2016.09.26 studieveiledning i 2 timer web i elektroteknikk for 26.09.2016 tom kap.3 - r ELEKTROTEKNIKK TOM KAPITTEL 3 SVEN ÅGE ERIKSEN FAGSKOLEN TELEMARK
2016.09.26 studieveiledning i 2 timer web i elektroteknikk for 26.09.2016 tom kap.3 - r ELEKTROTEKNIKK TOM KAPITTEL 3 SVEN ÅGE ERIKSEN FAGSKOLEN TELEMARK age, elektro, ems, eriksen, fagskolen, målebru, ohm, parallellkobling, phytagoras, seriekobling, superposisjon, sven, telemark, theorem, wheatstone, resistans, volt, ampere
Similar to 2016.09.26 studieveiledning i 2 timer web i elektroteknikk for 26.09.2016 tom kap.3 - r ELEKTROTEKNIKK TOM KAPITTEL 3 SVEN ÅGE ERIKSEN FAGSKOLEN TELEMARK
Similar to 2016.09.26 studieveiledning i 2 timer web i elektroteknikk for 26.09.2016 tom kap.3 - r ELEKTROTEKNIKK TOM KAPITTEL 3 SVEN ÅGE ERIKSEN FAGSKOLEN TELEMARK (20)
2016.09.26 studieveiledning i 2 timer web i elektroteknikk for 26.09.2016 tom kap.3 - r ELEKTROTEKNIKK TOM KAPITTEL 3 SVEN ÅGE ERIKSEN FAGSKOLEN TELEMARK
1. Veiledning / tips til oppgaver kapittel 1 og 2
ELEKTROTEKNIKK
KAPITTEL 3
26.09.2016
2. Studieveiledning for WEB-
undervisning mandag 26/9-16
EKW 16-19 kl.16:00-17:45 WEB adresse: https://tfk.adobeconnect.com/ElkraftW16
BYAU 15-18 kl.16:00-17:45 WEB adresse: https://tfk.adobeconnect.com/ElkraftW16
AUW 16-19 kl.18:00-19:45 WEB adresse: https://tfk.adobeconnect.com/auwbaw16
BAW 16-19 kl.18:00-19:45 WEB adresse: https://tfk.adobeconnect.com/auwbaw16
Sven Åge Eriksen, sven.age.eriksen@t-fk.no, tlf 416 99 304, Fagskolen Telemark
3. Studieveiledning for WEB-
undervisning mandag 26/9-16.
.
EKW 16-19 kl.16:00-17:45
BYAU 15-18 kl.16:00-17:45
AUW 16-19 kl.18:00-19:45
BAW 16-19 kl.18:00-19:45
Emne 04, Elektroteknikk, Temaer:
Repetisjon fra samlingen fredag 2/9-16
Veiledning / tips til oppgaver kapittel 1 og 2
Kapittel 3, side 39 - 44: Teoremer for likestrømskretser:
Elektromotorisk spenning og indre resistans, serie- og parallellkoblinger av spenningskilder.
Superposisjon, Thevenins theorem og Nortons theorem
Sven Åge Eriksen, sven.age.eriksen@t-fk.no, tlf 416 99 304, Fagskolen Telemark
4. Viktig ved innleveringer:
Skriv navnet ditt i både filnavnet og også på selve
innleveringen
Skriv 2 streker under svaret
Husk enhet i svaret
Vise metode for utregning
Det er noen feil i fasiten, ikke stol 100% på den
Vær nøye med enheter, mener du kΩ så skriver du kΩ
(Ikke KΩ)
Ikke glem enheter, uten enhet er svaret meningsløst.
5. Repetisjon fra samlingen fredag 2/9-16
AC / DC:
AC: Alternating Current = Vekselstrøm
DC: Direct Current = Likestrøm
7. Motstand / resistans:
Vær obs på at dette ikke betyr det samme, vi
som fagfolk må bruke riktige navn:
.
Vi har flere typer motstand, der resistans er en av typene.
Vi har også impedans, reaktans induktiv og reaktans kapasitiv.
8. Phytagoras læresetning:
(gjelder for rettvinklet trekant) a2 + b2 = c2
Vi har flere typer motstand, der resistans er en av typene.
Vi har også impedans, reaktans induktiv og reaktans kapasitiv.
14. Løsningsforslag:
Resistans R1-2 og R3 er parallellkoblet. Dermed
må vi først finne R1-2 ved hjelp av formel for
resistans i serie, så kan vi benytte formelen for
resistans i parallell.
15. Repetisjon fra samlingen fredag 2/9-16
Resistivitet, 𝜌 (roh) , angis med enhet Ω mm²/m:
R = 𝜌 ∗
𝑙𝑒𝑛𝑔𝑑𝑒
𝑎𝑟𝑒𝑎𝑙
𝜌 = R ∗
𝑎𝑟𝑒𝑎𝑙
𝑙𝑒𝑛𝑔𝑑𝑒
Eksempel:
Resistivitet til kobber er 0,017 Ω mm²/m,
se tabell side 19 i elektroteknikkboka.
22. Veiledning / tips til oppgaver kapittel 1 og 2
Oppgave 1, kap 1:
Du har fått i oppgave å måle strømmen gjennom R3 og spenningen over R2 i kretsen til høyre. Tegn om
figuren og vis hvordan den skal kobles.
Eksempel på hvordan strøm og spenning kan måles:
23. Veiledning / tips til oppgaver kapittel 1 og 2
Oppgave 2, kap 1 :
PS: Kretsen er spenningssatt !
Måling av resistanser tilkoblet i en krets og kanskje også med spenning på, gir sjelden riktig verdi pga at
komponentene ofte er koblet i parallell. En måler aldri resistans på spenningssatt krets.
Oppgave 3, kap 1 :
Noen som trenger hjelp til denne oppgaven ?
Oppgave 4, kap 1 :
Noen som trenger hjelp til denne oppgaven ?
Oppgave 5, kap 1 :
Noen som trenger hjelp til denne oppgaven ?
Oppgave 6, kap 1 :
Formel står i boka og i denne presentasjonen.
Oppgave 7, kap 1 :
Tips: Snu på formelen, noen som trenger hjelp til det ?
24. Veiledning / tips til oppgaver kapittel 1 og 2
Oppgave 8, kap 1 :
Tips: Snu på formelen, noen som trenger hjelp til det ?
OBS: Fasiten i boka mangler enhet, det er feil, enhet SKAL være med. F.eks kan en ikke si at hastigheten
er f.eks 5. Det gir ingen mening. En må si f.eks 5 m/s.
Enheten for resistivitet er: Ω mm²/m
Oppgave 9, kap 1 :
Noen som trenger hjelp til denne oppgaven ?
Oppgave 10, kap 1 :
Noen som trenger hjelp til denne oppgaven ?
25. Veiledning / tips til oppgaver kapittel 1 og 2
Oppgave 1, kap 2:
a) Dette er Kirchoffs 2.lov, KVL
b) Bruk Kirchoffs 2.lov, KVL
c) Bruk Kirchoffs 1.lov, KCL
d) Bruk Ohms lov.
Oppgave 2, kap 2:
Bruk Ohms lov, samt regelen for resistansen for seriekobling.
Oppgave 3, kap 2:
Bruk Ohms lov, samt regelen for resistansen for seriekobling.
OBS: Det står feil svar i fasiten på c) og d)
Oppgave 4 kap. 2:
Spenningsverdiene ved fullt utslag står i figuren og ikke i teksten, husk å ta den indre resistansen i
voltmeteret på 1 kΩ med i beregningen. På områdene 5V, 25V, 50V og 250V må du også huske på
seriekoblingen med R1.
Oppgave 5, Kap. 2:
Ohms lov og KVL (Kirchoffs 2.lov)
26. Veiledning / tips til oppgaver kapittel 1 og 2
Oppgave 6, kap 2:
Ohms lov og KCL (Kirchoffs 1.lov)
Oppgave 7, kap 2:
Tips: Hvis strømmen skal deles i 3 like store deler, må da resistansene være like store ?
Ohms lov og parallellkopling av resistanser. Jeg gikk igjennom formelen for parallell-kobling av like
resistanser på tavla på samlingen. Den står også i boka på side 32.
Oppgave 8, kap 2:
Ohms lov og KCL (Kirchoffs 1.lov)
Oppgave 9, kap 2:
Maksverdiene for hvert måleområde står i figuren og ikke i oppgaveteksten. Vi ser at shuntresistansen
og ampermeteret med den indre resistansen står i parallell, hva sier det deg ? Husk å ta strømmen som
går igjennom måleverket med i beregningen. Da må du bruke en av Kirchoffs lover for å regne ut
strømmen gjennom shuntresistansen, hvilken av Kirchoffs lover vil du bruke ? Deretter bruker du en av
våre mest kjente lover innen elektroteknikken, hvilken ?
27. Veiledning / tips til oppgaver kapittel 1 og 2
Oppgave 10, kap 2:
I både oppgave a) og b) er målebrua balansert, dvs at det ikke går noen strøm gjennom
galvanometerkretsen, da blir formelen enkel. Alle resistansene må være like eller forholdet mellom 2 og
2 overfor hverandre må være like, slik at spenningen ved D og B er like.
Ved balansert målebru er R2/R1 lik Rx/R3,
da vil spenningen ved D og B være like.
Det sto feil formel i vedlegget i FRONTER, men
jeg rettet det 23/9.
Målebru fungerer som en vekt:
28. Veiledning / tips til oppgaver kapittel 1 og 2
Oppgave: Kan dere gi eksempler på hva en Wheatstone målebro kan brukes til ?
Ved balansert Wheatstone
målebru er R2/R1 lik Rx/R3, da vil
spenningen ved D og B være like.
29. Veiledning / tips til oppgaver kapittel 1 og 2
Oppgave 10, kap 2:
I både oppgave a) og b) er målebrua balansert, dvs at det ikke går noen strøm gjennom
galvanometerkretsen, da blir formelen enkel. Alle resistansene må være like eller forholdet mellom 2 og
2 overfor hverandre må være like, slik at spenningen ved D og B er like.
Når resistansen Rx endrer verdi, er ikke brua i
balanse, da blir spenningen forskjellig ved B og
D, det brukes til måling.
Oppgave: Kan dere gi eksempler på hva en målebro kan
brukes til ?
Svar: Måle f.eks temperatur, vekt (med strekklapp) eller
andre målinger som må være nøyaktige.
Wheatstone-broen blir også brukt til å måle impedanser og reaktanser. Da brukes en vekselspenning som
forsyning og en indikator for vekselstrøm eller -spenning i stedet for et galvanometer. Frekvensen kan varieres
og balansering og beregninger blir noe mer kompliserte.
43. Elektromotorisk spenning og indre resistans
Spenningen som vi måler på en ubelastet spenningskilde, kaller vi for
elektromotorisk spenning (ems)
Generelt er ems definert som det elektriske potensialet i en spenningskilde
i en elektrisk krets.
44. Elektromotorisk spenning og indre resistans
Spenningen som vi måler på en ubelastet spenningskilde, kaller vi for
elektromotorisk spenning (ems)
Generelt er ems definert som det elektriske potensialet i en spenningskilde
i en elektrisk krets.
Den elektromotoriske spenningen E
for et element (batteri) er lik
summen av klemmespenningen Uk
og den indre delspenningen Ui.
Formel:
E = Uk + Ui Vi kan tenke oss at E og Ui er inne i batteriet og Uk på
polene. Ri er den indre resistansen i batteriet som forårsaker
spenningsfallet Ui.
45. Elektromotorisk spenning og indre resistans
Spenningen som vi måler på en ubelastet spenningskilde, kaller vi for
elektromotorisk spenning (ems)
Generelt er ems definert som det elektriske potensialet i en spenningskilde
i en elektrisk krets.
Den elektromotoriske spenningen E
for et element (batteri) er lik
summen av klemmespenningen Uk
og den indre delspenningen Ui.
Formel:
E = Uk + Ui Vi kan tenke oss at E og Ui er inne i batteriet og Uk på
polene. Ri er den indre resistansen i batteriet som forårsaker
spenningsfallet Ui.
46. Elektromotorisk spenning og indre resistans
Vi ønsker at den
indre
resistansen Ri
skal være minst
mulig:
Hvorfor ?
47. Elektromotorisk spenning og indre resistans
Kirchoffs 2.lov (KVL) og Ohms lov gjelder for kretsen:
E - Ri*I – Ry*I = 0
E = Ri*I + Ry*I
Ri = indre resistans og Ry = ytre resistans i kretsen
48. Elektromotorisk spenning og indre resistans
I en sluttet krets med 3 resistanser får vi:
Kirchoffs 2.lov (KVL):
E = Ui + U1 + U2 +U3
Ohms lov:
I = E / R
der R = Ri + R1 + R2 + R3
Figur nr 48, side 41 i boka
49. Elektromotorisk spenning og indre resistans
Seriekoblinger av spenningskilder:
Den elektromotoriske spenningen E til et batteri
med flere seriekoblede celler er lik summen av de
elektromotoriske spenningene i cellene.
Spenningen blir større, men ikke strømmen !
Total EMS: E = E1 + E2 + E3 +E4 + osv
Total indre motstand: Ri = Ri1 +Ri2 + Ri3 + Ri4 +
osv
50. Elektromotorisk spenning og indre resistans
Seriekoblinger av spenningskilder:
OPPGAVE:
6 stk celler med hver på spenning på 2,2V
seriekobles.
Hva blir spenningen ?
Hvor finner vi spenningskilder med slik spenning?
51. Elektromotorisk spenning og indre resistans
Seriekoblinger av spenningskilder:
OPPGAVE:
6 stk celler med hver på spenning på 2,2V
seriekobles.
Hva blir spenningen ? 6*2,2V = 13,2V
Hvor finner vi slike batterier ? I bilen, 12V
Ideel ladespenning er 13,8 – 14,4 V
52. Elektromotorisk spenning og indre resistans
Parallellkoblinger av spenningskilder:
Forutsetning: Alle spenningskildene må være like.
Den elektromotoriske spenningen E til et batteri med
flere parallellkoblede celler er lik den elektromotoriske
spenningen til en av cellene.
Strømmen blir større, men ikke spenningen:
Total EMS: E = E1 = E2
Total indre motstand i parallellkoblingen:
Ri total = Ri hver enkelt celle / antall celler, Ri = (Ri c) / n
53. Elektromotorisk spenning og indre resistans
Kortslutning :
Ui, dvs spenningsfallet over den indre resistansen inne i
batteriet, kan aldri bli større en E (EMS)
Den største strømmen fra en spenningskilde får vi ved
kortslutning, når Ry=0:
E=I*Ri + I *Ry, Ry=0 gir: I kort = E / Ri
54. Elektromotorisk spenning og indre resistans
Oppgave 1 i kapittel 3, side 45 i elektroteknikkboka:
Et batteri er koblet sammen av 4 seriekoblede tørrelementer som hver har
elektromotorisk spenning
E = 1,5 V og Ri = 0,3 Ω
a) Hvor stor EMS har batteriet ?
b) Hvor stor er den indre resistansen til batteriet ?
c) Vi belaster batteriet med en utvendig last og strømmen i kretsen blir 20mA. Hvor stor blir
klemmespenningen ?
d) Hvor stor ytre resistans har vi koblet mellom klemmene ?
e) Ved en feil blir klemmene kortsluttet. Hvor stor blir kortslutningsstrømmen ?
55. Elektromotorisk spenning og indre resistans
Oppgave 1 i kapittel 3: Løsningsforslag: 4 seriekoblede tørrelementer
a) Hvor stor EMS har batteriet ?
Formel: E = E1 + E2 + E3 + E4 Svar: E = 1,5V * 4 = 6V
b) Hvor stor er den indre resistansen til batteriet ?
Formel: Ri = Ri1 + Ri2 + Ri3 + Ri4 Svar: Ri total = 0,3 * 4 = 1,2 Ω
c) Vi belaster batteriet med en utvendig last og strømmen i kretsen blir 20mA. Hvor stor blir
klemmespenningen ?
Formel: Uk = I * Ry = E – I * Ri Svar: Uk = 6V – 20mA * 1,2 Ω = 5,976V
d) Hvor stor ytre resistans har vi koblet mellom klemmene ?
Formel: Uk = I * Ry Ry = Uk / I = 5,976V / 20mA = 298,8 Ω
e) Ved en feil blir klemmene kortsluttet. Hvor stor blir kortslutningsstrømmen ?
Formel: Ikort = E/Ri = 6V / 1,2 Ω = 5A
56. Elektromotorisk spenning og indre resistans
Oppgave 2 i kapittel 3, side 45 i elektroteknikkboka:
Et startbatteri for anleggsmaskiner består av 3 parallellkoblede
akkumulatorer, hver med E = 12 V og Ri = 0,03 Ω
Hvorfor er akkumulatorene parallellkoblet og ikke seriekoblet ? Spiller det noen rolle ?
a) Hvor stor EMS har startbatteriet ?
b) Hvor stor er den indre resistansen til startbatteriet ?
c) Startmotoren til anleggsmaskinen trekker 300A fra startbatteriet. Hvor stor blir
klemmespenningen til startbatteriet ?
d) Ved en feil blir startbatteriet kortsluttet. Hvor stor blir kortslutningsstrømmen ?
57. Elektromotorisk spenning og indre resistans
Oppgave 2 i kapittel 3: Løsningsforslag: 3 parallellkoblede akkumulatorer
Hvorfor er akkumulatorene parallellkoblet og ikke seriekoblet ? Da får en ut mer strøm, det
trengs til startmotorer. Ja, derfor er disse parallellkoblet.
a) Hvor stor EMS har startbatteriet ?
Formel: E = E1 = E2 = E3 Svar: E = 12V
b) Hvor stor er den indre resistansen til startbatteriet ?
Formel: Ri = Ric / n n=3 Svar: Ri total = 0,03Ω */ 3 = 0,01Ω
c) Startmotoren til anleggsmaskinen trekker 300A fra startbatteriet. Hvor stor blir
klemmespenningen til startbatteriet ?
Formel: Uk = I * Ry = E – I * Ri Svar: Uk = 12V – 300A * 0,01 Ω = 9V
d) Ved en feil blir startbatteriet kortsluttet. Hvor stor blir kortslutningsstrømmen ?
Formel: Ikort = E/Ri = 12V / 0,01 Ω = 1200A
58. Elektromotorisk spenning og indre resistans
Oppgave 3 i kapittel 3, side 45 i elektroteknikkboka:
Et bilbatteri har 6 seriekoblede celler, hver med E = 2 V og Ri = 0,005 Ω.
Når vi kobler inn startmotoren, går det 200A fra batteriet.
a) Hvor stor EMS har bilbatteriet ?
b) Hvor stor er den indre resistansen til bilbatteriet ?
c) Hvor stor blir klemmespenningen til bilbatteriet når startmotoren settes i gang ?
d) Hvor stor er resistansen til startmotoren i startøyeblikket ?
e) Hvor stor blir kortslutningsstrømmen til dette bilbatteriet ?
59. Elektromotorisk spenning og indre resistans
Oppgave 3 i kapittel 3: Løsningsforslag: 6 seriekoblede celler.
E = 2 V, Ri = 0,005 Ω og I = 200A
a) Hvor stor EMS har bilbatteriet ?
Formel: E = E1 + E2 + E3 + E4 + E5 + E6 Svar: E = 12V
b) Hvor stor er den indre resistansen til startbatteriet ?
Formel: Rit = Ri1 + Ri2 + Ri3 + Ri4 + Ri5 + Ri6 Svar: Ri total = 0,005 Ω * 6 = 0,03 Ω
c) Hvor stor blir klemmespenningen til bilbatteriet når startmotoren settes i gang?
Formel: Uk = I * Ry = E – I * Ri Svar: Uk = 12V – 200A * 0,03 Ω = 6V
d) Hvor stor er resistansen til startmotoren i startøyeblikket ?
Formel: Uk = I * Ry Ry = Uk / I Svar: Ry = 6V / 200A = 0,03 Ω
e) Hvor stor blir kortslutningsstrømmen til dette bilbatteriet ?
. Formel: Ikort = E/Ri = 12V / 0,03 Ω = 400A
60. Elektromotorisk spenning og indre resistans
Spenningen som vi måler på en ubelastet spenningskilde, kaller vi for
elektromotorisk spenning (ems)
Generelt er ems definert som det elektriske potensialet i en spenningskilde
i en elektrisk krets.
61. Superposisjonteoremet
Fra elektroteknikkboka side 43:
I alle nettverk av lineære resistanser der det er mer enn en
spenningskilde med elektromotorisk spenning (ems), er
resultantstrømmen som flyter i hver grein, lik den
algebraiske summen av den strømmen som ville flyte i
greina hvis hver enkelt spenningskilde ble betraktet separat,
samtidig som alle andre spenningskilder ble byttet ut med
resistanser med en verdi lik den indre resistansen i
spenningskilden.
63. Superposisjonsteoremet
Hva betyr det egentlig i praksis, det som stod på forrige side ?
Jo, at en kan gjøre beregninger i kretsen på en spenningskilde av
gangen, når det er flere spenningskilder i kretsen.
Boka glemmer å nevne noe viktig, hvis kretsen også inneholder
strømkilder, skal disse brytes og legges inn en og en for å beregne
bidragene fra hver strømkilde enkeltvis.
Forklaringen på Wikipedia har med dette på neste side.
64. Superposisjonsteoremet (fra Wikipedia)
Innenfor Elektroteknikk kan superposisjonsprinsippet
brukes til å finne verdiene i en elektrisk krets med to eller
flere elektriske kilder. Dette gjøres ved at man kun ser på
hvordan én og én kilde alene innvirker på kretsen mens
alle andre kilder legges døde.
Når en kilde skal legges død blir:
•alle strømkilder erstattet med et åpent brudd.
•alle spenningskilder erstattet med en kortslutning.
Etter at innvirkningen fra alle kildene i kretsen er funnet,
legges verdiene sammen og man vil ende opp med det
totale bildet
69. Superposisjonteoremet
Fra elektroteknikkboka side 43:
I alle nettverk av lineære resistanser der det er mer enn en
spenningskilde med elektromotorisk spenning (ems), er
resultantstrømmen som flyter i hver grein, lik den
algebraiske summen av den strømmen som ville flyte i
greina hvis hver enkelt spenningskilde ble betraktet separat,
samtidig som alle andre spenningskilder ble byttet ut med
resistanser med en verdi lik den indre resistansen i
spenningskilden.
70.
71.
72.
73. Thevenin's Theorem:
Thevenin's teorem er en måte å redusere en krets til en tilsvarende krets
bestående av en enkelt spenningskilde, seriemotstand, og last.
Fremgangsmåte for Thevenin's Theorem:
•Finn Thevenin source spenningen ved å fjerne RL fra den opprinnelige krets
og beregn spenningen over den åpene forbindelsen der RL oprinnelig var.
•Finn Thevenin motstanden ved å fjerne alle strømkilder i den opprinnelige
kretsen (spenningskilder kortslutter og strømkilder åpen) og beregne total
motstand mellom den åpne tilkoblingen poeng.
•Tegn Thevenin-ekvivalent-kretsen, med Thevenin spenningskilde i serie
med Thevenin motstand. Lasten motstanden re-settes mellom de to åpne
poeng av tilsvarende krets.
•Analysere spenning og strøm for lasten motstanden følger reglene for
serien kretser.