background image

 

 

 

 

UR - nowoczesność i przyszłość regionu 

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 

 

 

Uniwersytet  Rzeszowski

 

Instytut Techniki

 

 

 

Al. T. Rejtana 16 A

 

35-959 Rzeszów

 

 

 

e-mail: mechatronika@univ.rzeszow.pl

 

www.mechatronika.univ.rzeszow.pl 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH 

z przedmiotu: Elektrotechnika 

 
 
 

 
 
ĆWICZENIE nr 3 

Badanie obwodów prądu przemiennego (szeregowy RLC) 
 
 
Autor: A. Koziorowska, B. Kwiatkowski 

 

 

 

 

 

background image

   
 

 

 

UR - nowoczesność i przyszłość regionu 

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 

 

 

UR - nowoczesność i przyszłość regionu 

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 

 

 

 

 

Elementy dwójnika RLC połączone są szeregowo (rys. 1). Do zacisków dwójnika  

dołączono  źródło  napięcia  sinusoidalnego  u,  a  przez  elementy  przepływa  prąd 
sinusoidalny  przy  czym,  tak  samo  jak  w  poprzednich  przypadkach,  przyjęliśmy  fazę 
początkową prądu równą zeru. 

t

I

i

m

sin

 

Na poszczególnych elementach idealnych powstaną napięcia u

R

, u

L

, u

C

. Na podstawie 

drugiego prawa Kirchhoffa 

C

L

R

u

u

u

u

 (równanie) 

 
 
 
 
 
 
 
 
Rys.  1. Dwójnik szeregowy RLC: schemat obwodu oraz wykres wektorowy dla X

L

>X

C

 

Zgodnie z rozważaniami przeprowadzonymi napięcia

 

na elementach są następujące: 

t

RI

u

m

R

sin

 

2

t

LI

u

m

L

sin

 

2

1

2

1

t

I

C

t

I

C

u

m

m

C

sin

  

 

 (2) 

a napięcie wypadkowe 

t

U

u

m

sin

    

 

 

 

 

 

(3) 

Tak jak w poprzednich przypadkach wyznaczamy amplitudę U

m

, wartość skuteczną U 

oraz  fazę  początkową 

  napięcia  wypadkowego.  Wobec  założenia  fazy  początkowej 

prądu równej zeru, faza początkowa napięcia wypadkowego jest jednocześnie kątem 

u

u

u

u

 

U=ZI 

U

C

=X

C

U

L

=X

L

U

R

=RI 

>0 

background image

   
 

 

 

UR - nowoczesność i przyszłość regionu 

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 

 

 

UR - nowoczesność i przyszłość regionu 

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 

 

 

 

fazowym  dwójnika  RLC,  tzn.  kątem  przesunięcia  fazowego  wektora  napięcia 
względem wektora prądu. 

Podstawiając zależności równania 1 do równania 3, otrzymamy: 

)

sin(

)

sin(

sin

)

sin(

2

1

2

t

I

C

t

LI

t

RI

t

U

u

m

m

m

m

czyli: 

2

t

U

U

t

U

t

U

Cm

Lm

Rm

m

sin

sin

sin

  

 

(4) 

Korzystając ze wzoru 

2

2

2

1

m

m

m

U

U

U

 możemy zapisać amplitudę napięcia 

2

2

)

(

Cm

Lm

Rm

m

U

U

U

U

     

 

 

 

(5) 

Stąd po uwzględnieniu, że U

Rm

=RI

m

, U

Lm

=X

L

I

m

, U

Cm

=X

C

I

m

, otrzymamy 

2

2

)

(

)

(

m

C

m

L

m

m

I

X

I

X

RI

U

  

m

C

L

I

X

X

R

2

2

)

(

     

(6) 

a  po  podzieleniu  obu  stron  równania  6  przez 

2

,  otrzymamy  wartość  skuteczną 

napięcia 

I

X

X

R

U

C

L

2

2

)

(

  

 

 

 

 

 

(7) 

 

Oznaczymy 

2

2

)

(

C

L

X

X

R

Z

  

2

2

X

R

     

 

 

(8) 

Wielkość Z nazywamy impedancją dwójnika szeregowego RLC, a wielkość   

C

L

X

X

X

   

 

 

 

 

 

 

(9) 

nazywamy  reaktancją  dwójnika  szeregowego  RLC.  Po  uwzględnieniu  równania  5 
zależności (równanie 8) otrzymamy prawo Ohma dla wartości skutecznych 

U=ZI  

 

 

 

 

 

 

 

      

(10) 

Reaktancja X dwójnika szeregowego RLC w zależności od wartości L, C, 

 może być: 

 

dodatnia, gdy X

L

>X

C

 

ujemna, gdy X

L

<X

C

background image

   
 

 

 

UR - nowoczesność i przyszłość regionu 

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 

 

 

UR - nowoczesność i przyszłość regionu 

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 

 

 

 

 

równa zeru, gdy X

L

=X

C

 

 

Ponieważ zgodnie ze wzorem  

R

X

R

X

X

RI

I

X

I

X

U

U

U

tg

C

L

m

m

C

m

L

Rm

Cm

Lm

  

 

(11) 

zatem gdy: 

X>0 – kąt fazowy 

 jest dodatni, obwód ma charakter indukcyjny, 

X<0 - kąt fazowy 

 jest ujemny, obwód ma charakter pojemnościowy, 

X=0 - kąt fazowy 

 jest równy zeru, obwód ma charakter rezystancyjny. 

W dwójniku szeregowym RLC napięcie wypadkowe może wyprzedzać prąd, może się 
opóźniać  w  fazie  względem  prądu  i  może  pozostawać  w  fazie  z  prądem.  Na  rys.1 
przedstawiono  wykresy  wektorowe  prądu  oraz  napięć,  odpowiadające  przypadkowi 
dla X>0.  

 

 

background image

   
 

 

 

UR - nowoczesność i przyszłość regionu 

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 

 

 

UR - nowoczesność i przyszłość regionu 

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 

 

 

 

 

Przebieg ćwiczenia 

Zestawić obwód według schematu przedstawionego na rysunku: 

 

Pomiary należy wykonać zakresie napięcia zasilającego od 5V do 75V. 

1.  Zamknąć wyłącznik W2, a W1 otworzyć. 

 

Odczytać wskazania mierników i wpisać w tabelę. 

2.  Zamknąć wyłącznik W1, a W2 otworzyć. 

 

Odczytać wskazania mierników i wpisać w tabelę. 

3.  Otworzyć wyłączniki W1 i W2. 

 

Odczytać wskazania mierników i wpisać w tabelę. 

Wyniki pomiarów

 

Lp.

 

Element 
badany

 

U

U

U

dz 

dz 

dz 

dz 

dz 

dz 

1. 

RL 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. 

RC 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. 

RLC 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

background image

   
 

 

 

UR - nowoczesność i przyszłość regionu 

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 

 

 

UR - nowoczesność i przyszłość regionu 

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 

 

 

 

 

Sformułować wnioski. 

 

Obliczenia teoretyczne 

Lp.  Element 

Badany 

R 

cos

 

X

X

 

 

Ω 

Ω 

VA 

var 

Ω 

Ω 

1. 

RL 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. 

RC 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. 

RLC 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.