preda vanje

5/27/2018 Preda VanJe

1/19

NAIZMENINA STRUJA

koristiti kao dopunu udbenika


2/19

Da bude jasno na samom poetku : Tesla nije izmislio struju

jer je ona bila poznata ljudima pre nogo to je Tesla uao u svetnauke. Njegov doprinos je uvoenje polifaznog sistema strujemi u naim ku!ama koristimo trofaznu".

#ostoji mnogo tekstova o Tesli. #reporuujemjedan od nji$.Tu je i prezenta%ija &uzeja Nikola Tesla.

Tomas 'dison je bio poznata linost u (meri%i) ali je njegov elektroenergetski sistemzasnovan na jednosmernoj struji izgubio bitku protiv sistema naizmenine struje koju

je osmislio jedan potpuni anonimus doljak u (meriku i napoetku fiziki radnik" *Nikola Tesla. +azlog je jednostavan: za napajanje jednosmernom strujom jednog

kvarta u gradu bila je potrebna jedna termo"elektrana zbog veliki$ padova naponaumre,i. -istemom naizmenine struje mogao bi da se napaja itav grad od samo jedneelektrane koja je bila prilino udaljena od potroaa. Dakle) ovde vidimo ve! dve

prednosti naizmenine struje.

z iskustva znamo da adapter punja"za mobilni telefon vri pretvaranjenaizmenine struje u jednosmernukoja puni baterije. /ao to vidimo

ovakvo pretvaranje nije skupo) aobrnuto pro%es jeste i za to se koristeinvertori prisutni su kod sistema zakori!enje energije -un%a". #olaze!iod primera sa adapterom mo,emoizvesti jo jedan va,an zakljuak :nije ba uvek naizmenina struja u

prednosti kada se poredi sajednosmernom 0

Na kraju uvodnog dela nije loe znati da jednosmerna struja protie kroz %eluzapreminu provodnika dok naizmenina iskljuivo po njegovoj povrini zbog toga se

provodni%i za transport naizmenine struje prave iznutra uplji) to posti,e utedu umaterijalu". 1apravo) frekven%ija naizmanine struje odreuje kolika je debljina sloja

provodnika koji nosi struju. 2vakva pojava ponaanja naizmenine struje poznataje kao skin efekat.3 kolima jednosmerne struje elektroni teku u jednom smeru) a u kolima naizmeninestruje elektroni menjaju smer kretanja u skladu sa frekven%ijom izvora '&-.
http://www.fizika.info/pojmovi/jednosmerna_struja.pdfhttp://www.b92.net/tesla/zivot.phphttp://www.tesla-museum.org/meni_sl.htmhttp://www.fizika.info/pojmovi/potencijal_elektricnog_polja.pdfhttp://www.b92.net/tesla/zivot.phphttp://www.tesla-museum.org/meni_sl.htmhttp://www.fizika.info/pojmovi/potencijal_elektricnog_polja.pdfhttp://www.fizika.info/pojmovi/jednosmerna_struja.pdf


3/19

/ako se proizvodi naizmenina struja

4ez obzira da li se elektrina energija dobija u $idroelektranama) termoelektranama)nuklearnim elktranama ili energijom talasa vetra" postoje neke zajednikekarakteristike ureaja za proizvodnju i oni se nazivajugeneratori.#ogledajmo kako se dobija monofazna naizmenina stru!a:

3koliko se ,iani ram oblika kao na sli%i okre!e u $omogenom magnetnom poljudobijamo struju u kolu. Najjednostavnije objanjenje daje 5aradejev zakonelektromagnetne induk%ije. Na sli%i vidimo da su krajevi provodnika preko pokretni$prsteno"ana sli%i s#ip$rings" spojeni sa nepokretnim etki%amana sli%i brus&" i

preko takvog sistema struja putuje u kolo sa potroaem.#re nego to se upustimo u detalje) bilo bi dobro da prostudirate ovu anima%iju.1amislimo da pro%es ravnomerne rota%ije rama posmatramo sa strane. &alo
http://www.fizika.info/pojmovi/faradejev_zakon.pdfhttp://www.fizika.info/pojmovi/faradejev_zakon.pdfhttp://www.walter-fendt.de/ph14yu/generator_yu.htmhttp://www.fizika.info/pojmovi/faradejev_zakon.pdfhttp://www.fizika.info/pojmovi/faradejev_zakon.pdfhttp://www.walter-fendt.de/ph14yu/generator_yu.htm


4/19

upro!ena slika bi izgledala ovako :

vsin6 v

v%os6

4rzinu elektrona " u ramu koji rotira razlo,ili smo na dve komponente jerkomponenta "%os'ne doprinosi stvaranju '&-prisetimo se da 7oren%ova silavrirazdvajanje naelektrisanja) a ona je za ovu komponentu brzine elektrona 8". 1bog

toga jednaina za '&- bi!e : ( ) *+"sin'+ je du,ina !edne uzdune strani%e rama plava na pretposlednjoj sli%i". /adauzmemo u obzir da se '&- indukuje i u drugoj %rvenoj na pomenutoj sli%i")dobijamo :

( ) ,*+"sin'Ne znam da li ste zapazili da nisam pomenuo popreni deo rama %rveno9plavi deo napomenutoj sli%i". (ko primenite pravilo desne ake vide!ete da tu 7oren%ova sila nemo,e da obezbedi stvaranje '&- zbog prav%a svoga delovanja.(ko uzmemo u obzir da se ugao ' sin$ronomenja sa obrtanjem rama :

' ) -tgde je - kru,na frekven%ijaobrtanja rama.#oto je linijska" brzina "rama izra,ena preko kru,ne frekven%ije ugaone brzine" :

" ) r-gde je rrastojanje od ose rota%ije do napadne take vektora v) jednaina za '&- sadadobija oblik :

( ) ,*+r-sin-t ) *S-sin-tSje povrina rama./onaan oblik jednaine za '&- generatora je :

( ) (.sin-t(ko bismo imali rama simetrino rasporeena pod uglovima od ;


5/19

para. Naravno) ova sila kompenzuje i sile trenja.Da vidimo kako se u $idroelektranama dobija struja. #ostoje vrste ovakvi$elektrana : protone) akumula%ione i reverzibilne. +azmotrimo kako radiakumula%iona koji$ ima dve vrste" kao to je $idroelektrana 3va% na donjoj sli%i.


6/19

Na gornjoj sli%i vidimo da postoji jedan u#az intake" ispod brane dam") i nakonprolaska kroz ulaz voda ide kroz do"odni kana#branepensto%k" koji vodu dovodina turbinuturbine". -etimo se da kada voda ue u dovodni kanal visinski pritisakvode se smanjuje) a pove!ava se dinamiki pritisak u skladu sa 4ernulijevom

jednainom.

-amo jedno malo pojanjenje pre nego to nastavimo salek%ijom. Ata je elektromagnetB Na sli%i sa desne stranevidimo jedan prost elektromagnet. Dakle) raf se

ponaa kao pravi magnet sve dok kroz kalem prolazistruja. Araf bi mogao da postane stalni magnet pododreenim uslovima) ali to nije predmet ove lek%ije.

Da nastavimo gde smo stali.Coda pada na lopati%e turbine i

pokre!e je) a poto je turbinavezana za generator pokre!erotor generatora. +otorgeneratora ine seri!ski "ezanimagneti 0zapravo to sue#ektromagneti1) a stator suka#emi i%a dakle) u realnostirotor i stator su drugaiji uodnosu na primer koji je

pokazivao nastanak monofaznestruje".

'vo kako izgleda spoj turbine i generatora :
http://www.fizika.info/pojmovi/bernulijeva_jednacina.pdfhttp://www.fizika.info/pojmovi/bernulijeva_jednacina.pdfhttp://www.fizika.info/pojmovi/bernulijeva_jednacina.pdfhttp://www.fizika.info/pojmovi/bernulijeva_jednacina.pdf


7/19

Na sli%i mo,emo zapaziti i transformator transformer" koga !emo detaljnijeizuavati u jednoj od naredni$ lek%ija. 1a sada je dovoljno znati da on vritransforma%iju napona iz ni,eg u vii ili obratno. asno je emu slu,e da#eko"odipo2er #ines"./oliina dobije struje zavisi od zapreminskog protoka vode i razlike visinskog

pritiska.#ostoje i reverzibilne $idroelektrane kao to je ona u 4ajinoj 4ati. 3 ovakvimelektranama voda se iz donjeg rezervoara pumpa u gornji rezervoar kada je potronjastruje manja i time se obezbeuje popunjenost rezervoara u asovima veliki$optere!enja strujne mre,e.Da bi lek%ija bila bolje nauena) pogledajte odgovaraju!iEoutube kratki film.

'fektivne vrednosti

4ilo kakvi prorauni u kolima naizmenine struje su nemogu!i ukoliko se za takoneto koriste trenutne vrednosti '&-) struje i napona. +azlog za ovo je to se ovakveveliine stalno menjaju kada je re o nji$ovom intenzitetu. 1bog toga se uvodeefekti"ne "rednosti 0obratimo pa,nju da to nisu srednje vrednosti". #rimenjuju!imatematiku koja se ui u etvrtom razredu mo,e se lako pokazati da postoji vezaizmeu maksima#neamp#itudne" i efektivne vrednosti jaine struje) napona i '&-:

Ie= I0/ 21/2 ; Ue= U0/ 2

1/2; e= 0/ 21/2

Naprimer) napon u gradskoj mre,i od


8/19

3vodimo jedan novi pojam a to je fazor. #a,ljivo analizirajmo donju sliku :

#romena jaine i smera struje opisuje se sinusnom funk%ijom. 2vakva promena mo,ese opisati i jednim rotiraju!im vektorom * fazorom. Cidimo da fazori opisuju

amplitudne vrednosti napona i jaine struje. /akva je korist od ovoga vide!emo uslede!oj lek%iji.

+azmotri!emo prvo sluaj kada u kolu postoji!edinotermogeni otpor.

=rafik pokazuje da izmeu jaine struje i napona na termogenom potroau neposto!ibilo kakva razlika u fazi. +azlika postoji jedino u amplitudnim vrednostima

pomenuti$ veliina. (ko u kolu imamo samo ovaj otpor) 2mov zakon ima isti oblikkao i u kolu jednosmerne struje :

Ie) Ue5 R1apazimo talasastu liniju F" na desnoj sli%i : to je simbol za izvor naizmeninognapona naizmenine '&-". /ako izgleda ova situa%ija prikazana na fazorskom


9/19

dijagramu vide!emo na sli%i koja sledi :

38

ednaine kojima se opisuju trenutne vrednosti ove dve veliine izgledaju ovako :i ) I. sin-t

u ) U. sin-tTermogeni otpor zove se jo i akti"ni otpor. #ogledajte jednu dobru anima%ijukaoilustra%iju ovoga .#rvi od dva otpora koji postoje jedino u kolima naizmenine struje zove se

indukti"ni. 1namo da koefi%ijent samoinduk%ije zavisi) izmeu ostalog) od oblikaprovodnika. To znai da ukoliko pravolinijskom provodniku promenimo oblik ondase menja i njeova induktivnost. &oramo uvek imati na umu da potroai naje!eimaju i induktivni i termogeni otpor -T2C+'&'N2. &i !emo za poetakupoznavanja sa ovim otporom predpostaviti da je jedino induktivni prisutan u kolu.

#oznato je da signal audio ureaja oko,i%e stvara magnetno polje i da se naraun energije takvog polja indukuje'&- samoinduk%ije koja ometa signaltj. javlja se induktivni otpor proti%anjusignala. 2n opada sa smanjenjemfrekven%ije signala pa zbog togadolazi do izra,aja kod oni$ signalakoji ulaze u zvunike. /valitetnizvuni%i poseduju kvalitetne kablovekoji imaju takvu geometriju da se

ponitava magnetno polje okoprovodnika) a time i '&-samoinduk%ije.

8
http://www.walter-fendt.de/ph14yu/accircuit_yu.htmhttp://www.walter-fendt.de/ph14yu/accircuit_yu.htm


10/19

Dakle) struja u kolu nazmenine struje ne mo,e trenutno da poraste do maksimalnevrednosti ili da opadne do nulte. spada kao da postoji nekakav otpor koji trpi struja) ato sigurno ni!e termogeni0 +e je o '&- samoinuk%ije. Na raun koje energije seona javlja reeno je u primeru sa kablovima audio ureaja. C(GN2 ' 1N(T D(ND3/TCN 2T#2+ N' D2#+N2- 1(=+'C(N3 #2T+2A(H(. 1bog toga

spada u pasivne otpore.3 sluaju kada je u kolu prisutan samo induktivni otpor) 2mov zakon glasi :Ie) Ue5 6+

gde je 6+ induktivni otpor ija jedini%a je ista kao i jedini%a za termogeni :6+ ) -+

+* koefi%ijent samoinduk%ijestinu govore!i) induktivni otpor postoji i u kolu jednosmerne struje) ali samo kada seono ukljuuje I iskljuuje * veoma kratko.

Napominjem jo jednom da poslednja jednaina za 2mov zakon va,i samo u sluaju

postojanja induktivnog otpora u kolu. 3koliko potroa poseduje i termogeni) to serazmatra kao redna veza dva otpora a kako se reava takav problem * u narednojlek%iji".=rafiki prikaz jaine struje i napona u kolu koje poseduje samo induktivnu otpornost

:

/ao to mo,emo uoiti na desnoj sli%i struja kasni u odnosu na napon zbog

postojanja induktivnog otpora.i ) I. sin-t

u ) U. sin0-t 7 85,1(ko pogledamo fazorski dijagram vidimo da se on razlikuje u odnosu na onaj uud,beniku. 1ato B 5azori prikazuju trenutne vrednosti amplitudni$ veliine i onistalno rotiraju) stalno menjaju polo,aj. 2N2 AT2 ' 4TN2 '-T' 5(1N(+(17/( 1&'J3 5(12+() a ona je ista na oba dijagrama.#ogledajte opet anima%ijuali kliknite na dugme kalem na desnoj strani strani%e./ako se prave zvuni%i B

Drugi tip pasivnog otpora je kapa%iti"ni. 3 kolu jednosmerne struje kondenzatorpredstavlja prekid toka struje. #odsetimo se ovoga krozjednu anima%iju.
http://www.walter-fendt.de/ph14yu/accircuit_yu.htmhttp://www.youtube.com/watch?v=VN0tmyyC0akhttp://www.fizika.info/pojmovi/kondenzator.pdfhttp://www.magnet.fsu.edu/education/tutorials/java/capacitor/index.htmlhttp://www.walter-fendt.de/ph14yu/accircuit_yu.htmhttp://www.youtube.com/watch?v=VN0tmyyC0akhttp://www.fizika.info/pojmovi/kondenzator.pdfhttp://www.magnet.fsu.edu/education/tutorials/java/capacitor/index.html


11/19

3 kolu naizmenine struje to nije sluaj jer ona menja smer svog kretanja.+azmotri!emo kolo gde postoji jedino kondenzator i izvor naizmenine '&-. 9a bise usposta"io napon na potro/au : kondenzatoru3 n!ego"e ob#oge mora!u senapunitizapravo samo jedna obloga se puni elektronima) a druga ima manjak ovi$esti%a". (ko je na poetku kondenzator bio prazan struja je ta koja ga puni. 2davde

zakljuujemo da u ovakvom kolu stru!a mora da predn!ai u odnosu na napon*fazno je pomerena za K I


12/19

ednaine koje opisuju promene jaine struje i napona su :i ) I. sin0-t 7 85,1

u ) U. sin-t opet pogledajte opet anima%ijuali kliknite na dugme kondenzator na desnoj stranistrani%e.

Da se opet vratimo na kablove audio ureaja. 3 elektroni%i su poznati tzv. filteri kojiproputaju visoke ili niske uestanosti signala. To su kola sa kombina%ijom elemenata+) 7 i L. /abl je zpravo jedan kondenzator te ima kapa%itivni otpor) a i termogeni.Dakle) kabl elektrinog signala koji treba da postane zvuk u zvuni%ima je jedan +Lfilter propusnik niski$ uestanosti odnosno on priguuje neke vie uestanostisignala) a time utie na kvalitet zvuka. Ne preporuuje se da ovakvi kablovi bududugaki jer to su du,i to su priguenja ve!a.

3 zvuni%ima postoji 7L kolo * filter) takoda donji deo zvunika prima samo niskefrekven%ije signala iz pojaala i taj deozvunika emituje basove. -olenoidodreene induktivnosti je odgovoran za tajdeo posla. /ondenzator vri proputanjevisoki$ frekven%ija signala) pa gornji deozvunika emituje visoke tonove.
http://www.walter-fendt.de/ph14yu/accircuit_yu.htmhttp://www.walter-fendt.de/ph14yu/accircuit_yu.htm


13/19

2mov zakon za kolo naizmenine struje

Do sada je bilo rei o najprostijim strujnim kolima) a sada !emo se pozabavitislo,enijim kolom u kome istovremeno postoje i aktivni i pasivni otpori. Dakle) u

pitanju je R+;kolo. 5azori !e nam biti od velike pomo!i prilikom izvoenja

jednaine. (nalizirajmo sliku :


14/19

(ko ste razumeli pred$odnu lek%iju onda bi druga slika od tri prikazane trebala dabude jasna. (ko ona nije jasna onda morate da se vratite unazad i opet prouite tekst.(ko od vektora U.; oduzmemo vektor U.+ pa zatim takvu razliku saberemo savektorom U.Rdobijamo) kao to je prikazano na sli%i ) prema #itagorinoj teoremi:

U.) = U.R,7 0U.;$ U.+1 ,>


15/19

-naga naizmenine struje

#olaze!i od jednaine za snagu jednosmerne struje dobi!emo jednainu u netodrugaijem obliku koja va,i u +7L kolima naizmenine struje. Dakle) poimo od

jednaine :p ) ui ) U.I.sin-t sin0-t 7 1

/ao to vidite jaina struje i napon nisu u fazi to jeste naje!i sluaj. a sam napisaokao da jaina struje prednjai u odnosu na napon to nemora uvek da bude sluaj tozavisi od vrednosti 7 i L". 3 svakom sluaju) jednaina koju !emo dobiti va,i bezobzira da li jaina struje prednjai ili napon.2va jednaina opisuje trenutnu snagustruje u kolu i nije pogodna za bilo kakvaizraunavanja. 1bog toga treba da usrednimo ovu jednainu. /oristi!emomatematiku transforma%iju :

sinM sin O P%osM9" * %osMQ"R I 5 ,3zimaju!i u obzir da je kosinusna funk%ija parna :

p ) ui ) U.I.=%os : %os0,-t71> 5 ,-ada !emo da usrednimo jednainu za snagu i takvu srednju snagu zva!emo akti"nasnaga4 -rednja vrednost konstante %osS je opet ta vrednost konstante) dok je srednjavrednost %os


16/19

%os je faktor snage. 2n je jednak ; ukoliko u kolu postoji samo termogeni otpor.&eutim) u elektrinoj mre,i ve!ina potroaa je takva da postoje i pasivni otporipogotovo induktivni" tako da faktor snage nikada nije ;. Da bi snaga bila to boljeiskori!ena faktor snage treba da bude to ve!i.

Transformator

Na gornjoj sli%i mo,emo videti transformator u raunaru najkrupniji %rveni deo".Celiki broj ureaja koje koristimo poseduje ovu veoma korisnu napravu kao to su

adapteri punjai" za mobilne telefone.-vr$a transformatora je da pove!a ili snizi napon. ?n to moe ost"ariti !edino kodnaizmenine stru!e. /ako se to posti,e B Na sli%i koja se nalazi na slede!oj strani%ividimo da transformator ini transfomatorsko !ezgro transformer %ore" odgvo,a) jedan namotaj bakarne ,i%e sa leve strane koji se zove primarni namota!primarB 2inding" ili kra!e primar na koga se dovodi napon koji se treba sniziti ili

pove!ati) dok je sa desne strane drugi namotaj bakarne ,i%e * sekundarni namota!se%ondarB 2inding" ili kra!e sekundar sa koga se preuzima sni,eni ili pove!aninapon bez promene frek"en%i!e stru!e.

/ada kroz primar protie naizmenina struja u skladu sa njenom promenom indukujese promen#!i"imagnetni fluks magnetnog polja unutar primarnog namotaja. #rekojezgra transformatora o"ak"a promena prenosi se na sekundar u kome se na


17/19

osnovu 5aradejevog zakona indukuje '&- samoinduk%ije.

3 kakvoj su vezi brojevi namotaja ,i%a sa %elom ovom priom o radutransformatora B (ko na primaru postoji Npnamotaja kao na sli%i" onda se u njemukada je prikljuen na izvor struje u kolu indukuje '&- :

(p) $ Np CD 5 Ct

3 sekundaru !e do!i do induk%ije '&- samoinduk%ije jer gvozdeno jezgro prenosipromenu magnetnog fluksa:

(s) $ Ns CD 5 Ctgde je Nsbroj namotaja na sekundaru.1namo iz drugog razreda da je '&- srazmerna naponu. #rema tome:

( Ue=ubi%i prenosa magnetnog fluksa su zanemarljivi tako da izjednaavanjem ovi$

jednaina dobijamo :Uep5 Ues) Np5 Ns

1apazimo da se napon struje na sekundaru mo,e pove!ati pove!anjem broja navojaka,i%e u odnosu na primari obrnuto.Treba imati u vidu da se jednaina ovakvog oblika ne mo,e ba uvek primeniti tonije predmet ove lek%ije.(ko poslednju jednainu izrazimo preko aktivne snage i jaine struje na primaru isekundaru:

0pap5 Iep%os1 5 0pas5 Ies%os1 ) Np5 Ns-naga struje se od primara ka sekundaru prenosi bez veliki$ gubitaka tako da va,i :

pap F pas

Dobijamo kakav treba da bude odnos broja namotaja na primaru i sekundaru da bi sepove!ala ili smanjila jaina struje : Ies 5 Iep) Np5 Ns


18/19

nteresantno je da Teslin transformator nema jezgro. Hini ga takoe primar isekundar) a naponi dobijeni ovakvim transformatorom mere se milionima volti.#ostoji jedna dobra strani%ao ovome.#ogledajte anima%iju transformatora.

Transport struje

'lektrana proizvodi trofaznu struju napona koji se meri $iljadama volti. Takav napon

se prvo transformatorimatransmission substation" podi,e do vrednosti nekolikostotina kC i prenosi se "isokonaponskom stru!nom mreom &ig& "o#tagetransmission #ines" do blizu naseljeni$ mesta. 1ato se to ini B ednostavan

proraun pokazuje da su gubi%i prilikom takvog prenosa i do ;8 888 puta manji negoda se struja prenosi na niskom naponu. 4lizu gradova napon se etapno sni,ava do

potrebni$


19/19

/od potroaa u industriji kao i veliki$ ku!ni$potroaa poput poreta koriste se tri faze. Cerovatnoste primetili koliko je drugaiji utika za poret kojiima > klema rupe i < jezika". To omogu!ava

poretu da odjednom upotrebi vie monofazni$struja. 3 industriji) veza izmeu faza omogu!avadobijanje ve!i$ napona kao to je prikazano na sli%i.2vakvi naponi izmeu faza nazivaju se #ini!ski.

#ogledajte anima%iju trofaznog generatora.

2 nekim Teslinim patentima

?brtno magnetno po#!e u &uzeju Nikola Tesla predstavlja se kao rotiranjegvozdenog jajeta na disku. 3koliko ste s$vatili ovo to sam napisao) anima%ija!e bitisasvim dovoljna da razumete zbog ega ovo polje rotira.3 vezi sa obrtnim magnetnim poljem je prin%ip rada asin&ronog motora. 2vakvemotore danas koristimo u mnogim ku!nim ureajima .
http://www.k-wz.de/physik/threephasegenerator.htmlhttp://www.edumedia-sciences.com/a500_l2-rotating-magnetic-field.htmlhttp://www.k-wz.de/physik/threephasegenerator.htmlhttp://www.edumedia-sciences.com/a500_l2-rotating-magnetic-field.html

preda vanje

Documents