Temat ćwiczenia: POMIARY W OBWODACH ELEKTRYCZNYCH PRĄDU STAŁEGO. A Lp. U[V] I[mA] R 0 [ ] P 0 [mw] R 0 [ ] 1. U 0 AB= I Z =

Transkrypt

1 Laboratorium Teorii Obwodów Temat ćwiczenia: LBOTOM MD POMY W OBWODCH LKTYCZNYCH PĄD STŁGO. Sprawdzenie twierdzenia o źródle zastępczym (tw. Thevenina) Dowolny obwód liniowy, lub część obwodu, jeśli wyróżnimy w nim dwa zacisi B, można zastąpić dwójniiem atywnym złożonym ze źródła napięcia z i szeregowo połączonej z nim rezystancji z. Źródło napięcia w dwójniu zastępczym ma wartość napięcia między zacisami B w stanie jałowym. ezystancja z to rezystancja między zacisami B po wyzerowaniu źródeł energii obwodu tj. zastąpieniu źródeł napięciowych zwarciami a źródeł prądowych przerwami. y w obwodzie złożonym Schemat uładu pomiarowego przedstawia rys... Mierzymy wartości oporniów obwodu oraz napięcia zasilaczy eletronicznych. y porównujemy z opisami wartości zamieszczonymi na badanych elementach i notujemy w tabeli. Tabela.. Wartości elementów obwodu [] [] [] [] [] Odczyt y należy wyonać dla 5-ciu napięć B od stanu jałowego do stanu zwarcia. B 4. ys... Schemat złożonego obwodu Wzory do obliczeń, P 5. Z = Na podstawie powyższych pomiarów należy wyznaczyć Z i Z Z B B napięcie stanu jałowego B Z prąd zwarcia Z Z y w obwodzie zastępczym Zestawiamy obwód ja na schemacie rys... Jao źródła napięcia z należy użyć zasilacza o regulowanym napięciu. ezystancję z nastawić na opornicy deadowej lub suwaowej. y wyonać dla napięć taich ja dla obwodu złożonego. Tabela.3 Obliczenia z Lp. [] [m] [] P [mw] []. B= z B. 3. B 4. ys... Schemat obwodu zastępczego B Tabela. Lp. [] [m] [] P [mw]. B=.M.D. Na podstawie doonanych pomiarów wyreślić dla obydwu obwodów następujące zależności: P = f( ), B = f( ), = f( ), B = f( ), Wyżej otrzymane zależności porównać graficznie z funcjami obliczonymi teoretycznie Z = Obliczenia []

2 . Sprawdzenie zasady superpozycji Zasada superpozycji - Prąd (napięcie) w dowolnej gałęzi uładu liniowego, w tórym występuje n źródeł niezależnych, jest równy sumie prądów (napięć) wywołanych w tej gałęzi przez ażde z tych źródeł działających osobno, tzn. przy zastąpieniu wszystich pozostałych niezależnych źródeł napięciowych zwarciami, a niezależnych źródeł prądowych przerwami. n i ( i), n i Zestawiamy obwód pomiarowy zgodnie ze schematem przedstawionym na rys... Zmierzone wartości oporu porównujemy z opisami wartości zamieszczonymi na badanych oporniach i notujemy w tabeli. W omórach tabeli dotyczących odczytu napięć należy wpisać wartości podane przez prowadzącego. Odczyt Obwód, działa źródło i. ( i) Tabela.. Wartości elementów obwodu, [] [] [] [] [] ys... Schemat obwodu pomiarowego z dwoma źródłami napięcia i Następnie należy doonać odpowiednich pomiarów, olejno modyfiując obwód zgodnie ze schematami przedstawionym na rys... () Obwód, działa źródło, =. Obwód 3, działa źródło, =. ys... Schematy obwodów pomiarowych z źródłami napięcia i działającymi oddzielnie. Wynii pomiarów notujemy w tabeli. Tabela. Wynii pomiarów laboratoryjnych Działa źródło i Działa źródło, = Działa źródło, = [m] [m] [] () () () () () () [m] [m] [] [m] [m] [].M.D. Zasada superpozycji dla badanego obwodu, dla mierzonych prądów i oraz napięcia : () () () () () () () () = () = () ()

3 3. Sprawdzenie twierdzenie o wzajemności (oczowej) W jednoźródłowym obwodzie działające w gałęzi źródło napięcia, wywołuje w gałęzi l prąd o natężeniu l. Po przeniesieniu źródła do gałęzi l prąd w gałęzi równy jest prądowi l, (gdy źródło działało w gałęzi ). Zestawiamy obwód pomiarowy zgodnie ze schematem przedstawionym na rys.3.a, doonujemy pomiaru prądu amperomierzem w gałęzi l. Następnie zamieniamy miejscami źródło napięcia z amperomierzem (rys. 3.b) i wyonujemy pomiar prądu w gałęzi. a) b) l gałąź gałąź l ys. 3.. Schematy obwodów pomiarowych do sprawdzenia twierdzenia o wzajemności. Tabela 3. wartości elementów obwodu prądów Obliczenia teoret. [] [] [] [] 4 [] 5 [] 6 [] l [m] [m] l [m] [m] Obliczenia teoretyczne prądów należy wyonać wyorzystując metodą napięć węzłowych oraz metodą prądów oczowych. mperomierz należy potratować, jao idealny. 5.M.D. 4 3

4 4. Wyznaczanie charaterysty prądowo-napięciowych źródeł napięcia Graficzne charaterystyi obwodów eletrycznych odgrywają znaczną rolę w analizie ich pracy. Można przy ich pomocy oreślać właściwości uładów oraz wyznaczać graficznie rozwiązania obwodów. Na rys. 4. przedstawiono przyładową rodzinę charaterysty prądowo-napięciowych = f () dwójnia atywnego dla różnych rezystancji wewnętrznych w rzeczywistego źródła napięcia, w < w < w3. Linią przerywaną zaznaczono przyładową charaterystyę stabilizowanego zasilacza eletronicznego z ograniczeniem prądowym przy przeciążeniu (przeroczona wartość prądu obciążenia lub zwarcie). ys. 4.. odzina charaterysty prądowo-napięciowych dwójnia atywnego = f (), Charaterystyami innymi od napięciowo-prądowych są charaterystyi mocy w zależności od rezystancji obciążenia. Na rys. 4. przedstawiono przyładowe rodziny charaterysty mocy P odbiornia w zależności od oporu obciążenia, moc P = f ( ). odziny charaterysty wyreślono: a) dla różnych rezystancji wewnętrznych dwójnia w < w < w3, b) różnych wartości napięć źródłowych dwójnia <. a) b) P( o) P3( o) ys. 4. odziny charaterysty mocy P odbiornia w zależności od oporu obciążenia. y laboratoryjne y oporu omomierzem 3 P( o) P [W] w w w3 3 rezystancji w uładu z rys.4.4 wyonujemy zgodnie ze schematem przedstawionym na rys.4.3 multimetrem cyfrowym po ustawieniu trybu jego pracy przycisiem pomiar oporu oraz wybraniu odpowiedniego zaresu wartości oporu na multimetrze. Zmierzone wartości oporu porównujemy z opisami wartości zamieszczonymi na badanych oporniach i notujemy w tabeli 4.. COM W ys. 4.3 Schemat uładu do pomiaru oporu o ( ) ( ) ( ) 3( ) [] [] w = w3 w w P( o) P( o).5.5 [] P [W] 3.M.D. Odczyt z opornia omomierzem o Tabela 4. [] w [] w [] w [] w3 [] 4

5 Zdejmowanie charaterysty eletrycznych rzeczywistego źródła napięcia pomiar prądu i napięcia Zestawiamy obwód pomiarowy zgodnie ze schematem przedstawionym na rys.4. Źródłem napięcia jest eletroniczny zasilacz stabilizowany. Oporność obciążenia to opornica suwaową o prądzie znamionowym rzędu n =. y wyonujemy multimetrami cyfrowymi w trybie pracy DC. Woltomierz wsazuje napięcie = B. Natomiast napięcie B jest to napięcie między zacisami i B w stanie jałowym, tzn. przy prądzie obciążenia równym zero (zacisi B dwójnia są rozwarte). Przyrządy pomiarowe tratujemy, jao idealne: woltomierz stanowi przerwę a amperomierz zwarcie. - eletroniczny zasilacz w stabilizowany napięcia stałego z regulowanym napięciem w3 i ograniczeniem prądowym ys Schemat uładu do zdejmowania charaterysty rzeczywistego źródła napięcia Na zasilaczu eletronicznym ustawiamy pierwszą wartość napięcia podaną przez prowadzącego (np. 6) Pierwszy pomiar wyonujemy przy rozwarciu zacisów B, = ( = ) a ostatni przy zwarciu = Dla w = zmieniamy wartość prądu obciążenia opornicą suwaową w zaresie od m co = 5 m dopói woltomierz będzie wsazywał napięcie niewiele różniące się od wartości. Gdy napięcie wsazywane przez woltomierz zacznie istotnie zmniejszać swoją wartość wówczas ta zwięszamy obciążenie ( zmniejszamy rezystancję) opornicą suwaową, aby zmiany napięcia wynosiły ooło. Dla rezystancji wewnętrznych w, w, w3, zmieniamy wartość prądu obciążenia opornicą suwaową w zaresie od m ta, aby wartość napięcia B malała o = i była w przybliżeniu liczbą całowitą. Wynii notujemy w tabeli 4.. Następnie pomiary wyonujemy dla drugiej wartości napięcia podanej przez prowadzącego (np. 8) i jednej z poprzednich wartości oporu w. Tabela 4. = [] = [] Lp. w = [] w = [] w = [] w3 = [] w = [] [] [] [] [] [] [] [] [] [] []. Opracowanie pomiarów Wzory do obliczeń rezystancji i mocy z pomiarów: B dla P - w w.m.d. Wzory do obliczeń charaterysty teoretycznych: Charaterystya B w B P ( Charaterystya mocy :, f ( ) : ) P ( opornica suwaowa n =,5 ( ) ) ( w w ) 5

6 Moc Po[mW] Napięcie o[] Na podstawie pomiarów obliczamy opór obciążenia oraz moc obciążenia P według odpowiednich wzorów. Wynii przedstawiamy tabelarycznie. Tabela 4.3. Tabela 4.3 = [] = [] Lp. w = [] w = [] w = [] w3 = [] w = [] [] P [W] [] P [W] [] P [W] [] P [W] [] P [W]. W sprawozdaniu wyreślamy rodziny charaterysty prądowo-napięciowych =f( ), gdzie parametrem jest rezystancja wewnętrzna w. Przy charaterystyach mocy P = f( ) w pierwszym przypadu parametrem jest w, (wyres rys. 4.a) oraz w drugim przypadu parametrem jest (wyres rys. 4.b). Charaterystyi mocy wyreślamy oddzielnie dla parametrów w i. Przyłady odpowiednich charaterysty przedstawiono w wprowadzeniu do ćwiczenia. Charaterystyi z pomiarów porównujemy z charaterystyami wyznaczonymi na podstawie wzorów teoretycznych. Z otrzymanych wyresów odczytujemy, dla jaich rezystancji obciążenia występuje masima mocy. Poniżej podano przyład opracowania wyniów pomiarów laboratoryjnych w programie MTLB dla dwóch rzeczywistych źródeł napięcia o rezystancjach wewnętrznych w i w. Pli sryptowy MTLB % Dane z pomiarów o=[ ]; o=[ ]; o=[ ]; o=[ ]; % Obliczenia Po=o.*o; o=o./(o*^-3); Po=o.*o; o=o./(o*^-3); % Wyresy charaterysty subplot(,,), plot(o,o,'x-',o,o,'x-'),grid on title('charaterystya prądowo- napięciowa') xlabel('prąd obciążenia o[m]') ylabel('napięcie o[]') legend('w','w'); subplot(,,), plot(o,po,'x-',o,po,'x-'),grid on title('charaterystya mocy Po=f(o)') xlabel('ezystancja obciążenia o[om]') ylabel('moc Po[mW]') legend('w','w'); 5 5 Charaterystya prądowo- napięciowa.m.d Prąd obciążenia o[m] Charaterystya mocy Po=f(o) w 5 w ezystancja obciążenia o[om] Wyresy charaterysty dwójnia źródłowego dla dwóch wartości rezystancji wewnętrznej. w w 6