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 jC 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