Leistungselektronik - Lineare Schaltungselemente

Lineare Schaltungselemente beziehen sich auf die Komponenten in einer elektrischen Schaltung, die eine lineare Beziehung zwischen dem Stromeingang und dem Spannungsausgang aufweisen. Beispiele für Elemente mit linearen Schaltkreisen sind -

• Resistors
• Capacitors
• Inductors
• Transformers

Zum besseren Verständnis der linearen Schaltungselemente ist eine Analyse der Widerstandselemente erforderlich.

Widerstände

Ein Widerstand ist eine Vorrichtung, bei der der Stromfluss eingeschränkt ist, was zu einer Energieumwandlung führt. Wenn beispielsweise Strom durch eine Glühbirne fließt, wird der Strom in eine andere Energieform wie Wärme und / oder Licht umgewandelt. Der Widerstand eines Elements wird in Ohm (Ω) gemessen.

Das Widerstandsmaß in einem gegebenen Stromkreis ist gegeben durch -

$$ R = \ rho \ frac {L} {A} $$

Wo R - Widerstand; ρ - spezifischer Widerstand; L- Drahtlänge; undA - Querschnittsfläche des Drahtes

Symbol für verschiedene Widerstände

Widerstand
Ein variabler Widerstand
Ein Potentiometer

Kondensatoren

Ein Kondensator bezieht sich auf eine elektrische Vorrichtung, die zwei leitende Materialien (auch als Platten bekannt) aufweist, die durch einen Isolator getrennt sind, der als Dielektrikum bekannt ist. Es nutzt ein elektrisches Feld, um elektrische Energie zu speichern. Das elektrische Feld entsteht, wenn der Kondensator an eine Batterie angeschlossen wird, wodurch sich positive elektrische Ladungen auf einer Platte und negative elektrische Ladungen auf der anderen Platte ansammeln.

Wenn Energie im elektrischen Feld eines Kondensators gespeichert wird, wird der Prozess als Laden bezeichnet, und wenn Energie entfernt wird, wird der Prozess als Entladen bezeichnet. Die in einem Kondensator gespeicherte elektrische Energie wird als Kapazität bezeichnet und in Farad (F) gemessen. Ein Farad entspricht einem Coulomb pro Volteinheit bei 1 C / V.

Der Unterschied zwischen einem Kondensator und einer Batterie besteht darin, dass ein Kondensator elektrische Energie speichert, während eine Batterie chemische Energie speichert und die Energie langsam abgibt.

Symbol für verschiedene Kondensatoren

Die verschiedenen Symbole eines Kondensators sind in der folgenden Tabelle angegeben.

Festkondensator
Variabler Kondensator
Polarisierter Kondensator

Induktivitäten

Induktivitäten sind elektronische Geräte, die mithilfe eines Magnetfelds elektrische Energie speichern. Die einfachste Form eines Induktors ist eine Spule oder ein Draht in Schleifenform, wobei die Induktivität direkt proportional zur Anzahl der Schleifen im Draht ist. Darüber hinaus hängt die Induktivität von der Art des Materials im Draht und dem Radius der Schleife ab.

Bei einer bestimmten Anzahl von Windungen und einer bestimmten Radiusgröße kann nur der Luftkern die geringste Induktivität ergeben. Zu den dielektrischen Materialien, die dem gleichen Zweck wie Luft dienen, gehören Holz, Glas und Kunststoff. Diese Materialien helfen beim Wickeln des Induktors. Die Form der Wicklungen (Donutform) sowie ferromagnetische Substanzen, beispielsweise Eisen, erhöhen die Gesamtinduktivität.

Die Energiemenge, die ein Induktor speichern kann, wird als Induktivität bezeichnet. Es wird in Henry (H) gemessen.

Symbol für verschiedene Induktoren

Feste Induktivität
Variabler Induktor

Transformer

Dies bezieht sich auf ein Gerät, das Energie durch einen als elektromagnetische Induktion bekannten Prozess von einer Ebene zur anderen verändert. Es wird normalerweise verwendet, um Wechselspannungen in Anwendungen mit elektrischer Energie zu erhöhen oder zu senken.

Wenn der Strom auf der Primärseite des Transformators variiert wird, wird auf seinem Kern ein variierter Magnetfluss erzeugt, der sich in Form von Magnetfeldern auf die Sekundärwicklungen des Transformators ausbreitet.

Das Funktionsprinzip eines Transformators beruht auf dem Faradayschen Gesetz der elektromagnetischen Induktion. Das Gesetz besagt, dass die Änderungsrate des Flusses, der sich in Bezug auf die Zeit verbindet, in direktem Zusammenhang mit der in einem Leiter induzierten EMF steht.

Ein Transformator besteht aus drei Hauptteilen -

• Primärwicklung
• Magnetischer Kern
• Sekundärwicklung

Symbol eines Transformators

Zusätzliche Geräte

Elektromagnetische Geräte

Das Konzept des Elektromagnetismus ist in der Technologie weit verbreitet und wird in Motoren, Generatoren und elektrischen Glocken angewendet. Beispielsweise zieht bei einer Türklingel die elektromagnetische Komponente einen Klöppel an, der auf die Glocke trifft und sie klingeln lässt.

Controller

Steuerungen sind Geräte, die elektronische Signale empfangen, die in einem Prozess von einer Messgröße übertragen werden, und den erhaltenen Wert mit einem Sollwert der Steuerung vergleichen. Es verwendet digitale Algorithmen, um Funktionen zu korrelieren und zu vergleichen.

Sensoren

Sensoren werden zur Bestimmung des Stroms verwendet, der sich ständig ändert, um zu Steuerzwecken eine Rückmeldung zu geben. Durch die Erfassung des Stroms kann eine reibungslose und genaue Wandlerfunktion erreicht werden. Stromsensoren sind in Wandlern so kritisch, dass die Informationen in Parallel- oder Mehrphasenwandlern leicht ausgetauscht werden können.

Filter

Elektronische Filter werden auch verwendet, um Signale zu verarbeiten, um unerwünschte Frequenzen zu entfernen. Sie sind analoge Schaltungen und existieren entweder im aktiven oder im passiven Zustand.