POLITECHNIKA ŚLĄSKA

WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA I ENERGETYKI

INSTYTUT MASZYN I URZĄDZEŃ ENERGETYCZNYCH

LABORATORIUM ELEKTRYCZNE

Źródła zasilania i parametry przebiegu

przemiennego.

(E – 1)

Opracował:

Mgr inż. Jerzy Początek

Zatwierdził: W.O.

1.

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest pomiar napięcia, prądu i mocy na wyjściu obciążonego
ź

ródła napięcia idealnego i rzeczywistego oraz wykreślenie zależności:

U=f(R

obc

); I= f(R

obc

); P= f(R

obc

); P=f(I

obc

). Ćwiczący powinien umieć

wyprowadzić te związki na podstawie praw Kirchhoffa i Ohma. W następnym
etapie ćwiczący mierzy takie parametry przebiegów jak: amplituda; wartość
ś

rednia; wartość skuteczna; wartość średnia modułu oraz oblicza współczynniki:

kształtu i szczytu.

2.

Wprowadzenie:

2.1.

Źródło napięcia idealne

Idealne źródło napięcia to takie, którego oporność wewnętrzna R

w

= 0.

R

obc.

E

Rys. 1. Schemat elektryczny idealnego źródła napięcia.

2.2.

Źródło napięcia rzeczywiste.

Rzeczywiste źródło napięcia to takie, którego oporność wewnętrzna R

w

≠

0.

R

w

R

obc.

E

Rys. 2. Schemat rzeczywistego źródła napięcia.

2.3.

Definicje:

Wartość skuteczna



wartość średnia



wartość średnia modułu

współczynnik szczytu: ,,s”=

skuteczna

wartość

przebiegu

amplituda

współczynnik kształtu: ,,k”=

modulu

ś

rednia

wartość

skuteczna

wartość

2.4.

Oznaczenia mierników i wielkości przez nie mierzonych.

MAGNETOELEKTRYCZNY (WARTOŚĆ ŚREDNIA)

ELEKTROMAGNETYCZNY (WARTOŚĆ SKUTECZNA)

ELEKTROSTATYCZNY (WARTOŚĆ SKUTECZNA)

ELEKTRODYNAMICZNY (WARTOŚĆ SKUTECZNA)

MAGNETOELEKTRYCZNY Z PROSTOWNIKIEM

(WARTOŚĆ ŚREDNIA MODUŁU)

dt

t

f

T

T

∫

⇒

0

2

)

(

1

ω

∫

⇒

T

dt

t

f

T

0

)

(

1

ω

( )

∫

⇒

T

dt

t

f

T

0

1

ω

2.5.

Przykładowe wartości wielkości wyliczone z definicji dla różnych
przebiegów.

WARTOŚĆ



SYGNAŁ

ŚREDNIA

SKUTECZ
NA

ŚREDNIA
MODUŁU

WSPÓŁ
CZYNNIK
SZCZYTU

,,s”

WSPÓŁ
CZYNNIK
KSZTAŁTU

,,k”

Sinusoidalny

0

2

m

A

ππππ

m

A

2

2

2

2

ππππ

Prostokątny

0

m

A

m

A

1

1

Trójkątny

0

3

m

A

2

m

A

3

3

2

3.

Badania i pomiary:

3.1.

Idealne źródło napięcia.

3.1.1.

Określenie wielkości mierzonych i zadanych.

Wielkościami mierzonymi są napięcie U [V], natężenie prądu I [A] (pomiar
bezpośredni) oraz moc elektryczna P = UI [W] (pomiar pośredni).
Wielkością zmienianą jest opór R

obc.

3.1.2.

Schemat stanowiska.

R

obc.

Rys.3

mA

V

ZASILACZ
STABILIZOWANY

3.1.3.

Przebieg ćwiczenia.

Podczas ćwiczenia idealne źródło napięcia symulujemy używając zasilacza ze
stabilizowanym napięciem, który w pewnym zakresie obciążeń możemy
potraktować jako źródło idealne.

1.

Zestawić układ pomiarowy według Rys. 3

2.

Dokonać pomiarów natężenia prądu I [mA], napięcia U [V] dla kolejno
zmienianych wartości oporności R

obc.

[

Ω

] (opornica dekadowa). Proponowane

wartości R

obc

= 200, 400, 600, 800, 1000 [

Ω

].

3.

Obliczyć wartość mocy dla każdego obciążenia.

4.

Wyniki pomiarów i obliczeń zapisać w tabeli pomiarowej nr.1
(w załączniku).

5.

Na podstawie wyników pomiarów i obliczeń sporządzić wykresy:
U = f(R

obc.

), I = f(R

obc.

), P = f(R

obc

), P = f(I).

6.

Zapisać uwagi i wnioski dotyczące przebiegu ćwiczenia i otrzymanych
wyników.

3.1.4.

Opracowanie wyników pomiarów.

U[V] I[mA]

R[Ω]

R[Ω]

P[mW] P[mW]

R[Ω] I[mA]

3.2.

Rzeczywiste źródło napięcia.

3.2.1.

Określenie wielkości mierzonych i zadanych.

Wielkościami mierzonymi są napięcie U [V], natężenie prądu I [A] (pomiar
bezpośredni) oraz moc elektryczna P = UI [W] (pomiar pośredni).
Wielkością zmienianą jest opór R

obc.

3.2.2.

Schemat stanowiska.

R

w

R

obc.

230 V
50 Hz

Rys. 4

3.2.3.

Przebieg ćwiczenia.

W celu uwypuklenia wpływu oporności wewnętrznej źródła napięcia na
mierzone zależności, jako źródło rzeczywiste używamy transformatora o
sztucznie zawyżonej oporności wewnętrznej (dodajemy R

w

= 100

Ω

).

1.

Zestawić układ pomiarowy według Rys. 4

2.

Dokonać pomiarów natężenia prądu I [mA], napięcia U [V] dla kolejno
zmienianych wartości oporności R

obc.

[

Ω

] (opornica dekadowa). Proponowane

wartości:
R

obc

= 40, 60, 80, 100, 120 [

Ω

].

3.

Obliczyć wartość mocy dla każdego obciążenia.

4.

Wyniki pomiarów i obliczeń zapisać w tabeli pomiarowej nr.2
(w załączniku).

5.

Na podstawie wyników pomiarów i obliczeń sporządzić wykresy:
U = f(R

obc.

), I = f(R

obc.

), P = f(R

obc

), P = f(I).

6.

Zapisać uwagi i wnioski dotyczące przebiegu ćwiczenia i otrzymanych
wyników.

mA

V

3.2.4.

Opracowanie wyników pomiarów.

U[V] I[mA]

R[Ω]

R[Ω]

P[mW] P[mW]

R[Ω] I[mA]

3.3.

Parametry przebiegu zmiennego.

3.3.1.

Określenie wielkości mierzonych.

Wielkością mierzoną jest napięcie (wartość skuteczna, wartość średnia, wartość
ś

rednia modułu, amplituda) mierzone różnymi przyrządami (rys. 5).

3.3.2.

Schemat stanowiska.

wzmacniacz

Rys. 5

GENERATOR:

f

V

1

V

2

V

3

V

4

V

5

V

Am

3.3.3.

Opis stanowiska.

Układ zasilany jest z generatora o możliwości wyboru różnych sygnałów
czasowych. W naszych pomiarach wykorzystujemy sygnał sinusoidalny.
Napięcie z generatora, po wzmocnieniu za pomocą wzmacniacza mocy, jest
mierzone różnymi typami woltomierzy:

V

1

– magnetoelektryczny (wartość średnia)

V

2

– elektromagnetyczny (wartość skuteczna)

V

3

– elektrostatyczny (wartość skuteczna)

V

4

– elektrodynamiczny (wartość skuteczna)

V

5

– magnetoelektryczny z prostownikiem (wartość średnia modułu)

V

Am

– miernik amplitudy przebiegu (amplituda)

Dodatkowo mierzona jest częstotliwość f przebiegu potrzebna do wyznaczenia
poszczególnych wartości napięcia z definicji wg. wzorów z punktu 2.3.

3.3.4.

Przebieg ćwiczenia.

1.

Zestawić układ pomiarowy według rys.5.

2.

Dokonać pomiarów napięcia (U

1

, U

2

, U

3

, U

4

, U

5

, U

Am

).

3.

Obliczyć wartości współczynników „s” oraz „k” według wzorów w punkcie
2.3.

4.

Wyniki pomiarów i obliczeń zapisać w tabeli pomiarowej nr.3
(w załączniku).

5.

Zapisać uwagi i wnioski dotyczące przebiegu ćwiczenia i otrzymanych
wyników.

ZAŁĄCZNIK. Tabele wyników pomiarów i obliczeń.

Tabela pomiarowa nr.1.

Tabela pomiarowa nr.2.

Tabela pomiarowa nr.3.

R

Ω

I

mA

U

V

P

mW

R

Ω

I

mA

U

V

P

mW

miernik

przebieg

V

1

V

2

V

3

V

4

V

A

V

5

s

X

X

X

U[V]

Sinusoidalny

k

X

X

X