ELEKTROTECHNIKA I ELEKTRONIKA

Transkrypt

1 UNIWERSYTET TECHNOLOGICZNO-PRZYRODNICZY W BYDGOSZCZY WYDZIŁ INŻYNIERII MECHNICZNEJ INSTYTUT EKSPLOTCJI MSZYN I TRNSPORTU ZKŁD STEROWNI ELEKTROTECHNIK I ELEKTRONIK ĆWICZENIE: E2 POMIRY PRĄDÓW I NPIĘĆ W ROZGŁĘZIONYM OBWODZIE ELEKTRYCZNYM Piotr Kolber, Daniel Perczyńsi Bydgoszcz 2011

2 Pomiary prądów i napięć w rozgałęzionym obwodzie eletrycznym 1. Cel ćwiczenia Poznanie metod rozwiązywania obwodów eletrycznych oraz pratyczne pomiary prądów i napięć w rozgałęzionym obwodzie eletrycznym. 2. Obliczanie prostych obwodów eletrycznych Rozwiązywaniem obwodów eletrycznych nazywamy znajdowanie rozpływu prądów i rozładu napięć w poszczególnych gałęziach obwodów przy zadanych parametrach źródeł i odbiorniów. Jedną z najczęściej stosowanych metod obliczania obwodów jest metoda transfiguracji. Polega ona na przeształceniu obwodu w tai sposób, aby uzysać możliwie prosty obwód, w tórym obliczenie rozpływu prądów nie stwarza trudności. Następnie, wyorzystując prawo Ohma i prawa Kirchhoffa, powraca się do pierwotnej postaci obwodu i oblicza olejno rozpływ prądów w jego poszczególnych gałęziach. Metoda lasyczna rozwiązywania obwodów eletrycznych polega na zastosowaniu praw Kirchhoffa. Jeżeli liczba węzłów obwodu wynosi w, to liczba równań, tóre możemy ułożyć dla węzłów na podstawie I prawa Kirchhoffa, wynosi w-1. Pozostałe równania uładamy dla ocze na podstawie II prawa Kirchhoffa, a liczba równań może być równa liczbie ocze obwodu. Metoda lasyczna pozwala teoretycznie na rozwiązanie dowolnego obwodu eletrycznego, chociaż przy dużej liczbie gałęzi i węzłów rozwiązywanie uładu wielu równań może być trudne. Metoda napięcia międzywęzłowego polega na obliczeniu napięcia między dwoma węzłami obwodu złożonego z ilu równoległych gałęzi, tóre sładają się z rezystancji i sem. o znanych wartościach. Mając obliczone napięcie międzywęzłowe łatwo obliczyć prądy w poszczególnych gałęziach. Metoda oczowa polega na wyznaczeniu prądów oczowych w poszczególnych oczach obwodu.. W tym celu, na podstawie II prawa Kirchhoffa ułada się równania dla ocze rozpatrywanego obwodu. Znając prądy oczowe, - 2 -

3 Pomiary prądów i napięć w rozgałęzionym obwodzie eletrycznym można stosunowo łatwo wyznaczyć prądy gałęziowe. 3. Prawo Ohma Napięcie U mierzone na ońcach przewodnia o rezystancji R (oporze eletrycznym) podczas przepływu prądu I jest równe iloczynowi rezystancji i prądu: U = R I 1 U 1 R jednosta rezystancji 1 I Jeden om jest rezystancją między dwoma puntami przewodu prostoliniowego, gdy niezmienna, różnica potencjałów równa jednemu woltowi, działająca między tymi dwoma puntami, wywołuje, w tym przewodzie przepływ prądu o natężeniu jednego ampera. 4. Prawa Kirchhoffa: prądowe i napięciowe. Prądowe prawo Kirchhoffa, zwane pierwszym prawem Kirchhoffa, można sformułować w sposób następujący: algebraiczna suma wszystich prądów w dowolnym węźle obwodu rozgałęzionego jest równa zero lub inaczej suma prądów wpływających do węzła jest równa sumie prądów odpływających od węzła. Prawu temu odpowiada równanie o postaci: I 0 przy czym I, oznacza prąd w gałęzi -tej przyłączonej do danego węzła obwodu

4 Pomiary prądów i napięć w rozgałęzionym obwodzie eletrycznym Rys. 1 Węzeł obwodu eletrycznego W przyładowym węźle przedstawionym na rys.1 bilans prądów będzie następujący: I I 1 I I I I Zna plus przypisujemy prądom o zwrocie do węzła (dopływającym), a zna minus prądom o zwrocie od węzła (odpływającym). Napięciowe prawo Kirchhoffa, zwane również drugim prawem Kirchhoffa brzmi następująco: w dowolnym oczu obwodu eletrycznego suma algebraiczna napięć źródłowych i napięć na odbiorniach jest równa zeru. Prawu temu odpowiada równanie o postaci: E 3 3 I I 4 4 U gdzie: U napięcie na odbiorniu (odbiorniach) w -tej gałęzi danego ocza, E - napięcie źródła napięciowego w -tej gałęzi danego ocza. 0 U 1 E 1 U 4 U 2 E 4 U 3 Rys.2. Oczo obwodu eletrycznego Na przyład w oczu przedstawionym na rys.2 bilans napięć będzie następujący: E 1 E4 U1 U 2 U 3 U

5 Pomiary prądów i napięć w rozgałęzionym obwodzie eletrycznym Zna plus nadajemy napięciom, tórych zwrot jest zgodny z dodatnim obiegiem ocza, a zna minus nadajemy napięciom o zwrocie przeciwnym. Na podstawie praw Kirchhoffa i prawa Ohma można wyznaczyć odpowiedź obwodu (prąd lub napięcie na danym elemencie obwodu) na znane wymuszenie (źródło prądowe lub napięciowe) i na odwrót wyznaczyć wymuszenie przy znanej odpowiedzi. 5. Pomiary laboratoryjne 1. Korzystając z rezystorów umieszczonych na tablicy połączyć uład prądu stałego wg schematu podanego przez prowadzącego. Wartości napięcia zasilającego i poszczególnych rezystancji podaje prowadzący. 2. Obliczyć rozpływ prądów w obwodzie i spadi napięć na poszczególnych rezystorach. 3. Do elementów obwodu eletrycznego dołączyć odpowiednio miernii w celu zmierzenia prądów i napięć. 4. Zmierzyć wartości prądów i napięć w obwodzie. Wynii pomiarów i obliczeń zapisać w tablicy ja poniżej. Wielość I 1 I 2 I 3 I 4 U 1 U 2 U 3 U 4 Jednosta obliczona Wartość zmierzona - 5 -

6 Pomiary prądów i napięć w rozgałęzionym obwodzie eletrycznym 5. Sformułować wniosi i przeprowadzić dysusję doładności pomiarów. 6. Podać numery i dane przyrządów użytych do pomiarów. 6. Zagadnienia do przygotowania 1. Obliczanie rezystancji zastępczych, odbiorniów połączonych szeregowo, równolegle, szeregowo-równolegle. 2. Obliczanie prądów i napięć w rozgałęzionych obwodach eletrycznych. 3. Włączanie mierniów w obwód eletryczny. Literatura 1. B. Chęcińsi, R. Ksyci, J. Mierzbicza: Laboratorium eletrotechnii i eletronii. 2. E. Koziej, B. Sochoń: Eletrotechnia i eletronia. 3. F. Przeździeci: Eletrotechnia i eletronia