Växelström i frekvensdomän [5.2]

Relevanta dokument
Växelström i frekvensdomän [5.2]

Komplexa tal. j 2 = 1

Komplexa tal. j 2 = 1

Spolen och Kondensatorn motverkar förändringar

Tentamen i Elektronik för E, ESS010, 12 april 2010

Tentamen i Elektronik för E, 8 januari 2010

IE1206 Inbyggd Elektronik

1 Grundläggande Ellära

Kretsteori Exempelsamling 2007

10. Kretsar med långsamt varierande ström

Tentamen i Elektronik, ESS010, del1 4,5hp den 19 oktober 2007 klockan 8:00 13:00 För de som är inskrivna hösten 2007, E07

Spolen och Kondensatorn motverkar förändringar

Växelström K O M P E N D I U M 2 ELEKTRO

Extra kursmaterial om. Elektriska Kretsar. Lasse Alfredsson. Linköpings universitet November 2015

IE1206 Inbyggd Elektronik

Svar och Lösningar. 1 Grundläggande Ellära. 1.1 Elektriska begrepp. 1.2 Kretslagar Svar: e) Slinga. f) Maska

2. DC (direct current, likström): Kretsar med tidskonstanta spänningar och strömmar.

Bestäm uttrycken för följande spänningar/strömmar i kretsen, i termer av ( ) in a) Utspänningen vut b) Den totala strömmen i ( ) c) Strömmen () 2

Sven-Bertil Kronkvist. Elteknik. Komplexa metoden j -metoden. Revma utbildning

10. Kretsar med långsamt varierande ström

10. Kretsar med långsamt varierande ström

10. Kretsar med långsamt varierande ström

Tentamen i Elektronik för F, 13 januari 2006

IF1330 Ellära KK1 LAB1 KK2 LAB2 KK4 LAB4. tentamen

AC-kretsar. Växelströmsteori. Lund University / Faculty / Department / Unit / Document / Date

Ellära och Elektronik Moment AC-nät Föreläsning 5

Fö 1 - TMEI01 Elkraftteknik Trefassystemet

Introduktion till modifierad nodanalys

IE1206 Inbyggd Elektronik

IF1330 Ellära KK1 LAB1 KK2 LAB2. tentamen

Föreläsning 3/12. Transienter. Hambley avsnitt

Fö 3 - TSFS11 Energitekniska system Trefassystemet

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 1 den 18 oktober, 2010, kl

Elektronik 2017 EITA35

Föreläsning 29/11. Transienter. Hambley avsnitt

Fö 1 - TMEI01 Elkraftteknik Trefassystemet

Växelspänning och effekt. S=P+jQ. Olof Samuelsson Industriell Elektroteknik och Automation

VÄXELSTRÖM SPÄNNINGSDELNING

Växelspänning och effekt. S=P+jQ. Ingmar Leisse Industriell Elektroteknik och Automation

Impedans och impedansmätning

LabVIEW - Experimental Fysik B

VÄXELSTRÖM SPÄNNINGSDELNING

Referens :: Komplexa tal version

Fö 2 - TMEI01 Elkraftteknik Trefas effektberäkningar


Tentamen i Elektronik, ESS010, del 1 den 21 oktober 2008 klockan 8:00 13:00

Hambley avsnitt

IF1330 Ellära KK1 LAB1 KK2 LAB2. tentamen

Föreläsning 4, Ht 2. Aktiva filter 1. Hambley avsnitt 14.10, 4.1

Tentamen Elektronik för F (ETE022)

Fö 3 - TSFS11 Energitekniska system Trefassystemet

Komplexa tal. j 2 = 1

Referens :: Komplexa tal version

Instruktioner för laboration 2, Elektromagnetism och elektriska nät 1TE025 Elektriska system 1TE014

3.4 RLC kretsen Impedans, Z

Tentamen i Elektronik, ESS010, den 15 december 2005 klockan 8:00 13:00

IDE-sektionen. Laboration 5 Växelströmsmätningar

Växelspänning och effekt. S=P+jQ. Industriell Elektroteknik och Automation

insignal H = V ut V in

Elektriska och elektroniska fordonskomponenter. Föreläsning 4 & 5

ETE115 Ellära och elektronik, tentamen april 2006

Sammanfattning av kursen ETIA01 Elektronik för D, Del 1 (föreläsning 1-6)

IF1330 Ellära KK1 LAB1 KK2 LAB2. tentamen

Elektroteknikens grunder Laboration 1

Tentamen ETE115 Ellära och elektronik för F och N,

Genom att kombinera ekvationer (1) och (3) fås ett samband mellan strömmens och spänningens amplitud (eller effektivvärden) C, (4)

isolerande skikt positiv laddning Q=CV negativ laddning -Q V V

Växelström och reaktans

Impedans och impedansmätning

Tentamen i Elektronik för F, 2 juni 2005

Sammanfattning av kursen ETIA01 Elektronik för D, Del 1 (föreläsning 1-10)

Tentamen IF1330 Ellära fredagen den 3 juni

Sammanfattning av likströmsläran

Tentamen i Elektronik för E (del 2), ESS010, 11 januari 2013

Lektion 1: Automation. 5MT001: Lektion 1 p. 1

Kap 3 - Tidskontinuerliga LTI-system. Användning av Laplacetransformen för att beskriva LTI-system: Samband poler - respons i tidsplanet

ELLÄRA Laboration 4. Växelströmslära. Seriekrets med resistor, spole och kondensator

FK Elektromagnetism, Fysikum, Stockholms universitet Tentamensskrivning (2:a omtentan), fredag 30 augusti 2013, kl 9:00-14:00

Ellära och Elektronik Moment AC-nät Föreläsning 4

Föreläsning 12. Tidsharmoniska fält, komplexa fält (Kap ) Plana vågor (Kap ) i Griffiths

Sammanfattning. ETIA01 Elektronik för D

Hambley avsnitt

Fö 2 - TMEI01 Elkraftteknik Trefas effektberäkningar

i(t) C i(t) = dq(t) dt = C dy(t) dt y(t) + (4)

Tentamen i Elektronik, ESS010, och Elektronik för D, ETI190 den 10 jan 2006 klockan 14:00 19:00

Tentamen ssy080 Transformer, Signaler och System, D3

IE1206 Inbyggd Elektronik

Institutionen för Fysik

Omtentamen i IE1206 Inbyggd elektronik fredagen den 8 januari

Viktigt! Glöm inte att skriva Tentamenskod på alla blad du lämnar in.

Elektriska drivsystem Föreläsning 2 - Transformatorer

Formelsamling i kretsteori, ellära och elektronik

Frekvensplanet och Bode-diagram. Frekvensanalys

Tentamen IF1330 Ellära fredagen den 3 juni

Laboration - Va xelstro mskretsar

MATEMATIK OCH MAT. STATISTIK 6H3000, 6L3000, 6H3011 TEN

Kapitel: 31 Växelström Beskrivning av växelström och växelspänning Phasor-diagram metoden Likriktning av växelström

TENTAMENSUPPGIFTER I ELEKTROTEKNIK

Ellära 2, Tema 3. Ville Jalkanen Tillämpad fysik och elektronik, UmU. 1

Tentamen i Elektronik - ETIA01

Transkript:

Föreläsning 7 Hambley avsnitt 5.-4 Tidsharmoniska (sinusformade) signaler är oerhört betydelsefulla inom de flesta typer av kommunikationssystem. adio, T, mobiltelefoner, kabel-t, bredband till datorer mm, utnyttjar sinusformade signaler. nformationen överförs genom att modulera amplitud, frekvens eller fas. Det gäller både digitala och analoga system. äxelström i tidsdomän [5.] För att beskriva den tidsharmoniska signalen = 0 cos(ωt φ) används 0 : φ : ω : T : amplitud fasvinkel (ibland kallad fas) vinkelfrekvens(ω = πf) perioid(t = /f) Exempel: Hushållsel För = 30 cos(00 π t 0.5) är 0 = 30 35, φ = 0.5 rad, ω = 00 π rad/s, f = 50 Hz, T = 0.0 s m 300 00 00-0.0-0.0 0.0 0.0 0.03 0.04 0.05-00 -00-300 T t äxelström i frekvensdomän [5.] Den metod som används för att analysera tidsharmoniska signaler i elektriska kretsar är jω-metoden. Den utnyttjar komplexa representationer av de tidsharmoniska spänningarna och strömmarna. Fördelen med metoden är att alla tidsderivator och tidsintegraler försvinner. Kretsar som hade lett till komplicerade differentialekvationer för de tidsberoende spänningarna och strömmarna ger algebraiska ekvationer för de komplexa spänningarna och strömmarna. Bakgrund till jω-metoden Eulers formel för komplexa tal säger att om A och α är reella tal så gäller Ae jα = A(cos α j sin α) A cosα = e{ae jα } Det innebär att en tidsharmonisk signal med spänning = 0 cos(ωt φ) och ström i(t) = 0 cos(ωt ψ) kan skrivas = e { 0 e j(ωtφ)} = e { 0 e jφ e jωt)} = e { e jωt} i(t) = e { 0 e j(ωtψ)} = e { 0 e jψ e jωt)} = e { e jωt} (0.)

där = 0 e jφ och = 0 e jψ. För en kondensator gäller i(t) = C d och därmed i(t) = C d = C d e { e jωt} } = Ce { dejωt = e { e jωt} För en induktans gäller = L di(t) och därmed = L di(t) = e { jωle jωt} För en resistans gäller fortfarande Ohms lag, dvs = i(t) = e { e jωt}, De komplexa talen och kallas för den komplexa spänningen och den komplexa strömmen. Sambanden mellan komplexa strömmar och spänningar för resistans, kapacitans och induktans är därmed = = jωl = för resistans för induktans L för kapacitans C (0.) mpedanser Sambandet mellan en komplex spänning och en komplex ström kan alltid skrivas som = Z där det komplexa talet Z kallas för impedans. mpedans ser alltså ut som en komplex resistans. mpedanserna för resistansen, induktansen och kapacitansen är, enligt ekvation (0.) resistor Z = jωl induktans kapacitans Strömmen skall som vanligt gå in vid och ut vid -, som i figuren nedan

3 Tidsdomän d jω Frekvensdomän i(t) - = i(t) - = i(t) L - = L di(t) - jωl = jωl i(t) - C C d = i(t) - = Kommentar: eglerna för seriekoppling och parallellkoppling av resistanser gäller även för impedanser. Två seriekopplade impedanser Z och Z ger impedansen Z Z. Två parallellkopplade impedanser ger impedansen Z = Z Z Z Z. På samma sätt kommer alla andra metoder som gäller för resistiva nät också att gälla för de komplexa spänningarna och strömmarna, t.ex., nodanalys, spänningsdelning, strömgrening och Theveninekvivalenter. jω-metoden [5.4] nför komplexa spänningar och strömmar enligt transformationsregeln i ekvation (0.) = 0 cos(ωt φ) = 0 e jφ Notera att absolutbeloppet = 0 är amplituden för sinussignalen och argumentet arg{ } = φ är fasvinkeln relativt cos ωt. äkna med de komplexa spänningarna och strömmarna på exakt samma sätt som för resistiva nät. stället för Ohms lag v = i används = Z. När man räknat färdigt och fått fram en komplex spänning eller ström kan motsvarande tidsuttryck bestämmas. Det görs genom att först skriva den komplexa spänningen (eller strömmen) på polär form, d.v.s. = e jarg{ }. Tidsuttrycket ges då av = cos(ωt arg{ }) (0.3)

4 Phasors [5.] Hambley, och en del andra böcker, inför begreppet phasor. En phasor motsvarar den komplexa strömmen eller spänningen. stället för att representera den tidsharmoniska signalen = cos(ωtφ) med det komplexa talet = e jφ använder Hambley phasor-representationen = φ. Det markerar på ett tydligt sätt att amplituden är och fasen relativt cosωt är φ. Phasors är inte ett vedertaget begrepp inom andra områden av fysiken där jω-metoden används. Av denna anledning används inte phasors i kursen. mpedans, admittans, resistans och reaktans [5.3] Sambandet mellan den komplexa spänningen och strömmen är som sagt = Z där Z = för resistansen, Z = jωl för induktansen och Z = / för kapacitansen. Sambandet = Z gäller även för flera kretskomponenter. Följande gäller för impedansen för en passiv tvåpol (dvs en tvåpol som saknar källor, eller där alla oberoende källor är nollställda): = Z Z = jx = impedansen = e{z} = resistansen X = m{z} = reaktansen - Z = Y Y = G jb = admittansen G = e{y } = konduktansen B = m{y } = susceptansen Begreppen impedans, resistans och reaktans är mycket vanliga och dessa skall alla kunna. Exempel: C krets med tidsharmonisk källa C-kretsen till höger drivs av spänningskällan med v in (t) = 0 cos(ωt). Bestäm spänningen som funktion av tiden. v in (t) C Lösning i använder jω-metoden för att bestämma strömmarna. Detta sker i tre steg

5 : Transformation till frekvensdomänen Spänningarna v in (t) och motsvaras i frekvensdomänen av in och där v in (t) = e{ in e jωt } = 0 cos(ωt) = e{ 0 e jωt } in = 0 = e{ e jωt } Kretsschemat i frekvensdomänen ges i figuren till höger. Observera att man anger impedansen för kapacitansen. in : Bestämning av den komplexa spänningen. Spänningsdelning i frekvensdomänen ger = 0 = 0 jωc Den komplexa spänningen skrivs på polär form för att kunna transformeras tillbaka till tidsdomänen (se häftet om komplexa tal) = 0 arctan(ωc) ej 3: Transformation tillbaka till tidsdomänen. Tidsdomänstorheterna erhålls enligt definitionen ovan. Detta ger = e{ e jωt } = e{ ej arctan(ωc) e jωt } = = 0 0 e{ej(ωtarctan(ωc)) } 0 cos(ωt arctan(ωc)) i kan snabba upp punkt 3 genom att utnyttja att en komplex spänning = e jφ ger den tidsberoende spänningen = cos(ωt φ). Absolutbeloppet av är = 0 och argumentet är φ = arctan(ωc). (ωc) Observera att det är viktigt att kunna transformera komplexa tal från rektangulär till polär form. Om du känner dig osäker bör du repetera det som står i häftet om komplexa tal.

6 maginärdelskonventionen (kursivt) När man transformerar mellan tids- och frekvensplanet genom att använda regeln i ekvation (0.3) använder man den så kallade realdelskonventionen. Om en given ström eller spänning har tidsberoendet sinωt är det lämpligt att ha sinωt som riktfas. Denna konvention kallas imaginärdelskonventionen och ges av = m{ e jωt } och i(t) = m{e jωt } där och är komplexvärderna till ögonblicksvärdena och i(t). Tidssignalen = 0 sin(ωt φ) transformeras på följande sätt: = m{ e jωt } = 0 sin(ωt φ) = m{ 0 e j(ωtφ) } = m{ 0 e jφ e jωt } = 0 e jφ eal- och imaginärdelskonventionen skiljer sig endast åt vid tranformationen mellan tids- och frekvensplanet. Kommentar: Hambley använder endast realdelskonventionen. Exempel Bestäm strömmen i (t) då i(t) = 0 sin(ωt φ). i(t) C i (t) Lösning i använder jω-metoden för att bestämma strömmen. Detta sker i tre steg : Transformation till frekvensdomänen (jω-domänen eller jω-planet). maginärdelskonventionen ger strömmarna i frekvensdomänen i(t) = m{e jωt } = 0 sin(ωt φ) = m{ 0 e j(ωtφ) } = m{ 0 e jφ e jωt } = 0 e jφ i (t) = m{ e jωt } Den ekvivalenta frekvensdomänkretsen ges i figuren till höger.

7 : Beräkning av strömmen i frekvensdomänen (komplexvärden). Strömgrening ger = = jωc = 0e jφ jωc i skriver komplexvärderna på polär form för att kunna transformera tillbaka till tidsdomänen = 0e jφ jωc = 0 e jφ e jarctan(ωc) = 0 ej(φarctan(ωc)) 3: Transformation tillbaka till tidsdomänen. Tidsdomänstorheterna erhålls m.h.a. m-konventionen enligt definitionen ovan. Detta ger i (t) = m{ e jωt } = m{ 0e j(φarctan(ωc)) e jωt } = 0 m{e j(ωtφarctan(ωc)) } = 0 sin(ωt φ arctan(ωc)) i kan snabba upp punkt och 3 genom att utnytta att en spänning = 0 sin(ωt φ) ger, med imaginärdelskonventionen, den komplexa spänningen = 0 e jφ och att den komplexa strömmen = e jα ger den tidsberoende strömmen i(t) = sin(ωt α).