Eksamite kohta näpunäited tudengile; õppejõududel lugemine keelatud!

Väljavõte

1 Eksamite kohta näpunäited tudengile; õppejõududel lugemine keelatud! Eksam pole mingi loterii keegi pole võitnud isegi raha, autost rääkimata. Ära õpi kõike järjest teadus on piiritu, õpikuid on tuhandeid, aga pea on üks! Mis ei mahu pähe, talleta paberitükkidele, käelabale või joonlauale. Ära unusta õppejõudusid viisakalt tervitamast see võib jäädagi eksami ainsaks meeldivaks hetkeks. Ära rutta piletit võtma. Kui sa midagi otsid, arvab õppejõud, et sa midagi ka tead. Ära alusta vastamist sõnadega On üldteada, et... Õppejõud võib mitte teada ning paluda sul täpsemaid selgitusi. Ära kunagi püüa meenutada seda, mida sa pole iial teadnud, muidu võid unustada sellegi, mida tead. Kasuta vastamisel ära kõik, mis peas on niimoodi vabastad ajumahtu järgmise eksami jaoks. Ära kahtle oma vastustes! Las parem õppejõud kahtleb oma küsimustes. Ära kasuta tuntud aforismi Ma tean seda, et ma midagi ei tea see on klassikute ja õppejõudude privileeg. Iga õppejõud soovib, et tudeng eksami läbiks, kuid mitte kõik ei tea, kuidas seda saavutada. Kui õppejõud küsib pärast vastamist Mida te võiksida siia veel lisada?, rääkige värske teemakohane anekdoot. Kui õppejõud ütleb Head aega vahetult pärast vastamist, tähendab see eksamil läbi kukkumist. Saades miinusmärgiga hinde, ära muretse teaduses on miinus sageli etem kui pluss.

2 MHK0120 SISSEJUHATUS MEHHATROONIKASSE Sügis 2019 Alalisvooluteemad Martin Jaanus NRG Õppetöö : Õppematerjalid :

3 Teemad Kasulikud ideed. Kasutamiseks elektrimaailmas, majanduses...

4 Pinge Pinge ehk elektriline pinge ( maailmas levinum tähis, vanem tähis U ) on füüsikas ja elektrotehnikas kasutatav füüsikaline suurus, mis iseloomustab kahe punkti vahelist elektrivälja tugevuse erinevust ning määrab ära kui palju tööd tuleb teha laengu ümberpaigutamiseks ühest punktist teise. Pinge ühikuks SI-süsteemis on volt (). Üks volt on selline pinge, mille puhul 1 kuloni suuruse laengu ümberpaigutamisel teeb elektriväli tööd 1 džaul.

5 Elektrivool ool ehk elektrivool (tähis I ) on füüsikas ja elektrotehnikas kasutatav füüsikaline suurus,mis iseloomistab laengukandjate liikumist elektrijuhis. oolu ühikuks SI-süsteemis on amper (A). Amper on konstantne selline elektrivool, mis põhjustaks kahes paralleelse lõpmatu pikkusega ja tühise ristlõike pindalaga elektrijuhi vahel jõu njuutonit meetri kohta, kui need juhid asuvad teineteisest 1 meetri kaugusel vaakumis.

6 Elektrivool Pideva voolu tekkimiseks peab ahel olema suletud! Hargnematus ahelas on voolutugevus kõikjal sama! -1 A 1 A oolu kokkuleppeline suund Miks seinakontaktis on kaks auku? Elektronide liikumise suund

7 Elektrivool Pideva voolu tekkimiseks peab ahel olema suletud! Hargnematus ahelas on voolutugevus kõikjal sama! Ühest katkestusest piisab Miks seinakontaktis on kaks auku?

8 Miks on kasulik lihtsustada? Oluline on olulist ebaolulisest eristada. Ka elus on sedasi! Saame eemaldada selle, mis meid segab. Lihtsatest asjadest saab teha alati keerulisemat. Kõige lihtsam komponent on kaksklemm. Sisu võib olla suvaline, aga maailma näeb läbi kahe klemmi

9 Lineaarne kaksklemm I I I autonoomne abic=0 mitteautonoomne Kaksklemmi jaoks on terve ülejäänud maailm kaksklemm!

10 Suunad Kui ei ole märgitud teisiti (valik on tegelikult vaba) siis: oolu kokkuleppeline suund on positiivselt klemmilt miinusele (võime suunda muuta, aga siis muutub ka märk! Pinge on määratud potentsiaalide vahega klemmil klemmi suhtes (suuna muutmisel muutub märk!) eebikeskkonnas isc.ttu.ee on kasutusel sedasi! Kui voolu ja pinge korrutis on positiivne, on tegu energiat tarbiva kaksklemmiga, vastasel juhul on kaksklemm energiat eraldav. Kehtib ka vahelduvvoolu puhul tuleb vaadata hetkväärtusi need on märgiga suurused. Kui ei ole mägitud teisiti, tuleb kaksklemme kohelda võrdselt! I

11 Näide Päikesepaneeliga toidetav autonoomne elektrilahendus. Lihtsustatud skeem : Päikesepaneel aku koormus A Skeemilt puudub laadimiskontroller ja kaitselülitused, mis on sedalaadi lahendustes kohustuslik!

12 Aku laadimine Päikesepaneel aku koormus Ic -Ic Kui vaadata paneeli klemmidelt! Ic A Ic Ic laadimisvool Aku klemmidel vaadatuna on pinge ja voolu korrutis positiivne aku neelab energiat!

13 Aku tühjenemine Päikesepaneel aku koormus A Id Id tühjenemisvool Aku klemmidel vaadatuna on pinge ja voolu korrutis negatiivne aku eraldab energiat! Id Reaalolukord Sõltuvalt Päikese valgusest ja tarbimisest võib aku olla kas energia eraldaja või neelaja.

14 Kirchhoffi vooluseadus Samasse punkti sisenevate voolude summa on null. Elektrivool eevool

15 Kirchhoffi pingeseadus (1) Kõik sõltub pingetest, mitte potentsiaalidest. Kui muuta kõiki potentsiaale sama suuruse võrra, siis ei muutu mitte midagi. Kinnises kontuuris on pingete summa null. 400 Miks traatidel istuvad linnud ei saa elektrilööki? 230

16 Lineaarne kaksklemm I I I s I s a=0 I=const o b=0 =const Ideaalne vooluallikas Ideaalne pingeallikas

17 c=0 Lineaarne kaksklemm I I =RI A I=G A oom S siimens R=0 - lühis G=0 - tühis

18 Takistus ja juhtivus Takistuseks ehk elektritakistuseks nimetatakse juhi omadust avaldada elektrilaengute liikumisele takistavat mõju. Elektritakistuse (tähis R) mõõtühik SI-süsteemis on oom( Ω). 1 Ω on takistus, millel 1 A voolu läbimisel tekib pinge 1. Elektritakistuse pöördväärtus on elektrijuhtivus (tähis G), ühik siimens (S). G=1/R ja R=1/G Püsitakisti (resistor) Tähtsaim omadus takistus! (muude omaduste tähtsus sõltub olukorrast) Pilt:Facebook

19 Takistus ja juhtivus Kaksklemm võib muu maailma jaoks näida resistorina (kuigi ta tegelikult olemuselt seda ei ole näiteks mootorid takistus sõltub koormusest. Resistoril on kaks funktsiooni muuta elektrienergia mõneks teiseks energialiigiks alati ei pruugi seda tagasi saada (soojus). Luua seos voolu ja pinge vahel. On olemas ka kaksklemmid, mis salvestavad energiat Kondensaator elektrivälja, Induktor magnetvälja Nendesse salvetatud energia saame igal juhul tagasi (Reaktiivsed kaksklemmid)

20 Ohmi seadus Ohmi seadus: vool on võrdeline pingega ja pöördvõrdeline takistusega. Takistus on keha omadus. Takistus ei ole võrdeline pingega ja pöördvõrdeline vooluga. Mehaanika analoog: Hooke i seadus Pilt:wikipedia Pilt:goodwindocs.com

21 Jadaühendus Kaks elementi on jadamisi kui neil on üks ühine klemm. Jadaühendusel on vool elementides sama ja liituvad takistused ja pinged. R 1 R 2 R 3 R=R 1 R 2 R Kehtib vaid kaksklemmide korral! Kehtib ka reaktiivtakistuste puhul (Z) 2 2

22 Rööpühendus Kaks elementi on rööbiti kui neil on kaks ühist klemmi. Rööpühendusel on pinge elementidel sama ja liituvad juhtivused ja voolud. G 1 G 2 G 3 G=G 1 G 2 G 3 1/R=1/R 1 1/R 2 1/R 3 Ainult 2 elemendi korral! Kehtib vaid kaksklemmide korral! Kehtib ka reaktiivtakistuste puhul (Z) R = R1 R2 R1 R2

23 Kas? Tegemist on jada- või rööpühendusega? Z 1 Z 2 Z 1 Z 2 Aga see? Peale skeemi lihtsustamist võib jadaühendus muutuda paralleelühenduseks ja vastupidi! On võimalikud ka juhused, kus alaliskomponendi jaoks on jadaühendus aga vahelduvkomponendile paralleelühendus (ja vastupidi samuti) see ei mahu siia õppeainesse.

24 Pingeallikas Pingeallika eesmärk on tekitada tema klemmidele teatud pinge, mis ei sõltu teda läbivast voolust. Pingeallika sisetakistus on 0. I Kui on tegemist suletud süsteemiga, tekib vool,mille märk on antud skeemil sama, mis pingel. Pingeallika pinget ei mõjuta talle külge ühendatud koormused. Pingeallikat ei tohi lühistada,ega ühendada paralleelselt teise pingeallikaga (tekib lõpmata suur vool)! = 3 2

25 Pingeallikas 1 A -1 A 10 10Ω Ω A -- = 4-4

26 Reaalne pingeallikas R>>0

27 Thévenin i teisendus ja aseskeem = RI o o R I Suvalise kaksklemmi sisu saab teisendada pingeallika ning takistuse (impedantsi) jadaühenduseks.

28 Pingeallikas Jadaühendus. Pinged liituvad. ool on sama! ? ? ?

29 ooluallikas ooluallika eesmärk on tekitada temast läbiv kindel vool, mis ei sõltu temal olevast pingest. ooluallika sisejuhtivus on 0. I I - Kui on tegemist suletud süsteemiga, tekib pinge,mille märk on antud skeemil sama, mis voolul. ooluallika voolu ei mõjuta jadamisi külge ühendatud koormused. ooluallikat ei tohi tühisesse jätta ega neid mitu tükki järjestikku ühendada (tekib lõpmata suur pinge)!!! =

30 ooluallikas =10 =-10 1 A 10 Ω -1 A 10 Ω ma 2 ma =

31 Reaalne vooluallikas I G >>0

32 Norton i teisendus I s I = G I s G I Suvalise kaksklemmi sisu saab teisendada voolallika ning takistuse (impedantsi) paralleelühenduseks.

33 Jagurid Jagunemine on üks tavalisemaid nähtusi (nt eurorahad, kasum, vool, pinge, vastutus, aupaiste,...) Jagunemine on võrdeline läbipaistvusega (juhtivusega) või läbipaistmatusega (takistusega)

34 Jagurid Ülesanne: Ema tõi poest kommikoti, milles on 27 kommi. Kuna Juku tegi ema äraolekul 2 korda vähem pahandust kui Juta, otsustas ema jagada kommid sedasi, et Juku saab kaks korda vähem kommi kui Juta. Mitu kommi saab Juku ja mitu kommi saab Juta? ihje: ema otsustas, et annab Jukule 1 osa tervikust ja Jutale 2 osa tervikust.

35 oolujagur

36 G1 oolujagur Milline on IA? Oletame arvutustes, et ampermeeter On ideaalne (sisetakistus on 0). Järelikult pinge ampermeetril on 0. I in G2 A I A ool Iin läbides juhtivusi G1 ja G2 tekitab nendel Ohmi seaduse järgi pinge: G1=G2= Iin G1G2 ool, mis läbib juhtivust G2, avaldub G2 pinge ja juhtivuse korrutisena: IG2=IA=G2*G2. Asendades eelmisest sisse G2 saame, et IA=G2 * Iin G1G2, ehk ülekanne avaldub : K= IA Iin = G2 G1G2 Arvestades, et G=1/R, võib ülekande avaldada ka nii: K= IA Iin = R1 R1R2

37 Pingejagur

38 Pingejagur I= in R1R2 R1 Milline on out? I=0! Oletame arvutustes, et allikas ja mõõtur on ideaalsed ( pingeaallikas on lühis ja voltmeeter tühis). Sellisel juhul voltmeetrit läbiv vool on 0. in R2 out Ahelas tekkiv vool läbib mõlemat takistit ja avaldub Ohmi seaduse järgi : I= in R1R2 Takistil R2 tekib pinge out : R2=out=I*R2 Asendades sisse voolu, saame,et R2=out=R2* in R1R2 Ülekanne avaldub sellest: K= out in = R2 R1R2

39 Superpositsioon Lineaarses ahelas on süsteemi reaktsioon mitmele mõjurile sama, mis üksikute mõjurite poolt tekitatud reaktsioonide summa. Kui lineaarne (!!!) ahel sisaldab mitut allikat, saame välja arvutada väljundi reaktsiooni iga allika kohta eraldi ning tulemused kokku liita. Allikad, mida ei kasutata, tuleb asendada nende sisetakistustega (pingeallikas=lühis, vooluallikas=tühis)

40 Superpositsioon (näide ) Kuidas sõltub väljundpinge sisendpingetest ja takistustest? R1 R2 I=0! in1 in2 R3 out Lahenduskäike on erinevaid kuid peavad andma sama tulemuse! Superpositsiooni meetodil arvutatakse välja väljundpinge mõlemast allikast eraldi ning need liidetakse.

41 Superpositsioon (näide ) Kuidas sõltub väljundpinge sisendpingetest ja takistustest? R1 R2 I=0! R 2 R 3 out = in1 R 1 R 2 R 3 Kui in2=0!!! Pingeallikas=lühis! in1 in2 R3 out õtame esialgu väljundi sõltuvuse pingest in1 Ehk asendame teise allika ekvivalenttakistusega. Tekib R2 ja R3 paralleelühendus ning pingejagur.

42 Superpositsioon (näide ) Kuidas sõltub väljundpinge sisendpingetest ja takistustest? R1 R2 I=0! R 1 R 3 out = in2 R 2 R 1 R 3 Kui in1=0!!! Pingeallikas=lühis! in1 in2 R3 out õtame väljundi sõltuvuse pingest in2 Ehk asendame esimese allika ekvivalenttakistusega. Tekib R1 ja R3 paralleelühendus ning pingejagur.

43 Superpositsioon (näide ) Kuidas sõltub väljundpinge sisendpingetest ja takistustest? R1 R2 I=0! in1 in2 R3 out Liidame reaktsioonid : out = in1 out = in1 R 2 R 3 R 2 R 3 R 1 R 2 R 3 in2 (R 2 R 3 )(R 1 R 2 R 3 R 2 R 3 ) R 1 R 3 R 2 R 1 R 3 R 1 R 3 in2 (R 1 R 3 )(R 2 R 1 R 3 R 1 R 3 )

44 Thévenin i teisendus (näide) Teeme Thévenini aseskeemi : R1 R2 =? R3 in1 in2 o R aja leida tühispinge ning sisetakistus

45 Thévenin i teisendus (näide) Tühispinge leidmine on eelnevatel slaididel R1 R2 I=0! R3 in1 in2 out out = in1 R 2 R 3 (R 2 R 3 )(R 1 R 2 R 3 R 2 R 3 ) in2 R 1 R 3 (R 1 R 3 )(R 2 R 1 R 3 R 1 R 3 )

46 Thévenin i teisendus (näide) Sisetakistus : Asendame kõik allikad nende sisetakistustega R1 R2 I=0! R3 in1 in2 R 1 R 2 R 3 Tekib kolme takisti paralleelühendus R = R 1 R 2 R 3 = R 1 R 3 R 1 R 2 R 2 R 3

47 Thévenin i teisendus (näide) Lõpptulemus R1 R2 =? R3 in1 in2 R = R 1 R 2 R 3 R 1 R 3 R 1 R 2 R 2 R 3 o R o = in1 R 2 R 3 (R 2 R 3 )(R 1 R 2 R 3 R 2 R 3 ) in2 R 1 R 3 (R 1 R 3 )(R 2 R 1 R 3 R 1 R 3 )