Transcript ppt dan 2

Sprehod po poglavjih
•
•
•
•
Elektrostatika
Elektrodinamika
Elementi električnega tokokroga
Veriga generiranja, transformiranja in
uporabe električne energije
• Elektronika v prometu
• Osnovni pojmi regulacije v prometu
P .. moč (W)
Elektrodinamika
W .. energija (Ws)
I .. tok (A)
J .. tokovna gostota (A/m2)
• Delo (moč, energija)
• Tokovna gostota J
• Torej: premikajoči se električni naboji električni tok: če se naboj v nekem območju
spremeni za 1 kulon v 1 sekundi, zaznamo tok 1
amper
•
•
Jakost električnega toka (ploskovni integral!)
Kratek stik – kaj je to?
J  nqvd
 
I   J  dS
S
• Materiali (kako kovine, kako plini, kapljevine) pod
•
vplivom električnega toka – prevajajo
Galvanski toki vsepovsod!
in se
grejejo
• Magnetizem in električni tok sta povezana
Oerstedov ponesrečen poskus je prinesel zamisel !)
• Pojav sile med tokovodnikoma
• Meissnerjev pojav – superprevodnik v
magnetnem polju
F
0 I1 I 2l
2 d
I
J
A
Elektrodinamika
R .. upornost (Ω)
ρ .. spec. upornost (Ωm)
γ .. spec. prevodnost (Sm)
• Iz elektrostatike v elektrodinamiko
tokov, se pojavijo napetosti, ki poženejo toke
namesto (visokih) napetosti brez
• Ohmov zakon (v izvorni obliki)
• Električna upornost R izražena na dva načina
U
I

I
U
S
• Moč P
–
–
1zW (10
1pW (10
d2
4
I
l
W, povprečna moč radijskih signalov (s planeta Jupiter) sprejeta na Zemlji z 70-metrsko anteno )
-12
W, moč človeške celice)
• Kirchoffova izreka
zanke in
vozlišča
l
S
-21
• Joulov zakon
–
–
J  E podobnost z
Wel  I 2  R  t
1
U
R
Elektrodinamika
f .. frekvenca (Hz)
φ .. fazni kot (°)
Največja napaka, ki sem jo storil je, da
sem se mučil z razvojem uporabe
enosmernega toka namesto
izmeničnega.
Thomas Alva Edison, tik pred smrtjo
Izmenični tok
• Ukd (Vpp), Usr (Vavg), Uef (VRMS)
• Perioda, frekvenca (risanje diagramov)
• Obnašanje upora in začasnega shranjevalnika el.
energije (kondenzatorji, tuljave) v najenostavnejšem enosmernem in
izmeničnem tokokrogu
• Fazni kot (časovni zamik med vzbujanjem in odzivom = tokom in napetostjo
na kondenzatorju oz. napetostjo in tokom na tuljavi)
Nikola Tesla (Smiljan) izumitelj, sprevidel prednosti izmeničnega toka pred
enosmernim za prenos in uporabo električne energije
Sprehod po poglavjih
•
•
•
•
Elektrostatika
Elektrodinamika
Elementi električnega tokokroga
Veriga generiranja, transformiranja in
uporabe električne energije
• Elektronika v prometu
• Osnovni pojmi regulacije v prometu
Tuljava
• Uporabnost tuljave? Dušenje tokovnih sunkov.
• Tuljava: na cev navijemo kos žice, tuljava ima včasih
jedro iz feromagnetnega materiala
• Induktivnost tuljave L izražena na dva načina
2
N
A


l
I
iz elektriških veličin
iz dimenzij ter materiala jedra,
daljša ravna tuljava dolžine l z N ovoji
• Feromagnetno jedro povzroča nelinearen odnos
med Φ(I) oz. B(H) (glej magnetenje)
Kondenzator, upor in tuljava
Q
I
R
C
U
U
Φ
L
I
izmeničnega
Elementi električnega tokokroga
• Periodično vzbujanje
• Elementi, ki jih vzbujamo, se odzivajo
(periodično vzbujanje povzroča periodični odziv)
• Odziv zaostaja za vzbujanjem
t
  360 
T
(preračun časa v fazni kot φ s pomočjo periode T)
(upor se odzove s φ =0, torej brez zakasnitve)
• Fazni kot v prometu
primer vzbujanje: gorenje zelene
luči na semaforju in odziv: pretok vozil čez črto stop)
• Kondenzator
povzroča odz. i)
(na
(vzb. i povzroča odz. u), Tuljava (vzb. u
Impedanca (1)
• pomeni odnos u(t) in i(t):
– razmerje amplitud U/I in
– fazni kot med u in i
UPOR
KONDENZATOR
TULJAVA
Impedanca (2)
• Poleg rezistivne upornosti
(upornost sama po sebi,
upiranje toku je konstantno, neodvisno od frekvence)
tudi reaktivno upornost
poznamo
(odziv je odvisen od frekvence
vzbujanja – odziv je reakcija na vzbujanje)
• Impedanca Z predstavlja vektorsko vsoto
rezistivne in reaktivne upornosti
φ
Sklepi
•
•
•
•
električni tok .. I kot posledica napetosti .. U
enosmerni in izmenični tok, napetost
zančni in vozliščni Kirchoffov izrek
gretje prevodnikov (pretvarjanje električne
energije v toploto) pomeni izgube
• R .. upiranje prevodnika pretoku nabojev
(pretvorba v toploto)
• |Z|.. upiranje pretoku nabojev (pretvorba v
toploto) IN upiranje spreminjanju vzroka (fazni
kot .. φ)
Če imate čas, si poglejte...
jedrska
energija
fluorescentne
sijalke
sevalna
energija
fotonapetostne
celice
baterije in
gorivne celice
električna
energija
sončni
kolektorji
kemična
energija
električni generatorji
električni motorji
jedrski
reaktorji
grelniki
turbine in
toplotni stroji
toplotna
energija
mehanska
energija
trenje
električni upori
termočleni
Prirejeno po: The many states of energy, Clefs CEA Winter 2004-2005, str. 67.
Izkoristek naprav
• Kolikšno razmerje nastane med energijo
na koncu puščice, glede na energijo na
začetku puščice?
• Razmerje med izkoriščeno energijo
in vloženo energijo
imenujemo
izkoristek. Energiji nista enaki, ker med
pretvorbo nastajajo izgube.
(konec puščice)
(začetek puščice)
enosmerna napetost: upornost →
→ izmenična napetost: impedanca
• Rezistivna (čisti upor)
• Reaktivna
(kondenzator, tuljava)
R
XC
1
1


2 f C C
X L  2 f L   L
• Impedanca
Z
izmeničnega
Realni elementi električnega tokokroga
• Realna kondenzator in tuljava imata izgube kar
ponazarja njuna upornost R
U
IR
I
IC
UR
1
1
1
 j

ZC R
XC
1
  jC
R
I
IC
UL
Z L  R  jX L 
 R  j L
IR
• Sčasoma se R, L in C ne spreminjajo
U
UL
UR
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
izmeničnega
Elementi električnega tokokroga
amper- in vat-meter.
Pjalova = UI sinφ
• Izmerimo fazni kot iz
trikotnika moči. Rabimo: volt-,
φ
Pdelovna
= UI cosφ
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
