Vježba 2 Pojave u RLC krugovima.

Vježba 2 Pojave u RLC krugovima

Vježba 2: Pojave u RLC krugovima
Cilj vježbe: upoznati rad sklopa sastavljenog od pasivnih i/ili aktivnih komponenti. snimati prijelazne pojave Sklopovi energetske elektronike se u osnovi sastoje od izvora, pasivnih i aktivnih komponenata (električnih ventila), a njihova osnovna namjena je povezivanje dvaju električnih sustava različitih električkih parametara (napona, struje, frekvencije, broja faza) te pretvorba parametara jednog električnog sustava u drugi. Pasivne komponente su: otpor, kondenzator i zavojnica (prigušnica). Zavojnica i kondenzator su elementi za uskladištenje električne energije. Aktivne komponente su u osnovi diode i tranzistori, a u energetskoj elektronici se koriste za preklapanje strujnih krugova. Što su to prijelazne pojave? Zašto su bitne? Ako strujni krug sadrži elemente za uskladištenje energije, kao što su zavojnica i kondenzator, tada ne može doći do trenutne promjene stanja, već nastupa prijelazni proces. Prijelazna proces (prijelazna pojava) je proces prelaska sustava iz jednog u drugo stabilno stanje.

pasivne komponente: R = neizbježan element svih elektroničkih sklopova Otpornik R je pasivna komponenta koja pretvara električnu u toplinsku energiju i zbog toga je pretežno nepoželjna u sklopovima energetske elektronike. Gubitak/disipacija u vidu toplinske energije posljedica je protjecanja struje kroz otpornik. Osnovni parametar koji definira svojstva otpornika je njegov električni otpor i izražava se u Ohmima. Međusobna ovisnost pada napona na otporniku, njegovog otpora i struje koja potiče kroz njega definirana je Ohmovim zakonom.

pasivne komponente: L i C = elementi sa sposobnošću skladištenja energije Za zavojnicu vrijedi: Za kondenzator vrijedi: Prigušnica induktiviteta L predstavlja skladište električne energije. Energija se skladišti u magnetskom polju prigušnice protjecane strujom. Kondenzator kapacitivnosti C takođe predstavlja skladište električne energije. Energija se skladišti u električnom polju kondenzatora. Iz izraza za struju zavojnice i napona na kondenzatoru, vidi se da struju kroz zavojnicu i napon na kondenzatoru nije moguće trenutno promijeniti. Ovi parametri su funkcije vremena, mijenjaju se s promjenom vremena, a trenutna promjena bi bila moguća jedino u slučaju kad bi podintegralna funkcija bila Diracov delta impuls. To znači da bi zavojnicu trebalo pobuditi beskonačnim naponom, a kroz kondenzator bi trebala poteći beskonačna struja (Diracov impuls je trenutačan, beskonačnog intenziteta čiji je integral = 1). Dakle, promjena napona i struje u RLC krugovima je očito proces koji traje neko određeno vrijeme, a naziva se prijelazna pojava ili prijelazni proces.

aktivne komoponente = električki ventili diode, tiristori, tranzistori, ... Za preklapanje strujnih krugova unutar sklopova nelinearnost Aktivne komponente su diode, tiristori, tranzistori i slične komponente, a u energetskoj elektronici se koriste za preklapanje strujnih krugova. S obzirom da se njima određuje protjecanje električne struje nazivaju se još i električni ventili i imaju nelinearne karakteristike pa su sklopovi energetske elektronike nelinearne električne mreže jer koriste električne ventile.

Prijelazne pojave Preklapanje uzrokuje promjene u sklopu (pobudu). U trenutku preklapanja, struja kroz prigušnicu, te napon na kondenzatoru ne mogu se trenutno promijeniti (odgovoriti na zadane promjene). Proces prijelaza sustava iz jednog u drugo stabilno stanje naziva se prijelazni proces, a pojave koje pri tom nastaju, prijelazne pojave. Prijelazni proces je neizbježan odgovor električnog kruga na pobudu u slučaju postojanja reaktivnih elemenata.

Dakle, Aktivne komponentne preklapanjem kruga uzrokuju pobuđivanje pasivnih komponenti koje kroz prijelazan proces zauzimaju novo stanje!

Zadatak vježbe: Snimanje prijelaznog procesa u RLC krugovima sa ili bez aktivnih komponenti.

Vježba 2.1: RC sklop Zadatak: Simulirati sklop sa slika ako je: U = 100 V, R = 10 Ω, C = 100 μF Snimiti prijelazne pojave (napon na kondenzatoru i struju sklopa) Izmjeriti vrijednosti struje i napona na kondenzatoru u trenutcima τ, 2τ, 3τ, 4τ i 5τ , za različite vrijednost kapaciteta kondenzatora i otpornosti otpornika: a) R = 100 Ω , C = 10 μF b) R = 10 Ω , C = 10 μF c) R = 100 Ω , C = 100 μF Napomena! Prijelazni proces traje: t = 5 τ → podesiti simulacijske parametre

Vježba 2.1: RC sklop – Rezultati simulacije

Vježba 2.1: RC sklop – Rezultati simulacije (a)

Vježba 2.1: RC sklop – Rezultati simulacije (b)

Vježba 2.1: RC sklop – Rezultati simulacije (c)

Vježba 2.2: RL sklop Zadatak: Simulirati sklop sa slika ako je: U = 100 V, R = 1 Ω, L = 50 mH Snimiti prijelazne pojave (napon na zavojnici i struju sklopa) Izmjeriti vrijednosti struje i napona na zavojnici u trenutcima τ, 2τ, 3τ, 4τ i 5τ , za različite vrijednost induktiviteta zavojnice i otpornosti otpornika: a) R = 0,5 Ω , L = 100 mH b) R = 1 Ω , L = 100 mH c) R = 0,5 Ω , L = 50 mH Napomena! Prijelazni proces traje: t = 5 τ → podesiti simulacijske parametre

Vježba 2.2: RL sklop – Rezultati simulacije

Odgovoriti na pitanja (1): Od čega se sastoje sklopovi energetske elektronike? Što je prijelazni proces? Zašto dolazi do prijelaznog procesa? Koliko traje prijelazni proces?

Odgovoriti na pitanja (2): Objasniti podjelu ispravljačkih sklopova! Ispravljači su elektronički pretvarački sklopovi koji pretvaraju izmjeničnu energiju u istosmjernu, odnosno međusobno povezuju izmjenične i istosmjerne električne sustave. Prema načinu spajanja ispravljača na izmjeničnu mrežu, razlikujemo jednofazne, trofazne i višefazne ispravljačke spojeve. Prema načinu korištenja energije izmjenične mreže, ispravljački spojevi mogu biti poluvalni i punovalni. Kako prilikom ispravljanja na opterećenju nastaje pulzirajući napon, koji u sebi sadrži istosmjernu komponentu, osnovni harmonik i više harmoničke komponente, ispravljačke spojeve mogu se razlikovati i prema broju pulzacija pa tako postoje jednopulsni i višepulsni ispravljački sklopovi. Prema stupnju upravljivosti, razlikujemo neupravljive ispravljačke sklopove u kojima su poluvodičke sklopke (ventili) diode, poluupravljive s diodama, tiristorima i drugim upravljivim ventilima i upravljive samo sa upravljivim ventilima.

Vježba 2: Pojave u RLC krugovima Vježba 2
Vježba 2: Pojave u RLC krugovima Vježba 2.3: Poluvalni ispravljač s RL opterećenjem Za sklop sa slike vrijedi: Uizv = 100 V; f =50 Hz a) R = 10 Ω , L = 1 mH b) R = 10 Ω , L = 10 mH c) R = 1 Ω , L = 50 mH d) R = 0,1 Ω , L = 50 mH e) R = 0,01 Ω , L = 50 mH U vježbi se razmatra rad jednostavnog, jednofaznog poluvalnog neupravljivog ispravljača opterećenog omsko-induktivnim opterećenjem. Simulirati rad sklopa, Snimiti valne oblike napona i struje kroz RL opterećenje, Izmjeriti srednju vrijednost struje i napona Odrediti kut vođenja diode Napomena! podesiti simulacijske parametre (s obzirom na frekvenciju napona): «Simulate» → «Simulation control» → «Parameters» → Total Time: 40 ms; Time Step: 10 μs

Vježba 2: Pojave u RLC krugovima Vježba 2.3: Poluvalni ispravljač s RL opterećenjem – Rezultati:

Vježba 2: Pojave u RLC krugovima Vježba 2.3: Poluvalni ispravljač s RL opterećenjem - Rezultati Za veće vrijednosti induktiviteta, a manje iznose omskog tereta, struja ne prestaje teći kroz diodu za vrijeme negativne periode (usprkos nepropusnoj polarizaciji) zbog energije akumulirane u zavojnici. Ta energija gura struju kroz diodu, a dioda prestaje voditi kad struja padne ispod praga ‘držanja’, tj. Kad energija padne ispod određene razine (E = ½*LI^2) Također, zbog prigušujućeg djelovanja zavojnice struja kasni za naponom pa je ona uvijek pozitivnog predznaka. (Naravno da su ove dvije konstatacije međusobno povezane jer struja zapravo teče dok postoje za to uvjeti, a teče uvijek u istom smjeru jer dioda propušta struju samo u jednom smjeru).

Odgovoriti na pitanja (3):
Vježba 2: Pojave u RLC krugovima Vježba 2.3: Poluvalni ispravljač s RL opterećenjem Odgovoriti na pitanja (3): Zašto dioda vodi i za vrijeme negativne poluperiode izmjeničnog signala u slučaju omsko-induktivnog tereta?

Vježba 2: Pojave u RLC krugovima Vježba 2.4: Poluvalni ispravljač s istosmjernim protunaponom Za sklop sa slike vrijedi: Uef = 12 V; f =50 Hz R = 1 Ω Ua = 9 V, Ua = 10 V, Ua = 11 V, Ua = 12 V, Ua = 13 V Zadatak za različite vrijednosti protunapona : Simulirati rad sklopa sa slike, Snimiti valne oblike napona (izvora i akumulatora) i struje u krugu, Odrediti kut vođenja diode. Napomena! podesiti simulacijske parametre (s obzirom na frekvenciju napona): Total Time: 40 ms Upp = √2*Uef

Vježba 2: Pojave u RLC krugovima Vježba 2.4: Poluvalni ispravljač s istosmjernim protunaponom - Rezultati:

Vježba 2: Pojave u RLC krugovima Vježba 2.5: Poluvalni ispravljač s RLC opterećenjem Za sklop sa slike vrijedi: Uizv = 100 V, R = 1 Ω, L = 10 mH, C = 20 μF L = 10 mH, C = 100 μF, L = 50 mH, C = 100 μF, L = 10 mH, C = 50 μF, Zadatak Za različite vrijednosti elemenata kruga (zadane pod (a), (b), (c), (d)): Simulirati rad sklopa, Snimiti valne oblike napona (Uc, Uizv; Ud) i struju kruga, Odrediti: vršnu vrijednost struje, te vrijeme vođenja diode. Iz kruga odspojiti diodu te snimati Uc za različite vrijednosti R sklop koji omogućava iskapčanje energetske diode priključene na istosmjerni naponski izvor izv U pomoću LC titrajnog kruga. Razumjevanje ovog sklopa je bitno za razmatranje teorije istosmjerno istosmjernih pretvarača realiziranih tiristorima (čoperi) Napomena! podesiti simulacijske parametre: Total Time: 10 ms

Vježba 2: Pojave u RLC krugovima Vježba 2.5: Poluvalni ispravljač s RLC opterećenjem - Rezultati:

Vježba 2: Pojave u RLC krugovima Vježba 2.5: Poluvalni ispravljač s RLC opterećenjem - Rezultati: Zbog propusne polarizacije diode struja teče strujnim krugom, raste do svog maksimuma i pri tom nabija kondenzator. Međutim, zbog postojanja zavojnice u strujnom krugu koja akumulira energiju, struja ne prestaje teći niti kad napon na njenoj anodi postane manji od napona na katodi (Uc>Uizv). Naime, energija akumulirana u zavojnici gura struju i dalje strujnim krugom i dalje nabija kondenzator. S obzirom da je otpor R u krugu jako mal, mali su i gubitci pa će gotovo ukupna energija izvora biti pohranjena u zavojnici zbog čega će se napon na kondenzatoru povećati na gotovo dvostruku vrijednost napona izvora (mali dio se ipak izgubio zbog disipacije na otporniku). Kada struja prestane teći kondenzator je nabijen – energija iz zavojnice prešla je u kondenzator. Zbog velikog kapaciteta, kondenzator se prazni jako sporo (gotovo neprimjetno). Kad bi njegov kapacitet bio manji napon bi prije pao na vrijednost napona izvora. Dakle, iznos kapaciteta uvjetuje brzinu pražnjenja kondenzatora, a iznos induktiviteta uvjetuje količinu akumulirane energije, a time i vrijeme vođenja diode, dok otpornik definira gubitke u krugu.

Vježba 2: Pojave u RLC krugovima Vježba 2.5: Poluvalni ispravljač s RLC opterećenjem Odgovoriti na pitanja (4): Zašto je napona na izlazu (napon na kondenzatoru) po završetku prijelaznog procesa većeg iznosa od napona izvora, kako je to moguće?

Vježba 2: Pojave u RLC krugovima Vježba 2.5: Odziv RLC kruga (napon na kondenzatoru - Uc) Rezultati simulacije za: R = 100 Ω R = 10 Ω R = 0 Ω

Vježba 2: Pojave u RLC krugovima Vježba 2.5: RLC krug
Odgovoriti na pitanja (5): Kako se zovu sustavi s karakterističnim odzivima prikazani na slici? Objasniti razlike tih sustava. Odziv sustava za tri različite vrijednosti otpora ima aperiodski, prigušeni oscilirajući i neprigušeni oscilirajući karakter. Iz odziva sustava da se zaključiti kako omsko opterećenje djeluje kao faktor prigušenja. S obzirom da se krug sastoji od isključivo pasivnih komponenti nije moguća pojava raspirujućih oscilacija.

Vježba 2 Pojave u RLC krugovima.

Παρόμοιες παρουσιάσεις

Παρουσίαση με θέμα: "Vježba 2 Pojave u RLC krugovima."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

Παρόμοιες παρουσιάσεις

Σχετικά με το έργο

Σχόλια

Είσοδος

Σύνδεση μέσω των κοινωνικών δικτύων:

Vježba 2 Pojave u RLC krugovima.

Παρόμοιες παρουσιάσεις

Παρουσίαση με θέμα: "Vježba 2 Pojave u RLC krugovima."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

Παρόμοιες παρουσιάσεις

Σχετικά με το έργο

Σχόλια