Spolen och Kondensatorn motverkar förändringar

En presentation över ämnet: "Spolen och Kondensatorn motverkar förändringar"— Presentationens avskrift:

1 Spolen och Kondensatorn motverkar förändringar
Spolen och kondensatorn motverkar förändringar, tex vid inkoppling eller urkoppling av en källa till en krets. Hur går det då om källan avger en sinusformad växelström – som ju ändrar sig kontinuerligt? ? William Sandqvist

2 Växelström genom resistor
En sinusformad växelström iR(t) genom en resistor R ger ett proportionellt sinus-format spänningsfall uR(t) enligt OHM’s lag. Strömmen och spänningen blir i fas. Ingen energi lagras i resistorn. Visarna UR och IR blir parallella med varandra. Vektor visare Komplexa visare Visarna kan vara toppvärdesvisare eller effektivvärdesvisare så länge man inte blandar olika typer. William Sandqvist

3 William Sandqvist william@kth.se

4 Växelström genom spole
En sinusformad växelström iL(t) genom en spole ger på grund av självinduktionen ett spänningsfall uL(t) som ligger 90° före strömmen. Energi som lagras i magnetfältet används till denna spänning. Visaren UL fås som L·IL och den ligger 90° före IL. Storheten L är ”beloppet” av spolens växelspänningsmotstånd, reaktansen XL []. Vektor visare När man räknar med komplexa visare multiplicerar man L med talet ”j”, detta vrider spänningsvisaren +90°. Metoden håller automatiskt reda på fasvinklarna! Komplexa visare William Sandqvist

5 William Sandqvist william@kth.se

6 Växelström genom kondensator
En sinusformad växelström iC(t) genom en kon-densator laddar upp denna med ”spännings-fallet” uC(t) som ligger 90° efter strömmen. Energi lagras i det elektriska fältet. Visaren UC fås som IC/(C) och den ligger 90° efter IC. Storheten 1/(C) är ”beloppet” av kon-densatorns växelspänningsmotstånd, reaktans-en XC []. Vektor visare William Sandqvist

7 William Sandqvist william@kth.se

8 Komplexa visare och reaktansens tecken
Om man använder komplexa visare får man med spänningsvisarens fasvridning -90° genom att dividera 1/(C) med konstanten ”j”. Metoden med komplexa visare håller automatiskt reda på fasvinklarna om vi betraktar konden-satorns reaktans XC som negativ, och därmed spolens XL som positiv. Komplexa visare William Sandqvist

9 William Sandqvist william@kth.se

10 William Sandqvist william@kth.se
R L C I allmänhet innehåller våra nät en blandning med olika R L och C. Fasvinkeln mellan I och U är då inte 90° utan kan ha vilket värde som helst. En positiv fasvinkel innebär att induktanserna dominerar över kapacitanserna, induktiv karaktär IND. En negativ fasvinkel innebär att kapacitanserna dominerar över induktanserna, kapacitiv karaktär KAP. Kvoten mellan spänning U och ström I, växelströmsmotståndet, kallas för impedans Z []. OHM´s växelströmslag: William Sandqvist

11 William Sandqvist william@kth.se

12 William Sandqvist william@kth.se
Exempel. Visardiagram. Vid en viss frekvens f har konden-satorernas reaktans XC och resistorn R samma växelströms-motstånd []. Använd de elementära visardia-grammen för R och C som bygg-stenar för att rita hela kretsens visardiagram ( vid frekvensen f ). William Sandqvist

13 William Sandqvist william@kth.se
Exempel. Visardiagram. 1) U2 riktfas ( = horisontell ) 2) 3) 4) 5) 6) William Sandqvist

14 William Sandqvist william@kth.se

15 William Sandqvist william@kth.se
Impedansen Z Kretsens växelströmsmotstånd, impedansen Z, får man som kvoten av U och I visarna. Fasvinkeln  är vinkeln mellan U och I visarna. Strömmen ligger före spänningen i fas, så kretsen har kapacitiv karaktär, KAP. ( Något annat hade väl knappast varit att vänta eftersom det inte finns några spolar i kretsen ) William Sandqvist

16 Gör själv …

17 William Sandqvist william@kth.se

18 Reaktansens frekvensberoende
William Sandqvist

19 Reaktansens frekvensberoende
XL [] XC [] f [Hz] f [Hz] William Sandqvist

20 William Sandqvist william@kth.se
LOG – LOG diagram log( XL ) – skala [] log( XC ) – skala [] log( f ) – skala [Hz] log( f ) – skala [Hz] Spolens och kondensatorns frekvensberoende blir symmetriskt i log-log - skala William Sandqvist

21 William Sandqvist william@kth.se
Innan Mathematica! Innan miniräknarna fanns använde man ofta Nomogram för att överslagsmässigt bestämma reaktanserna. William Sandqvist

22 William Sandqvist william@kth.se

23 Komplexa visare, j-metoden
Komplexa visare. OHM’s lag för R L och C. I själva verket blir det fyra användbara samband! Re, Im, Abs, Arg Komplexa visare. OHM’s lag för Z. William Sandqvist

24 William Sandqvist william@kth.se

25 Exempel. Komplexa visare.
U = 20 V C = 320 F R = 10  f = 50 Hz William Sandqvist

26 Exempel. Komplexa visare.
U = 20 V C = 320 F R = 10  f = 50 Hz William Sandqvist

27 Exempel. Komplexa visare.
U = 20 V C = 320 F R = 10  f = 50 Hz William Sandqvist

28 Exempel. Komplexa visare.
U = 20 V C = 320 F R = 10  f = 50 Hz William Sandqvist

29 Exempel. Komplexa visare. I
U = 20 V C = 320 F R = 10  f = 50 Hz William Sandqvist

30 Exempel. Komplexa visare. I
U = 20 V C = 320 F R = 10  f = 50 Hz William Sandqvist

31 Exempel. Komplexa visare. U1
U = 20 V C = 320 F R = 10  f = 50 Hz William Sandqvist

32 Exempel. Komplexa visare. U1
U = 20 V C = 320 F R = 10  f = 50 Hz William Sandqvist

33 Exempel. Komplexa visare. U2
U = 20 V C = 320 F R = 10  f = 50 Hz William Sandqvist

34 Exempel. Komplexa visare. U2
U = 20 V C = 320 F R = 10  f = 50 Hz Spännings delning William Sandqvist

35 Exempel. Komplexa visare. IC
U = 20 V C = 320 F R = 10  f = 50 Hz William Sandqvist

36 Exempel. Komplexa visare. IC
U = 20 V C = 320 F R = 10  f = 50 Hz William Sandqvist

37 Exempel. Komplexa visare. IR
U = 20 V C = 320 F R = 10  f = 50 Hz William Sandqvist

38 Exempel. Komplexa visare. IR
U = 20 V C = 320 F R = 10  f = 50 Hz William Sandqvist

39 William Sandqvist william@kth.se

40 William Sandqvist william@kth.se
Vrida diagrammet … När vi ritade visardiagrammet var det naturligt att använda U2 som riktfas (=horisontell), med j-metoden var U den naturliga riktfasen (=reell). Eftersom det är enkelt att vrida diagrammen, så har man i praktiken frihet att välja vilken storhet som helst till riktstorhet. Multiplicera alla komplexa tal med denna faktor så genomförs vridningen! William Sandqvist

41 William Sandqvist william@kth.se

42 William Sandqvist william@kth.se
Sammanfattning Sinusformade växelstorheter kan representeras som visare, phasors, ”belopp”  ”fasvinkel”. En visare (phasor) kan antingen ses som en vektor angiven i polära koordinater, eller som ett komplext tal. Det är viktigt att kunna beskriva växelströmsfenomen utan att för den skull behöva kräva kunskaper om komplexa tal – därav vektormetoden. De komplexa talen och j-metoden är kraftfulla verktyg som underlättar behandlingen av växelströms-problem. Inom elektroniken har de generaliserats till olika transform-metoder som Fourier-transformen och Laplace-transformen, så elektroingenjörens användning av komplexa tal är omfattande. William Sandqvist

43 William Sandqvist william@kth.se

44 Admittans, konduktans, susceptans
Vid parallellkopplade komponenter kan det ibland vara bekvämare att räkna med impedansens inverterade värde. Impedansen Z består av realdel R, resistans, och imaginärdel X, reaktans. Kondensatorns reaktans är negativ. Admittansen Y består av realdel G, konduktans, och imaginärdel B, suceptans. Spolens suceptans är negativ. William Sandqvist

45 William Sandqvist william@kth.se