Aktiiviset piirikomponentit. DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

Samankaltaiset tiedostot
Luento 2. DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

Luento 2. 1 DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

DEE-11110: SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEET

SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA

SMG-1100: PIIRIANALYYSI I

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

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

DEE Sähkötekniikan perusteet

DEE Sähkötekniikan perusteet

DEE Sähkötekniikan perusteet

Luento 6. DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

Passiiviset piirikomponentit. 1 DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

Luento 4 / 12. SMG-1100 Piirianalyysi I Risto Mikkonen

Luento 2. SMG-2100 Sähkötekniikka Risto Mikkonen

Sähkövirran määrittelylausekkeesta

Silmukkavirta- ja solmupistemenetelmä. 1 DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

SÄHKÖTEKNIIKKA. NBIELS13 Tasasähköpiirit Jussi Hurri syksy 2015

1. Tasavirta. Virtapiirin komponenttien piirrosmerkit. Virtapiiriä havainnollistetaan kytkentäkaaviolla

SÄHKÖTEKNIIKKA. NTUTAS13 Tasasähköpiirit Jussi Hurri kevät 2015

2.2 Energia W saadaan, kun tehoa p(t) integroidaan ajan t suhteen. Täten akun kokonaisenergia W tot saadaan lausekkeesta ( )

SMG-1100: PIIRIANALYYSI I

RATKAISUT: 22. Vaihtovirtapiiri ja resonanssi

( ) ( ) ( ) ( ) SMG-1100 Piirianalyysi I, kesäkurssi, harjoitus 1(3) Tehtävien ratkaisuehdotukset

SMG-1100: PIIRIANALYYSI I

Coulombin laki. Sähkökentän E voimakkuus E = F q

Katso Opetus.tv:n video: Kirchhoffin 1. laki

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

SÄHKÖ KÄSITTEENÄ. Yleisnimitys suurelle joukolle ilmiöitä ja käsitteitä:

DEE-11110: SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEET

kipinäpurkauksena, josta salama on esimerkki.

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

Johdatus vaihtosähköön, sinimuotoiset suureet. DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

2. Vastuksen läpi kulkee 50A:n virta, kun siihen vaikuttaa 170V:n jännite. Kuinka suuri resistanssi vastuksessa on?

DEE Sähkötekniikan perusteet

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

Elektroniikka. Tampereen musiikkiakatemia Elektroniikka Klas Granqvist

Kondensaattori ja vastus piirissä (RC-piiri)

DEE Sähkötekniikan perusteet

SÄHKÖSTATIIKKA JA MAGNETISMI. NTIETS12 Tasasähköpiirit Jussi Hurri syksy 2013

Kun järjestelmää kuvataan operaattorilla T, sisäänmenoa muuttujalla u ja ulostuloa muuttujalla y, voidaan kirjoittaa. y T u.

Kondensaattori ja vastus piirissä (RC-piiri)

SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA

Magneettinen energia

Luento 1 / SMG-1100 Piirianalyysi I Risto Mikkonen

SATE1140 Piirianalyysi, osa 1 kevät /9 Laskuharjoitus 4: Kerrostamis- ja silmukkamenetelmä

Luento 1. 1 DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

14.1 Tasavirtapiirit ja Kirchhoffin lait R 1. I 1 I 3 liitos + - R 2. silmukka. Kuva 14.1: Liitoksen, haaran ja silmukan määrittely virtapiirissä.

Sähkötekiikka muistiinpanot

TA00AB71 Tasasähköpiirit (3 op) Syksy 2011 / Luokka AS11

DEE Sähkötekniikan perusteet

Omnia AMMATTIOPISTO Pynnönen

a) Kuinka pitkän matkan punnus putoaa, ennen kuin sen liikkeen suunta kääntyy ylöspäin?

Harjoitustehtäviä kokeeseen: Sähköoppi ja magnetismi

Luku Ohmin laki

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

Elektrodynamiikka 2010 Luennot Elina Keihänen Magneettinen energia

SÄHKÖMAGNETISMI: kevät 2017

1. Mitä tarkoittaa resistanssi? Miten resistanssi lasketaan ja mikä on sen yksikkö?

SMG-1100 Piirianalyysi I, kesäkurssi, harjoitus 2(3) Tehtävien ratkaisuehdotukset

Théveninin teoreema. Vesa Linja-aho (versio 1.0) R 1 + R 2

Sähkö ja magnetismi 2

NIMI: LK: 8b. Sähkön käyttö Tarmo Partanen Ota alakoulun FyssaMoppi. Arvaa, mitä tapahtuu eri töissä etukäteen.

Mittalaitetekniikka. NYMTES13 Vaihtosähköpiirit Jussi Hurri syksy 2014

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

DEE Sähkötekniikan perusteet

TEHTÄVÄT KYTKENTÄKAAVIO

Sähkötekniikka. NBIELS12 Vaihtosähköpiirit Jussi Hurri syksy 2014

Luento 1. 1 SMG-1100 Piirianalyysi I

DEE Aurinkosähkön perusteet

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2013 Insinöörivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

järjestelmät Luento 8

Jännite, virran voimakkuus ja teho

SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA

SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA

Maxwell ja hänen yhtälönsä mitä seurasi?

Kaksi yleismittaria, tehomittari, mittausalusta 5, muistiinpanot ja oppikirjat. P = U x I

Kuva 1. Ohmin lain kytkentäkaavio. DC; 0 6 V.

Kolmivaihejärjestelmän perusteet. Pekka Rantala

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA Aalto-yliopisto, sähkötekniikan korkeakoulu

RESISTANSSIMITTAUKSIA

S Piirianalyysi 1 2. välikoe

Fy06 Koe Kuopion Lyseon lukio (KK) 1/7

5. Sähkövirta, jännite

SÄHKÖENERGIATEKNIIIKKA. Harjoitus - luento 6. Tehtävä 1.

RATKAISUT: 17. Tasavirtapiirit

SMG-4500 Tuulivoima. Viidennen luennon aihepiirit YLEISTÄ ASIAA GENERAATTOREISTA

Lineaarialgebra MATH.1040 / Piirianalyysiä

KURSSIN TÄRKEIMPIÄ AIHEITA

2. Pystyasennossa olevaa jousta kuormitettiin erimassaisilla kappaleilla (kuva), jolloin saatiin taulukon mukaiset tulokset.

7. Resistanssi ja Ohmin laki

Sähköiset perussuureet. 1 DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

Jännitelähteet ja regulaattorit

SMG-4450 Aurinkosähkö

SATE2180 Kenttäteorian perusteet Induktanssi ja magneettipiirit Sähkötekniikka/MV

FysE301/A Peruskomponentit: vastus, diodi ja kanavatransistori

Työ 16A49 S4h. ENERGIAN SIIRTYMINEN

vetyteknologia Polttokennon tyhjäkäyntijännite 1 DEE Risto Mikkonen

1 Kohina. 2 Kohinalähteet. 2.1 Raekohina. 2.2 Terminen kohina

Transkriptio:

DEE-11000 Piirianalyysi Aktiiviset piirikomponentit 1

Aktiiviset piirikomponentit Sähköenergian lähteitä Jännitelähteet; jännite ei merkittävästi riipu lähteen antamasta virrasta (akut, paristot, valokennot) Virtalähde; virta ei muutu jännitteen muuttuessa (virtamuuntimet) Miten ideaaliset energialähteet mallinnetaan? 2

Jännitelähde - virtalähde Ideaalinen jännitelähde on aktiivinen peruselementti. Ideaalinen virtalähde on aktiivinen peruselementti. 3

Jännitelähde E lähdejännite ; U napajännite Ideaali, U = E, ei riipu kuormasta Todellinen U E, riippuu kuormasta 4

Virtalähde J lähdevirta, I kuormavirta Ideaali, I = J, ei riipu kuormasta Todellinen I J, riippuu kuormasta 5

Esimerkkejä jännitelähteistä Akut / paristot Tuulivoimalan generaattori Valokennot 6

Aurinkokennon toiminta 7

Kiilto Oy:n aurinkovoimala Teho 66 kw Vuosituotto 60 450 kwh Vähentää tehdasalueen CO 2 päästöjä 60 000 kg vuodessa Elinikä 35 vuotta TTY:n aurinkovoimala Piipohjaiset kennot 12 kw 8

Suurimmat aurinkosähköjärjestelmät Helen Oy, Helsinki Astrum liikekeskus, Salo LUT, Lappeenranta DC Schenker, Vantaa ABB, Pitäjänmäki Vaisala, Oyj, Helsinki Autosalpa Oy, Kouvola Kauppakeskus Skanssi Turku 340 kw 322 kw 220 kw 200 kw 181 kw 101 kw 100 kw 70 kw Maailmanlaajuisesti 177 GW (2014) Eurooppa 87 GW (49 %) 9

Polttokenno päästötöntä energiaa 10

Sähköenergialähteet hydraulinen analogia varaus vesi jännite paine-ero Virtalähde toimii kuten pumppu, joka ylläpitää asetetun virtauksen riippumatta paine-erosta. virta virtaus Jännitelähde toimii kuten pumppu, joka ylläpitää asetetun paine-eron riippumatta virtauksesta. 11

Sähköenergia ja -teho Vastus Kondensaattori p R u( t) ( t) u( t) i( t) R i( t) i( t) C du( t) dt p c ( t) C u( t) du( t) dt p R ( t) 2 R i ( t) dwc pc( t) dt C u( t) du 2 u ( t) R W c C U u du 0 2 1 CU 2 12

Sähköenergia ja -teho Käämi u( t) L di( t) dt p L ( t) Li( t) di( t) dt dw L p L ( t) dt Li( t) di W L L I i di 0 2 1 L I 2 13

Passiivikomponentit - energia Vastuksessa energia dissipoituu lämmöksi. Kondensaattorissa energia varastoituu sähkökenttään. Käämissä energia varastoituu magneettikenttään. 14

Passiivikomponenttien sähköenergia Vastuksen teho tarkoittaa sitä tehoa, jolla sähköenergiaa muuttuu vastuksessa lämpöenergiaksi Hehkulampun kantaan kirjoitettu teho (20 W, 40 W, 60 W,...) tarkoittaa sitä sähkötehoa, jonka hehkulamppu ottaa sähköverkosta. Hehkulampussa sähköenergia muuttuu tällä teholla lämpöenergiaksi ja näkyväksi valoksi 15

Passiivikomponenttien sähköenergia Kondensaattorin teho tarkoittaa sitä tehoa, jolla energiaa varastoituu levyjen väliseen sähkökenttään (tai vastaavasti purkautuu levyjen välisestä sähkökentästä). Kondensaattoriin varastoitunutta energiaa käytetään esimerkiksi kameroiden salamavaloissa. Kondensaattoria tarvitaan, koska salaman tarvitsemaa energiaa ei saada riittävän nopeasti (eli riittävän suurella teholla) suoraan kameran akusta. 16

Passiivikomponenttien sähköenergia Käämin teho tarkoittaa sitä tehoa, jolla energiaa varastoituu käämin magneettikenttään (tai vastaavasti purkautuu käämin magneettikentästä). Käämejä käytetään esimerkiksi loisteputkien yhteydessä. Kun valot laitetaan päälle, käämiin varastoituva energia hidastaa loisteputken läpi kulkevan sähkövirran kasvua antaen loisteputken syttymiselle "pehmeän lähdön". Ilman käämiä loisteputki särkyisi valojen sytyttämisen yhteydessä. 17

Esimerkki Kuinka monta prosenttia oheisen piirin kokonaisenergiasta dissipoituu lämmöksi aikavälillä 0 t 4 s? Lähtöarvoissa a on opiskelijanumeron viimeinen numero. 18

Passiivisten piirikomponenttien mallinnus Lineaarisuus; komponentin ominaisuus ei riipu virran tai jännitteen suuruudesta. Keskittyneisyys; komponentilla on vain yksi mainituista pääominaisuuksista. Resiprookkisuus; komponentin ominaisuus ei riipu virran tai jännitteen suunnasta. 19

Lineaarisuus L( u L( u 1 2 ) ) y 1 y 2 Komponentti (verkko, järjestelmä) on lineaarinen, joss L( u u ) L( u ) L( u 1 2 1 2 ) 20

Review Question 3 Verkon sisäänmenon u ja ulostulon y suhteen on voimassa yhtälö y = au + b jossa a ja b ovat vakioita. Onko verkko lineaarinen? 21

Verkkojen peruslait Verkko muodostuu haaroista, jotka sisältävät piirielementtejä, ja näitä yhdistävistä solmupisteistä. Haaroissa kulkee virta ja solmupisteillä on tietty potentiaali. Jännite = potentiaaliero solmupisteiden välillä. Todellisten solmupisteiden välillä on aina piirielementti. 22

Kirchhoffin virtalaki Virtapiirin solmupisteeseen tulevien virtojen summa on yhtä suuri kuin siitä lähtevien virtojen summa. Jos sovitaan tulevat virrat positiivisiksi: I 0 23

Pohdintaa Mitä jos Kirchhoffin virtalaki ei olisi voimassa? Gustav Kirchhoff 1824-1887 24

Kirchhoffin jännitelaki Suljetun virtapiirin jännitteiden summa on nolla. Jos sovitaan kiertosuunnan mukaiset jännitteet positiivisiksi U U U U U R1 R2 R3 B1 B2 U 0 25

Pohdintaa Mitä jos Kirchhoffin jännitelaki ei olisi voimassa? Gustav Kirchhoff 1824-1887 26

Laskentaproseduuri Jokaiselle haaralle valitaan mielivaltainen positiivinen virran suunta, joka merkitään piirrokseen. Jokaiselle silmukalle valitaan kiertosuunta. Lähdejännite lasketaan positiiviseksi, jos sen suunta yhtyy valittuun kiertosuuntaan. Komponentin yli olevan jännite lasketaan positiiviseksi, jos valittu kiertosuunta yhtyy komponentin läpi kulkevan virran suuntaan. 27

Review Question 4 Oheisessa piirissä 16 V:n jännitelähteen teho on 8 W. Onko jännitteen V ja virran I suhde lukuarvoltaan I I A) 9.6 B) -9.6 C) 48 D -48 28

Esimerkki Kolme lamppua on kytketty paristoon oheisen kuvan mukaisesti. Mikä on lamppujen resistanssien summa? 29

Resistiiviset tasasähköpiirit Piirielementtien sähkösuureet ajan suhteen vakioita. Energialähteet tasajännite- ja tasavirtalähteitä. Jännite ja virta siis vakioita, joten i C u L C L du dt di dt 0 0 30

Resistiiviset tasasähköpiirit (Cont.) Kondensaattori vastaa äärettömän suurta resistanssia ja käämi nollaresistanssia. Virtapiiriin jää ainoastaan vastuksia energilähteiden lisäksi. Staattisessa tapauksessa kondensaattori edustaa aukaistua ja käämi oikosuljettua verkon haaraa. Laskentamenetelmät eivät kuitenkaan ole riippuvaisia siitä, minkälaisiin virtapiireihin niitä sovelletaan. 31

Yhteenveto Energialähteet Piirien kuvaus Kirchhoffin lait 32