Sprehod po poglavjih Elektrostatika Elektrodinamika

Παρουσίαση με θέμα: "Sprehod po poglavjih Elektrostatika Elektrodinamika"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Sprehod po poglavjih Elektrostatika Elektrodinamika
Elementi električnega tokokroga Veriga generiranja, transformiranja in uporabe električne energije Elektronika v prometu Osnovni pojmi regulacije v prometu

2 jedrska sevalna kemična toplotna električna energija mehanska
Prirejeno po: The many states of energy, Clefs CEA Winter , str. 67. električna energija kemična mehanska sevalna toplotna jedrska električni generatorji baterije in gorivne celice električni motorji električni upori termočleni fotonapetostne celice fluorescentne sijalke jedrski reaktorji turbine in toplotni stroji sončni kolektorji grelniki trenje

3 Izkoristek naprav Kolikšno razmerje nastane med energijo na koncu puščice, glede na energijo na začetku puščice? Razmerje med izkoriščeno energijo (konec puščice) in vloženo energijo (začetek puščice) imenujemo izkoristek. Energiji nista enaki, ker med pretvorbo nastajajo izgube.

4 enosmerna napetost: upornost → → izmenična napetost: impedanca
GRELNIKI Rezistivna (čisti upor) Reaktivna (kondenzator, tuljava) Impedanca Energija se na R pretvori v toploto Energija na L in C ostane v vezju POMNILNIKI

5 Kondenzator, upor in tuljava
Q U C I U R Φ I L

6 Realni elementi električnega tokokroga
izmeničnega Realni elementi električnega tokokroga Realna kondenzator in tuljava imata izgube kar ponazarja njuna upornost R Sčasoma se R, L in C ne spreminjajo U IR I IC UR UL IR IC I UR UL U

7 Fazni kot φ z vektorji (kazalci)
φ=90º Na kondenzatorju se tok pojavi pred napetostjo (tok prehiteva napetost) i C e φ = 0º Na uporu se tok pojavi skupaj z napetostjo (tok je v fazi z napetostjo) KONDENZATOR UPOR !!! dolžine vektorjev so vrednosti konica-nič (polovica konica-dno)

8 Primer: vzporedna vezava R in C in kot φ
Vsota tokov je tudi vektor Pojavi se kot φ med vsoto tokov in skupno napetostjo φ=?

9 Primer: vzporedna vezava R in C
U= 440V, R = 90Ω, C = 3μF, f = 60Hz 1/R 1/XC 1/|Z| φ

10 Fazni kot φ z vektorji (kazalci)
Na tuljavi se napetost pojavi pred tokom (napetost prehiteva tok) φ=90º e L i TULJAVA UPOR φ = 0º Na uporu se tok pojavi skupaj z napetostjo (tok je v fazi z napetostjo) !!! dolžine vektorjev so vrednosti konica-nič (polovica konica-dno)

11 Primer: zaporedna vezava R in L in kot φ
Vsota napetosti je tudi vektor Pojavi se kot φ med vsoto napetosti in skupnim tokom φ=?

12 Primer: zaporedna vezava R in L
U= 440V, R = 90Ω, L = 300mH, f = 60Hz |Z| XL φ R

13 Kondenzator, upor in tuljava
Q U C I U R Φ I L

14 Elementi električnega tokokroga
izmeničnega Elementi električnega tokokroga Izmerimo fazni kot iz trikotnika moči. Rabimo: volt-, amper- in vat-meter. Merjenje moči žarnice in sijalke. Pnavidezna = U I Pjalova = UI sinφ φ Pdelovna = UI cosφ

15 Linearni in nelinearni elementi
Q U C I U R I U Φ I L DIODA NELINEARNI

16 Elektrodinamika P .. moč (W) W .. energija (Ws) I .. tok (A)
J .. tokovna gostota (A/m2) Elektrodinamika 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? Materiali (kako kovine, kako plini, kapljevine) pod vplivom električnega toka – prevajajo in se grejejo Galvanski toki vsepovsod! Magnetizem in električni tok sta povezana Oerstedov ponesrečen poskus je prinesel zamisel !) Pojav sile med tokovodnikoma Meissnerjev pojav – superprevodnik v magnetnem polju

17 Pojavi v magnetnem polju
Magnetizem očiten s feromagnetiki Snov v magnetnem polju, spet sila! Močna! Elektromagnet, magnetenje 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

18 B I U H Magnetenje, histerezna zanka Br -Hc +Hc nasičenje
prvo magnetenje U H +Hc nasičenje

19 Elektromagnetna indukcija
Φ .. magnetni pretok (Vs) H .. magnetna poljska jakost (A/m) B .. gostota magnetnega pretoka (T) Magnetni pretok Φ Zakon o magnetni indukciji Faraday 1831 (preberimo formulo kot jasen stavek) Lenz je tudi v električni indukciji videl konzervativnost narave Vrtinčni tokovi nastanejo v prevodnikih, ker se v okolici spreminja Φ Uporabnost elektromagnetne indukcije Ena tuljava vpliva na drugo – medsebojna induktivnost

20 Električni generator Uporabimo, ko rabimo izmenično napetost z večjo močjo, kot jo dajejo baterije sestava rotor: vrteči se del s tuljavami (ali magneti) in stator: mirujoči del s tuljavami delovanje na os turbine je mehansko pritrjen rotor, ki je tudi izvor magnetnega polja oz. pretoka, ker se zaradi relativnega gibanja (rotor se vrti, stator miruje) mirujočim tuljavam statorja spreminja magnetni pretok, se v njih inducira napetost, če na stator priključimo porabnik, stečejo skozi statorjeve tuljave toki, ki zavirajo vrtenje rotorja (večji skupen tok porabnikov na statorju, večje zaviranje rotorja) področje uporabe pri prenašanje električne energije od generatorja do končnega porabnika, ki el. energijo pretvori v toploto ali drugo obliko energije: sevanje, mehansko..

21 Električni transformator
Uporabimo, ko želimo v napravi višjo ali nižjo napetost, kot jo daje izvor sestava dve tuljavi (primarna in sekundarna) in feromagnetno jedro delovanje na izvor izmenične napetosti u1 priključimo primarno tuljavo z N1 ovoji, skoznjo teče izmeničen tok, ki vzpostavlja magnetni pretok v jedru, ker je pretok izmeničen (se sčasoma spreminja), se v sekundarni tuljavi z N2 ovoji inducira napetost u2=u1·N2/N1, ko na sekundarno tuljavo priključimo porabnik z impedanco Z, skozenj steče tok i2=u2/|Z| Zakaj moč na primarni strani ni enaka moči na sekundarni? Navidezni moči sta približno enaki: u1i1 ~ u2i2 Delovni moči kot U1I1cosφ1 = U2I2cos φ2 + izgube (v bakrenih žicah , v feromagnetnem jedru) področje uporabe pri prenašanje električne energije od generatorja do končnega porabnika, ki el. energijo pretvori v toploto ali drugo obliko energije: sevanje, mehansko...

22 Zemeljsko težnostno polje
močno šibko

23 Zemlja v prerezu skorja o plašč o zunanje jedro o notranje jedro
Trdno zemeljsko jedro naj bi se vrtelo hitreje od Zemlje same! (

24 Zemeljsko magnetno polje
Z magnetnimi kompasi se orientiramo v prostoru Zemeljsko magnetno polje nas varuje pred sončevim vetrom (električno nabitimi delci, ki jih izbruhne sonce) oz. ga preusmerja stran od Zemlje Severni sij (luminiscenca, delci visoko v ozračju se zasvetijo ob stiku s sončevim vetrom), najizrazitejši ob tečajih, kjer je magnetno polje najmočnejše Raziskave učinkov na sodobno navigacijo (GNSS)

25 Sprehod po poglavjih Elektrostatika Elektrodinamika
Elementi električnega tokokroga Veriga generiranja, transformiranja in uporabe električne energije Elektronika v prometu Osnovni pojmi regulacije v prometu

26 Elektroenergetsko omrežje
Vzpostavlja medsebojno povezanost generiranja električni generator v hidro-, termo- ali jedrski- elektrarni, napetost 6 kV, pri nas s frekvenco 50 Hz transformiranja električni transformator generirani električni energiji dvigne napetost, zaradi česar se na drugi strani (da moč ostane enaka) zmanjša tok – manjši tok pa pomeni (Joulov zakon) manjše izgube v več kV daljnovodih (40 kV, 110 kV,..400 kV), po katerih prenašamo električno energijo do oddaljenih porabnikov, kjer transformiramo navzdol (pri nas na 230 V) uporabe električne energije porabniki električno energijo z izkoristkom, ki ga imajo, pretvorijo v drugo obliko; porabniki so zelo pomembni, ker zagotavljajo obremenitev generatorja – generator mora biti stalno obremenjen

27 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 zanesljivost delovanja naprav

28 Uporaba električne energije
Gretje, kuhanje na indukcijo

29 Uporaba električne energije
Primeri Prometna infrastruktura Signalizacija Razsvetljava Prezračevanje … Sijalka Plazma v sijalki? (stran v angleščini) Proizvodnja sijalk (film v angleščini)

30 Preglejte si še preostalo in si ustvarite svoje mnenje.
Če želite kakšno pojasnilo, mi kar pišite.

31 Generiranje električne energije
Zakon o ohranitvi energije Sodobni izvori električne energije (stran v angleščini, kratek pregled tehnologij obnovljivih izvorov) Priročni generator (film v angleščini) iz kinetične energije, generiranje (simulacija) izmenične in enosmerne napetosti Iz drugih vrst energij: termoelektrični pojav (termočlen) fotoelektrični pojav (polprevodnik) Ogljični odtis je moderen izraz za količino ogljikovega dioksida, ki se sprosti v ozračje, ko uporabljamo neko napravo

32 Izkoriščanje geotermalne energije
GEOTERMALNA energija izvira še iz časov nastanka Zemlje, iz razpadanja radioaktivnih mineralov, iz vulkanske dejavnosti in iz svetlobe Sonca, ki jo Zemlja vsrka skozi skorjo. Geotermalni gradient (sprememba temperature glede na odmikanje od središča) žene neprekinjen tok energije v obliki toplote od jedra proti površini.(wikipedija) Koliko električne energije na svetu pridobimo z geotermalno energijo? Svet: (podatki IGA 2010): 10,7 GW električne moči iz geotermalnih izvorov v 24 državah, je leta 2010 proizvedlo 67,2 TWh električne energije, v načrtu za 2015: 18,5 GW. Slovenija: samo JE Krško 700 MW, letno proizvede do 6 TWh, skupno je JE do sedaj proizvedla 130 TWh. Geotermalne toplotne črpalke: za neposredno ogrevanje stavb, bazenov, toplih gred, industrijskih procesov, cest?, pristajalnih stez?.

33 Uporaba električne energije
p .. močnostna gostota (W/m3) Učinkovita raba, izkoriščenost sistema 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 (taljenje kovin, gretje surovin, motorji na izm. tok, velik tok ob zagonu) promet (ne le porabniki - tudi pogon z motorji na enosmerni tok, hibridna vozila)

34 Elektriški filtri Vezja Vhodni in izhodni signal
Elektriški filtri so vezja, ki povzročajo 1) fazni zamik in 2) spremembo amplitude (spremembe impedance filtra) 1) in 2) veljata za določen frekvenčni pas Napajanje filtrov pasivni filtri (impedance elementov) aktivni filtri (fazno ujete zanke - PLL) Kako imenujemo filter, če je amplituda signala odziva na eni frekvenci (pasu frekvenc) največja/najmanjša? če je na nizkih/visokih frekvencah najmanjša/največja?

35 Dva preprosta primera pasivnih filtrov
A: Zaporedna vezava R in C B: Zaporedna vezava C in R (elementa R in C zamenjamo) I Za vsako frekvenco Določimo tok I Določimo napetost Uizh Za vsako vezavo posebej določimo potek Uizh (f) in vrsto filtra

36 Fazni kot φ z vektorji (kazalci)
φ=90º Na kondenzatorju se tok pojavi pred napetostjo (tok prehiteva napetost) i C e KONDENZATOR UPOR φ = 0º Na uporu se tok pojavi skupaj z napetostjo (tok je v fazi z napetostjo) !!! dolžine vektorjev so vrednosti konica-nič (polovica konica-dno)

37 A: tok I pri f1 : zaporedna vezava R in C
XC Z φ Uvh= 440V, R = 90Ω, C = 3μF, f1 = 60Hz

38 A: tok I pri f2 : zaporedna vezava R in C
Uvh= 440V, R = 90Ω, C = 3μF, f2 = 1000Hz R φ XC Z

39 Še za ostale frekvence…
za vezje A izračunamo uizh pri vseh frekvencah od 1 do 10 kHz za vezje B izračunamo uizh pri vseh frekvencah od 1 do 10 kHz obstaja lomna frekvenca filtra vezave RC, pri kateri moč na izhodnem elementu pade na polovico, napetosti na obeh elementih R in C pa sta pri flomna enaki ČE želimo lomno frekvenco pri 100 Hz, R pa ostane enak, mora C znašati:

40 Vpliv lomne frekvence na potek izhodne napetosti
(A) nizkoprepustni 224 V (B) visokoprepustni