15 Usmerňovanie, zosilňovanie a transformácia striedavého napätia a prúdu

Transcript

1 5 serňovanie, zosilňovanie a ransforácia sriedavého napäia a prúdu 5. userňovač - ako userňovač sriedavého prúdu sa používa polovodičová dióda. Odpor polovodičovej diódy závisí od veľkosi a polariy pripojeného napäia. Diódou prechádza prúd iba za isých podienok; keď je anóda pripojená ku kladnéu pólu zdroja napäia, ak diódou prechádza elekrický prúd (priepusný ser); pri opačnej polarie napäia á dióda veľký odpor a prechádza ňou iba neparný prúd (záverný prúd) - keď diódu zapojíe do obvodu sriedavého prúdu, pracuje ako elekrický venil. Prechádza ňou prúd iba v kladných polperiódach vsupného sriedavého napäia, ký v záporných polperiódach napäia obvodo prúd neprechádza. Výsupné napäie na pracovno rezisore R z je jednoserné a pulzujúce. Nasalo usernenie sriedavého prúdu, pričo sa využíva iba jedna polovica periódy sriedavého napäia. Dióda pracuje ako jednocesný userňovač a obvodo prechádza jednoserný prúd. - v praxi reba pulzáciu výsupného napäia userňovača znížiť, aby vzniklo usálené jednoserné napäie. To sa dosahuje napr. poocou kondenzáora C, pripojeného paralelne k výsupu userňovača. V kladných polperiódach sa kondenzáor nabíja a v záporných polperiódach sa cez rezisor R z vybíja. Kondenzáoro sa pulzácia userneného napäia čiasočne vyhladí. - userňovač sriedavého napäia napájaný z elekrovodnej siee je funkčnou časťou väčšiny elekronických prísrojov a zariadení. Získava sa ak jednoserné napäie na napájanie ďalších časí prísroja. Dióda ako userňovač sa používa aj v eracích prísrojoch. 5. zosilňovač - ako zosilňovač sriedavého napäia sa používa ranzisor - alé napäie vzbudzuje v obvode bázy prúd, korý je príčinou veľkého prúdu v kolekorovo obvode. To znaená, že alé vsupné napäie sa poocou ranzisora ení na veľké výsupné napäie. - keď na vsup zosilňovača, korý je spojený s bázou, privediee sriedavý elekrický prúd u, ak na výsupe zosilňovača, korý je spojený s kolekoro + A K ranzisora, získae zosilnené napäie u s oveľa väčšou apliúdou. Teno poznaok je kvaniaívne vyjadrený veličinou zosilnenie A: u o A= I u - báza ranzisora je spojená s kladný pólo napájacieho zdroja, preo vsupný obvodo prechádza isý jednoserný prúd, korý predsavuje I B0 pokojový prúd bázy I B0. Ak pripojíe vsupné sriedavé napäie, ení sa prúd bázy periodicky okolo hodnoy I B0. - ranzisor ôžee považovať za obvodový prvok, korého odpor sa ení podľa prúdu bázy. Keď sa vplyvo vsupného napäia zväčší prúd bázy, CE zenší sa odpor ranzisora a na kolekore je enšie napäie. Keď sa vsupné napäie zenší, napäie na ranzisore sa naopak zväčší. Vsupné a výsupné napäie ajú opačnú fázu. CE0 - na dosiahnuie väčšieho zosilnenia sa spájajú jednolivé supne zosilňovača do viacsupňových zosilňovačov. Spojenie sa uskuoční ak, že výsupné +

2 napäie jedného supňa je súčasne vsupný napäí nasledujúceho supňa. 5. sriedavý prúd v energeike - elekrická energia sa získava z priárnych zdrojov energie, ako je uhlie, ropa, voda v priehradách a jadrové palivo. Tieo zdroje poskyujú elekrickú energiu v elekrárňach. Tu pracujú výkonné generáory sriedavého napäia, koré sa nazývajú alernáory. V generáoroch sa na princípe elekroagneickej indukcie indukuje sriedavé napäie s frekvenciou 50 Hz. Too napäie je zdrojo sriedavého prúdu, korý sa rozvádza do ies sporeby poocou elekrickej rozvodnej siee. 5.. generáor sriedavého prúdu - jednoduchý generáor vorí cievka alebo vodivá slučka (roor), korá sa oáča v hoogénno agneicko poli, korého zdrojo sú peranenné agney alebo elekroagney (saor) - keď sa vodivá slučka oáča uhlovou rýchlosťou ω, ení sa agneický indukčný ok plochou S slučky: o Φ = BS cosα, kde α = ω je uhol edzi vekoro agneickej indukcie a norálou plochy S slučky Φ - podľa Faradayovho zákona i = zeny indukčného oku vyvolávajú vznik indukovaného napäia, koré naeriae na koncoch cievky. Keďže zena indukčného napäia je najväčšia v okaihu, keď sa vodiče slučky pohybujú kolo na indukčné čiary, á v oo okaihu indukované napäie najväčšiu hodnou. Naopak v okaihu, keď sa vodiče pohybujú v sere indukčných čiar, je zena agneického indukčného oku najenšia a indukované napäie je nulové. závislosť indukovaného napäia od času je daná sínusoidou a pre jeho okažiú hodnou plaí. o u= sinω - v oáčavej slučke sa indukuje haronické napäie s apliúdou. Veľkosť závisí nielen od veľkosi agneickej indukcie B a plochy slučky S, ale aj od uhlovej frekvencie ω: o = BSω - keď sa v hoogénno agneicko poli oáča cievka s závii, napäia jednolivých záviov sa sčíajú a plí: o = BSω - pre činnosť generáora nie je dôležié, či sa oáča cievka v agneicko poli, alebo naopak rouje elekroagne a cievka je v pokoji. Preo sa časejšie používa druhý spôsob, keď sa sriedavý prúd z generáora odvádza pevnýi svorkai. 5.. rojfázová súsava sriedavých napäí - zdrojo sriedavého napäia v elekrárňach je rojfázový alernáor. Saor alernáora voria ri cievky, korých osi zvierajú navzájo uhly 0. prosred edzi cievkai sa oáča agne. V elekrárňach sa používa urboalernáor. Indukované napäia v jednolivých cievkach sú fázovo posunué o reinu periódy a plaia pre ne rovnice: u = sinω u u u o u = sin ω π u -u 4 u u = sin ω π u - napäie z rojfázového alernáora by se ohli rozvádzať šiesii vodiči. V echnickej praxi sa však využívajú súsavy, v korých sú vodiče vhodný spôsobo navzájo prepojené. Najrozšírenejšia je rojfázová súsava sriedavých napäí, korú voria ri fázové vodiče L, L, L

3 a jeden nulovací vodič, korý býva uzenený. Obvody fázových vodičov nazývae fázy súsavy. o využíva sa u poznaok, že súče okažiých hodnô sriedavých napäí indukovaných na cievkach alernáora je nulový (vyplýva o z fázorového diagrau alebo aj sčíaní rovníc pre indukované napäia) o ( u + u) + u = sin ω π + sin ω π = 0 - eno poznaok uožňuje spojiť jeden koniec cievok alernáora do spoločného uzla. Fázové vodiče sú pripojené k druhéu konci cievok a nulovací vodič je spojený s uzlo. Medzi vodiči a nulovací vodičo sú fázové napäia u, u, u. Medzi ľubovoľnýi vodiči je združené napäie u, u, u, pre jeho hodnou plaí: u = u + u uu cos π u = u o u = u u = u = sinω - v našej sporebieľskej siei ajú fázové napäia efekívnu hodnou 0 V. Efekívna hodnoa združeného napäia je 80 V. - elekrické sporebiče pripájae k fázovéu a nulovacieu vodiču. Keď sporebiče pripojené k jednolivý fázový vodičo ajú rovnaký odpor R, bude nulovací vodičo prechádzať prúd: o i = i + i + i = ( u + u + u) = 0 A R o v praxi prúd i nie je nulový, ale á onoho enšiu hodnou ako prúd vo fázových vodičoch - niekoré sporebiče, napr. elekrooory alebo ransforáory sú konšruované ak, že jednolivé fázy rozvodnej siee sú rovnoerne zaťažované. Ich elekrický obvod á ri rovnaké časi zapojené do hviezdy alebo do rojuholníka. Pri spojení do hviezdy sú jednolivé časi sporebiča pripojené k fázovéu napäiu 0 V. Pri spojení do rojuholníka sú pripojené k vyššieu združenéu napäiu 80 V. L L L do hviezdy do rojuholníka 5.. rojfázový elekrooor - základnou časťou je saor, korého konšrukcia je podobná ako pri alernáore. Roor alebo kova je zhoovená z oceľových plechov s drážkai, v korých sú uložené silné vodiče z hliníka alebo z edi. V čelách roora sú vodiče spojené s prsencai, akže vinuie á var klieky kliekové vinuie. Prierez vodičo závisí od výkonu, na aký je oor konšruovaný. Keďže sú vodiče navzájo spojené, eno druh oora nazývae oor s kovou nakráko. - cievky pripojíe k rojfázovéu napäiu z iného zdroja. V priesore edzi cievkai vznikne agneické pole, korého vekor agneickej indukcie periodicky ení ser očivé agneické pole. Točivé agneické pole cievok saora indukuje vo vinuí kovy veľké prúdy. To á za následok vznik síl, koré kovu rozočia v sere roácie očivého poľa. Kova sa však nikdy neôže oáčať rovnakou frekvenciou, ako by sa oáčal agne,.j. synchrónne s očivý poľo. Pri synchrónno oáčaní by oiž vinuie kovy bolo vzhľado na indukčné čiary relaívne v pokoji, prúd by sa v ňo neindukoval a príčina oáčania by zanikla. Preo sa roor oáča s enšou frekvenciou, alebo asynchrónne asynchrónne elekrooory - rozdiel frekvencie f p oáčania očivého poľa a frekvencie f r oáčania kovy sa vyjadruje v percenách a volá sa sklz: L L L

4 o s= f p f f p r - keby kova pri oáčaní neprekonávala nijaký odpor, bola by jej frekvencia oáčania približne rovnaká ako frekvencia očivého poľa. Ak oor koná prácu, napr. keď je prevodo spojený s nejaký srojo, korý uvádza do pohybu, bude sa oáčať poalšie. indukčné čiary očivého agneického poľa preínajú vodiče roora a vinuí prechádza indukovaný prúd. eno prúd je ý väčší, čí väčší je sklz a ý sa súčasne zväčšuje oen oáčania oora. V praxi býva pri úplno zaťažení elekrooora sklz % až 5 % ransforáor - ransforáory sú zariadenia, korýi sa preieňajú (ransforujú) sriedavé prúdy a napäia na iné hodnoy napäia a prúdu s rovnakou frekvenciou. Rozdeľujee ich na jednofázové a rojfázové. Ich princíp je založený na elekroagneickej indukcii. - jednofázový ransforáor sa skladá z dvoch saosaných cievok (priárnej a sekundárnej) uiesnených na spoločno uzavreo jadre z äkkej ocele. Do priárnej cievky sa privádza zo zdroja s efekívny napäí sriedavý prúd, korý vorí v jadre periodické preenné agneické pole. Vplyvo zien agneického indukčného oku sa v závioch cievok indukuje elekrooorické napäia. V cievke s závii sa pri zene agneického indukčného oku Φ za dobu indukuje elekrooorické napäie, korého okažiá hodnoa je: Φ o u= - keď označíe poče záviov priárnej cievky, poče záviov sekundárnej cievky, okažié napäie indukované v priárnej cievke u a okažié napäie indukované v sekundárnej cievke u, dosanee: Φ Φ o u = u = - pre poer efekívnych indukovaných napäí plaí rovnica ransforáora: o = = k kde k je ransforačný poer ransforáor - pri iso napäí privedeno na priárnu cievku sa na sekundárnej cievke indukuje napäie väčšie ransforácia nahor (ak > a N >N ; napäie sa zvyšuje a prúd sa znižuje) alebo enšie ransforácia nadol (ak < a N <N ; napäie sa znižuje a prúd sa zvyšuje) - v súlade zo zákono zachovania energie usí sa príkon P ransforáora pri zanedbaeľných sraách rovnať jeho výkonu P v sekundárnej časi: I o P = P I cosϕ = I cosϕ (ak v obvode je len R) = I o o znaená, že prúdy sa ransforujú v obráeno poere poču záviov (pri vyššo sekundárno napäí ôžee z ransforáora odoberať enší prúd a naopak) - reálny prípad je P P, eda dochádza k epelný sraá: o Q= I= RI - pre účinnosť ransforáora plaí: P o η =.00 % P - jednofázové ransforáory sa používajú a, kde porebujee eniť hodnou prúdu alebo napäia, napr. v rozhlasových prijíačoch a elevízoroch, v eracích prísrojoch - na ransforáciu rojfázového prúdu v energeike sa používajú rojfázové ransforáory. Jadro voria ri agneické cievky. Každá fáza á vlasné priárne a sekundárne vinuie. Cievky priárneho, príp. sekundárneho vinuia sú navzájo spojené do hviezdy alebo do rojuholníka. Transforáory na veľké výkony sa pri práci veľi zahrievajú, a preo sa usia chladiť. 4

5 5..5 elekrárne - v epelných elekrárňach sa energia získava spaľovaní uhlia alebo iných palív (olej, plyn). Voda sa ení na paru s vysokou eploou a lako 9napr. pri urbogeneráore s výkono 00 MW sa používa para s vsupnou eploou 55 C a lako MPa). Vnúorná energia pary sa ení na echanickú energiu roora urbíny, korý á veľkú frekvenciu oáčania. Turbína je echanicky spojená a rooro alernáora, v koro sa echanická energia ení na elekrickú. - jadrová elekráreň je v podsae epelná elekráreň, v korej sa energia porebná na výrobu pary získava preenou jadrovej energie. - vo vodných elekrárňach sa energia vodného oku ení na elekrickú energiu. Na pohon alernáora sa používa vodná urbína prenosová súsava - podľa vzdialenosi, na korú sa energia prenáša, rozlišujee blízky prenos a diaľkový prenos - pri prechode elekrického prúdu sa vodiče zahrievajú a vznikajú sray. príčinou srá je preena elekrickej energie na vnúornú energiu vedenia prenosovej súsavy. Vplyvo srá sa prenášaný výkon znižuje o hodnou: l o P= RI,kde R je R= ρ, kde ρ je erný odpor aeriálu, l je dĺžka vedenia a S je S prierez vodičov - prenos elekrickej energie je najhospodárnejší pri veľi vysoko napäí. Pri ňo prechádzajú vedení enšie prúdy a na jeho konšrukciu ožno použiť vodiče s enší prierezo. 5