PEE Moduł 5: Różnice pomiędzy wersjami
Z Studia Informatyczne
Przejdź do nawigacjiPrzejdź do wyszukiwania
Nie podano opisu zmian |
m Zastępowanie tekstu – „,</math>” na „</math>,” |
||
Linia 10: | Linia 10: | ||
|valign="top"|'''Zjawiska fizyczne przy sprzężeniu magnetycznym cewek''' | |valign="top"|'''Zjawiska fizyczne przy sprzężeniu magnetycznym cewek''' | ||
Przyjmijmy, że dwie cewki są położone blisko siebie w taki sposób, że strumień magnetyczny jednej cewki przenika również drugą. Całkowity strumień skojarzony z daną cewką (strumień skojarzony jest sumą strumieni <math>\phi\ | Przyjmijmy, że dwie cewki są położone blisko siebie w taki sposób, że strumień magnetyczny jednej cewki przenika również drugą. Całkowity strumień skojarzony z daną cewką (strumień skojarzony jest sumą strumieni <math>\phi\</math>, każdego zwoju cewki, co przy z zwojach o identycznym strumieniu daje <math>\psi=z\phi</math> jest wtedy sumą obu strumieni, jeśli ich kierunki są zgodne lub ich różnicą, jeśli kierunki strumieni są przeciwne. Strumienie obu cewek zapiszemy wówczas w postaci. | ||
<math>\psi_1=\psi_1_1\pm\psi_1_2</math> | <math>\psi_1=\psi_1_1\pm\psi_1_2</math> | ||
Linia 30: | Linia 30: | ||
: <math>M_{12}=\frac{\psi_{12}}{i_2}</math>, <math>M_{21}=\frac{\psi_{21}}{i_1}</math> | : <math>M_{12}=\frac{\psi_{12}}{i_2}</math>, <math>M_{21}=\frac{\psi_{21}}{i_1}</math> | ||
Dla środowisk o tej samej przenikalności magnetycznej obie indukcyjności wzajemne są sobie równe, to znaczy <math>M_1_2=M_2_1=M</math> Dla dwu cewek sprzężonych magnetycznie definiuje się '''współczynnik sprzężenia''' jako średnią geometryczną współczynników sprzężenia obu cewek, przy czym współczynnik sprzężenia jednej cewki z drugą jest określany jako stosunek strumienia głównego cewki pochodzącego od prądu własnego do strumienia całkowitego cewki. Współczynnik sprzężenia cewek oznaczać będziemy literą <math>k\ | Dla środowisk o tej samej przenikalności magnetycznej obie indukcyjności wzajemne są sobie równe, to znaczy <math>M_1_2=M_2_1=M</math> Dla dwu cewek sprzężonych magnetycznie definiuje się '''współczynnik sprzężenia''' jako średnią geometryczną współczynników sprzężenia obu cewek, przy czym współczynnik sprzężenia jednej cewki z drugą jest określany jako stosunek strumienia głównego cewki pochodzącego od prądu własnego do strumienia całkowitego cewki. Współczynnik sprzężenia cewek oznaczać będziemy literą <math>k\</math>,. Spełnia on następującą relację | ||
: <math>M=k\sqrt{L_1L_2}</math> | : <math>M=k\sqrt{L_1L_2}</math> | ||
Linia 97: | Linia 97: | ||
w których <math>Z_{L1}\ | w których <math>Z_{L1}\</math>, oraz <math>Z_{L2}\</math>, oznaczają impedancje indukcyjności własnych cewki pierwszej i drugiej, <math>Z_{L1}=j\omega L_1, Z_{L2}=j\omega L_2</math>. Dla wyznaczenia wartości skutecznej napięcia na cewce sprzężonej muszą być znane zarówno wartości skuteczne prądu jednej cewki jak i drugiej, sprzężonej z nią. Znak sprzężenia (plus lub minus) powoduje odejmowanie (sprzężenie ujemne) lub dodawanie (sprzężenie dodatnie) napięć pochodzących od sprzężenia. | ||
|} | |} | ||
Linia 196: | Linia 196: | ||
{| border="0" cellpadding="4" width="100%" | {| border="0" cellpadding="4" width="100%" | ||
|valign="top" width="500px"|[[Grafika:PEE_M5_Slajd15.png|500px]] | |valign="top" width="500px"|[[Grafika:PEE_M5_Slajd15.png|500px]] | ||
|valign="top"|Napięcie <math>U_{AB}\ | |valign="top"|Napięcie <math>U_{AB}\</math>, | ||
: <math>U_{AB}=ZI=j5</math> | : <math>U_{AB}=ZI=j5</math> | ||
Linia 232: | Linia 232: | ||
{| border="0" cellpadding="4" width="100%" | {| border="0" cellpadding="4" width="100%" | ||
|valign="top" width="500px"|[[Grafika:PEE_M5_Slajd17.png|500px]] | |valign="top" width="500px"|[[Grafika:PEE_M5_Slajd17.png|500px]] | ||
|valign="top"|Przekazywanie energii elektrycznej z jednego obwodu do drugiego następuje za pośrednictwem pola elektromagnetycznego (strumienia magnetycznego). Na rysunku przedstawiono poglądowy schemat transformatora zasilanego napięciem <math>U_1\ | |valign="top"|Przekazywanie energii elektrycznej z jednego obwodu do drugiego następuje za pośrednictwem pola elektromagnetycznego (strumienia magnetycznego). Na rysunku przedstawiono poglądowy schemat transformatora zasilanego napięciem <math>U_1\</math>, i obciążonego po stronie wtórnej impedancją <math>Z_o\</math>,. Uzwojenie, do którego jest zazwyczaj doprowadzone źródło energii elektrycznej, nazywamy uzwojeniem pierwotnym, natomiast uzwojenie, do którego jest dołączony odbiornik, nazywamy uzwojeniem wtórnym. Zaciski uzwojenia pierwotnego stanowią wejście układu, a zaciski uzwojenia wtórnego - wyjście. Odpowiednie napięcia i prądy w transformatorze nazywamy pierwotnymi lub wtórnymi. Wszystkie wielkości i parametry związane z uzwojeniem pierwotnym opatrzymy wskaźnikiem 1, a wielkości i parametry związane z uzwojeniem wtórnym – wskaźnikiem 2. | ||
Do uzwojenia pierwotnego przyłożone jest napięcie sinusoidalnie zmienne o wartości chwilowej <math>u_1(t)\ | Do uzwojenia pierwotnego przyłożone jest napięcie sinusoidalnie zmienne o wartości chwilowej <math>u_1(t)\</math>,. Wartość chwilową prądu w uzwojeniu pierwotnym oznaczymy przez <math>i_1(t)\</math>,. Pod wpływem zmiennego w czasie prądu <math>i_1(t)\</math>, w przestrzeni otaczającej uzwojenie powstaje zmienny strumień magnetyczny <math>\phi\</math>,, będący superpozycją strumieni <math>\phi_1</math> i <math>\phi_2</math>. Przy założeniu jego równomiernego rozkładu na przekroju <math>S</math>, strumień jest iloczynem indukcji magnetycznej <math>B</math> i przekroju <math>S</math>, <math>\phi = BS</math>. Strumień ten kojarzy się zarówno z uzwojeniem pierwotnym o liczbie zwojów <math>z_1\</math>, wytwarzając strumień skojarzony <math>\psi_1=z_1\phi</math>, jak i uzwojeniem wtórnym o liczbie zwojów z2 wytwarzając w nim strumień skojarzony <math>\psi_2=z_2\phi</math> Zgodne z prawem indukcji elektromagnetycznej pod wpływem zmiennego w czasie strumienia magnetycznego indukuje się napięcie <math>u(t)\</math>, | ||
: <math>u(t) = \frac{d\psi}{dt}</math> | : <math>u(t) = \frac{d\psi}{dt}</math> | ||
Linia 281: | Linia 281: | ||
|valign="top"|'''Realizacja transformatora w układzie cewek magnetycznie sprzężonych''' | |valign="top"|'''Realizacja transformatora w układzie cewek magnetycznie sprzężonych''' | ||
Transformator rzeczywisty realizuje się w układzie cewek magnetycznie sprzężonych, nawiniętych na korpusie wykonanym zwykle z materiału ferromagnetycznego, zapewniającego bliskie idealnemu sprzężenie magnetyczne (k≈1). Model idealnego transformatora magnetycznego (bez uwzględnienia rezystancji uzwojeń) obciążonego impedancją <math>Z_o\ | Transformator rzeczywisty realizuje się w układzie cewek magnetycznie sprzężonych, nawiniętych na korpusie wykonanym zwykle z materiału ferromagnetycznego, zapewniającego bliskie idealnemu sprzężenie magnetyczne (k≈1). Model idealnego transformatora magnetycznego (bez uwzględnienia rezystancji uzwojeń) obciążonego impedancją <math>Z_o\</math>, jest przedstawiony na rysunku. | ||
Indukcyjności własne uzwojeń oznaczone są przez <math>L_1 i L_2</math> a indukcyjność wzajemna przez <math>M\ | Indukcyjności własne uzwojeń oznaczone są przez <math>L_1 i L_2</math> a indukcyjność wzajemna przez <math>M\</math>,, przy czym <math>M=k\sqrt{L_1L_2}</math> Napięcie zasilające wywołuje w obwodzie pierwotnym prąd <math>I_1\</math>,, wytwarzający strumień magnetyczny. Energia obwodu pierwotnego przenosi się do obwodu wtórnego poprzez sprzężenie magnetyczne, zaznaczone symbolicznie jako indukcyjność wzajemna <math>M\</math>,. Pod wpływem zaindukowanego napięcia przy zamkniętym obwodzie wtórnym płynie prąd <math>I_2\</math>,, odkładając na impedancji odbiornika napięcie <math>U_2\</math>,. | ||
|} | |} | ||
Linia 296: | Linia 296: | ||
: <math>U_2=-[jX_L_2I_2+jX_MI_1]</math> | : <math>U_2=-[jX_L_2I_2+jX_MI_1]</math> | ||
Znak minus występujący we wzorze na <math>U_2\ | Znak minus występujący we wzorze na <math>U_2\</math>, wynika z kierunku <math>U_2\</math>, zaznaczonego na rysunku. Z równań wynika następujący wzór określający napięcie wyjściowe | ||
: <math>U_2=-[\frac{X_M}{X_{L1}}U_1+jI_2(\frac{X_{L1}X_{L2}-X_M^2}{X_{L1}})]</math> | : <math>U_2=-[\frac{X_M}{X_{L1}}U_1+jI_2(\frac{X_{L1}X_{L2}-X_M^2}{X_{L1}})]</math> | ||
Linia 313: | Linia 313: | ||
: <math>\frac{U_2}{U_1}=-\frac{z_2}{z_1}=-\frac{1}{n}</math> | : <math>\frac{U_2}{U_1}=-\frac{z_2}{z_1}=-\frac{1}{n}</math> | ||
Znak minus nie odgrywa żadnej roli a jedynie oznacza przesunięcie fazowe <math>180^o\ | Znak minus nie odgrywa żadnej roli a jedynie oznacza przesunięcie fazowe <math>180^o\</math>, napięcia wyjściowego względem wejściowego. Napięcie wtórne transformatora jest zależne wyłącznie od przekładni zwojowej i napięcia wejściowego układu. Jest to zatem realizacja podstawowej zależności charakterystycznej dla transformatora idealnego. Przy pominięciu strat w transformatorze moc na wejściu równa się mocy wyjściowej, stąd relacja między prądem pierwotnym i wtórnym spełnia również drugą zależność transformatora idealnego ). Wynika stąd wniosek, że transformator z rdzeniem ferromagnetycznym jest dobrym przybliżeniem transformatora idealnego. | ||
|} | |} | ||
Linia 320: | Linia 320: | ||
{| border="0" cellpadding="4" width="100%" | {| border="0" cellpadding="4" width="100%" | ||
|valign="top" width="500px"|[[Grafika:PEE_M5_Slajd23.png|500px]] | |valign="top" width="500px"|[[Grafika:PEE_M5_Slajd23.png|500px]] | ||
|valign="top"|Jako przykład wyznaczymy rozwiązanie obwodu z rysunku zawierającego transformator idealny o przekładni zwojowej równej <math>n=2\ | |valign="top"|Jako przykład wyznaczymy rozwiązanie obwodu z rysunku zawierającego transformator idealny o przekładni zwojowej równej <math>n=2\</math>,. Przyjmiemy następujące wartości parametrów obwodu: <math>e(t)=10\sqrt2sin(\omega t)V</math>, <math>\omega=1rad/s</math>, <math>R=5\Omega</math>, <math>C=0,2F</math>. | ||
|} | |} | ||
Linia 382: | Linia 382: | ||
Łatwo sprawdzić, że stosunek prądu <math>I_1\ | Łatwo sprawdzić, że stosunek prądu <math>I_1\</math>, do prądu <math>I_2, \frac{I_1}{I_2}=\frac{1}{2}</math> podczas gdy <math>\frac{U_1}{U_2}=2</math> | ||
|} | |} | ||
<hr width="100%"> | <hr width="100%"> |
Wersja z 09:32, 5 wrz 2023
![]() |
![]() |
Jako przykład wyznaczymy rozpływy prądów w obwodzie (slajd obok) ze sprzężeniem magnetycznym.
Przyjąć następujące wartości parametrów elementów obwodu: oraz . |
![]() |
Pierwszym etapem rozwiązania jest eliminacja sprzężenia magnetycznego. Rysunek na slajdzie przedstawia postać obwodu po eliminacji sprzężenia magnetycznego. |
![]() |
Rozwiązanie obwodu przebiega w następującej kolejności.
Najpierw wyznaczamy wielkości symboliczne charakteryzujące elementy obwodu:
|
![]() |
Wielkości symboliczne charakteryzujące elementy obwodu określone są zależnościami
|