Upload
lamnhu
View
221
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Literatura:Marinovi ć – Opća elektrotehnika i elektronika 1,Marinovi ć – Opća elektrotehnika i elektronika 2,Marinovi ć – Rudarska elektrotehnika (str. 345-458, Protueksplo zijska
zaštita)Zori ć, Kuhinek – Zbirka zadataka iz osnova elektrotehnikeZori ć, Kuhinek – Upute i podloge za laboratorijske vježbe iz elektrotehnike i
elektronike
Informacije o predmetu
Ostale informacije na web stranicama:
http://rgn.hr/~dkuhinek/nids_daliborkuhinek/1%20OEE-RN /elteh_OE.htm
Predavanja 50 %
Auditorne vježbe 50 %
Laboratorijske vježbe 100 %
Teorija
Usmeni dio ispita - kvalifikacijska pitanja
OEE1 i OEE2 2 od 8PEX 2 od 2
Za veću ocjenu od predložene nepotpuni odgovori na Pismenom - teorija
Kolokviranje laboratorijskih vježbi ⇒ potpis (i mogu ćnost prijaveispita na studomatu
Zadaci
OSTALI ROKOVI
Svrha predmeta: upoznavanje sa osnovnimzakonitostima iz elektrotehnike
Cilj: upoznavanje sa terminologijom i njenim zna čenjem, primjenazakonitosti na konkretne probleme u praksi i životu.
Simboli i njihovo zna čenje
Definicija elektri čne struje:U čvrstim tvarima – usmjereno gibanje slobodnih elektro na od mjesta viška elektrona
prema mjestu manjka elektrona
U tekućinama i plinovima – usmjereno gibanje iona
Tehnički smjer struje - smjer struje kakav se pretpostavlja pri rješavanju strujnih krugova.STRUJA TEČE OD POZITIVNOG PREMA NEGATIVNOM POLU IZVORA.
Stvarni smjer struje – smjer kretanja elektrona kroz vodi čeSUPROTAN OD TEHNIČKOG SMJERA STRUJE PREMA NEGATIVNOM POLU IZVORA.
Fizikalne pojave koje nastaju kod tijeka elektri čne struje:-Toplinski efekti (zagrijavanje)-Magnetski efekti (magnetsko polje)-Elektrokemijski efekti (struja – voda – kisik + vodik )
protoni + neutroni
elektroni
STRUKTURA ATOMA
e=-1,602·10-19 C (As)
e=+1,602·10-19 C (As)
me=9,107·10-31 kg
mp=1,6729·10-27 kg
mp=1837meslobodni elektroni
potrebne zaosloba đanjeelektona
atom s neuravnoteženim nabojem - ion
valentna ljuska
vodljivost
Gibanje elektrona i šupljina u materiji
prema potrebnoj energiji zaosloba đanje elektona:
- izolatori (velika - proboj) – jakomalo slobodnih elektrona
- poluvodi či – (ovisi o temperaturikod čistih poluvodi ča)
- vodi či (mala) – obiluju slobodnimelektronima
“vanjska” energija
šupljina
slobodni elektron
razlika elektri čnih potencijala →→→→ elektri čni napon →→→→ kretanje slobodnih elektrona (struja)
elektri čni generatori stvaraju razliku elektri čnog potencijala
Generiranje potencijala
jednaki materijali narazli čitim temperaturama
razli čiti materijali naistoj temperaturi
- termoelektri čni
- elektromagnetnim zra čenjem (foto ćelije)- mehani čki (trenjem izolacijske površine)- kemijski (elektroliti čka disocijacija)- elektrodinamski (gibanje vodi ča u magnetnom polju) Primjer: Al/Cu spojnica
Tipični naponi nekih izvora
Primjer Napon V Primjer Napon
V Signal u elektroencefalografiji (EEG)
do 5 10-5 Električna jegulja (nabijena) 650
Signal u elektrokardiografiji (EKG) do 0,005 Željeznička mreža 3000
Baterije 1 članak 1,5 Kineskop 16000 Olovni akumulator 2,12 Dalekovodi 4·105
Efektivni napon električne mreže 230 Najviši dalekovodni naponi 1,5·106
Tramvajska mreža 600 Između zemlje i olujnih oblaka do 108
kretanje nabijenih čestica, slobodnih elektrona, (struja) ovisi o karakter u i obliku napona
istosmjerni tok izmjeni čni tok
ELEKTRIČNE STRUJE
ELEKTRIČNA STRUJA KROZ VODI ČE - metale
Elektri čni otpor
ρ- specifi čni elektri čni otpor (za materijal duljine 1 m i presjeka 1 mm 2)“suprotstavljanje protoku struje”
23
2
Askgm
11Ω ====jedinica stara definicija (Hg duljine 1,06246m i presjeka 1 mm 2 pri 0°C)
elektri čni otpor općenito - l - duljina vodi ča u m S - presjek vodi ča u mm 2
2 2
-3 -6
3 3
Ωmm Ωmm Ωmm (jedinica) 1 1 1 1 Ωmm 10 1 Ωm 10
m 10 mm 10ρ = = = ⋅ = ⋅
RG
1====
1 lR
Sκ= ⋅
(((( ))))Ω Sl
R ρρρρ====
κ- specifi čna elektri čna vodljivost (za materijal duljine 1 m i presjeka 1 mm 2)“koliko dobro vodi struju”
elektri čna vodljivost općenito -)m(Ω 1 11- −−−−====
ρρρρκκκκ
specifi čni otpor pri temperaturi ϑϑϑϑ
specifi čni otpor pri temperaturi 20°C
temperaturni koeficijent otpora
( )201 20R Rϑ α ϑ= + ⋅ −
Rϑϑϑϑ - otpor pri temperaturi ϑϑϑϑR - vrijednost otpora pri po četnoj temperaturi
∆ϑ∆ϑ∆ϑ∆ϑ - razlika temperature
αααα - temperaturni koeficijent otpora
(((( ))))[[[[ ]]]]201 −−−−++++==== ϑϑϑϑααααρρρρρρρρϑϑϑϑ o
ovisnost otporavodi ča otemperaturi
supravodljivost
Specifi čni otpor i temperaturni koeficijent otpora nekih ma terijala
Materijal
Specifični otpor ρ pri 20 °C
2Ωmm
m
Temperaturni koeficijent otpora α (1/°C)
Bakar 1
0,017557
= 0,004
Aluminij 1
0,03330
= 0,0037
Srebro 0,0159 0,0038 Zlato 0,0244 0,0034 Bronza 0,02…0,028 0,001 Željezo 0,13…0,18 0,0048 Mjed (žuta) 0,07…0,08 0,0015 Nikelin 0,4 - Kromnikal (Cekas) 1…1,1 - Konstantan 0,5 - Manganin 0,42 - Platina 0,094 0,0024 Ugljen 50…100 negativni
Ohmov zakon
As
kgm11V 3
2
====
23
2
Askgm
11Ω ====uz slijedi
izvedena jedinca za volt
prema
( ) AU
RΙ =
( ) ΩU
RI
= ( ) VU I R= ⋅
uz 1,5 V i 100 Ω struja je
15 V=0,015 A=15 mA
100 Ω
,Ι =
Kirchhoffovi zakoni
054321 ====−−−−−−−−−−−−++++ ΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙ
01
====∑====
n
iiΙΙΙΙ
I. (struje u čvorovima)
II. (naponi u zatvorenim petljama)
0====⋅⋅⋅⋅−−−−⋅⋅⋅⋅−−−−⋅⋅⋅⋅−−−−⋅⋅⋅⋅−−−− vvu RRRRE ΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙ
01
====∑====
n
iiU
Spajanje otpornika
Serijsko spajanje otpornika
∑====n
iRR1
∑====++++++++++++++++====n
in RR....
RRRR 1321
111111
Paralelno spajanje otpornika
( ) Ωl
RS
ρ=( )uk 1 2 ml l l= +
( ) ( )uk 1 2 ΩR l lS
ρ= + ( )uk 1 2
2=2 =2 Ω
lR R R
Sρ ⋅= ⋅ ⋅
R =1 Ω =1 ΩR1=1 R2=1
dva vodi ča jednakih dimenzija spojeni jedan na drugi:->povećanje duljine
dva vodi ča jednakih dimenzija spojeni jedan pored drugog:->povećanje površine presjeka
( ) Ωl
RS
ρ=( )uk 1 2 mS S S= +
( ) ( )uk1 2
Ωl
RS S
ρ=+ ( )1 2
uk = = Ω2 2 2
R RlR
Sρ=
⋅
Strujni krug
RU
RUU
RUE
v
u
⋅⋅⋅⋅====⋅⋅⋅⋅====−−−−
⋅⋅⋅⋅−−−− ====
ΙΙΙΙΙΙΙΙ
ΙΙΙΙ
2
21
1
2
21 UUE >>>>>>>>
idealni izvor – nema unutrašnjeg otporarealni izvor – ima unutrašnji otpor -> kada je I=0 A, U=E, u svim ostalim slučajevimanapon U na stezaljkama je manji od elektromotorne sile E.
strujni krug s izvorom itrošilom elektri čne energijeu normalnim uvjetima rada
kratki spoj u strujnom krugu izvora s trošilom elektri čne energije
ΙΙΙΙΙΙΙΙ >>>>>>>>k
∑====
++++====
kvuk R
ERR
EΙΙΙΙ
RU2====ΙΙΙΙ
Napon varira od E do 0 V pri kratkom spoju.
Osigurači, svrha, shema, izvedba
Spajanje otpornika
Serijsko spajanje otpornika 01
====∑====
n
iiU
(((( )))) RRR...RRUn
in ⋅⋅⋅⋅====∑====++++++++++++==== ΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙ1
21
nR...RRRR ++++++++++++++++==== 321 ∑====n
iRR1
prema II. KZ slijedi
∑ ====n
11 0ΙΙΙΙ RnRRR ..... ΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙ ++++++++++++++++==== 321
∑====n
Ri1
ΙΙΙΙΙΙΙΙ
++++++++++++++++====
nR....
RRRU
RU 1111
321
∑====++++++++++++++++====n
in RR....
RRRR 1321
111111
RnRRR G....GGGG ++++++++++++++++==== 321 ∑====n
iGG1 ∑
====∑
====n
i
n
iR
GR
11
111
21
21
21
111
RRRR
RR
R++++⋅⋅⋅⋅====
++++====
213132
321
321
213132
321
1111
1RRRRRR
RRR
RRRRRRRRR
RRR
R⋅⋅⋅⋅++++⋅⋅⋅⋅++++⋅⋅⋅⋅
⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅====
⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅++++⋅⋅⋅⋅++++⋅⋅⋅⋅
====++++++++
====
Paralelno spajanje otpornikaprema I. KZ slijedi
odnosno
ili preko vodljivosti
trošila sva kroz 21 ====⋅⋅⋅⋅++++++++⋅⋅⋅⋅++++⋅⋅⋅⋅==== ΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙ nR...RRU
Mješovito spajanje otpornika
(((( ))))4321
4321
1
1
''
RRRRRRRR
RRRR
Re ++++++++++++++++++++====
++++⋅⋅⋅⋅====
Svrha – dobivanje otpora odre đene vrijednosti(npr. 127,63 Ω=120 Ω + 6,8 Ω + 0,82 Ω=127,62 Ω)
– dobivanje ve će snage koju otpornik može disipirati (trošiti) ada ne dođe do ošte ćenja
Postupak rješavanja – pronalaženje serija/paralela koje se mogu pojednostaviti iračunanje nadomjesnih otpora
Proširenje mjernog podru čja voltmetra
−−−−==== 1
vv U
UR'R
( )0 95v
v
R' R R, R
R' R R
+≥ ⋅
+ +za mjernu pogrešku do 5 %
vrijednost R’za proširenjemjernog podru čja
(((( )))) (((( )))) R uz ====∞∞∞∞→→→→++++++++
++++ R'
RR'RRR'R
v
v↑↑↑↑ R’ ↓↓↓↓ mjerna pogreška
(((( ))))'RRUUU v'Rv ++++====++++==== ΙΙΙΙ
Proširenje mjernog podru čja ampermetra
"RR "RAA ⋅⋅⋅⋅==== ΙΙΙΙΙΙΙΙ
A
AA'' RR
ΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙ
−−−−⋅⋅⋅⋅====
vrijednost R’’za proširenjemjernog podru čja
++++===="R
RAA 1ΙΙΙΙΙΙΙΙ
(((( ))))%R
Rp m
m 100⋅⋅⋅⋅====
mjerna pogreška
"RR"RR
RA
Am ++++
⋅⋅⋅⋅====
"RA ΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙ ++++====
Mjerenje otpora U-I metodom
RRV >>>>>>>>>>>>mjerenje malih otpora
mjerenje velikih otpora RRA <<<<<<<<<<<<
RV ΙΙΙΙΙΙΙΙ <<<<<<<<<<<<tada jeRΙΙΙΙΙΙΙΙ ====odnosno
RR RAR ⋅⋅⋅⋅<<<<<<<<<<<<⋅⋅⋅⋅ ΙΙΙΙΙΙΙΙtada je
(((( ))))Ω ΙΙΙΙU
R ====
V V
VA VA
V
U UR
UI I IR
= =− −
V A VA
A A
U U UR R
I I
−= = −
Wheatstoneov most
ΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙ ====++++====++++ 4231
42 ΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙ ++++====
44332211 RRRRU ⋅⋅⋅⋅++++⋅⋅⋅⋅====⋅⋅⋅⋅++++⋅⋅⋅⋅==== ΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙ
055 ====⋅⋅⋅⋅ RΙΙΙΙ
21 ΙΙΙΙΙΙΙΙ ==== 43 ΙΙΙΙΙΙΙΙ ====
3311 RR ⋅⋅⋅⋅====⋅⋅⋅⋅ ΙΙΙΙΙΙΙΙ
44
33
22
11
RR
RR
⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅====
⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅
ΙΙΙΙΙΙΙΙ
ΙΙΙΙΙΙΙΙ
4422 RR ⋅⋅⋅⋅====⋅⋅⋅⋅ ΙΙΙΙΙΙΙΙ
3241 RRRR ⋅⋅⋅⋅====⋅⋅⋅⋅4
321 R
RRR ====
ravnoteža mosta
534 ΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙ ++++====)( 534 ΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙ −−−−====
512 ΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙ −−−−====)( 512 ΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙ ++++====
31 ΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙ ++++====
Primjeri korištenja:Nul metode – za mjerenje nepoznatog otpora, induktivi teta, kapaciteta, impedancijeMjerenje deformacija elektrootpornim trakama (jedna ili više, spojena u Wheatstoneov most)Mjerenje temperature – osjetilu se mijenja otpor s t emperaturom
Strujna gusto ća
==== 2mmA
S
JΙΙΙΙ
nejednolikaraspodjela
strujne gusto će
U žici valjkastog oblika strujna gusto ća je jednolika – paziti na ograni čenje za vodi č
J;∆∆∆∆U
x
lJS
lRU Z ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅====⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅====⋅⋅⋅⋅==== ρρρρρρρρΙΙΙΙΙΙΙΙ∆∆∆∆
(((( ))))22 A/m
2 xJ X ⋅⋅⋅⋅
====ππππ
ΙΙΙΙ
(((( ))))Ω 2 r
URZ ⋅⋅⋅⋅
======== ∞∞∞∞
ππππρρρρ
ΙΙΙΙ∆∆∆∆
(((( ))))V 11
2 2112
2
1
−−−−⋅⋅⋅⋅====∫ ⋅⋅⋅⋅====−−−−====
xxJUUU
x
xXXXk ππππ
ρρρρΙΙΙΙρρρρ∆∆∆∆∆∆∆∆
JX - strujna gusto ća
ΙΙΙΙ - struja uzemljiva ča
X - udaljenost od uzemljiva ča
pad napona izražen strujnom gusto ćom
(((( ))))V 11
22 2
−−−−⋅⋅⋅⋅====∫
⋅⋅⋅⋅====∫ ⋅⋅⋅⋅====xrx
dxJU
x
r
x
rXX ππππ
ρρρρΙΙΙΙππππρρρρΙΙΙΙρρρρ∆∆∆∆
napon koraka
za uzemljiva č oblika kugle polumjera r
otpor
točkasto uzemljenje
Rad
(Ws) (J)W U tΙ= ⋅ ⋅
U - napon u V ΙΙΙΙ - struja u A t - vrijeme u s
Snaga
(VA) (W) (J/s) (Nm/s) W U t
P Ut t
Ι Ι⋅ ⋅= = = ⋅
Proizvedena toplina razmjerna je kvadratu struje, elekt ričnom otporui vremenu prolaza struje kroz otpornik.
uz korištenje Ohmovog zakona dobiva se
22 U
P I RR
= ⋅ = 2W I R t= ⋅ ⋅
za vodi če vrijedi lSJP ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅==== ρρρρ2
2JkP ⋅⋅⋅⋅====
uz lSk ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅==== ρρρρ
Snaga (gubici) su proporcionalni kvadratu strujne gusto će(zagrijavanje u normalnom radu i tijekom greške)
Joulov zakon