PIIRIANALYYSI. Harjoitustyö nro 7. Kipinänsammutuspiirien mitoitus. Mika Lemström



Samankaltaiset tiedostot
Elektroniikan perusteet, Radioamatööritutkintokoulutus

LOPPURAPORTTI Lämpötilahälytin Hans Baumgartner xxxxxxx nimi nimi

Elektroniikan perusteet, Radioamatööritutkintokoulutus

Mittaustuloksen esittäminen Virhetarkastelua. Mittalaitetekniikka NYMTES 13 Jussi Hurri syksy 2014

Mittalaitetekniikka. NYMTES13 Vaihtosähköpiirit Jussi Hurri syksy 2014

Vastksen ja diodin virta-jännite-ominaiskäyrät sekä valodiodi

Tämä symboli ilmaisee, että laite on suojattu kokonaan kaksoiseristyksellä tai vahvistetulla eristyksellä.

Sähkötekiikka muistiinpanot

Fysiikan laboratoriotyöt 1, työ nro: 3, Vastuksen ja diodin virta-jänniteominaiskäyrät

TASA- JA VAIHTOVIRTAPIIRIEN LABORAATIOTYÖ 5 SUODATINPIIRIT

VIRTAPIIRILASKUT II Tarkastellaan sinimuotoista vaihtojännitettä ja vaihtovirtaa;

Passiiviset piirikomponentit. 1 DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

Kondensaattorin läpi kulkeva virta saadaan derivoimalla yhtälöä (2), jolloin saadaan

Taitaja2004/Elektroniikka Semifinaali

PERUSRAKENTEET Forward converter, Myötävaihemuunnin ( BUCK regulaattori )

Magneettinen energia

SMG-1100: PIIRIANALYYSI I

l s, c p T = l v = l l s c p. Z L + Z 0

KÄYTTÖOPAS. Miniyleismittari kosketuksettomalla jänniteilmaisimella (NCV) Malli EX330

ELEC-C6001 Sähköenergiatekniikka, laskuharjoitukset oppikirjan lukuun 10 liittyen.

FYSA220/K2 (FYS222/K2) Vaimeneva värähtely

RCL-vihtovirtapiiri: resonanssi

SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA

DEE-11110: SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEET

1 Sähkötekniikan peruskäsitteet

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

1. Tasavirtapiirit ja Kirchhoffin lait

Elektroniikka ja sähkötekniikka

SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA

S SÄHKÖTEKNIIKKA Kimmo Silvonen

Oikeat vastaukset: Tehtävän tarkkuus on kolme numeroa. Sulamiseen tarvittavat lämmöt sekä teräksen suurin mahdollinen luovutettu lämpö:

Luento 2. SMG-2100 Sähkötekniikka Risto Mikkonen

Tee itse. Tehokas vakiovirtalähde ledeille

Mittayksikköjärjestelmän fysikaaliset perusteet, osa II b, sähkösuureet. 1. Jännite ja Josephson-ilmiö 4. Sähkösuureiden yksiköt SI-järjestelmässä

Jännite, virran voimakkuus ja teho

TYÖ 58. VAIMENEVA VÄRÄHTELY, TASASUUNTAUS JA SUODATUS. Tehtävänä on vaimenevan värähtelyn, tasasuuntauksen ja suodatuksen tutkiminen oskilloskoopilla.

KÄYTTÖOPAS. DIGITAALINEN KYNÄYLEISMITTARI E , tuotenro

Fy06 Koe ratkaisut Kuopion Lyseon lukio (KK) 5/13

S SÄHKÖTEKNIIKKA Kimmo Silvonen

Kannattaa opetella parametrimuuttujan käyttö muidenkin suureiden vaihtelemiseen.

IMPEDANSSIMITTAUKSIA. 1 Työn tavoitteet

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

Fy06 Koe Kuopion Lyseon lukio (KK) 1/6

FYSP105/2 VAIHTOVIRTAKOMPONENTIT. 1 Johdanto

Van der Polin yhtälö

Tämä symboli ilmaisee, että laite on suojattu kokonaan kaksoiseristyksellä tai vahvistetulla eristyksellä.

Kondensaattorin läpi kulkeva virta saadaan derivoimalla yhtälöä (2), jolloin saadaan. cos sin.

4B. Tasasuuntauksen tutkiminen oskilloskoopilla.

Aineopintojen laboratoriotyöt I. Ominaiskäyrät

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

Lineaarialgebra MATH.1040 / Piirianalyysiä 2

SATE1040 Piirianalyysi IB kevät /6 Laskuharjoitus 5: Symmetrinen 3-vaihejärjestelmä

Jakso 10. Tasavirrat. Tasaantumisilmiöt. Vaihtovirrat. Sarja- ja lineaaripiirit. Maxwellin yhtälöt. (Kuuluu kurssiin Sähkömagnetismi, LuTK)

Radioamatöörikurssi 2011

RATKAISUT: 22. Vaihtovirtapiiri ja resonanssi

Pynnönen Opiskelija: Tarkastaja: Arvio:

FYSP105 / K3 RC-SUODATTIMET

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

SÄHKÖSTATIIKKA JA MAGNETISMI. NTIETS12 Tasasähköpiirit Jussi Hurri syksy 2013

Elektroniikka. Mitä sähkö on. Käsitteistöä

MITTALAITTEIDEN OMINAISUUKSIA ja RAJOITUKSIA

Van der Polin yhtälö. virtap6.nb 1

FY6 - Soveltavat tehtävät

S SÄHKÖTEKNIIKKA Kimmo Silvonen

LABORAATIO 1, YLEISMITTARI JA PERUSMITTAUKSET

Operaatiovahvistimen vahvistus voidaan säätää halutun suuruiseksi käyttämällä takaisinkytkentävastusta.

Sähköstatiikka ja magnetismi Sähkömagneetinen induktio

DEE Sähkötekniikan perusteet

Elektroniikan alkeita lyhyt versio

Omnia AMMATTIOPISTO Pynnönen

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

ELEC-C3230 Elektroniikka 1. Luento 1: Piirianalyysin kertaus (Lineaariset vahvistinmallit)

FYSP105/2 VAIHTOVIRTAKOMPONENTIT. 1 Johdanto. 2 Teoreettista taustaa

Sähköpaja. Kimmo Silvonen (X)

Push-Pull hakkurin suunnittelu ja mitoitus:

VASTUSMITTAUKSIA. 1 Työn tavoitteet

DIODIN OMINAISKÄYRÄ TRANSISTORIN OMINAISKÄYRÄSTÖ

S SÄHKÖTEKNIIKKA Kimmo Silvonen

Sähkötekniikan perusteet

Kaikki kytkennät tehdään kytkentäalustalle (bimboard) ellei muuta mainita.

a P en.pdf KOKEET;

S Elektroniikan häiriökysymykset. Laboratoriotyö, kevät 2010

Sähkötekniikka. NBIELS12 Vaihtosähköpiirit Jussi Hurri syksy 2014

Luento 2. 1 DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

CRT NÄYTÖN VAAKAPOIKKEUTUS- ASTEEN PERIAATE

DEE Sähkötekniikan perusteet

kipinäpurkauksena, josta salama on esimerkki.

FYSIIKKA (FY91): 9. KURSSI: Kertauskurssi KOE VASTAA KUUTEEN (6) TEHTÄVÄÄN!!

Sähköopin kolme perussuuretta

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

Mittayksikköjärjestelmän fysikaaliset perusteet, sähkösuureet. Antti Manninen MIKES

VAIHTOVIRTAPIIRI. 1 Työn tavoitteet

C 2. + U in C 1. (3 pistettä) ja jännite U C (t), kun kytkin suljetaan ajanhetkellä t = 0 (4 pistettä). Komponenttiarvot ovat

Sähköopin mittauksia 1

Fluke 279 FC -yleismittari/lämpökamera

RAIDETESTERIN KÄYTTÖOHJE

Kondensaattori ja vastus piirissä (RC-piiri)

Sähköstatiikan laskuissa useat kaavat yksinkertaistuvat hieman, jos vakio C kirjoitetaan muotoon

Johdatus vaihtosähköön, sinimuotoiset suureet. DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

Transkriptio:

PIIRIANAYYSI Harjoitustyö nro 7 Kipinänsammutuspiirien mitoitus Mika emström

Sisältö 1 Johdanto 3 2 RC-suojauspiiri 4 3 Diodi suojauspiiri 5 4 Johtopäätos 6 sivu 2 [6]

Piirianalyysi Kipinänsammutuspiirien mitoitus Mika emström Tiivistelmä Tehtävänä on tutkia kelan virran katkaisussa ilmenevää ongelmaa, joka ilmenee haitallisena kipinöintinä kelaa ohjaavassa kytkimessä. Kipinänsammutuspiiri rajoittaa kytkimen yli vaikuttavan jännitteen arvoa, niin ettei kipinöintiä pääse syntymään. Käytetyt yksiköt tunnus Käytetyt merkinnät Jännite yksikkö voltti V Tasasähkölähde Resistanssi yksikkö ohmi Ω R j Johdinresistanssi Virta yksikkö ampeeri A K Kytkin Kapasitanssi yksikkö faradi F U K Kytkimen yli vaikuttava jännite Induktanssi yksikkö henry H Kela Aika tunnus t yksikkö sekuntti s R Kelan resistanssi SI-yksikkö kilo (10 3 ) k I Kelan läpikulkeva virta I 0 Kelan tasaantunut virta-arvo C x askettava kapasitanssi R x askettava resistanssi D Diodi ε(t) Askelfunktio {ε(t) = 0, t < 0 ε(t) = 1, t 0} SI on lyhenne kansainvälisestä mittayksiköstä système international d unités 1 Johdanto Tehtävänä on mitoittaa RC- sekä diodi suojauspiiri alla olevalle kytkennälle 1. RC-suojauspiiriin lasketaan kelan tasaantunut virta-arvo I 0, mitoitetaan vastus R x siten, ettei kondensaattorin C x virta ylitä I 0 :n arvoa, sekä mitoitetaan kondensaattori C x niin, että kytkintä K avattaessa piiri on kriittisesti vaimennettu (C x = C kr ). Diodi suojauspiiriin mitoitetaan vastus R x niin, että kytkintä K avattaessa kytkimen yli vaikuttava jännite U K ei ylitä 120 volttia, sekä tutkitaan vastuksen R x vaikutusta kytkimen yli vaikuttavaan jännitteeseen U K. U K K I Kytkentä 1: Suojattava virtapiiri Suojattavan virtapiirin lähtöarvot ovat seuraavat: = 12 V, R = 10 Ω, = 1,25 H, R j = 0,5 Ω, U K = U K0 = 0 V, I = I 0 = / (R j + R ) = 12 V / 10,5 Ω = 8/7 A = 1,142857 A askennassa on käytetty apuna Maxima laskentaohjelman versiota 5.27.0 sekä Wolfram Alphaa. sivu 3 [6]

2 RC-suojauspiiri C x R x K I Kytkennän 2 alkuarvot ovat seuraavat: Kytkentä 2: RC-suojauspiiri = 12 V, R = 10 Ω, = 5/4 H, R j = 1/2 Ω, U C0 = 0 V, I 0 = / (R j + R ) = 8/7 A Mitoitetaan vastus R x niin ettei kondensaattorin purkausvirta I pur ylitä I 0 :a. Z x (s) = 1 s C x + R x, I pur (s) = s Z x (s) = Kun vastus R x on 21 2 Virta I (s) i pur (0) = R x e 0 Cx Rx 1 1 C x + s R x s [I pur (s)] (t) = i pur (t) = R x e t Cx Rx I 0 = 8 7 A R x I 0 = 21 2 Ω Ω ja kytkentä 2 mitoitetaan kriittisesti vaimentuneeksi: ( Rx + R + R j 2 ) 2 = 1 C x C 4 x = C kr = (R x + R + R j ) 2 = 5 H (21 Ω) 2 = 5 441 F I (s) = s I 0 + +U C0 s 2 + Rx+R +R j s + 1 C x = s I 0 + 4 5 ( + U C0) s 2 21 4(Rx+ 2 + ) 5 s + 4 C x 5 = (s + 21 4(Rx+ 10 s I 0 + 4 5 ( + U C0) ) 2 ( ) 2 ) 16(Rx+ + 21 2 )2 100 4 5 C x Sijoitetaan R x sekä C x, lasketaan jännite u K (t) Kytkintä avattaessa I 0 = 8 7 A ja U C0 = 0 V U K (s) = I (s) Z x (s) = 1 s 8 7 s + 48 5 ( ) s + 42 2 5 [ ] 12 (t) = u K (t) = 12 V ε(t) s ( 441 5 s + 21 ) = 12 2 s Kuvaaja 1: Kytkimen K yli vaikuttava jännite U K sivu 4 [6]

3 Diodi suojauspiiri U K R x I R j D Kytkentä 3: Diodi suojauspiiri Kytkennän 3 alkuarvot ovat seuraavat: = 12 V, R = 10 Ω, = 5/4 H, R j = 1/2 Ω, U K = U K0 = 0 V, I = I 0 = 8/7 A Virta I (s) kytkintä K avattaessa: I (s) = I 0 s + R x + R = Koska diodin D oletetaan olevan ideaalinen, kytkintä K avattaessa: I 0 s + Rx+R 1 s [ U K (s) = I (s) R x + s = R x I 0 s + Rx+R + s ] R x I 0 s + Rx+R + s (t) = u K (t) = I 0 R x e t Rx+R + ε(t) kun ajalle t annetaan arvo t = 0, voidaan vastus R x mitoittaa, ottaen ehto u K 120 V huomioon: u K (0) = R x I 0 e 0 Rx+R + 12 V 120 V R x e 0 120 V 12 V I 0 R x 189 2 Ω = 94,5 Ω kun ajalle t annetaan arvo t > 0 saadaan jännitteeksi U K : u K (t) = I 0 R x e t Rx+R + = 8 7 A R (4 Rx+40 Ω) t x e 5 H + 12 V R x u K (t) 80 16 Ω 10 Ω 7 V e t 1 H + 12 V 208 Ω t 42 Ω 48 V e 5 H + 12 V 720 80 Ω 90 Ω 7 Ve t 1 H + 12 V 418 Ω t 94,5 Ω 108 V e 5 H + 12 V 8000 808 Ω t 1 kω 7 V e 1 H + 12 V Taulukko 2: Funktio u K (t) R x :n eri arvoilla. Kuvaaja 2: Kytkimen K yli vaikuttava jännite U K. sivu 5 [6]

4 Johtopäätos RC-suojauspiiri Kun kondensaattorin arvo C x = C kr kytkin aiheuttaa avattaessa askelvasteen, kytkimen jännite nousee 0 voltista 12 volttiin, jos konsaattorin arvo C x < C kr seurauksena on vaimenevaa värähtelyä. Kapasitanssin kasvattaminen C x > C kr aiheuttaa jännitepiikin. Resistanssin muuttaminen kriittisestä pisteestä aiheuttaa myös jännitepiikin, mitä suurempi vastus R x on sitä suurempi on jännitepiikki. Oikein mitoitetulla RC-suojauspiirillä häiritsevää kipinöintiä ei pääse syntymään, kytkennässä 2 olevan kondensaattorin C x ja vastuksen R x suuruus vaikuttavat siihen kuinka korkea ja nopea jännitepiikki kytkimen avaushetkellä on, sekä siihen alkaako kytkentä värähdellä. Diodi suojauspiiri Mitä pienempi vastus R x diodi suojaus kytkennässä 3 on sitä kauemmin jännitteen kestää vakiintua ja sitä matalempi jännitepiikki on. Kun vastus R x mitoitetaan sopivaksi saavutetaan optimaalinen vakiintusmisaika. sivu 6 [6]