4.6.6 Složený sériový RLC obvod střídavého proudu

Podobné dokumenty
DIGITÁLNÍ UČEBNÍ MATERIÁL

2. STŘÍDAVÉ JEDNOFÁZOVÉ OBVODY

4.6.6 Složený sériový RLC obvod střídavého proudu

Určeno pro posluchače bakalářských studijních programů FS

Zadané hodnoty: R L L = 0,1 H. U = 24 V f = 50 Hz

GE - Vyšší kvalita výuky CZ.1.07/1.5.00/

Fázorové diagramy pro ideální rezistor, skutečná cívka, ideální cívka, skutečný kondenzátor, ideální kondenzátor.

Symbolicko - komplexní metoda II Sériové zapojení prvků R, L a C

Rezistor je součástka kmitočtově nezávislá, to znamená, že se chová stejně v obvodu AC i DC proudu (platí pro ideální rezistor).

GE - Vyšší kvalita výuky CZ.1.07/1.5.00/

FYZIKA 2. ROČNÍK. Příklady na obvody střídavého proudu. A1. Určete induktanci cívky o indukčnosti 500 mh v obvodu střídavého proudu o frekvenci 50 Hz.

Vítězslav Stýskala, Jan Dudek. Určeno pro studenty komb. formy FBI předmětu / 06 Elektrotechnika

Měření výkonu jednofázového proudu

Výkon střídavého proudu, účiník

1. Změřte závislost indukčnosti cívky na procházejícím proudu pro tyto případy:

Vznik střídavého proudu Obvod střídavého proudu Výkon Střídavý proud v energetice

STŘÍDAVÝ PROUD POJMY K ZOPAKOVÁNÍ. Testové úlohy varianta A

13 Měření na sériovém rezonančním obvodu

Spojování rezistorů I

Obvod střídavého proudu s kapacitou

ITO. Semestrální projekt. Fakulta Informačních Technologií

Identifikátor materiálu: VY_32_INOVACE_351

Fyzikální praktikum...

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium Studijní program Fyzika obor Učitelství fyziky matematiky pro střední školy

Obvod střídavého proudu s indukčností

3. Změřte závislost proudu a výkonu na velikosti kapacity zařazené do sériového RLC obvodu.

Digitální učební materiál

PRAKTIKUM II. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. úloha č. 6. Název: Měření účiníku. dne: 16.

Laboratorní cvičení č.11

ELEKTROMAGNETICKÉ POLE

Základy elektrotechniky

Název: Měření paralelního rezonančního LC obvodu

Manuální, technická a elektrozručnost

4.2.8 Odpor kovového vodiče, Ohmův zákon

3.5 Ověření frekvenční závislosti kapacitance a induktance

4.3.4 Základní goniometrické vzorce I

1.1. Základní pojmy 1.2. Jednoduché obvody se střídavým proudem

4.7.1 Třífázová soustava střídavého napětí

Vektory II. Předpoklady: Umíme už vektory sčítat, teď zkusíme opačnou operací rozklad vektoru na složky.

Pythagorova věta

Hledané složky vektoru tvoří odvěsny pravoúhlého trojúhelníku:

FYZIKA II. Petr Praus 9. Přednáška Elektromagnetická indukce (pokračování) Elektromagnetické kmity a střídavé proudy

2

Sada 2 - MS Office, Excel

Základy elektrotechniky řešení příkladů

= + = + = 105,3 137, ,3 137,8 cos37 46' m 84,5m Spojovací chodba bude dlouhá 84,5 m. 2 (úhel, který spolu svírají síly obou holčiček).

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

9 V1 SINE( ) Rser=1.tran 1

Měření kapacity kondenzátoru a indukčnosti cívky. Ověření frekvenční závislosti kapacitance a induktance pomocí TG nebo SC

HARMONICKÝ USTÁLENÝ STAV - FÁZOR, IMPEDANCE

3. Kmitočtové charakteristiky

Obvodové prvky a jejich

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS kontrolní otázky a odpovědi

Cvičení 11. B1B14ZEL1 / Základy elektrotechnického inženýrství

PRAKTIKUM II. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. stud. skup. FMUZV (73) dne

Závislost odporu kovového vodiče na teplotě

Graf závislosti dráhy s na počtu kyvů n 2 pro h = 0,2 m. Graf závislosti dráhy s na počtu kyvů n 2 pro h = 0,3 m

4.2.7 Odpor kovového vodiče, Ohmův zákon

Konstrukce voltmetru a ampérmetru

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS Řešené úlohy a postupy: Řízené LRC Obvody

6. Střídavý proud Sinusových průběh

Elektrická měření pro I. ročník (Laboratorní cvičení)

VY_32_INOVACE_ENI_3.ME_01_Děliče napětí frekvenčně nezávislé Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Dubno Ing.

4.2.4 Orientovaný úhel I

Skaláry a vektory

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

LC oscilátory s transformátorovou vazbou

4.3.3 Základní goniometrické vzorce I

Elektromagnetické pole

Stavba hmoty. Název školy. Střední škola informatiky, elektrotechniky a řemesel Rožnov pod Radhoštěm

VY_32_INOVACE_EM_1.06_měření činného, zdánlivého a jalového výkonu v jednofázové soustavě

(s výjimkou komparátoru v zapojení č. 5) se vyhněte saturaci výstupního napětí. Volte tedy

Fyzikální praktikum 3 Operační zesilovač

Měření složeného elektrického obvodu

Základní otázky pro teoretickou část zkoušky.

Fyzika I. Obvody. Petr Sadovský. ÚFYZ FEKT VUT v Brně. Fyzika I. p. 1/36

12. Elektrotechnika 1 Stejnosměrné obvody Kirchhoffovy zákony

Střední průmyslová škola elektrotechnická a informačních technologií Brno

7.3.9 Směrnicový tvar rovnice přímky

LABORATORNÍ PROTOKOL Z PŘEDMĚTU SILNOPROUDÁ ELEKTROTECHNIKA

Manuální, technická a elektrozručnost

GE - Vyšší kvalita výuky CZ.1.07/1.5.00/

Mgr. Tomáš Kotler. I. Cvičný test 2 II. Autorské řešení 7 III. Klíč 15 IV. Záznamový list 17

SBÍRKA ŘEŠENÝCH FYZIKÁLNÍCH ÚLOH

F n = F 1 n 1 + F 2 n 2 + F 3 n 3.

VY_32_INOVACE_06_III./1._OBVOD STŘÍDAVÉHO PROUDU

Elektronika ve fyzikálním experimentu

STŘÍDAVÝ ELEKTRICKÝ PROUD Trojfázová soustava TENTO PROJEKT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY.

V následujícím obvodě určete metodou postupného zjednodušování hodnoty zadaných proudů, napětí a výkonů. Zadáno: U Z = 30 V R 6 = 30 Ω R 3 = 40 Ω R 3

Lineární funkce IV

E K O G Y M N Á Z I U M B R N O o.p.s. přidružená škola UNESCO

1.3.2 Rovnoměrný pohyb po kružnici I

Pythagorova věta II

C p. R d dielektrické ztráty R sk odpor závislý na frekvenci C p kapacita mezi přívody a závity

Harmonický průběh napětí a proudu v obvodu

Nelineární obvody. V nelineárních obvodech však platí Kirchhoffovy zákony.

( ) ( ) ( ) ( ) Skalární součin II. Předpoklady: 7207

E L E K T R I C K Á M Ě Ř E N Í

Přenos pasivního dvojbranu RC

OPERA Č NÍ ZESILOVA Č E

Transkript:

4.6.6 Složený sériový LC obvod střídavého proudu Předpoklady: 4, 4605 Minulá hodina: Ohmický odpor i induktance omezují proud ve střídavém obvodu, nemůžeme je však sčítat normálně, ale musíme použít Pythagorovu větu (zřejmě proto, že obě veličiny způsobují rozdílný posun proudu a napětí v obvodu). Musíme vymyslet nějaký konzistentní postup, jak podobné příklady počítat, i v případě, že do obvodu přidáme kondenzátor. Co musí náš postup splnit? U součástek není důležitý pouze jejich odpor, ale i fázový posun, který způsobují musíme je popisovat pomocí obou čísel. Pro sériový L obvod musíme dostat stejné výsledky jako v minulé hodině. Jak popsat součástky a zachytit velikost (odpor, kapacitance, induktance) a fázový posun? Nápad: Dvě čísla charakterizují vektory budeme zobrazovat všechny druhy impedancí (odpor, kapacitance, induktance) pomocí vektorů (fázorů) jejichž: velikost odpovídá velikosti impedance, úhel, který svírají například s osou x, odpovídá fázovému posunu, který způsobují. My jsme tento obrázek použili již v minulé hodině. Modře je nakreslen fázor induktance, zeleně fázor odporu. Př. : Dokresli do obrázku fázor kapacitance, jejíž velikost je poloviční s porovnání s velikostí induktance. Fázor kapacitance má poloviční délku a směřuje opačně než fázor induktance (s fázorem odporu svírá -90 místo 90, které s ním svírá fázor induktance). Stejně jako u jednotlivých druhů impedancí můžeme fázory používat i pro napětí a proudy. Platí pro ně to samé, co platí pro fázory impedancí. Nakreslíme si jednoduchý sériový LC obvod (sériové zapojení odporu, cívky a kondenzátoru). C L

Tři součástky na obrázku, chceme spojit do jediné, která se z venku chová stejně. Podobná situace jako při odvozování vzorce pro sériové zapojení rezistorů: všude stejný proud, na různých součástkách různá napětí U,, (liší se nejen velikostí, ale i fázovým posunem vůči proudu). U C L Jednotlivá napětí nemůžeme normálně sečíst (kvůli fázovému posunu) sečteme je pomocí fázorů nakreslíme obrázek. U Př. : Dokresli do obrázku fázory napětí,. Předpokládej, že platí:. U Obě napětí budou vůči napětí U i proudu posunuté: napětí o 90 a napětí o 90. Fázory jednotlivých napětí můžeme graficky snadno sečíst: U U UL - Velikost výsledného napětí můžeme určit z pravoúhlého růžového trojúhelníku. U =U Z = Z = Z = C L. Z=, po dosazení: Z= Ze stejného trojúhelníku můžeme určit i fázový posun. tgφ= = = X ω L C ωc = U Shrnutí: V sériovém LC obvodu platí:

impedance ( celkový odpor ): Z= +( ω L L C nezáleží), ω L fázový posun: ωc tgφ= fázového posunu), Ohmův zákon: = U Z ωc) (znaménko výrazu ω L ωc (na znaménku výrazu U =, =, =. nám určuje směr Př. 3: Ke zdroji střídavého napětí 5 V, 50 Hz, je připojen sériový obvod s odporem,5, s ideální cívkou 0,0 H a kondenzátorem 50 F. Urči induktanci cívky, kapacitanci kondenzátoru a celkovou impedanci obvodu. Urči proud, který obvodem protéká, fázový posun mezi napětím a proudem a napětí na jednotlivých součástkách. nduktance cívky: =ω L= π 50 0,0Ω=3,77Ω. Kapacitance kondenzátoru: = ωc = π 50 50 0 6 Ω=63,7Ω. Celková impedance: Z= + ( ) =,5+ (3,77 63,7) Ω=60Ω. Fázový posun: tgφ= = 3,77 63,7 = 4 φ= 87 37 '.,5 Proud: = U Z = 5 60 A=0,083 A. Napětí odpor: U = =0,083,5 V=0, V. Napětí cívka: = =0,083 3,77V=0,3V. Napětí kondenzátor: = =0,083 63,7V=5,3 V. Z výsledků je vidět, že součet napětí na součástkách je opravdu větší než výsledné napětí, dokonce samotné napětí na kondenzátoru je vyšší než napětí zdroje. mpedance kondenzátoru je daleko větší než impedance cívky obvod se celkově chová jako kondenzátor (má záporný posun proudu a napětí). Pedagogická poznámka: Předchozí obvod si zaslouží předvedení a změření proudu a napětí na součástkách, zejména předpověď hodnoty napětí na kondenzátoru je pro žáky těžko uvěřitelná. Př. 4: Ke zdroji střídavého napětí je připojen sériový obvod s rezistorem, ideální cívkou a kondenzátorem. Na jednotlivých součástkách byla naměřena napětí: U =5,6 V, =8,3 V a =6,8 V. Urči napětí napájecího zdroje a fázový posun mezi proudem na napětím. Napětí na součástkách nemají stejný fázový posun musíme je sčítat pomocí fázorů.

U - U Z obrázku je zřejmé, že platí: U =U + ( ) U= U +( ) = 5,6 + (8,3 6,8) V=5,8 V Fázový posun: tgφ= 8,3 6,8 = =0,68 φ=5 00'. U 5,6 Pedagogická poznámka: Cíl následujícího příkladu není fyzikální, jde o práci s kalkulátorem. Pro snadnější odhalování chyb při zadávání prvního výrazu uvádím několik postupných mezivýsledků (uvedené výrazy by opět měly být zadány najednou):,5 +( π 00 0,0 π 00 50 0 6=3,83, π 00 0,0 6= 4,9 6) π 50 00 0 =596 π 00 50 0 Př. 5: Urči pro obvod s příkladu 3 celkovou impedanci obvodu, fázový posun a proud, který prochází obvodem, pro další frekvence zdroje 00 Hz, 00 Hz, 300 Hz a 500 Hz. Ze získaných hodnot sestav tabulku. Hodnoty se snaž počítat na kalkulačce najednou, při výpočtu hodnot pro různé frekvence využij funkci EPLAY (pokud ji kalkulátor obsahuje). frekvence f Jde o pouhé dosazování do vzorců z předchozího příkladu, měníme pouze hodnotu frekvence. Ukázkové dosazení pro 00 Hz. Z= +( ω ωc) L = +( 6) π 00 0,0 Ω=4,4 Ω,5 π 00 50 0 ω L π 00 0,0 ωc tgφ= = = U Z = 5 4,4 A=0, A celková impedance Z π 00 50 6,5 fázový posun proud 50 Hz 60 87 37 ' 0,083 00 Hz 4,4 84 7' 0, 00 Hz,64 8 9',89 = 9,7 φ= 84 7 '

300 Hz,3 78 4' 0,4 500 Hz 3,4 85 6' 0,6 Pedagogická poznámka: Většina žáků samozřejmě nestihne spočítat celý příklad. Dopočítání nechávám jako úkol na doma s tím, že ho kontrolovat nebudu, ale výsledky budeme potřebovat. Shrnutí: Při výpočtu celkové impedance sériového LC obvodu postupujeme podobně jako při výpočtu celkového odporu sériově zapojených rezistorů. Sčítat jednotlivá napětí ale musíme pomocí fázorů.