Elektriska och elektroniska fordonskomponenter. Föreläsning 4 & 5

Transkript

1 Elektriska och elektroniska fordonskomponenter Föreläsning 4 & 5

2 Kondensatorn För att lagra elektrisk laddning Användning Att skydda brytarspetsarna (laddas upp istället för att gnistan bildas) I datorminnen och bildsensorer (laddning information) I filter (ger fasförskjutning / frekvensberoende) I likriktare ( mini -batteri som jämnar ut spänningen) 2

3 Kondensatorer och kapacitans Plattor med isolerande material emellan, sk dielektrikum. Kapacitans Q / U Där Q laddning (Q mäts i oloumb ) och U spänning (mäts i volt V) Kapacitansen mäts i Farad F Geometriskt gäller ε r ε 0 A/d där ε F/m ε r för luft 3

4 Kapacitans Kondensatorn är spänningströg Oladdad kondensator leder ström obehindrat. Laddningen lagras i form av ett elektriskt fält som ger en spänning för att motverka strömmen. Uppladdning av kondensator När brytaren slås till så börjar ström flyta mot kondensatorn Elektroner trängs på nedre plattan, på övre finns hål Spänningen över kondensatorn ökar, kondensatorn laddas upp. 4

5 Uppladdning av kondensator XS Kondensatorn laddas upp A B G T När brytaren slås till övre läget V 2V J Key Space R 4.7kohm 6.8uF Kondensatorn laddas ur När brytaren slås i nedre läget Oscilloskopet mäter Spänningen över kondensatorn och spänningen efter brytaren 5

6 U Spänningen 2 V slås till Kondensatorn börjar att laddas upp Uppladdningen följer ekvationen ( ) ( R t E e ) t E: batterispänningen t: tiden, R: resistans, : kapacitansen På miniräknare kan e x ibland heta INV ln, eftersom det är motsatsen till naturlig logaritm ln Uppladdningskurva 6

7 Kondensatorn kopplas till jord Kondensatorn börjar att laddas ur Urladdningen följer ekvationen U ( ) t R t E e E: batterispänningen t: tiden, R: resistans, : kapacitansen Urladdningskurva 7

8 Beräkning av tidskonstant Kondensatorn har INGEN egen tidskonstant Uppladdningstiden beror på BÅDE kondensatorn och resistorn Tidskonstanten τ R Ex τ R 4.7 E3 6.8 E-6 32 ms När t τ blir exponenten i uppl.ekv. -t/r -τ/τ - I ekvationen U 2 (-e - ) V MAN KAN MÄTA TIDSKONSTANTEN τ Mät tiden tills spänningen når 63 % av batteriets spänning 8

9 Tidkonstant Mät tiden till 63 % Mätning av tidskonstant τ t (63%) Lättare mätning Mät tiden till 0 % och 90 % 0 % 63 % 90 % τ t ( 90%) t(0%) 2,2 32 ms 9

10 Induktion i spole urladdning XS Ström & magnetfält G Brytaren i övre läget V 2V J Key Space R 4.7kohm L 50H A B T Spolen skapar spänning För att bevara strömmen och magnetfältet När brytaren slås i nedre läget Oscilloskopet mäter Spänningen över spolen och spänningen efter brytaren 0

11 Urladdningskurva Spolen kopplas till jord Spolen behåller strömmen genom att bums ändra sin spänningen Spänningsfallet över resistorn behålls

12 Induktion utan att jorda XS J Key Space R 4.7kohm A B G T V 2V R2 00kohm L 50H Avbrott resistor mot jord Spolen måste ge betydligt mycket mer spänning Kan överbrygga brott i kretsen I tändstiftet och i fördelardosan 2

13 Växelström - komponenter Växelström beskrivs enklast i komplex form Kräver kännedom om komplex analys Grund för signalteori Lösningsmetoder Visardiagram jω-metoden Komplex effekt Anpassning Kapacitans (kondensator) Farad (F) L u (t) Z Impendans komplex impendans i ohm (Ω) M u 2 (t) Induktans (spole) Henry (H) Transformator 3

14 Generator Generator och Transformator Ett rörligt magnetfält genererar spänning i en spole Motor Motsatsen till en generator Transformator Två spolar med olika antal lindningsvarv ändrar spänningen på växelspänning 230V 50Hz 24V 50Hz 4

15 Batteriladdare Battery charger: (a) external appearance; (b) internal construction. opyright 2003 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey All rights reserved. 5

16 Kretsschema för batteriladdare Electrical schematic for the battery charger of FIGURE opyright 2003 by Pearson Education, Inc. Upper Saddle River, New Jersey All rights reserved. 6

17 Switchat nätaggregat Likspänning U Växelspänning U Växelspänning U2 Likspänning U2 Oscillator Transformator Likriktare Fördelar: Likriktning och glättning vid högre spänningar mindre kondensatorer Transformatorerna kan göras mindre Regleringen görs med reaktiva komponenter (L, ) vilket ger lägre förluster 7

18 Sinusvåg över kondensator Strömmen är fasförskjuten 90 före spänningen Inför reaktans X /ω ω är frekvensen i rad/s ω 2 π f 8

19 Sinusvåg över kondensator Med reaktansen kan Ohms lag användas iˆ uˆ X Enheten för reaktans är ohm ω s As V V A Ω Reaktansen kan serie- och parallellkopplas precis som resistans 9

20 20 Ersättningskapacitans N T N T X X X X ω ω ω ω 2 2 N T N T X X X X ω ω ω ω 2 2 T N 2 N T 2 Tvärt om jämfört med resistorer

21 Sinusvåg över spole Strömmen är fasförskjuten 90 efter spänningen Inför reaktans X L ωl 2

22 22 Ersättningsinduktans T L N L L L L 3 2 T L N L L L L 3 2 N T N T L L L L X X X X ω ω ω ω 2 2 N T N T L L L L X X X X ω ω ω ω 2 2 Samma sak som för resistorer

23 Visardiagram Om man tar projektionen på y-axeln av en roterande visare får man en sinusformad signal. Lägger man till ytterligare en visare som roterar före eller efter den andra får man en sinussignal som är fasförskjuten i förhållande till den första signalen. 23

24 sin cos ϕ ϕ y x Visare på enhetscirkeln Definitionen av sinus vertikal koordinat horisontell koordinat y tan ϕ y x vektorns lutning ϕ x Tangens är definierat för -π < ϕ < π För ϕ > π använd arctan ( ϕ - 2π ) arctanϕ 24

25 Sinusformade strömmar och spänningar kan representeras av roterande visare. Rotationen tillför ingen information utan det viktiga är övriga fasvinklar i förhållande till en referensfas. Visardiagram Länk till 3-fas visardiagram 25

26 Impendans Impendansen (visarform) beskriver både reaktansen och fasförskjutningen. Z X ϕ För våra tre huvudkomponenter får vi: R uˆ û î R iˆ U RI 0 î û uˆ X iˆ iˆ ω û uˆ ωli ˆ X Lˆ i U I 90 ω U ωli 90 L î 26

27 Serieresonans Generellt för seriekoppling av R, L och Vid resonans är X L och X lika men motriktade, de tar ut varandra All spänning över resistorn I verkliga kretsar finns alltid L och med, OFRIVILLIGT! 27

28 Spänning över resistorn i RL-kretsen 28

29 Effekt i RL-kretsen Den reaktiva effekten pendlar mellan spolen och kondensatorn Aktiv effekt utvecklas däremot i resistorn 29

30 Resistansens frekvensberoende 30

31 Spolens frekvensberoende 3

32 Kondensatorns frekvensberoende 32

33 RL-kretsens frekvensberoende 33

34 Strömmens frekvensberoende 34

35 Hur R påverkar serieresonanskretsen Hur L/ påverkar serieresonanskretsen 35