Laboratorium elektrotechniki

19

Ćwiczenie 2. BADANIE DWÓJNIKÓW NIELINIOWYCH

STANOWISKO I. Badanie dwójników nieliniowych prądu stałego

W skład zestawu ćwiczeniowego wchodzą dwa zasilacze stałoprądowe (o regulowa-

nym napięciu wyjściowym) oraz podstawowe elementy rezystancyjne: liniowy, nieliniowe
niesterowane i nieliniowy sterowany napięciowo (z drugiego zasilacza). Badamy elementy
podstawowe i dwójniki zestawione z elementów podstawowych.

Dwójniki proste (elementy podstawowe):

Dwójniki złożone (kompozycje elementów podstawowych):

a1) a2) a3)

b1) b2) b3)

c1) c2) c3)

d1) d2) d3)

e1) e2) e3)

e4) f1) f2) f3)

Układ zasilania dwójników

( obwód główny ) ( sterowanie R

N.ster

)

R

N2

R

N1

R

U

s

R

N.ster

U

s

R

R

R

N1

R

R

N2

U

s

R

N1

R

N1

R

N2

U

s

R

N2

U

s

R

R

R

N1

R

R

N2

U

s

R

N2

R

N1

R

N2

U

s

R

N1

230 V

∼

Zasilacz

1.

Badany

dwójnik

Zasilacz

2.

230 V

∼

U

s

U

A

A

s

V

V

s

R

R

N2

R

N1

R

R

N1

R

N2

U

s

R

R

N1

U

s

R

U

s

R

N1

U

s

R

N2

U

s

R

R

N2

Laboratorium elektrotechniki

20

Wykonanie ćwiczenia

2.1. BADANIE DWÓJNIKÓW PROSTYCH

Tablica wyników pomiarów

Element

R

R

N1

R

N2

R

N.ster

U

I

U

I

U

I

U

I

U

s

I

s

Lp.

V

mA

V

mA

V

mA

V

mA

V

mA

2.2. BADANIE DWÓJNIKÓW ZŁOŻONYCH

Układy połączeń dwójników prostych zadaje prowadzący ćwiczenie.

Tablica wyników pomiarów

Układ

U

I

U

I

U

I

U

I

U

s

I

s

Lp.

V

mA

V

mA

V

mA

V

mA

V

mA

Opracowanie sprawozdania

1. Wykorzystując wyniki pomiarów uzyskane w p. 2.1, wykreślamy charakterystyki

I = f

...

(U) badanych dwójników prostych.

2. Wykorzystując wyniki pomiarów uzyskane w p. 2.1 i 2.2, wykreślamy charakterystyki

I = f

...

(U) badanych dwójników złożonych i tworzących je dwójników prostych – od-

dzielnie dla każdego z dwójników złożonych. W tych samych układach współrzędnych,
wyłączając (warto zastanowić się - dlaczego?) przypadki dwójników o symbolach: f1, f2 i
f3, nanosimy wykresy charakterystyk dwójników złożonych, uzyskane w sposób graficzny
lub numeryczny z charakterystyk dwójników prostych.

3. Formułujemy własne spostrzeżenia, uwagi i wnioski, dotyczące przeprowadzonych badań

i uzyskanych wyników.

STANOWISKO II. Badanie dławika

Ze zjawisk nasycenia i histerezy magne-

tycznej oraz strat wiroprądowych w ferromagne-
tykach wynika niestałość parametrów R

Fe

i L

µ

gałęzi równoległych schematu zastępczego dła-
wika. Wartości R

Fe

i X

µ

, odnoszące się do okre-

ś

lonej częstotliwości zmian strumienia, zależą od

wartości napięcia U. Przy obliczaniu wartości
R

Fe

i X

µ

(na podstawie wyników wykonanych

pomiarów) przyjmuje się, że U

i

= U. Związane z

tym błędy są nieznaczne.

R

s

L

s

R

Fe

L

µ

U

i

U

I

I

Fe

I

µ

Laboratorium elektrotechniki

21

Wykonanie ćwiczenia

Elementy: r, R i C, wraz z dodatkowym uzwojeniem pomiarowym o z

p

zwojach (na

rdzeniu dławika Dł), służą do wytworzenia sygnałów proporcjonalnych do wartości chwilo-

wych B i H (indukcji magnetycznej i natężenia pola magnetycznego).

Wartość rezystancji r jest bardzo mała, więc u

1

= r i << u . Wartość rezystancji R jest

bardzo duża, zatem uzwojenie pomiarowe z dołączonymi do niego elementami R i C prak-

tycznie nie obciąża układu, tzn. z

p

i

p

<< z i . Z warunku ogólnego z i – z

p

i

p

= H l (gdzie l –

długość drogi strumienia w rdzeniu dławika) otrzymuje się więc

z

l

H

i

⋅

≈

, stąd

H

z

l

r

u

⋅

⋅

≈

1

.

Dodatkowo spełniony jest warunek

C

R

ω

1

>>

, więc

dt

dB

R

S

z

R

u

i

p

ip

p

⋅

⋅

=

≈

, gdzie

S – przekrój rdzenia dławika. Stąd ze wzoru

∫

⋅

=

dt

i

C

u

p

1

2

wynika, że

B

C

R

S

z

u

p

⋅

⋅

⋅

≈

2

.

2.3. OBSERWACJA PRZEBIEGÓW CZASOWYCH I PĘTLI HISTEREZY

a) u

1

(t)

∼

i(t)

∼

H(t) b) u

2

(t)

∼

B(t) c) B(H)

Podając odpowiednie sygnały do płytek oscyloskopu, obserwujemy przebiegi czasowe

natężenia pola H(t) i indukcji B(t) oraz dynamiczne pętle histerezy B(H) – przy częstotliwości
50 Hz i różnych wartościach skutecznych napięcia U zasilającego dławik.

Szkicujemy kilka wykresów ilustrujących wpływ nasycenia na kształt przebiegu prądu

i(t)

∼

H(t) i pętli histerezy B(H).

2.4. WYZNACZANIE PARAMETRÓW SCHEMATU ZASTĘPCZEGO

Mierzymy wartości napięcia, prądu i mocy, przy rosnących wartościach napięcia.

Używane w poprzednim punkcie elementy pomocnicze r, R i C nie wpływają istotnie na mie-
rzone wartości, ale oczywiście można je wyeliminować (zewrzeć r, a odłączyć R i C).

Przy każdym pomiarze odnotowujemy wartości rezystancji woltomierza i cewki na-

pięciowej watomierza, odpowiednie dla używanych zakresów.

Najpierw jednak mierzymy mostkiem Wheatstone’a wartość rezystancji uzwojenia R

s

.

Wynik pomiaru: R

s

. = . . . .

Ω

.

u

2

(wewn.)

u

1

(wewn.)

u

1

u

2

230 V

∼

AT Tr

i

Dł

i

p

1 A 1,6 A

z z

p

V

A

u

1

W

u u

i

u

ip

R

r

u

2

C

Laboratorium elektrotechniki

22

Tablica wyników pozostałych pomiarów, wartości rezystancji mierników oraz obliczeń

Pomiary

Dane mierników

Obliczenia

U

I

P

R

V

R

nW

P

Fe

Q

µ

R

Fe

X

µ

Lp.

V

A

W

Ω

Ω

W

var

Ω

Ω

Wzory do obliczeń:

2

2

2

I

R

R

U

R

U

P

P

s

nW

V

Fe

⋅

−

−

−

=

;

(

)

2

2

P

I

U

Q

−

⋅

=

µ

;

Fe

Fe

P

U

R

2

=

;

µ

µ

Q

U

X

2

=

.

Opracowanie sprawozdania

1. Na podstawie obserwacji poczynionych w p. 2.3, formułujemy ogólne wnioski o wpływie

nasycenia ferromagnetyka na kształt przebiegów czasowych prądu dławika i(t

) oraz

pętli

histerezy B(H).

2. Wykorzystując wyniki pomiarów uzyskane w p. 2.4, wykonujemy wykresy zależności: I

,

P

Fe

, Q

µ

, R

Fe ,

X

µ

= f

...

(U)

. Przedstawiamy uwagi i wnioski dotyczące tych zależności.