Elektrický výkon v obvodu se střídavým proudem. Účinnost, účinník, činný a jalový proud

Transkript

1 Elektrický výkon v obvodu se střídavým proudem Účinnost, účinník, činný a jalový proud

2 U obvodu s odporem je U a I ve fázi. Za předpokladu, že se rovnají hodnoty U,I : 1. U(efektivní)= U(stejnosměrnému) 2. I(efektivní) = I(stejnosměrnému) P(střídavý)= P(stejnosměrný) rovná se výkon střídavého proudu výkonu stejnosměrnému Pro výpočet výkonu stejnosměrného a střídavého proudu platí : P=U.I P[W] watt u obvodu s odporem je U a I ve fázi

3 Činný a jalový proud v obvodu s cívkou Činný proud je definován v obvodech střídavého proudu. Při sinusovém průběhu střídavého proudu je roven součinu efektivní hodnoty proudu a účiníku, tj. platí: Ič = Ief.cosφ kde φ je fázový posuv mezi vektory proudu I a napětí U a cosφ je účiník. Činný proud lze definovat jako složku celkového (komplexního) proudu,která je ve fázi s napětím.) Jalový proud je vlastností střídavého proudu. Stálou změnou proudu mezi kladnou a zápornou půlvlnou a v důsledku spotřebičů připojených k síti (transformátory, motory) se zpožďuje proud za napětím, dochází k výskytu zpožděného jalového proudu. Toto zpoždění I za U se v praxi vyjadřuje zejména pomocí veličiny účiník.

4 Obvod s cívkou (fázový posun, nejdřív U pak I), projeví se impedance cívky. Rozklad proudu na činný a jalový. Průměrný výkon obvodu střídavého proudu střídavý proud rozložíme na Ič- činná složka, Ij jalová složka a využitím goniometrických funkcí vypočítáme Ič.

5 Výkon v obvodu s cívkou U a I méně posunuty. Pro cosφ=1 je činná složka rovna celkovému proudu. Platí: Ič=I.cosφ=I.1=I Z grafu vidíme, že výkon se rovná polovině součinu maximálního proudu a napětí: P=0,5.Umax.Imax Na vliv výkonu má vliv činná složka:

6 Obvody s kapacitou a s indukčností Pro obvody s kapacitou C[F] a s indukčností L[H] musíme znát U, I, a účinník cosφ. Jednotka výkonu je [Watt]. Zdánlivý výkon: P=U.I [VA-voltampér] Podle zdánlivého výkonu se musí dimenzovat všechny součástky při návrhu el. sítí. Jalový proud nepřispívá k proměně el. energie na jinou energii, ale zatěžuje el. soustavu. Ij=I.sinφ [Var- odpovídá voltampéru] Jalový výkon se zvětšuje, když fázový posun mezi U a I je větší. Pro sinφ=90 o je soustava plně zatížená, ale neprobíhá účelná proměna elektrické energie. Z toho název jalový výkon. S- zdánlivý výkon, Q-jalový výkon, P-činný výkon.

7 Z fázorového diagramu odvodíme: V elektrorozvodné síti se snažíme o to, aby se účiník cosφ je tzv. účinnost blížil 1, tedy aby jalový výkon se rovnal 0. S- zdánlivý výkon, Q-jalový výkon, P-činný výkon.

8 Sdružené a fázové napětí, generátor, alternátor, dynamo

9 Zařízení, v kterém se mění mechanická energie na elektrickou Alternátor tor generátor, v kterém se vytváří střídavý proud Dynamo zařízení v kterém se vyrábí stejnosměrný proud Cívky jsou v generátoru navzájem otočen ené o 120

10 Mezi jednotlivými fázovými vodiči Jeho klasická hodnota je 398 V (nedávno 380 V) Vždy je větší než fázové napětí

11 Mezi středním pracovním vodičem (nulovým vodičem) a druhou svorkou cívky (fázovým vodičem) Jeho klasická hodnota je 230 V (nedávno 220 V)

12 a) do hvězdy (vzniká i nulový vodič) b) do trojúhelníku

13 U s = 3 U f U s = V = 398 V U f = U s : 3 U f = 398 : 3 = 230 V U s napětí sdružené U f napětí fázové

14

15 Činnost generátoru je založena na využití elektromagnetické indukce. Směr indukovaného napětí a tedy i směr proudu závisí na směru pohybu vodiče v magnetickém poli.

16 Komutátor- výroba stejnosměrného U,I. Komutátor je mechanický rotační usměrňovač (respektive mechanický rotační přepínač), který je používán zejména u elektrických stejnosměrných motorů. Zajišťuje přepínání směru proudu vedeného do rotorových cívek tak, aby byla napájena vždy cívka pod aktivním pólem a byla dosažena co největší účinnost stroje. Konce cívky jsou připojeny ke dvěma půlkroužkům, tzv. lamelám. Při otáčení cívky v magnetickém póly se v nich indukuje napětí.

17 Alternátor vyrábí střídavý proud Skutečný alternátor se skládá z nepohyblivé části (statoru) a pohyblivé části (rotoru). Alternátory bývají konstruovány tak, že zdrojem magnetického pole je rotor, který se otáčí ve statoru. Ze třech cívek trojfázového alternátoru tak můžeme odebírat tři samostatné střídavé proudy (fáze). Jednotlivé cívky jsou navzájem posunuty o 120 a tedy i indukované proudy jsou posunuty o třetinu periody.

18 Princip trojfázového alternátoru

19 Zapojení do hvězdy a do trojúhelníku s efektivními hodnotami napětí

20 Dynamo vyrábí stejnosměrný proud

21 Princip činnosti dynama výroba stejnosměrného proudu Závit je připojen na jediný sběrný kroužek. Ten se skládá ze dvou izolovaných polokroužků Na sběračích tzv. komutátoru pak bude stejnosměrné napětí Magnetické pole vytvářejí budící cívky umístěné na statoru. Rotor (kotva) má válcovitý tvar a v jeho drážkách jsou uloženy vzájemně izolované indukční indukční cívky. Vývody jsou spojeny s komutátorem ze vzájemně izolovaných kovových lamel.

22 Princip a použití dynama Při otáčení se v samostatných cívkách indukují pulzující napětí Na sběračích je pak stejnosměrn rné napětí jen málo m zvlněné. Použití: nabíjení akumulátorů, pohon lokomotiv, buzení alternátorů.

23 Interaktivní simulace alternátoru a dynama &doc=30397&docgroup=4869&cmd=0&in stance=2 Použití komutátoru