22. Striedavý prúd
22. Striedavý prúd
- striedavý prúd – prúd, ktorý sa periodicky mení (smer prúdu sa
periodicky mení, hodnota striedavého prúdu periodicky klesá)
- môžeme ho znázorniť graficky – pomocou
sínusoidy
- časový diagram striedavého prúdu :
i = I m . sin . (ω . t + φ 0 )
- i – okamžitá hodnota striedavého prúdu
- I m – amplitúda
- ω
– uhlová frekvencia
- φ 0 - začiatočná fáza
- môžeme opísať aj pomocou fázora
- veľkosť fázora prúdu sa rovná amplitúde │i│= I m
- s kladnou x časťou zviera uhol
φ φ = ω . t + φ 0
- má začiatok v počiatku súradnicovej sústavy a rotuje okolo neho uhlovou
rýchlosťou ω
- striedavé napätie – periodicky sa mení (póly zdroja sa periodicky menia, hodnota napätia
kmitá)
- znázorňujeme ho pomocou sínusoidy :
u = U m . sin . (ω . t + φ 0
)
- pri meraní striedavého napätia a prúdu nedokáže ampérmeter a voltmeter ukázať rýchlu zmenu, ale ustália sa na
určitej hodnote, ktorú voláme efektívna hodnota napätia a prúdu
U = U m / √2 I = I
m / √2
- generátor striedavého prúdu a napätia – zariadenie, ktoré vyrába striedavé
napätie a prúd v dôsledku elektromagnetickej indukcie = alternátor
- skladá sa z 2 častí –
rotor – pohyblivý (magnet)
stator – nepohyblivý (cievka)
otáčaním závitu v
homogénnom magnetickom poli dochádza k zmene magnetického indukčného toku jeho plochou => v závite sa indukuje elektrický prúd a
napätie - pri periodickom otáčaní sa bude indukovať striedavý prúd a napätie
- obvod striedavého prúdu s
rezistorom – ak do striedavého obvodu zapojíme rezistor, prúd a napätie budú dosahovať nulové hodnoty a amplitúdy súčasne =>
fázový posun medzi prúdom a napätím je v takomto obvode nulový
Δφ =
0
platí tu ohmov zákon : U/ I = R <= rezistancia
- obvod striedavého prúdu s
cievkou – ak k cievke pripojíme striedavý zdroj v cievke dochádza k vlastnej indukcii => cievka si vytvorí vlastný prúd, ktorý sa
bráni prúdu zo zdroja => výsledný prúd prechádzajúci cievkou je nulový
- prúd zaostávaza
napätím o π /2 alebo o ¼ periódy
Δφ = - π /2
- v
striedavom obvode s cievkou platí ohmov zákon : U/ I = X L <= induktancia
X L = ω
. L
- obvod striedavého prúdu s kondenzátorom – ak kondenzátor pripojíme k striedavému zdroju môže ním
okamžite prechádzať maximálny prúd lebo kondenzátor je nenabitý, akonáhle sa kondenzátor nabije na maximálne napätie tak prúd prestane
prechádzať a je nulový => prúd prebieha napätie o π /2 o ¼ periódy
Δφ = π /2
- v striedavom obvode s kondenzátorom platí ohmov zákon : U/ I = X C <=
kapacitancia
X C = 1 / (ω . C)
- zložený obvod striedavého prúdu
– s RLC v sérii – k striedavému zdroju sériovo pripojíme rezistor,cievku a kondenzátor
U = UR
+U L+UC
- fázový posun medzi prúdom a napätím v zloženom obvode striedavého prúdu závisí od
odporu cievky a kondenzátora
tg φ = (X L - X C) / R
- v zloženom obvode
striedavého prúdu tiež platí ohmov zákon : U/ I = Z <= impedancia
Z = √R2 + ((X L
- X C) 2
- v cievke a kondenzátore sa energia nepremieňa na teplo ani na užitočnú prácu, len na
energiu elektrického alebo magnetického pola => túto časť obvodu charakterizuje reaktancia, odpor tej časti zloženého
obvodu, ktorej energia účinne nevyužíva
- špeciálny prípad nastáva ak X L = X C => obvod sa
správa tak, akoby v ňom bol spojený len rezistor
- tento prípad nazývame rezonanciou – pri danom striedavo napätí
prechádza obvodom maximálny prúd
- nastáva pri rezonančnej frekvencii f 0 = 1 / 2π . √ (L. C)
- výkon striedavého prúdu – pre výkon jednej sekundy prúdu platilo - P = U . I = R . I
2
- v striedavom obvode, v ktorom je fázový posun medzi I a U nulový, platí to isté len U a I sú efektívne
hodnoty
- ak fázový posun medzi I a U v striedavom napätí nie je nulový pre výkon platí:
P = R . I 2 = (R . I
. U ) / 2 = U . I . cos φ <= činný výkon
- cos φ – účinník - udáva účinnosť
prenosu energie zo zdroja na spotrebič
- činný výkon zodpovedá tej časti energie dodanej zdrojom, ktorá sa v obvode premení za jednotku
času na teplo alebo užitočnú prácu
- pri elektrických strojoch sa vždy udáva aj ich zdanlivý výkon PZ = U . I
cos φ = P / PZ
- jednosmerný usmerňovač – zariadenie, ktoré používame na usmernenie striedavého
napätia na jednosmerné
- základná súčiastka je polovodičová dióda, ktorá pracuje ako ventil => kladných polperiódach ňou
prúd prechádza a v záporných polperiódach neprechádza => dióda pracuje ako jednocestný usmerňovač
výsledné napätie
je jednosmerné a pulzujúce => pulzovanie môžme čiastočne odstrániť pomocou kondenzátora - dvojcestný usmerňovač
– využíva obe polperiódy striedavého napätia
- do obvodu zapojíme 4 diódy podľa tzv. Graetzovho zapojenia
- v kladných polperiódach prechádza prúd cez P1 a P4 , zápornom smere P2 a P3
- v oboch
prípadoch má prúd v obvode rovnaký smer
- na odstránenie pulzovania sa používa kondenzátor
- zmení striedavé napätie na
jednosmerné
- zosilňovač – zariadenie, ktoré používame na zväčšenie amplitúdy
striedavého napätia
- základnou súčiastkou je tranzistor
- malé vstupné napätie medzi bázou a emitorom
vyvolá v bázovom obvode bázový prúd, ktorý sa vďaka tranzistoru zväčší => v kolektorom obvod prechádza väčší kolektorový prúd
=> medzi kolektorom a emitorom je väčšie výstupné napätie, takýto zosilňovač charakterizujeme prúdovým zosilňovacím
koeficientom – β
β = i C / i B
- rádovo býva v stovkách
- zosilňovače sa zvyknú spájať do sústav, ktoré sú zložené z viacerých stupňov
- stupeň je na obrázku vyššie, výstup
1.stupňa je vstupom pre 2.stupeň atď.
Zones.sk – Zóny pre každého študenta