Vahelduvvool (1)

Vahelduvvool
Saamine
Litsaim generaator koosneb magnetpooluste vahel pöörlevast raamist, mille otstele on kontaktrõngad, rõngaste vastu surutud harjade kaudu juhitakse vool tarbijani .
Kui raam teeb ühe täispöörde, siis teevad vabad laengud ühe võnke.
Standardne vahelduvpinge :
pinge max ( amplituud ) väärtus Um= 311V
pinge hetkväärtus u muutub pidevalt -311V….311V
pinge keskväärtus Uk=0
pinge efektiivväärtus U= Um/( ruutjuur )2= 220V
-311 kuni +311 siinuseliselt muutuv vahelduvpinge paneb hõõglambi sama heledalt põlema kui 220V alalispinge e. soojustoimed on võrdsed.
Eelised
*transformeeritav ( trafode abil)
*lihtsamad, odavamad, töökindlamad masinad
*toodetakse 3 faasiliselt (energia parem jaotumine )
Vahelduvpinge tekitab tarbijas vahelduvvoolu.
Im- max väärtus i- hetkeväärtus I- efektiivväärtus
Takistused vahelduvvoolu ahelates
1)Aktiivtakistus R- omavad vooluringi osad, kus el.energia muutub soojuseks, keemiliseks energiaks, meh.tööks. NT. juhtmed , soojendusseadmed, hõõglambid – on aktiivakistid.
2) induktiivtakistus xl- seda omavad poolid, mähised vähesel määral ka sirgjuhtmed.
Kui pooli R=0 (ideaalpool) I= U/R, siis pingeallikaga ühendades peaks tekkima lõpmata tugev vool, kuid nii see ei ole. Iga keeru magnetväli hakkab takistama voolu kasvu naaberkeerdudes, mis ongi induktiivtakistus. Energia muundumist ei toimu. Energia pendeldab pooli ja generaatori vahel edasi tagasi, juhtmed soojendavad ja liinis esinevad energiakaod . xl=wL=2piifL
3) mahtuvustakistus - kondensaatorite takistus xc=lõpmatus xc=1/wc=1/2piifc
Vahelduvvool läbib kondensaatorit seetõttu, et võnkumine levib elektrivälja kaudu ühelt elektroonilt teisele. Läbib dielektriku .
4)Reaktiivtakistus x tähendab a)xl ja xc – üldnimetus, b) xl ja xc summat e. nende kogutakistust x=xl-xc
Valemis on – seetõttu, et voolud võnguvad vastasfaasides. (ühes min, teises max.)
5)näivtakistus Z- kõigi takistuste geomeetriline summa. Z= (ruutjuur) R( ruudus ) + x(ruudus)
Ohmi seadus vahelduvvoolu ahela osa kohta I= U/Z
Võimsused ja võimsustegur
Aktiivtakistus on juhtmetel, hõõglampidel jne.
Võimsus näitab ajaühikus sekundis tarbitud või eraldatud energiat.
P- aktiivtakistus, ühik 1W, Q- reaktiivtakistus, võimsus mis pendeldab liinis/ juhtmes vooluallika ja jaguneb Qc ja Ql, ühik 1Var(volt- amper reaktiivne), S- näivvõimsus, kõigi võimsuste geomeetriline summa, ühik 1VA (volt-amper) cos gamma - võimsustegur.
Nt. el. mootori cos gamma=0.62 st. 62%-muutub meh. tööks ja soojuseks, 38%- pendeldab vooluallika ja mootori vahel koormates juhtmeid . cos gamma=P/S, S=UJ, P=UJ cos gamma, Q=UJ sin gamma.
Aktiivvõimsust näitab wattmeeter, näivvõimsust volt-ja ampermeetri näitude korrutis.
Faasinihked ja vektordiagrammid
Aktiivtakistus faasinihet pole, st. pinge ja voolu min ja max ja 0-väärtused saabuvad korraga.
Kondensaatorites on vool pingest veerandi perioodi võrra ees.
Segaahelad- kui tehases on palju elektrimootoreid, siis võimsus tegur halveneb. Parandamiseks võib võrku lülitada kondensaatorid.
Resonants vahelduvvoolu ahelates
Kui vahelduvvoolu jada ahelas xl=xc ning R~0, siis näitakistus Z=xl-xc~0
Voolutugevus I~U/Z~U/0~lõpmatus
Ning Ul=Ixl~lõpmatus*xl~lõpmatus ja Ul=Ixl~0lõpmatu*xc~lõpmatus. Järeldus: tingimustel hakkavad pingelaengud piiramatult kasvama ja võivad toitepinge (U) mitme kordselt ületada.
Vb ohtlik inimestele, rikkuda kond . ja kahjustada ka muid seadmeid, kuid seda kasutatakse ka pinge genereerimiseks, raadiosignaalide tekitamiseks ja eraldamiseks üksteistest.
xl=xc Haruvoolud Il ja Ic võivad koguvoolust I mitu korda suuremaks muutuda. Tagajärg pool võib läbi põleda.
Tuletame resonant sageduse valemi
xl=xc, 2pii fL=1/2pii fC | *2pii fC, 2pii fL/* 2pii fC=1, 4piiruut fruut LC=1, fruut=1/4piiruut LC |ruutjuur, fres= 1/2pii ruutjuur(LC) Kuna võnkeperiood T=1/f, siis LC ahela omavnkeperiood T=2pii ruutjuur (LC) – Thomsoni valem.
Võnkering
Koosneb kond . ja poolist. Laetud kond. ühendamisel pooliga tekib elektromagnetvõnkumine (vahelduvvool). Kasutatakse kõrgsag. voolude genereerimiseks (kHz, MHz, GHz..)
Iga võnge koosneb neljast etapist: 1) Laetud kond. tekitab voolu, mis kestab kond. tühjenemiseni. 2)Peale voolu katkemist hakkab pooli magnetväli nõrgenema ja indutseerib vastassuunalise voolu, mis hakkab kond. laadima . 3) 4) Peale kond. tühjenemist muutub vooluallikaks taas pool ja laeb kond. nagu alguses. Kõik hakkab otsast peale.
Selline on elektromagnetiline vaba võnkumine, mis suubub kiiresti, kuna algenergia muundub pooli ja juhtmete takistuse tõttu soojuseks ning osa energiat kiirgub elmagnetlainetena välja.
Pidev e. sumbumatu energia saamiseks tuleb võnkeringile energiat juurde anda pidevalt.
Elektromagnetlained
Mehaaniline võnkumine tekitab meh. laineid (ristlained, pikilained , helilained…) Laetud osakeste võnkumine tekitab elektromagnetlaineid. E- elektrivälja tugevus x- teljel mingil hetkel, B- magnetinduktsiooni väärtused x-teljel mingil hetkel
Elektrimagnetlained koosnevad muutuvast elektri- ja magnetväljast, mille suunad on risti teineteisega ja levimissuunaga. Levimiskiirus vaakumis on võrdne valguskiirusega.
Elektromagnetlainete skaala
Lainenim., pikkus
Madalasageduslikud el. mag. lained
raadiolained
optiline kiirgus
röntgenikiirgus
gammakiirgus
laine tekkimine, allikad
tekivad vahelduvvoolu gen. töötamisel, kiirgavad elektrijuhtmetest, kosmosest
tekitajateks elektrogen., kiirguvad antenist, kosmos , sädemed, välgud
tekitajaks on aatomite ja molekulide elektronkattes toimuvad protsessid
tekib kiiresti liikuvate elektronide pidurdamisel el.mag. väljas ja aatomi sisekatete elektronidega toimuvate protsesside tulemusel.
tekitajateks on aatomituumas toimuvad protsessid
omadused
levivad kõikides dielektrikutes (õhk, vesi, majaseinad), tekitavad energiakadusid
nende jaoks pole vaja juhtmeid, pika-, lühi- ja keskraadiolained
jaguneb ultra -, nähtavaks- ja infravalguseks
lainepikkuse suurusjärk ühtib aatomite vahekaugusega tahkistes. võime tungida läbi inimkeha
ilmnevad korpuskulaarsed omadused eriti tugevalt lainepikkus väiksem aatomi mõõtmetest, tungib läbi peaaegu igast ainest
tähtsus, kasutamine
praktilist kasutust pole leidnud
el. magnetilise infoedastamise põhivahend tv, raadio, telefon, kosmoseside, GPS, radarid
nägemine
meditsiinis röntgen
tuumafüüsika
Sidetehnika ajalugu
1864- avaldas J.C.Mascwell oma teooria, mille järgi muutuv elektriväli tekitab muutuva magnetvälja ja vastupidi. Koos moodustavad nad vaalguskiirgusega leviva elektromagnetlaine.
1888- koostas H. Hertz vibraatori, millega tekitas ja registreeris elektromagnetlained
1894- G- Marconi pani elektromagnetlainete abil 7m kaugusel asuva kõlisti helisema
1896- A.Popov andis 50m kaugusele edasi morse sõnu „Heinrich Hertz“
1899- Marconi lõi side üle mere La Mache väina
1901-side Euroopa ja Ameerika vahel
1912- Titanicu pealt inimesed päästeti, anti märku elektromagnetlainete abil
Arenes raadioside üle maailma
TV
1883- Paul von Nipkov konstrueeris Nipkovi ketta, millega sai optilist kujutist elektrosignaalideks muuta.
1923- leiutati ikkonoskoop- telekaamera
1929- esimesed katselised telesaated BBC poolt
Raadioside algaastatel kasutati amplituud modulatsiooni.
Kolmefaasiline vahelduvvool
enamus el. energiast toodetakse kolmefaasilise vahelduvvooluna. Selle patendeeris M. Dolvo- Dobrovolski . Süsteemi eelised: energia saab kuue juhtme asemel ülekanda nelja juhtmega , 3- faasilised voolud võimaldavad luua pööravaid ja kulgevaid magnetvälju, 3-faasilised mootorid / trafod on kõige odavamad ja töökindlamad
Tarbijate ühendamine 3-faaslise võrku
a) tähtühendus- kui kõik faasid on võrdsed ja sama liiki tarbijatega koormatud, siis neutraalis voolu pole, aga ebasümmeetriliselt tekib neutraalis vool. b) kolmnurkühendus- kasutatakse harva
1888- leiutas M.D-D 3-faasilise vahelduvvoolu
1890- asünkroonmootor