19
Laboratorium elektrotechniki
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):
R RN1 RN2
RN.ster Us
Dwójniki złożone (kompozycje elementów podstawowych):
a1) a2) a3)
R
R R
Us
RN1
RN2
b1) b2) b3)
RN1 RN1 RN2
Us Us
RN2
c1) c2) c3)
R RN1 R RN2
R
Us
d1) d2) d3)
RN1
RN2 RN1 RN2
Us Us
e1) e2) e3)
RN1 RN2 RN2 RN1 RN1
R R R
Us
e4) f1) f2) f3)
RN2
Us Us
R
Us RN1 Us
RN2
R
Układ zasilania dwójników
A
As
Zasilacz Zasilacz
Badany
U V
230 V<"
Us 2. 230 V<"
Vs
1.
dwójnik
( obwód główny ) ( sterowanie RN.ster )
20
Laboratorium elektrotechniki
Wykonanie ćwiczenia
2.1. BADANIE DWÓJNIKÓW PROSTYCH
Tablica wyników pomiarów
Element R RN1 RN2 RN.ster
U I U I U I U I Us Is
Lp.
V mA V mA V mA V mA V mA
2.2. BADANIE DWÓJNIKÓW ZA
OŻONYCH
Układy połączeń dwójników prostych zadaje prowadzący ćwiczenie.
Tablica wyników pomiarów
Układ
U I U I U I U I Us Is
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-
Ls
I Rs
tycznej oraz strat wiroprÄ…dowych w ferromagne-
tykach wynika niestaÅ‚ość parametrów RFe i Lµ
gałęzi równoległych schematu zastępczego dła-
IFe
Iµ
wika. WartoÅ›ci RFe i Xµ , odnoszÄ…ce siÄ™ do okre-
U
RFe
ślonej częstotliwości zmian strumienia, zależą od
Ui
Lµ
wartości napięcia U. Przy obliczaniu wartości
RFe i Xµ (na podstawie wyników wykonanych
pomiarów) przyjmuje się, że Ui = U. Związane z
tym błędy są nieznaczne.
21
Laboratorium elektrotechniki
Wykonanie ćwiczenia
AT Tr i DÅ‚ ip
A
W
z zp
230 V<"
V
u ui uip R
C
r
1 A 1,6 A
u2
u1
Elementy: r, R i C, wraz z dodatkowym uzwojeniem pomiarowym o zp 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 u1 = 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. zp ip << z i . Z warunku ogólnego z i  zp ip = H l (gdzie l 
H Å" l r Å" l
dÅ‚ugość drogi strumienia w rdzeniu dÅ‚awika) otrzymuje siÄ™ wiÄ™c i H" , stÄ…d u1 H" Å" H .
z z
uip z Å" S
1 dB
p
Dodatkowo speÅ‚niony jest warunek R >> , wiÄ™c ip H" = Å" , gdzie
É C R R dt
z Å" S
1
p
S  przekrój rdzenia dÅ‚awika. StÄ…d ze wzoru u2 = Å" dt wynika, że u2 H" Å" B .
p
+"i
C R Å" C
2.3. OBSERWACJA PRZEBIEGÓW CZASOWYCH I P
TLI HISTEREZY
a) u1(t) <" i(t) <" H(t) b) u2(t) <" B(t) c) B(H)
u2
u1 (wewn.) u2 (wewn.)
u1
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 ZAST
PCZEGO
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 Rs .
Wynik pomiaru: Rs . = . . . . &! .
22
Laboratorium elektrotechniki
Tablica wyników pozostałych pomiarów, wartości rezystancji mierników oraz obliczeń
Pomiary Dane mierników Obliczenia
Lp.
U I P RV RnW PFe RFe
Qµ Xµ
V A W W var
&! &! &! &!
Wzory do obliczeń:
2 2 2 2
U U U U
2
PFe = P - - - Rs Å" I ; Qµ = (U Å" I)2 - P2 ; RFe = ; X = .
µ
RV RnW PFe Qµ
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 ,
PFe , Qµ , RFe , Xµ = f...(U) . Przedstawiamy uwagi i wnioski dotyczÄ…ce tych zależnoÅ›ci.