Wrocław, 28.10.1997

Sprawozdanie z laboratorium

z elektrotechniki

Ćwiczenie nr 5

Temat: Szeregowy obwód R,L,C z elementem nieliniowym

Grupa 3, wtorek 18,55

Aldona Zaborowska

Piotr Rzepa

Cel ćwiczenia

1. Określenie wpływu elementu nieliniowego na charakterystykę napięciowo-prądową szeregowego obwodu R, L, C.

Układ pomiarowy

1. A - amperomierz

1. V - woltomierz

1. Atr - autotransformator

1. Tr - transformator

1. NL - element nieliniowy

1. Os - oscyloskop

-1. Spis przyrządów

• zestaw elementów R, L, C

• woltomierz elektromagnetyczny (kl 0,5; zakres 75V)

• multimetr V561

• autotransformator

• oscyloskop DT6620

• Zadania

• Zaobserwować przebiegi napięć na poszczególnych elementach

• obwodu R, L, C oraz ich kombinacjach.

Obraz jaki dawało napięcie dla obwodu liniowego był dla poszczególnych elementów sinusoidą różniącą się amplitudą. Jedynie na cewce napięcie miało kształt "falowanej" sinusoidy (rys.1). Powodowane było to faktem, że jedynie cewka nie jest elementem całkowicie złożonym tylko z indukcyjności, ma ponadto dużą rezystancję.

Po włączeniu do obwodu elementu nieliniowego obraz napięcia na każdym elemencie układu stracił charakter sinusoidalny. Przypominał bardziej wykres pracy serca (EKG).

Wyniki pomiarów

• z elementem nieliniowym (NL)

	Uz	=	20V	Uz	=	40V	Uz	=	60V
	U[V]	ΔU[V]	δU[%]	U[V]	ΔU[V]	δU[%]	U[V]	ΔU[V]	δU[%]
C1	5,73	±0,38	6,63	15,56	±0,38	2,44	23,70	±0,38	1,60
C2	5,99	±0,38	6,34	16,30	±0,38	2,33	24,80	±0,38	1,53
R1	3,03	±0,38	12,54	9,02	±0,38	4,12	14,10	±0,38	2,69
R2	6,35	±0,38	5,98	18,81	±0,38	2,02	29,60	±0,38	1,28
L	3,53	±0,38	10,76	7,79	±0,38	4,88	10,70	±0,38	3,55
NL	16,33	±0,38	2,33	16,69	±0,38	2,28	16,90	±0,38	2,25
C1C2	11,65	±0,38	3,26	31,80	±0,38	1,19	48,40	±0,38	0,79
R1R2	9,33	±0,38	4,07	27,8	±0,38	1,37	43,80	±0,38	0,87
LR1	4,31	±0,38	8,82	11,50	±0,38	3,30	17,90	±0,38	2,12
R2C2	10,43	±0,38	3,64	28,70	±0,38	1,32	43,40	±0,38	0,88

• bez elementu nieliniowego

	Uz	=	20V	Uz	=	40V	Uz	=	60V
	U[V]	ΔU[V]	δU[%]	U[V]	ΔU[V]	δU[%]	U[V]	ΔU[V]	δU[%]
C1	7,34	±0,38	3,18	14,59	±0,38	2,60	21,70	±0,38	1,75
C2	7,68	±0,38	4,95	156,29	±0,38	2,49	22,80	±0,38	1,67
R1	4,98	±0,38	7,63	9,70	±0,38	3,92	15,08	±0,38	2,52
R2	10,42	±0,38	3,65	20,60	±0,38	1,84	31,00	±0,38	1,23
L	2,94	±0,38	12,93	5,70	±0,38	6,67	8,94	±0,38	4,25
C1C2	15,05	±0,38	2,52	30,20	±0,38	1,26	45,30	±0,38	0,84
R1R2	15,45	±0,38	2,46	30,90	±0,38	1,23	46,50	±0,38	0,82
LR1	5,80	±0,38	6,55	12,10	±0,38	3,14	18,30	±0,38	2,08
R2C2	12,40	±0,38	3,06	25,30	±0,38	1,50	38,20	±0,38	0,99

Przykładowe obliczenia

6. Sumowanie wektorów napięć:

Wnioski

Badając przebiegi napięciowe przy pomocy oscyloskopu na poszczególnych elementach obwodu stwierdziliśmy, że częstotliwości badanych napięć są takie same dla każdego elementu. Ponadto zaobserwowaliśmy, że dla obwodu bez elementu nieliniowego przebiegi napięciowe na elementach mają charakter sinusoidalny, natomiast po włączeniu do obwodu elementu nieliniowego, którego parametry zależą od prądu przepływającego, charakter napięć odbiega od sinusoidalnego.

Zaobserwowaliśmy, że dla badanego obwodu bez elementu nieliniowego sumowanie (ortogonalne) spadków napięć daje niemal takie same wartości jak dla napięcia zmierzonego. Jedyną różnicą może być cewka, która nie jest elementem idealnie jednorodnym. Metody sumowania przedstawionej wyżej nie da się zastosować do elementów w obwodzie z elementem nieliniowym. Obwody nieliniowe można rozwiązywać metodami przybliżonymi: numerycznymi, graficznymi, za pomocą analogów i pomiarów, lecz ścisłe rozwiązanie obliczeń zależy w dużym stopniu od intuicji i głębokiego zrozumienia procesów fizycznych zachodzących w obwodzie.

---