Inleiding tot Elektrotechniek

Transcriptie

1 tot Elektotechniek Vije Univesiteit ussel Johan Deconinck Vije Univesiteit ussel - vakgoep Elektotechniek

2 Het vakgebied elektotechniek Inleiding Poductie, ovedacht, omvoming en aanwending van elektische enegie tekstoom tomen tot ka Gelijkstoom, wisselstoom Laagfequent panningen tot 500 kv Vemogens VA tot GVA Vije Univesiteit ussel - vakgoep Elektotechniek

3 Het vakgebied elektotechniek Inleiding Mechanische enegie toomtubine Vebanding Nucleaie enegie Gastubine Watetubine Meen getijden Windmolen Elektische enegie Vije Univesiteit ussel - vakgoep Elektotechniek

4 Het vakgebied elektotechniek Inleiding Chemische enegie atteij andstofcel Themische enegie MHD Licht Fotovoltaïsche cel Duk Piëzoelektische cel Elektische enegie Vije Univesiteit ussel - vakgoep Elektotechniek

5 Het vakgebied elektotechniek Elektische enegie Elektische enegie Mechanische enegie (Elekto)chemische enegie Themische enegie Licht, Duk Vije Univesiteit ussel - vakgoep Elektotechniek

6 Het belang van elektotechniek Inleiding gemiddelde goei 4,5 %/j Huidige goei 1-2 %/j Vebuik GWh (85,5 TWh) 80,4 TWh eigen poduktie 55,5 % kenenegie 5 TWh invoe Fankijk (75 % kenenegie) In 2020 zijn 110 TWh nodig (1,5 % goeipognose) GWh nodig 3400 MW vemogen Vije Univesiteit ussel - vakgoep Elektotechniek

7 Wat als e langduig geen stoom mee is? Nutsvoozieningen Wate, gas, vewaming, koeling, telefonie Netweken Radio, televisie, telefonie, banken, Vekee Lichten, Meto, Tein, scheepvaat, Luchthavens Industie Hospitalen Vije Univesiteit ussel - vakgoep Elektotechniek

8 toomuitval Oozaken Defecten van toevallige aad Netstoingen Weepoblemen Geplande, maa niet doo de gebuike vooaf geweten ondebekingen bij tekoten: last afwepen Gevolgen Lokaal Zonaal Rollende black-out lack-out Vije Univesiteit ussel - vakgoep Elektotechniek

9 Zonale ondebekingen Waa en wannee etokkenen Duu Utecht % van de vaag Tot 5 uu Amstedam, ,000 klanten Veschillende uen Rottedam, ,000 klanten Veschillende uen Londen, 29 augustus 2003 Kopenhagen, 23 septembe ,000 pendelaas 1 uu 4,000,000 klanten Tot 2 uu Poductie-eenheden bij betokken Industie getoffen Economische gevolgen Langee duu Vemazing in het netwek Hulp van buitenaf mogelijk Vije Univesiteit ussel - vakgoep Elektotechniek

10 Vilvoode 1982 Vije Univesiteit ussel - vakgoep Elektotechniek

11 Weepoblemen Waa en wannee etokkenen Duu Quebec, 5 jan 1998 Auckland New Zealand, 20 feb ,000,000; Tot 33 dagen 8,000 bedijven, 5,000 bewones 80,000 pendelaas Italië, ,000,000 V, septembe ,500,000 Veschillende weken Veschillende dagen Veschillende dagen Weesomstandigheden Ijsafzetting, sneeuwstom Hitte en vochtigheid (kabels) Gote hitte Okaan Isabel Onvoospelbaa en onvewacht Vije Univesiteit ussel - vakgoep Elektotechniek

12 Montéal januai 1998 Vije Univesiteit ussel - vakgoep Elektotechniek

13 Rollende lack-out Onaangekondigde afsluiting van elekticiteitstoevoe aan industie of steden Waa en wannee etokkenen Duu Califonia blokken van woningen Veschillende weken Italië 2003 ~ 6,000,000 Veschillende dagen Auckland, New Zealand , dagen Vije Univesiteit ussel - vakgoep Elektotechniek

14 lack-out Het echte gebeuen De nachtmeie van iedeeen in de elekticiteitssecto Volledig net plat: geen hulp van buitenaf mogelijk Opstaten vanaf nul De aota van de beschaving wodt ahw. afgeknepen Vije Univesiteit ussel - vakgoep Elektotechniek

15 Histoische black-outs Datum etokkenen / Vaag Duu 9 novembe ,000,000 20,000 MW Tot 13 uu 13 juli1977 (bliksem) 9,000,000 6,000 MW Tot 26 uu 2 juli ,000,000 11,850 MW Minuten tot uen 10 augustus ,500,000 28,000 MW Tot 9 uu 25 juni , MW 19 uu Vije Univesiteit ussel - vakgoep Elektotechniek

16 Enkele uen tot een volledige dag 30 tot 50 miljoen betokkenen 14 augustus 2003 Vije Univesiteit ussel - vakgoep Elektotechniek

17 Inleiding 14 augustus 2003 voo na Vije Univesiteit ussel - vakgoep Elektotechniek

18 estanddelen van een elektisch toestel Geleides Isolatoen Magnetische keten Vije Univesiteit ussel - vakgoep Elektotechniek

19 Definities Mechanische enegie GENERATOR Dynamo Elektische enegie = ~ Altenato = ~ Elektische enegie Gelijkstoommoto Wisselstoommoto Mechanische enegie = ~ Elektische enegie Tansfomato Daaiende omzette tatische omzette Elektische enegie = ~ Vije Univesiteit ussel - vakgoep Elektotechniek

20 asiswetten Rechts assenstelsel Nomaal is echts toegevoegd MKA Vije Univesiteit ussel - vakgoep Elektotechniek

21 Eeste wet van Maxwell In integaalvom H s.d s = H.d s = i omvat = i gel. + i diël n i H s H s.d s =.d s = H.d s = J gel + ( J diël ) H.ds = σe n d + n d dd n d dt Lage fequenties -> geen veplaatsingsstomen H.ds = i gel = i H d s Vije Univesiteit ussel - vakgoep Elektotechniek

22 Eeste wet van Maxwell Magnetomotoisch kacht H.ds = i gel = i F = Magnetomotoische kacht F (mmk) J. n d = in (positief) Andee integatieichting F = in (negatief) i i i Integatieichting Vije Univesiteit ussel - vakgoep Elektotechniek

23 Eeste wet van Maxwell Lokale vom bevat te weinig infomatie H s.d s = H.d s = dd dt n d + σe n d i i i Wet van tokes ot H = J + d D dt Integatieichting oth = J Vije Univesiteit ussel - vakgoep Elektotechniek

24 Het inductieveld Magnetisch veld H is wiskundig begip Inductieveld is fysisch en meetbaa Constitutieve betekking = µh = µ o µ H µ 0 = 4π 10-7 Vs/Am µ 1 voo de meeste mateialen (Cu, Al, isolatie, lucht, ) µ =f(h) voo feomagnetische mateialen (Fe, Ni, Co) 100 tot 6000 Vije Univesiteit ussel - vakgoep Elektotechniek

25 Het inductieveld Constitutieve betekking µ 0 = 4π 10-7 Vs/Am 0,8-0,14 T µ Vije Univesiteit ussel - vakgoep Elektotechniek

26 ehoud van inductie Magnetische inductie heeft geen bonnen Globaal. n d = 0 V Lokaal n div = O Vije Univesiteit ussel - vakgoep Elektotechniek

27 De flux doo een oppevlak Daa. n d = 0 Geldt voo zelfde andkomme 1 2 ψ =. n d =. n d = 1 2. n d Flux is vegelijkbaa met stoom Randkomme Vije Univesiteit ussel - vakgoep Elektotechniek

28 De inductiewet van Faaday Poefondevindelijk geldt voo elke denkbeeldige lus E.d s = dψ dt of E.ds = d dt. n d ds Integatieichting De integatielussen (andkommen) vallen dikwijls samen met geleides Vije Univesiteit ussel - vakgoep Elektotechniek

29 De inductiewet van Faaday Integatielus langs de windingen van een wikkeling (spoel): E.ds = dψ dt = d dt. n d w1 is het uimtevlak w2 ψ =Φ 1 +Φ Φ n = n L =1 Φ L w3 Als φ 1 = φ 2 =φ 3 =.. = φ Ν ψ = N.Φ Ψ noemt men gekoppelde flux Vije Univesiteit ussel - vakgoep Elektotechniek

30 De elektomotoische kacht Pe definitie is: e = E.ds = dψ dt De emk e is een niet lokaliseebae spanning in de gesloten lus De emk is een maat voo de veandeing van de omvatte flux voo de gesloten lus als geheel V V Vije Univesiteit ussel - vakgoep Elektotechniek

31 De elektomotoische kacht De gekoppelde flux Ψ kan komen van exten of eigen inductieveld: e = dψ dt e = dψ zelf dt De veandeing van Ψ kan komen van: Een in de tijd veandeende lus (oppevlak) Een in de tijd veandeend inductieveld ψ = f t, x ( ) dψ mutueel dt dψ dt = ψ t v.gadψ Vije Univesiteit ussel - vakgoep Elektotechniek

32 De elektomotoische kacht De in de tijd veandeende gekoppelde flux Ψ: dψ dt = ψ t v.gadψ tansfomatie emk beweging- of veplaatsings-e.m.k. De emk wodt: e = E.d s = t n d + v.gad n d In lokale vom: ote = t + ot v ( ) Vije Univesiteit ussel - vakgoep Elektotechniek

33 De elektomotoische kacht Tansfomatie of veplaatsings-emk is zaak van keuze van assenstelsel! Ronddaaiende winding in een constant inductieveld tilstaande waaneme leidt tot bewegings-emk: e = E.ds = v.gad n d = ( v ).d s = 2( v ). l Voo één geleide e = ( v ). l Meedaaiende waaneme leidt tot tansfomatie-emk: v Integatieichting e = E.d s = t n d Vije Univesiteit ussel - vakgoep Elektotechniek

34 De wet van Laplace Kacht op een bewegende lading ( ) F = qe + q v Kacht op vedeling van vije ladingen in de uimte ρ v C/m 3 J = ρ v v C/m 2 s F = ρ v E + J ( ) N/m 3 vewaaloosbaa F = J ( ) N/m3 Vije Univesiteit ussel - vakgoep Elektotechniek

35 De wet van Laplace Kacht op stoomvoeende geleide F = J ( ) N/m 3 Integee ove de sectie d F = F n d = df = i.d l J n d. dl N/m ( ) J is unifom dl J Integee ove de lengte l F = l ( ) i.dl N Is loodecht op l dan geldt F = i. l ( ) Fancouchamp! Vije Univesiteit ussel - vakgoep Elektotechniek

36 De viede wet van Maxwell Niet stikt nodig voo stekstoom Integale vom D n d = V ρ V dv = Q omvat D diëlektische veplaatsing Lokale vom div D = ρ V Vije Univesiteit ussel - vakgoep Elektotechniek

37 ehoud van lading Fundamentele behoudswet divd = ρ V Afleiden naa de tijd div d D dt = dρ V dt ot H = div(oth ) = divj + div d D dt = 0 J + d D dt Lokale vom Integale vom dρ v dt div J = 0 = div J d dt V ρ v dv J n d = 0 = dq omvat dt Vije Univesiteit ussel - vakgoep Elektotechniek = J n d

38 Mnemotechnische egels Inductiewet van Lentz e = dψ dt Is de lus gevomd doo een gesloten geleide dan zal in de lus een stoom ontstaan die deze veandeing zal tegenweken ds Integatieichting Vije Univesiteit ussel - vakgoep Elektotechniek

39 Mnemotechnische egels Regel van Cuciani Richting van de emk bij in een veld bewegende geleide v e eweging van geleide duwt veldlijnen voo zich weg Regel van kuketekke geeft dan ichting van emk Vije Univesiteit ussel - vakgoep Elektotechniek

40 Mnemotechnische egels Regel van Cuciani Richting van de kacht op een stoomvoeende geleide in een veld i F Regel van kuketekke geeft ichting van vevomde veldlijnen De vevomde veldlijnen duwen de geleide voo zich weg Vije Univesiteit ussel - vakgoep Elektotechniek

41 Pijlichtingen van stomen en spanningen Regel van Cuciani Richting van de kacht op een stoomvoeende geleide in een veld i F Regel van kuketekke geeft ichting van vevomde veldlijnen De vevomde veldlijnen duwen de geleide voo zich weg Vije Univesiteit ussel - vakgoep Elektotechniek