Download
1 / 14
140 likes | 216 Views
17BBTEL. Cvičení 2. Energie kapacitoru. Vypočítejte kapacitu kapacitoru, který akumuluje energii 400 J při napětí 10 V. Vypočítejte objem tohoto kapacitoru, je-li hustota energie 0.25 J·cm -3 (běžný elektrolytický kondenzátor). … tedy např. válec a průměru 10 cm, a výšce 20.37 cm.
E N D
17BBTEL Cvičení 2
Energie kapacitoru • Vypočítejte kapacitu kapacitoru, který akumuluje energii 400 J při napětí 10 V.
Vypočítejte objem tohoto kapacitoru, je-li hustota energie 0.25 J·cm-3 (běžný elektrolytický kondenzátor)
… tedy např. válec a průměru 10 cm, a výšce 20.37 cm. • Jak dlouho by trvalo jeho nabíjení konstantním proudem 5 A? • Jaký zdroj bychom v tomto případě museli použít? • Bylo by možné použít takový kapacitor pro kontrukci defibrilátoru?
Problémy v simulaci: • Aby proběhla analýza, je potřeba vložit „falešný“ rezistor s velkým odporem paralelně ke kapacitoru, aby se uzavřela stejnosměrná smyčka • Nebo nastavit MicroCap tak, aby to udělal sám za nás • V transientní analýze nesmí být zatržen výpočet pracovního bodu
Vypočítejte napětí na kapacitoru s kapacitou 45 mF, akumuluje-li rovněž energii 400 J. • Vypočítejte objem běžného vysokonapěťového kapacitoru s hustotou energie 0.02 J·cm-3, a specielního kapacitoru pro defibrilátory s hustotou energie 1.06 J·cm-3.
… Tedy např. kvádr o rozměrech 20 × 20 × 50 cm. … odpovídající kapacitor firmy General Atomics má rozměry 4.9 × 7.5 × 14.7 cm (max. energie cca 476 J, resp. napětí 4.6 kV)
Teplo, výkon na rezistoru • Pro snížení napětí v obvodu chceme použít dělič napětí podle obrázku. • Vypočítejte v Matlabu proud, který teče obvodem. • Vypočítejte v Matlabu napětí na rezistoru R2. • Vypočítejte výkon na obou rezistorech a výkon dodaný ze zdroje. • Svůj výpočet ověřte simulací v Microcapu. • Vyberte z katalogu vhodné rezistory pro realizaci (http://www.gme.cz) • Popište nevýhody tohoto způsobu snížení napětí v obvodu
Simulujte v MicroCapu obvod podle obrázku, který obsahuje 2 zdroje napětí. Jaké jsou výkony, dodané oběma zdroji do obvodu? • Vysvětlete velikost obou výkonů
Výkon střídavého proudu • Efektivní hodnota (RMS – Root Mean Square) • Fyzikální význam – velikost stejnosměrného proudu se stejnými tepelnými účinky, jako má proud střídavý • Výpočet (jen pro informaci): Teplo za dobu T (za periodu) Odtud • Důležité hodnoty: sin obdélník –Im … Im obdélník 0 … Im (střída 1:1) obdélník 0 … Im (střída 1:n) trojúhelník, pila Závislá na časovém průběhu
Dělič podle obrázku budeme tentokrát napájet ze zdroje napětí se sinusovým průběhem • Vypočítejte v Matlabu výkony všech prvků v obvodu a porovnejte se simulací v MicroCapu (výpočet a zobrazení efektivní hodnoty je třeba povolit ve vlastnostech obvodu – dialog vyvoláte poklepáním myši na kreslící plochu) • !!! Pozor – efektivní hodnotu proudu zobrazíte volbou Options / View / RMS, ale výkony musí být Options / View / Average !!! • Dejte pozor na správnou volbu času u transientní analýzy!!!
Rezistor R2 nyní nahradíme kapacitorem s kapacitou 20 mF. • Zobrazte v samostatných grafech výkon na rezistoru PD(R1), a energii akumulovanou v kapacitoru PS(C1) • Zobrazte efektivní hodnoty napětí zdroje a proudu tekoucího obvodem; vypočítejte celkový výkon, dodaný ze zdroje do obvodu S = U·I • Zobrazte střední hodnotu výkonu na rezistoru a kapacitoru; na rozdíl od odporového obvodu jejich součet není roven výkonu, dodanému ze zdroje – proč?
Nyní se vrátíme zpět k odporovému obvodu, a za zdroj zapojíme diodu 1N4936. Napětí zdroje změňte na 25 V. • Zobrazte časové průběhy napětí v uzlech 1 a 3. • Zobrazte efektivní hodnoty napětí v uzlech. • Zobrazte střední hodnoty výkonů – jak ovlivnil časový průběh proudu výkon na rezistorech?
