WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA I ENERGETYKI INSTYTUT MASZYN I URZĄDZEŃ ENERGETYCZNYCH
LABORATORIUM ELEKTRYCZNE
Źródła zasilania i parametry przebiegu
przemiennego.
(E – 1)
Opracował:
Mgr inż. Jerzy Początek
Zatwierdził: W.O.
Celem ćwiczenia jest pomiar napięcia, prądu i mocy na wyjściu obciążonego źródła napięcia idealnego i rzeczywistego oraz wykreślenie zależności: U=f(Robc); I= f(Robc); P= f(Robc); P=f(Iobc). Ćwiczący powinien umieć wyprowadzić te związki na podstawie praw Kirchhoffa i Ohma. W następnym etapie ćwiczący mierzy takie parametry przebiegów jak: amplituda; wartość średnia; wartość skuteczna; wartość średnia modułu oraz oblicza współczynniki: kształtu i szczytu.
2. Wprowadzenie:
2.1. Źródło napięcia idealne
Idealne źródło napięcia to takie, którego oporność wewnętrzna Rw = 0.
Robc.
E
Rys. 1. Schemat elektryczny idealnego źródła napięcia.
2.2. Źródło napięcia rzeczywiste.
Rzeczywiste źródło napięcia to takie, którego oporność wewnętrzna Rw ≠ 0.
Rw
Robc.
E
Rys. 2. Schemat rzeczywistego źródła napięcia.
2.3. Definicje:
T
1
2
Wartość skuteczna
⇒
∫ f ( t
ω d
) t
T 0
T
1
wartość średnia
⇒
∫ f (ω t ) dt
T 0
T
1
wartość średnia modułu
⇒
∫ f (ω t) dt
T 0
amplituda p
rzebiegu
współczynnik szczytu: ,,s”=
wartość s
kuteczna
wartość s
kuteczna
współczynnik kształtu: ,,k”=
wartość ś
redni m
a odulu
2.4. Oznaczenia mierników i wielkości przez nie mierzonych.
MAGNETOELEKTRYCZNY (WARTOŚĆ ŚREDNIA)
ELEKTROMAGNETYCZNY (WARTOŚĆ SKUTECZNA)
ELEKTROSTATYCZNY (WARTOŚĆ SKUTECZNA)
ELEKTRODYNAMICZNY (WARTOŚĆ SKUTECZNA)
MAGNETOELEKTRYCZNY Z PROSTOWNIKIEM
(WARTOŚĆ ŚREDNIA MODUŁU)
2.5. Przykładowe wartości wielkości wyliczone z definicji dla różnych przebiegów.
WARTOŚĆ
ŚREDNIA
SKUTECZ
ŚREDNIA
WSPÓŁ
WSPÓŁ
NA
MODUŁU
CZYNNIK CZYNNIK
SZCZYTU KSZTAŁTU
SYGNAŁ
,,s”
,,k”
A
2 A
π
m
m
2
Sinusoidalny 0
2
π
2 2
Prostokątny 0
A
A
m
m
1
1
0
A
A
2
m
m
3
Trójkątny
3
2
3
3. Badania i pomiary:
3.1. Idealne źródło napięcia.
3.1.1. Określenie wielkości mierzonych i zadanych.
Wielkościami mierzonymi są napięcie U [V], natężenie prądu I [A] (pomiar bezpośredni) oraz moc elektryczna P = UI [W] (pomiar pośredni).
Wielkością zmienianą jest opór Robc.
3.1.2. Schemat stanowiska.
mA
Robc.
ZASILACZ
V
STABILIZOWANY
Rys.3
Podczas ćwiczenia idealne źródło napięcia symulujemy używając zasilacza ze stabilizowanym napięciem, który w pewnym zakresie obciążeń możemy potraktować jako źródło idealne.
1. Zestawić układ pomiarowy według Rys. 3
2. Dokonać pomiarów natężenia prądu I [mA], napięcia U [V] dla kolejno zmienianych wartości oporności Robc.[Ω] (opornica dekadowa). Proponowane wartości Robc = 200, 400, 600, 800, 1000 [Ω].
3. Obliczyć wartość mocy dla każdego obciążenia.
4. Wyniki pomiarów i obliczeń zapisać w tabeli pomiarowej nr.1
(w załączniku).
5. Na podstawie wyników pomiarów i obliczeń sporządzić wykresy: U = f(Robc.), I = f(Robc.), P = f(Robc), P = f(I).
6. Zapisać uwagi i wnioski dotyczące przebiegu ćwiczenia i otrzymanych wyników.
3.1.4. Opracowanie wyników pomiarów.
U[V] I[mA]
R[Ω]
R[Ω]
P[mW] P[mW]
R[Ω] I[mA]
3.2. Rzeczywiste źródło napięcia.
3.2.1. Określenie wielkości mierzonych i zadanych.
Wielkościami mierzonymi są napięcie U [V], natężenie prądu I [A] (pomiar bezpośredni) oraz moc elektryczna P = UI [W] (pomiar pośredni).
Wielkością zmienianą jest opór Robc.
3.2.2. Schemat stanowiska.
mA
Rw
Robc.
230 V
V
50 Hz
Rys. 4
3.2.3. Przebieg ćwiczenia.
W celu uwypuklenia wpływu oporności wewnętrznej źródła napięcia na mierzone zależności, jako źródło rzeczywiste używamy transformatora o sztucznie zawyżonej oporności wewnętrznej (dodajemy Rw = 100 Ω).
1. Zestawić układ pomiarowy według Rys. 4
2. Dokonać pomiarów natężenia prądu I [mA], napięcia U [V] dla kolejno zmienianych wartości oporności Robc.[Ω] (opornica dekadowa). Proponowane wartości:
Robc = 40, 60, 80, 100, 120 [Ω].
3. Obliczyć wartość mocy dla każdego obciążenia.
4. Wyniki pomiarów i obliczeń zapisać w tabeli pomiarowej nr.2
(w załączniku).
5. Na podstawie wyników pomiarów i obliczeń sporządzić wykresy: U = f(Robc.), I = f(Robc.), P = f(Robc), P = f(I).
6. Zapisać uwagi i wnioski dotyczące przebiegu ćwiczenia i otrzymanych wyników.
3.2.4. Opracowanie wyników pomiarów.
U[V] I[mA]
R[Ω]
R[Ω]
P[mW] P[mW]
R[Ω] I[mA]
3.3. Parametry przebiegu zmiennego.
3.3.1. Określenie wielkości mierzonych.
Wielkością mierzoną jest napięcie (wartość skuteczna, wartość średnia, wartość średnia modułu, amplituda) mierzone różnymi przyrządami (rys. 5).
3.3.2. Schemat stanowiska.
wzmacniacz
GENERATOR:
f
V1
V2
V3
V
V
4
V5
Am
Rys. 5
Układ zasilany jest z generatora o możliwości wyboru różnych sygnałów czasowych. W naszych pomiarach wykorzystujemy sygnał sinusoidalny.
Napięcie z generatora, po wzmocnieniu za pomocą wzmacniacza mocy, jest mierzone różnymi typami woltomierzy:
V1 – magnetoelektryczny (wartość średnia)
V2 – elektromagnetyczny (wartość skuteczna)
V3 – elektrostatyczny (wartość skuteczna)
V4 – elektrodynamiczny (wartość skuteczna)
V5 – magnetoelektryczny z prostownikiem (wartość średnia modułu) VAm – miernik amplitudy przebiegu (amplituda)
Dodatkowo mierzona jest częstotliwość f przebiegu potrzebna do wyznaczenia poszczególnych wartości napięcia z definicji wg. wzorów z punktu 2.3.
3.3.4. Przebieg ćwiczenia.
1. Zestawić układ pomiarowy według rys.5.
2. Dokonać pomiarów napięcia (U1, U2, U3, U4, U5, UAm).
3. Obliczyć wartości współczynników „s” oraz „k” według wzorów w punkcie 2.3.
4. Wyniki pomiarów i obliczeń zapisać w tabeli pomiarowej nr.3
(w załączniku).
5. Zapisać uwagi i wnioski dotyczące przebiegu ćwiczenia i otrzymanych wyników.
ZAŁĄCZNIK. Tabele wyników pomiarów i obliczeń.
Tabela pomiarowa nr.1.
R
Ω
I
mA
U
V
P
mW
Tabela pomiarowa nr.2.
R
Ω
I
mA
U
V
P
mW
Tabela pomiarowa nr.3.
miernik
przebieg
V1
V2 V3 V4 VA V5
Sinusoidalny s
X
X
X
U[V]
k
X
X
X