Dodatki do wykładu
Franciszek Gołek (golek@ifd.uni.wroc.pl)
www.pe.ifd.uni.wroc.pl
O c ewka c h i kondensatora c h
Generalnie kondensator to coś na czym można gromadzić nie zneutralizowany ładunek elektryczny.
Może to być kawałek materiału, najlepiej metalu, gdzie można sprawić (naładować), że jest w nim nadwyżka elektronów albo protonów. Ale zwykły kawałek metalu ma małą pojemność bo
gromadzenie tam niewielkiej ilości ładunku oznacza pojawienie się dużej energii potencjalnej (odpychanie) do pokonania przy „dopychaniu” kolejnych porcji ładunku. Taki „kondensator jest mało praktyczny i nikt kawałek metalu nazywa kondensatorem. Kondensator to coś co może
„pochwalić się” pojemnością. Zatem produkowane kondensatory to układy dwu odizolowanych ale maksymalnie blisko siebie ulokowanych przewodzących okładek. Dzięki temu, że okładki są blisko siebie to można odseparować olbrzymie ilości ładunku, bo biorąc kolejny ładunek ujemny z już
naładowanej dodatnio okładki i przenieść go na okładkę ujemnie naładowana mamy niewielką różnię potencjałów (napięcie) do pokonanie! Pamiętamy, że stosunek ilości ładunku Q do wielkości napięcia U na kondensatorze jest nazywany (z definicji) jego pojemnością C.
Pojemność C = Q/U
Jest to magazyn energii potencjalnej, dającej się zamienić na energię kinetyczną
rozpędzonych elektronów gdy tylko pojawi się droga (jakiś przewodnik albo cewka albo inny nie naładowany kondensator) do przeładowania „napiętego” kondensatora.
Energia E = CU2/2
Generalnie cewka to coś, w czym mogą przepływać (pędzić) ładunki elektryczne.
Cewka jest
magazynem energii kinetycznej, aby taki magazyn zawierał energię szybko płynących elektronów przez pewien czas to musimy mieć możliwość ciągłego przepływu, zwykle cyrkulowania w obwodzie zamkniętym. Obserwator patrzący na poruszający się ładunek odczuje pole magnetyczne czyli coś co oddziaływa z innym poruszającym się ładunkiem (w takiej przestrzeni żyjemy!).
Oczywiście w wielu zwojach przewodnika jest więcej ładunku do poruszania (i można uzyskać więcej energii kinetycznej) niż w jednym zwoju.
Aby rozpędzić ładunki należy przyłożyć przez pewien czas napięcie (np..
wymuszenie w postaci nagromadzonych gdzieś elektronów). Ruch
rozpędzonych elektronów nazywamy prądem elektrycznym, którego natężenie I wyrażamy w amperach A, czyli ilości kulombów przepływających w ciągu 1 sekundy.
Zdolność do magazynowania energii kinetycznej możemy określać pośrednio poprzez indukcyjność L (dużo zwoi to duża indukcyjność): Aby zwiększyć prąd w cewce o 1 A w ciągu 1 sekundy należy przyłoży odpowiednie dla danej cewki napięcie U.
L = (napięcie przyspieszające ruch)/[(przyrost natężenia)/(przyrost czasu)]
Indukcyjność L = U/(dI/dt)
Energia E = LI
2/2
Aby zmienić potencjalną energię w kondensatorze
Łączymy, czyli zwieramy, okładki przewodnikiem (czymś co pozwala na przemieszczanie, ruch ładunku).
Oczywiście część tej energii zostanie wypromieniowana na ciepło w przewodzie i falę EM poza przewodem, a część powróci w postaci naładowania kondensatora przez nie całkiem spowolnione ładunki (przeładowanie w przeciwnym kierunku). Proces takiego przeładowywania będzie trwał do momentu wytracenia całego zapasu energii lub do przerwania obwodu.
Aby zmienić kinetyczną energię w cewce na potencjalną rozwieramy obwód. Impet poruszającego się (cyrkulującego) ładunku wykorzystany jest do naładowania
kondensatora. Aby to zrobić trzeba inteligentnie przerwać obwód. Zwykłe przerwanie, rozerwanie drutu, oznacza, że powstałe odseparowane końce przewodu stanowią
znikomą pojemność, na którą „wpada” rozpędzony ładunek i ładuję taki „kondensator” do katastrofalnie wysokiego napięcia! A to skutkuje wyładowaniem (mini-pojemności) i
jonizację powietrza oraz erozję mini-okładek mini-kondensatora.
Zgodnie z wyrażeniem na energię!:
Energia E = LI2/2 = CU2/2
Oto dlaczego przy przerwaniu obwodu z prądem występuje iskrzenie!
Urządzenia sterujące uzwojeniami muszą być zabezpieczane np. diodami.
Uwagi o falownikach,
tu obsługa uzwojeń silników jest krytyczna.Należy pamiętać, że uzwojenia silnika stanowią znaczną indukcyjność i przy
przerywaniu prądu tranzystorami, zwłaszcza obciążonego silnika (duże natężenia prądu) na zaciskach uzwojeń
powstają duże napięcia. Dlatego tranzystory
zabezpieczane są diodami jak na rysunku a).
Diody nie wystarczą jeżeli nie unika się sytuacji zbyt gwałtownego I źle kontrolowanego przełączania lub jednoczesnego otwarcia pary tranzystorowej (górnego i dolnego), jak na rysunku b)!
