Wydział: imir grupa STUDENCKA: 25 GRUPA LAB.: b

Marek Miodunka TEMAT: POMIARY W OBWODACH PRĄDU PRZEMIENNEGO.

ZALICZENIE:

I. Wstęp teoretyczny.

Mierniki elektromagnetyczne. Mierniki elektromagnetyczne służą głównie do pomiarów natężenia i napięcia w obwodzie prądu przemiennego. Wyróżniamy dwa rodzaje mierników: jednordzeniowe, w których miękki materiał ferromagnetyczny wciągany jest w głąb cewki, dzięki czemu połączona z nim wskazówka wychyla się ku górze oraz dwurdzeniowe bardziej rozpowszechnione posiadające w cewce dwie blaszki, które w polu magnetycznym magnesują się jednoimiennie i odpychają się niezależnie od kierunku i rodzaju prądu.

Mierniki elektromagnetyczne stosuje się jako amperomierze i woltomierze, różniące się między sobą uzwojeniem cewki. Cewka amperomierza posiada małą liczbę zwojów o dużym przekroju, natomiast uzwojenie woltomierza wykonane jest z cienkiego druta o dużej liczbie zwojów. Mierniki te stosuje się do pomiaru napięć od 5 do 600 V i natężenia od 50 mA do 300 A.

Dodatkową możliwością jest możliwość zwiększenia zakresu pomiarowego powyższych mierników elektromagnetycznych przy pomiarach wysokich napięć i dużych natężeń prądu przemiennego jest stosowanie przekładników napięciowych stosowanych w urządzeniach wysokiego napięcia i przekładników prądowych, które mają zastosowanie przy pomiarach dużych prądów w obwodach wysokiego napięcia.

Mierniki elektrodynamiczne. Mierniki te działają wykorzystując siły elektrodynamiczne działające pomiędzy dwoma przewodnikami z prądem. Powyższe mierniki stosowane są w pomiarach mocy prądu przemiennego. Przyrząd służący do tego celu nazywa się watomierzem elektrodynamicznym. Cewkę nieruchomą ustroju pomiarowego watomierza włącza się szeregowo w obwód mierzonego prądu, natomiast cewkę ruchomą wraz z włączonym szeregowo oporem dodatkowym przyłącza się równolegle do odbiornika na napięcie. Odmianą watomierza elektrodynamicznego jest watomierz ferrodynamiczny, w którym cewka prądowa i napięciowa są nawinięte na rdzeniach ferromagnetycznych.

Dokładność mierników elektrycznych. Każde pomiary, które dokonujemy polegają na porównaniu wartości mierzonej wielkości fizycznej z pewną jej wartością, przyjętą jako jednostkę. W wyniku pomiaru otrzymujemy stosunek liczbowy świadczący o tym ile razy wartości mierzonej wielkości są większe od jednostki. Różnicę pomiędzy wartością otrzymaną z pomiaru a wartością rzeczywistą mierzonej wielkości nazywamy uchybem bezwzględnym pomiaru: ∆=Wo - Wr gdzie Wo - wartość otrzymana w wyniku pomiaru, Wr - wartość rzeczywista wielkości mierzonej. Powyższa wartość nie świadczy jeszcze o dokładności pomiaru.

Porównanie pomiarów pod względem dokładności umożliwia uchyb względny pomiaru, który możemy obliczyć jako stosunek uchybu bezwzględnego do wartości rzeczywistej wielkości mierzonej: б = ∆/Wr. Bardzo często uchyb ten wyraża się w procentach.

Porównując wskazania miernika ze wskazaniami miernika wzorcowego można wyznaczać uchyby bezwzględne w całym zarysie pomiarowym miernika i wykonać wykres ∆=f(Wo). W pewnym momencie wykres osiągnie największą wartość ∆max, której stosunek do wartości końcowej zakresu pomiarów na skali miernika Wmax nosi nazwę uchybu charakterystycznego (granicznego): б = ∆max / Wmax.

Pod względem dokładności wskazań mierniki elektryczne dzielimy na siedem klas niedokładności:

Klasy niedokładności
0,1	Przyrządy	Przyrządy przenośne
0,2	wzorcowe	do pracy w położeniu
0,5	Przyrządy laboratoryjne	poziomym.
1	Przyrządy do pomiarów	Przyrządy tablicowe do pracy w położeniu
1,5	przemysłowych	pionowym lub do wbudowania w pulpit pomiarowy.
2,5	Przyrządy	Przyrządy te służą do sprawdzenia czy np. w danej
5	orientacyjne (wskaźnikowe)	sieci jest napięcie i jaka jest orientacyjnie jego wartość.

Liczby te określają największy możliwy w danej klasie uchyb graniczny miernika wyrażony w procentach.

II. Przebieg ćwiczenia.

1. Pomiary napięcia, prądu i mocy czynnej dla obciążenia różnego typu.

a) Schematy pomiarowe.

Obwód R: Obwód RL:

Obwód RC: Obwód RLC:

b) Tabela z wynikami pomiarów.

Rodzaj odbiornika	Napięcie [V]	Natężenie [A]	Moc czynna [W]	[Ω]	[Ω]	[Ω]
R	120	0,66	80	182	184		1
RL	120	0,3	21	400	233	325	0,58(3)
RC	120	0,45	36	267	178	199	0,(6)
RLC	120	0,45	48	267	237	123	0,(8)

c) Obliczenia.

Obwód R:

Obwód RL:

Obwód RC:

d) Wniosek.

Pomiar rezystancji za pomocą mierników elektromagnetycznych takich jak amperomierz i woltomierz nazywa się metodą techniczną.

W obwodzie prądu przemiennego napięcie i prąd na rezystorze nie są przesunięte w fazie (φ=0). W cewce napięcie wyprzedza prąd o kąt fazowy φ=16˚26', natomiast w kondensatorze mamy odwrotną sytuacje tzn. prąd wyprzedza napięcie o kąt fazowy φ=77˚93'.

Powyższe schematy służą do pomiaru małych impedancji odbiornika.

Bardzo ważnym elementem podczas pomiarów jest dobór odpowiedniej metody pomiarowej, która ma duży wpływ na osiągane wyniki.

2. Pomiar wartości średniej i skutecznej.

a) Wykres.

b) Obliczenia.

Z pomiarów:

Ze wzoru:

c) Wniosek.

Wartość skuteczna (USK, URMS) jest statystyczną miarą sygnału okresowo zmiennego (najczęściej dotyczy wielkości elektrycznych prądu i napięcia). Wartość skuteczna prądu przemiennego jest taką wartością prądu stałego, która w ciągu czasu równego okresowi prądu przemiennego spowoduje ten sam efekt cieplny, co dany sygnał prądu przemiennego.

Wartość maksymalna dla przebiegów okresowych zmiennych okresowo jest wartością najwyższą dla jednego okresu.

W przeprowadzonym pomiarze otrzymaliśmy wartość max 54V, natomiast ta sama wartość obliczona teoretycznie wynosi 56V.

3.

a) Schemat pomiarowy.

Wykres prądu przemiennego. Wykres prądu wyprostowanego

Wartość prądu na wejściu: 39V.

Wartość prądu na wyjściu: 33,8V - prąd wyprostowany.

b) Wniosek.

Prostowniki to takie układy, które przekształcają prąd zmienny na prąd stały. W ten sposób napięcie przybierające wartości dodatnie i ujemne zostaje przekształcone w napięcie przybierające wartość jednego znaku, tzn. tylko dodatnie lub tylko ujemne. Do prostowania można wykorzystać elementy, które wykazują jednokierunkowe przewodnictwo.

W powyższym ćwiczeniu zastosowano prostownik liniowy z mostkiem Greta otrzymując na wyjściu 33,8V prądu stałego.

4. Rezonans napięć i prądów.

a) Schemat pomiarowy.

b) Tabela z wynikami pomiarów.

x [Hz]	UC [V]	UR [V]	UL [V]
300	3,88	0.93	0.11
500	3,73	1,41	0,23
800	3,4	2,1	0,53
1100	3	2,43	0,83
1500	2,5	2,8	1,3
2000	1,9	2,9	1,8
2500	1,6	2,9	2,3
4000	0,9	2,5	3,2
6000	0,65	2	3,7
8000	0,56	1,5	4
10000	0,45	1,2	4,1

c) Wykresy.

d) Obliczenia.

Częstotliwość rezonansu:

e) Wniosek.

W powyższym ćwiczeniu badaliśmy zjawisko rezonansu w obwodzie szeregowym RLC. Rezonans to zjawisko fizyczne zachodzące dla drgań wymuszonych, objawiające się pochłanianiem energii poprzez wykonywanie drgań o dużej amplitudzie przez układ drgający dla określonych częstotliwości drgań. Zjawisko rezonansu przedstawia stan pracy obwodu elektrycznego, w którym reaktancja wypadkowa obwodu jest równa zero. Cechą charakterystyczną rezonansu szeregowego jest całkowite kompensowanie się napięć na cewce i na kondensatorze, tak, że ich suma jest w każdej chwili równa zeru.

Obliczona powyżej częstotliwość rezonansu wynosi 2054 Hz. Wynik ten zawiera się w odczytanym z tabeli przedziałem (2000 - 2500 Hz), co świadczy, iż obliczona teoretycznie częstotliwość rezonansu zgadza się z przeprowadzonymi pomiarami.

1

---