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