Ćwiczenie nr 1. Badanie obwodów jednofazowych RLC przy wymuszeniu sinusoidalnym

Transkrypt

1 Ćwiczenie nr Badanie obwodów jednofazowych RC przy wymuszeniu sinusoidalnym. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z rozkładem napięć prądów i mocy w obwodach złożonych z rezystorów cewek i kondensatorów w różnych układach połączeń a następnie wykonanie koniecznych obliczeń na liczbach zespolonych oraz narysowanie wykresów wektorowych a także obserwacja i analiza przesunięć fazowych między napięciem a prądem.. rogram badań.. Badanie obwodów RC bez sprzężeń magnetycznych rogram badania obwodów RC bez sprzężeń magnetycznych obejmuje: - badanie obwodu RC szeregowego - badanie obwodu GC równoległego - badanie obwodu szeregowo-równoległego RC. Rys... Schematy połączeń elementów R i C na panelach laboratoryjnych Do badania tych obwodów jako elementy R i C stosowane są panele przedstawione na rys.. zawierające rzeczywiste elementy (rezystory cewki i kondensatory). Elementy zawarte w panelach można łączyć w dowolne kombinacje szeregowo-równoległe. rowadzący ćwiczenie proponuje przyjęcie wariantów a b lub c tak aby wartości modułu impedancji poszczególnych elementów były zbliżone. tabeli. należy zaznaczyć przyjęty wariant połączeń oraz wpisać przybliżone wartości elementów. Tabela. R a b c R a b c X C a b c X C 6

2 omiary wykonywane są w układzie przedstawionym na rys.. gdzie ten sam obwód zasilający ze źródłem i przyrządami pomiarowymi przyłączany jest kolejno do zacisków -4 obwodu szeregowego RC równoległego GC i do jednego z obwodów szeregowo-równoległych c lub d. Otrzymane wyniki należy wpisać do odpowiednich tabel Rys... kład pomiarowy do badania obwodów asilacz napięcia zmiennego umożliwia wybór jednego z czterech napięć tj. 33 lub 44 V. Do pomiarów należy przyjąć napięcie przy którym prąd dopływający do układu zawarty jest w granicach od 05 do 5 A. wyniku pomiarów i obliczeń można określić wartości elementów użytych do badań. kład pomiarowy a) Tabela. omiary 3 34 R 3 R X X C w cos ϕ w ϕ w S Q V A V V V V Ω Ω Ω Ω Ω Ω Ω - o V A var 3 = = 3 R cos ϕ = 3 S = R = X = R Q = S R = ( C ) = R + R + j X X = R. kład pomiarowy b) Tabela.3 7

3 omiary 3 R R X R X XC cos ϕ w ϕ w S Q V A A A A V Ω Ω Ω Ω V V Ω Ω - o V Avar R = R = R R = = X X = R R = = R = + R R jx C + cosϕ kład pomiarowy c) Tabela.4 omiary R X R XC R 4 cosϕw ϕw S Q V A A A V V V Ω Ω Ω Ω Ω Ω Ω - o VA var = R R = 4 R = 4 = + R jx C 4 = + 4 = R = R = R 4 = 4 X cosϕ = kład pomiarowy d) Tabela.5 omiary X z R R R X X C 4 4 = cos ϕ R ϕ S Q V A A A V V V Ω Ω Ω Ω Ω Ω Ω - V A var 4 R = 6 R = R 6 = R R = = 7 = + R R 4 4 = = + 4 = R 4 cos ϕ = artość rezystancji impedancji cewki rzeczywistej i reaktancji kondensatora wyznaczoną w układzie szeregowym równoległym i szeregowo-równoległym należy wpisać do tabeli.6 wyznaczając wartości średnie. orównać obliczone wyniki wartości elementów z wartościami rzeczywistymi. Tabela.6 Element kład połączeń R X C Obwód szeregowy Obwód równoległy Obwód szeregowo-równoległy R 8

4 Średnia: Dokonać pomiarów przesunięcia fazowego między prądem a napięciem. Na rys..3 przedstawiony jest sposób połączenia układu pomiarowego. Rys..3. Schemat układu do obserwacji przesunięcia fazowego napięcia i prądu w obwodzie RC 3. Badanie obwodów ze sprzężeniami magnetycznymi ćwiczeniu wykorzystamy panel Odbiornik trójfazowy a schemat ideowy jednej fazy tego elementu przedstawiono na rys..0. Rys..4. Schemat dwóch cewek sprzężonych magnetycznie Rys..5. kład pomiarowy do badania obwodów ze sprzężeniami Badania przeprowadzamy w układzie pomiarowym przedstawionym na rys..5 gdzie z jest napięciem fazowym zasilacza trójfazowego. omiary przeprowadzamy dla każdej cewki oddzielnie a następnie dla obu cewek połączonych szeregowo i sprzężonych zgodnie i przeciwnie. Stosujemy połączenia cewek pokazane na rys..6a-d przy odpowiednich napięciach zasilających. Tabela.7 9

5 Rys..6. ołączenia cewek do badania obwodów ze sprzężeniami Dla sprzężenia ujemnego (rys..6d) należy szeregowo z napięciem z włączyć rezystor R = 5 Ω w celu ograniczenia prądu przy małej wypadkowej impedancji cewek. yniki pomiarów i obliczeń obwodów z rys..6 zamieścić w odpowiednim wierszu tablicy.7. Dwie cewki sprzężone badane w punktach a i b (tablica.7) można potraktować jako transformator powietrzny nie obciążony. Możemy wówczas odpowiednio zapisać dla: a) = ωm stąd M = ω b) = ωm stąd M = ω yznaczone wartości indukcyjności wzajemnej wpisujemy do tabeli.7. Dla punktów c i d obowiązują zależności: = R + R + j X + X X ( ) ± = oraz R w = R + R = więc mamy: X = R = X + X ± X M M Stąd: oraz indukcyjność wzajemna X M = + [ X ( X X )] 30

6 X M = M oraz ω k = M 3. Opracowanie wyników wyniku pomiarów i obliczeń przeprowadzonych dla obwodów RC GC szeregowych i równoległych otrzymaliśmy zestawione w tabeli.6 parametry poszczególnych elementów obwodu. nając parametry elementów obwodu oraz napięcia zasilające kolejne układy należy: a) wykonać obliczenia teoretycznych napięć i prądów poszczególnych elementów dla wszystkich układów i porównać w tabeli.8 moduły napięć i prądu zmierzone i obliczone. Tabela.8 kład szeregowy równoległy szeregowo-równoległy yniki mierzona obliczona zmierzona obliczona zmierzona obliczona R = = C = = b) opracować wnioski wynikające z wyników zamieszczonych w tabelach.6 i.8 c) wykonać wykresy wektorowe dla wszystkich układów badanych d) wykonać wykresy wektorowe dla czterech wariantów pomiarów obwodów ze sprzężeniami (tab..7) e) opracować własne spostrzeżenia i wnioski. 4. rzykładowe pytania sprawdzające: - narysować wykresy wektorowe napięć i prądów dla obwodu RC w połączeniu szeregowo równoległym - narysować wykresy wektorowe napięć i prądów dla obwodu zawierającego sprzężenia magnetyczne - na podstawie wskazań amperomierza woltomierza i watomierza w obwodzie RC obliczyć wartości elementów obwodu 3