Obwody prądu przemiennego, WSZYSTKO NA UCZELNIĘ TECHNICZNĄ, Elektonika-Elektrotechnika

ZESPÓŁ SZKÓŁ ŁĄCZNOŚCI w Gdańsku

Technikum Łączności im. Obrońców Poczty Polskiej w Gdańsku

Pracownia elektryczna i elektroniczna

(zestaw instrukcji przeznaczonych dla klasy drugiej technikum)

Obwody prądu przemiennego

opracował mgr inż. Romuald Borowczyk

Gdańsk 2003

Tematy ćwiczeń

Pomiar mocy w jednofazowym obwodzie prądu przemiennego.
Badanie dławika.
Badanie transformatora jednofazowego.

Cel ćwiczeń

poznanie rodzajów mocy występujących w obwodach prądu przemiennego,
poznanie sposobów ich pomiaru i obliczania,
poznanie zasad kompensacji mocy biernej indukcyjnej,

poznanie zasad analizy obwodu elektrycznego z elementem o nieliniowej charakterystyce napięciowo-prądowej (dławik),

wyrobienie umiejętności wyznaczania parametrów elektrycznych dławika jako przygotowanie do badania transformatora,
poznanie budowy i praktycznego zastosowania transformatorów jednofazowych,
poznanie charakterystycznych parametrów transformatora oraz zasad wykonywania pomiarów w celu ich wyznaczania,
wyrobienie umiejętności praktycznego badania transformatora.

Zakres materiału obowiązujący ucznia

pojęcie mocy czynnej, biernej i pozornej,
podstawowe wzory i zależności związane z obliczaniem mocy prądu przemiennego,
trójkąt mocy,
przesunięcia fazowe pomiędzy prądem i napięciem na elementach rezystancyjnych, reaktancyjnych indukcyjnych i pojemnościowych,
pojęcie kompensacji mocy biernej indukcyjnej,
pętla histerezy materiałów ferromagnetycznych,
budowa i zasada działania transformatora jednofazowego.

Literatura

- M.Pilawski : Pracownia elektryczna, WSiP'89
- M.Pilawski : Fizyczne podstawy elektrotechniki, WSiP'87
- S.Bolkowski : Podstawy elektrotechniki, WSiP'90

TEMAT: POMIARY MOCY W JEDNOFAZOWYM OBWODZIE PRĄDU PRZEMIENNEGO

Cel ćwiczenia

- poznanie sposobów pomiaru i obliczania mocy w obwodzie prądu przemiennego (mocy

czynnej , biernej i pozornej),

- poznanie zasad kompensacji mocy biernej indukcyjnej.

Zadania pomiarowe

Połączyć układ pomiarowy wg rys.1.
Zmieniając wartość napięcia zasilającego autotransformatorem wykonać pomiary
napięcia, prądu i mocy czynnej.
UWAGA: pomiary wykonywać tak samo, jak w poprzednich ćwiczeniach
(stała podziałki x wychylenie wskazówki).
Wyniki pomiarów zapisać w tabeli nr 1.
Na podstawie otrzymanych wyników pomiarów obliczyć wartości:
- mocy pozornej S,
- mocy biernej Q,
- współczynnika mocy cos ϕ ,
- pojemności C kondensatora kompensującego moc bierną indukcyjną.
Dla wybranej, jednej wartości napięcia dołączyć do układu kondensator o obliczonej
wartości pojemności i powtórzyć pomiary napięcia, prądu i mocy czynnej.

UWAGA: kondensator należy podłączyć równolegle do odbiornika.
6. Wyniki powtórzonego pomiaru zapisać w tabeli nr 2.

Opracowanie wyników

- czy otrzymane wyniki pomiarów i obliczeń w tabeli nr 1 zgodne są z założeniami
teoretycznymi ?

- czy podłączenie kondensatora spowodowało kompensację mocy biernej ? (jakie wielkości
pozostały niezmienne, a jakie się zmieniły ? ; czy zgadza się to z teorią ?)

- narysować trójkąt mocy przed kompensacją mocy biernej ,z kompensacją i dla
kompensacji idealnej.

Schemat układu pomiarowego

0x08 graphic

Rys.1 Schemat układu pomiarowego do pomiaru mocy w obwodzie prądu przemiennego.

Tabele pomiarowe

tabela nr 1

U	I	P	S	Q	cos ϕ	C
V	A	W	VA	VAR	---	μF

tabela nr 2

cos ϕ

VAR

---

Oznaczenia

U - pomiar napięcia na odbiorniku

I - pomiar prądu odbiornika

P - pomiar mocy czynnej wydzielanej na odbiorniku

S - obliczona wartość mocy pozornej odbiornika

Q - obliczona wartość mocy biernej indukcyjnej odbiornika cosϕ - obliczona wartość współczynnika mocy obciążenia (odbiornika)

C - obliczona wartość pojemności kondensatora kompensującego moc bierną indukcyjną

C =
[ μF ] ω = 2 Π f [ rad/s ]

ω - pulsacja napięcia zasilającego
f - częstotliwość napięcia zasilającego ( 50 Hz )

TEMAT : BADANIE DŁAWIKA

Cel ćwiczenia

wyznaczenie zależności charakterystycznych parametrów elektrycznych dławika w funkcji prądu płynącego w jego uzwojeniu,

wyrobienie umiejętności analizy obwodu elektrycznego z elementem o nieliniowej charakterystyce napięciowo-prądowej.

Zadania pomiarowe

Połączyć układ pomiarowy wg rys.1.
Zmieniając wartość napięcia zasilającego autotransformatorem wykonać pomiary prądu, napięcia i mocy czynnej.

UWAGA: - maksymalny dopuszczalny prąd uzwojenia dławika wynosi 0.6 A (600 mA),
- pomiary wykonać dla takich wartości prądu, które umożliwią narysowanie
podanych w ”opracowaniu wyników ” charakterystyk.

Wyniki pomiarów zapisać w tabeli nr 1.
Wykonać pomiar rezystancji uzwojenia dławika R_ metodą techniczną w układzie z poprawnie mierzonym napięciem (minimum 5 pomiarów prądu i napięcia).
Wyniki pomiarów zapisać w tabeli nr 2.

0x08 graphic

Rys.1. Schemat układu pomiarowego do wyznaczania podstawowych parametrów dławika.

Opracowanie wyników

narysować charakterystyki : U = f(I); L = f(I); P_Fe = f(I); P_Cu = f(I) i skomentować ich przebieg,

które parametry dławika są wielkościami liniowymi, a które nie ? (czy wyniki potwierdzają teorię ?),

dlaczego wartość rezystancji R_ różni się od R ?

dlaczego indukcyjność dławika zmniejsza się w miarę jego nasycania i jak to wpływa na charakterystykę U = f(I) ?

Tabele pomiarowe

tabela nr 1

I	U	P	Z	R	X	L	P_Cu	P_Fe
A	V	W	Ω	Ω	Ω	H	W	W

tabela nr 2

U	I	R_	R__śr
V	A	Ω	Ω
			..........

Oznaczenia

I - pomiar prądu
U - pomiar napięcia
P - pomiar mocy czynnej
Z - impedancja dławika
R - rezystancja dławika dla prądu przemiennego
R_ - rezystancja dławika dla prądu stałego
X - reaktancja dławika
L - indukcyjność dławika
P_Cu - moc czynna tracona w uzwojeniu dławika

P_Fe - moc czynna tracona w rdzeniu dławika

Wykonując obliczenia na podstawie otrzymanych wyników pomiarów należy korzystać ze wzorów :

TEMAT: BADANIE TRANSFORMATORA JEDNOFAZOWEGO

Cel ćwiczenia :

poznanie budowy , właściwości i praktycznego zastosowania transformatorów jednofazowych,
poznanie podstawowych parametrów transformatora,

umiejętność wykonania pomiarów i obliczeń w celu ich wyznaczenia.

Zadania pomiarowe

Wyznaczenie przekładni transformatora

a/ połączyć układ pomiarowy wg rys.1.

b/ zmieniając wartość napięcia zasilającego autotransformatorem wykonać pomiary
napięcia U₁₀ po stronie pierwotnej i U₂₀ po stronie wtórnej transformatora dla wartości
napięcia pierwotnego z zakresu od U_1n do 0.75 U_1n.
c/ wyniki pomiarów zapisać w tabeli nr 1.

2. Badanie transformatora w stanie jałowym

a/ połączyć układ pomiarowy wg rys.2.
b/ zmieniając wartość napięcia zasilającego autotransformatorem wykonać pomiary
napięcia U₁₀, prądu I₁₀ i mocy czynnej P₁₀w zakresie wartości napięcia pierwotnego
stanu jałowego od 0.1 U_1n do U_1n.
UWAGA : dla małych wartości U₁₀ pomiar mocy czynnej może być niemożliwy do wykonania
(lub bardzo niedokładny), w takich przypadkach należy jednak zapisywać wyniki
pomiaru prądu I₁₀.
c/ wyniki pomiarów zapisać w tabeli nr 2.

3. Badanie transformatora w stanie zwarcia

a/ połączyć układ pomiarowy wg rys. 3.
b/ zmieniając wartość napięcia zasilającego od zera wykonać pomiary napięcia U_1Z,
prądu I_1Z i mocy czynnej P_1Z.
UWAGA : zmiany napięcia zasilającego należy wykonywać bardzo ostrożnie, aby nie
przekroczyć znamionowej (dopuszczalnej) wartości I_1n prądu po stronie
pierwotnej.
c/ wyniki pomiarów zapisać w tabeli nr 3.

4. Badanie transformatora w stanie obciążenia

a/ połączyć układ pomiarowy wg rys.4.
b/ podać od strony pierwotnej napięcie równe napięciu znamionowemu i nie zmieniać jego
wartości podczas pomiarów.
c/ zmieniając wartość rezystancji rezystora obciążenia R_obc (od wartości maksymalnej do
takiej, przy której popłynie w uzwojeniu wtórnym prąd znamionowy I_2n) wykonać
pomiary prądu I₂, napięcia U₂ oraz mocy czynnych P₁ i P₂.
d/ wyniki pomiarów zapisać w tabeli nr 4.

Schematy układów pomiarowych

0x08 graphic

Rys.1. Schemat układu pomiarowego do wyznaczania przekładni transformatora.

0x08 graphic

Rys.2. Schemat układu pomiarowego do badania transformatora w stanie jałowym.

0x08 graphic

Rys.3. Schemat układu pomiarowego do badania transformatora w stanie zwarcia.

0x08 graphic

Rys.4. Schemat układu pomiarowego do badania transformatora w stanie obciążenia.

Tabele pomiarowe

tabela nr 1

U₁₀	U₂₀	ϑ	ϑ_śr
V	V	V/V	V/V
			.......

tabela nr 2

U₁₀	I₁₀	P₁₀	cosϕ_o	Q₁₀	Iμ	I_Fe
U	A	W	---	VAR	A	A

tabela nr 3

U_1Z	I_1Z	P_1Z	cosϕ_Z	Z_1Z	R_1Z	X_1Z
U	A	W	---	Ω	Ω	Ω

tabela nr 4

I₂	U₂	P₁	P₂	η
A	V	W	W	%

Opracowanie wyników

1. stan jałowy

- narysować i omówić charakterystyki: I₁₀ = f(U₁₀), P₁₀ = f(U₁₀), cosϕ₀= f(U₁₀),
- na podstawie wyników pomiarów i obliczeń określić znamionowe wartości prądu stanu
jałowego I_10n i współczynnika mocy cosϕ_0n.

2. stan zwarcia
- narysować i omówić charakterystyki: I_1Z = f(U_1Z), P_1Z = f(U_1Z), cosϕ_Z= f(U_1Z),
- na podstawie wyników pomiarów określić znamionową wartość napięcia zwarcia U_1Zn oraz
obliczyć jego wartość procentową U_1Z% .

3. stan obciążenia

- narysować i omówić charakterystyki: U₂= f(I₂), η= f(I₂),
- na podstawie wyników pomiarów i obliczeń określić znamionową wartość sprawności
transformatora η_n .

Oznaczenia

# wszystkie wielkości parametrów transformatora oznaczone indeksem 1 odnoszą się do
jego strony pierwotnej; indeks 2 odnosi się do strony wtórnej transformatora.

S_n,U_1n,U_2n - znamionowe wartości mocy pozornej, napięcia zasilania ,napięcia wtórnego,
I_1n,I_2n prądu pierwotnego i wtórnego,

U₁₀,I₁₀,P₁₀ - pomiar napięcia, prądu, mocy w stanie jałowym,

U_1Z,I_1Z,P_1Z - pomiar napięcia, prądu, mocy w stanie zwarcia,

P₁,P₂,U₂,I₂ - pomiar mocy pierwotnej, wtórnej, napięcia wtórnego, prądu wtórnego w stanie
obciążenia,

ϑ - przekładnia transformatora,
cosϕ₀ - współczynnik mocy w stanie jałowym,
I_Fe , Iμ - składowa czynna i bierna prądu stanu jałowego,

Q₁₀ - moc bierna stanu jałowego,

cosϕ_Z - współczynnik mocy w stanie zwarcia,
Z_1Z,R_1Z,X_1Z - impedancja, rezystancja, reaktancja w stanie zwarcia,
η - sprawność transformatora,
η_n - znamionowa sprawność transformatora.