Izmjenicni2

Embed Size (px)

Citation preview

  • Osnove elektrotehnike II: IzmjeniOsnove elektrotehnike II: Izmjenini strujni krugovini strujni krugovi

    Str:

    49

    Postupak analize izmjeniPostupak analize izmjeninih strujnih krugova i mrenih strujnih krugova i mrea a praktipraktiki je potpuno analogan postupcima koji se ki je potpuno analogan postupcima koji se koriste kod istosmjernih strujnih krugova.koriste kod istosmjernih strujnih krugova.

    Treba Treba jedinojedino paziti na paziti na dvodimenzionalnostdvodimenzionalnost problema.problema. I dalje se sve bazira na osnovnim zakonima (I dalje se sve bazira na osnovnim zakonima (OhmovOhmov

    zakon, I i II zakon, I i II KirchhoffovKirchhoffov zakon zakon).). Procedura takoer identiProcedura takoer identina:na:

    definiranje smjerova struja (proizvoljno)definiranje smjerova struja (proizvoljno) definiranje padova napona vezanih za smjerove strujadefiniranje padova napona vezanih za smjerove struja raspisivanje jednadraspisivanje jednadbi I i II bi I i II KirchhoffovogKirchhoffovog zakonazakona rjerjeavanje sustava jednadavanje sustava jednadbibi tumatumaenje rjeenje rjeenja enja

    Analiza izmjeniAnaliza izmjeninih krugova/mrenih krugova/mreaa

    Osnove elektrotehnike II: IzmjeniOsnove elektrotehnike II: Izmjenini strujni krugovini strujni krugovi

    Str:

    50

    +

    R

    Cu(t)

    BuduBudui da je rijei da je rije o serijskom spoju struja je zajednio serijskom spoju struja je zajednika ka veliveliina, a ukupni napon jednak je sumi napona.ina, a ukupni napon jednak je sumi napona.

    Serijski RC spoj Serijski RC spoj

    +

    -

    + -i(t)uR (t)

    iC (t)

    uC (t)

    iR (t)

    Serijski RC spoj predstavlja serijski spoj radnog i Serijski RC spoj predstavlja serijski spoj radnog i kapacitivnogkapacitivnog otpora.otpora.

  • Osnove elektrotehnike II: IzmjeniOsnove elektrotehnike II: Izmjenini strujni krugovini strujni krugovi

    Str:

    51

    Kada bi se problem rjeKada bi se problem rjeavao u vremenskoj domeni avao u vremenskoj domeni jednadjednadba koja bi se trebala rijeba koja bi se trebala rijeiti je sljedeiti je sljedea:a:

    Serijski RC spoj Serijski RC spoj (2)(2)

    ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )

    ( ) ( ) ( )+=+===

    dttiC

    Rtitu

    tutututititi

    CR

    CR

    1

    I K.Z.

    II K.Z.

    Vidljivo je da se veVidljivo je da se ve za najjednostavniji sluza najjednostavniji sluaj analiza aj analiza bazira na rjebazira na rjeavanju diferencijalnih jednadavanju diferencijalnih jednadbi. bi.

    Osnove elektrotehnike II: IzmjeniOsnove elektrotehnike II: Izmjenini strujni krugovini strujni krugovi

    Str:

    52

    Promatrano u kompleksnoj domeni, struje i naponi u Promatrano u kompleksnoj domeni, struje i naponi u serijskom RC spoju definiraju se na isti naserijskom RC spoju definiraju se na isti nain:in:

    +

    R

    CU.

    Serijski RC spoj Serijski RC spoj (3)(3)

    +

    -

    + -I.

    UR. IC

    .

    UC.

    IR.

    I dalje vrijedi da je struja zajedniI dalje vrijedi da je struja zajednika velika veliina, a ukupni ina, a ukupni napon jednak sumi napona na pojedinim elementima.napon jednak sumi napona na pojedinim elementima.

  • Osnove elektrotehnike II: IzmjeniOsnove elektrotehnike II: Izmjenini strujni krugovini strujni krugovi

    Str:

    53

    To dalje iznosi:To dalje iznosi:

    Serijski RC spoj Serijski RC spoj (4)(4)

    ( )CCR

    CR

    jXIRIU

    UUUIII

    +=

    +===

    &&&

    &&&&&& I K.Z.

    II K.Z.

    ( )CjXRIU = &&

    MeutimMeutim, stvar je bitno jednostavnija za rije, stvar je bitno jednostavnija za rijeiti jer su iti jer su jednadjednadbe puno jednostavnije:be puno jednostavnije:

    Osnove elektrotehnike II: IzmjeniOsnove elektrotehnike II: Izmjenini strujni krugovini strujni krugovi

    Str:

    54

    Pri tome izraz u zagradi, prema Pri tome izraz u zagradi, prema OhmovomOhmovom zakonu za zakonu za izmjeniizmjenini krug, ima dimenziju impedancije.ni krug, ima dimenziju impedancije.

    Serijski RC spoj Serijski RC spoj (5)(5)

    CjXRUI =&&

    CjXRZZIU

    ==

    &&&&

    ( )22

    C

    C

    C

    C

    C XRjXRU

    jXRjXR

    jXRUI +

    +=++=

    &&&

    Ukoliko je napon zadan:Ukoliko je napon zadan:

    Racionalizacijom nazivnika:Racionalizacijom nazivnika:

  • Osnove elektrotehnike II: IzmjeniOsnove elektrotehnike II: Izmjenini strujni krugovini strujni krugovi

    Str:

    55

    Pri tome je fazni kut izmeu struje i napona definiran Pri tome je fazni kut izmeu struje i napona definiran upravo impedancijom Z.upravo impedancijom Z.

    Vektorski dijagram koji opisuje prilike u ovom krugu:Vektorski dijagram koji opisuje prilike u ovom krugu:

    Serijski RC spoj Serijski RC spoj (6)(6)

    ==R

    Xarctg CUI

    Re

    Im (j)

    IC.

    IR.

    I.

    = =UR.

    UC. U.

    ===+

    ====

    RXarctg

    XIURIU

    XR

    UZUI

    III

    CUI

    CC

    R

    C

    CR

    22UI

    Osnove elektrotehnike II: IzmjeniOsnove elektrotehnike II: Izmjenini strujni krugovini strujni krugovi

    Str:

    56

    Taj je kut ujedno i kut kojeg vektor impedancije zatvara Taj je kut ujedno i kut kojeg vektor impedancije zatvara s realnom osi u vektorskom dijagramu.s realnom osi u vektorskom dijagramu.

    Serijski RC spoj Serijski RC spoj (7)(7)

    Re

    Im (j)

    R

    -jXC. ZRC

    .

    CX C =

    1

    Iz dijagrama je vidljivo da Iz dijagrama je vidljivo da e se impedancija serijskog e se impedancija serijskog RC spoja nalaziti u IV kvadrantu.RC spoja nalaziti u IV kvadrantu.

    to je Xto je XCC vevei u odnosu na R fazni kut bit i u odnosu na R fazni kut bit e, e, apsolutno apsolutno gledano, takgledano, takoer veoer vei (i (maxmax 9090) i obrnuto.) i obrnuto.

    22CRC XRZZ +==

    =R

    Xarctg C

  • Osnove elektrotehnike II: IzmjeniOsnove elektrotehnike II: Izmjenini strujni krugovini strujni krugovi

    Str:

    57

    Vidljivo je da je kompleksni raVidljivo je da je kompleksni raun puno jednostavniji i un puno jednostavniji i puno puno blibliii za analizu, buduza analizu, budui da jako podsjei da jako podsjea na a na postupak koji se provodi kod istosmjernih strujnih postupak koji se provodi kod istosmjernih strujnih krugova.krugova.

    Treba ipak pripaziti da se sve radi s kompleksnim Treba ipak pripaziti da se sve radi s kompleksnim veliveliinama.inama.

    Pri tome nas vektori/Pri tome nas vektori/fazorifazori i pripadni dijagrami jako i pripadni dijagrami jako dobro dobro podsjepodsjeajuaju na tu na tu injenicu.injenicu.

    KoriKoritenjem vektora mogutenjem vektora mogue je problem rijee je problem rijeiti i bez iti i bez direktne upotrebe kompleksnih brojeva; tada radimo s direktne upotrebe kompleksnih brojeva; tada radimo s amplitudama i faznim pomacima, a vektorski dijagram amplitudama i faznim pomacima, a vektorski dijagram opisuje odnose izmeu pojedinih veliopisuje odnose izmeu pojedinih veliina.ina.

    Serijski RC spoj Serijski RC spoj (8)(8)

    Osnove elektrotehnike II: IzmjeniOsnove elektrotehnike II: Izmjenini strujni krugovini strujni krugovi

    Str:

    58

    Paralelni RC spoj Paralelni RC spoj

    +R CU

    . +-

    I.

    UR.

    IC.

    UC.

    IR.

    +

    -

    NaponiNaponi su su zajednizajednikiki, a ukupna struja jednaka je sumi , a ukupna struja jednaka je sumi struja u granama.struja u granama.

  • Osnove elektrotehnike II: IzmjeniOsnove elektrotehnike II: Izmjenini strujni krugovini strujni krugovi

    Str:

    59

    Kompleksni raKompleksni raun:un:

    Paralelni RC spoj Paralelni RC spoj (2)(2)

    CC

    R

    CR

    CR

    jXUI

    RUI

    UUUIII

    =

    =

    ==+=

    &&

    &&

    &&&&&& I K.Z.

    II K.Z.

    CjXU

    RU

    ZUI +==

    &&&&&

    KonaKonano:no:

    Osnove elektrotehnike II: IzmjeniOsnove elektrotehnike II: Izmjenini strujni krugovini strujni krugovi

    Str:

    60

    Pri tome sljedePri tome sljedei izraz ima dimenziju impedancije:i izraz ima dimenziju impedancije:

    Paralelni RC spoj Paralelni RC spoj (3)(3)

    111

    += CjXRZ&

    CjBGY +=&

    CC X

    BR

    G 1 ,1 ==

    Ukoliko se sad u Ukoliko se sad u igruigru ubace ubace admitancijeadmitancije tada vrijedi:tada vrijedi:

    pri pri emu vrijediemu vrijedi

  • Osnove elektrotehnike II: IzmjeniOsnove elektrotehnike II: Izmjenini strujni krugovini strujni krugovi

    Str:

    61

    Vektorska analiza:Vektorska analiza: Ucrtava se vektor napona buduUcrtava se vektor napona budui i

    da je on zajednida je on zajedniki svim ki svim elemenelemen--tima (posljedica II K.Z.).tima (posljedica II K.Z.).

    Paralelni RC spoj Paralelni RC spoj (4)(4)

    Re

    Im (j)

    UC.

    UR.

    U.

    = =

    IR.

    IC. I.

    CR UUU ==

    BuduBudui da je poznat napon na i da je poznat napon na otporu mootporu moe se ucrtati i vektor e se ucrtati i vektor struje koja njime protjestruje koja njime protjee e -- u fazi s u fazi s naponom.naponom.

    Na isti naNa isti nain crta se i vektor struje in crta se i vektor struje koja tekoja tee kapacitetom i koji za 90e kapacitetom i koji za 90prethodi prethodi naponu. Za slunaponu. Za sluaj da je Xaj da je XCCmanji od R struja koja manji od R struja koja e tee tei i njime bit njime bit e proporcionalno vee proporcionalno vea.a.

    Iz I K.Z. poznato je da je ukupna Iz I K.Z. poznato je da je ukupna struja jednaka (vektorskoj) sumi struja jednaka (vektorskoj) sumi struja koje teku kroz R istruja koje teku kroz R i C.C.

    CCC

    R

    XUBUI

    RUGUI

    ==

    ==

    =

    +=

    R

    CUI

    CR

    IIarctg

    III

    22

    Osnove elektrotehnike II: IzmjeniOsnove elektrotehnike II: Izmjenini strujni krugovini strujni krugovi

    Str:

    62

    Vektorska analiza:Vektorska analiza: analogno vektorskom dijagramu za impedanciju kod serijskog analogno vektorskom dijagramu za impedanciju kod serijskog

    spoja, crta se vektorski dijagram za spoja, crta se vektorski dijagram za admitancijuadmitanciju paralelnog paralelnog spojaspoja

    Paralelni RC spoj Paralelni RC spoj (5)(5)

    ==+==

    =

    GBarctg

    BGYY

    CB

    C

    CRC

    C

    22

    Re

    Im (j)

    G

    BC. Y

    .

  • Osnove elektrotehnike II: IzmjeniOsnove elektrotehnike II: Izmjenini strujni krugovini strujni krugovi

    Str:

    63

    Iz vektorske analize vidljivo je da se fazni kut izmeu Iz vektorske analize vidljivo je da se fazni kut izmeu napona i struje u paralelnom spoju definira druganapona i struje u paralelnom spoju definira drugaije ije od onog kod serijskog spoja:od onog kod serijskog spoja:

    Paralelni RC spoj Paralelni RC spoj (6)(6)

    R

    Xarctg CUI

    =

    ==

    GBarctg

    IIarctg C

    R

    CUI

    ==

    CUI X

    Rarctg

    Definicija faznog kuta ponovno iz Definicija faznog kuta ponovno iz vektvekt. dijagrama:. dijagrama:

    Uz koriUz koritenje R i Xtenje R i XCC::

    Osnove elektrotehnike II: IzmjeniOsnove elektrotehnike II: Izmjenini strujni krugovini strujni krugovi

    Str:

    64

    Serijski RL spoj:Serijski RL spoj: problem se rjeproblem se rjeava identiava identino serijskom RC spojuno serijskom RC spoju struja struja zajednizajednikaka, naponi se zbrajaju, naponi se zbrajaju treba paziti na karakter induktivnog otporatreba paziti na karakter induktivnog otpora

    Serijski i paralelni RL spoj Serijski i paralelni RL spoj

    +

    R

    Lu(t)

  • Osnove elektrotehnike II: IzmjeniOsnove elektrotehnike II: Izmjenini strujni krugovini strujni krugovi

    Str:

    65

    Kompleksni raKompleksni raun:un:

    Serijski i paralelni RL Serijski i paralelni RL spoj (2)spoj (2)

    ( )LCR

    CR

    jXIRIUUUUIII

    +=+===

    &&&&&&&&&

    ==R

    Xarctg LUI

    LjXRZ +=& fazni kut impedancije (ujedfazni kut impedancije (ujedno i kut izmeu napona i no i kut izmeu napona i

    struje):struje):

    impedancija serije RL:impedancija serije RL:

    Osnove elektrotehnike II: IzmjeniOsnove elektrotehnike II: Izmjenini strujni krugovini strujni krugovi

    Str:

    66

    Re

    Im (j)

    IL.

    IR.

    I.

    = =

    UR.

    UL. U

    .

    Serijski RL spoj:Serijski RL spoj: vektorska analizavektorska analiza

    Serijski i paralelni RL spoj Serijski i paralelni RL spoj

    Re

    Im (j)

    R

    XL.

    Z.22

    LR

    LL

    R

    LR

    UUU

    XIURIUIII

    +=====

    UI

    =+=

    RXarctg

    XRZ

    LUI

    L

    22

  • Osnove elektrotehnike II: IzmjeniOsnove elektrotehnike II: Izmjenini strujni krugovini strujni krugovi

    Str:

    67

    Paralelni RL spoj:Paralelni RL spoj: problem se rjeproblem se rjeava identiava identino paralelnom RC spojuno paralelnom RC spoju napon napon zajednizajednikaka, struje se zbrajaju, struje se zbrajaju treba paziti na karakter induktivnog otporatreba paziti na karakter induktivnog otpora

    Serijski i paralelni RL spoj Serijski i paralelni RL spoj

    +R Lu(t)

    Osnove elektrotehnike II: IzmjeniOsnove elektrotehnike II: Izmjenini strujni krugovini strujni krugovi

    Str:

    68

    Paralelni RL spoj:Paralelni RL spoj: korikoritenjem kompleksnog ratenjem kompleksnog raunauna

    Serijski i paralelni RL spoj Serijski i paralelni RL spoj

    LLR

    LR

    LR

    jXUI

    RUI

    UUUIII

    &&&&

    &&&&&&

    ====+=

    ,

    ==

    LUI X

    Rarctg

    LjBGY =& admitancijaadmitancija paralele RL:paralele RL:

    Kut izmeu napona i struje Kut izmeu napona i struje ((negneg. fazni kut . fazni kut admitancijeadmitancije):):

  • Osnove elektrotehnike II: IzmjeniOsnove elektrotehnike II: Izmjenini strujni krugovini strujni krugovi

    Str:

    69

    Paralelni RL spoj:Paralelni RL spoj: vektorska analizavektorska analiza

    Serijski i paralelni RL spoj Serijski i paralelni RL spoj

    =

    +=

    R

    LUI

    L

    IIarctg

    BGY

    22Re

    Im (j)

    UL.

    UR.

    U.

    = =IR.

    IL.

    I.

    UI Re

    Im (j)

    G

    BL. Y.

    22LR

    LLL

    R

    LR

    III

    XUBUI

    RUGUI

    UUU

    +=

    ==

    ====

    Osnove elektrotehnike II: IzmjeniOsnove elektrotehnike II: Izmjenini strujni krugovini strujni krugovi

    Str:

    70

    Vrlo rijetko Vrlo rijetko e se u praksi susretati e se u praksi susretati isti par/isti par/serser spojevi; spojevi; oni oni e u pravilu biti puno sloe u pravilu biti puno sloeniji i sastojat eniji i sastojat e se od e se od kombinacije paralelnih i serijskih spojeva.kombinacije paralelnih i serijskih spojeva.

    Postupak rjePostupak rjeavanja ovakvih strujnih avanja ovakvih strujnih krugova:krugova: izdvojeno se promatraju izdvojeno se promatraju isti serijski i isti serijski i isti paralelni spojeviisti paralelni spojevi njihovom parcijalnom analizom postepeno se smanjuje njihovom parcijalnom analizom postepeno se smanjuje

    kompleksnost mrekompleksnost mree koja se analizirae koja se analizira

    OsnovnaOsnovna vodilja:vodilja: U serijskom spoju struja je zajedniU serijskom spoju struja je zajednika svim elementima koji se ka svim elementima koji se

    nalaze u tom spoju, a naponi se zbrajaju.nalaze u tom spoju, a naponi se zbrajaju. U paralelnom spoju naponi su zajedniU paralelnom spoju naponi su zajedniki, a struje se zbrajaju.ki, a struje se zbrajaju. Odnosi napona i struja na osnovnim elementima: otporu, Odnosi napona i struja na osnovnim elementima: otporu,

    kapacitetu i induktivitetu.kapacitetu i induktivitetu.

    MjeMjeoviti spojevioviti spojevi

  • Osnove elektrotehnike II: IzmjeniOsnove elektrotehnike II: Izmjenini strujni krugovini strujni krugovi

    Str:

    71

    PriPri analizi veliku pomoanalizi veliku pomo daju vektorski dijagrami koji daju vektorski dijagrami koji unose dodatnu jasnounose dodatnu jasnou u sagledavanju strujno u u sagledavanju strujno naponskih prilika u krugu.naponskih prilika u krugu.

    MjeMjeoviti spojevioviti spojevi

    Osnove elektrotehnike II: IzmjeniOsnove elektrotehnike II: Izmjenini strujni krugovini strujni krugovi

    Str:

    72

    Primjer: serija RC u paraleli s LPrimjer: serija RC u paraleli s L

    MjeMjeoviti spojevioviti spojevi

    + RLU

    C

    .+

    -

    I.

    UR.

    IL.

    UC.

    IR.

    IC.

    +

    - +

    -UL.

  • Osnove elektrotehnike II: IzmjeniOsnove elektrotehnike II: Izmjenini strujni krugovini strujni krugovi

    Str:

    73

    UzUz pomopomo vektorskog vektorskog dijagramadijagrama mogumogue je rijee je rijeiti veliki dio iti veliki dio problema problema sagledavanje fizikalne slikesagledavanje fizikalne slike..

    MjeMjeoviti spojevioviti spojevi

    Re

    Im (j)

    IL.

    IRC.

    UL.

    URC.

    U.

    = =

    I.

    RC

    LRC

    LRC

    UUUIII

    ==+= &&&

    UR..UC. ( ) ( )( )22

    22

    sincos

    90,

    ,

    RCRCLRCRC

    IL

    L

    CRC

    C

    RC

    IIII

    XUI

    RXarctg

    XR

    UI

    L

    +=

    ==

    =+

    =

    UUUU

    XIURIU

    RCCR

    CRCC

    RCR

    ==+==

    22

    Osnove elektrotehnike II: IzmjeniOsnove elektrotehnike II: Izmjenini strujni krugovini strujni krugovi

    Str:

    74

    Vektorski dijagram nekog strujnog kruga prikazuje:Vektorski dijagram nekog strujnog kruga prikazuje: sve napone i struje u krugu,sve napone i struje u krugu, fazne odnose izmeu pojedinih napona i strujafazne odnose izmeu pojedinih napona i struja,, meusobne veze izmeu pojedinih napona koje su definirane meusobne veze izmeu pojedinih napona koje su definirane

    izgledomizgledom strujnog kruga.strujnog kruga.

    PoPotujutujui raspored elemenata u strujnom krugu mogui raspored elemenata u strujnom krugu mogue e je odrediti napon izmeu bilo koje dvije toje odrediti napon izmeu bilo koje dvije toke!ke!

    PomoPomou kvalitativnog crtanja vektorskog dijagrama u kvalitativnog crtanja vektorskog dijagrama mogumogue je na jednostavniji nae je na jednostavniji nain odrediti pojedine in odrediti pojedine elektrielektrine veline veliine, a samim time rijeine, a samim time rijeiti strujni krug.iti strujni krug.

    Vektorski dijagramVektorski dijagram

  • Osnove elektrotehnike II: IzmjeniOsnove elektrotehnike II: Izmjenini strujni krugovini strujni krugovi

    Str:

    75

    Topografski dijagram prikazuje potencijale svih toTopografski dijagram prikazuje potencijale svih toaka aka u strujnom krugu u kompleksnoj ravnini.u strujnom krugu u kompleksnoj ravnini.

    PomoPomou topografskog dijagrama moguu topografskog dijagrama mogue je odrediti e je odrediti napon izmeu bilo koje dvije tonapon izmeu bilo koje dvije toke.ke.

    Topografski dijagram se moTopografski dijagram se moe odrediti na dva nae odrediti na dva naina:ina: kompleksnim rakompleksnim raunom unom -- izraizraunavajuunavajui potencijale pojedinih i potencijale pojedinih

    totoaka koristeaka koristei kompleksni rai kompleksni raun,un, grafigrafikim putem kim putem ucrtavajuucrtavajui vektore (i vektore (fazorefazore) napona na ) napona na

    pojedinim elementima (pri tome treba voditi rapojedinim elementima (pri tome treba voditi rauna o una o rasporedu elemenata). rasporedu elemenata).

    Topografski dijagramTopografski dijagram

    Osnove elektrotehnike II: IzmjeniOsnove elektrotehnike II: Izmjenini strujni krugovini strujni krugovi

    Str:

    76

    Vektorski i topografski dijagramVektorski i topografski dijagram

    Za strujni krug prikazan na slici odredite vektorski Za strujni krug prikazan na slici odredite vektorski dijagram i na njemu oznadijagram i na njemu oznaite poloite poloaj toaj toaka A, B, C, D i aka A, B, C, D i 0 u krugu.0 u krugu.

    Zadano: XZadano: XCC = R = X= R = XLL XC

    R

    XL

    U

    +

    XC

    A

    B

    C

    D

    R

    0

  • Osnove elektrotehnike II: IzmjeniOsnove elektrotehnike II: Izmjenini strujni krugovini strujni krugovi

    Str:

    77Vektorski i topografski dijagramVektorski i topografski dijagram

    Re

    Im (j)

    IRC.

    U.

    IRLC.

    UL.

    UC.

    0

    A

    B

    )2/( RUIRC =RUIRLC /=

    D CUR.

    UC.

    UR.

    XC

    R

    XL

    U

    +

    XC

    A

    B

    C

    D

    R

    0

    Osnove elektrotehnike II: IzmjeniOsnove elektrotehnike II: Izmjenini strujni krugovini strujni krugovi

    Str:

    78

    Vektorski i topografski dijagramVektorski i topografski dijagram

    Zamjenom mjesta dva elementa prema slici vektorski Zamjenom mjesta dva elementa prema slici vektorski dijagram dobiva drugadijagram dobiva drugaiji oblik.iji oblik.

    XC

    RXL

    U

    +

    A

    B

    C

    D

    RXC

  • Osnove elektrotehnike II: IzmjeniOsnove elektrotehnike II: Izmjenini strujni krugovini strujni krugovi

    Str:

    79Vektorski i topografski dijagramVektorski i topografski dijagram

    Re

    Im (j)

    IRC.

    U.

    IRLC.

    UL.

    UC.

    0

    A

    B

    C

    =D

    UR.

    UC.

    UR.XC

    RXL

    U

    +

    A

    B

    C

    D

    RXC

    Osnove elektrotehnike II: IzmjeniOsnove elektrotehnike II: Izmjenini strujni krugovini strujni krugovi

    Str:

    80

    U istosmjernim sustavima snaga je definirana kao U istosmjernim sustavima snaga je definirana kao produkt struje i napona.produkt struje i napona.

    To vrijedi i kod izmjeniTo vrijedi i kod izmjeninih sustava, ali se sada nih sustava, ali se sada promatra trenutna snaga:promatra trenutna snaga:

    Snaga izmjeniSnaga izmjenine strujene struje

    ( ) ( ) ( )titutp =

    ( ) ( ) ( )[ ] = tIUtp MAXMAX 2coscos2

    Ako se u izraz za trenutnu snagu uvrste Ako se u izraz za trenutnu snagu uvrste sinusiodalnesinusiodalneveliveliine napona i struja (mine napona i struja (meusobno pomaknute za eusobno pomaknute za fazni kut fazni kut ):):

    ( ) ( ) ( )[ ] = tIUtp 2coscos

  • Osnove elektrotehnike II: IzmjeniOsnove elektrotehnike II: Izmjenini strujni krugovini strujni krugovi

    Str:

    81

    KonaKonano, izraz za trenutnu snagu kod no, izraz za trenutnu snagu kod sinusoidalnihsinusoidalnihveliveliina je:ina je:

    Snaga izmjeniSnaga izmjenine strujene struje

    ( ) ( ) ( )[ ] ( ) ( )[ ]tIUtIUtp = 2sinsin2cos1cos Dobiveni izrazi pokazuju da je i snaga izmjeniDobiveni izrazi pokazuju da je i snaga izmjenina, na,

    sinusoidalnasinusoidalna veliveliina, ali:ina, ali: koja je dvostruke frekvencije,koja je dvostruke frekvencije, koja oscilira oko konstantne vrijednosti koja oscilira oko konstantne vrijednosti U U I I coscos(()), koja je , koja je

    razlirazliita od nule.ita od nule.

    Osnove elektrotehnike II: IzmjeniOsnove elektrotehnike II: Izmjenini strujni krugovini strujni krugovi

    Str:

    82

    Snaga izmjeniSnaga izmjenine strujene struje

    -1,5

    -1

    -0,5

    0

    0,5

    1

    1,5

    0 50 100 150 200 250 300 350

    i(t)=sin(wt)u(t)=sin(wt+30)p(t)=u(t)*i(t)

  • Osnove elektrotehnike II: IzmjeniOsnove elektrotehnike II: Izmjenini strujni krugovini strujni krugovi

    Str:

    83

    Nama je interesantna prosjeNama je interesantna prosjena snaga koja se rana snaga koja se rauna una kao:kao:

    Snaga izmjeniSnaga izmjenine strujene struje

    ( )cos= IUP

    ( ) ( ) dttituT

    PTtt

    tt

    = +=

    =

    0

    0

    1

    pri tome je meusobni odnos pri tome je meusobni odnos u(t)u(t) i i i(t)i(t) definiran elementom na definiran elementom na kojem se ta snaga promatra (pomaci u fazi).kojem se ta snaga promatra (pomaci u fazi).

    Kada se prethodni izraz za snagu integrira u periodu T i Kada se prethodni izraz za snagu integrira u periodu T i izraizrauna prosjeuna prosjena vrijednost vidjet na vrijednost vidjet e se da je snaga e se da je snaga upravo jednaka:upravo jednaka:

    Dobiveni izraz kazuje da Dobiveni izraz kazuje da e e disipiranadisipirana snaga ovisiti, snaga ovisiti, pored napona i struje, i o njihovom faznom pomaku.pored napona i struje, i o njihovom faznom pomaku.

    Osnove elektrotehnike II: IzmjeniOsnove elektrotehnike II: Izmjenini strujni krugovini strujni krugovi

    Str:

    84

    To, primjerice, znaTo, primjerice, znai da i da e:e: na otporu prosjena otporu prosjena snaga biti jednaka produktu pada napona na snaga biti jednaka produktu pada napona

    na njemu i struje koje protjena njemu i struje koje protjee kroz njega (e kroz njega (=0=0),), na kapacitetu i na kapacitetu i induktivitetuinduktivitetu prosjeprosjena snaga biti jednaka nuli na snaga biti jednaka nuli

    ((==9090).). Ako se promotre fazni odnosi izmeu napona i struja na Ako se promotre fazni odnosi izmeu napona i struja na

    navedenim elementima monavedenim elementima moe se potvrditi istinitost tih e se potvrditi istinitost tih tvrdnji:tvrdnji: na otporu je produkt napona i struje uvijek pozitivan (na otporu je produkt napona i struje uvijek pozitivan (konstantkonstant--

    na na disipacijadisipacija snage),snage), na kapacitetu i na kapacitetu i induktivitetuinduktivitetu produkt napona i struje mijenja produkt napona i struje mijenja

    predznak svaku 1/4 periode, te je ukupna energija unutar predznak svaku 1/4 periode, te je ukupna energija unutar jedne periode na tim elementima jednaka nuli.jedne periode na tim elementima jednaka nuli.

    Snaga izmjeniSnaga izmjenine strujene struje

  • Osnove elektrotehnike II: IzmjeniOsnove elektrotehnike II: Izmjenini strujni krugovini strujni krugovi

    Str:

    85

    MeutimMeutim, ono , ono to se obito se obino instrumentima mjeri jesu no instrumentima mjeri jesu naponi i struje na elementima.naponi i struje na elementima.

    Na temelju tih vrijednosti vrlo teNa temelju tih vrijednosti vrlo teko moko moe odrediti e odrediti snaga koju neki element (impedancije Z) snaga koju neki element (impedancije Z) trotroii, j, jer er ovisno o faznom pomaku izmeu napona i struje ta ovisno o faznom pomaku izmeu napona i struje ta snaga mosnaga moe varirati izmeu vrijednosti e varirati izmeu vrijednosti 0 i 0 i UU II..

    TakoerTakoer, taj napon i ta struja doista , taj napon i ta struja doista postojepostoje.. Stoga se o Stoga se o istomistom produktu napona i struje na nekom produktu napona i struje na nekom

    elementu (impedanciji) elementu (impedanciji) UU II momoe govoriti kao o nekoj e govoriti kao o nekoj prividnoj snaziprividnoj snazi..

    Snaga izmjeniSnaga izmjenine strujene struje

    [ ]VA IUS =

    Osnove elektrotehnike II: IzmjeniOsnove elektrotehnike II: Izmjenini strujni krugovini strujni krugovi

    Str:

    86

    Nadalje, u konaNadalje, u konanom izrazu za trenutnu snagu postoji nom izrazu za trenutnu snagu postoji komponenta koja oscilira oko nulte vrijednosti:komponenta koja oscilira oko nulte vrijednosti:

    Snaga izmjeniSnaga izmjenine strujene struje

    ( ) ( )[ ]tIU 2sinsin

    ( ) [ ]VAr sin = IUQ Ta se komponenta tumaTa se komponenta tumai kao jalova komponenta i i kao jalova komponenta i

    naziva jalovom (reaktivnom) snagom.naziva jalovom (reaktivnom) snagom.

    Jalova snaga je u biti posljedica oscilacije energije na Jalova snaga je u biti posljedica oscilacije energije na reaktivnim elementima.reaktivnim elementima.

  • Osnove elektrotehnike II: IzmjeniOsnove elektrotehnike II: Izmjenini strujni krugovini strujni krugovi

    Str:

    87

    KonaKonano, imamo tri karakteristino, imamo tri karakteristina energetska podatka:na energetska podatka: prividnu snaguprividnu snagu

    Snaga izmjeniSnaga izmjenine strujene struje

    ( ) [ ]VAr sin = IUQ( ) [ ]W cos = IUP

    [ ]VA IUS =

    P

    QS

    radnu snaguradnu snagu

    jalovu snagujalovu snagu

    Slikovito, ove se tri veliSlikovito, ove se tri veliine mogu predoine mogu predoiti u trokutu iti u trokutu snaga:snaga:

    Osnove elektrotehnike II: IzmjeniOsnove elektrotehnike II: Izmjenini strujni krugovini strujni krugovi

    Str:

    88

    Ako se vratimo na naAko se vratimo na na prikaz snage u vremenskoj prikaz snage u vremenskoj domeni modomeni moemo oznaemo oznaiti navedene snage:iti navedene snage:

    Snaga izmjeniSnaga izmjenine strujene struje

    -0,4

    -0,2

    0

    0,2

    0,4

    0,6

    0,8

    1

    0 100 200 300 400

    p(t)=u(t)*i(t)

    U*I*cos()U*I

  • Osnove elektrotehnike II: IzmjeniOsnove elektrotehnike II: Izmjenini strujni krugovini strujni krugovi

    Str:

    89

    Najinteresantnija radna snaga (ona se moNajinteresantnija radna snaga (ona se moe iskoristiti).e iskoristiti). Prividna i jalova snaga nemaju direktne koristi u Prividna i jalova snaga nemaju direktne koristi u

    proraproraunu korisne energije, ali ipak bitne:unu korisne energije, ali ipak bitne: Prividna snaga govori o strujama i naponima koje odreeni Prividna snaga govori o strujama i naponima koje odreeni

    ureaj mora podnijeti ureaj mora podnijeti (generator mora mo(generator mora moi dati trai dati traenu enu struju, neovisno o tome da li se ona kasnije struju, neovisno o tome da li se ona kasnije iskoriiskoritavatava).).

    Jalova snaga kao dio prividne snage takoer iziskuje od izvora Jalova snaga kao dio prividne snage takoer iziskuje od izvora dodatnu struju. Kod velikih potrododatnu struju. Kod velikih potroaaa i ta se struja naplaa i ta se struja naplauje uje pa je o jalovoj snazi potrebno voditi rapa je o jalovoj snazi potrebno voditi rauna i u tom smislu una i u tom smislu (kombiniranjem potro(kombiniranjem potroaaa razlia razliitog karaktera, kompenzacija).itog karaktera, kompenzacija).

    Snaga izmjeniSnaga izmjenine strujene struje

    Osnove elektrotehnike II: IzmjeniOsnove elektrotehnike II: Izmjenini strujni krugovini strujni krugovi

    Str:

    90

    Snaga izmjeniSnaga izmjenine strujene struje

    ZIZ

    UZ+

    ..

    .

    ( ) [ ]W cos = IUP( ) [ ]VAr sin = IUQ[ ]VA IUS =

    [ ]W 22R

    URIP R==

    [ ]VAr 22C

    CC X

    UXIQ ==