17BBTEL Cvičení 2

Energie kapacitoru Vypočítejte kapacitu kapacitoru, který akumuluje energii 400 J při napětí 10 V.

Vypočítejte objem tohoto kapacitoru, je-li hustota energie 0 Vypočítejte objem tohoto kapacitoru, je-li hustota energie 0.25 J·cm-3 (běžný elektrolytický kondenzátor)

… tedy např. válec a průměru 10 cm, a výšce 20.37 cm. Jak dlouho by trvalo jeho nabíjení konstantním proudem 5 A? Jaký zdroj bychom v tomto případě museli použít? Bylo by možné použít takový kapacitor pro kontrukci defibrilátoru?

Simulace v MicroCapu:

Problémy v simulaci: Aby proběhla analýza, je potřeba vložit „falešný“ rezistor s velkým odporem paralelně ke kapacitoru, aby se uzavřela stejnosměrná smyčka Nebo nastavit MicroCap tak, aby to udělal sám za nás V transientní analýze nesmí být zatržen výpočet pracovního bodu

Vypočítejte napětí na kapacitoru s kapacitou 45 mF, akumuluje-li rovněž energii 400 J. Vypočítejte objem běžného vysokonapěťového kapacitoru s hustotou energie 0.02 J·cm-3, a specielního kapacitoru pro defibrilátory s hustotou energie 1.06 J·cm-3.

… Tedy např. kvádr o rozměrech 20 × 20 × 50 cm. … odpovídající kapacitor firmy General Atomics má rozměry 4.9 × 7.5 × 14.7 cm (max. energie cca 476 J, resp. napětí 4.6 kV)

Teplo, výkon na rezistoru Pro snížení napětí v obvodu chceme použít dělič napětí podle obrázku. Vypočítejte v Matlabu proud, který teče obvodem. Vypočítejte v Matlabu napětí na rezistoru R2. Vypočítejte výkon na obou rezistorech a výkon dodaný ze zdroje. Svůj výpočet ověřte simulací v Microcapu. Vyberte z katalogu vhodné rezistory pro realizaci (http://www.gme.cz) Popište nevýhody tohoto způsobu snížení napětí v obvodu

Simulujte v MicroCapu obvod podle obrázku, který obsahuje 2 zdroje napětí. Jaké jsou výkony, dodané oběma zdroji do obvodu? Vysvětlete velikost obou výkonů

Výkon střídavého proudu Efektivní hodnota (RMS – Root Mean Square) Fyzikální význam – velikost stejnosměrného proudu se stejnými tepelnými účinky, jako má proud střídavý Výpočet (jen pro informaci): Teplo za dobu T (za periodu) Odtud Důležité hodnoty: sin obdélník –Im … Im obdélník 0 … Im (střída 1:1) obdélník 0 … Im (střída 1:n) trojúhelník, pila Závislá na časovém průběhu

Dělič podle obrázku budeme tentokrát napájet ze zdroje napětí se sinusovým průběhem Vypočítejte v Matlabu výkony všech prvků v obvodu a porovnejte se simulací v MicroCapu (výpočet a zobrazení efektivní hodnoty je třeba povolit ve vlastnostech obvodu – dialog vyvoláte poklepáním myši na kreslící plochu) !!! Pozor – efektivní hodnotu proudu zobrazíte volbou Options / View / RMS, ale výkony musí být Options / View / Average !!! Dejte pozor na správnou volbu času u transientní analýzy!!!

Rezistor R2 nyní nahradíme kapacitorem s kapacitou 20 mF. Zobrazte v samostatných grafech výkon na rezistoru PD(R1), a energii akumulovanou v kapacitoru PS(C1) Zobrazte efektivní hodnoty napětí zdroje a proudu tekoucího obvodem; vypočítejte celkový výkon, dodaný ze zdroje do obvodu S = U·I Zobrazte střední hodnotu výkonu na rezistoru a kapacitoru; na rozdíl od odporového obvodu jejich součet není roven výkonu, dodanému ze zdroje – proč?

Nyní se vrátíme zpět k odporovému obvodu, a za zdroj zapojíme diodu 1N4936. Napětí zdroje změňte na 25 V. Zobrazte časové průběhy napětí v uzlech 1 a 3. Zobrazte efektivní hodnoty napětí v uzlech. Zobrazte střední hodnoty výkonů – jak ovlivnil časový průběh proudu výkon na rezistorech?