AMD. Wykład Elektrotechnika z elektroniką

Transkrypt

1 Andrzej M. Dąbrowski AGH Universiy of Science and Technology Kaedra Elekroechniki i Elekroenergeyki amd@agh.edu.pl Wykład Elekroechnika z elekroniką

2 Wykład. Informacje wsępne i organizacyjne, zaliczenie przedmiou 2. Zagadnienia omawiane na wykładach 3. Podsawowe jednoski i wielkości fizyczne w elekroechnice 4. Schemay obwodów elekrycznych i układów elekronicznych 5. Podsawy Teorii Obwodów Sygnały elekryczne Obwód elekryczny i jego elemeny Prawa Kirchhoffa ormułowanie równań obwodu - algorym

3 Lieraura pomocnicza Praca zbiorowa: Elekroechnika i elekronika dla nieelekryków, WNT Warszawa 24 A. Dąbrowski, W.Dabrowski, S. Krupa, A. Miga: Elekroechnika Ćwiczenia Laboraoryjne, AGH Kraków 22 A. Dąbrowski: Insrukcje do ćwiczeń laboraoryjnych, zadania maeriały zamieszczone w Inernecie hp://home.agh.edu.pl/~amd/elekra/ W.H.Rroadsrum, D.H.Wolaver: Elecrical Engineering for all engineers, John Wiley&Sons,Inc. N.Y.

4 Wymagania wsępne Maemayka: Znajomość elemenarnej algebry liniowej i analizy maemaycznej. izyka: Podsawowa wiedza z zakresu fizyki (jednoski i wielkości fizyczne, siła, praca, energia, moc, ładunek, prąd, napięcie, ip..) Znajomość podsaw fizycznych zjawisk elekrycznych i magneycznych.

5 Zaliczenie przedmiou Wykład: obecność zgodnie z regulaminem sudiów wiedza obowiązkowa czasem lisa obecności Laboraorium: uczesnicwo obowiązkowe, przygoowanie do ćwiczeńopracowanie konspeku, wykonanie ćwiczeń, opracowanie sprawozdań, uzyskanie oceny pozyywnej z kolokwium Ocena końcowa: Średnia ważona ocen z kolokwium pisemnego z wykładu oraz ćwiczeń laboraoryjnych. Ocena końcowa = /2 oceny z kolokwium z wykładu + /2 oceny z laboraorium

6 Temayka Wykładów Przedsawienie meod opisu i analizy zjawisk elekrycznych i magneycznych. Podsawowe pomiary i obserwacje wielkości elekrycznych Zaznajomienie z budową i działaniem wybranych urządzeń elekrycznych oraz podsawami współczesnej elekroniki.

7 Elekroechnika i Elekronika Elecrical Engineering and Elecronics Elekroenergeyka Power Sysem Wywarzanie energii elekrycznej Wykorzysanie i przewarzanie sygnałów elekrycznych Signal Processing Elekronika Przesyłanie i rozdzielanie energii elekrycznej Napęd elekryczny Merologia Radio i Telekomunikacja Grzejnicwo elekryczne Kompuery - Informayka Oświelenie elekryczne pozosałe Serowanie i auomayka Elekronika medyczyna Inne np. Szuka id.

8 Wybrane wielkości i jednoski elekryczne

9 Jednoski cd. Dziesięne wielokroności i podwielokroności jednosek miar Przedrosek Oznaczenie Mnożnik eksa E 8 = pea P 5 = era T 2 = giga G 9 = mega M 6 = kilo k 3 = heko h 2 = deka da = decy d - =, ceny c -2 =, mili m -3 =, mikro -6 =, nano n -9 =, piko p -2 =, femo f -5 =, ao a -8 =,

10 Podział sygnałów Sygnały deerminisyczne Sygnały Sygnały i procesy sochasyczne (losowe) unkcje zespolone unkcje rzeczywise czasu Nieokresowe f ( ) Okresowe f ( n T ) n N Nieprzemienne Przemienne Warość średnia ŚR = Odkszałcone Sinusoidalne f ( ) m sin( )

11 Sygnały analogowe i dyskrene

12 Warość średnia sygnału z ang. Mean Warość średnia funkcji w przedziale śr 2 2 f ( ) d Warość średnia funkcji okresowej śr śr f() 2 T T f ( )d T T f ( )d śr T T f ( )d W elekroechnice Przyrządy pomiarowe w rybie DC Warość średnia prądu zmiennego (dowolnego prądu) odpowiada akiej warości prądu sałego, kóry w ym samym czasie przeniesie aki sam ładunek jak prąd zmienny.

13 Warość skueczna Warość skueczna (RMS z ang. Roo Mean Square) jes saysyczną miarą najczęściej sygnału okresowo zmiennego (w większości doyczy wielkości elekrycznych). W elekroechnice definicja prądowa Warość skueczna dowolnego prądu odpowiada akiej warości prądu sałego, kóry w ym samym czasie, przepływając przez en sam opór, wydzieli aka samą ilość energii cieplnej. sk f ( )d Warość skueczna funkcji okresowej sk T T f 2 ( )d T T f 2 ( )d sk T T f 2 ( )d Przyrządy pomiarowe w rybie AC*

14 Podsawowe sygnały w elekroechnice Sygnał sały consans f sk śr ) ( Skok jednoskowy ) ( dla dla Sygnał sinusoidalny 2, 2π,, 2π ) sin( ) ( m m f f T T f sk śr f() () f() T m

15 Sygnały elekryczne i i( ) Prąd elekryczny zjawisko fizyczne (uporządkowany ruch ładunków elekrycznych przez poprzeczny przekrój środowiska wywołany działaniem pola elekrycznego fizyczna wielkość skalarna odpowiadająca naężeniu prądu elekrycznego lim q dq d A André-Marie Ampère ( )

16 Napięcie elekryczne Jeśli w środowisku wysępuje pole elekryczne o naężeniu E, o całka liniowa wekora naężenia pola E wzdłuż drogi AB jes równa różnicy poencjałów elekrycznych w punkach A i B. Różnicę ych poencjałów między dwoma punkami środowiska nazywamy napięciem elekrycznym u u AB V u( ) A V dφ d B V E dl AB V Alessandro Vola ( ) Jeżeli na elemen przewodzący prąd elekryczny działa zmienny srumień magneyczny, o w elemencie indukuje się napięcie elekryczne

17 Obwód elekryczny worzą połączone z sobą elemeny obwodu Elemen obwodu elekrycznego o jego niepodzielna część składowa pod względem funkcjonalnym. W elemencie obwodu zachodzą rzy rodzaje procesów energeycznych: - wywarzanie energii elekrycznej - akumulacja energii - rozpraszanie (przewarzanie) energii Elemen idealny o aki elemen, kóry charakeryzuję się ylko jednym procesem energeycznym Dwójnik o elemen o dwóch zaciskach (końcówkach)

18 Elemeny obwodu dzielimy na: Elemeny akywne (źródła energii) -źródła napięcia -źródła prądu Elemeny pasywne (odbiorniki energii) - elemeny rozpraszające energię - elemeny akumulujące energię W u( ) i( ) d Energia pobrana przez elemen pasywny jes nieujemna

19 Topologia obwodu elekrycznego Gałąź obwodu - worzy elemen o dwóch zaciskach Węzeł połączenie gałęzi Oczko zbiór gałęzi worzących pęlę

20 Elemeny akywne

21 Elemeny pasywne Opór (oporność) G[S] kondukancja, przewodność Georg Simon Ohm ( )

22 Energia zgromadzona w polu magneycznym Energia zgromadzona w polu elekrycznym

23 Prawa Kirchhoffa Prądowe prawo Kirchhoffa (PPK) Suma prądów w węźle (z odpowiednimi znakami) równa się zero. ik wezeł i2 i3 i4 i5 Napięciowe prawo Kirchhoffa (NPK) Suma napięć w oczku (z odpowiednimi znakami) równa się zero. i Gusav Rober Kirchhoff ( ) oczko u k e u u2 uj u3

24 Analiza obwodu elekrycznego Celem pełnej analizy obwodu elekrycznego jes wyznaczenie prądów i napięć na wszyskich elemenach analizowanego obwodu. Aby wyznaczyć prądy i napięcia w obwodzie elekrycznym worzymy model maemayczny obwodu j. formułujemy równania obwodu na podsawie praw fizyki a nasępnie je rozwiązujemy. Znając prądy i napięcia na elemenach obwodu możemy obliczyć moce oraz energię obwodu elekrycznego (sporządzić bilans mocy i energii), wyznaczyć wskazania przyrządów pomiarowych, przeprowadzić dodakowe badania umożliwiające sprawdzenie poprawności działania układu w różnych (również eksremalnych) warunkach a akże przeprowadzić idenyfikację rzeczywisych układów.

25

26 I R U I R U I R U I R U I R U U U U U U U U U E I I J J I I J Prądowe prawo Kirchhoffa (PPK) Napięciowe prawo Kirchhoffa (NPK) Zależności pomiędzy prądem a napięciem Dla rezysorów prawo Ohma