PROTOKÓŁ POMAROWY LABORATORUM OBWODÓW SYGNAŁÓW ELEKTRYCZNYCH Grupa Podgrupa Numer ćwiczenia 3 Nazwisko i imię Data wykonania ćwiczenia Prowadzący ćwiczenie Podpis Data oddania sprawozdania Temat BADANA OBWODÓW RLC PRĄDU HARMONCZNEGO Cel ćwiczenia: doświadczalne sprawdzenie prawa Ohma, praw Kirchhoffa i zależności fazowych między sinusoidalnie zmiennymi przebiegami prądów i napięć w obwodach zawierających elementy R, L, C, oraz wykresów wskazowych badanych obwodów. Wyznaczenie reaktancji pojemnościowej kondensatora C 1 Schemat układu pomiarowego Generator C 1 Osc ϕ 2 R L R a Rys. 10 Schemat ideowy układu pomiarowego
2 Wykaz przyrządów i elementów pomiarowych: Oznaczenie przyrządu na schemacie Nazwa przyrządu Typ Klasa dokładności Wykorzystywane zakresy pomiarowe Numer fabryczny Tabele pomiarowe Wyznaczenie reaktancji pojemnościowej kondensatora C W zmontowanym układzie pomiarowym dla ustalonej wartości prądu, przy zwartych elementach R i L obwodu, wykonać pomiary napięcia na kondensatorze. wykonać dla kilku wartości częstotliwości a wyniki pomiarów wpisać do tabeli = const = 0,030 A, R a = 15 Ω C = μf Tab. f U φ X Cobl X Cs ΔX C Hz V deg Ω Ω Ω X Cobl reaktancja pojemnościowa wyznaczona na podstawie pomiarów z zależności U X Cobl = X Cs reaktancja pojemnościowa wyznaczona teoretycznie w oparciu o parametry obwodu ΔX C błąd wyznaczenia reaktancji X C Δ X C = X X c s C obl Uwaga: na podstawie pomiaru przesunięcia fazowego oszacować czy badany element w danym zakresie częstotliwości można uznać za element idealny. wykreślić zależność X C = f(f), na tym samym wykresie nanieść charakterystykę sporządzoną na podstawie wartości wyznaczonych teoretycznie.
Wyznaczenie reaktancji cewki indukcyjnej L W zmontowanym układzie pomiarowym dla ustalonej wartości prądu, przy zwartych elementach R i C obwodu, wykonać pomiary napięcia na cewce indukcyjnej. wykonać dla kilku wartości częstotliwości. Wyniki pomiarów wpisać do tabeli = const = 0,030 A, R a = 15 Ω, R L = Ω Tab. f U φ X Lobl X Ls ΔX L R L Hz V deg Ω Ω Ω Ω R Lśr = X Lobl reaktancja indukcyjna wyznaczona z zależności U X Lobl = sin φ X Ls reaktancja indukcyjna wyznaczona teoretycznie w oparciu o parametry obwodu ΔX L błąd wyznaczenia reaktancji X L U ΔX L = X Ls X Lobl R L = cos φ -R A Uwaga: na podstawie pomiaru przesunięcia fazowego oszacować czy badany element w danym zakresie częstotliwości można uznać za element idealny. wykreślić zależność X L = f(f), na tym samym wykresie nanieść charakterystykę sporządzoną na podstawie wartości wyznaczonych teoretycznie. Badanie szeregowego obwodu RC W zmontowanym układzie pomiarowym dla ustalonej wartości prądu, przy zwartej indukcyjności L, wykonać pomiary napięć na elementach obwodu oraz kąta przesunięcia fazowego między prądem i napięciem. wykonać dla kilku wartości częstotliwości. Wyniki pomiarów zapisać w tabeli
Mierząc napięcie U R należy uwzględniać spadek napięcia na R a amperomierza. Tab. = const =...A, R =...Ω, R a =..Ω, C =...F Wartości obliczone teoretycznie f U R U C U ϕ Z U Robl U Cobl U obl ϕ obl Z obl Hz V V V deg Ω V V V deg Ω wykonać obliczenia na podstawie pomiarów oraz obliczenia teoretyczne w oparciu o parametry i strukturę obwodu, na podstawie pomiarów, w jednym układzie współrzędnych, wykreślić zależność modułu impedancji Z i kąta przesunięcia fazowego ϕ od częstotliwości f Z = f(f), ϕ = f(f); na tym samym wykresie nanieść charakterystyki sporządzone na podstawie wartości wyznaczonych teoretycznie, w oparciu o parametry i strukturę obwodu. Badanie szeregowego obwodu RL W zmontowanym układzie pomiarowym, dla ustalonej wartości prądu, przy zwartej pojemności C, wykonać pomiary napięć na elementach obwodu oraz kąta przesunięcia fazowego między prądem i napięciem. wykonać dla kilku wartości częstotliwości. Wyniki pomiarów zapisać w tabeli Przy pomiarze U R uwzględnić spadek napięcia na R a amperomierza Jednak należy pamiętać o pomiarze napięcia U R = U R +U Ra na rezystancji obwodu Tab. = const =...A, R =...Ω, R a =..Ω, R L =..Ω, L =...H Wartości obliczone teoretycznie f U R U L U ϕ Z U Robl U Lobl Uobl Z obl ϕ obl Hz V V V deg Ω V V V Ω deg
wyniki obliczeń na podstawie pomiarów oraz obliczenia teoretyczne w oparciu o parametry i strukturę obwodu wpisać do tabeli 4, na podstawie pomiarów, w jednym układzie współrzędnych, wykreślić zależność modułu impedancji Z i kąta przesunięcia fazowego ϕ od częstotliwości f, Z = f(f), ϕ = f(f), na tym samym wykresie nanieść charakterystyki sporządzone na podstawie wartości wyznaczonych teoretycznie, w oparciu o parametry i strukturę obwodu. Badanie szeregowego obwodu RLC W zmontowanym układzie pomiarowym, dla ustalonej wartości częstotliwości f oraz prądu, wykonać pomiary napięć na elementach obwodu oraz kąta przesunięcia fazowego. przeprowadzić dla różnych wartości rezystancji R i pojemności C. Wyniki pomiarów wpisać do tabeli f = const =...Hz, = const =...A, R a =..Ω, R L =..Ω, L = const =...H Tab. R C U R U L U C U ϕ X C X L X Z ϕ Ω F V V V V deg Ω Ω Ω Ω deg na podstawie struktury obwodu oraz parametrów obwodu obliczyć teoretyczne wartości napięć, reaktancji, impedancji obwodu oraz kątów przesunięcia fazowego. Wyniki wpisać do tabeli 2, na podstawie pomiarów wykonać wykresy wskazowe prądów i napięć.
f = const...hz, = const...a, L = const =...H, R a =..Ω, Tab. R L =..Ω, Wartości obliczone teoretycznie R C U Robl U Lobl U Cobl U obl X Cobl X Lobl X obl Z obl ϕ obl Ω μf V V V V Ω Ω Ω Ω deg Sprawdzenie warunku równoważności szeregowego i równoległego obwodu RC Wykorzystując wyniki pomiarów uzyskane dla szeregowego obwodu RC, umieszczonych w tabeli 3 oraz zależności (60) i (61), w których: U Z S = oraz UC X S =, obliczyć rezystancję R r oraz pojemność C r dla równoległego obwodu RC, równoważnego obwodowi szeregowemu RC. Zmontować układ według schematu z rys. 1 i ustawić obliczone wcześniej wartości elementów C r i R r. Generator 1 Osc ϕ 2 R a Rys. 1 Schemat ideowy układu do badania równoważności obwodów równoległego i szeregowego
Wykonać pomiary napięcia U na zaciskach badanego obwodu oraz kąta przesunięcia fazowego tegoż napięcia względem prądu. wykonać dla ustalonej wartości prądu w obwodzie oraz dla częstotliwości f przy których badano obwód szeregowy RLC. Wyniki pomiarów wpisać do tabeli Tab. = const =...A, R r =...Ω, R a =..Ω, C r =...F f U ϕ Z Hz V deg Ω porównać wyniki pomiarów i obliczeń otrzymane dla szeregowego obwodu RC oraz równoważnego obwodu równoległego RC (tabele i ) i sprawdzić czy obwód jest równoważny w szerokim zakresie częstotliwości. Badanie szeregowo - równoległego obwodu RLC Generator L C 1 Osc ϕ 2 R 2 Rys. 1 Schemat ideowy szeregowo - równoległego dwójnika RLC R a
W zmontowanym układzie pomiarowym wykonać pomiary prądów w gałęziach obwodu, napięcia na elementach obwodu oraz kąta przesunięcia fazowego dla ustalonej wartości częstotliwości f oraz prądu. przeprowadzić dla różnych wartości rezystancji R i pojemności C. Wyniki pomiarów wpisać do tabeli f = const =...Hz, = const =...A, R a =..Ω R C U R U L U C U 1 2 ϕ Z ϕ Tab. Ω F V V V V A A deg Ω deg na podstawie struktury i parametrów badanego obwodu obliczyć teoretyczne wartości prądów i napięć w obwodzie oraz przesunięcia fazowego między prądem i napięciem, wyniki wpisać do tabeli 2, wykonać wykresy wskazowe, korzystając z wartości otrzymanych na podstawie pomiarów, odczytać z wykresów wskazowych wartości wypadkowego napięcia obwodu oraz kąt przesunięcia fazowego napięcia względem prądu i porównać je z wartościami wyznaczonymi teoretycznie na podstawie struktury i nastawionych parametrów obwodu. Tab. f =...Hz, =...A, R a =..Ω Wartości obliczone teoretycznie R C U Robl U Lobl U Cobl U obl 1obl 2obl Z obl ϕ obl Ω F V V V V A A Ω deg
Opracowanie wniosków z ćwiczenia Uzasadnić otrzymane wyniki pomiarów i obliczeń oraz sporządzone wykresy. Porównać wyniki pomiarów z wynikami obliczeń. Opracować wnioski z wykonanego ćwiczenia. UWAGA: Protokół ( jeden na podgrupę) powinien być wykonany przed zajęciami!