Obvody střídavého proudu

Střídavý proud Aby v elektrickém obvodu vznikl elektrický proud, musíme obvod připojit ke zdroji napětí. Zdrojem napětí může být závit nebo častěji cívka otáčející se v magnetickém poli. Napětí na konci závitu se harmonicky mění a jeho okamžitá hodnota u = Umsin t, kde Um je amplituda napětí a  je úhlová rychlost otáčení cívky, t je čas.

Proměnné napětí s harmonickým průběhem je střídavé napětí a elektrickým obvodem prochází střídavý proud, který má rovněž harmonický průběh. Střídavé napětí představuje harmonické elektrické kmitání. Oscilátor je zdroj střídavého napětí. V energetice se využívá střídavé napětí nízké frekvence f = 50 Hz.

Obvody střídavého proudu děje v elektrických obvodech se střídavými proudy ovlivňuje frekvence proudu f děje v elektrických obvodech se střídavými proudy ovlivňují různé funkční prvky, které tvoří obvod (rezistor o odporu R, cívka o indukčnosti L, kondenzátor o kapacitě C, ad.)

Obvod střídavého proudu s odporem Im je amplituda střídavého proudu. Odpor R rezistoru v obvodu střídavého proudu je stejný jako v obvodu stejnosměrného proudu. Nazývá se rezistance.

Obvod střídavého proudu s odporem

Obvod střídavého proudu s odporem Rezistance střídavého obvodu nemá vliv na fázový rozdíl střídavého napětí a proudu. V jednoduchém obvodu s odporem mají obě veličiny stejnou fázi a jejich fázový rozdíl je nulový ( = 0).

Fázorový diagram

Výkon střídavého proudu v obvodu s odporem Okamžitá hodnota výkonu: Pm je maximální hodnota výkonu.

Výkon střídavého proudu v obvodu s odporem I, U jsou efektivní hodnoty střídavého proudu a napětí

Výkon střídavého proudu v obvodu s odporem Efektivní hodnoty střídavého napětí U a proudu I odpovídají hodnotám proudu stejnosměrného, který má v obvodu s odporem stejný výkon jako daný proud střídavý. Pro výkon střídavého proudu v obvodu s odporem platí vztah P = U I

Obvod střídavého proudu s indukčností Indukčnost L cívky způsobuje fázový posun napětí před proudem o úhel  =  / 2.

Induktance Induktance XL je přímo úměrná indukčnosti cívky L a úhlové frekvenci  střídavého proudu.

Obvod střídavého proudu s indukčností

Obvod střídavého proudu s kapacitou Kapacita C kondenzátoru způsobuje fázový posun napětí za proudem o úhel  = -  / 2.

Obvod střídavého proudu s kapacitou Kapacitance XC je nepřímo úměrná kapacitě kondenzátoru C a úhlové frekvenci  střídavého proudu.

Obvod střídavého proudu s kapacitou

Činný výkon střídavého proudu Činný výkon střídavého proudu odpovídá té části elektrické energie dodané zdrojem, která se v obvodu za jednotku času mění v teplo nebo v užitečnou práci (např. v elektromotoru). Pro činný výkon platí P = U I cos U je efektivní hodnota napětí I je efektivní hodnota proudu cos je účiník (nabývá hodnot od 0 do 1)

Činný výkon střídavého proudu Časový diagram výkonu v obvodu střídavého proudu při a) 0 < < / 2, b)  =  / 2.

Složený obvod střídavého proudu Impedance Z

Složený obvod střídavého proudu Reaktance X

Rezonance střídavého obvodu f0 je rezonanční frekvence střídavého obvodu

Usměrňovač - jednocestný

Usměrňovač - dvoucestný

Tranzistorový zesilovač zvětšuje amplitudu střídavého napětí. Zesílení je vyjádřeno veličinou:

Přeměna energie primárních zdrojů se uskutečňuje v elektrárnách. Elektrárny Přeměna energie primárních zdrojů se uskutečňuje v elektrárnách.

Generátor střídavého proudu V elektrárnách pracují výkonné generátory střídavého napětí – alternátory. Otáčivý pohyb koná elektromagnet (rotor). Střídavé napětí se indukuje v soustavě cívek ve statoru. Trojfázový alternátor

Trojfázový alternátor – stator tvoří tři cívky, jejichž osy svírají navzájem úhly 120°, uprostřed se mezi cívkami otáčí magnet a v cívkách se indukují střídavá napětí. Mají stejnou amplitudu Um a jsou navzájem posunuta o 1/3 periody.

Trojfázová soustava střídavého napětí Trojfázová soustava střídavých napětí je založena na poznatku, že součet okamžitých hodnot střídavých napětí indukovaných v cívkách alternátoru je stále nulový: u1+ u2 + u3 = 0 O je uzel (společný bod), L1, L2, L3 jsou fázové vodiče, N je nulovací vodič.

Trojfázová soustava střídavého napětí Mezi fázovými vodiči a nulovacím vodičem jsou fázová napětí u1, u2, u3. Napětí u12, u13, u23 mezi libovolnými fázovými vodiči jsou sdružená napětí. Efektivní hodnota sdruženého napětí je 3krát větší než efektivní hodnota napětí fázového. Spojení a) do hvězdy, b) do trojúhelníku

Elektromotor na trojfázový proud Točivé magnetické pole

Transformátor Transformátor je důležitou součástí přenosové soustavy energetiky. Skládá se z uzavřeného ocelového jádra, z primárního a sekundárního vinutí.

Transformátor Pro činnost transformátoru platí vztah: U1 primární střídavé napětí U2 sekundární střídavé napětí N1 počet závitů primární cívky N2 počet závitů sekundární cívky I1 primární střídavý proud I2 sekundární střídavý proud k je transformační poměr k > 1 transformace nahoru k < 1 transformace dolů

Elektromagnetické kmitání V elektromagnetickém oscilátoru se periodicky mění energie elektrického pole v energii magnetického pole a naopak. Nejjednodušším elektromagnetickým oscilátorem je obvod tvořený cívkou a kondenzátorem – obvod LC nebo oscilační obvod.

Děje v oscilačním obvodu Energie elektrického a magnetického pole se postupně přeměňuje na teplo – elektromagnetické kmitání oscilačního obvodu je tlumené.

Elektromagnetické kmitání

Perioda kmitání elektromagnetického oscilátoru Perioda, popř. frekvence vlastního kmitání oscilačního obvodu závisí jen na jeho parametrech – indukčnosti L a kapacitě C obvodu a nezávisí na podmínkách, za nichž bylo kmitání oscilačního obvodu vzbuzeno

Nucené kmitání

Elektromagnetické vlnění

Elektromagnetická vlna

Elektromagnetická vlna

Elektromagnetický dipól

Vlastnosti elektromagnetického vlnění

Elektromagnetické interakce

Sdělovací soustava

Reproduktor

Vysílač

Vysílač

Vysílač

Přijímač

Rok 1947 Televize

Princip televize

Literatura: O. Lepil – Elektřina a magnetismus Použité zdroje: Internet, AMD ČR Vyrobeno v rámci projektu SIPVZ Gymnázium a SOŠ Cihelní 410 Frýdek-Místek Autor: Mgr. Libor Lepík Rok výroby: 2006