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.