OSNOVE ELEKTROTEHNIKE
INTERAKTIVNI NASTAVNI MATERIJALI
animacije · pokusi · lab. vježbe · simulacije · test pitanja · zadaci

Izmjenični strujni krugovi · Otporničko djelilo

zadano:

$$\dot{U}=8 \angle 0° \text{ V}$$

$$f=50 \text{ Hz}$$

$$R_2=1000 \text{ } \Omega$$


odabir:

Serijski spoj elemenata je djelilo napona. Djelilo koje se sastoji od "običnih" otpornika analiziramo na jednaki način kao kod istosmjerne pobude. Ovdje promatramo strujne i naponske prilike u serijskom spoju otpornika $R_1$ i $R_2$ koji je priključen na sinusni napon stalne amplitude i frekvencije, a otpor $R_1$ mijenjamo.

Važan je odnos otpora $R_1$ i $R_2$. Ako su otpori jednaki napon se dijeli na dva jednaka dijela. Impedancija spoja je jednaka $\underline{Z}=R_1+R_2$, a fazni kut je $\varphi=0°$ (radni karakter spoja). Očekivano, kod porasta otpora $R_1$ struja $I$ opada.

U prikazanom praktičnom spoju (pokusu) promjenjivi otpor $R_1$ možemo mijenjati od $100 \text{ } \Omega$ do $10000 \text{ } \Omega$. Otpor nula bismo dobili kratkim spajanjem otpornika $R_1$ (zamijenimo ga sa žicom), a za beskonačan otpor jednostavno odspojimo otpornik $R_1$. U ovom spoju je još zadano $R_2 = 1000 \text{ } \Omega$, a napon izvora je $\dot{U} = 8 \angle 0° \text{ V}$, frekvencije $f=50 \text{ Hz}$.

Posebnu pozornost treba posvetiti naponima na otpornicima $R_1$ i $R_2$. Znamo da vrijedi Kirchhoffov zakon za napone prema kojem zbroj trenutačnih vrijednosti tih napona mora u svakom trenutku biti jednak trenutačnoj vrijednosti napona izvora. Zahvaljujući zaobilaznim postupcima za rješavanje spojeva sa sinusoidalnom pobudom (u stacionarnom stanju) Kirchhoffov zakon za napone možemo primijeniti u vektorskom odnosno fazorskom obliku: $$\dot{U}_\text{R1}+\dot{U}_\text{R2}=\dot{U}$$ Zbrajanje vektora prikazano je na animaciji topografskog dijagrama. Na animaciji možete vidjeti promjenu položaja točke A kada pomicanjem kliznika mijenjate otpor $R_1$ — vidite da točka A putuje po pozitivnoj realnoj osi.

Treba zapaziti da je za početni redoslijed elemenata $0 \rightarrow R_1 \rightarrow R_2 \rightarrow U$ napon na $R_1$ ustvari napon između referentne točke 0 (mase) i točke A ($\dot{\varphi}_\text{A}$). Kada promatramo taj napon (potencijal) kao fazor tada je realni dio fazora projekcija na realnu os, a imaginarni dio je projekcija na imaginarnu os (ovdje je taj dio jednak nuli). Zapazimo:

  • napon izvora $\dot{U}$ je napon između točke 0 (mase) i točke B (fazor $\dot{U}$ je zadan je pod $0°$)
  • struja $\dot{I}$ je radna (u fazi s naponom izvora)
  • i naponi na otpornicima su u fazi sa strujom
VAŽNO: ako zamijenimo mjesta otpornika $R_1$ i $R_2$ onda se promijeni položaj točke A, ali opet putuje po pozitivnoj realnoj osi i sada odgovara fazoru napona na otporniku $R_2$! Provjerite ovaj slučaj klikom na redoslijed R2-R1.

Pripazite i na orijentaciju fazora/vektora: potencijal $\dot{\varphi}_\text{A}$ točke A se definira kao fazor napona $\dot{U}_\text{A0}$ koji kreće iz točke 0 (referentna točka) i završava u točki A. Pitanje: kako bi ucrtali fazor $\dot{U}_\text{0A}$? Došlo je do zamjene indeksa (zamjene referentne točke) pa fazor crtamo od točke A prema točki 0. Vidimo da je taj fazor u protufazi (razlika $180°$) s fazorom napona izvora $\dot{U}$!

Zapamtite: kod promjene referentne točke fazora (zamjene indeksa) dolazi do promjene faze za $180°$. Prisjetite se, u istosmjernim mrežama bi se promijenio predznak napona...

Na kraju treba zapaziti da pri porastu otpora $R_1$ struja opada, napon na $R_2$ $\left( U_\text{R2} = I \cdot R_2 \right)$ opada, a napon na $R_1$ $\left( U_\text{R1} = I \cdot R_1 \right)$ raste (zbog KZN). Kada je otpor $R_1$ beskonačan (odspojen) napon na priključnicama tog otpornika je $U$, a struja $I$ kao i napon na $R_2$ je naravno nula. Matematički taj zaključak izvodimo iz funkcije ovisnosti napona $U_\text{R1}$ o $R_1$ (tražimo limes kada je $R_1 \rightarrow \infty$): $$U_\text{R1} \left( R_1 \right)={I \cdot R_1}={{U \cdot R_1} \over {R_1 + R_2}}$$