5.1.2 Realna tuljava

Iz e-ELEKTROTEHNIKA plus

Redakcija iz 09:36, 11. maj 2010 od Latac (Pogovor | prispevki)

(prim) ← Starejša redakcija | poglejte trenutno redakcijo (prim) | Novejša redakcija → (prim)

Poskus 5.1.1:

Na jedro zvončnega transformatorja (230 V /6 V) pritrdimo sondo termometra (slika 5.1.3). Primarno navitje transformatorja priključimo na omrežno napetost, sekundarno navitje pa prek ustreznega reostata obremenimo s tokom npr. 2 A in spremljamo temperaturo jedra.

Slika 5.1.3

Temperatura jedra relativno hitro naraste za več kot petnajst stopinj C.

Delovna energija v izmeničnem krogu z realno tuljavo pomeni izgubo električne energije (W).
Vzrok za segrevanje tuljav v izmeničnih električnih krogih je vsota delovnih energij zaradi ohmske upornosti navitja, vrtinčnih tokov in histereze v feromagnetnem jedru tuljave.

Realna tuljava brez feromagnetnega jedra

V realni tuljavi brez Fe jedra (npr. zračni tuljavi) imamo izgubo energije oziroma moči predvsem zaradi ohmske upornosti navitja. Te izgube sicer pri zelo visokih frekvencah nekoliko povečuje tudi kožni pojav^[1] v ovojih tuljave, manjša kapacitivnost med ovoji pa izvor napetosti zaposluje še z manjšim deležem jalove energije. Oba navedena vpliva sta za splošno prakso zanemarljiva, zato lahko za izgubno moč tuljave zapišemo:

Glede na znano odvisnost ohmske upornosti vodnika navitja velja:

Izgubna moč tuljave je premo sorazmerna s specifično upornostjo vodnika navitja ρ in dolžino vodnika l ter obratno sorazmerna s prerezom A vodnika navitja.

Isti tok realne tuljave premaguje induktivno in ohmsko upornost navitja. Po definiciji načina vezave elementov vemo, da sta v primeru skupnega toka elementa vezana zaporedno:

Realna tuljava je v bistvu zaporedna vezava ohmske in induktivne upornosti navitja (sl. 5.1.4 b).

Slika 5.1.4: Zračna tuljava (a), nadomestna vezava (b), kazalčni diagram (c) in trikotnik upornost zračne tuljave (d)

Slika 5.1.4: Zračna tuljava (a),nadomestna vezava (b) kazalčni diagram (c) in trikotnik upornost zračne tuljave (d)

Glede na namen tuljave je ohmska upornost navitja in izguba energije neželena lastnost tuljave.

Fazni kot, ki ga v izmeničnem krogu povzroča realna tuljava, je za kot δ manjši od 90 º.
Odstopanje faznega kota realne tuljave od 90 º je posledica izgub energije v tuljavi, zato imenujemo kot δ izgubni kot.

Razmerju ohmske in induktivne upornosti oziroma tangensu izgubnega kota pravimo izgubni faktor tuljave (d).

Čim manjši je izgubni faktor realne tuljave, tem bliže φ kotu 90 º, tem boljša je tuljava.
Obratno vrednost izgubnega faktorja tuljave imenujemo faktor kakovosti tuljave (Q).

Faktor kakovosti realne tuljave Q pove, kolikokrat je induktivna upornost realne tuljave večja od ohmske upornosti navitja tuljave.
Kakovost realne zračne tuljave je premo sorazmerna s frekvenco^[2] izmeničnega toka in induktivnostjo ter obratno sorazmerna z ohmsko upornostjo ovojev tuljave.

Primer:

1. Realna tuljava ima pri določeni induktivnosti in frekvenci induktivno upornost 100 Ω in ohmsko upornost navitja 10 Ω. Izračunaj impedanco, izgubni in fazni kot ter faktor kakovosti tuljave.

Rešitev

Realna tuljava s feromagnetnim jedrom

S fizikalnimi osnovami segrevanja Fe jedra zaradi magnetne histereze in vrtinčnih tokov smo se že seznanili^[3], zato si le informativno oglejmo vpliv omenjenih pojavov na izgubo moči v realni tuljavi.

Toplotne izgube nastajajo na ohmski upornosti. Ker je vzrok za segrevanje Fe jedra isti tok kot za segrevanja navitja, pomeni, da se v primeru tuljave z Fe jedrom toplotnim izgubam zaradi ohmske upornosti navitja, pridružijo še toplotne izgube zaradi histereze in vrtinčnih tokov.