetni indukciji
generiranje električne energije
transformator, transformiranje električne energije
prenos električne energije
uporaba električne energije in izkoristek naprav