Data: 25 listopada 2008r.

SPRAWOZDANIE Z LABORATORIUM Z URZĄDZEŃ ELEKTRYCZNYCH

grupa 5 B

piątki godzina 17.00

OPIS URZĄDZEŃ

• Woltomierz (prądu zmiennego' ~' prądu stałego `− `)- do pomiaru napięcia U w voltach [V]. Rozróżniamy woltomierze analogowe i cyfrowe (bardziej dokładne).W pracowni znajdował się woltomierz analogowy prądu zmiennego, oraz cyfrowy prądu stałego. Zakres pomiarowy woltomierza prądu zmiennego przez nas używanego wynosi:

70 do 250 V

Zakres pomiarowy woltomierza prądu stałego wynosi:

Do 100V

• Amperomierz prądu zmiennego' ~', prądu stałego `−' Służy do pomiaru natężenia prądu I w amperach [A]. W doświadczeniu wykorzystywaliśmy amperomierz prądu zmiennego, analogowy

Zakres pomiarowy: 1,4 do 5 A

• Watomierz analogowy prądu, zarówno zmiennego, jak i stałego. W doświadczeniu posługiwaliśmy się watomierzem analogowym. Zakres ustalamy za pomocą pokręteł. Moc max 4000W

• Oscyloskop- ukazuje wykres sinusoidalnie zmiennego napięcia

• Rezystory suwakowe

• Rezystor dekadowy- wzorzec rezystancji (ustalamy rezystancję)

Dokładność 0,05%

• Miliamperomierz- do pomiaru natężenia prądu stałego w [mA], cyfrowy, zakres: 0 do 200mA

• Zasilacz stabilizowany- do generowania prądu stałego

• Generator napięcia sinusoidalnie zmiennego

• Przyrząd uniwersalny (multimetr) cyfrowy, pomiar U , R , I

AC-zmienny DC- stały ,

Jako amperomierz prądu zmiennego Zakres do 2000mA

Jako omomierz cyfrowy zakres: do 1 kΩ

DOŚWIADCZENIE NR 1

POMIAR REZYSTANCJI METODĄ POŚREDNIĄ I BEZPOŚREDNIĄ.

Data przeprowadzonego doświadczenia: 14 listopada 2008 r.

1. Cel doświadczenia:

Celem pierwszego doświadczenia jest wykonanie pomiaru rezystancji. Badamy rezystancję dwóch rezystorów suwakowych i dekadowego, nie połączonych ze sobą przy 3 różnych napięciach zasilających. Najpierw posługujemy się metodą pośrednią do wyznaczenia rezystancji R stosujemy prawo Ohma R= U/I, a następnie stosujemy metodę bezpośrednią używając multimetru mierzymy R. Z rezystora dekadowego odczytujemy rezystancję R= 110Ω.

W dalszej części doświadczenia wyznaczamy rezystancję R i R_z rezystorów suwakowych połączonych równolegle, a następnie szeregowo, pamiętając o tym że R= R_z . Do pośredniego wyznaczenia R połączenia równoległego i szeregowego korzystamy najpierw z prawa Ohma R= U/I i wyliczamy średnią wartość. Następnie wyliczamy R_z korzystając z praw Kirchoffa w połączeniu szeregowym: R_z= ∑Ri_pośr- suma rezystancji R₁ i R₂ wyznaczonych pośrednio, w połączeniu równoległym: 1/R_z= ∑1/Ri_pośr . Później wykonujemy pomiar bezpośredni przy połączeniu szeregowym i równoległym. Wyniki umieszczamy w tabeli, wyliczamy błędy i formułujemy wnioski końcowe.

2. Przyrządy:

- dwa rezystory suwakowe

- rezystor dekadowy

- woltomierz

- miliamperomierz

3. Tabela dokonanych pomiarów i obliczeń:

	Napięcie U [V]	Natężenie I [mA]	Rp pośrednia [Ω]	Rpśr [Ω]	Rb bezpośrednia [Ω]	Rzp obliczona pośrednio [Ω]	Rzb obliczona bezpośrednio [Ω]
	Rezystor1	5,81	88	66
		8,71	132	66	66,2	67
		11,65	175	66,6
	Rezystor2	5,93	32	185,3
		8,89	47	189,1	187,7	193
		11,88	63	188,6
	Rezystor3	5,84	54	108,1
		8,97	81	110,7	109,4	110,1
		11,72	107	109,5
	Połączenie szeregowe 1-2	5,97	24	248,8
		8,95	35	255,7	252,9		253,9	259,3
		11,95	47	254,3
	Połączenie równoległe 1-2	5,84	119	49,1
		8,76	177	49,5	49,3		48,9	49,9
		11,77	239	49,2

R3= R_d = 110Ω - rezystancja rezystora dekadowego

Błąd pomiaru bezpośredniego: (110,1-110) : 110,1 ∙ 100% = 0,1%

Błąd pomiaru pośredniego: (110-109,4) : 110 ∙ 100% = 0,5%

Błędy R_pśr połączenia szeregowego w stosunku do R_zb

1. R_pśr z prawa Ohma do R_zb:

(R_zb -R_pśr) : R_zb ∙ 100% + 0,1% = (259,3 - 252,9) : 259,3 ∙ 100% + 0,1% = 2,6%

2. R_zp z prawa Kirchoffa do R_zb :

(R_zb -R_zp) : R_zb ∙ 100% + 0,1% = (259,3 - 253,9) : 259,3 ∙ 100% + 0,1% = 2,2%

Błędy R_pśr połączenia równoległego w stosunku do R_zb:

1. R_pśr z prawa Ohma do R_zb:

(R_zb -R_pśr) : R_zb ∙ 100% + 0,1% = (49,9 - 49,3) : 49,9 ∙ 100 % + 0,1% = 1,3%

2. R_zp z prawa Kirchoffa do R_zb :

(R_zb -R_zp) : R_zb ∙ 100% + 0,1% = (49,9 - 48,9) : 48,9 ∙ 100% + 0,1% = 2,1%

4. Wnioski:

Z obliczeń błędu pomiędzy R pośrednim i R_d (0,5%) oraz R bezpośrednim i R_d (0,1%) widzimy iż pomiary bezpośrednie są dokładniejsze. Dlatego aby wyliczyć błąd obliczonej rezystancji w połączeniu szeregowym i równoległym odnosimy otrzymane wartości dwóch metod do R_d bezpośredniego i dodajemy błąd metody bezpośredniej(0,1%). Po zestawieniu błędów z dwóch metod widzimy iż wyznaczenie rezystancji połączenia równoległego jest dokładniejsze w przypadku skorzystania z prawa Ohma (1,3%), natomiast w połączeniu szeregowym dokładniejszy wynik otrzymaliśmy korzystając z prawa Kirchoffa (2,2%).

Ogólnym wnioskiem wynikającym z prawa Kirchoffa jest fakt iż połączenie szeregowe stosujemy gdy chcemy zwiększyć rezystancję a co za tym idzie zredukować natężenie prądu, natomiast połączenie równoległe stosujemy gdy chcemy zmniejszyć rezystancję układu, czyli zwiększyć natężenie prądu .

DOŚWIADCZENIE NR 2

BADANIE PARAMETRU NAPIĘCIA ZMIENNEGO.

Data przeprowadzonego doświadczenia: 21 listopada 2008 r.

1. Cel doświadczenia:

Celem przeprowadzonego przez nas doświadczenia było zbadanie parametru napięcia zmiennego. Potrzebowaliśmy do tego oscyloskopu, który wygenerował wykres sinusoidalny. Z tego wykresu jedna osoba odczytała okres T z osi U, a następna wartość międzyszczytową U_pp z osi t. Po przemnożeniu przez podany nam mnożnik k_U odczytanej wartości U_pp i podzielenie przez dwa wyliczyliśmy amplitudę U_m. Kolejnym krokiem było podzielenie amplitudy U_m przez pierwiastek z dwóch. Wynikiem było napięcie skuteczne U. Również wartość T musieliśmy pomnożyć przez mnożnik k_T . Następnie obliczyliśmy częstotliwość za wzoru f = 1/T. Wyliczone wartości f i U_m porównaliśmy do wartości parametrów napięcia zmiennego odczytanymi z multimetru. Otrzymane przez nas wyniki znajdowały się w granicy błędów.

2. Przyrządy:

- oscyloskop:

mnożnik napięcia k_U = 0,1 V/cm

mnożnik dla okresu k_T = 0,5 ms/cm

- multimetr

3. Wyniki pomiarów, obliczeń:

Wartość odczytana z osi t: T = 6,4 cm

T' = T ∙ k_T = 6,4 cm ∙ 0,5 ms/cm = 3,2 ms = 0,0032 s

f = 1/T' = 1/0,0032 s = 312,5 Hz

Wartość częstotliwości odczytana z multimetru: f = 310 Hz

Wartość odczytana z osi U: U_pp = 7,3 cm

U = U_pp ∙ k_U = 7,3 cm ∙ 0,1 V/cm = 0,73 V

U_m = U ∙ 0,5 = 0,73 V ∙ 0,5 = 0,365 V

Wartość napięcia skutecznego:

U' = U_m / √2 ≈ 0,26 V

Wartość napięcia skutecznego odczytana z multimetru: U = 0,24 V

4. Wykres:

u(t) = U_m ∙ sin(2πf ∙ t)

u(t) = 0,365 ∙ sin(2π ∙ 312,5 ∙ t)




5. Wnioski:

Celem doświadczenia było wyznaczenie parametru napięcia zmiennego. Wyniki są obarczone dość nieznacznymi błędami przypadkowymi wynikającymi z niedokładności odczytu wartości T z osi t i Upp z osi U na ekranie oscyloskopu oraz błędami systematycznymi wynikającymi z niedokładności urządzenia pomiarowego.

DOŚWIADCZENIE NR 3

BADANIE SAMOREGULUJĄCEJ SIĘ TAŚMY GRZEWCZEJ.

Data przeprowadzonego doświadczenia: 21 listopada 2008 r.

1. Cel doświadczenia:

Celem tego doświadczenia było wyznaczenie parametrów samoregulującej się taśmy grzewczej. Mieliśmy odczytywać zmiany natężenia prądu przepływającego przez przewód przy wzroście temperatury, a następnie dzięki zbadanym wielkościom mogliśmy obliczyć rezystancje, moc i moc jednostkową.

2. Przyrządy:

- woltomierz

- amperomierz

- termometr

3. Tabela dokonanych pomiarów i obliczeń:

W tabeli zamieszczone są nasze pomiary i obliczenia

Lp.	T [°C]	I [mA]	R [Ω]	P [W]	PL [W/m]
1	25	334	746	83	43
2	26	298	836	74	38
3	27	272	915	68	35
4	28	256	973	64	33
5	29	240	1038	60	31
6	30	228	1092	57	29
7	31	218	1142	54	28
8	32	211	1180	53	27
9	33	202	1233	50	26

Napięcie stałe: U= 249V

Długość przewodu grzewczego wykorzystywanego w doświadczeniu: L= 1,95 m

4. Wykresy:










5. Wnioski:

Po wykonaniu obliczeń dotyczących rezystancji, mocy i mocy jednostkowej sporządziliśmy trzy wykresy opisujące zależności między wzrostem temperatury, a natężeniem, rezystancją i mocą jednostkową. Wraz ze wzrostem temperatury taśmy samoregulującej się natężenie prądu oraz jednostkowa moc grzewcza spadają. Rezystancja zachowuje się odwrotnie - rośnie wraz z podnoszeniem się temperatury taśmy. Wzrost temperatury powoduje rozszerzanie się struktury molekularnej elementu grzejnego co powoduje istotny wzrost oporu elektrycznego, a co za tym idzie zmniejszenie natężenia prądu i mocy grzejnej. Przy ochładzaniu się proces jest odwrotny - opór przewodnika maleje a natężenie i moc grzewcza wzrasta.

Taśma samoregulująca pobiera energię elektryczną tylko w takiej ilości, jaka jest jej potrzebna do uzyskania odpowiedniego efektu grzewczego, nie wymagając dodatkowo urządzeń regulujących. W chwili uzyskania tego efektu taśma przestaje pobierać prąd.

DOŚWIADCZENIE NR 4

BADANIE WYŁĄCZNIKA SILNIKOWEGO Z WYZWALACZEM BIMETALOWYM

Data przeprowadzonego doświadczenia: 21 listopada 2008 r.

1. Cel doświadczenia:

Celem ćwiczenia było wyznaczenie charakterystyki czasowo prądowej wyłącznika silnikowego typu M250 dla stanu nienagrzanego. Wyłącznik ma funkcję zabezpieczania przetężeniowego i musi być dostosowany do występujących w układzie prądów roboczych i zwarciowych. W celu wykonania tej charakterystyki badaliśmy czas zadziałania wyłącznika dla prądów o różnym natężeniu w naszym doświadczeniu równych: 1,7; 2,4; 3,2; 4,1; 4,6 x I_n. Po każdym zadziałaniu przekaźnika musieliśmy odczekać aż bimetal ostygnie. Na podstawie pomiarów, które wykonaliśmy, narysowaliśmy wykres t= f(I/I_n).

2. Przyrządy:

- stoper

- amperomierz

- watomierz

- woltomierz prądu zmiennego

- wyłącznik silnikowy

- wyłącznik ustalający z pokrętłem do ustalenia charakterystyki prądowej

3. Tabela dokonanych pomiarów i obliczeń:

Lp.	U [V]	I [A]	P [W]	I /In	P­obl [W]	R [Ω]
1	88	1.7	31x5=155	1.7	149.6	51.76
2	136	2.4	31x10=310	2.4	326.4	56.67
3	174	3.2	55x10=550	3.2	556.8	54.37
4	220	4.1	45x20=900	4.1	902	53.66
5	250	4.6	58x20=1160	4.6	1150	54.35

Zakres woltomierza - 500V

Wyłącznik 1A= I_n. Powyżej 1A wyłącznik zadziała (czyli automatycznie się wyłącza).

4. Wykres:




5. Wnioski:

Wraz ze wzrostem wartości przepływającego prądu zwiększa się moc wydzielana na elemencie. Moc wydzielana jest głównie w postaci ciepła, co powoduje zmiany związane z bimetalem. Im większy prąd, tym urządzenie szybciej reaguje. Jest to dobre rozwiązanie, gdyż szybki skok o znacznej wartości mógłby spowodować uszkodzenie ochranianego urządzenia.

Krzywa charakterystyki czasowo-prądowej dla pewnego bezpiecznika jest pokazana jako linia ciągła, ukazująca dla tego bezpiecznika czas wyłączania w sekundach dla pewnego zakresu przetężeń. Czas wyłączania uważa się za nominalny, chyba że podano to inaczej.

Można wykorzystać krzywą dla tego bezpiecznika do sprawdzenia jego czasu wyłączania przy danym przetężeniu, lub też możemy się dowiedzieć jakie natężenie jest potrzebne do wyłączenia w określonym czasie.

1

- 1 -

---