Справочници, схемотехника, теория > Теория на измерванията
Универсален метод за измерване на мощност
tsvetan.filev:
Нарастване и спадане на тока в LR последователна схема (Фиг. 1.jpeg)
Когато се свърже батерия към "чиста" индуктивност, тока достига до крайната си стойност при скорост на нарастване
определена от напрежението на батерията и вътрешното й съпротивление. Нарастването на тока е постепенно
поради обратната електромагнитна сила генерирана от самоиндукцията на бобината. Когато тока започне да тече
магнитните силови линии се движат навън от бобината. Тези линии пресичат намотките на проводника и изграждат
обратна електромагнитна сила, която се противопоставя на електродвижещата сила на батерията. Това противопоставяне
причинява увеличаване на времето нужно на тока да достигне до стабилна стойност. Когато батерията се откачи силовите
линии колабират. Отново тези линии пресичат намотките на проводника и изграждат електродвижеща сила, която цели
да удължи протичането на ток.
Делител на напрежение съдържащ съпротивление и индуктивност може да се свърже във верига чрез използването на
специален ключ, както е показано на фигура 1.jpeg (A). Такова последователно подреждане се нарича LR последователна верига.
Когато ключ S1 е затворен (както е показано) се получава напрежение Es върху делителя на напрежение.
В този момент тока ще се опита да нарастне до максимална стойност. Обаче това продължително изменение на тока
кара бобината L да произведе обратна електормагнитна сила, която е с обратен поляритет и почти равна на
електромагнитната сила на източника. Тази обратна ЕМС се противопоставя на бързото изменение на тока.
Фиг 1.jpeg (B) показва как в момента в който ключ S1 е затворен няма измерим нарастващ ток (ig), има минимален
пад на напрежение върху резистор R и съществува максимално напрежение върху бобина L.
Щом започне да тече ток се появява напрежение (eR) върху R и напрежението върху индуктивността се намалява със същата
стойност. Факта че напрежението върху индуктивността (L) намалява значи че растящия ток (ig) се увеличава и
следователно eR се увеличава. Фиг 1.jpeg (B) показва че напрежението върху проводника (eL) накрая става нула
когато нарастващия ток (ig) спре да нараства, докато напрежението върху резистора (eR) достига до стойност
равна на напрежението на източника (Es).
Електрическата индуктивност е като механична инерция и растежа на тока в индуктивна верига може да се оприличи
на ускорението на лодка на повърхността на водата. Лодката не се движи в момента в който се приложи константна сила
върху нея. В този момент цялата приложена сила се ползва за да се преодолее инерцията на лодката.
Веднъж щом се преодолее инерцията лодката ще започне да се движи. След известно време скоростта на лодката
стига своята максимална стойност и приложената сила се ползва за предолояване на триенето на водата с корпуса.
Когато ключа за батерията (S1) в LR схемата от Фиг 1.jpeg (A) се затвори, скоростта на нарастване на тока
е максимална в индуктивната верига. В този момент цялото напрежение на батерията се позлва за да се преодолее
ЕМС на самоиндукция която е максимална поради факта че скоростта на нарастване на тока е максимална.
Така напрежението на батерията е равно на пада върху индуктиновстта а напрежението върху резистора е нула.
С течение на времето по - голяма част от напрежението на батерията се появява върху резистора и по малко върху
индуктиновстта. Скоростта на промяна на тока е по - малка и индуктираната ЕМС е по - малка. Щом се проближи
равновесното състояние на тока, пада върху бобината приближава нула и цялото напрежение на батерията "пада"
върху съпротивлението на тока.
Така напреженията върху индуктивността и резистора се променят по стойност по време на периода на нарастване на тока
по същия начин както силата приложена на лодката се дели между ефекта на инерция и триене. И в двата примера
силата се развива първо върху ефекта на инерция/индуктивност и после върху ефекта на триене/съпротивление.
Фигура 1.jpeg (C) показва че когато ключ S2 се затвори (източника на напрежение Es се премахне от веригата)
магнитния поток, който се получава около индуктиновстта (L) колабира в намотките. Това индуктира напрежение eL в индуктивността
което има поляритет обратен на Es и е по същество равно на Es по стойност. Индуктираното напрежение причинява
намаляващия ток (id) да тече в резистор R в същата посока, в която тока е текъл първоначално (когато S1 е бил затворен).
Напрежението върху резистора (eR) бързо намалява до нула, докато напрежението върху индуктиновстта (eL) намалява до нула
поради намаляващия магнитен поток.
Както примера с лодката беше ползван за да се обясни растежа на тока във верига, може също да се ползва
да се обясни намаляването на тока във верига. Когато се махне силата приложена на лодката тя още продължава да се движи
във водата за известно време и накрая спира. Това е поради факта че енергията е била съхранена в инерцията на движещата
се лодка. След известен период от време триенето на водата преодолява инерцията на лодката и тя спира да се движи.
Така както инерцията на лодката съхрани енергия, така и магнитното поле на индуктивността съхранява енергия.
Поради това дори и източника на захранване да се премахне съхранената енергия в магнитното поле на индуктивността цели да задържи
протичането на тока във веригата докато магнитното поле колабира (спада).
tsvetan.filev:
L/R времева константа
L/R времевата константа е ценен инструмент за определяне на времето нужно на тока в една индуктивност да достигне до
определена стойност. Както се вижда на фигура 1.jpeg една L/R времева константа е времето необходимо на тока
в индуктивността да нарастне до 63 процента (всъщност 63.2 %) от максималния ток. Всеки път константа е равна
на времето необходимо на тока да нарастне до 63.2 % от разликата в стойността между тока течащ през индуктивността и
максималния ток. Максимален ток тече в индуктивността след като завършат пет L/R времеви константи. Следния пример
би трябвало да изчисти всякакви обърквания относнво времевите константи. Да приемем че максималния ток в една LR схема
е 10 ампера. Както е известно когато веригата се енергизира, отнема време на тока да се стане от нула на 10 ампера.
Когато първата времева константа завърши тока във веригата е равен на 63.2% от 10 ампера. Така амплитудата на тока
в края на 1 времева константа е 6.32 ампера.
По време на втората времева константа тока отново нараства с 63.2% (.632) от разликата в стойността между тока течащ
в индуктивността и максималния ток. Тази разлика е 10 ампера минус 6.32 ампера което прави 3.68 ампера; 63.2% от 3.68 ампера е 2.32 ампера.
Това нарастване на тока по време на втората времева константа се добавя към тази от първата. Така при завършване на
втората времева константа нивото на тока в LR веригата 6.32 ампера + 2.32 ампера = 8.64 ампера.
По време на третата константа тока отново нараства.
10 A - 8.64 A = 1.36 A
1.36 A * .632 = 0.860 A
8.64 A + 0.869 A = 9.5 A
По време на четвъртата константа тока отново нараства.
10 A - 9.50 A = 0.5 A
0.5 A * .632 = 0.316 A
9.5 A + 0.316 A = 9.82 A
По време на петата константа тока отново нараства.
10 A - 9.82 A = 0.18 A
0.18 A * .632 = 0.114 A
9.82 A + .114 А = 9.93 А
Така тока в каря на петата константа е почти равен на 10 ампера, максималния ток. В практиката леката разлика в
стойността може да се игнорира.
Когато енда LR схема се деенергизира тока във веригата намалява (спада) до нула на пет времеви константи със същата скорост
с която предварително е нараствал. Ако разтежа и спадането на тока в една LR схема се начертаят на графика то кривата ще такава
каквато е показана на 1.jpeg. Зебележете че тока нараства и спада със същата скорост на пет времеви константи.
Стойността на времвеата константа в секунди е равна на индуктивността в хенри разделена на съпротивлението на веригата в омове.
Формулата е следната:
TC (sec) = L (henry) / R (ohms)
tsvetan.filev:
Загуби на мощност в индуктивност
След като една индуктивност (бобина) съдържа множество намотки от проводник и след като всеки проводник има
някакво съпротивление, то всяка индуктивност има дадено съпротивление. Обикновено това съпротиевление е малко.
То често се пренебрегва при решаването на различни видове променливотокови проблеми, защото реактивноста на
индуктивността (противодействието на променливия ток) е толкова по - голяма от съпротивлението, че съпротивлението
има незначим ефект върху тока.
Обаче след като някои индуктивности са проектирани да носят относително голямо количество ток, то значима мощност
може да се разсее в индуктивността въпреки, че големината на съпротивлението в индуктивността е малка.
Тази мощност е загубна и се нарича омически загуби в проводника (COPPER LOSS). Тези загуби могат да бъдат изчислени като
се умножи квадрата на тока в индуктивността по съпротивлението на намотката (I^2 * R).
http://en.wikipedia.org/wiki/Copper_loss
В добавка към загубите в проводника една бобина с желязна сърцевина (индуктивност) има два вида загуби в желязото.
Те се наричат хистерезисни загуби (HYSTERESIS LOSS) и загуби от вихрови токове (EDDY-CURRENT LOSS). Хистерезисните загуби са поради
мощността която се консумира при обръщане на магнитното поле на сърцевината на индуктивността при всяка смяна на посоката
на тока в индуктивността.
Загубите от вихрови токове са поради загряването на сърцевината от циркулиращи токове които се индуктират в желязната сърцевина
от магнитното поле около намотките на бобината. Тези токове се наричат вихрови токове и циркулират само и единствено в сърцевината.
Видео относно вихрови токове: http://www.youtube.com/watch?v=kU6NSh7hr7Q&feature=related
Всички тези загуби разсейват мощност под формата на топлина. След като тази мощност не може да бъде върната в електрическата верига
то тя е загубна.
Загубите от топлината са поради законите на термодинамиката: http://en.wikipedia.org/wiki/Laws_of_thermodynamics
Не може от точка с по - ниска температура да се пренесе топлина до точка с по - висока температура без външна работа.
Ако в една затворена система има две точки с различна температура които са свързани по между си то след известно време температурата се усреднява.
Иначе казано ентропията (степента на неопределеност) нараства.
EDM electronics:
Колега, а как стои въпроса със загряването на феритните сърцевини на трансформаторите при инверторите, които работят на празен ход, без товар?
Причини?
tsvetan.filev:
--- Цитат на: EDM electronics в Май 14, 2012, 11:28:12 am ---Колега, а как стои въпроса със загряването на феритните сърцевини на трансформаторите при инверторите, които работят на празен ход, без товар?
Причини?
--- Край на цитат ---
Условия без товар
Ако възбуждащия ток се анализира чрез методите на "Фурие-поредици" се вижда, че се състои от
една фундаментална компонента и поредица от нечетни хармоници. Фундаменталната компонента от своя страна може да бъде разделена на две компоненти: една синфазна (във фаза) с обратната ЕМС и другата изоставаща от ОЕМС на 90 °. Синфазната компонента доставя мощността абсорбирана от хистерезисни загуби и загуби от вихрови токове в сърцевината. Когато компонентата на загубите в сърцевината се извади от общия възбуждащ ток остатъка се нарича магнетизиращ ток. Той се състои от фундаментална компонента изоставаща от ОЕМС на 90 ° заедно с всички хармоници. Главния хармоник е третия. За типичен трансформатор на мощност третия хармоник обикновено е около 40 процента от възбуждащия ток. Загубите в сърцевината Pc са равни на продукта от синфазните компоненти на напрежението и тока:
1.jpeg
Компонентата на тока във фаза с напрежението E1 е загубния ток.
Иначе казано ако към възбуждащата намотка е подадено променливо напрежение то тя винаги консумира и произвежда алтерниращо магнитно поле с честота равна на възбуждащото напрежение. Това напрежение поражда магнитен поток, който се затваря през сърцевината.
Сърцевините имат загуби. Независимо дали вторичната намотка консумира магнетизиращ ток (магнитно поле) или не, то първичната винаги си работи.
Това е причината да призовават да си изключваме трансформаторите от контакта докато не ги ползваме понеже консумират.
Навигация
[0] Списък на темите
Премини на пълна версия