Váltakozó áram. A váltakozó áram előállítása



Hasonló dokumentumok
Huroktörvény általánosítása változó áramra

1. Válaszd ki a helyes egyenlőségeket! a. 1C=1A*1ms b. 1 μc= 1mA*1ms. 2. Hány elektron halad át egy fogyasztón 1 perc alatt, ha az I= 20 ma?

Összetett hálózat számítása_1

1. Adja meg az áram egységének mértékrendszerünkben (m, kg, s, A) érvényes definícióját!

2. ábra Soros RL- és soros RC-kör fázorábrája

Nyugat-magyarországi Egyetem Geoinformatikai Kara. Csordásné Marton Melinda. Fizikai példatár 4. FIZ4 modul. Elektromosságtan

3. számú mérés Szélessávú transzformátor vizsgálata

Fizika belépő kérdések /Földtudományi alapszak I. Évfolyam II. félév/

Példafeladatok. PTE Műszaki és Informatikai Kar DR. GYURCSEK ISTVÁN. Váltakozóáramú hálózatok VÁLTAKOZÓÁRAMÚ HÁLÓZATOK DR.

Dr. Kuczmann Miklós SZÉCHENYI ISTVÁN EGYETEM MŰSZAKI TUDOMÁNYI KAR. Győr, 2009

= szinkronozó nyomatékkal egyenlő.

Ellenáll. llások a. ltség. A szinuszosan váltakozv U = 4V U = 4V I = 0,21A

Elektronikai műszerész Elektronikai műszerész

A válaszok között több is lehet helyes. Minden hibás válaszért egy pontot levonunk.

MEGOLDÓKULCS AZ EMELT SZINTŰ FIZIKA HELYSZÍNI PRÓBAÉRETTSÉGI FELADATSORHOZ 11. ÉVFOLYAM

EGYFÁZISÚ VÁLTAKOZÓ ÁRAM

Középszintű érettségi feladatsorok és megoldásaik Összeállította: Pataki János; dátum: november. I. rész

Atommagok mágneses momentumának mérése

Elektrotechnika Feladattár

Mikrohullámú aluláteresztő szűrők tápvonalas megvalósítása

Elektromos áram, áramkör, ellenállás

Fizika 2. Feladatsor

Az áram hatásai, az áram munkája, teljesítménye Hőhatás Az áramló elektronok beleütköznek a vezető anyag részecskéibe, ezért azok gyorsabb

III/1. Kisfeszültségű vezetékméretezés általános szempontjai (feszültségesés, teljesítményveszteség fogalma, méretezésben szokásos értékei.

I. rész. x 100. Melyik a legkisebb egész szám,

MATEMATIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Körmozgás és forgómozgás (Vázlat)

Az alap- és a képfelület fogalma, megadási módjai és tulajdonságai

HITELESÍTÉSI ELŐÍRÁS MÉRŐTRANSZFORMÁTOROK HE

mágnes mágnesesség irányt Föld északi déli pólus mágneses megosztás influencia mágneses töltés

Az elektroncsövek, alap, erősítő kapcsolása. - A földelt katódú erősítő. Bozó Balázs

FIZIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Kosztolányi József Kovács István Pintér Klára Urbán János Vincze István. tankönyv. Mozaik Kiadó Szeged, 2013

LINEÁRIS ALGEBRA PÉLDATÁR MÉRNÖK INFORMATIKUSOKNAK

2. OPTIKA 2.1. Elmélet Geometriai optika

SZOLGÁLATI TITOK! KORLÁTOZOTT TERJESZTÉSŰ!

Geometriai példatár 2.

MATEMATIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Visszatérítő nyomaték és visszatérítő kar

Mérés és adatgyűjtés

Elektromos áram, egyenáram

MELLÉKLETEK. ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK ÉRETTSÉGI VIZSGA ÍRÁSBELI TÉTEL Középszint

A soros RC-kör. t, szög [rad] feszültség áramerősség. 2. ábra a soros RC-kör kapcsolási rajza. a) b) 3. ábra

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI október 25. EMELT SZINT I.

A megnyúlás utáni végső hosszúság: - az anyagi minőségtől ( - lineáris hőtágulási együttható) l = l0 (1 + T)

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Geometria V.

Egyszerű áramkörök árama, feszültsége, teljesítménye

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK ÉRETTSÉGI VIZSGA I. RÉSZLETES KÖVETELMÉNYEK

Dr. Gyurcsek István. Példafeladatok. Helygörbék Bode-diagramok HELYGÖRBÉK, BODE-DIAGRAMOK DR. GYURCSEK ISTVÁN

Feladatok GEFIT021B. 3 km

E G Y F Á Z I S Ú T R A N S Z F O R M Á T O R

Mössbauer Spektroszkópia

KÖZÉPSZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA

= Φ B(t = t) Φ B (t = 0) t

Ha vasalják a szinusz-görbét

10.3. A MÁSODFOKÚ EGYENLET

Geometriai alapfogalmak

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI október 20. EMELT SZINT

Óbudai Egyetem Kandó Kálmán Villamosmérnöki Kar Mikroelektronikai és Technológia Intézet. Mikro- és nanotechnika (KMENT14TNC)

Állandó permeabilitás esetén a gerjesztési törvény más alakban is felírható:

Széchenyi István Egyetem, 2005

Bolyai János Matematikai Társulat

MATEMATIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

- hányadost és az osztót összeszorozzuk, majd a maradékot hozzáadjuk a kapott értékhez

Fizika 1i (keresztfélév) vizsgakérdések kidolgozása

MATEMATIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Szögfüggvények értékei megoldás

Tevékenység: Olvassa el a fejezetet! Gyűjtse ki és jegyezze meg a ragasztás előnyeit és a hátrányait! VIDEO (A ragasztás ereje)

A 2008/2009. tanévi FIZIKA Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny első fordulójának. feladatai és megoldásai fizikából. I.

FIZIKA MECHANIKA MŰSZAKI MECHANIKA STATIKA DINAMIKA BEVEZETÉS A STATIKA HELYE A TUDOMÁNYBAN

Egyenletek, egyenlőtlenségek grafikus megoldása TK. II. kötet 25. old. 3. feladat

BBBZ kódex Hajók propulziója

Feladatok megoldásokkal a harmadik gyakorlathoz (érintési paraméterek, L Hospital szabály, elaszticitás) y = 1 + 2(x 1). y = 2x 1.

ALAPFOGALMAK ÉS ALAPTÖRVÉNYEK

ELEKTROMOS GÉP- ÉS KÉSZÜLÉKSZERELŐ SZAKKÉPESÍTÉS KÖZPONTI PROGRAMJA

Póda László Urbán János: Fizika 10. Emelt szintű képzéshez c. tankönyv (NT-17235) feladatainak megoldása

A BEREGSZÁSZI PÁL SZAKKÖZÉPISKOLA ÉS SZAKISKOLA PEDAGÓGIAI PROGRAMJA IV. KÖTET HELYI TANTERVEK RÉGI OKJ SZERINT SZEPTEMBER 21.

Mechatronikai rendszerek speciális érzékelői és aktuátorai

A műszaki rezgéstan alapjai

Az oszcillátor olyan áramkör, amely periodikus (az analóg elektronikában általában szinuszos) jelet állít elő.

A stabil üzemű berendezések tápfeszültségét a hálózati feszültségből a hálózati tápegység állítja elő (1.ábra).

Tanulói munkafüzet. FIZIKA 11. évfolyam emelt szintű tananyag egyetemi docens

Matematika felvételi feladatok bővített levezetése 2013 (8. osztályosoknak)

2. Interpolációs görbetervezés

Kondenzátorok. Fizikai alapok

Arany Dániel Matematikai Tanulóverseny 2006/2007-es tanév első (iskolai) forduló haladók I. kategória

R 2 R 1 I R 3 R U 1 L U 2

2) = 0 ahol x 1 és x 2 az ax 2 + bx + c = 0 ( a,b, c R és a 0 )

1. MINTAFELADATSOR KÖZÉPSZINT

FIATAL MŰSZAKIAK TUDOMÁNYOS ÜLÉSSZAKA

MATEMATIKA 9. osztály Segédanyag 4 óra/hét

A soros RL-kör. t, szög [rad] áram feszültség. 1. ábra Feszültség és áramviszonyok az ellenálláson, illetve a tekercsen

4. Mérés Szinkron Generátor

MATEMATIKA ÍRÁSBELI ÉRETTSÉGI-FELVÉTELI FELADATOK május 19. du. JAVÍTÁSI ÚTMUTATÓ

Az analízis néhány közgazdaságtani alkalmazása

(1. és 2. kérdéshez van vet-en egy 20 oldalas pdf a Transzformátorokról, ide azt írtam le, amit én kiválasztanék belőle a zh-kérdéshez.

Háromfázisú hálózat.

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Megoldások

MATEMATIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Gyakorlat 34A-25. kapcsolunk. Mekkora a fűtőtest teljesítménye? I o = U o R = 156 V = 1, 56 A (3.1) ezekkel a pillanatnyi értékek:

Átírás:

Váltakozó áram A váltakozó áram előállítása Mágneses térben vezető keretet fogatunk. A mágneses erővonalakat metsző vezetőpárban elektromos feszültség (illetve áram) indukálódik. Az indukált feszültség maximális nagysága, ahol - a mágneses indukció, - a vezető hossza, - a körmozgás sebessége. Mivel a sebesség és mágneses erővonalak közötti szög változik az indukált feszültség pillanatnyi értéke: szorzat úgy is értelmezhető, mint az erőtérre merőleges sebességkomponens. Az mellékelt ábra a sebesség felbontását ábrázolja, ha a vezetőkeretet oldalról figyeljük. Mivel az - szög (0,360) fokos intervallumban változik, a sin értéke (1,-1) közötti értékeket vehet fel. A szinusz szögfüggvénnyel összhangban a feszültség előjele félperiódusonként váltakozik. Az ilyen típusú feszültséget váltakozó feszültségnek nevezzük. Ha a keret forgatása állandó - szögsebességgel történik és a maximális feszültséget -el jelöljük, akkor a pillanatnyi feszültség - értéke: ahol - a sebesség és mágneses indukció közötti szög. A fenti összefüggésben ahol - a -idő alatt besepert - szög. Ha a pillanatnyi feszültség időbeni változását ábrázoljuk, akkor a mellékelt grafikont kapjuk. A mindennapi életben a legtöbb elektromos berendezés ilyen váltakozó áramot használ. A következőkben megvizsgáljuk, hogyan viselkedik a váltakozó áramú áramkörben egy ellenállás, kondenzátor és tekercs. Végül pedig a három alkatrészt összekapcsoljuk sorosan és párhuzamosan. A váltakozó áram teljesítményét meghatározhatjuk egy olyan egyenáramú áramkör teljesítményének kiszámításával, amely ugyanannyi idő alatt ugyanakkora teljesítményre képes egy ellenálláson. A váltakozó áram teljesítménye: 1

ahol - a pillanatnyi áramerősség, - annak az egyenáramnak az erőssége, amely ugyanazt a teljesítményt biztosítja (neve effektív áramerősség). Az - áramerősség hasonlóan változik a pillanatnyi feszültséggel: Tehát: Ahhoz, hogy kiszámítsuk értékét, ki kell számítanunk a váltakozó áram pillanatnyi teljesítményének középértékét. Mivel középértéke egy periódusra nézve nulla, következik, hogy: vagy Ellenállás váltakozó áramú áramkörben A következőkben megvizsgáljuk az ellenállás, kondenzátor és tekercs viselkedését váltakozó áramú áramkörben. Minden esetben azonos szinuszosan váltakozó feszültséget használunk, melynek pillanatnyi értékét a következő egyenlet adja: Elsőként tekintsünk egy ohmikus ellenállást, melyre a fenti egyenlettel megadott váltakozó feszültséget kötünk. Számítsuk ki, Ohm törvényét használva, az ellenálláson áthaladó áram erősségét: A pillanatnyi áramerősség ( ) felírható tehát, mint egy maximális áramerősség ( ) és egy sinusos tag szorzata. Megjegyzendő, hogy a kapott áramerősség és a tápfeszültség azonos 2

fázisban vannak, tehát az ellenállás nem okoz fáziskülönbséget a váltakozó áramú áramkörben. Kondenzátor váltakozó áramú áramkörben Kössünk kondenzátorra váltakozó áramú áramforrást, melynek feszültségét az alábbi egyenlet írja le: Egyenfeszültségű áramforrás esetén a kondenzátor rövid idő alatt feltöltődik, de azután megakadályozza az áram áthaladását. Váltakozó áram esetén minden félperiódusban váltakozik a feszültség előjele, ezért újból és újból feltöltődik a kondenzátor mindig ellentétes töltésekkel. Így gyakorlatilag az áramkörben nem szakad meg az áram, csak időben változó rezgéseket végez. Keressük meg az áramerősség pillanatnyi értékének kifejezését: az áramerősség differenciált kifejezése. A töltés felírható, mint: Behelyettesítve és deriválva kapjuk: A könnyebb összehasonlítás érdekében írjuk át az eredményt: Összevetve az időtől független tagot (a maximális áramerősséget) Ohm törvényével, arra a következtetésre jutunk, hogy a nevező egy ellenállás érték kell legyen, a kondenzátor ellenállása váltakozó áramú áramkörben, neve kapacitív reaktancia: - kapacitív reaktancia, mértékegysége az ohm (Ω). A maximális áramerősség, tehát: Észrevehető, hogy a kondenzátor az áramerősség sietését okozza a feszültséghez képest. 3

Ábrázolva kapjuk: Az ábrán is látható, hogy a kondenzátor miatt az áramerősség 90 fokkal siet a feszültséghez képest. Tekercs a váltakozó áramú áramkörben Helyezzünk tekercset a váltakozó áramú áramkörünkbe. A váltakozó áramú áramforrás által szolgáltatott feszültség maradjon: Számítsuk ki a tekercsen átfolyó áram pillanatnyi erősségének kifejezését: ami a tekercsben indukált feszültség kifejezése differenciált alakban. Kifejezve, majd integrálva az áramerősségre kapjuk: Az utolsó egyenlőséget átírjuk a azonosságot felhasználva, kapjuk: Az eredményből következik, hogy a tekercs az áramerősség késését idézi elő az áramerősséghez képest. Egybevetve Ohm törvényével kapjuk: tehát, egy ellenállás dimenziójú tag kell legyen, neve induktív reaktancia és -ban mérik. Ábrázolva: 4

az ábráról leolvasható, hogy a feszültség 90 fokkal előzi meg az áramerősséget. Soros RLC áramkör A váltakozó áramú soros RLC áramkör áramforrásához sorosan kötünk ellenállást, tekercset és kondenzátort. A soros kapcsolásra jellemzően az áramerősség azonos a három áramköri elemen, a pillanatnyi feszültségek összege pedig egyenlő kell legyen az áramforrás pillanatnyi feszültségével: A pillanatnyi feszültségeket kiszámíthatjuk mint forgóvektorok vetületeit az x tengelyen. Az ábrázolásnál figyelembe kell venni az előzőekben levezetett fáziskéséseket az áramerősség és a különböző feszültségek között. A teljes feszültséget (az áramforrás maximális feszültségét) megkapjuk, ha vektoriálisan összeadjuk a három áramköri elem feszültségét ábrázoló forgóvektort. A Pitagorasz szabály szerint: mivel:, és, az előző egyenletből kapjuk: vagy, figyelembe véve, hogy a teljes feszültség egyenlő az áramerősség és az áramkör teljes ellenállásának szorzatával ( : 5

ahol az áramkör teljes ellenállása vagy más néven impedanciája. A fentiek szerint meg lehet rajzolni az ellenállások fázisdiagramját soros RLC áramkörre (mellékelt ábra). A feszültségdiagramból kiderül, hogy a feszültség általában nincs fázisban az áramerősséggel. A fáziskülönbséget a szög tangensével szokás megadni: Párhuzamos RLC áramkör A váltakozó feszültségű áramforráshoz párhuzamosan kapcsolunk ellenállást, tekercset és kondenzátort. A párhuzamos kapcsolás tulajdonságai szerint a feszültségek az áramkör elemein azonosak lesznek a pillanatnyi áramerősségek összege pedig megegyezik a főáram pillanatnyi értékével: Forgóvektorok segítségével ábrázolva: Az áramerősségek amplitúdói közötti összefüggés: Felhasználva az,, és egyenlőségeket, kapjuk: vagy: ahol a párhuzamos áramkör eredő ellenállása (impedanciája). 6

Az áramerősség és feszültség közötti fáziseltolódás tangense: Rezonancia az RLC áramkörökben a) soros RLC áramkör Rezonanciáról beszélünk akkor, ha az áramkörben maximálisra nő az áramerősség. Ezzel a megfogalmazással egyenértékű kifejezések: 1) Az impedancia minimális; 2) 3) ; 4) ; 5) Nincs fáziseltolódás a feszültség és áramerősség között; Adott RLC áramkör esetén meghatározható az a periódus (frekvencia), amely esetén bekövetkezik a rezonancia: vagy vagy ahonnan és ahol a rezonancia körfrekvencia, illetve a rezonancia periódus. Ha ábrázoljuk az áramerősséget a körfrekvencia függvényében az alábbi grafikont kapjuk: 7

Rezonancia esetén a kondenzátorra/tekercsre eső feszültség illetve teljes feszültség arányát jósági tényezőnek nevezzük: b) párhuzamos RLC áramkör Ebben az esetben: Az áramkör fő ágában az áramerősségnek minimális, az áramkör impedanciájának maximális értéke van. A rezonancia frekvencia/periódus összefüggés megegyezik a soros RLC áramkörnél megadottal. Teljesítmény a váltakozó áramú áramkörökben Mivel az áramerősség és feszültség is időben változik, ezért a teljesítmény is az idő függvénye. A pillanatnyi teljesítményt a feszültség és áramerősség pillanatnyi értékeinek szorzata adja: Ha egy soros RLC áramkör feszültség diagramját beszorozzuk az áramerősséggel, akkor teljesítmény diagramot kapunk: ahol: P t tekercs teljesítménye; P k kondenzátor teljesítménye; a kettő különbsége adja a reaktív (meddő) teljesítményt: Az aktív teljesítmény az ohmikus ellenállás teljesítménye: A meddő teljesítmény nem használódik fel csak átalakul a tekercs mágneses terének és a kondenzátor elektromos terének energiájává, majd visszaáramlik az áramforrásba. 8

ahol - a feszültség és áramerősség közötti fáziskülönbség, - pedig az áramkör teljesítménytényezője. Ez a teljesítmény az elhasznált teljesítmény, hővé illetve, ha az áramkör mozgó alkatrészeket is tartalmaz, akkor ezek teljesítményét is fedezi. A teljes vagy látszólagos teljesítmény: Az ábra szerint a teljesítményekre igaz, hogy: Az aktív teljesítmény mértékegysége a watt, a látszólagos teljesítményé a VA (volt-amper) és a reaktív (meddő) teljesítményé a VAR (volt-amper-reaktív). 9