PAŃSTWOWA WYŻSZA SZKOŁA ZAWODOWA INSTYTUT ELEKTROENERGETYKI
Laboratorium Podstaw Elektrotechniki   Ćwiczenie nr 4 Temat: Elementy RLC w obwodzie prądu sinusoidalnie zmiennego
Rok akademicki:    2004/2005 Studia dzienne/zaoczne  Dzienne Nr grupy:  Ib	Wykonawcy: 1. Paweł Kołodziejczyk 2. Tomasz Wojtczak 3. Rafał Karwacki 4. 5. 6.	Data
				Wykonania ćwiczenia	Oddania sprawozdania
				29-11-2004	06-12-2004
				Ocena:
Uwagi:

1. Wiadomości teoretyczne.

(Prawa Kirchhoffa w obwodach prądu sinusoidalnie zmiennego, pojęcie impedancji i admitancji zespolonej gałęzi szeregowej i równoległej złożonej z elementów RLC, wykresy wskazowe napięć i prądów dla różnych połączeń elementów RLC, przedstawić cel przeprowadzonego ćwiczenia).

  

2. Przebieg pomiarów.

 

2.1. Szeregowe połączenie elementów RLC.

 

2.1.1. Schemat połączeń.

R = 250  , L = 0.7 H , C = 10 F

2.1.2.Przebieg pomiarów.

Zestawić układ pomiarowy pokazany na schemacie 2.1.1. Dla różnych zadanych wartości prądu I (I  0.5 A) odczytać wskazania wszystkich mierników. Wyniki pomiarów zestawić w tabeli 2.1.3.

 

2.1.3. Tabela wyników pomiarów.

 

Lp	I	U	UR	UL	UC
		[A]	[V]	[V]	[V]	[V]
1	0,5	140	123	103	161
2	0,4	112	98,5	82	129
3	0,3	84	73,2	60,7	96,5
4	0,2	56	48,7	39,6	64
5	0,1	28,3	24,4	19,3	32

 

2.1.4. Zestawienie wyników obliczeń:

a) Na podstawie pomiarów dokonać obliczeń i zamieścić je w poniższej tabeli,

 

Lp	ULUC	U
		[V]	[V]
1	-58	135,99
2	-47	109,14
3	-35,8	81,49
4	-24,4	54,47
5	-12,7	27,5

b) narysować wykres wskazowy napięć i prądów,

c) obliczyć na podstawie pomiarów parametry elementów R, L, C oraz kąt przesunięcia fazowego między napięciem i prądem,

 

Lp	XL	XC	R	Z	
						[^o]
1	219,8	318,47	250	268	-21,54
2
3
4
5

4. obliczyć X_L i X_C i kąt przesunięcia na podstawie danych znamionowych,

e) obliczyć impedancję zastępczą szeregowego połączenia elementów RLC na podstawie danych znamionowych,

f) sprawdzić słuszność II prawa Kirchhoffa na podstawie pomiarów: (wg pkt. 1, tabela 2.1.3).

  

Obliczenia

2.2. Równoległe połączenie elementów RLC.

2.2.1. Schemat połączeń.

R = 250  , L = 0.7 H , C = 10 F

2.2.2. Przebieg pomiarów.

Zestawić układ pomiarowy pokazany na schemacie w punkcie 2.2.1. Dla różnych wartości napięcia U (U  180 V) odczytać wskazania wszystkich mierników. Wyniki pomiarów zestawić w tabeli 2.2.3.

 

2.2.3. Tabela wyników pomiarów.

 

Lp	U	I	IR	IL	IC
		[V]	[A]	[A]	[A]	[A]
1	144	0,68	0,58	0,7	0,46
2	121	0,58	0,49	0,59	0,39
3	95	0,45	0,39	0,46	0,30
4	70,5	0,34	0,29	0,34	0,22
5	45	0,22	0,18	0,22	0,14

 

2.2.4. Zestawienie wyników obliczeń:

a) Na podstawie pomiarów dokonać obliczeń korzystając z odpowiednich zależności, a wyniki zamieścić w poniższej tabeli,

 

Lp	IL-IC	I
		[A]	[A]
1	0,24	0,63
2	0,20	0,53
3	0,16	0,42
4	0,12	0,31
5	0,08	0,20

 

b) narysować wykres wskazowy napięć i prądów,

c) obliczyć na podstawie pomiarów parametry elementów: G, B_L, B_C oraz kąt przesunięcia fazowego pomiędzy napięciem i prądem,

 

Lp	G	BL	BC	Y	
		[S]	[S]	[S]	[S]	[^o]
1	0,004	0,0045	0,00314	0,0042	18,77
2
3
4
5

 

d) obliczyć G, B_L, B_C i kąt przesunięcia fazowego na podstawie danych znamionowych,

e) obliczyć admitancję i impedancję zastępczą równoległego połączenia elementów RLC na podstawie danych znamionowych,

6. sprawdzić słuszność I prawa Kirchhoffa (wg pkt.1, tab. 2.2.3).

Obliczenia

 2.3. Mieszane połączenie elementów RLC.

 

2.3.1. Schemat połączeń.

2.3.2. Przebieg pomiarów.

Zestawić układ pomiarowy pokazany na schemacie w punkcie 2.3.1. Dla różnych wartości napięcia U odczytać wskazania wszystkich mierników (I  0.75 A). Wyniki pomiarów zestawić w tabeli 2.3.3.

 

2.3.3. Tabela wyników pomiarów.

 

Lp	U	I	UL	IR	IC	URC
		[V]	[A]	[V]	[A]	[A]	[V]
1	112	0,6	125	0,47	0,37	116,5
2	93,7	0,5	104	0,40	0,31	97,6
3	74,8	0,4	82,7	0,32	0,25	78
4	56	0,3	61	0,24	0,18	58,4
5	37	0,2	40	0,16	0,12	39

 

2.3.4. Zestawienie wyników obliczeń:

a) obliczyć Z z pomierzonych wielkości prądu i napięcia,

b) na podstawie pomiarów wartości skutecznych U_L, U_RC, I_R, I_C dokonać obliczeń wartości skutecznej napięcia zasilającego U i prądu pobieranego I ze źródła oraz Z korzystając z odpowiednich zależności, a wyniki zamieścić w poniższej tabeli,

 

Lp	I	U	Z
		[A]	[V]	]
1	0,60	109,5	182,53
2	0,51	91,2	178,82
3	0,41	73	178,04
4	0,30	54,7	182,33
5	0,20	36,5	182,50

 

c) narysować wykres wskazowy napięć i prądów,

d) na podstawie pomiarów wyliczyć parametry obwodu zastępczego,

 

Lp	BC	G	ZRC	RC	XL	Z	
		[S]	[S]	[]	[^o]	[]	[]	[^o]
1	0,00314	0,004	196,64	-38,13	219,8	186	48,18
2												187,4
3												187
4												186,67
5												185

 

e) obliczyć impedancję zastępczą układu przy połączeniu mieszanym na podstawie danych znamionowych,

f) sprawdzić słuszność praw Kirchhoffa (I i II).

 Obliczenia

3. Wnioski i uwagi końcowe.

W układzie RLC przy zasilaniu napięciem przemiennym występuje przesunięcie między napięciem a prądem. Wartość tego kąta decyduje o charakterze układu oraz o mocach pobieranych w układach. W układzie występuje moc czynna pobierana przez element rezystancyjny, moc bierna oraz pozorna. Dla połączenia szeregowego wynik minusowy przy różnicy U_L-U_C wskazuje nam że układ ten ma charakter pojemnościowy, ponieważ kąt φ jest ujemny i suma spadków napięć na układzie RLC wyprzedza prąd. W połączeniu równoległym elementów RLC prąd wyprzeda napięcie co wskazuje na indukcyjny charakter układu. W układzie mieszanym jest podobnie więc mamy charakter indukcyjny. W układzie RLC przesunięcia fazowe napięcia i prądu są efektem niepożądanym, ponieważ zwiększa to pobór mocy czynnej co powoduje zmniejszenie sprawności układu. Gdy reaktancja układu bądź susceptancja całego układu wynoszą zero to układ znajduje się wstanie rezonansu równoległego bądź szeregowego. Wartości obliczone napięcia i prądu różnią się troszkę od wartości wskazywanych przez mierniki, a związane to jest z tym, iż niewielkie napięcia i prądy odkładają się i płyną przez te mierniki a które nie zostały uwzględnione przy obliczeniach. Te niewielkie różnice w wynikach potwierdzają słuszność praw Kirchhoffa.

4. Parametry i dane zmianowe zastosowanych urządzeń i mierników.

  - autotransformator nastawny TaR 2,5/0 P2,5 kVA, Imax 10A

• rezystor 250Ω

• kondensator 10μf

• dławik ED1N-700/1, L 0,7H ,

• mierniki M3800 T-YAN

---