WYKŁAD 2 INDUKOWANIE SIŁY ELEKTROMOTORYCZNEJ

Podobne dokumenty
WYKŁAD 2 INDUKOWANIE SIŁY ELEKTROMOTORYCZNEJ

Ćwiczenie 4 WYZNACZANIE INDUKCYJNOŚCI WŁASNEJ I WZAJEMNEJ

Indukcja wzajemna. Transformator. dr inż. Romuald Kędzierski

Badanie transformatora

RÓWNANIA MAXWELLA. Czy pole magnetyczne może stać się źródłem pola elektrycznego? Czy pole elektryczne może stać się źródłem pola magnetycznego?

Badanie transformatora

Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki. Opracował: Mgr inż. Marek Staude

Pracę każdej prądnicy w sposób jednoznaczny określają następujące wielkości:

PRAWO OHMA DLA PRĄDU PRZEMIENNEGO

Zespół Szkół Technicznych im. J. i J. Śniadeckich w Grudziądzu

Charakterystyka rozruchowa silnika repulsyjnego

Sposób analizy zjawisk i właściwości ruchowych maszyn synchronicznych zależą od dwóch czynników:

Prąd przemienny - wprowadzenie

X L = jωl. Impedancja Z cewki przy danej częstotliwości jest wartością zespoloną

Pole elektromagnetyczne

BADANIE JEDNOFAZOWEGO SILNIKA ASYNCHRONICZNEGO Strona 1/5

Oddziaływanie wirnika

WYKŁAD 4 STAN JAŁOWY I ZWARCIE TRANSFORMATORA

Metodę poprawnie mierzonego prądu powinno się stosować do pomiaru dużych rezystancji, tzn. wielokrotnie większych od rezystancji amperomierza: (4)

Temat: ŹRÓDŁA ENERGII ELEKTRYCZNEJ PRĄDU PRZEMIENNEGO

Indukcyjność. Autorzy: Zbigniew Kąkol Kamil Kutorasiński

OBWODY MAGNETYCZNE SPRZĘśONE

Obwody sprzężone magnetycznie.

Temat: Analiza pracy transformatora: stan jałowy, obciążenia i zwarcia.

Prądy wirowe (ang. eddy currents)

Wielkości opisujące sygnały okresowe. Sygnał sinusoidalny. Metoda symboliczna (dla obwodów AC) - wprowadzenie. prąd elektryczny

Podstawy fizyki sezon 2 6. Indukcja magnetyczna

Badanie prądnicy prądu stałego

PRAWO OHMA DLA PRĄDU PRZEMIENNEGO

Ć W I C Z E N I E nr 9 BADANIE TRANSFORMATORA JEDNOFAZOWEGO

TRANSFORMATOR TRÓJFAZOWY

Przykład ułożenia uzwojeń

Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów

Wykład Drgania elektromagnetyczne Wstęp Przypomnienie: masa M na sprężynie, bez oporów. Równanie ruchu

Ćwiczenie: "Silnik indukcyjny"

LABORATORIUM PODSTAWY ELEKTROTECHNIKI

PRĄDNICE I SILNIKI. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Wykład 2 Silniki indukcyjne asynchroniczne

Fizyka współczesna. Zmienne pole magnetyczne a prąd. Zjawisko indukcji elektromagnetycznej Powstawanie prądu w wyniku zmian pola magnetycznego

Wykład 15: Indukcja. Dr inż. Zbigniew Szklarski. Katedra Elektroniki, paw. C-1, pok

PL B1. Trójfazowy licznik indukcyjny do pomiaru nadwyżki energii biernej powyżej zadanego tg ϕ

MAGNETYZM. PRĄD PRZEMIENNY

Silniki prądu stałego z komutacją bezstykową (elektroniczną)

WYKŁAD 8 BUDOWA I ZASADA DZIAŁANIA MASZYN PRĄDU STAŁEGO

Badanie transformatora

LABORATORIUM PODSTAW ELEKTROTECHNIKI Badanie transformatora jednofazowego

Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów

KATEDRA ELEKTROTECHNIKI LABORATORIUM ELEKTROTECHNIKI

Maszyny elektryczne. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W10) Szkoły Policealnej Zawodowej.

Maszyny elektryczne. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W12) Kwalifikacyjnego kursu zawodowego.

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

Obliczenia polowe silnika przełączalnego reluktancyjnego (SRM) w celu jego optymalizacji

Obwód składający się z baterii (źródła siły elektromotorycznej ) oraz opornika. r opór wewnętrzny baterii R- opór opornika

MAGNETYZM, INDUKCJA ELEKTROMAGNETYCZNA. Zadania MODUŁ 11 FIZYKA ZAKRES ROZSZERZONY

Ćwiczenie nr 1. Badanie obwodów jednofazowych RLC przy wymuszeniu sinusoidalnym

mgr inŝ. TADEUSZ MAŁECKI MASZYNY ELEKTRYCZNE Kurs ELEKTROMECHANIK stopień pierwszy Zespół Szkół Ogólnokształcących i Zawodowych

Badanie transformatora

Przyjmuje się umowę, że:

Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki. Opracował: Mgr inż. Marek Staude

INSTRUKCJA LABORATORIUM ELEKTROTECHNIKI BADANIE TRANSFORMATORA. Autor: Grzegorz Lenc, Strona 1/11

Zwój nad przewodzącą płytą

ELEKTROTECHNIKA I ELEKTRONIKA

Wykład 14: Indukcja. Dr inż. Zbigniew Szklarski. Katedra Elektroniki, paw. C-1, pok

Wykład 14: Indukcja cz.2.

Wykład FIZYKA II. 4. Indukcja elektromagnetyczna. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

13 K A T E D R A F I ZYKI S T O S O W AN E J

Laboratorium Wirtualne Obwodów w Stanach Ustalonych i Nieustalonych

Ćwiczenie: "Silnik prądu stałego"

Badanie trójfazowego silnika indukcyjnego pierścieniowego

Zwój nad przewodzącą płytą METODA ROZDZIELENIA ZMIENNYCH

2.3. Praca samotna. Rys Uproszczony schemat zastępczy turbogeneratora

Jeżeli zwój znajdujący się w polu magnetycznym o indukcji B obracamy z prędkością v, to w jego bokach o długości l indukuje się sem o wartości:

7 Dodatek II Ogólna teoria prądu przemiennego

Temat: Silniki komutatorowe jednofazowe: silnik szeregowy, bocznikowy, repulsyjny.

WYKŁAD 14 JEDNOFAZOWE SILNIKI ASYNCHRONICZNE

TRANSFORMATORY. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

autor: Włodzimierz Wolczyński rozwiązywał (a)... ARKUSIK 28 PRĄD PRZEMIENNY

Badanie prądnicy synchronicznej

Silniki indukcyjne. Ze względu na budowę wirnika maszyny indukcyjne dzieli się na: -Maszyny indukcyjne pierścieniowe. -Maszyny indukcyjne klatkowe.

Zaznacz właściwą odpowiedź

MASZYNY INDUKCYJNE SPECJALNE

INDUKCJA ELEKTROMAGNETYCZNA

Elementy elektrotechniki i elektroniki dla wydziałów chemicznych / Zdzisław Gientkowski. Bydgoszcz, Spis treści

H a. H b MAGNESOWANIE RDZENIA FERROMAGNETYCZNEGO

Ćwiczenie: "Obwody ze sprzężeniami magnetycznymi"

Przygotowanie do Egzaminu Potwierdzającego Kwalifikacje Zawodowe

BADANIE ELEKTRYCZNEGO OBWODU REZONANSOWEGO RLC

NAGRZEWANIE INDUKCYJNE CZĘSTOTLIWOŚCIĄ SIECIOWĄ

EUROELEKTRA Ogólnopolska Olimpiada Wiedzy Elektrycznej i Elektronicznej Rok szkolny 2014/2015

WYDZIAŁ.. LABORATORIUM FIZYCZNE

Zakład Zastosowań Elektroniki i Elektrotechniki

12.7 Sprawdzenie wiadomości 225

Drgania w obwodzie LC. Autorzy: Zbigniew Kąkol Kamil Kutorasiński

Silniki prądu przemiennego

Powtórka 5. między biegunami ogniwa przepłynął ładunek 13,5 C. Oblicz pracę wykonaną przez ogniwo podczas przemieszczania ładunku między biegunami.

Dynamika układów elektrycznych. dr hab. inż. Krzysztof Patan

LABORATORIUM PODSTAW ELEKTROTECHNIKI Badanie silnika bocznikowego prądu stałego

Ć W I C Z E N I E N R E-8

LABORATORIUM PRZETWORNIKÓW ELEKTROMECHANICZNYCH

Dr inż. Agnieszka Wardzińska 105 Polanka Konsultacje: Poniedziałek : Czwartek:

Transkrypt:

WYKŁAD DUKOWA SŁY KTOMOTOYCZJ.. Źródłowy i odbiornikowy system oznaczeń. ozpatrzmy elementarny obwód elektryczny prądu stałego na przykładzie ładowania akumulatora samochodowego przedstawiony na rys... Przypuśćmy, że w jednym samochodzie oznaczonym indeksem o jest akumulator częściowo rozładowany a drugi samochód określony indeksem z ma sprawny akumulator. Siły elektromotoryczne akumulatorów są równe różnicy odpowiednich potencjałów e z = V z V b > e o = V o V b (.) Dla uproszczenia zapisu ustala się V b =0 oraz dodatnie wartości V z i V o. atężenie prądu płynącego pomiędzy akumulatorami jest więc równe = V z V o z + o (.) gdzie z, o są rezystancjami wewnętrznymi obu akumulatorów. Zauważmy, że zależność (.) definiuje również dodatni kierunek obiegu obwodu - tu zgodnie z ruchem wskazówek zegara. V a > 0 V z V o e z z U ab o e o B 0 B 0 V b = 0 ys... lementarny obwód prądu stałego bez udziału pola magnetycznego B. apięcie pomiędzy przewodami łączącymi oba akumulatory U ab wyznaczyć można z dwu zależności opisujących prawo Kirchhofa dla części powyższego obwodu z + U ab = +e z o U ab = e o (.3)

Prowadzi to do wzorów dających oczywiście ten sam wynik U ab = V z U ab = +e z z U ab = +e o + o (.4) o z + V z + o (.5) o z + o Pierwsze z równań (.4) definiuje napięcie na zaciskach dwójnika elektrycznego w źródłowym systemie oznaczeń, a drugie w odbiornikowym. Zauważmy tu, że w źródle prąd płynie zgodnie z działającą w nim siłą elektromotoryczną a w odbiorniku przeciwnie. To samo rozumowanie można przeprowadzić w bardziej ogólny sposób. Całkowa postać prawa Maxwella przy braku pola magnetycznego jest w postaci dl l = 0 (.6) atężenie pola elektrycznego w tych warunkach może być przedstawione za pomocą potencjału jako = V = d dl V (.7) Całkę skierowaną (.6) zastępujemy sumą składników po poszczególnych częściach obwodu. Dla źródła mamy co daje z V dl + V dl + V dl = 0 (.8) b z a a b (V z V b ) + (V a V z ) + (V b V a ) = 0 (.9) Uwzględniając (.) otrzymujemy ostatecznie pierwsze z równań (.4) Dla obwodu odbiornika otrzymuje się kolejno oraz b e z z = U ab (.0) V dl + V dl + V dl = 0 (.) o b a a o

(V b V o ) + (V a V b ) + (V o V a ) = 0 (.) Ostatecznie otrzymujemy zależność e o + U ab o = 0 (.3) będącą drugim równaniem (.4). Wykonajmy teraz analizę bardziej złożonego obwodu izolowanej sieci elektrycznej pokazanej na rys., w której mamy prądnicę (prądu stałego lub przemiennego) napędzaną silnikiem spalinowym i odbiornik elektronarzędzie napędzane silnikiem elektrycznym. V a > 0 z e z B 0 B 0 i U ab o e o V b = 0 B 0 ys... okalna sieć elektryczna składająca się z elektromaszynowego źródła i odbiornika energii. Zasadniczą różnicą w stosunku do wcześniej analizowanego przypadku jest inne usytuowanie źródeł/upustów energii. Poprzednio akumulatory były galwanicznie włączone w obwód elektryczny. Obecnie źródłem energii jest wirujący silnik spalinowy wytwarzający na wale moment napędowy a odbiornikiem jest obrabiany przez wirującą tarczę element, który wytwarza odpowiedni moment hamujący elektronarzędzie. Siły elektromotoryczne, zarówno w obwodzie źródła jak i odbiornika, są indukowane poprzez pole magnetyczne o pewnej indukcji B 0. ch obecność w schemacie obwodu ma więc charakter symboliczny, równoważny stwierdzeniu występowania pola magnetycznego. W obszarze, gdzie znajdują się przewody łączące (o pomijalnej rezystancji), zakładamy brak pola magnetycznego i napięcie U ab jest równe jak poprzednio różnicy potencjałów. Drugie prawo Maxwella w postaci całkowej zapisuje się jako l dl = dψ (.4)

Dla obwodu źródła całka po zamkniętym konturze skierowanym wzdłuż 0 może być rozbita na dwa składniki: wzdłuż uzwojeń prądnicy na drodze l z i na zewnątrz pomiędzy jej zaciskami. l z dl + U ab = dψ z (.5) atężenie pola elektrycznego w przewodniku jest powiązane z gęstością prądu J zależnością = ρj = ρ i S (.6) gdzie jest rezystywnością, S przekrojem przewodnika, i wartością chwilową prądu elektrycznego. Podstawiając to do (.5) uzyskuje się l z ρ i S dl + U ab = z i + U ab = dψ z = e z (.7) Uzyskaliśmy więc wzór (.0), w którym pojęcie SM powiązano ze zmiennością strumienia magnetycznego skojarzonego wziętą z ujemnym znakiem. Pojęcie to będzie dalej szczegółowo omówione. Wykonując analogiczne działania dla obwodu odbiornika mamy l o dl U ab = dψ o (.8) co prowadzi do zależności o i + dψ o = oi + e o = U ab (.9) Otrzymaliśmy wzór (.3), w którym SM odbiornika e o jest równa pochodnej czasowej strumienia skojarzonego ze znakiem plus przeciwnie niż w przypadku źródła. Podsumowując, stwierdzamy, że zależność wiążąca chwilowe wielkości obwodowe, to jest mierzone na zewnątrz danego urządzenia napięcie u i natężenie prądu elektrycznego i z całkową wielkością magnetycznego strumienia skojarzonego opisującego wewnętrzny rozkład pola magnetycznego, ma postać zależną od przyjętego systemu oznaczeń. Dla opisu źródłowego mamy u = i dψ a dla opisu odbiornikowego zachodzi u = +i + dψ (.0) (.)

.. ozwinięcie prawa Faraday a ozpatrujemy układ M cewek skupionych, każda o zwojności m zwojów dowolnie rozmieszczonych w przestrzeni i połączonych szeregowo. Wypadkowa siła elektromotoryczna e w (w opisie odbiornikowym) takiego układu nazywanego w maszynach elektrycznych pasmem cewkowym jest równa M d e w = + m m= gdzie S m - powierzchnia m-tej cewki, Wyrażenie to zapisuje się zazwyczaj jako B ds S m (.) M M e w = + d m B ds = + d Ψ m m= S m m= (.3) gdzie m - strumień skojarzony z m-tą cewką. Zwojności m w poszczególnych cewkach uzwojenia są zazwyczaj takie same = m, m=,,..., stąd wyrażenie określające składowe strumienie skojarzone ( t) m B S m ds (.4) może mieć różny znak w zależności od połączenia cewek i rozkładu przestrzennego pola indukcji rys..3. B B ds > 0 ds B B ds < 0 ds Początek cewki Koniec cewki ys..3. Wpływ położenia cewek względem pola indukcji magnetycznej na znak strumienia skojarzonego

Składowe wypadkowego strumienia skojarzonego mogą mieć stałe przesunięcie fazowe (w stosunku do ) rys..4, lub nie - rys..5, w zależności od tego, czy kolejne cewki są umieszczone na tym samym fragmencie obwodu magnetycznego (np. na wybranej kolumnie transformatora) czy też są przesunięte w przestrzeni jak to występuje w maszynach elektrycznych. e 3 3 m ys..4. Strumienie skojarzone wybranych cewek transformatora jednofazowego 3 e 3 m ys..5. Strumienie skojarzone wybranych cewek maszyny synchronicznej W typowych uzwojeniach (gdzie S m =S, m=,...) można zastosować uproszczoną zależność

M m m B ds M Sm S B ds (.5) gdzie jest nazywany współczynnikiem uzwojenia, a iloczyn e M (.6) określa tzw. efektywną liczbę zwojów szeregowych w uzwojeniu (paśmie uzwojenia). Zmienność w czasie strumienia skojarzonego (t) z pewnym obwodem o powierzchni S może być wywołana: - zmiennością w czasie prądu i(t), który wywołał ten strumień; - ruchem tego obwodu z prędkością d/ względem zmiennego w przestrzeni pola magnetycznego. Współrzędna jest najczęściej współrzędną kątową w ruchu obrotowym. Stąd siła elektromotoryczna (.3) wynosi e w d ( i, ) d i d ( t) (.7) d t i d t d t Pierwszy składnik nazywa się SM transformacji a drugi SM rotacji. Te składowe siły elektromotorycznej występują zarówno oddzielnie jak i jednocześnie, zależnie od typu urządzenia. W transformatorze gdzie kształt pola jest wymuszony poprzez geometrię rdzenia, mamy do czynienia wyłącznie z SM transformacji. W przypadku maszyny synchronicznej pole wirnika jest wytworzone przez prąd stały, stąd indukowana w stojanie SM powstaje wyłącznie w wyniku ruchu wirnika względem stojana. ależy zwrócić tu uwagę, że strumienie skojarzone i w konsekwencji SM w kolejnych cewkach pasma uzwojenia są przesunięte w czasie, ponieważ cewki te są przesunięte w przestrzeni... ndukcyjność własna i wzajemna. Strumień w kolumnie transformatora o powierzchni S (rys..4) ma praktycznie stałą gęstość w przestrzeni, czyli BS 0 r H S (.8) Stosując prawo Ampere a dla konturu l w chwili gdy sinusoidalny prąd w uzwojeniu wzbudzającym pole (oznaczanym dalej indeksem ) osiąga maksimum mamy 0 r S m (.9) l

m reluktancja obwodu magnetycznego. Strumienie skojarzone z obydwoma uzwojeniami wynoszą więc m m m m (.30) indukcyjność własna uzwojenia (); indukcyjność wzajemna uzwojenia () względem (). Siły elektromotoryczne indukowane w obydwu uzwojeniach wynoszą m m m m m m (.3) gdzie pulsacja sieci zasilającej. ależy zwrócić uwagę, że SM w uzwojeniu wtórnym (tutaj G) została obliczona przy pomocy prądu płynącego po stronie pierwotnej. Łącząc (.9) i (.0) Otrzymujemy wzór na przekładnię zwojową (fazową) m m (.3) Komplet wyrażeń dla indukcyjności jest następujący (.33) W liniowych układach zasilanych napięciem sinusoidalnym pojęcie siły elektromotorycznej odpowiada (w odbiornikowym systemie oznaczeń) spadkowi napięcia na reaktancji obwodu d d jt jt e j e j (.3) d t d t

.3. Pomiar siły elektromotorycznej ozpatrzmy pomiar siły elektromotorycznej indukowanej po stronie wtórnej transformatora, którą tworzy zwarty zwój zawierający skupioną, dość dużą rezystancję. ezystancja przewodów jest pomijalna. Uzwojenie pierwotne wytwarza w rdzeniu strumień o amplitudzie m. V u(t) i(t) V Fig..3. Pomiar siły elektromotorycznej w transformatorze a. układ pomiarowy b. schemat połączeń. a podstawie prawa Faraday a dla strony wtórnej można napisać d dl i( t) (.4) l apięcie woltomierza () może być określone całkując po dwóch konturach: - zawierającym rezystancję i nieskojarzonym ze strumieniem (t); - zawierającym praktycznie zerową rezystancję przewodów łączących ale skojarzonym ze strumieniem (t) Otrzymamy w pierwszym przypadku u ( t) i( t) 0 (.5a) a w drugim d u ( t) i( t) 0 (.5b) iezależnie które z równań (.5ab) będzie wykorzystane, wartość skuteczna wskazywana przez ten woltomierz jest równa U (.6)

Woltomierz () jest w odmiennej sytuacji możliwe są kontury: - zawierający rezystancję i skojarzony ze strumieniem (t); - zawierający praktycznie zerową rezystancję przewodów łączących i nieskojarzony ze strumieniem (t) W pierwszym przypadku otrzymamy a w drugim d u ( t) i( t) (.7a) u ( t) i( t)0 0 (.7b) Ponownie obydwa równania (.7ab) dają ten sam wynik, lecz tym razem wartość skuteczna wskazywana przez woltomierz jest równa U 0 (.8) W zagadnieniach dotyczących napięć indukowanych ich wartość musi być wyznaczana na drodze całkowania uwzględniającej rzeczywisty kształt obwodu, a nie poprzez prostą różnicę potencjałów jak w zagadnieniach elektrostatycznych.