MJEŠOVITA SREDNJA TEHNIČKA ŠKOLA TRAVNIK AKTIVNI I REAKTIVNI OTPORI U KOLU NAIZMJENIČNE STRUJE Električna kola Profesor: mr. Selmir Gajip, dipl. ing. el. Travnik, februar 2014.
Osnovni pojmovi- naizmjenična struja 1. Šta je to naizmjenična struja? Naizmjenična struja je svaka struja koja u funkciji vremena mijenja svoj intenzitet i smjer. 2. Šta je period neke naizmjenične veličine? U čemu izražavamo period? Vrijeme koje je potrebno da se izvrši jedna puna promjena naizmjenične veličine po intenzitetu i smjeru naziva se period. Izražava se u sekundama.
Osnovni pojmovi- naizmjenična struja 3. Šta je frekvencija naizmjenične veličine i koja je osnovna jedinica za frekvenciju? Frekvencija je broj punih promjena (perioda) naizmjenične veličine u jednoj sekundi. Osnovna jedinica je 1Hz. 4. Šta je kružna frekvencija naizmjenične veličine i u kojoj jedinici se izražava? Kružna frekvencija ili ugaona brzina pokazuje koliki ugao u radijanima učini obrtni vektor ili fazor u jednoj sekundi. Jedinica za ugaonu brzinu je 1 rad/s.
Osnovni pojmovi- naizmjenična struja 5. Šta su to fazori i kako se naizmjenične veličine mogu prikazati pomoću njih? Fazor predstavlja obrtni vektor koji nema prostornu orjentaciju, već se nalazi u ravni i obrće oko koordinatntnog početka u smjeru suprotnom smjeru kazaljke na satu. On se ravnomjerno obrće ugaonom brzinom ω i simbolički predstavlja maksimalnu vrijednost naizmjenične veličine. 6. Šta je fazna jednakost naizmjeničnih veličina? Ako se dvije ili više naizmjeničnih veličina iste frekvencije mijenjaju po istom zakonu i pri tome istovremeno prolaze svoje nulte i maksimalne vrijednosti, poklapajući se po smjeru, tada za ove veličene kažemo da su fazno jednake, ili da su u fazi.
Osnovni pojmovi- naizmjenična struja 7. Koje su to vrijednosti naizmjenične struje? Maksimalna vrijednost- to je najveća vrijednost koju struja poprimi u toku jedne poluperiode, uz pretpostavku da se mijenja po sinusnom zakonu. Efektivna vrijednost- brojno je jednaka istosmjernoj struji stalne jačine koja u strujnom krugo oslobaña istu količinu toplote kao posmatrana naizmjenična struja. Srednja vrijednost- brojno je jednaka istosmjernoj struji stalne jačine pri kojoj bi za vrijeme poluperioda protekla jednaka količina elektriciteta kao pri promatrajnoj naizmjeničnoj struji.
Fazorski i razvijeni dijagram
Aktivni otpor u kolu naizmjenične struje Nosiocima elektriciteta koji se usmjereno kreću kroz provodnik se suprotstvalja otpor provodnika. Posljedica toga je pretvaranje dijela električne energije u toplotu. To je nepovratan proces, jer se taj dio energije ne vraća u krug i naziva se aktivnom energijom. U kolima istosmjerne struje imamo samo omski otpor- termički.
Aktivni otpor u kolu naizmjenične struje U kolima naizmjenične struje takoñer postoji omski otpor koji se još naziva aktivni otpor. Potrošači koji posjeduju aktivni otpor nazivaju se aktivnim potrošačima. Kod ovih potrošača reaktivni otpor je zanemariv u odnosu na aktivni i dominatno je pretvaranje električne energije u toplotnu. Primjeri aktivnih potrošača:
Aktivni otpor u kolu naizmjenične struje Zadatak1 Na krajeve el. ureñaja aktivnog otpora R=10 Ω priključen je naizmjenični napon čiji je izraz za trenutnu vrijednost: u(t)=311*sin(314t) (V). Izračunajte efektivnu i maksimalnu vrijednost struje u krugu. Napišite izraz za trenutnu vrijednost struje.
Aktivni otpor u kolu naizmjenične struje
Reaktivni otpor u kolu naizmjenične struje U kolima naizmjenične struje oko provodnika dolazi do pojave električnog odnosno magnetnog polja. Kada struja odnosno napon po svom prirodnom zakonu opada, tako opada i električno odnosno magnetno polje. Pri tome se elektrostatska energija el. polja, odnosno magnetna energija magnetnog polja pretvara u električnu energiju u provodniku. To je reverzibilan proces, a snaga odnosno energija koje imaju ovakav karakter nazivamo reaktivnom snagom, odnosno reaktivnom energijom. Električni elementi u kojima se koncetriše magnetna odnosno elektrostatska energija predstavljaju reaktivne električne elemente. U reaktivne električne elemente spadaju: zavojnica i kondenzator.
Reaktivni (induktivni) otpor u kolu naizmjenične struje Induktivni otpor naizmjeničnoj struji pruža zavojnica. Parametar zavojnice je induktivitet zavojnice L. Oznaka za induktivni otpor je X L Zavisi od kružne frekvencije ω i induktiviteta L. X L = ωl
Reaktivni (induktivni) otpor u kolu naizmjenične struje Zadatak 2 Izračunajte induktivni otpor zavojnice induktiviteta L=200 mh ako je ona priključena na napon frekvencije f=50 Hz. X L = ωl
Reaktivni (induktivni) otpor u kolu naizmjenične struje
Reaktivni (kapacitivni) otpor u kolu naizmjenične struje Kapacitivni otpor naizmjeničnoj struji pruža kondenzator. Parametar kondenzatora je kapacitet C. Oznaka za kapacitivni otpor je X C Zavisi od kružne frekvencije ω i kapaciteta C. X C =1/ωC
Reaktivni (kapacitivni) otpor u kolu naizmjenične struje Zadatak 3 Pri kojoj će kružnoj frekvenciji ω naizmjeničnog napona kondenzator kapaciteta C=100µF pružati kapacitivni reaktivni otpor X C =15 Ω? X C =1/ωC
Reaktivni (kapacitivni) otpor u kolu naizmjenične struje
Pitanja 1. Zbog čega se el. energija pretvara u toplotu pri protjecanju struje kroz provodnik. Šta je omski otpor fizikalno gledano i odčega zavisi? Prilikom protjecanja struje dolazi do sudaranja elektrona sa atomima strukture provodnika, pri čemu elektroni gube dio energije u vidu toplotne energije. Omski otpor je dakle suprotstavljanje strukture provodnika protjecanju struje i zavisi od vrste materijala (specifičnog otpora), dužine provodnika, te njegovog poprečnog presjeka. 2. Šta su aktivni potrošači i navedite neke? Aktivni potrošači su oni kod kojih dominira aktivni otpor u odnosu na reaktivni, pa je samim tim dominantno i pretvaranje električne energije u toplotnu. Primjeri aktivnih potrošača su: bojler, el. šporet, pegla...
Pitanja 3. Šta su to reaktivni potrošači i koji su to reaktivni elementi? Reaktivni potrošači su oni koji imaju mogućnost akumuliranje magnetne, odnosno elektrostatske energije, i u reaktivne elemente spadaju zavojnica i kondenzator. 4. Šta je to induktivni otpor? Ko ga pruža? Induktivni otpor pruža zavojnica, i to je otpor koji nastaje kao posljedica suprotstavljanja napona samoindukcije protjecanju struje kroz zavojnicu kada je ona priključena na naizmjenični napon.
Pitanja 5. Od čega zavisi induktivni otpor, i šta nam pokazuje dijagram njegove promjene? Induktivni otpor zavisi od kružne frekvencije i induktiviteta zavojnice. Dijagram njegove promjene nam pokazuje da je ta zavisnost linearna, i što je veća frekvencija veći je i induktivni otpor. 6. Šta je to kapacitivni otpor? Ko ga pruža? Kapacitivni otpor pruža kondenzator, i posljedica je protivljenja nagomilanih elektrona na pločama kondenzatora, nagomilavanju novih nosioca elektriciteta.
Pitanja 7. Od čega zavisi kapacitivni otpor, i šta nam pokazuje dijagram njegove promjene? Kapacitivni otpor zavisi od kružne frekvencije i kapaciteta kondenzatora. Dijagram njegove promjene nam pokazuje da sa porastom frekvencije kapacitivni otpor postaje sve manji. 8. U kakvom su faznom odnosu napon i struja u kolu naizmjenične struje kod omskog, induktivnog i kapacitivnog otpora? Kod omskog otpora su u fazi, kod induktivnog napon prednjaci struji za 90 stepeni, i kod kapacitivnog napon kasni struji za 90 stepeni. Čovjek je roñen da radi, da trpi i da se bori; ko tako ne čini, mora propasti. Nikola Tesla