Ćwiczenie 3 BADANIE OBWODÓW PRĄDU SINUSOIDALNEGO Z ELEMENTAMI RLC

Podobne dokumenty
Laboratorium Wirtualne Obwodów w Stanach Ustalonych i Nieustalonych

Obwody prądu zmiennego

LABORATORIUM OBWODÓW I SYGNAŁÓW

Charakterystyki częstotliwościowe elementów pasywnych

Induktor i kondensator. Warunki początkowe. oraz ciągłość warunków początkowych

2. REZONANS W OBWODACH ELEKTRYCZNYCH

2.Rezonans w obwodach elektrycznych

POMIARY CHARAKTERYSTYKI CZĘSTOTLIWOŚCIOWEJ IMPEDANCJI ELEMENTÓW R L C

Wielkości opisujące sygnały okresowe. Sygnał sinusoidalny. Metoda symboliczna (dla obwodów AC) - wprowadzenie. prąd elektryczny

8. ELEMENTY RZECZYWISTE W OBWODACH PRĄDU ZMIENNEGO Cewka indukcyjna rzeczywista - gałąź szeregowa RL

ELEMENTY RLC W OBWODACH PRĄDU SINUSOIDALNIE ZMIENNEGO

POLITECHNIKA WROCŁAWSKA, WYDZIAŁ PPT I-21 LABORATORIUM Z PODSTAW ELEKTROTECHNIKI I ELEKTRONIKI 2 Ćwiczenie nr 10. Dwójniki RLC, rezonans elektryczny

Laboratorium Półprzewodniki Dielektryki Magnetyki Ćwiczenie nr 8

Laboratorium Podstaw Elektrotechniki i Elektroniki

Generator. R a. 2. Wyznaczenie reaktancji pojemnościowej kondensatora C. 2.1 Schemat układu pomiarowego. Rys Schemat ideowy układu pomiarowego

Ćwiczenie nr 3 OBWODY LINIOWE PRĄDU SINUSOIDALNEGO

OBWODY JEDNOFAZOWE PRĄDU PRZEMIENNEGO

Ćwiczenie nr 1. Badanie obwodów jednofazowych RLC przy wymuszeniu sinusoidalnym

Wyprowadzenie wzorów na impedancję w dwójniku RLC. ( ) Przez dwójnik przepływa przemienny prąd elektryczny sinusoidalnie zmienny opisany równaniem:

TEORIA OBWODÓW I SYGNAŁÓW LABORATORIUM

Ćwiczenie 4 WYZNACZANIE INDUKCYJNOŚCI WŁASNEJ I WZAJEMNEJ

Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki. Opracował: Mgr inż. Marek Staude

BADANIE ELEKTRYCZNEGO OBWODU REZONANSOWEGO RLC

Dr inż. Agnieszka Wardzińska 105 Polanka Konsultacje: Poniedziałek : Czwartek:

1. Sprawdzanie prawa OHMA i praw KIRCHHOFFA

Pomiar mocy czynnej, biernej i pozornej

ładunek pobrany ze źródła jest równy sumie ładunków na poszczególnych kondensatorach

Wartość średnia półokresowa prądu sinusoidalnego I śr : Analogicznie określa się wartość skuteczną i średnią napięcia sinusoidalnego:

Metodę poprawnie mierzonego prądu powinno się stosować do pomiaru dużych rezystancji, tzn. wielokrotnie większych od rezystancji amperomierza: (4)

Laboratorium Podstaw Elektrotechniki i Elektroniki

Zadania OBWODY PRĄDU SINUSOIDALNEGO ZE SPRZĘŻENIAMI MAGNETYCZNYMI

Wykład VII ELEMENTY IDEALNE: OPORNIK, CEWKA I KONDENSATOR W OBWODZIE PRĄDU PRZEMIENNEGO

Systemy liniowe i stacjonarne

Ćwiczenie: "Obwody prądu sinusoidalnego jednofazowego"

Pracownia Technik Informatycznych w Inżynierii Elektrycznej

rezonansu rezonansem napięć rezonansem szeregowym rezonansem prądów rezonansem równoległym

Autor: Franciszek Starzyk. POJĘCIA I MODELE potrzebne do zrozumienia i prawidłowego wykonania

Dr inż. Agnieszka Wardzińska pokój: 105 Polanka Advisor hours: Tuesday: Thursday:

Siła elektromotoryczna

Ćwiczenie 25. Temat: Obwód prądu przemiennego RC i RL. Cel ćwiczenia

Wykład 2 Analiza obwodów w stanie ustalonym przy wymuszeniu sinusoidalnym. PEiE

REZONANS SZEREGOWY I RÓWNOLEGŁY. I. Rezonans napięć

CHARAKTERYSTYKI CZĘSTOTLIWOŚCIOWE

Wpływ nieliniowości elementów układu pomiarowego na błąd pomiaru impedancji

Przyjmuje się umowę, że:

Prąd d zmienny. prąd zmienny -(ang.:alternating current, AC) prąd elektryczny, którego natężenie zmienia się w czasie.

PRAWO OHMA DLA PRĄDU PRZEMIENNEGO

Podstawy fizyki sezon 2 7. Układy elektryczne RLC

4.8. Badania laboratoryjne

07 K AT E D R A FIZYKI STOSOWA N E J

Katedra Elektrotechniki Teoretycznej i Informatyki

PRAWO OHMA DLA PRĄDU PRZEMIENNEGO

Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania. Podstawy Automatyki

Obliczanie i pomiary parametrów obwodów prądu jednofazowego 311[08].O1.04

u (0) = 0 i(0) = 0 Obwód RLC Odpowiadający mu schemat operatorowy E s 1 sc t = 0 i(t) w u R (t) E u C (t) C

Katedra Elektrotechniki Teoretycznej i Informatyki

I. Cel ćwiczenia: Poznanie własności obwodu szeregowego, zawierającego elementy R, L, C.

1) Wyprowadź wzór pozwalający obliczyć rezystancję R AB i konduktancję G AB zastępczą układu. R 1 R 2 R 3 R 6 R 4

5. POMIARY POJEMNOŚCI I INDUKCYJNOŚCI ZA POMOCĄ WOLTOMIERZY, AMPEROMIERZY I WATOMIERZY

LINIA PRZESYŁOWA PRĄDU PRZEMIENNEGO

Teoria obwodów / Stanisław Osowski, Krzysztof Siwek, Michał Śmiałek. wyd. 2. Warszawa, Spis treści

KONSPEKT LEKCJI. Podział czasowy lekcji i metody jej prowadzenia:

Impedancje i moce odbiorników prądu zmiennego

ĆWICZENIE 6 OBWODY NIELINIOWE PRĄDU STAŁEGO Podstawy teoretyczne ćwiczenia

Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki. Opracował: Mgr inż. Marek Staude

I. Cel ćwiczenia: Poznanie własności obwodu szeregowego zawierającego elementy R, L, C.

Pracownia Automatyki i Elektrotechniki Katedry Tworzyw Drzewnych Ćwiczenie 1. Połączenia szeregowe oraz równoległe elementów RC

Ćwiczenie nr.14. Pomiar mocy biernej prądu trójfazowego. Q=UIsinϕ (1)

Wzmacniacz jako generator. Warunki generacji

1 T. Sygnały. Sygnał okresowy f(t) Wartość średnia sygnału okresowego f(t) Sygnały f(t) Stałe. Zmienne f(t) const. Pulsujące Inne.

Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki. Opracował: Mgr inż. Marek Staude

LICZBY ZESPOLONE W ELEKTROTECHNICE, ELEKTRYCZNY WEKTOR ZESPOLONY, METODA SYMBOLICZNA,

43. Badanie układów 3-fazowych

Liczby zespolone. Magdalena Nowak. 23 marca Uniwersytet Śląski

X X. Rysunek 1. Rozwiązanie zadania 1 Dane są: impedancje zespolone cewek. a, gdzie a = e 3

Ćwiczenie 3 Obwody rezonansowe

Ćw. 27. Wyznaczenie elementów L C metoda rezonansu

Przekształcenia całkowe. Wykład 1

Pracownia Technik Informatycznych w Inżynierii Elektrycznej

13 K A T E D R A F I ZYKI S T O S O W AN E J

Wykład Drgania elektromagnetyczne Wstęp Przypomnienie: masa M na sprężynie, bez oporów. Równanie ruchu

z ćwiczenia nr Temat ćwiczenia: BADANIE RÓWNOLEGŁEGO OBWODU RLC (SYMULACJA)

KATEDRA ELEKTROTECHNIKI LABORATORIUM ELEKTROTECHNIKI

7 Dodatek II Ogólna teoria prądu przemiennego

Pracownia Automatyki i Elektrotechniki Katedry Tworzyw Drzewnych Ćwiczenie 2. Analiza obwodów liniowych przy wymuszeniach stałych

Pracownia Technik Informatycznych w Inżynierii Elektrycznej

ĆWICZENIE 3 Badanie obwodów trójfazowych z odbiornikiem połączonym w trójkąt

Prąd przemienny - wprowadzenie

LABORATORIUM ELEKTROTECHNIKI POMIAR PRZESUNIĘCIA FAZOWEGO

Badanie rezonansu w obwodach prądu przemiennego

Ćwiczenie 5 BADANIA ODBIORNIKÓW TRÓJFAZOWYCH

Obwody sprzężone magnetycznie.

PAŃSTWOWA WYŻSZA SZKOŁA ZAWODOWA W ELBLAGU

Mostek Wheatstone a, Maxwella, Sauty ego-wiena. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Ćwiczenia tablicowe nr 1

Moc (praca w jednostce czasu) pobierana przez urządzenie elektryczne wynosi:

I. KARTA PRZEDMIOTU CEL PRZEDMIOTU

ENS1C BADANIE OBWODU TRÓJFAZOWEGO Z ODBIORNIKIEM POŁĄCZONYM W TRÓJKĄT E10

Metody mostkowe. Mostek Wheatstone a, Maxwella, Sauty ego-wiena

Obwody liniowe. Sprawdzanie praw Kirchhoffa

Transkrypt:

Ćwiczenie 3 3.1. Cel ćwiczenia BADANE OBWODÓW PRĄD SNSODANEGO Z EEMENTAM RC Zapoznanie się z własnościami prostych obwodów prądu sinusoidalnego utworzonych z elementów RC. Poznanie zasad rysowania wykresów wskazowych na podstawie pomierzonych wartości skutecznych prądów i napięć. 3.. Podstawy teoretyczne 3..1. Dwójnik bezźródłowy w obwodzie prądu sinusoidalnego W stanie ustalonym przebiegi prądu i napięcia na zaciskach dwójnika (rys. 3.1) przedstawiają sobą fale sinusoidalne. i = m sin ( ωt+ ψi ) (3.1) u = sin ωt+ ψ (3.) m ( ) u i u Rys. 3.1 Moduł impedancji dwójnika Z jest równy ilorazowi wartości skutecznych (lub amplitud) napięcia i prądu na jego zaciskach. m Z= = (3.3) m Kąt fazowy dwójnika ϕ jest równy różnicy faz początkowych napięcia i prądu ϕ= ψ u ψ i (3.4) π Dla dwójników zawierających elementy RC: ϕ. Jeśli dwójnik ma charakter pojemnościowy, to ϕ < 0, a jeśli charakter indukcyjny, to ϕ > 0. mpedancja zespolona dwójnika Z jest równa ilorazowi wartości skutecznych w postaci zespolonej (lub amplitud zespolonych) napięcia i prądu jψ u e jϕ Z = = = Ze jψ (3.5) i e Dla dwójnika znajdującego się w obwodzie prądu sinusoidalnego można również wyznaczyć moc pozorną S = (3.6) moc czynną

oraz moc bierną Moc zespolona dwójnika P= cosϕ (3.7) Q= sinϕ (3.8) jϕ S = = Se = P+ jq (3.9) W obwodach zachowana jest równowaga mocy czynnej i biernej, a więc także mocy zespolonej. 3... mpedancje elementów idealnych Rezystor idealny opisuje w dziedzinie czasu równanie u R = Ri R (3.10) czyli jego impedancja Z = R. Cewka idealna stąd jej impedancja gdzie: X reaktancja indukcyjna. di u d t = (3.11) π j Z = ωe = jω = jx (3.1) Kondensator idealny spełnia równanie duc ic = C (3.13) d t dlatego jego impedancja π 1 -j 1 Z = C e j jxc ωc = ωc = (3.14) gdzie: X C reaktancja pojemnościowa. 3..3. Elementy rzeczywiste a. Cewka rzeczywista W idealnym elemencie indukcyjnym energia nie jest rozpraszana (moc czynna jest równa zeru). W rzeczywistych cewkach występują straty energii. Moc tych strat przy niewielkich pulsacjach jest proporcjonalna do kwadratu wartości skutecznej prądu (niezależnie od ω). Dlatego też odpowiednim modelem cewki ze stratami jest szeregowe połączenie cewki idealnej i rezystora R. (rys. 3.). R Rys. 3. W modelu takim P= R

bez względu na częstotliwość prądu o wartości skutecznej. Moduł impedancji cewki rzeczywistej Z oraz jej argument φ są zależne od pulsacji. Natomiast w zakresie poprawności modelu parametry i R są od częstotliwości niezależne. Przy znanych Z, φ oraz ω można wyznaczyć i R z zależności R = Zcosϕ X Zsinϕ (3.15) = = ω ω b. Kondensator rzeczywisty W zakresie małych częstotliwości moc strat kondensatora jest proporcjonalna do kwadratu wartości skutecznej napięcia. zasadniony jest więc wybór modelu w postaci równoległego połączenia idealnego kondensatora C i rezystora R C (rys. 3.3). Rys. 3.3 R C C Tutaj P = (3.16) R C bez względu na częstotliwość napięcia na kondensatorze. Moce czynne P kondensatorów są zwykle o kilka rzędów wielkości mniejsze niż moce pozorne S. Dlatego też w wielu praktycznych przypadkach straty mocy czynnej można pominąć i stosować kondensator idealny jako model kondensatora rzeczywistego. 3..4. Połączenie szeregowe dwóch dwójników (rys. 3.4) Z 1 1 Z Rys. 3.4 Pomiary wartości skutecznych napięć, 1, i prądu w obwodzie pozwalają na wyznaczenie modułów impedancji dwójników 1 Z= 1 Z= (3.17) oraz modułu impedancji zastępczej połączenia Z = (3.18) Nie można natomiast bezpośrednio określić kątów fazowych dwójników φ 1, φ oraz ich połączenia φ. Zadanie takie można rozwiązać pod warunkiem, że znany jest kąt fazowy jednego z dwójników, np. φ. Zakładając, że faza początkowa prądu ψ 1 = 0 można na podstawie prawa Kirchhoffa zapisać j j 1 j e ϕ ϕ ϕ = 1e + e (3.19) Po przyrównaniu części rzeczywistych i urojonych obu stron powyższego równania oraz odpowiednich przekształceniach uzyskuje się zależności

1 cos( ϕ1 ϕ) = (3.0) 1 oraz + 1 cos( ϕ ϕ) = (3.1) stąd przy znanym φ można wyznaczyć kąty fazowe φ 1 oraz φ. W szczególnym przypadku, gdy dwójnik oznaczony indeksem jest kondensatorem, to φ = - π/, a odpowiednie zależności przybierają postać 1 + sinϕ1 = (3.) 1 oraz 1 sinϕ = (3.3) Geometryczny obraz tych zależności przedstawia wykres wskazowy na rys. 3.5. Rys. 3.5 3..5. Połączenia równoległe dwójników (rys. 3.6) 1 Z 1 Z Rys. 3.6 Na podstawie wartości skutecznych prądów 1, oraz napięcia można wyznaczyć moduły impedancji dwójników Z 1= Z = (3.4) 1 oraz ich połączenia równoległego Z = (3.5) Na podstawie równania wynikającego z prawa Kirchhoffa przy ψ u = 0 -j -j 1 -j e ϕ ϕ ϕ = 1e + e (3.6) można uzyskać zależności pozwalające na wyznaczenie kątów fazowych φ 1 oraz φ przy znanym kącie fazowym φ. 1 cos( ϕ1 ϕ) = (3.7) 1

+ 1 cos( ϕ ϕ) = (3.8) 3..6. Wykresy wskazowe Wykresy wskazowe stanowią ilustrację geometryczną rozwiązania analitycznego (np. rys. 3.5) lub służą jako środek analizy obwodu metodą geometryczną. Tym sposobem można na przykład rozwiązać zadanie przedstawione w punkcie 3..4: w układzie dwójników połączonych szeregowo (rys. 3.3) znane są napięcia, 1, oraz kąt fazowy φ ; należy wyznaczyć φ 1 oraz φ. Po wyborze skali dla wskazów napięcia i prądu należy narysować wskaz prądu, a pod kątem φ względem niego wskaz napięcia. Następnie należy zbudować trójkąt, bokami którego są wskazy napięć, 1 i (rys. 3.7a). na płaszczyźnie zespolonej istnieją dwa takie trójkąty, różniące się nachyleniem wskazów i 1 względem. Po określeniu kątów φ oraz φ 1 pozostawia się rozwiązanie spełniające warunki φ π/ oraz φ 1 π/ (rys. 3.7b). Rozwiązanie nie odpowiadające tym wymaganiom odrzuca się (rys. 3.7c) Rys. 3.7 Analogicznie można wykonać wykres wskazowy obwodu przedstawionego w punkcie 3..5. Przy posługiwaniu się wykresami wskazowymi należy we właściwy sposób określać kąty fazowe dwójników. Kąt ϕ= ψ u ψ i oznacza się na wykresie wskazowym za pomocą strzałki, którą rysuje się od wskazu prądu do wskazu napięcia, przy czym bierze się pod uwagę kąt mniejszy od π. Jeśli strzałka ta określa kierunek zgodny z kierunkiem ruchu wskazówek zegara, wówczas kąt fazowy jest ujemny, a przy niezgodności kierunków kat fazowy jest dodatni. 3.3. Pytania kontrolne 1. Jaki jest sens fizyczny mocy czynnej, biernej i pozornej? Jakiego znaku mogą być wartości liczbowe tych mocy?. Jakie jest znaczenie sposobu strzałkowania dwójników przy wyznaczaniu ich kątów fazowych? 3. Jak wyznaczyć analitycznie kąty φ oraz φ 1 na podstawie wykresów wskazowych? 4. Jak nazywa się składowe (rzeczywistą i urojoną) impedancji oraz admitancji? Podać wzajemne zależności.

iteratura: Bober J., Kalata H., 1979, Teoria obwodów, cz., Wyd. Politechniki Warszawskiej. Cholewicki T, 1973, Elektrotechnika teoretyczna, t. 1 i, WNT Warszawa. Klonowicz Z., Zurzycki Z., 1983, Teoria obwodów, t. 1 i, PWN, Warszawa. Krakowski M., 1995, Elektrotechnika teoretyczna, t.1 - Obwody liniowe i nieliniowe. PWN Warszawa. Meller W., 003, Metody analizy obwodów liniowych, Wyd. czelniane ATR