Elektrotechnika · Laboratórium

Elektrotechnické obvody a stroje

Interaktívne laboratórium: od usmerneného napájania a prechodových dejov až po motory, transformátory, relé, výkon a polovodičové diódy. Meňte súčiastky a sledujte schému, výpočty aj priebehy.

Laboratórium – vyberte experiment

Každá téma má vlastnú schému a ovládače. Modely sú názorné a zjednodušené; výsledky nenahrádzajú návrh ani meranie skutočného zariadenia.

1 · Usmerňovač a filtrovaný napájací zdroj

Diódy prepustia prúd len jedným smerom. Mostíkový usmerňovač využije obe polperiódy (100 Hz pri sieti 50 Hz); kondenzátor sa nabije pri špičke a vybíja do záťaže medzi špičkami. Väčšia kapacita alebo menší odber zmenšuje zvlnenie.

Vstup a výstup počas 100 ms
━ Vstup AC━ Po usmernení━ S kondenzátorom
Úloha: zapnite mostík a skúste 1000 µF, potom 4700 µF. Čo sa zmení na zvlnení? Znížte záťažový odpor: kondenzátor sa vybíja väčším prúdom alebo menším?

2 · Prechodové deje v RC a RL obvode

Kondenzátor sa pri nabíjaní bráni rýchlej zmene napätia; cievka pri zmene prúdu. Časová konštanta RC je τ = RC a RL je τ = L/R. Po jednej τ dosiahne rastúca veličina približne 63 % konečnej hodnoty.

Napätie súčiastky a prúd po zopnutí
━ U súčiastky━ I / Imax┄ τ
Úloha: v RC režime zdvojnásobte C. Ako sa zmení τ? Prepnite na RL a porovnajte tvar napäťového a prúdového priebehu.

3 · Elektromotor a generátor

V jednosmernom motore prúd v kotve vytvorí moment; otáčajúca sa kotva zároveň vytvára protielektromotorické napätie. Generátor funguje opačne: mechanický pohyb vodiča v magnetickom poli vytvára napätie. Model ukazuje základný trend, nie presnú charakteristiku konkrétneho stroja.

Úloha: v režime motora zvýšte záťaž. Sledujte otáčky a prúd. V režime generátora meňte otáčky a magnetické pole: ktoré z nich zvyšuje indukované napätie?

4 · Transformátor a záťaž

V ideálnom transformátore platí U₂/U₁ = N₂/N₁ a I₂/I₁ = N₁/N₂. Napätie sa mení podľa pomeru závitov, pričom výkon na vstupe a výstupe je približne rovnaký. Skutočný transformátor má straty v medenom vinutí a jadre.

Úloha: pri N₁ = 500 nastavte N₂ = 100 a potom N₂ = 1000. Kedy transformátor znižuje a kedy zvyšuje napätie? Čo sa stane so sekundárnym prúdom pri zmenšení záťažového odporu?

5 · Relé, samodržanie a štart/stop

Stlačením START napájate cievku relé. Jej pomocný kontakt sa zopne paralelne s tlačidlom START a udrží cievku napájanú aj po jeho uvoľnení. Tlačidlo STOP je v sérii a preruší obvod. Takto sa princíp samodržania používa v stykačových obvodoch.

Motor stojí
Lampa predstavuje cievku/stav stykača.
Úloha: stlačte START a uvoľnite ho. Prečo motor zostáva zapnutý? Teraz stlačte STOP. Ktorý kontakt v schéme zabezpečuje samodržanie?

6 · Činný, jalový výkon a účinník

Odpor spotrebúva činný výkon P. Cievka odoberá aj jalový výkon Q, ktorý sa periodicky vracia do siete; ich výsledkom je zdanlivý výkon S. Účinník cos φ = P/S. Kondenzátor kompenzuje časť indukčného jalového výkonu, ale nadmerná kompenzácia vytvorí kapacitný účinník.

Napätie modrou, prúd oranžovou (normalizovaný); posun medzi nimi je fázový uhol φ.
Úloha: sledujte priebeh prúdu bez kondenzátora a postupne pridávajte kapacitu. Pri akej hodnote sa účinník priblíži k 1? Čo sa stane pri príliš veľkej kapacite?

7 · Dióda, Zenerova dióda a LED

Dióda vedie v priepustnom smere. LED premieňa časť energie na svetlo a potrebuje sériový rezistor na obmedzenie prúdu. Zenerova dióda v závernom smere stabilizuje napätie približne pri svojom Zenerovom napätí. Model je didaktický a neobsahuje všetky teplotné a dynamické vlastnosti súčiastok.

Prúd diódy podľa napätia (zjednodušený model)
Úloha: v režime LED zmeňte zdroj a odpor. Vypočítajte, prečo pri menšom odpore stúpa prúd. V režime Zener skúste zvýšiť záťažový prúd: kedy už zdroj nedokáže udržať stabilné napätie?