POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA

WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY

KATEDRA ENERGOELEKTRONIKI I NAPĘDÓW ELEKTRYCZNYCH

Instrukcje do zajęć laboratoryjnych dla studentów

WYDZIAŁU MECHANICZNEGO

studiów dziennych i zaocznych

z przedmiotów:

ELEKTROTECHNIKA

ELEKTRONIKA

ELEKTROTECHNIKA I ELEKTRONIKA

ĆWICZENIE 2M

OBWODY PRĄDU PRZEMIENNEGO

Opracowali:

dr inż. Zofia Daszuta

mgr inż. Włodzimierz Ochrymiuk

BIAŁYSTOK 2000

2

Instrukcja jest własnością Katedry Energoelektroniki i Napędów Elektrycznych.

Do użytku wewnętrznego katedry.

Powielanie i rozpowszechnianie zabronione

3

I. WPROWADZENIE

Wiadomości niezbędne do realizacji ćwiczenia:

1. Własności elementów R, L, C zasilanych prądem przemiennym.

2. Wartości: chwilowa, skuteczna, maksymalna dla przebiegów sinusoidalnych.

3. Prawa Ohma i Kirchhoffa w obwodach prądu przemiennego.

4. Wykres wskazowy (wektorowy) prądów i napięć w obwodach prądu

przemiennego.

5. Moc pozorna, czynna, bierna, współczynnik mocy.

II.

CEL I ZAKRES ĆWICZENIA LABORATORYJNEGO

Celem ćwiczenia jest zapoznanie z rachunkowym i doświadczalnym

wyznaczaniem prądów i napięć w układach zbudowanych z elementów RLC

zasilanych napięciem przemiennym sinusoidalnym oraz obserwacje przebiegów

prądów i napięć (w tym ich położenia względem siebie) przy pomocy

oscyloskopu.

III. OPIS STANOWISKA LABORATORYJNEGO

Główne elementy stosowane w ćwiczeniu umieszczone są w obudowie

prostopadłościennej. Zasilanie stanowiska jednofazowe (220V), dołączone do

zacisków na tylnej ścianie obudowy układu.

Wykaz elementów znajdujących się w układzie laboratoryjnym:

- autotransformator 2,5 kVA, 220/0 250V, I

max

=10A;

- oporniki:

R1 = 40 , 50W;

R2 = 90 , 50W;

- dławik

L 80 mH;

- kondensatory: C1 = 10 F, 350V;

C2 = 30 F, 350V;

- boczniki pomiarowe: R

b1

, R

b4

= 0,1 .

4

Płyta czołowa (montażowa) układu laboratoryjnego: Z – przycisk załączania

(zielony), W – przycisk wyłączania (czerwony), LS – lampka sygnalizacyjna,

PA - pokrętło autotransformatora

Urządzenia nie umieszczone w układzie laboratoryjnym, będące do dyspozycji

ćwiczących:

- amperomierze i woltomierze elektromagnetyczne,

- oscyloskop.

5

Zestaw schematów odbiorników R, L, C możliwych do realizacji na
stanowisku laboratoryjnym:

6

IV. PROGRAM ĆWICZENIA

1. Zapoznać się szczegółowo ze stanowiskiem laboratoryjnym.

2. Za pomocą oscyloskopu zapoznać się z przebiegami prądu i napięcia

pojedynczych elementów R,L,C zasilanych napięciem przemiennym. W tym

celu narysować schematy i połączyć proste obwody.

3. Dla układów podanych przez prowadzącego dokonać analizy rachunkowej,

tzn. obliczyć prądy i napięcia występujące w obwodach.

4. Narysować schematy układów pomiarowych podanych przez prowadzącego

umożliwiających:

a) pomiar:

- wartości skutecznych prądów w poszczególnych gałęziach,

- wartości skutecznych napięć pomiędzy wskazanymi punktami,

- mocy czynnej pobieranej przez obwód,

- mocy czynnej pobieranej przez wskazane elementy;

b) obserwacje przebiegów prądu i napięcia w poszczególnych gałęziach

i elementach obwodu;

c) obliczanie:

- mocy pozornej pobieranej przez układ,

- współczynnika mocy całego układu i wskazanych jego fragmentów.

5. Na podstawie danych z p.III ustalić dopuszczalne wartości prądów i napięć

w obwodzie.

6. Połączyć układ i dokonać pomiarów oraz przewidzianych obserwacji.

7. Na podstawie pomiarów i obserwacji:

a) sprawdzić prawa Kirchhoffa dla obwodu prądu przemiennego,

b) narysować wykres wskazowy prądów i napięć w odpowiednio dobranej

skali,

c) określić charakter obwodu,

d) obliczyć współczynnik mocy układu i wskazanych jego fragmentów.

8. Porównać wyniki pomiarów i obliczeń (z p.3), podać uwagi i wnioski.

7

Uwaga: Zmiany natężenia prądów i napięć w układach pomiarowych należy

realizować poprzez zmiany napięcia zasilającego, zachowując

szczególną ostrożność ze względu na istniejące w układzie napięcie.

Schematy połączeń przykładowych układów pomiarowych z odbiornikami

pokazanymi w punkcie III.

a) odbiornik nr 3)

b) odbiornik nr 7)

8

Wykresy wskazowe dla wybranych układów:

a) odbiornik nr 3)

Rysowanie wykresu rozpoczynamy od narysowania wskazu prądu I. Z wykresu

widać, że odbiornik jako całość ma charakter rezystancyjno - pojemnościowy,

<0, napięcie U opóźnia się względem prądu I o kąt .

b) odbiornik nr 7)

Rysowanie wykresu rozpoczynamy od narysowania wskazu napięcia

2

R

,

C

U

.

Z wykresu widać, że odbiornik jako całość ma charakter rezystancyjno -

pojemnościowy, <0, napięcie U opóźnia się względem prądu

1

R

I

o kąt .

V. WYMAGANIA BHP

Porządek na stanowisku laboratoryjnym oraz przygotowanie studentów do

zajęć jest podstawą bezpiecznej pracy. Łączenia obwodów elektrycznych należy

dokonywać w stanie beznapięciowym. W pierwszej kolejności należy łączyć

9

obwód prądowy: - odbiorniki, - amperomierze, obwody pomiaru prądu

watomierzy, a następnie obwody pomiaru napięć – woltomierze, obwody

pomiaru napięć watomierzy. Należy dobierać mierniki o zakresach

odpowiadających wartościom prądów i napięć występujących w obwodzie. Po

zakończeniu łączenia niewykorzystane przewody należy powiesić na wieszaku na

przewody.

W celu uniknięcia porażenia prądem elektrycznym, osoby wykonujące

ćwiczenie, powinny w czasie pomiarów zachować odpowiednie oddalenie od

części czynnych (będących pod napięciem)

Stanowisko laboratoryjne wyposażone jest w autotransformator. Przed

wyłączeniem zasilania układu, przez naciśnięcie przycisku W, należy

obowiązkowo, za pomocą pokrętła autotransformatora zmniejszyć napięcie

zasilające odbiornik do zera.

Należy zachować wszystkie środki bezpieczeństwa wynikające z zasad

obsługi stanowisk laboratoryjnych przedstawionych w regulaminie bezpiecznej

pracy w laboratorium, z którym studenci zapoznawani są na pierwszych zajęciach

w semestrze.

VI. LITERATURA

1. Przezdziecki F., Opolski A.: Elektrotechnika i elektronika. PWN, W-wa,

1986.

2. Praca zbiorowa – P. Hempowicz + zespół: Elektrotechnika i Elektronika dla

nieelektryków. WNT, W-wa, 1999.