ČO ZNAMENÁ "USMERNENIE" STRIEDAVÉHO NAPÄTIA?

Ak chceme usmerniť striedavé napätie, zaraďujeme do obvodu striedavého prúdu polovodičovú diódu . . .

• Nakreslite elektrický obvod so striedavým zdrojom, polovodičovou diódou a spotrebičom. Vyznačte, na ktorej časti obvodu by napätie bolo usmernené.
• Nakreslite časový priebeh jednocestne usmerneného napätia, porovnajte ho so striedavým priebehom. Vysvetlite rozdiel.
• Vyjadrite vzťah medzi strednou hodnotou jednocestne usmerneného napätia a efektívnou hodnotou striedavého napätia, ktoré dióda usmerňuje veličinovou rovnicou. Popíšte uvedenú rovnicu.
• Vyjadrite vzťah medzi efektívnou hodnotou striedavého napätia a jeho amplitúdou veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vypočítajte strednú hodnotu jednocestne usmerneného napätia, ak striedavé usmerňované napätie má amplitúdu 12 V.
• Nakreslite časový priebeh jednocestne usmerneného napätia, ak k spotrebiču pripojíme paralelne kondenzátor. Ako vplýva veľkosť kapacity pripojeného kondenzátora na tento priebeh?
• Akú maximálnu hodnotu dosahuje jednocestne usmernené napätie pri dostatočne veľkej kapacite filtračného kondenzátora?

16.2

PREČO JE GRAETZOVO ZAPOJENIE PRE USMERNENIE KVALITNEJŠIE?

Zapojením viacerých diód sa využijú obidve polperiódy striedavého napätia a pulzácia usmerneného prúdu sa . . . . .

• Nakreslite elektrický obvod s Graetzovým zapojením diód na dvojcestné usmernenie striedavého napätia. Vyznačte, na ktorej časti obvodu by elektrické napätie bolo usmernené.
• Nakreslite časový priebeh dvojcestne usmerneného napätia, porovnajte ho so striedavým priebehom. Vysvetlite rozdiel.
• Vyjadrite vzťah medzi strednou hodnotou dvojcestne usmerneného napätia a efektívnou hodnotou striedavého napätia veličinovou rovnicou. Popíšte uvedenú rovnicu.
• Vyjadrite vzťah medzi efektívnou hodnotou striedavého napätia a jeho amplitúdou veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vypočítajte strednú hodnotu dvojcestne usmerneného napätia, ak striedavé usmerňované napätie má amplitúdu 12 V.
• Nakreslite časový priebeh dvojcestne usmerneného napätia, ak k spotrebiču pripojíme paralelne kondenzátor.
• Aký vplyv bude mať na priebeh usmerneného napätia zväčšenie kapacity filtračného kondenzátora a zväčšenie odporu zaťažovacieho rezistora ? Svoje tvrdenie zdôvodnite.

16.3

ČO JE MOŽNÉ ZISTIŤ Z ROVNÍC PRE OKAMŽITÉ HODNOTY PRÚDU A NAPÄTIA?

V elektrárňach sa v generátoroch na princípe elektromagnetickej indukcie indukuje striedavé napätie s frekvenciou 50 Hz . . .

• Vyjadrite vzťahy medzi okamžitými hodnotami striedavého napätia a prúdu indukovaného v generátoroch a časom veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedené rovnice.
• Pre okamžité hodnoty napätia a prúdu v obvode striedavého prúdu platia rovnice:
  
  Porovnajte ich so všeobecnými rovnicami pre okamžité hodnoty napätia a prúdu. Rozhodnite, čo je amplitúda striedavého napätia a prúdu a fázový posun medzi napätím a prúdom.
• Vyjadrite vzťah medzi efektívnou hodnotou striedavého napätia a jeho amplitúdou veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vypočítajte efektívne hodnoty striedavého napätia a prúdu.
• Vyjadrite vzťah medzi uhlovou frekvenciou striedavého napätia a jeho frekvenciou veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vypočítajte frekvenciu striedavého prúdu.
• Narysujte fázorový diagram napätia a prúdu v obvode (zvoľte vhodnú mierku). Vyznačte v diagrame fázový posun napätia a prúdu.
• Rozhodnite, či takýto obvod striedavého prúdu má vlastnosti induktancie, alebo kapacitancie. Svoje tvrdenie zdôvodnite.

16.4

PREČO PO VÝROBE ELEKTRICKEJ ENERGIE NASTÁVA TRANSFORMÁCIA?

V generátoroch získavame zvyčajne trojfázové napätie 6,3 kV až 16,5 kV, ktoré sa v rozvodniach elektrární transformuje . . .

• Nakreslite schematicky transformátor. Popíšte, z akých častí sa skladá a vysvetlite fyzikálny princíp jeho činnosti.
• Napíšte základnú rovnicu transformátora. Vysvetlite túto rovnicu a popíšte veličiny, ktoré v rovnici vystupujú.
• Vysvetlite rozdiel medzi transformáciou nahor a transformáciou nadol. K akej transformácii dochádza v rozvodniach elektrární?
• Vysvetlite pojem transformačný pomer transformátora. Aké hodnoty musí nadobúdať transformačný pomer pri transformácii nahor a nadol? Svoje tvrdenie vysvetlite.
• Vysvetlite pojem nezaťažený transformátor.
• Vypočítajte elektrické napätie na sekundárnom vinutí nezaťaženého transformátora, ktoré má 10 000 závitov, ak primárnym vinutím transformátora, ktoré má 1100 závitov, preteká pri napätí 220 V elektrický prúd 0,2 A.
• Vypočítajte veľkosť elektrického prúdu v sekundárnom vinutí tohto transformátora.
• S akou účinnosťou pracuje takýto transformátor ? Svoje tvrdenie zdôvodnite.

16.5

OD ČOHO ZÁVISÍ ÚČINNOSŤ TRANSFORMÁCIE?

V skutočnom transformátore vznikajú straty spôsobené premenou elektrickej energie na teplo v primárnom a sekundárnom vinutí transformátora a straty spôsobené periodickou magnetizáciou jadra transformátora . . .

• Nakreslite elektrický obvod so striedavým zdrojom, transformátorom a spotrebičom v sekundárnom obvode transformátora. Vyznačte elektrický prúd v primárnom a v sekundárnom obvode transformátora.
• Vyjadrite vzťah medzi príkonom transformátora a napätím a prúdom v primárnej cievke veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vyjadrite vzťah medzi výkonom transformátora, napätím a prúdom v sekundárnej cievke veličinovou rovnicou.
• Vyjadrite vzťah medzi účinnosťou premeny energie, príkonom a výkonom transformátora veličinovou rovnicou. Vysvetlite túto rovnicu. Popíšte veličiny, ktoré v rovnici vystupujú.
• Vypočítajte účinnosť transformátora, ak jeho primárna cievka je pripojená na zdroj striedavého napätia 220 V a prechádza ňou prúd 1,2 A a v sekundárnej cievke je napätie 40 V a prechádza ňou prúd 5,94 A.
• Zmenila by sa účinnosť transformácie, ak by sme k transformátoru pripojili spotrebič s inou hodnotou elektrického odporu? Svoje tvrdenie zdôvodnite.

16.6

VPLÝVA ZOHRIEVANIE CIEVOK TRANSFORMÁTORA NA JEHO ÚČINNOSŤ?

Premenou elektrickej energie na teplo v primárnom a v sekundárnom vinutí transformátora sa obidve cievky zohrievajú . . .

• Napíšte základnú rovnicu transformátora. Vysvetlite túto rovnicu a popíšte veličiny, ktoré v rovnici vystupujú.
• Vyjadrite vzťah medzi účinnosťou premeny energie, príkonom a výkonom transformátora veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vypočítajte napätie v sekundárnej cievke transformátora, ktorá má 120 závitov, ak na primárnej cievke s 2400 závitmi je napätie 2200 V.
• Aký prúd tečie sekundárnou cievkou, ak účinnosť transformácie je 90 % a príkon transformátora je 2 kW?
• Napíšte vzťah pre výpočet "strát" energie tzv. Joulovho tepla veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vypočítajte stratový výkon v sekundárnej cievke transformátora, ak jej elektrický odpor jej vinutia je 5.10^-2 .
• Vypočítajte stratový výkon v primárnej cievke transformátora, ak jej elektrický odpor jej vinutia je 5.10^-2.

16.7

PREČO JE TRANSFORMÁTOR POTREBNÉ CHLADIŤ?

Keďže premenou elektrickej energie na teplo sa obidve cievky transformátora zohrievajú, je potrebné teplo z nich odvádzať, napríklad pretekajúcim olejom . . .

• Vyjadrite vzťah medzi účinnosťou premeny elektrickej energie, príkonom a výkonom transformátora veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Transformátor transformuje výkon 10 MW s účinnosťou 98 %. Vypočítajte stratový výkon v transformátore. Na akú energiu sa tento stratový výkon premení?
• Vyjadrite vzťah medzi teplom, ktoré odoberie z transformátora olej, jeho hmotnosťou a zmenou jeho teploty veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Porovnajte stratový výkon v transformátore a teplo, ktoré odoberie z transformátora pretekajúci olej za jednu sekundu. Zapíšte toto porovnanie veličinovou rovnicou.
• Vyjadrite vzťah medzi hmotnosťou telesa, jeho objemom a hustotou látky, z ktorej je teleso veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Jadrom transformátora preteká olej tak, že jeho objemový tok je 2,5 l.s^-1. Vypočítajte hmotnosť oleja, ktorý pretečie transformátorom za 1 s. Hustota oleja je 960 kg.m^-3.
• Vypočítajte teplotu oleja pri výstupe z transformátora, ak jeho vstupná teplota je 18^oC a merná tepelná kapacita 2,09 kJ.kg^-1.K^-1.

16.8

AKO JE MOŽNÉ OVPLYVNIŤ STRATY V PRENOSOVEJ ENERGETICKEJ SÚSTAVE?

Po výrobe a transformácii elektrickej energie v elektrárni je potrebné elektrickú energiu preniesť na miesto jej spotreby . . .

• Vyjadrite vzťah medzi prenášaným výkonom zdroja , elektrickým napätím a elektrickým prúdom v prenosovej sústave veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vyjadrite vzťah medzi stratovým výkonom (Joulovo teplo), elektrickým odporom vedenia a veľkosťou prúdu v prenosovej sústave veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Akým spôsobom je možné ovplyvniť veľkosť stratového výkonu v prenosovej sústave? Zdôvodnite využitím predchádzajúceho vzťahu.
• Vypočítajte veľkosť elektrického prúdu v energetickej prenosovej sústave, ak je prenášaný výkon zdroja 33MW vedením s odporom 0,12 ? pri napätiach 6,6 kV a 110 kV.
• Určite stratový výkon pri danom prenose pri obidvoch hodnotách elektrických napätí. Pri akom napätí je výhodnejšie prenášať elektrickú energiu? Svoje tvrdenie zdôvodnite.

16.9

SPOTREBIČ ELEKTRICKEJ ENERGIE - ELEKTROMOTOR

Elektromotor je spotrebič elektrickej energie - premieňa ju na mechanickú energiu, ktorú môžeme využiť napríklad pri . . .

• Vyjadrite vzťah medzi výkonom striedavého prúdu v obvode s impedanciou, napätím, prúdom a účinníkom veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu, vysvetlite význam účinníka.
• Vyjadrite vzťah medzi účinnosťou, príkonom a výkonom elektromotora veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Porovnajte výkon striedavého prúdu v obvode s elektromotorom a príkon elektromotora. Zapíšte toto porovnanie veličinovou rovnicou.
• Vypočítajte výkon jednofázového elektromotora, ktorý pri napätí 220 V odoberá elektrický prúd 9,3 A, účinník je 0,8 a účinnosť elektromotora je 90 %.
• Uveďte konkrétne príklady zariadení s využitím elektromotora.

16.10

AKO OVPLYNÍME ODBER PRÚDU ZO SIETE?

Každý elektrický spotrebič pri svojej činnosti odoberá zo striedavej elektrickej siete elektrický prúd . . .

• Vyjadrite vzťah medzi výkonom striedavého prúdu v obvode s impedanciou, napätím, prúdom a účinníkom veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu, vysvetlite význam účinníka.
• Vyjadrite vzťah medzi účinnosťou, príkonom a výkonom elektromotora veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Porovnajte výkon striedavého prúdu v obvode s elektromotorom a príkon elektromotora. Zapíšte toto porovnanie veličinovou rovnicou.
• Vypočítajte, aký prúd odoberá za striedavej elektrickej siete s napätím 220 V jednofázový elektromotor výkonu 1,47 kW, ktorého účinník je 0,8 a účinnosť 90 %.
• Aký je odber elektrického prúdu elektromotora s väčším výkonom? Svoje tvrdenie zdôvodnite.

späť