POLITECHNIKA ŚWIĘTOKRZYSKA Katedra Urządzeń Elektrycznych i Techniki Świetlnej |
|---|
LABORATORIUM Techniki Wysokich Napięć |
Ćwiczenie nr 16 Temat ćwiczenia: Badanie diagnostyczne dzielnika napięcia. |
Data wykonania ćwiczenia: 14.03.2011r |
1.Cel ćwiczenia.
Celem ćwiczenia jest badanie modelu wysokonapięciowego rezystancyjnego dzielnika napięcia do pomiaru napięć piorunowych.
2.Tabele pomiarowe.
2.1.Pomiar przekładni dzielnika w stanie ustalonym.
| Napięcie U1 | Napięcie U2 | Przekładnia ϑU |
|---|---|---|
| V | V | - |
| 5,02 | 0,23 | 21,8 |
2.2.Pomiar charakterystyki amplitudowo-częstotliwościowej.
| f | kHZ | 0,05 | 0,10 | 0,20 | 0,50 | 1,00 | 2,00 | 3,00 | 4,00 | 5,00 | 6,00 | 7,00 | 8,00 | 9,00 | 10,00 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| U1 | V | 4,21 | 2,22 | 2,07 | 2,06 | 2,05 | 2,02 | 2,01 | 1,99 | 1,98 | 1,97 | 1,95 | 1,93 | 1,91 | 1,88 |
| U2 | V | 0,19 | 0,09 | 0,09 | 0,08 | 0,08 | 0,06 | 0,05 | 0,03 | 0,02 | 0,01 | 0,008 | 0,008 | 0,008 | 0,008 |
ϑ |
- | 22,2 | 24,7 | 23,0 | 25,8 | 25,6 | 33,7 | 40,2 | 66,3 | 99,0 | 197 | 243,8 | 241,3 | 238,8 | 235,0 |
ϑ/ϑU |
- | 1,0 | 1,1 | 1,1 | 1,2 | 1,2 | 1,5 | 1,8 | 3,0 | 4,5 | 9,0 | 11,2 | 11,1 | 11,0 | 10,8 |
2.3.Pomiar parametrów odpowiedzi dzielnika.
fp=125kHz, R=1128Ω
| T | t0 | ts | Czast |
|---|---|---|---|
| µs | µs | µs | nF |
| 0,580 | 0,110 | 1,406 | 20 |
2.4.Badanie odpowiedzi dzielnika przy napięciu liniowo narastającym.
fp=97 kHz, R=1128Ω
| T | t0 | ts | tu |
|---|---|---|---|
| µs | µs | µs | µs |
| 0,246 | 0,100 | 0,912 | 3,360 |
2.5.Pomiar rozkładu napięcia wzdłuż kolumny dzielnika.
| x | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| (Ux/U1)t=0 | 1 | 0,75 | 0,63 | 0,55 | 0,38 | 0,33 | 0,23 | 0,2 | 0,13 | 0,1 | 0,03 | 0,01 | 0 |
| (Ux/U1)t=∞ | 1 | 0,83 | 0,75 | 0,65 | 0,58 | 0,5 | 0,43 | 0,35 | 0,25 | 0,18 | 0,05 | 0,03 | 0 |
3.Przykładowe obliczenia.
$$\mathbf{\vartheta}_{\mathbf{U}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{U}_{\mathbf{1}}}{\mathbf{U}_{\mathbf{2}}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{5,02}}{\mathbf{0,23}}\mathbf{= 21,8}$$
$$\frac{\mathbf{\vartheta}}{\mathbf{\vartheta}_{\mathbf{U}}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{22,2}}{\mathbf{21,8}}\mathbf{\approx 1,0}$$
$$\mathbf{T =}\int_{\mathbf{0}}^{\mathbf{\infty}}{\left\lbrack \mathbf{1 - g}\left( \mathbf{t} \right) \right\rbrack\mathbf{dt =}\frac{\mathbf{R}\mathbf{C}_{\mathbf{\text{zast}}}}{\mathbf{4}}\mathbf{= \tau}}$$
$$\mathbf{C}_{\mathbf{\text{zast}}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{4}\mathbf{T}}{\mathbf{R}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{0,580 \times}\mathbf{10}^{\mathbf{- 6}}\mathbf{\times 4}}{\mathbf{1128}}\mathbf{= 20}\mathbf{\text{nF}}$$
$$\mathbf{\sigma U =}\frac{\mathbf{U}}{\mathbf{u}_{\mathbf{1}}\left( \mathbf{t}_{\mathbf{u}} \right)}\mathbf{=}\frac{\mathbf{S}}{\mathbf{\text{St}}_{\mathbf{u}}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{T}}{\mathbf{t}_{\mathbf{u}}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{0,246}}{\mathbf{3,360}}\mathbf{= 0,073}$$
$$\mathbf{t}_{\mathbf{u}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{T}}{\mathbf{\text{σU}}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{0,246}}{\mathbf{0,05}}\mathbf{= 4,92}\mathbf{\text{μs}}$$
4.Wykresy.
4.1. $\frac{\mathbf{\vartheta}}{\mathbf{\vartheta}_{\mathbf{U}}}\mathbf{= f}\left( \mathbf{f} \right)$.
4.2.$\mathbf{x = f}\left( \frac{\mathbf{U}_{\mathbf{x}}}{\mathbf{U}_{\mathbf{1}}} \right)$.
5.Wnioski.
Podczas zajęć badaliśmy model wysokonapięciowego rezystancyjnego dzielnika napięcia do pomiaru napięć piorunowych. Pierwszym z badanych parametrów był pomiar przekładni dzielnika w stanie ustalonym, dokonywaliśmy go przy stałym napięciu na wejściu równym 5V. Przekładnia naszego dzielnika wyniosła 21,8. Następnie wyznaczaliśmy charakterystykę amplitudowo-częstotliwościową, do tego celu wykorzystaliśmy generator napięcia sinusoidalnego. Otrzymany wykres narasta liniowo po czym utrzymuje się na stałym poziomie a następnie zaczyna opadać. Pomiar parametrów odpowiedzi jednostkowej dzielnika polegał na odczytywaniu wartości z oscyloskopu. Wyznaczona z przeprowadzonych pomiarów zastępcza pojemność doziemna dzielnika wynosi 20nF. Czas odpowiedzi dzielnika przy napięciu liniowo narastającym był szybszy niż w wcześniejszym przypadku. Czas do ucięcia tu przy którym błąd pomiaru wartości szczytowej nie przekroczy 5% wynosi 4,92µs. Pomiar rozkładu napięcia wzdłuż kolumny dzielnika polegał na odczytywaniu wartości z oscyloskopu, na jego podstawie sporządziliśmy charakterystykę zawierającą rozkład początkowy i końcowy. Wykonywane ćwiczenie nie sprawiało nam większych problemów, choć mieliśmy małe problemy przy dokładnym odczycie wartości z oscyloskopu. Badany przez nas dzielnik można wykorzystać do pomiaru napięć stałych i udarowych.