ANALÝZA PNUS, EFEKTIVNÍ HODNOTA, ČINITEL ZKRESLENÍ, VÝKON NEHARMONICKÉHO PROUDU

Podobné dokumenty
Přechodné děje 2. řádu v časové oblasti

Fourierova transformace

Signál v čase a jeho spektrum

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

Základy elektrotechniky

Harmonický průběh napětí a proudu v obvodu

2. STŘÍDAVÉ JEDNOFÁZOVÉ OBVODY

Výkon střídavého proudu, účiník

Přechodné děje 1. řádu v časové oblasti

VÝKON V HARMONICKÉM USTÁLENÉM STAVU

Střední průmyslová škola elektrotechnická a informačních technologií Brno

Určeno pro posluchače bakalářských studijních programů FS

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

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

Tel-30 Nabíjení kapacitoru konstantním proudem [V(C1), I(C1)] Start: Transient Tranzientní analýza ukazuje, jaké napětí vytvoří proud 5mA za 4ms na ka

Czech Technical University in Prague Faculty of Electrical Engineering. Fakulta elektrotechnická. České vysoké učení technické v Praze

TEORIE ELEKTRICKÝCH OBVODŮ

SIGNÁLY A SOUSTAVY, SIGNÁLY A SYSTÉMY

GE - Vyšší kvalita výuky CZ.1.07/1.5.00/

Základy elektrotechniky (ZELE)

Základy elektrotechniky 2 (21ZEL2) Přednáška 1

HARMONICKÝ USTÁLENÝ STAV - FÁZOR, IMPEDANCE

Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Pracoval: Jiří Kozlík dne:

Přehled veličin elektrických obvodů

r Odvoď te přenosovou funkci obvodů na obr.2.16, je-li vstupem napě tí u 1 a výstupem napě tí u 2. Uvaž ujte R = 1Ω, L = 1H a C = 1F.

20ZEKT: přednáška č. 3

Obvodové prvky a jejich

Czech Technical University in Prague Faculty of Electrical Engineering. České vysoké učení technické v Praze. Fakulta elektrotechnická

Střední průmyslová škola elektrotechnická a informačních technologií Brno

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

Základní elektronické obvody

FYZIKA II. Petr Praus 10. Přednáška Elektromagnetické kmity a střídavé proudy (pokračování)

Frekvenční charakteristiky

ZÁKLADY ELEKTROTECHNIKY pro OPT

4B Analýza neharmonických signálů

3. Střídavé třífázové obvody

9. cvičení z Matematické analýzy 2

Měření výkonu jednofázového proudu

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

Funkce komplexní proměnné a integrální transformace

teorie elektronických obvodů Jiří Petržela obvodové funkce

1 U Zapište hodnotu časové konstanty derivačního obvodu. Vyznačte měřítko na časové ose v uvedeném grafu.

Usměrňovače, filtrace zvlněného napětí, zdvojovač a násobič napětí

Úvod do zpracování signálů

U01 = 30 V, U 02 = 15 V R 1 = R 4 = 5 Ω, R 2 = R 3 = 10 Ω

Měření závislosti indukčnosti cívky (Distribuce elektrické energie - BDEE)

2 Teoretický úvod Základní princip harmonické analýzy Podmínky harmonické analýzy signálů Obdelník Trojúhelník...

20ZEKT: přednáška č. 10. Elektrické zdroje a stroje: výpočetní příklady

Základní pasivní a aktivní obvodové prvky

Fyzikální praktikum...

STŘÍDAVÝ PROUD POJMY K ZOPAKOVÁNÍ. Testové úlohy varianta A

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Czech Technical University in Prague Faculty of Electrical Engineering. Fakulta elektrotechnická. České vysoké učení technické v Praze.

9. Harmonické proudy pulzních usměrňovačů

METODICKÝ LIST Z ELEKTROENERGETIKY PRO 3. ROČNÍK řešené příklady

Grafické zobrazení frekvenčních závislostí

POZNÁMKY K ZADÁNÍ PREZENTACÍ - 17BBEO - TÉMA 2

Vstupní signál protne zvolenou úroveň. Na základě získaných údajů se dá spočítat perioda signálu a kmitočet. Obrázek č.2

1.1. Základní pojmy 1.2. Jednoduché obvody se střídavým proudem

Zesilovače. Ing. M. Bešta

Energetická bilance elektrických strojů

6. ÚČINKY A MEZE HARMONICKÝCH

KTE/TEVS - Rychlá Fourierova transformace. Pavel Karban. Katedra teoretické elektrotechniky Fakulta elektrotechnická Západočeská univerzita v Plzni

Studium tranzistorového zesilovače

Nové pohledy na kompenzaci účiníku a eliminaci energetického rušení

Účinky měničů na elektrickou síť

Příklady: 28. Obvody. 16. prosince 2008 FI FSI VUT v Brn 1

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

Tématické okruhy teoretických zkoušek Part 66 1 Modul 3 Základy elektrotechniky

Flyback converter (Blokující měnič)

3. AMPLITUDOVĚ MODULOVANÉ SIGNÁLY

PŘESNÁ MĚŘENÍ AKTIVNÍCH ELEKTRICKÝCH VELIČIN

ELEKTRICKÉ OBVODY 1. - TEORETICKÉ OTÁZKY

Příloha P1 Určení parametrů synchronního generátoru, měření provozních a poruchových stavů synchronního generátoru

Základní definice el. veličin

5. Diodové usměrňovače

Profilová část maturitní zkoušky 2015/2016

Základní vztahy v elektrických

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

Profilová část maturitní zkoušky 2016/2017

6. Střídavý proud Sinusových průběh

Neřízené diodové usměrňovače

Lineární a adaptivní zpracování dat. 3. SYSTÉMY a jejich popis ve frekvenční oblasti

A B C. 3-F TRAFO dává z každé fáze stejný výkon, takže každá cívka je dimenzovaná na P sv = 630/3 = 210 kva = VA

Sylabus kurzu Elektronika

U1, U2 vnější napětí dvojbranu I1, I2 vnější proudy dvojbranu

teorie elektronických obvodů Jiří Petržela řešení nelineárních obvodů

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

Synchronní stroje Ing. Vítězslav Stýskala, Ph.D., únor 2006

Nelineární obvody. V nelineárních obvodech však platí Kirchhoffovy zákony.

2.6. Vedení pro střídavý proud

Základy elektrotechniky

POZNÁMKY K ZADÁNÍ PREZENTACÍ - 17BBEO - TÉMA 1

Laboratorní úloha č. 2 Vzájemná induktivní vazba dvou kruhových vzduchových cívek - Faradayův indukční zákon. Max Šauer

pracovní list studenta RC obvody Měření kapacity kondenzátoru Vojtěch Beneš

ELEKTROTECHNIKA 2 TEMATICKÉ OKRUHY

Ekvivalence obvodových prvků. sériové řazení společný proud napětí na jednotlivých rezistorech se sčítá

Digitální učební materiál

Základní otázky pro teoretickou část zkoušky.

Systém vykonávající tlumené kmity lze popsat obyčejnou lineární diferenciální rovnice 2. řadu s nulovou pravou stranou:

Transkript:

ANALÝZA PNUS, EFEKIVNÍ HODNOA, ČINIEL ZKRESLENÍ, VÝKON NEHARMONICKÉHO PROUDU EO Přednáška 4 Pavel Máša X3EO - Pavel Máša X3EO - Pavel Máša - PNUS

ÚVODEM Při analýze stejnosměrných obvodů jsme vystačili pouze s jediným druhem výkonu V HUS jsme již museli zavést tři různé druhy výkonu P, Q a S Ovlivní superpozice více harmonických zdrojů tyto výkony? X3EO - Pavel Máša X3EO - Pavel Máša - PNUS

EFEKIVNÍ HODNOA V PNUS Obecná definice efektivní hodnoty proudu Výstižné je anglické označení Root Mean Square Hodnota stejnosměrného proudu I, který by vyvinul stejné teplo, jako proud proměnný p P RI W=RI t Periodický proud Fourierova řada i(t) ¼ I + Dt i / I mk sin(k! t + Ã k ) t W = lim X3EO - Pavel Máša m! i= mx p i t i I fázově posunutý sin je ortogonální funkcí integrál přes periodu součinu harmonických s různou frekvencí, nebo konstanty a sinusovky je X3EO - Pavel Máša - PNUS

Efektivní hodnota neharmonického proudu (v PNUS) v I = u t I + v I mk = u t I + I k qi = + I + I + I mk pokud je proud zadán pomocí časového průběhu i(t) =I + I m sin(! t + Ã )+I m sin(! t + Ã )+ Ik pokud jsou zadány efektivní hodnoty jednotlivých harmonických Při praktickém výpočtu je možné uvažovat pouze omezený počet členů řady důležitý je časový průběh obsahuje nespojitost?.5.5.5 k = 3 /.5 3/ 5/ 3.5 k = 3 X3EO - Pavel Máša -.5 / 3/ 5/ 3 X3EO - Pavel Máša - PNUS

Grafická konstrukce efektivní hodnoty v PNUS Vyšší harmonické se na efektivní hodnotě podílejí poměrně málo, jejich vliv rychle klesá X3EO - Pavel Máša X3EO - Pavel Máša - PNUS

VÝKONY V PNUS Okamžitý výkon (univerzální definice) p(t) =u(t)i(t) Činný výkon střední hodnota okamžitého výkonu (za jednu periodu) P = Z p(t)dt V PNUS je proud i napětí vyjádřeno Fourierovými řadami i(t) ¼ I + I mk sin(k! t + k) u(t) ¼ U + U mk sin(k! t + Ã k ) P = Z Z h U + i h U mk sin(k! t + Ã k ) I + Z X i I ml sin(l! t + l) dt l= = U I dt + U I ml sin(l! t + l)dt+ I U mk sin(k! t + Ã k )dt + l= {z } {z } = = + Z fcos [(k l)! t + Ã k l] cos [(k + l)! t + Ã k + l]g dt = U I + U k I k cos(ã k k) l= {z } =, pokud k6=l Z X X3EO - Pavel Máša ortogonalita P = U I + U mk I mk cos(ã k k) =U I + U k I k cos(ã k k) [W] X3EO - Pavel Máša - PNUS

Činný výkon, vyjádřený z koeficientů Fourierovy řady v komplexním tvaru u(t) = bu k e jk! t bu k = Z u(t)e jk! t dt i(t) = k= k= b Ik e jk! t b Ik = Z i(t)e jk! t dt Do obecné definice výkonu dosadíme Fourierovu řadu napětí P = Z u(t)i(t)dt = Z bu k e jk! t i(t)dt = P = k= bu k b I k Parsevalův teorém; k= Má význam zejména při výpočtu energie ze známého spektra (spektrální analyzátor) platí též Energii / výkon signálu je možné počítat buď jako integrál / sumu součinu / kvadrátu okamžitých hodnot časového průběhu, nebo jako integrál / součet součinu / kvadrátu Fourierových obrazů Z Z ju(t)j dt = ji(t)j dt = n= k= X3EO - Pavel Máša k= k= bu k Z b I k = b I k bu k bi k N X jx[n]j = N X jx[k]j N k= i(t)e jk! t dt (diskrétní signál) X3EO - Pavel Máša - PNUS

Příklad: Vypočítejte efektivní ³ hodnotu napětí s časovým průběhem u(t) = cos ¼ + ¼ 4 Efektivní hodnotu můžeme spočítat podle definice s U = (Pokud ovšem neznáme efektivní hodnotu sinusovky ) Nebo jí můžeme vypočítat z Fourierova obrazu funkce cosinus Z ³ u(t) =cos ¼ + ¼ =5e j ¼ 4 e j¼ +5e j ¼ 4 e j¼ 4 h ³ cos ¼ + ¼ i dt 4 bu =5e j ¼ 4 U bu =5e j ¼ 4 U = bu + U b =5 +5 =5 ) U = p 5 = p X3EO - Pavel Máša X3EO - Pavel Máša - PNUS

Zdánlivý výkon Celkový výkon přenesený vodiči Odpovídá součinu efektivních hodnot napětí a proudu K celkovému přenesenému výkonu vzájemně přispívají i různé harmonické napětí a proudu Jalový výkon S = UI = Stejně jako v HUS odpovídá výměně energie mezi zdroji, kapacitory a induktory K tomuto výkonu mohou přispívat pouze stejné harmonické napětí a proudu, stejně, jako u činného výkonu Q = U mk I mk sin(ã k k) = = v u à t U + v u à t U + X U k U mk!ã!ã U k I k sin(ã k k) [var] I + I + X I k! I mk X3EO - Pavel Máša! = [VA] X3EO - Pavel Máša - PNUS

Deformační výkon Na činný a jalový výkon přispívají pouze stejné harmonické napětí a proudu, ale efektivní hodnoty napětí a proudu ve zdánlivém výkonu roznásobují efektivní hodnotu každé harmonické napětí s efektivní hodnotou každé harmonické proudu v à u S = t U + X U k!ã I + X l= v = U I + UkI k + Uk Il + U Il + I U k u ;l= l= t {z } k6=l =P +Q {z } Zde se neuplatňuje ortogonalita (už roznásobujeme konstanty) I l! Deformační výkon je tedy část z celkové přenášené energie, která je dána různými harmonickými napětí a proudu jak uvidíme dále v příkladu D = p S P Q = [VA] =D X3EO - Pavel Máša X3EO - Pavel Máša - PNUS

Příklad: Dvojbran jsme připojili ke zdroji sinusového napětí u(t). Dvojbranem protékal proud s časovým průběhem i(t).vypočítejte všechny výkony v obvodu. u(t) =sin¼ P; Q i(t) =:5+sin ¼ + 4 ¼ +:5 sin 3¼ + ¼ +: sin 5¼ ¼ D P = ³ cos ¼ = :77 W 4 Q = ³ sin ¼ = :77 var 4 r r S = :5 + ( +:5 +: )=:44 :938 = :366 VA D = p :366 :77 ( :77) =:877 VA X3EO - Pavel Máša 6 6 X3EO - Pavel Máša - PNUS

V HUS se někdy účiník nazýval přímo cos ϕ, což v PNUS není v žádném případě možné žádný fázový posun zde neexistuje Obvykle se definuje jako poměr činného a zdánlivého výkonu = P S ÚČINÍK V PNUS Někdy se uvádí fiktivní fázový posun mezi fiktivním harmonickým napětím a proudem se stejnými efektivními hodnotami a činným výkonem ϕ ekv, nemá ale žádný fyzikální význam = P S =cos' ekv X3EO - Pavel Máša X3EO - Pavel Máša - PNUS

Činitel harmonického zkreslení (HD otal Harmonic Distorsion) Charakteristika, která udává poměr efektivní hodnoty vyšších harmonických vůči základní harmonické, někdy též jejich výkonu v audiotechnice charakterizuje zkreslení soustavy např. z důvodu limitace amplidudy (oříznutí sinusovky) Příklad signálu s neharmonickým zkreslením sinusovka s poměrně velkou amplitudou po průchodu elektronkovým zesilovačem s jeho pomocí se udává i účiník nelineárních spotřebičů s P HD = I k k= I čitatel se někdy označuje jako efektivní hodnota zbytkové křivky Činitel zkreslení p I d = + I3 + I 4 p + I + I + I 3 + ČINIEL ZKRESLENÍ X3EO - Pavel Máša Jednotky obvykle v %, pak se výsledek vynásobí X3EO - Pavel Máša - PNUS

Příklad: Vypočítejte činitel zkreslení obdélníkového průběhu u(t) = 4U m k¼ sin k! t Efektivní hodnota obdélníkového průběhu U = U m (pozor na případnou stejnosměrnou složku) Efektivní hodnota základní harmonické p U HD = U = U p U d = U = U Protože I = q Um ( 4U m s 4U m ¼ p μ U ¼ p ) U U = 4U m ¼ p = r = X3EO - Pavel Máša r ¼ = :4834 = 48:34 % 8 8 = :435 = 43:5 % ¼ X3EO - Pavel Máša - PNUS

Příklad: Uvažujme obvod, tvořený sériovou kombinací usměrňovací diody a rezistoru. Obvod je napájen z ideálního zdroje napětí s harmonickým průběhem u(t) =3 p sin34t Diodu idealizujeme tak, že v propustném směru se bude chovat jako vodič, v nepropustném jako dokonalý izolant. Exponenciální průběh, který se zvlášť výrazně projevuje do napětí V zanedbáme. Časový průběh napětí na rezistoru, a časový průběh proudu jsou jednocestně usměrněnou sinusovkou, viz obr. Fourierova řada tohoto průběhu bude: a = Z I m sin!t dt = I m cos!t = I m! a k = Z Z ¼ μ cos ¼ + = I m ¼ I m sin! t cos k! t dt = jsin cos = [sin( + )+sin( )]j = = I m [sin(! t + k! t)+sin(! t k! t)] dt = I ¼ m cos[ ( + k) ]+cos ¼ ( + k) = I m ¼( + k) I m ¼( k) = k =; 4; 6;::: ¼( + k)(k ) b k = Z Z X3EO - Pavel Máša I m sin! t sin k! t dt = jsin sin = [cos( ) cos( + )]j = = I m [cos(! t k! t) cos(! t + k! t)] dt = I ¼ m sin[ ( k) ] sin ¼ ( k) = I m sin(¼ ) = I m ¼ i(t) ¼ I m ¼ + I m sin! t I m ¼ 3 cos(! t)+ 3 5 cos(4! t)+ I m I m ¼ cos[ ( k) ]+cos ¼ ( k) = ¼ sin[ ( + k) ] sin ¼ ( + k) = X3EO - Pavel Máša - PNUS

Uvažujme R = Ω I m I m = U m R = 3 p = I m 3¼ : =3:5 A I = I m ¼ : =:69e ¼ j A I 4m = I m 5¼ Výkony dodané ze zdroje: r U =3V I = : =:4 A I m = I m P =3 :63 p cos = 64:5W Q =3 :63 p sin = var D = p S P Q = 64:4VA Výkony na rezistoru: P = RI =64:4W Q =var : =:38e ¼ j A I 6m = I m 35¼ p :69 +:38 HD U =% HD I = +:59 + = 43:43 % :63 U = v u t U + S = UI = 64:4VA : =:63 A :4 + (:63 +:69 +:38 +:59 )=:66 A v U mk = u t (RI ) + : =:59e ¼ j A S =3 :66 = 373:99 VA p d :69 +:38 I = +:59 + p = 39:84 % :63 +:69 +:38 +:59 + D =VA = P S =7:7 % Není možné kompenzovat klasicky (kapacitory, synchronní kondenzátory) naopak, vyšší tepelná zátěž (RI mk ) = RI = 6:6V kompenzačních kapacitorů X3EO - Pavel Máša Rozdíl oproti zdroji zanedbané vyšší harmonické X3EO - Pavel Máša - PNUS

Příklad: Nyní uvažujme stejný rezistor, ale síťové napětí bude usměrněné dvojcestně Graetzovým můstkem I m I m I R = i R (t) ¼ I m ¼ 4I m ¼ 3 cos(! t)+ 3 5 cos(4! t)+ Chybí. harmonická bude zdroj dodávat činný výkon? Bude, protože proud zdojem je sinusovka! = U m R = 3 p : =3:5 A I = I m ¼ = 4I m 3¼ r : =:38e ¼ j A I 4m = 4I m 5¼ : =:7 A :7 + (:38 +:76 +:83 )=:3A U R = RI R =3V P = 59 W Q =var S =59VA : =:76e ¼ j A I 6m = 4I m 35¼ X3EO - Pavel Máša D =VA = P S =% : =:83e ¼ j A X3EO - Pavel Máša - PNUS

ANALÝZA PNUS V LINEÁRNÍCH OBVODECH Vycházíme z principu superpozice Analýzu můžeme proto provádět jako superpozici harmonických ustálených stavů, tj. složku po složce. Postup:. Harmonická analýza (tj. nalezení koeficientů Fourierovy řady budící veličiny). Výpočet složek s využitím postupů analýzy v harmonickém ustáleném stavu nalezneme hledané řešení 3. Harmonická syntéza vypočtené složky sečteme dohromady X3EO - Pavel Máša X3EO - Pavel Máša - PNUS

Příklad: RC článek je napájen ze zdroje trojúhelníkového napětí dle obrázku:. Fourierova řada: stejnosměrná složka nulová, R = Ω C = 6 μf funkce je lichá obsahuje pouze sinové členy funkce je antiperiodická obsahuje pouze liché členy Integrujeme pouze přes první čtvrtinu periody: b k = u(t) = 4 Z 4 = 3U m 4U m t sin! t dt = 3U m ( t cos k! t k! 4 Z 4 8U m (k ) ¼ ( )k+ sin k! t =:s )! = ¼ =¼ Z 4.5.5..4.6.8. u = t v =sink! t t sin! t dt = u = v = cos k! t k! ) 8U m cos k! tdt = k! (k ) ¼ ( )k+ X3EO - Pavel Máša X3EO - Pavel Máša - PNUS

. Výpočet jednotlivých harmonických proudu b U Ik = b k = bz k 8U m (k ) ¼ ( ) k+ R + j(k )! C 3. Frekvence ω je v impedanci bz = R +, kterou známe z HUS postupně nahrazována frekvencemi j!c jednotlivých harmonických. harmonická 8 b ¼ I = =3:87 6 + j5:7 5 =5:8e :5j ¹A + j ¼ 6 3. harmonická 8 9¼ b I3 = = 3:9 6 j:64 5 =6:7 e :757j ¹A + j 3 ¼ 6 5. harmonická 8 5¼ b I5 = =:9 6 + j9:7 6 =9:7 e :7j ¹A + j 5 ¼ 6... X3EO - Pavel Máša i(t) = 5:8 sin(¼t+:5)+6:7 sin(6¼t :757)+9:7 sin(¼t+:7)+ ¹A 5 x -5-5.5..5..5.3.35 X3EO - Pavel Máša - PNUS