OBWODY JEDNOFAZOWE PRĄDU PRZEMIENNEGO

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

Ćwiczenie 3 BADANIE OBWODÓW PRĄDU SINUSOIDALNEGO Z ELEMENTAMI RLC

Obwody prądu zmiennego

Wykład VII ELEMENTY IDEALNE: OPORNIK, CEWKA I KONDENSATOR W OBWODZIE PRĄDU PRZEMIENNEGO

Wartość średnia półokresowa prądu sinusoidalnego I śr : Analogicznie określa się wartość skuteczną i średnią napięcia sinusoidalnego:

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

Laboratorium Wirtualne Obwodów w Stanach Ustalonych i Nieustalonych

Induktor i kondensator. Warunki początkowe. oraz ciągłość warunków początkowych

Charakterystyki częstotliwościowe elementów pasywnych

2.Rezonans w obwodach elektrycznych

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

Siła elektromotoryczna

Obliczanie i pomiary parametrów obwodów prądu jednofazowego 311[08].O1.04

Wyprowadzenie wzorów na impedancję w dwójniku RLC. ( ) Przez dwójnik przepływa przemienny prąd elektryczny sinusoidalnie zmienny opisany równaniem:

LABORATORIUM OBWODÓW I SYGNAŁÓW

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

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

Pracownia Technik Informatycznych w Inżynierii Elektrycznej

rezonansu rezonansem napięć rezonansem szeregowym rezonansem prądów rezonansem równoległym

LICZBY ZESPOLONE W ELEKTROTECHNICE, ELEKTRYCZNY WEKTOR ZESPOLONY, METODA SYMBOLICZNA,

Pracownia Technik Informatycznych w Inżynierii Elektrycznej

Impedancje i moce odbiorników prądu zmiennego

(EL1A_U09) 4. Przy otwartym przełączniku, woltomierz idealny wskazał 0. Po zamknięciu wyłącznika woltomierz i amperomierz idealny wskażą:

Laboratorium Podstaw Elektrotechniki i Elektroniki

Systemy liniowe i stacjonarne

Podstawy fizyki sezon 2 7. Układy elektryczne RLC

Wykład 2 Analiza obwodów w stanie ustalonym przy wymuszeniu sinusoidalnym. PEiE

REZONANS SZEREGOWY I RÓWNOLEGŁY. I. Rezonans napięć

Liczby zespolone. Magdalena Nowak. 23 marca Uniwersytet Śląski

8. ELEMENTY RZECZYWISTE W OBWODACH PRĄDU ZMIENNEGO Cewka indukcyjna rzeczywista - gałąź szeregowa RL

BADANIE ELEKTRYCZNEGO OBWODU REZONANSOWEGO RLC

2. REZONANS W OBWODACH ELEKTRYCZNYCH

POMIARY CHARAKTERYSTYKI CZĘSTOTLIWOŚCIOWEJ IMPEDANCJI ELEMENTÓW R L C

Teoria obwodów. 1. Zdanie: skutek kilku przyczyn działających równocześnie jest sumą skutków tych przyczyn działających oddzielnie wyraża:

z ćwiczenia nr Temat ćwiczenia: BADANIE RÓWNOLEGŁEGO OBWODU RLC (SYMULACJA)

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

1) Wyprowadź wzór pozwalający obliczyć rezystancję R AB i konduktancję G AB zastępczą układu. R 1 R 2 R 3 R 6 R 4

ELEMENTY RLC W OBWODACH PRĄDU SINUSOIDALNIE ZMIENNEGO

KONSPEKT LEKCJI. Podział czasowy lekcji i metody jej prowadzenia:

Pomiar mocy czynnej, biernej i pozornej

Generator. R a. 2. Wyznaczenie reaktancji pojemnościowej kondensatora C. 2.1 Schemat układu pomiarowego. Rys Schemat ideowy układu pomiarowego

Laboratorium Półprzewodniki Dielektryki Magnetyki Ćwiczenie nr 8

w7 58 Prąd zmienny Generator Napięcie skuteczne Moc prądu Dodawanie prądów zmiennych Opór bierny

Ćwiczenie 25. Temat: Obwód prądu przemiennego RC i RL. Cel ćwiczenia

PRAWO OHMA DLA PRĄDU PRZEMIENNEGO

Laboratorium Podstaw Elektrotechniki i Elektroniki

Materiały dydaktyczne. Podstawy elektrotechniki i elektroniki. Semestr III. Ćwiczenia

Co było na ostatnim wykładzie?

Moc (praca w jednostce czasu) pobierana przez urządzenie elektryczne wynosi:

29 PRĄD PRZEMIENNY. CZĘŚĆ 2

Prąd d zmienny. prąd zmienny -(ang.:alternating current, AC) prąd elektryczny, którego natężenie zmienia się w czasie.

Ćwiczenie nr 3 OBWODY LINIOWE PRĄDU SINUSOIDALNEGO

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

Prąd przemienny - wprowadzenie

Teoria obwodów / Stanisław Osowski, Krzysztof Siwek, Michał Śmiałek. wyd. 2. Warszawa, Spis treści

PRAWO OHMA DLA PRĄDU PRZEMIENNEGO

POMIARY MOCY (OBWODY JEDNO- I TRÓJFAZOWE). POMIARY PRĄDÓW I NAPIĘĆ W OBWODACH TRÓJFAZOWYCH

Liczby zespolone. x + 2 = 0.

ładunek pobrany ze źródła jest równy sumie ładunków na poszczególnych kondensatorach

I. Cel ćwiczenia: Poznanie własności obwodu szeregowego, zawierającego elementy R, L, C.

Teoria obwodów elektrycznych / Stanisław Bolkowski. wyd dodruk (PWN). Warszawa, Spis treści

Ćwiczenie nr 1. Badanie obwodów jednofazowych RLC przy wymuszeniu sinusoidalnym

I. Cel ćwiczenia: Poznanie własności obwodu szeregowego zawierającego elementy R, L, C.

ĆWICZENIE 3 Badanie obwodów trójfazowych z odbiornikiem połączonym w trójkąt

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

Ćwiczenie: "Obwody prądu sinusoidalnego jednofazowego"

CZĘŚĆ II ROZPŁYWY PRĄDÓW SPADKI NAPIĘĆ STRATA NAPIĘCIA STRATY MOCY WSPÓŁCZYNNIK MOCY

LICZBY ZESPOLONE. 1. Wiadomości ogólne. 2. Płaszczyzna zespolona. z nazywamy liczbę. z = a + bi (1) i = 1 lub i 2 = 1

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

Wymagania edukacyjne: Elektrotechnika i elektronika. Klasa: 1Tc TECHNIK MECHATRONIK. Ilość godzin: 4. Wykonała: Beata Sedivy

Drgania w obwodzie LC. Autorzy: Zbigniew Kąkol Kamil Kutorasiński

07 K AT E D R A FIZYKI STOSOWA N E J

Obwody liniowe. Sprawdzanie praw Kirchhoffa

Ćw. 27. Wyznaczenie elementów L C metoda rezonansu

1. Sprawdzanie prawa OHMA i praw KIRCHHOFFA

43. Badanie układów 3-fazowych

DANE: wartość skuteczna międzyprzewodowego napięcia zasilającego E S = 230 V; rezystancja odbiornika R d = 2,7 Ω; indukcyjność odbiornika.

POLITECHNIKA WROCŁAWSKA, WYDZIAŁ PPT I-21 LABORATORIUM Z PODSTAW ELEKTROTECHNIKI I ELEKTRONIKI 2 Ćwiczenie nr 10. Dwójniki RLC, rezonans elektryczny

Pracownia fizyczna i elektroniczna. Wykład lutego Krzysztof Korona

Zajęcia nr 1 (1h) Dwumian Newtona. Indukcja. Zajęcia nr 2 i 3 (4h) Trygonometria

1 T. Sygnały. Sygnał okresowy f(t) Wartość średnia sygnału okresowego f(t) Sygnały f(t) Stałe. Zmienne f(t) const. Pulsujące Inne.

w5 58 Prąd d zmienny Generator Napięcie skuteczne Moc prądu Dodawanie prądów w zmiennych Opór r bierny Podstawy elektrotechniki

WSTĘP. Autorzy: mgr inż. Bronisława Rutecka mgr inż. Roman Magiera. Zespół Szkół Technicznych Wodzisław Śląski ul.

7 Dodatek II Ogólna teoria prądu przemiennego

Opracowała Ewa Szota. Wymagania edukacyjne. Pole elektryczne

Lekcja 5. Temat: Prawo Ohma dla części i całego obwodu

Pracownia fizyczna i elektroniczna. Wykład 1. 9 marca Krzysztof Korona

u (0) = 0 i(0) = 0 Obwód RLC Odpowiadający mu schemat operatorowy E s 1 sc t = 0 i(t) w u R (t) E u C (t) C

Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania. Podstawy Automatyki

Elektrotechnika teoretyczna

Matematyka liczby zespolone. Wykład 1

Lekcja 10. Temat: Moc odbiorników prądu stałego. Moc czynna, bierna i pozorna w obwodach prądu zmiennego.

Zadania OBWODY PRĄDU SINUSOIDALNEGO ZE SPRZĘŻENIAMI MAGNETYCZNYMI

Elektrotechnika i elektronika (konspekt) Franciszek Gołek Wykład 3. Obwody prądu sinusoidalnego

Ćwiczenie 4 WYZNACZANIE INDUKCYJNOŚCI WŁASNEJ I WZAJEMNEJ

Elektrotechnika Electrical Engineering

Elektrotechnika podstawowa 159 ZADANIA

Co było na ostatnim wykładzie?

Dr inż. Agnieszka Wardzińska pokój: 105 Polanka Advisor hours: Tuesday: Thursday:

Metody analizy obwodów w stanie ustalonym

Transkrypt:

OBWODY JEDNOFAZOWE PRĄDU PRZEMIENNEGO mgr inż. Grzegorz Strzeszewski ZespółSzkółnrwWyszkowie 01 r.

Nauka jest dla tych, którzy chcą być mądrzejsi, którzy chcą wykorzystywać swój umysł do poznawania otaczającego nas świata. Jeżeliktośchcewżyciupozostaćciemnyigłupi,tonatakiego nie ma siły. Musimy mu pozwolić takim zostać.

Klasyfikacja prądów zmiennych Prąd zmienny okresowy nieokresowy dwukierunkowy przemienny jednokierunkowy pulsujący sinusoidalnie zmienny odkształcony

Przykładowe przebiegi prądów zmiennych a) u b) u c) u 0 t 0 t t d) u e) u f) u 0 π π 3π ωt π 0 t π 0 π 3π ωt π Rysunek: Przebiegi czasowe prądów i napięć zmiennych: a) bezokresowy jednokierunkowy, b) bezokresowy dwukierunkowy, c) okresowy, niesymetryczny, d) sinusoidalny(przemienny), e) dwukierunkowy symetryczny, f) jednokierunkowy pulsujący.

Zasady oznaczania wielkości fizycznych w obwodach prądu zmiennego u,i,u R wartościchwilowenapięcia,prądu,spadek napięcia na rezystorze R(wartość chwilowa), są to funkcje zależne od czasu; I m,u m wartościmaksymalneprąduinapięcia; I,U,U C wartościskuteczneprądu,napięciaoraz spadku napięcia na kondensatorze; U sr,i sr wartościśrednie(zapółokresu)napięciaiprądu. Zależność pomiędzy wartością skuteczną, średnią i maksymalną prądu i napięcia sinusoidalnie zmiennego: I = Im 0,707I m,i sr = π I m 0,637I m, U = U m 0,707U m,u sr = π U m 0,637U m.

Wielkości charakteryzujące przebiegi sinusoidalne AmplitudaA m Faza początkowa Ψ Okres przebiegu sinusoidalnego T Pulsacja ω Częstotliwość f. u, i T T= 1 f A m 0 π-ψ ωt π-ψ ω = πf ψ A m

Wartość średnia prądu sinusoidalnego Wartościąśrednią(półokresową)I sr prądusinusoidalnie zmiennegoookresiezmiennościtiamplitudziei m nazywamy średnią arytmetyczną tego prądu obliczoną za połowę okresu, w którym przebieg jest dodatni. PodobnieokreślasięwartośćśredniąpółokresowąU sr dlanapięcia sinusoidalnie zmiennego. I sr = I π m~ 0,637I m U sr = π U m ~0,637Um Dla przebiegów przemiennych wartość średnia całookresowa równa jest zeru.

Wartość skuteczna prądu sinusoidalnego Wartością skuteczną prądu sinusoidalnego I nazywamy taką wartość(równoważnego, zastępczego) natężenia prądu stałego, którynarezystancjir=const,wczasierównymokresowit, wydzieli tę samą ilość energii cieplnej co dany prąd sinusoidalny. I= p1i m~ 0,707I m U= p1 U m ~0,707Um Wartość skuteczną napięcia siunusoidalnie zmiennego U definiujejemy podobnie jak dla prądu.

Przesunięcie fazowe przebiegów sinusoidalnie zmiennych Przesunięciem fazowym dwóch przebiegów sinusoidalnych nazywamy różnicę faz początkowych tych przebiegów. Jeżeli przebiegi czasowe napięć sinusoidalnych wyrazimy jako: u 1 =U 1m sin(ωt +Ψ 1 ), u =U m sin(ωt +Ψ ), to przesunięcie fazowe α równe jest: α = Ψ 1 Ψ. W teorii obwodów elektrycznych istotną rolę odgrywa przesunięcie fazowe między prądem i napięciem na danym elemencie obwodu (rezystorze, kondensatorze, cewce). Przesunięcie fazowe prądu względem napięcia oznaczamy zwykle literą ϕ.

Przesunięcie fazowe między prądem i napięciem Chwilę, w której rozpoczniemy liczenie czasu t możemy tak dobrać, aby faza początkowa napięcia Ψ = 0. Wówczas u =U m sinωt, i =I m sin(ωt +ϕ) gdzie ϕ jest przesunięciem fazowym prądu względem napięcia. Jeśliϕ>0,toprądwyprzedzanapięcieokątfazowyϕ. Określeniem równoważnym jest stwierdzenie, że napięcie opóźnia sięwzględemprąduokątfazowyϕ. Jeśliϕ<0,toprądopóźniasięwzględemnapięciaokątfazowyϕ. Jest to równoważne ze stwierdzeniem, że napięcie wyprzedza prąd okątfazowyϕ.

Sposoby przedstawiania przebiegów sinusoidalnych Przebiegi sinusoidalnie zmienne prądów i napięć można przedstawiać(opisywać) za pomocą: wzorów matematycznych, wykresów czasowych, wektorów na płaszczyźnie fazowej, liczb zespolonych. Przykład opisu napięcia i prądu za pomocą wzorów matematycznych: u =30 sin314t, i =10 sin(314t +30 0 ).

Wykresy czasowe przebiegów sinusoidalnych u, i u=u msinωt i=i m sin(ωt+ φ) π π-φπ 0 π-φ ωt φ φ φ Rysunek: Przesunięcie fazowe ϕ prądu i względem napięcia u na wykresie czasowym.

Wykresy wektorowe przebiegów sinusoidalnych y u u m u u 1 ωt 3 ωt ωt u 1 0 ψ x Um u u 1 u 0 Um π-ψ 0 ωt 1 ωt ωt 3 Ψ π-ψ ωt 4 ωt π-ψ u 4 Um u 4 Rysunek: Wykres wektorowy i czasowy napięcia sinusoidalnego u =U m sin(ωt +Ψ).

Zasady rysowania wykresów metodą nieruchomego wektora ośczasuwirujezprędkościąω =πfzgodniezkierunkiem wskazówek zegara, długość wektora jest jego wartością skuteczną, kąt,jakitworzydanywektorzosiączasu(dlat =0),jestfazą początkową wektora, kąt pomiędzy dwoma wektorami równy jest kątowi przesunięcia fazowego, kąty przesunięcia fazowego odkłada się w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, dodawanie lub odejmowanie wektorów tych samych wielkości fizycznych odpowiada dodawaniu lub odejmowaniu przebiegów sinusoidalnych na wykresie czasowym.

a) Zasada równoległoboku Graficzne dodawanie wektorów a + = a c=a+b b b c=a+b b) Zasada trójkąta a + = c=a+b a b b c=a+b

Graficzne odejmowanie wektorów Wektor przeciwny do danego to wektor mający ten sam kierunek, taką samą długość i przeciwny zwrot. a -a a,-a wektory przeciwne Abyodwektora aodjąćwektor b,należydowektora adodać wektorprzeciwnydowektora b. -b a _ b = b a c=a- c= a-b=a+ (-b)

Pierwsze prawo Kirchhoffa w obwodach prądu zmiennego Pierwsze prawo Kirchhoffa dotyczy bilansu prądów w węźle prądu zmiennego. Dla każdego węzła obwodu elektrycznego prądu zmiennego, suma wartości chwilowych prądu równa jest zeru. Dla obwodu prądu sinusoidalnie zmiennego(prądu przemiennego), I prawo Kirchhoffa ma postać. Suma geometryczna(wektorowa) wektorów natężenia prądów wwęźlerównajestzero.

Drugie prawo Kirchhoffa w obwodach prądu zmiennego Drugie prawo Kirchhoffa dotyczy bilansu napięć w zamkniętym oczku obwodu prądu zmiennego. W dowolnym zamkniętym oczku obwodu prądu zmiennego suma wartości chwilowych napięć źródłowych i spadków napięć na elementachr,l,crównajestzeru. W obwodach prądu przemiennego II prawo Kirchhoffa ma postać. Suma geometryczna wektorów sił elektromotorycznych i spadków napięć w zamkniętym oczku równa jest zero.

Dwójnik z idealną rezystancją R a) i b) U m Im u, i u=u msinωt i=i msinωt c) u R 0 π π ωt I φ=0 U Kąt przesunięcia fazowego między prądem i napięciem ϕ = 0(prąd jest w fazie z napięciem). Dla wartości skutecznych(także maksymalnych) obowiązuje prawo Ohma: I = U R.

Dwójnik z cewką idealną L a) i b) U m Im u, i u=u msinωt π i=i msin(ωt- ) c) u L 0 π 3π π π ωt φ= π U I Definiujemy reaktancję indukcyjną X L =ωl =πfl. Jednostką reaktancji indukcyjnej jest 1 Ω. Prawo Ohma dla cewki idealnej: I = U X L.

Dwójnik z kondensatorem idealnym C a) u i C b) U m Im 0 u, i u=u msinωt π i=i msin(ωt+ ) π 3π π π ωt c) I φ= _ π U Definiujemy reaktancję pojemnościową X C = 1 ωc = 1 πfc Jednostką reaktancji pojemnościowej jest 1 Ω. Prawo Ohma dla kondensatora idealnego: I = U X C.

Impedancja obwodów szeregowych prądu przemiennego Impedancja dwójnika szeregowego RLC określona jest jako: U R U L UC I R U L C φ Z R _ X=X L X C Z trójkąta impedancji mamy: R =Zcosϕ,X =Zsinϕ, cosϕ = R Z,tgϕ =X R. X =X L X C reaktancjaobwoduszeregowego. Jednostką miary impedancji, reaktancji i rezystancji jest 1 Ω.

Admitancja obwodów równoległych prądu przemiennego Admitancja dwójnika równoległego RLC określona jest jako: gdzie, gdzie, I IR IL IC U R L C Y _ B=B C B L φ tgφ= B G G B=B B susceptancja dwójnika równoległego C L Jednostką miary admitancji, susceptancji i konduktancji jest 1simens(S).

Dwójnik szeregowy RL i U R= RI U L= X LI U = U R + U L R u R Impedancja dwójnika szeregowego RL u L u L U φ>0 I U R U L Z = R + X L Prawo Ohma dla prądu przemiennego I = U Z Współczynnik mocy cosϕ = R Z. Kąt przesunięcia fazowego ϕ w dwójniku RL jest dodatni i należy doprzedziałuϕ [0, π ].

Dwójnik szeregowy RC u i R u R I φ<0 U R U R= RI U C= X CI Impedancja dwójnika szeregowego RC Z = R + X C U = U R + U C C u C U U C Prawo Ohma dla prądu przemiennego I = U Z Współczynnik mocy cosϕ = R Z. Kąt przesunięcia fazowego ϕ w dwójniku RC jest ujemny i należy doprzedziałuϕ [ π,0].

Dwójnik szeregowy RLC i Impedancja dwójnika szeregowego RLC R u R Z = R +(X -X ) L C Rozpatrujemy trzy przypadki: u C L u = u R + u L + u C u L u C φ>0 I U L U U R U C XL > XC charakter obwodu indukcyjny φ<0 I U L U R U C U XL < XC charakter obwodu pojemnościowy φ=0 I U L U=U R XL = XC rezonans napięć U C

Dwójnik równoległy RLC Admitancja dwójnika równoleg ego RLC i Y = G +(B C- B L) u R ir L i = ir + il + ic il I = I R + I L + I C C ic < 0 U IC I IR B C > B L Rozpatrujemy trzy przypadki: I L charakter obwodu pojemno ciowy I U >0 I L IR B C < B L IC charakter obwodu indukcyjny φ =0 U IC B C = B L rezonans prądów I L I = IR

Moc w obwodach prądu sinusoidalnie zmiennego Mocą chwilową nazywamy iloczyn wartości chwilowych napięcia i prądu, czyli p =ui [W]. Ponadto w obwodach prądu sinusoidalnie zmiennego wyróżnia się: mocczynnąp=uicosϕ,którejjednostkąjest1w(1wat), mocbiernąq=uisinϕ,którejjednostkąjest1var(1war), mocpozornąs =UI,którejjednostkąjest1VA(1 woltoamper). Związki między mocą czynną, bierną i pozorną: S = P +Q, P =Scosϕ, Q =Ssinϕ.

Trójkąt mocy, współczynnik mocy a) b) P φ<0 S Q>0 S Q<0 φ>0 P Trójkąt mocy dla odbiornika o charakterze rezystancyjno - indukcyjnym Trójkąt mocy dla odbiornika o charakterze rezystancyjno - pojemnościowym. Współczynnik mocy cosϕ = P S.

Przebieg mocy chwilowej w idealnym dwójniku rezystancyjnym i u,i,p u R p=ui UI UI I φ=0 U u i ωt π Moc chwilowa dwójnika rezystancyjnego: p =ui =U m I m sin ωt =UI(1 cosωt). P =UI,P =I R,P = U R.

Moc pobierana przez idealny dwójnik rezystancyjny Rezystor idealny jest elementem, w którym energia elektryczna przekształcana jest w energię cieplną. W obwodzie tym nie ma przesunięcia fazowego między prądem i napięciem(ϕ =0). Prądjestwfazieznapięciem(cos0 =1,sin0 =0),dlatego P =UIcosϕ =UI =S, Q =UIsinϕ =0. Dwójnik z rezystorem idealnym pobiera tylko moc czynną, moc bierna jest równa zero. Moc pozorna S = P +Q =P.

Przebieg mocy chwilowej w cewce idealnej i u, i,p p u L u UI U φ= π I 0 π π 3π i π UI ωt Moc chwilowa dwójnika z cewką idealną: ( p =ui =U m I m sin ωt + π ) sinωt =UIsinωt.

Moc pobierana przez cewkę idealną W obwodzie z cewką idealną napięcie wyprzedza prąd o kąt fazowy ϕ = π. Wiedząc,żecos π =0,sinπ =1,otrzymujemy: Moc pozorna P =UIcosϕ =0, Q =UIsinϕ =UI. S = P +Q =Q. Dwójnik z cewką idealną nie pobiera ze źródła zasilania mocy czynnej(p =0). Energia pobierana przez cewkę w pierwszej połowie okresu równa jest energii zwróconej do źródła w drugiej połowie okresu.

Przebieg mocy chwilowej w kondensatorze idealnym i u, i,p p u u 0 π π π ωt i Moc chwilowa dwójnika z kondensatorem idealnym: ( p =ui =U m I m sin ωt π ) sinωt = UIsinωt.

Moc pobierana przez kondensator idealny W obwodzie z kondensatorem idealnym napięcie opóźnia się względemprąduokątfazowyϕ = π.wiedząc,że cos ( π ) ( =0,sin π ) = 1,otrzymujemy: Moc pozorna P =UIcosϕ =0, Q =UIsinϕ = UI. S = P +Q = Q. Dwójnik z kondensatorem idealnym nie pobiera ze źródła zasilania mocyczynnej(p =0). Energia pobrana przez kondensator idealny w pierwszej połowie okresu równa jest energii zwróconej do źródła w drugiej połowie okresu.

Energia w obwodach prądu przemiennego W obwodach prądu przemiennego wyróżnia się: energię czynną, określoną jako: W =Pt, której jednostką miary jest dżul(1 J) lub kilowatogodzina (1kWh), energię bierną, określoną jako: W b =Qt, której jednostką jest warosekunda(1 var s) lub kilowarogodzina(1 kvarh). 1kWh =3,6 10 6 Ws, 1kvarh =3,6 10 6 var s.

Kompensacja mocy biernej Współczynnik mocy odbiorców energii elektrycznej powinien być bliskijedności(cosϕ 1) wtedystratymocyczynnejwlinii zasilającej są najmniejsze. U I odbiornik R IR IO L IL C IC bateria kondensatorów φ 1 I= IO U IR I L Bateria kondensatorów odłączona U φ 1 φ IO I IR I L IC I< IO Bateria kondensatorów włączona QC C = ωu QC=P(tg φ _ 1 tg φ )

Metoda liczb zespolonych Liczbę zespoloną można przedstawić jako punkt na płaszczyźnie zespolonej. Na osiach układu współrzędnych płaszczyzny zespolonej odkładamy współrzędne punktu będącego obrazem geometrycznym liczbyz;naosirzeczywistejxliczbęa,zaśnaosiurojonejyliczbęb. y b oś urojona z=a+jb r r= a +b φ a jednostka miary na osi : 1 jednostka miary na osi y: j oś rzeczywista x

Postacie równowazne liczb zespolonych Dowolną liczbę zespoloną można przedstawić w trzech równoważnych postaciach: algebraicznej z =a+jb, trygonometrycznej wykładniczej z =r(cosϕ+jsinϕ), z =re jϕ. gdzie: r moduł liczby zespolonej, ϕ argument liczby zespolonej, r = a +b,tgϕ = b a,ejϕ =cosϕ+jsinϕ, a =rcosϕ,b =rsinϕ,j = 1.

Dodawanie i odejmowanie liczb zespolonych Sumadwóchliczbzespolonychz 1 =a 1 +jb 1 iz =a +jb jest liczbązespolonąz 3,którejczęśćrzeczywistajestrównasumie częścirzeczywistychliczbz 1 iz,aczęśćurojonarównasumieich części urojonych, czyli z 3 = (a 1 +a )+j(b 1 +b ). Różnicadwóchliczbzespolonychz 1 =a 1 +jb 1 iz =a +jb jest liczbązespolonąz 4,którejczęśćrzeczywistajestrównaróżnicy częścirzeczywistychliczbz 1 iz,aczęśćurojonarównaróżnicy ich części urojonych, czyli z 4 = (a 1 a )+j(b 1 b ). Dodawanie i odejmowanie liczb zespolonych odpowiada dodawaniu i odejmowaniu wektorów na zasadzie równoległoboku.

Mnożenie liczb zespolonych Iloczyndwóchliczbzespolonychz 1 =a 1 +jb 1 =r 1 e jϕ 1 i z =a +jb =r e jϕ jestliczbązespolonąz 5,którejmoduł równy jest iloczynowi modułów poszczególnych liczb zespolonych a argument jest sumą argumentów tych liczb. z 5 =z 1 z =r 1 e jϕ 1 r e jϕ =r 1 r e j(ϕ 1+ϕ ). gdzie: r 1 = a1 +b 1,r = a +b, tgϕ 1 = b 1 a 1,tgϕ = b a. Wiedząc,żej = 1,iloczyndwóchliczbzespolonychmożna przedstawić jako: z 5 =z 1 z = (a 1 +jb 1 )(a +jb ) = (a 1 a b 1 b )+j(a 1 b +b 1 a ).

Dzielenie liczb zespolonych Dwie liczby zespolone nazywamy sprzężonymi, jeżeli ich moduły są równe a argumenty są równe co do wartości, lecz mają przeciwne znaki. z =a+jb =re jϕ, z =a jb =re jϕ. Ilorazemdwóchliczbzespolonychz 1 =a 1 +jb 1 =r 1 e jϕ1 i z =a +jb =r e jϕ jestliczbazespolona,którejmodułjestrówny ilorazowimodułówr 1 ir,aargumentjestróżnicąargumentówϕ 1 iϕ. z 6 = z 1 z = r 1e jϕ1 r e jϕ =r 1 r e j(ϕ1 ϕ). Dlapostacialgebraicznychliczbz 1 iz : z 6 = z 1 z = z 1 z z z = (a 1 +jb 1 )(a jb ) a +b = a 1a +b 1 b a +b +j b 1a a 1 b a. +b

Zasady oznaczania zespolonych wartości skutecznych Przyjmujemy następujące zasady: zespolone wartości skuteczne podkreślamy: U wartość skuteczna zespolona napięcia, I wartość skuteczna zespolona prądu, Z impedancja zespolona, Y admitancja zespolona. wartości skuteczne niepodkreślone traktujemy jako moduły (długości) odpowiednich wielkości zespolonych: U moduł wartości skutecznej napięcia zespolonego I moduł wartości skutecznej prądu zespolonego, Z moduł impedancji zespolonej, Y moduł admitancji zespolonej.

Dwójnik szeregowy RLC(wersja zespolona) I_ Impedancja zespolona Moduł impedancji U_ UR _ UL _ UC _ II prawo Kirchhoffa Z=R+j(X _ L-X C) φ> I_ UL _ U_ UR _ UC _ XL> XC charakter obwodu indukcyjny t u p : φ<0 I_ UL _ UR _ U_ XL< XC charakter obwodu pojemnościowy Z = R +(X -X ) UC _ L C φ=0 I_ UL U_=_ UR XL= XC rezonans napięć Prawo Ohma dla prądu przemiennego UC U_ UR _ UL _ UC = + +_ I_= U _ Z_

Dwójnik równoległy RLC(wersja zespolona)

Schemat zastępczy cewki rzeczywistej szeregowy Rezystancja R odwzorowuje rezystancję przewodu, z którego nawinięto cewkę. Pojemności międzyzwojowe i pojemności doziemne pominięto. I_ U_ R L UR _ UL _ = _ + _ U_ UR UR _ =R I_ UL UL _ = jωl I Z=R+jX L=R+jωL φ>0 U_ I_ UR _ tgφ = _ωl R UL _ Dobroć cewki rzeczywistej o schemacie zastępczym szeregowym. Q L = _ UL = _ωl UR R

Schemat zastępczy kondensatora rzeczywistego równoległy

Postać zespolona mocy pozornej Moc pozorna S w postaci zespolonej równa jest iloczynowi napięciazespolonegouizespolonegoprądusprzężonegoi : S =P +jq, S = P +Q. P =Scosϕ, Q =Ssinϕ. Odbiorniki prądu o charakterze indukcyjnym(dla których Q > 0) pobierają moc bierną z sieci zasilającej. Odbiorniki prądu o charakterze pojemnościowym(dla których Q<0)wysyłająmocbierną Q dosiecizasilającej,czylisą generatorami mocy biernej.

Tylko dla orłów Na lekcjach matematyki(w szkołach średnich) spotykamy się z następującymi stwierdzeniami: Jeśli wyróżnik równania kwadratowego jest ujemny, to równanie to nie ma rozwiązań. ax +bx +c =0, =b 4ac<0 brakrozwiązań. Dla dowolnego kąta x, wartości funkcji trygonometrycznej cosxzawierająsięwprzedziale [ 1,1]. 1 cosx 1, dladowolnegox R. Znając podstawy liczb zespolonych zastanówmy się, czy na pewno stwierdzenia te zawsze są prawdziwe? Co będzie, jeśli zbiór liczb rzeczywistych R rozszerzymy do zbioru liczb zespolonych C?

Tylkodlaorłówcd1 Rozważmy równanie kwadratowe o ujemnej delcie: ax +bx +c =0;a,b,c R;x, C. =b 4ac = d, = d = 1 d =j d. }{{} =j Wstawiając doznanychwzorównamiejscazerowerównana kwadratowego mamy: x 1 = b = b j d, x = b+ = b+j d. Otrzymaliśmy dwa pierwiastki zespolone.

Przykład Rozwiązać równanie kwadratowe: Rozwiązanie: a =1,b =,c =. x x + =0. =b 4ac = ( ) 4 1 =4 8 = 4,deltaujemna! = 4 = 1 4 =j. x 1 = b x = b+ = ( ) j = ( )+j = j = +j =1 j, =1+j. Widzimy, że istnieją dwa rozwiązania zespolone tego równania, chociaż delta jest ujemna.

Rozpatrzmy wzór Eulera: Podobnie, dla ujemnych x mamy: Tylkodlaorłówcd e jx =cosx +jsinx,x R. e jx =cosx jsinx. Dodając stronami powyższe wyrażenia i dzieląc je przez, otrzymujemy: cosx = ejx +e jx. Można udowodnić, że wzór ten jest prawdziwy także dla liczb zespolonychz C,czyli cosz = ejz +e jz.

Tylkodlaorłówcd3 Najciekawszym dla nas wnioskiem, wynikającym z poprzednio napisanego wzorujestto,żedlakątówczystourojonych,czylidlaz =jywartości przybierane przez funkcję cos jy są liczbami rzeczywistymi, większymi od jedności. cosjy = ey +e y R, y R, cosjy 1dlakątówjyczystourojonych. Można więc powiedzieć, że istnieją kąty(co prawda urojone), dla których funkcja cos jest większa od jedności. Niektórym osobom(nie tylko uczniom) wydaje się to zupełnie nieprawdopodobne, wręcz niemożliwe:). Pytanie dla superorłów: Czy podobne rozumowanie da się przeprowadzić dla pozostałych funkcji trygonometrycznych: sin, tg, ctg?

Przykład Obliczyć cos(j5). Rozwiązanie: Wiemy, że cos(j5) = e5 +e 5. Korzystając z komputerowego kalkulatora(lub innego), obliczamy: e 5 148,4131;e 5 0,0067. Po podstawieniu tych wartości do wzoru, otrzymujemy: cos(j5) 148,4131+0,0067 =74,099. Otrzymaliśmy więc liczbę rzeczywistą, dużo większą od jedności. Ogólnie można powiedzieć, że kosinus kąta będącego liczbą urojoną jest liczbą rzeczywistą, większą od jedności.

Dziękuję za uwagę!