R 1. Układy regulacji napięcia. Pomiar napięcia stałego.

Transkrypt

1 kłady regulacji napięcia. Pomiar napięcia stałego.. Cel ćwiczenia: Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z metodami regulacji napięcia stałego, stosowanymi w tym celu układami elektrycznymi, oraz metodami pomiaru tego napięcia i stosowanymi do tego celu przyrządami.. Wprowadzenie: Źródłami napięcia stałego mogą być zasilacze wyposażone w układy prostownicze (zamieniające napięcie przemienne na stałe), lub źródła chemiczne (baterie, akumulatory). Wszelkiego rodzaju źródła napięcia stałego mają jedną wspólną cechę: napięcie na ich wyjściu posiada stałą wartość, ściśle związaną z fizycznymi parametrami źródła. Dla celów praktycznych konieczne jest dostosowywanie napięcia zasilania do poziomu wymaganego przez odbiornik. W praktyce stosuje się liczne układy regulacji napięcia stałego. Najprostsze są układy rezystorowe, działające na zasadzie dzielnika napięcia. Zaleta tych układów jest prostota konstrukcji i wykonania, wadą, wysoki współczynnik strat podczas użytkowania. Znacznie lepsze parametry uzyskujemy stosując układy regulacji napięcia przemiennego (autotransformator) wyposażone w prostowniki. Kolejną grupą układów regulacji, są urządzenia elektroniczne. W niniejszym ćwiczeniu zajmiemy się najprostszymi układami regulacji - układami rezystorowymi. Wykorzystują one ideę podziału napięcia na dwu połączonych szeregowo rezystorach. I ys.. ezystancyjny dzielnik napięciowy. Tworzą one rezystancyjny dzielnik napięciowy (rys. ). Suma napięć na rezystorach i jest równa napięciu zasilania dzielnika. = + Prąd płynący w obwodzie wyznaczamy ze wzoru: Jednocześnie: I =, oraz Pozwala to na stworzenie proporcji: I = I = + = + a ostatecznie na uzależnienie wartości napięcia od poprzez zależność:

2 = + Powyższy dzielnik można wykorzystywać zarówno do regulacji, jak i do pomiaru napięcia. Pomiaru napięcia stałego dokonujemy woltomierzem. Może to być woltomierz z przetwornikiem pomiarowym magnetoelektrycznym (przystosowanym wyłącznie do pomiaru napięcia stałego) lub elektromagnetycznym (pozwalającym mierzyć również napięcie przemienne). Możemy stosować również mierniki cyfrowe. 3. Program ćwiczenia: a) Bezpośredni pomiar napięcia stałego. Pomiaru dokonujemy na kilku różnych źródłach napięcia stałego. Do pomiaru wykorzystujemy woltomierze: magnetoelektryczny, elektromagnetyczny i cyfrowy. Pomiary wykonujemy dla kilku różnych zakresów pomiarowych. Wyniki umieszczamy w tabeli. Pomiarów dokonujemy w układzie jak na rys. w V V V cyfr ys.. Bezpośredni pomiar napięcia stałego Pomiar napięcia woltomierzami analogowymi wymaga uprzedniego wyznaczenia stałej podziałki C V. C = n V a max gdzie: n zakres pomiarowy miernika, a max maksymalna ilość działek miernika (dla wykorzystywanej skali). Mierzone napięcie wynosi: =C V a gdzie: a ilość działek odczytana ze skali miernika. Błąd bezwzględny: = ±(klasa n )/00 [V] Błąd względny: δ = ±( /) 00 [%]

3 Tabela. Nr źródło miernik a max n C V a kl. dokł δ dz V V/dz dz V V % V magn el... el - magn... cyfrowy... b) Pomiary napięcia stałego z zastosowaniem dzielnika napięcia. Pomiaru dokonujemy w obwodzie przedstawionym na rys. 3. Jako rezystory wykorzystujemy dekady pomiarowe. Należy pamiętać o takim doborze wartości rezystorów, aby nie doszło do ich przeciążenia prądowego! Jako V włączamy woltomierz magnetoelektryczny, a jako V cyfrowy. Mierzymy napięcia i, a następnie wyznaczamy obl, czyli napięcie uzyskane na podstawie obliczeń. Pomiarów dokonujemy dla kilku różnych wartości rezystancji i. Pomiary powtarzamy dla zamienionych woltomierzy V i V. I V I r V ys. 3. kład pomiarowy do pomiaru napięcia z wykorzystaniem dzielnika napięcia Napięcie wyznaczamy ze wzorów: Wyniki obliczeń zamieszczamy w tabeli. I = ; = I = obl =

4 Tabela a max n C V a + obl wagi dz V V/dz dz Ω Ω Ω V V V c) Pomiary i nastawianie napięć stałych jednostopniowy układ nastawiania napięcia. Jest to układ potencjometryczny. Wykorzystujemy jako potencjometr opornicę suwakową o znanej oporności. kład montujemy według schematu przedstawionego na rys. 4. l l Va Vc r ys. 4. Schemat jednostopniowego układu nastawiania napięcia. Mierzymy napięcie dla kilku położeń suwaka (w tym obu skrajnych) zapisując stosunek l /l, gdzie: l długość części czynnej opornicy, l długość części opornicy, na której mierzymy napięcie. Pomiarów dokonujemy woltomierzem analogowym i cyfrowym. Wyniki umieszczamy w tabeli 3. Tabela 3. =... Ω Nr l /l a max n C V a (analog.) (cyfr) - dz V V/dz dz V V... 0

5 d) Pomiary i nastawianie napięć stałych dwustopniowy układ nastawiania napięć. Jest to układ zapewniający zgrubną i dokładną regulację napięcia. W obwodzie przedstawionym na rys. 5. są zamontowane dwa potencjometry i, takie, że: 0. Jeden z nich służy do regulacji dokładnej, a drugi do zgrubnej. l l Va Vc r l l ys. 5. Schemat dwustopniowego układu nastawiania napięcia Pomiarów dokonujemy miernikami: analogowym i cyfrowym. Wyniki pomiarów umieszczamy w tabeli 4. Tabela 4. =...Ω, =...Ω l /l l /l a max n C V a analog cyfr Ω Ω - - V dz V V/dz dz V V 0 ½ ½ 0 ½ 0 ½ ½ ½

6 4. Opracowanie ćwiczenia: a) Omów błędy występujące przy pomiarach napięcia różnymi miernikami. Jak zachowują się poszczególne mierniki. Jak zmieni się wskazanie miernika cyfrowego przy chwilowym odłączeniu analogowych? b) Porównaj dokładność pomiarów wykonanych za pomocą różnych mierników i dokładność tych samych mierników przy różnych zakresach pomiarowych. c) Porównaj dokładność pomiarów wykonanych bezpośrednio i z wykorzystaniem dzielnika napięcia (dla różnych i ). d) Porównaj pomiary wykonane woltomierzami: analogowym i cyfrowym. e) Jaki wpływ mają rezystory i na regulację napięcia w metodzie -stopniowej. Który z nich służy do regulacji dokładnej, a który do zgrubnej?