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 źródła napięcia idealnego i rzeczywistego oraz wykreślenie zależności: U=f(Robc); I= f(Robc); P= f(Robc); P=f(Iobc). Ćwiczący powinien umieć wyprowadzić te związki na podstawie praw Kirchhoffa i Ohma. W następnym etapie ćwiczący mierzy takie parametry przebiegów jak: amplituda; wartość średnia; 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 Rw = 0.

Robc.

E

Rys. 1. Schemat elektryczny idealnego źródła napięcia.

2.2. Źródło napięcia rzeczywiste.

Rzeczywiste źródło napięcia to takie, którego oporność wewnętrzna Rw ≠ 0.

Rw

Robc.

E

Rys. 2. Schemat rzeczywistego źródła napięcia.

2.3. Definicje:

T

1

2

Wartość skuteczna

⇒

∫ f ( t

ω d

) t

T 0

T

1

wartość średnia

⇒

∫ f (ω t ) dt

T 0

T

1

wartość średnia modułu

⇒

∫ f (ω t) dt

T 0

amplituda p

rzebiegu

współczynnik szczytu: ,,s”=

wartość s

kuteczna

wartość s

kuteczna

współczynnik kształtu: ,,k”=

wartość ś

redni m

a odulu

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)

2.5. Przykładowe wartości wielkości wyliczone z definicji dla różnych przebiegów.

WARTOŚĆ

ŚREDNIA

SKUTECZ

ŚREDNIA

WSPÓŁ

WSPÓŁ

NA

MODUŁU

CZYNNIK CZYNNIK

SZCZYTU KSZTAŁTU

SYGNAŁ

,,s”

,,k”

A

2 A

π

m

m

2

Sinusoidalny 0

2

π

2 2

Prostokątny 0

A

A

m

m

1

1

0

A

A

2

m

m

3

Trójkątny

3

2

3

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 Robc.

3.1.2. Schemat stanowiska.

mA

Robc.

ZASILACZ

V

STABILIZOWANY

Rys.3

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 Robc.[Ω] (opornica dekadowa). Proponowane wartości Robc = 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(Robc.), I = f(Robc.), P = f(Robc), 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 Robc.

3.2.2. Schemat stanowiska.

mA

Rw

Robc.

230 V

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 Rw = 100 Ω).

1. Zestawić układ pomiarowy według Rys. 4

2. Dokonać pomiarów natężenia prądu I [mA], napięcia U [V] dla kolejno zmienianych wartości oporności Robc.[Ω] (opornica dekadowa). Proponowane wartości:

Robc = 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(Robc.), I = f(Robc.), P = f(Robc), P = f(I).

6. Zapisać uwagi i wnioski dotyczące przebiegu ćwiczenia i otrzymanych wyników.

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

3.3.2. Schemat stanowiska.

wzmacniacz

GENERATOR:

f

V1

V2

V3

V

V

4

V5

Am

Rys. 5

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:

V1 – magnetoelektryczny (wartość średnia)

V2 – elektromagnetyczny (wartość skuteczna)

V3 – elektrostatyczny (wartość skuteczna)

V4 – elektrodynamiczny (wartość skuteczna)

V5 – magnetoelektryczny z prostownikiem (wartość średnia modułu) VAm – 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 (U1, U2, U3, U4, U5, UAm).

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.

R

Ω

I

mA

U

V

P

mW

Tabela pomiarowa nr.2.

R

Ω

I

mA

U

V

P

mW

Tabela pomiarowa nr.3.

miernik

przebieg

V1

V2 V3 V4 VA V5

Sinusoidalny s

X

X

X

U[V]

k

X

X

X