Střídavý proud v energetice – řešené úlohy

Pro elektromagnetickou indukci je klíčové, aby docházelo ke změně magnetického pole, které cívka “cítí”.
Správně a), c), d).

Bude se indukovat střídavé napětí. Časový průběh napětí i časový průběh indukčního toku jdou popsat funkcí sinus, ale tyto dvě funkce budou mít odlišný fázový posun – sinusovky tedy budou fázově posunuté, konkrétně o 90°.

Správně a), b). Elektronika a integrované obvody zpravidla využívají stejnosměrný proud o napětí do 5 V.

Správně a), b), d). Tedy na principu elmag. indukce pracuje v zásadě vše kromě solárních elektráren.

Správně b) 50 Hz.

Správně c), d). Frekvence střídavého napětí je 50 Hz, tedy 50 celých otoček za 1 s.

Správně b) asi o 7 ms. Posun je o třetinu periody, přičemž perioda otočky je 20 ms.

Správně a), d), e).

Správně c).

Správně a). Pro přenos se transformuje na vysoké napětí.

Správně a), d). Nevýhodou je právě to, že vyšší napětí je nebezpečné a je třeba s ním řádně zacházet.

Správně b) střídavé.

Správně b) 5 V stejnosměrné. Elektronika a integoravané obvody zpravidla pracují se stejnosměrným napětím nízké napěťové úrovně.

Správně b) proměnné magnetické pole. Vychází ze zákona elektromagnetické indukce.

Správně c) menší než 100 W. Vždy dochází v transformátoru k určitým (malým) ztrátám, např. v důsledku vzniku vyřivých proudů v jádru. Cílem je, aby ztráty byly co nejmenší a účinnost se blížila 100%.

Správně d) 0,5 A. Předpokládáme ideální transformátor beze ztrát. Primární vinutí má 4x více závitů a bude na něm tedy 4x větší napětí, ale součin UI má být na obou stranách stejný, tedy primárním vinutím naopak poteče 4x menší proud než sekundárním, tedy 2A/4 = 0,5 A.

Správně c) 500 závitů. Napětí na sekundárním vinutí má být 2,5 x větší (protože 30 V / 12 V = 2,5), tedy budeme na sekundáru potřebovat 2,5x více závitů, tedy 200 x 2,5 = 500 závitů.

Správně a) primární má více závitů. Svářečka kovovou konstrukcí pouští velké proudy, ovšem při malém napětí (pokud má obvod malý odpor, i malé napětí dokáže vyvolat velké proudy). Sekundární vinutí má tedy malý počer závitů.

Správně b) 230 V.

Správně c) 50 Hz.

Správně b) tousty upeče rychleji DC toustovač. V případě střídavého proud je U maximální napětí. Efektivní napětí je menší a AC toustovač by tak měl menší výkon a tousty pekl pomaleji.

Správně b) tousty upeče rychleji DC toustovač. Amplituda AC napětí (tedy max. hodnota) je 130 V. Efektivní hodnota je √2 krát menší, tedy 130 V / √2 = 92 V. To je méně než 100 V.

Správně a), c) d).

Správně c).

100 V / √2 = 70,7 V.

Správně d) asi 100x. K průchodu nulou dochází každou půlperiodu a trvání půlperiody je 10 ms.

Opět se jedná o dobu půlperiody, tedy 10 ms.

Správně a), c). Rychlovarná konvice obvykle pracuje jen s jedno fázi, tedy je připojena k jednomu fázovému a neutrálnímu vodiči. Uvedené zapojení do trojúhelníku se využívá třeba u silných elektromotorů.

Maximální hodnota bude 110 V · √2 = 156 V. Předpis pro průběh tedy bude podle vzoru U_m×sin(2πft) = 156 V × sin(2π · 60 Hz · t).

Amplituda sdruženého napětí bude 110 V · √3 = 191 V. Vznikne sečtením dvou sinusovek, které jsou vůči sobě posunuté o třetinu periody, čili o 2π/3 = 120°. Fázový posun tohoto součtu bude proto vůči L1 posunut o 60°= π/3. Předpis pak je U(t) = 191 V × sin(2π · 60 Hz · t + π/3).

Správně d) otočí se o 90°.

Správně b), d).

Správně c).

Správně b), d).

Správně c).

Správně b), d), e).

Správně b), c).

Správně b) jednofázový elektromotor. V kuchyni je připojen jen k jednomu fázovému vodiči (a neutrálnímu vodiči).

Správně b) zapojení vpravo. Cívky jsou připojeny k vyššímu sdruženému napětí, takzvané zapojení do trojjúhelníku.

Správně c) asi 100x.

Správně b), c).

Správně a) jednofázový.

Správně c) 3 žíly. Fázový, neutrální a ochranný vodič.

Správně b) došlo k překročení nominálního proudu.

Správně c) fázový vodič.

Správně a), d).

Správně b) N.

Správně a), d).

Správně c) žlutozelenou (ochranný vodič).

Správně b), c) d)

Správně b) jistič.

Správně c) fázovým vodičem teče větší proud než neutrálním vodičem.

Správně a), možná i d).

Správně a). Zde se jedná o pomalé vypnutí, protože překročení nominálního proudu není dramatické.

Správně a) vypne obvod. Proud bude mít velikost I = 230/400 = 0,575 A, což bude bohatě stačit k vybavení proudového chrániče.

Správně c) méně než 50 ms. Rychlé elektrmagnetické vypnutí, jedná se o velmi velké překročení nominálního proudu.

Správně c) proudový chránič.

Správně c) indukčního vařiče. Jedná se o tepelný spotřebič s velkým výkonem.

Správně 17 kW. Jedná se o proud 75 A při napětí 230 V. P = UI = 230 * 75 = 17250 W.

“Pomalá” ochrana při menším nadproudu. Pásek se postupně zahřívá, čímž se ohýbá až obvod rozepne.

Jednak již zmíněná pomalý bimetalový mechanismus, ale zejména rychlý elektromagnetický mechanismus – velký proud cívkou -> silný elektromagnet ->přitáhne kotvu -> rozpojí obvod.

Nestejný střídavý proud vodičem L a N způsobí, že se magnetická pole nevyruší. Dostáváme tedy kolem vodiče střídavé magnetické pole, které v cívečce indukuje proud, což vede k aktivaci elektromagnetického relé, které rozepne obvod.