Střídavý proud

1. Střídavý proud

2. Grafické znázornění střídavého napětí

3. Střídavé napětí Okamžitá hodnota střídavého napětí Um………amplituda střídavého napětí ω.............úhlová rychlost T………...perioda f…………frekvence

4. Střídavý proud Otáčením závitu v magnetickém poli vzniká vobvodu střídavý proud Doba jedné otočky se nazývá perioda, má značku T a jednotku s (sekunda). Počet period za sekundu se nazývá frekvence (kmitočet), má značku f a jednotku Hz (hertz). Mezi periodou a frekvencí platí jednoduchévztahy T = 1 / f  a  f = 1 / T. Střídavý proud, který vzniká v elektrickém obvodu připojeném ke zdroji střídavého napětí, můžeme považovat za druh elektrického kmitání

5. Generátor střídavého napětí = alternátor Princip: v homogenním magnetickém poli mezi póly magnetu se otáčí cívka v podobě obdélníkového závitu. Konce cívky jsou spojeny s dvojicí vodivých kroužků, kterých se dotýkají pružné kovové kontakty. U skutečného alternátoru je cívka v klidu (stator) a otáčí se magnet (rotor)

6. Generátor střídavého napětí Obr.

7. Obvod střídavého proudu s rezistorem Napětí Proud v obvodu

8. Obvod střídavého proudu s rezistorem Veličina je amplituda střídavého proudu Celkový odpor obvodu střídavého proudunazýváme rezistance

9. Fáze veličina, která určuje hodnotu napětí a proudu v obvodu v počátečním okamžiku Vyjadřuje se jako úhel buď ve stupních nebo v radiánech. Fázový rozdíl = fázový posun =hodnota rozdílu mezi počáteční fází napětí a počáteční fází proudu (může být kladný nebo záporný) Značí se

10. Průběh fce sin

11. Fázový posun Napětí vzhledem k proudu bude mít kladnou hodnotu v případě, že napětí předbíhá proud Největší fázový posun, který může v obvodech nastat je což odpovídá

12. Fázový posun v obvodu střídavého proudu s rezistorem V obvodu střídavého proudu s odporem fázový rozdíl nevzniká

13. Měření okamžitých hodnot střídavého napětí a proudu Měřící přístroje na střídavý proud jsou konstruovány tak,že ručička ukazuje na stupnici jedinou hodnotu, která je v určitém vztahu k amplitudě měřené veličiny – efektivní hodnota střídavého napětí a proudu

14. Obvod střídavého proudu s cívkou Vlastnost cívky je určena indukčností L

15. Induktance Střídavý proud procházející vinutím cívky vytváří měnící se magnetické pole. To způsobuje, že se v cívce indukuje napětí, které má podle Lenzova zákona opačnou polaritu než zdroj napětí. Proto proud v obvodu nabývá amplitudy později než napětí. Působení cívky na střídavý proud charakterizuje veličina induktance – značí se XL

16. Induktance Napětí indukované v cívce závisí na její indukčnosti a na rychlosti, kterou se mění střídavý proud – tedy na frekvenci střídavého proudu Cívka o indukčnosti L má v obvodu střídavého proudu induktanci XL = 2.p.f.L nebo XL = w.L Jednotkou induktance je ohm

17. Fázový posun mezi napětím a proudem v obvodu střídavého proudu s cívkou • Napětí předbíhá proud • Nastává kladný fázový posun j • V jednoduchém obvodu s cívkou jej = + 90° j = + p/2 rad

18. Fázový posun mezi napětím a proudem v obvodu střídavého proudu s cívkou

19. Obvod střídavého proudu s kondenzátorem • Kondenzátor má kapacitu C

20. Kapacitance Kondenzátor se střídavým proudem periodicky nabíjí a vybíjí. Tento nabíjecí a vybíjecí proud je tolikrát větší kolikrát je větší kapacita kondenzátoru. Kondenzátor klade střídavému proudu tolikrát menší odpor, kolikrát je kapacita kondenzátoru větší. Působení kondenzátoru na střídavý proud charakterizuje veličina kapacitance – značí se XC

21. Kapacitance • Vliv na střídavý proud má tedy kapacita kondenzátoru a frekvence střídavého proudu • Kondenzátor o kapacitě C má v obvodu střídavého proudu kapacitanci XC = 1/(2.p.f.C) nebo XC = 1/(w.C) • Jednotkou kapacitance je ohm

22. Fázový posun mezi napětím a proudem v obvodu střídavého proudu s kondenzátorem • Kondenzátor se musí nejdříve nabít a potom je na něm napětí • Napětí se zpožďuje za proudem • Nastává záporný fázový posun j • V jednoduchém obvodu s kondenzátorem jej = - 90° j = - p/2 rad

23. Fázový posun mezi napětím a proudem v obvodu střídavého proudu s kondenzátorem

24. Př.

25. Výkon střídavého proudu P = U.I U……………..efektivní hodnota napětí I………………efektivní hodnota proudu jednotka…….Watt Uvedený vztah platí pouze pro obvod s odporem, v němž nevzniká fázový posun napětí a proudu

26. Obvod s kondenzátorem a cívkou • Dochází k přeměně energie střídavého proudu na energii magnetického pole cívky popř. energii elektrického pole kondenzátoru. • Část energie střídavého proudu při periodických přeměnách energie neužitečně přechází ze zdroje do spotřebiče a obráceně ze spotřebiče do zdroje

27. Účiník • Účinnost přeměny energie střídavého proudu ve spotřebiči ovlivňuje fázový posun φmezi napětím a proudem v obvodu. • Výkon střídavého proudu označujeme jako činný výkon a platí pro něj vztah • cos φ je účiník • účiník nabývá hodnot od 0 do 1 • Činný výkon koná užitečnou práci • Činný výkon se měří wattmetrem ve Wattech

28. Účiník Udává účinnost přenosu energie ze zdroje střídavého proudu do obvodu střídavého proudu – do spotřebiče Má-li spotřebič pouze odpor, potom φ = 0, potom cos φ = 1 a výkon střídavého proudu je největší V obvodu s cívkou nebo kondenzátorem je popřípadě a činný výkon je nulový

29. Energie střídavého proudu se v případě malého účiníku mění jen v malé míře v užitečnou práci a zbývající část energie se bez užitku přenáší od zdroje ke spotřebiči a zpět

30. Zdánlivý výkon • Největší možný výkon střídavého proudu

31. Trojfázová soustava • Přenos energie více vodiči • Tři vodiče – fázové vodiče • Čtvrtý vodič – nulovací vodič • Přenášejí se tři navzájem fázovém posunutá střídavá napětí (v elektrické síti – 6 vodičů)

32. Alternátor • = zdroj trojfázového střídavého proudu

33. Alternátor Stator • soustava cívek • osy cíveksvírají 120°, takže napětí indukovaná v jednotlivých cívkách jsou fázově posunutá o • jeden konec tvoří fázový vodičL1, L2 ,L3 • druhý konec je připojen do společného uzlu, se kterým je spojen nulovací vodič (uzemněn)

34. Alternátor Součet okamžitých hodnot jednotlivých napětí je v libovolném okamžiku rovný nule

35. Alternátor • Rotor – otáčivý elektromagnet rotor je opatřen dvěma vodivými kroužky, kterými se přivádí stejnosměrný proud ze samostatného zdroje - budič

36. c • Spojení do hvězdy • Spojení do trojúhelníku

37. Spojení spotřebičů • Řada spotřebičů konstruovaných na větší výkon např. elektromotory) se připojuje současně ke všem fázovým vodičům. • Jejich elektrický obvod (např. elektromotoru) má tři stejné části, zapojené buď do hvězdy nebo do trojúhelníka • Při spojení do hvězdy jsou jednotlivé spotřebiče připojeny k fázovému napětí 230 V a při spojení do trojúhelníka jsou připojeny k napětí sdruženému 400 V. Proto je výkon spotřebiče při tomto zapojení větší.

38. Fázové a sdružené napětí • Napětí mezi fázovým vodičem a nulovacím vodičem se nazývá fázové napětí. • Napětí mezi libovolnými fázovými vodiči je sdružené napětí a jeho velikost je větší než fázové napětí

39. Asynchronní elektromotor • Princip spočívá v působení magnetické síly na vodič, který se pohybuje v magnetickém poli • Stator – soustava tří cívek, spojených např. do hvězdy a připojených k fázovým napětím . Cívkami procházejí proudy navzájem posunuté o 1/3 periody. Každá cívka vytváří proměnné magnetické pole – točivé magnetické pole

40. Asynchronní elektromotor

41. Asynchronní elektromotor • V elektromotorech se jako rotor používá zvláštní cívka na ocelovém jádře – kotva

42. Asynchronní elektromotor • Točivé magnetické pole statoru indukuje ve vinutí kotvy značné proudy, podle Lenzova zákona vznikají magnetické síly, které působí na vodiče kotvy a kotva se roztočí. • Rotor elektromotoru se točí s menší frekvencí než pole, protože by se jinak neindukovaly proudy ve vinutí kotvy – nedocházelo by ke změně magnetického pole • Rotor se tedy otáčí s menší frekvencí, tedy asynchronně – trojfázový asynchronní • Čím větší je zatížení motoru, tím pomaleji se rotor otáčí a indukované proudy se zvětšují a tím i magnetické síly působící na rotor

43. Skluz • = rozdíl frekvence pole fp a frekvence rotoru fr • vyjadřuje se v procentech • V praxi bývá skluz při plném zatížení elektromotoru 2% - 5%

44. Transformátor • Mění velikost střídavého napětí

45. Princip transformátoru Základní části: primární cívka C1 – vstupní sekundární cívka C2 – výstupní společné jádro Primární cívkou prochází střídavý proud, v jádře transformátoru vzniká proměnné magnetické pole, které způsobuje, že se v sekundární cívce indukuje střídavé napětí

46. Transformační poměr Napětí na jednom závitu U0 Napětí na cívkách U1=N1U0 a U2=N2U0 N1 …..... počet závitů primární cívky N2 …..... počet závitů sekundární cívky Jestliže je N1 >N2 , pak U1 > U2 a nastává transformace dolů Jestliže je N1 <N2 , pak U1 < U2 a nastává transformace nahoru

47. Transformační poměr • Rovnice transformátoru • K je transformační poměr

48. Transformace proudů • Proudy se transformují v obráceném transformačním poměru

49. Energetická přenosová soustava • Základní přenosová síť - vysoké napětí 220 kV, 400 kV – pro přenos – snížení ztrát

50. Energetická přenosová soustava • Na základní přenosovou síť navazuje vedení vysokého napětí 110 kV, které se transformuje na 22 kV pro přenos na menší vzdálenosti • Přenosovou soustavu ukončují transformační stanice, ve kterých se získává trojfázové napětí 3x400V/230V, které se rozvádí ke spotřebitelům