R w =

Transkrypt

1 Laboratorium Eletrotechnii i eletronii LABORATORM 6 Temat ćwiczenia: BADANE ZASLACZY ELEKTRONCZNYCH - pomiary w obwodach prądu stałego Wyznaczanie charaterysty prądowo-napięciowych i charaterysty mocy. Sprawdzenie zasady superpozycji. Wprowadzenie Więszość uładów eletronicznych, aparatura pomiarowa współpracująca systemami omputerowymi itp. wymaga zasilania napięciami o wartości niezależnej od zewnętrznego źródła zasilania (sieci energetycznej, aumulatorów, baterii) ja i zmian obciążenia. rządzenia dostarczające odpowiednich napięć to stabilizowane zasilacze eletroniczne. Zasilacze są zintegrowane z uładem eletronicznym czy aparaturą albo wyonane, jao niezależne urządzenia. Najczęściej badanie uładów zasilających polega na zdejmowaniu ich charaterysty pracy przedstawionych w postaci wyresów graficznych. 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. przedstawiono przyładową rodzinę charaterysty prądowo-napięciowych = f () dwójnia atywnego dla różnych rezystancji wewnętrznych R w rzeczywistego źródła napięcia, R w < R w < R w3. Linią przerywaną zaznaczono przyładową charaterystyę stabilizowanego zasilacza eletronicznego z ograniczeniem prądowym przy przeciążeniu (przeciążenie prądowe to przeroczona zadana wartość prądu obciążenia lub zwarcie). ( ) ( ) R w = ( ) 3( ) R w E R w Rys.. Rodzina charaterysty prądowo-napięciowych dwójnia atywnego = f () Charaterystyami innymi od napięciowo-prądowych są charaterystyi mocy w zależności od rezystancji obciążenia. Na rys. przedstawiono przyładowe rodziny charaterysty mocy P = f (R ) odbiornia w zależności od oporu obciążenia R. Charaterystyi wyreślono dla różnych rezystancji wewnętrznych dwójnia R w < R w < R w3, wyresy a) oraz różnych napięć źródłowych dwójnia E < E, wyresy b). R w [A] a) b) 3 P( Ro) P( Ro) P3( Ro) P [W] R w R w R w3 3 Ro R [] P( Ro) P( Ro) 3 Rys.. Rodziny charaterysty mocy P odbiornia w zależności od oporu obciążenia R. a) w zależności od parametru R w, b) w zależności od wartości napięcia E.5.5 P [W] E Ro R []

2 Pomiary laboratoryjne Pomiary oporu omomierzem Pomiar rezystancji R w uładu z rys. 4 wyonujemy zgodnie ze schematem przedstawionym na rys.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. COM Rys. 3. Schemat uładu do pomiaru oporu Tabela R w [] Odczyt z opornia Pomiar omomierzem R W R w []. Zdejmowanie charaterysty 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 R to opornica suwaową o prądzie znamionowym rzędu n = A. Pomiary wyonujemy multimetrami cyfrowymi w trybie pracy DC. Woltomierz wsazuje napięcie = AB. Natomiast napięcie AB jest to napięcie między zacisami A i B w stanie jałowym, tzn. przy prądzie obciążenia równym zero (zacisi A B dwójnia są rozwarte). Przyrządy pomiarowe tratujemy, jao idealne: woltomierz stanowi przerwę a amperomierz zwarcie. A E eletroniczny zasilacz R w stabilizowany napięcia stałego z regulowanym napięciem i ograniczeniem prądowym E R w V A AB R R opornica suwaowa n =,5A - B Rys. 4. Schemat uładu do zdejmowania charaterysty rzeczywistego źródła napięcia Na zasilaczu eletronicznym ustawiamy wartość napięcia E podaną przez prowadzącego (np. 6V) oraz ustawiamy masymalny prąd wyjściowy (prąd zwarcia) max = (np.,5a). Dla R w = wyonujemy pomiary napięcia i prądu zmieniając wartość prądu obciążenia opornicą suwaową R w zaresie od ma co = 5 ma dopói woltomierz będzie wsazywał napięcie niewiele różniące się od wartości E. Gdy napięcie wsazywane przez woltomierz zacznie istotnie zmniejszać swoją wartość w stosunu do AB, wówczas ta zmieniamy rezystancję obciążenia R, aby napięcie malało o w zaresie od do V. Ostatni pomiar wyonujemy dla zwarcia. Dla rezystancji R w wyonujemy pomiary napięcia i prądu w następującej olejności. Pierwszy pomiar wyonujemy w stanie jałowym. Następnie opornicą suwaową ta zmieniamy opór obciążenia R, aby wartość napięcia AB malała o = V. Ostatni pomiar wyonujemy dla zwarcia. Wynii notujemy w tabeli.

3 Tabela E= Lp. R w = [] R w = [] V A [A] V A [A].. Opracowanie pomiarów Na podstawie pomiarów obliczamy opór obciążenia R oraz moc obciążenia P według odpowiednich wzorów. Wynii przedstawiamy tabelarycznie. Tabela 3. W rubryach Pomiary wpisujemy wartości z tabeli. Wzory do obliczeń rezystancji i mocy z pomiarów R AB V E dla A P Wzory do obliczeń charaterysty teoretycznych: Charatery styaprądowo-napięciowa: f ) ( ) E Rw ( Charaterystya mocy opornia w zależności od wartości oporu: P f ) R P ( R ) E ( R R ) w Tabela 3. Pomiary i obliczenia ( R E = R w = [] R w = [] Lp. Pomiary Obliczenia Pomiary Obliczenia.. W sprawozdaniu należy wyreślić teoretyczne charaterystyi prądowo-napięciowe =f( ), i porównać je z charaterystyami otrzymanymi z pomiarów. To samo należy wyonać dla charaterysty mocy P =f(r ). Z charaterystyi mocy dla R w wyznaczamy rezystancję obciążenia przy tórej występuje masimum mocy. 3

4 Moc Po[mW] Napięcie o Poniżej podano przyład opracowania wyniów pomiarów laboratoryjnych w programie MATLAB dla dwóch rzeczywistych źródeł napięcia o rezystancjach wewnętrznych R w i R w. Pli sryptowy MATLABA % Dane z pomiarów o=[ ]; o=[ ]; o=[ ]; o=[ ]; Rw % Obliczenia Po=o.*o; Ro=o./(o*^-3); Po=o.*o; Ro=o./(o*^-3); % Wyresy charaterysty subplot(,,), plot(o,o,'x-',o,o,'x-'),grid on title('charaterystya prądowo- napięciowa') xlabel('prąd obciążenia o') ylabel('napięcie o') legend('rw','rw'); subplot(,,), plot(ro,po,'x-',ro,po,'x-'),grid on title('charaterystya mocy Po=f(Ro)') xlabel('rezystancja obciążenia Ro[Om]') ylabel('moc Po[mW]') legend('rw','rw'); Wyresy charaterysty dwójnia źródłowego. 5 Charaterystya prądowo- napięciowa Rw Rw Prąd obciążenia o Charaterystya mocy Po=f(Ro) 5 5 Rw Rezystancja obciążenia Ro[Om] 4

5 . 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 3. W omórach tabeli dotyczących odczytu napięć należy wpisać wartości podane przez prowadzącego. Odczyt Pomiar Obwód, działa źródło E i E. ( i) Tabela.. Wartości elementów obwodu, R [] R [] [] E E V A R R A E E Rys... Schemat obwodu pomiarowego z dwoma źródłami napięcia E i E Następnie należy doonać odpowiednich pomiarów, olejno modyfiując obwód zgodnie ze schematami przedstawionym na rys... Obwód, działa źródło E, E =. Obwód 3, działa źródło E, E =. V V A R R A A R R A E E = E = E Rys... Schematy obwodów pomiarowych z źródłami napięcia E i E działającymi oddzielnie Wynii pomiarów notujemy w tabeli.. wiersz. Tabela.. Wynii pomiarów laboratoryjnych Działa źródło E i E Działa źródło E, E = Działa źródło E, E =.. pomiary laoratoryjne, symulacja omputerowa. 5

6 Zasada superpozycji dla mierzonych prądów i napięcia badanego obwodu Symulacja omputerowa zasady superpozycji W programie Multisim należy zbudować obwód, tórego schemat przedstawia rys... Wartości elementów obwodu należy przyjąć zgodnie z tabelą.. Przyładowy obwód dla sprawdzenia zasady superpozycji z wyniami symulacji w programie Multisim przedstawia rys..3. Rys.3. Obwód dla sprawdzenia zasady superpozycji w programie Multisim Wynii symulacji notujemy w tabeli.. wiersz. Opracowanie wyniów pomiarów Wyonujemy obliczenia teoretyczne obwodów, dla tórych doonywano pomiarów i symulacji omputerowej. Obwody do obliczeń teoretycznych są przedstawione na rysunach.4 do.6. R 3 E E Rys..4. Obwód z dwoma źródłami napięcia E i E R 3 R R Równania obwodu: 3 E 3 E 3 R R 3 R3 3 R R (3) E E Rys..5. Obwód z działającym źródłem napięcia E Rys..6. Obwód z działającym źródłem napięcia E 6

7 Rozwiązujemy uład równań obwodu obliczając prądy i napięcia w gałęziach obwodu. Następnie przeprowadzamy obliczenia dla obwodu z rysunu.5, gdy działa tylo wymuszenie E a potem z rysunu.6, gdy działa tylo wymuszenie E. Porównujemy pomiary z obliczeniami teoretycznymi i z symulacjami omputerowymi obwodu. Pomiary, obliczenia i symulacje omputerowe zapisujemy w tabeli.4. Tabela.4. Zestawienie pomiarów laboratoryjnych i symulacyjnych oraz obliczeń Działa źródło E i E Działa źródło E, E = Działa źródło E, E = Lp wynii pomiarów, obliczenia teoretyczne, 3 symulacja omputerowa. 4 różnica pomiarów i obliczeń teoretycznych (wiersz - wiersz ), Na podstawie wyniów pomiarów sprawdzamy czy obwód spełnia zasadę superpozycji tabela.5 wiersz. Lp.. Tabela.5. Sprawdzenie zasady superpozycji. wynii i obliczenia na podstawie pomiarów, obliczenia teoretyczne = -, = -, = - Przedstawiamy wniosi z przeprowadzonych pomiarów i symulacji omputerowej. 7