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

U

IB

H

Br

-Hc

0

nasičenje

prvo magnetenje

+Hc

nasičenje

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)

!!! dolžine vektorjev so vrednosti konica-nič (polovica konica-dno)

RURI

φ = 0º

Na uporu se tok pojavi skupaj z napetostjo (tok je v fazi z napetostjo)

UPOR

Na tuljavi se napetost pojavi pred tokom (napetost prehiteva tok)

LU

LI φ=90º

e L i

TULJAVA

Primer: zaporedna vezava R in L in kot φ

• Vsota napetosti je tudi vektor • Pojavi se kot φ med vsoto napetosti in

skupnim tokom

R LU U@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@

.

.

2 L

2

L

R

L L L

R

Unasprotiležna ktg

priležna k U

I X X f

I R R R

f Larctg

R

φ=?

RU

L RI I

LU R LU U@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@

Primer: zaporedna vezava R in L

• U= 440V, R = 90Ω, L = 300mH, f = 60Hz

2 2 22

2 2 2 22 3

2 2

2

440 440

8100 (113)90 2 60 300 10

440 4403,05

1448100 12769

L

U U UI

Z R X R fL

V V

VsAs

V VA

R

XL

|Z|

φ

Fazni kot φ z vektorji (kazalci)

!!! dolžine vektorjev so vrednosti konica-nič (polovica konica-dno)

RURI

φ = 0º

Na uporu se tok pojavi skupaj z napetostjo (tok je v fazi z napetostjo)

UPOR

CU

CI φ=90º

Na kondenzatorju se tok pojavi pred napetostjo (tok prehiteva napetost)

i C e

KONDENZATOR

Primer: vzporedna vezava R in C in kot φ

• Vsota tokov je tudi vektor • Pojavi se kot φ med vsoto tokov in skupno

napetostjo

2

2

C

R

C

C R C

Inasprotiležna k.tg

priležna k. I

U R R f CR

X U X

arctg f CR

φ=?

RI

C RU U

CI R CI I

R CI I

Primer: vzporedna vezava R in C

• U= 440V, R = 90Ω, C = 3μF, f = 60Hz

1/R

1/XC

1/|Z|

φ

22 22

2 26

225

2 2

24 6 2

2 2

1 1 1 12

1440 2 60 3 10

90

1440 113 10

8100

1,235440 10 1,279 10 440 1,17 10 5,15

C

I U U U fCZ R X R

sAV

sV

AV

V

AV A A

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

• Magnetni pretok Φ• Zakon o magnetni indukciji

Faraday 1831 (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

Φ .. magnetni pretok (Vs)

H .. magnetna poljska jakost (A/m)

B .. gostota magnetnega pretoka (T)

i

du

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 za galvansko ločitev – kaj pomeni izraz galvanska ločitev?

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

0 10 20 30 400

20

40

60

80

100

120

140

2 žili, PVC, dopustno segrevanje 70°C 3 žile, PVC, dopustno segrevanje 70°C

Naz

ivni

tok

( A

)

Površina preseka žice ( mm2 )

Uporaba električne energije

• Učinkovita raba, izkoriščenost sistema

• Izkoristek • Jouleov zakon (džul) (Joule, predstavitev v

angl.)

• Posledice Jouleovega zakona - izgube (pri prenosu, uporabi)

• Raba po področjih– 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)

22 spodobnost

JpRIP

p .. močnostna gostota (W/m3)

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