SATE2180 Kenttäteorian perusteet Induktanssi ja magneettipiirit Sähkötekniikka/MV

Samankaltaiset tiedostot
Kuva 8.1 Suoran virrallisen johtimen magneettikenttä (A on tarkastelupiste). /1/

Sähköstatiikka ja magnetismi Sähkömagneetinen induktio

4. SÄHKÖMAGNEETTINEN INDUKTIO

SATE2180 Kenttäteorian perusteet Faradayn laki ja sähkömagneettinen induktio Sähkötekniikka/MV

Elektrodynamiikka 2010 Luennot Elina Keihänen Magneettinen energia

SMG-1100: PIIRIANALYYSI I

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2016)

Aiheena tänään. Virtasilmukka magneettikentässä Sähkömagneettinen induktio. Vaihtovirtageneraattorin toimintaperiaate Itseinduktio

Jakso 8. Ampèren laki. B-kentän kenttäviivojen piirtäminen

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2015)

Fysiikka 7. Sähkömagnetismi

Magneettikenttä ja sähkökenttä

SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA

DEE-11110: SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEET

Faradayn laki ja sähkömagneettinen induktio

34.2 Ulkoisen magneettikentän vaikutus ferromagneettiseen aineeseen

SMG-5250 Sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC) Jari Kangas Tampereen teknillinen yliopisto Elektroniikan laitos

SMG-1100: PIIRIANALYYSI I

Kapasitiivinen ja induktiivinen kytkeytyminen

Sähkömagneettinen induktio

Passiiviset piirikomponentit. 1 DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

a P en.pdf KOKEET;

Kuva 1: Vaihtovirtapiiri, jossa on sarjaan kytkettynä resistanssi, kapasitanssi ja induktanssi

SATE1120 Staattinen kenttäteoria kevät / 6 Laskuharjoitus 13: Rajapintaehdot ja siirrosvirta

766320A SOVELTAVA SÄHKÖMAGNETIIKKA PERUSTEHTÄVIÄ RATKAISUINEEN

Näytä tai jätä tarkistettavaksi tämän jakson tehtävät viimeistään tiistaina

SATE1120 Staattinen kenttäteoria kevät / 5 Laskuharjoitus 14: Indusoitunut sähkömotorinen voima ja kertausta magneettikentistä

33 SOLENOIDIN JA TOROIDIN MAGNEETTIKENTTÄ

Sähkömagneettinen induktio

DEE Sähkötekniikan perusteet

RATKAISUT: 19. Magneettikenttä

VAASAN YLIOPISTO TEKNILLINEN TIEDEKUNTA SÄHKÖTEKNIIKKA. Jouko Esko n85748 Juho Jaakkola n Dynaaminen Kenttäteoria GENERAATTORI.

Virrankuljettajat liikkuvat magneettikentässä ja sähkökentässä suoraan, kun F = F eli qv B = qe. Nyt levyn reunojen välinen jännite

Magneettikenttä. Liikkuva sähkövaraus saa aikaan ympärilleen sähkökentän lisäksi myös magneettikentän

Luento 2. SMG-2100 Sähkötekniikka Risto Mikkonen

Magneettinen induktio

SMG-5250 Sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC) Jari Kangas Tampereen teknillinen yliopisto Elektroniikan laitos

- Kahden suoran johtimen välinen magneettinen vuorovaikutus I 1 I 2 I 1 I 2. F= l (Ampèren laki, MAOL s. 124(119) Ampeerin määritelmä (MAOL s.

Johdanto. 1 Teoriaa. 1.1 Sähkönjohtimen aiheuttama magneettikenttä

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

DEE-11110: SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEET. Kirchhoffin lait Aktiiviset piirikomponentit Resistiiviset tasasähköpiirit

Elektrodynamiikan tenttitehtäviä kl 2018

Magneettikentät. Haarto & Karhunen.

1.1 Magneettinen vuorovaikutus

FYSP1082 / K4 HELMHOLTZIN KELAT

Kondensaattori ja vastus piirissä (RC-piiri)

Tarkastellaan yksinkertaista virtasilmukkaa, jossa kulkee virta I ja jonka V + E = IR (8.1)

Sähkömagnetismi. s. 24. t syyskuuta :01. FY7 Sivu 1

Magnetismi Mitä tiedämme magnetismista?

Luku 27. Tavoiteet Määrittää magneettikentän aiheuttama voima o varattuun hiukkaseen o virtajohtimeen o virtasilmukkaan

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 10: Stokesin lause

SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA. Kirchhoffin lait Aktiiviset piirikomponentit Resistiiviset tasasähköpiirit

Kondensaattori ja vastus piirissä (RC-piiri)

DEE Sähkötekniikan perusteet

Sähkömagneettinen induktio

Muuntajan toiminnasta löytyy tietoja tämän työohjeen teoriaselostuksen lisäksi esimerkiksi viitteistä [1] - [4].

Sähkötekniikka ja elektroniikka

Magnetismi Mitä tiedämme magnetismista?

RATKAISUT: 22. Vaihtovirtapiiri ja resonanssi

Harjoitustehtäviä kokeeseen: Sähköoppi ja magnetismi

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2016)

Harjoitustyö, joka on jätetty tarkastettavaksi Vaasassa

Sähkövirran määrittelylausekkeesta

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

Tarkastellaan yksinkertaista virtasilmukkaa, jossa kulkee virta I ja jonka vastus on R. Liitetään virtapiiriin jännitelähde V.

1. Tasavirta. Virtapiirin komponenttien piirrosmerkit. Virtapiiriä havainnollistetaan kytkentäkaaviolla

ELEKTROMAGNEETTISET VOIMAT SAMANSUUNTAISISSA VIRTA- JOHDOISSA

Luento 2. 1 DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

Potentiaali ja sähkökenttä: pistevaraus. kun asetetaan V( ) = 0

1 Johdanto Mikä tämä kurssi on Hieman taustaa Elektrodynamiikan perusrakenne Kirjallisuutta... 8

RATKAISUT: 21. Induktio

SMG-5250 Sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC) Jari Kangas Tampereen teknillinen yliopisto Elektroniikan laitos

Magnetoituvat materiaalit

Tarkastellaan yksinkertaista virtasilmukkaa, jossa kulkee virta I ja jonka V + E = IR (8.1)

KESTOMAGNEETTI VAASAN YLIOPISTO TEKNILLINEN TIEDEKUNTA SÄHKÖTEKNIIKKA. Jani Vitikka p87434 Hannu Tiitinen p Dynaaminen kenttäteoria SATE2010

Teoriaa tähän jaksoon on talvikurssin luentomonisteessa luvussa 10. Siihen on linkki sivulta

Sähkötekniikka ja elektroniikka

5 Magneettiset materiaalit

Coulombin laki. Sähkökentän E voimakkuus E = F q

Luento 2. DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

Tehtävä 1. a) sähkövirta = varausta per sekunti, I = dq dt = 1, A = 1, C s protonin varaus on 1, C

4. Gaussin laki. (15.4)

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2015)

Fy07 Koe Kuopion Lyseon lukio (KK) 1 / 5

TOROIDIN MAGNEETTIKENTTÄ

Magneettikenttä. Magneettikenttä on magneettisen vuorovaikutuksen vaikutusalue. Kenttäviivat: Kenttäviivojen tiheys kuvaa magneettikentän voimakkuutta

7. Resistanssi ja Ohmin laki

Aktiiviset piirikomponentit. DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

Magneettinen energia

Fysiikka 7 muistiinpanot

a) Piirrä hahmotelma varjostimelle muodostuvan diffraktiokuvion maksimeista 1, 2 ja 3.

on myös magneettikentän laita, sillä Faradayn lain mukaan magneettikentän muuttaminen aiheuttaa muutosta vastustavan voiman ja siten magneettikentän

Yleistä sähkömagnetismista SÄHKÖMAGNETISMI KÄSITEKARTTANA: Varaus. Coulombin voima Gaussin laki. Dipoli. Sähkökenttä. Poissonin yhtälö.

Tfy Fysiikka IIB Mallivastaukset

Erään piirikomponentin napajännite on nolla, eikä sen läpi kulje virtaa ajanhetkellä 0 jännitteen ja virran arvot ovat. 500t.

PIENTAAJUISET SÄHKÖ- JA MAGNEETTIKENTÄT HARJOITUSTEHTÄVÄ 1. Pallomaisen solun relaksaatiotaajuus 1 + 1

DEE Sähkömagneettisten järjestelmien lämmönsiirto Ehdotukset harjoituksen 2 ratkaisuiksi

S SÄHKÖTEKNIIKKA Kimmo Silvonen

Transkriptio:

SATE2180 Kenttäteorian perusteet nduktanssi ja magneettipiirit Sähkötekniikka/MV

nduktanssin määrittäminen Virta kulkee johtimessa, jonka poikkipinta on S a J S a d S A H F S b Virta aiheuttaa magneettikentän voimakkuuden H ja magneettivuon tiheyden B = mh, jolloin vuo F pinnan S b läpi on F B d S Wb S b S a 14.10.2018 Vaasan yliopisto Sähkötekniikka SATE2180 nduktanssi ja magneettipiirit 2

Virtasilmukan induktanssi Valitaan pinta S b siten, että se on virtasilmukan ulkopuolella ja sen läpi kulkee mahdollisimman suuri magneettivuo. Rakenteen induktanssi: H F S b L F S B ds Wb Vs J ds A A b H = = S a S a 14.10.2018 Vaasan yliopisto Sähkötekniikka SATE2180 nduktanssi ja magneettipiirit 3

Kelan induktanssi Jos silmukka muodostuu useasta johdinkierroksesta, kelan kierroksien muodostaman pinnan kautta kulkevaa vuota kutsutaan käämivuoksi l: L F l F 14.10.2018 Vaasan yliopisto Sähkötekniikka SATE2180 nduktanssi ja magneettipiirit 4

Faradayn laki ja itseinduktanssi Kulkekoon suljetun silmukan läpi ajan mukaan muuttuva magneettivuo. Tällöin Faradayn lain mukaisesti silmukkaan indusoituu jännite -> virta. => tseinduktanssi L U smv d d di di L dt di dt dt V 14.10.2018 Vaasan yliopisto Sähkötekniikka SATE2180 nduktanssi ja magneettipiirit 5

Sisäinen induktanssi Myös johtimen sisälle muodostuu magneettivuo, joka yleensä on huomattavan paljon pienempi kuin ulkoinen induktanssi, ja täten usein jätetään huomiotta. H B r 2πa A m e 2 mr e 2 2πa T df a dr 14.10.2018 Vaasan yliopisto Sähkötekniikka SATE2180 nduktanssi ja magneettipiirit 6

Keskinäisinduktanssi Virrallinen käämi 1 indusoi jännitteen käämiin 2 -> keskinäisinduktanssi d12 u2 N2 dt d12 M12 N2 di 1 d di di u N M 12 1 1 2 2 12 di1 dt dt i 1 12 N 1 11 N 2 u 2 14.10.2018 Vaasan yliopisto Sähkötekniikka SATE2180 nduktanssi ja magneettipiirit 7

Ampèren laki ilmasydämiselle käämille Ñ H C d l N F N kierrosta H, B 14.10.2018 Vaasan yliopisto Sähkötekniikka SATE2180 nduktanssi ja magneettipiirit 8

Magneettipiirit Raudasta valmistetut suuri permeabiliteettiset piirit ovat tärkeitä sähkökoneiden ja muuntajien tekniikassa. Haasteita koneiden analyysille aiheuttaa ferromagneettisten aineiden epälineaarisuus ja hystereesi. Jos materiaalin permeabiliteetti on suuri, kenttä pysyy toroidin sisällä. Magneettikenttä toroidissa: H N 2π r Magneettivuon tiheys on epälineaarisilla aineilla tietty funktio magneettikentästä eli permeabiliteetti m ei ole vakio. B m H H m H N 2πr 14.10.2018 Vaasan yliopisto Sähkötekniikka SATE2180 nduktanssi ja magneettipiirit 9

Magneettipiirit / ilmarako Oletetaan, että toroidin rautasydämeen on tehty kapea ilmarako, jonka pituus on l 0. lmaraossa vuo F on sama kuin raudassa, mutta vuo pullistuu ilmaraossa jonkin verran eli ilmaraon poikkipinta S 0 on hieman suurempi kuin raudan S Fe. Magneettikentän voimakkuudet raudassa ja ilmassa poikkeavat huomattavasti toisistaan, koska raudan permeabiliteetti >> ilman: H B = m H Fe Fe 0 BFe m Kokonaismagneettikenttä saadaan kaavalla: 0 Ñ H l d l H l H l N Fe Fe 0 0 14.10.2018 Vaasan yliopisto Sähkötekniikka SATE2180 nduktanssi ja magneettipiirit 10

Analogia magneettipiirien ja sähköpiirien välillä Magnetomotorinen voima F = N <=> Sähkömotorinen voima E (lähdejännite) Magnetomotorisen voiman alenema Hl <=> Jännitteen alenema U Magneettikentän vuo F <=> Sähkövirta Reluktanssi R <=> Resistanssi R 14.10.2018 Vaasan yliopisto Sähkötekniikka SATE2180 nduktanssi ja magneettipiirit 11

Hystereesi Magneettipiirin väliaineen epälineaarisuus: Permeabiliteetti ei ole vakio => magneettivuon tiheyden B ja magneettikentän voimakkuuden H välinen yhteys etsitään numeerisesti tai graafisesti. Erityyppisten teräslaatujen hystereesikäyriä. B R on materiaalin remanenssi (jäännösmagnetismi) ja H C sen koersiivisuus (mittaa ferromagneettisen aineen kykyä säilyttää magneettisuutensa sen jälkeen, kun se ulkoinen magneettikenttä on poistettu). Mitä suurempi alue käyrän sisään jää, sitä suurempi on koersiivisuus. Aineen magnetoituminen riippuu ulkoisesta magneettikentästä ja sen muuttumisesta tavalla, joka vastaa käyrän kiertämistä vastapäivään. 14.10.2018 Vaasan yliopisto Sähkötekniikka SATE2180 nduktanssi ja magneettipiirit By Zureks - Oma teos, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=797050 12

14.10.2018 Vaasan yliopisto Sähkötekniikka SATE2180 nduktanssi ja magneettipiirit 13