PAŃSTWOWA WYŻSZA SZKOŁA ZAWODOWA W ELBLAGU
advertisement
PAŃSTWOWA WYŻSZA SZKOŁA ZAWODOWA W ELBLAGU INSTRUKCJA LABORATORIUM ELEKTROTECHNIKI Dla studentów II roku kierunku MECHANIKI I BUDOWY MASZYN Spis treści 1. POMIAR PRĄDÓW I NAPIĘĆ W OBWODZIE PRĄDU STAŁEGO..........................................2 2. POMIAR REZYSTANCJI METODĄ TECHNICZNĄ...................................................................6 3. BADANIE OBWODU PRĄDU SINUSOIDALNIE PRZEMIENNEGO ....................................10 4. REZONANS NAPIĘĆ ..................................................................................................................14 5. REZONANS PRĄDOW................................................................................................................18 6. BADANIE OBWODÓW Z CEWKAMI SPRZĘŻONYMI MAGNETYCZNIE ......................22 7. BADANIE TRANSFORMATORA Z RDZENIEM FERROMAGNETYCZNYM......................30 8. BADANIE OBWODU TRÓJFAZOWEGO SYMETRYCZNEGO..............................................35 9. OBWODY NIELINIOWE PRĄDU STAŁEGO.........................................................................41 10. STEROWNIKI PRĄDU PRZEMIENNEGO I PROSTOWNIKI STEROWANE.......................46 11. BADANIE SILNIKA BOCZNIKOWEGO PRĄDU STAŁEGO................................................53 12. BADANIE SILNIKA INDUKCYJNEGO...................................................................................59 1 Wyższa Szkoła Zawodowa w Elblągu Instytut Politechniczny 1. POMIAR PRĄDÓW I NAPIĘĆ W OBWODZIE PRĄDU STAŁEGO 1. Cel i zakres ćwiczenia Celem ćwiczenia jest zapoznanie się łączeniem obwodów elektrycznych, pomiarami prądów i napięć oraz eksperymentalne potwierdzenie wybranych metod rozwiązywania obwodów prądu stałego. Zakres ćwiczenia obejmuje: • przygotowanie do ćwiczenia polegające na rozwiązaniu obwodu prądu stałego o podanym poniżej schemacie lub schemacie podanym przez prowadzącego i metodą wskazaną przez prowadzącego, • ustawienie odpowiednich wartości rezystancji, wartości źródeł napięcia i/lub źródeł prądu, dobór rodzaju i zakresów przyrządów pomiarowych, • połączenie obwodu na stole laboratoryjnym według podanego schematu, • wykonanie pomiarów napięć i prądów dla kilku wartości wskazanych rezystorów i zanotowanie wyników w tablicy wyników, • porównanie wyników pomiarów z wynikami obliczeń, • opracowanie sprawozdania i wniosków wynikających z pomiarów. 2. Przygotowanie do ćwiczenia W podanym na poniższym schemacie obwodzie prądu stałego lub obwodzie podanym przez prowadzącego należy dobrać wartości źródeł napięcia, źródeł prądu i rezystorów spośród podanych w punkcie 7 niniejszej instrukcji. Rozwiązać obwód dwiema wskazanymi przez prowadzącego metodami. Narysować schemat obwodu, na którym zostaną podane wartości źródeł, rezystancji, polaryzację i zakresy przyrządów pomiarowych. Narysować tablice pomiarowe. 3. Przebieg ćwiczenia Przedstawić prowadzącemu laboratorium przygotowanie do ćwiczenia. Przygotowanie jest warunkiem koniecznym przystąpienia do ćwiczenia. Używając odpowiednich przyrządów (omomierz, mostek Wheatstone’a, woltomierz) ustawić przyjęte do rozwiązania obwodu wartości rezystorów, źródeł napięcia. Sprawdzić rodzaj i zakres przyrządów pomiarowych. Połączyć na stole laboratoryjnym obwód według przyjętego schematu. Sprawdzić połączony obwód i uzyskać zgodę od prowadzącego na włączenie źródeł napięcia i prądu w obwodzie. Wykonać pomiary napięć i prądów w obwodzie dokonując ewentualnych korekt zakresów przyrządów w ten sposób aby ich wskazania były większe od 2/3 zakresu. Pomiary wykonać przy różnych wartościach wielkości wskazanych przez prowadzącego, np. E1, R1, I4, R3 itd. Zanotować wskazania przyrządów w tablicy wyników. Na rys. 1.1 przedstawiono przykładowy schemat obwodu do badań. 2 V2 R2 A6 E1 I4 V1 R1 R5 A4 A5 R4 A1 Rys. 1.1. Schemat obwodu do badań Tablica pomiarów - przy założeniu zmienności rezystancji R1 Lp. E1 [Ω] I1 [A] I4 [A] I5 [A] V1 [V] V2 [V] 1 2 3 4 5 4. Zakres sprawozdania Sprawozdanie z ćwiczenia powinno zawierać: • schemat i rozwiązanie obwodu wykonanie jako przygotowanie do ćwiczenia, • wykaz i dane znamionowe elementów i przyrządów użytych w ćwiczeniu, • wyniki pomiaru poszczególnych elementów obwodu, • tablicę wyników pomiarów, • porównanie zmierzonych wielkości z tymi samymi wielkościami obliczonymi, • spostrzeżenia i wnioski wynikające z ćwiczenia. Sprawozdanie, jedno dla obywającej ćwiczenie grupy należy złożyć nie później po upływie dwóch tygodni po jego wykonaniu w laboratorium. 5. Pytania kontrolne i zagadnienia • podać sposób wykonywania bilansu mocy obwodu. W jakim celu wykonuje się bilans mocy? • podać i scharakteryzować parametry znamionowe przyrządów i elementów używanych w ćwiczeniu. 3 • dla jakich rezystorów jako parametr znamionowy podaje się maksymalną moc, a dla jakich maksymalny prąd? • dlaczego nie należy zwierać źródła napięcia i rozwierać źródła prądu? 6. Literatura [1]. Bolkowski S.: Teoria obwodów elektrycznych. WNT Warszawa. [2] Cichocki A. i inni.: Ćwiczenia laboratoryjne z obwodów elektrycznych. Wydawnictwo Politechniki Warszawskiej [3]. Mikołajuk K., Trzaska Z.: Elektrotechnika teoretyczna - analiza i synteza elektrycznych obwodów liniowych. PWN Warszawa. 4 Elbląg dnia ……………………. 1. POMIAR PRĄDÓW I NAPIĘĆ W OBWODZIE PRĄDU STAŁEGO Skład grupy: Rok i grupa dziekańska …………./…………… 1.…………………………………………………….. 2.…………………………………………………….. 3.…………………………………………………….. 4.…………………………………………………….. Wykaz elementów i przyrządów: 1………………………………………………………………………………..… 2………………………………………………………………………………..… 3………………………………………………………………………………..… 4………………………………………………………………………………..… 5………………………………………………………………………………..… 6………………………………………………………………………………..… 7………………………………………………………………………………..… 8………………………………………………………………………………..… 9………………………………………………………………………………..… Tabele pomiarowe Lp. E1 [Ω] Tabela 1.1. Wyniki pomiarów I1 I4 I5 [A] [A] [A] V1 [V] V2 [V] 1 2 3 4 5 Uwagi dotyczące przebiegu ćwiczenia. Podpis prowadzącego ćwiczenia 5 Wyższa Szkoła Zawodowa w Elblągu Instytut Politechniczny 2. POMIAR REZYSTANCJI METODĄ TECHNICZNĄ 1. Cel i zakres ćwiczenia Celem ćwiczenia jest przeprowadzenie pomiaru rezystancji metodą pośrednią (techniczną). Ćwiczenie umiejętności montażu obwodów elektrycznych oraz dokonywania pomiarów wartości prądów i napięć. Zakres ćwiczenia obejmuje: • ustawienie odpowiednich wartości źródła napięcia, doboru rodzaju i zakresów przyrządów pomiarowych oraz badanej rezystancji, • połączenie obwodów na stole laboratoryjnym według podanych schematów, • wykonanie pomiarów napięć i prądów zgodnie z wytycznymi podanymi w punkcie 3, • opracowanie sprawozdania i wniosków z ćwiczenia. 2. Przygotowanie do ćwiczenia W prezentowanym ćwiczeniu należy przeprowadzić pomiar wielkości elektrycznych (prądu i napięcia) występujących na badanym obiekcie. Występują przy tym dwie metody pomiarowe: • z poprawnie mierzonym prądem, • z poprawnie mierzonym napięciem Wybór metody pomiarowej uzależniony jest od zakresu wielkości rezystancji rozpatrywanego obiektu. Wybór nieodpowiedniej metody rzutuje na uchyb uzyskanego wyniku w stosunku do rzeczywistej wartości. Do wyznaczenia rezystancji metodą pośrednią wykorzystuje się znajomość prądu i napięcia, poprzez zastosowanie prawa Ohma. Dla podanego na schematach obwodu prądu stałego należy dobrać wartości źródeł napięcia, mierniki i wartości rezystorów zgodnie z poleceniem prowadzącego. Narysować schematy obwodów, oraz podać wartości źródeł zasilania, rezystancji, polaryzację i zakresy przyrządów pomiarowych. Korzystając z karty pomiarów (protokół) zanotować uzyskane wyniki. 3. Przebieg ćwiczenia Przedstawić prowadzącemu laboratorium przygotowanie do ćwiczenia (instrukcje oraz kartę pomiarów). Przygotowanie jest warunkiem koniecznym przystąpienia do ćwiczenia. Następnie przystąpić do oględzin i spisania sprzętu używanego przy realizacji ćwiczenia. Połączyć na stole laboratoryjnym kolejno obwody według przedstawionych w instrukcji schematów zgodnie z kolejnymi punktami instrukcji. Każdorazowo sprawdzić połączony obwód i uzyskać zgodę od prowadzącego na włączenie źródeł zasilania. Wykonać pomiary napięć i prądów w obwodzie dokonując ewentualnych korekt zakresów przyrządów w ten sposób aby ich wskazania były większe od 2/3 zakresu. Zanotować wskazania przyrządów w odpowiedniej tablicy wyników według załączonych wzorów. Na rys. 1 przedstawiono schemat pomiaru rezystancji z poprawnie mierzonym prądem, a na rys. 2 przedstawiono schemat pomiaru rezystancji z poprawnie mierzonym napięciem. Pomiary w obydwu przypadkach należy przeprowadzić trzykrotnie dla trzech rezystancji R: R ¿ RA R = RV RA < R < RA. Przed przystąpieniem do ćwiczenia należy określić wartość RA i RV dla zakresów przyrządów wskazanych przez prowadzącego. Wyniki pomiarów zapisać odpowiednich tabelach. 6 A RS R E Vc Rys. 1 Schemat pomiaru rezystancji z poprawnie mierzonym prądem Tabela 2. Tabela do układu z poprawnie mierzonym prądem POMIARY OBLICZENIA L.p. 1 R ' ≈R A 2 R ' ≈RV 3 R A< R' < RV I U R’ RA R ΔR δ mA V Ω Ω Ω Ω % RS A R E V Rys. 2 Schemat pomiaru rezystancji z poprawnie mierzonym napięciem 7 Tabela 3. Tabela do układu z poprawnie mierzonym napięciem POMIARY OBLICZENIA Lp. 1 R ' ≈R A 2 R '≈RV 3 R A< R' < RV I U R’ RV R ΔR δ mA V Ω Ω Ω Ω % 4.Zakres sprawozdania Sprawozdanie z ćwiczenia powinno zawierać: • schematy obwodów, • opis przebiegu ćwiczenia, • wykaz i dane znamionowe elementów i przyrządów używanych w ćwiczeniu, • tabelę wyników i pomiarów, • prezentacja zastosowanych wzorów wraz z przykładami obliczeń, • spostrzeżenia i wnioski wynikające z ćwiczenia. 5. Pytania kontrolne 1. Podać metodę wyznaczania rezystancji wewnętrznej amperomierza i woltomierza, 2. Narysować i omówić pomiar rezystancji z poprawnie mierzonym prądem, 3. Narysować i omówić pomiar rezystancji z poprawnie mierzonym napięciem, 4. Uzasadnij konieczność stosowania różnych układów w zależności od wartości rezystancji mierzonej. 6. Literatura: [1] Praca zbiorowa pod redakcją F. Przezdzieckiego: Laboratorium elektrotechniki i elektroniki, [2] Miedziński B.: Elektrotechnikia; 8 Elbląg dnia ……………………. 2. POMIAR REZYSTANCJI METODĄ TECHNICZNĄ Skład grupy: Rok i grupa dziekańska …………./…………… 1.…………………………………………………….. 2.…………………………………………………….. 3.…………………………………………………….. 4.…………………………………………………….. Wykaz elementów i przyrządów: 1………………………………………………………………………………..… 2………………………………………………………………………………..… 3………………………………………………………………………………..… 4………………………………………………………………………………..… 5………………………………………………………………………………..… Tabela 2.1. Układ z poprawnie mierzonym prądem Lp. 1 R ' ≈R A 2 R '≈RV 3 R A < R' < RV I U R’ RA mA V Ω Ω Tabela 2.2. Układ z poprawnie mierzonym napięciem Lp. 1 R ' ≈R A 2 R '≈RV 3 R A < R' < RV I U R’ RV mA V Ω Ω Uwagi dotyczące przebiegu ćwiczenia. Podpis prowadzącego ćwiczenia 9 Wyższa Szkoła Zawodowa w Elblągu Instytut Politechniczny 3. BADANIE OBWODU PRĄDU SINUSOIDALNIE PRZEMIENNEGO 1. Cel i zakres ćwiczenia Celem ćwiczenia jest praktyczne poznanie właściwości obwodu elektrycznego prądu sinusoidalnie przemiennego zawierającego elementy rezystancyjne, indukcyjne (cewki indukcyjne, dławiki) i pojemnościowe (kondensatory) przy połączeniu równoległym i szeregowym, na podstawie pomiaru napięć i prądów. Obserwacja przesunięć napięć i prądów na oscyloskopie. Badany obwód jest zasilany z sieci prądu przemiennego poprzez autotransformator. Zakres ćwiczenia obejmuje: • przygotowanie do ćwiczenia polegające na analitycznym rozwiązaniu obwodu dla założonych parametrów i wykonaniu wykresu wskazowego napięć i prądów, • ustawienie i zmierzenie odpowiednich wartości rezystancji, parametrów dławika i kondensatora, dobór rodzaju i zakresów przyrządów pomiarowych, • połączenie obwodu na stole laboratoryjnym według podanego schematu, • wykonanie pomiarów napięć, prądów i rezystancji zgodnie z wytycznymi podanymi w punkcie 3, • włączenie do oscyloskopu w celu obserwacji i pomiaru napięć i prądów i przesunięć pomiędzy nimi, • porównanie wyników pomiarów z wynikami obliczeń, • opracowanie sprawozdania i wniosków wynikających z ćwiczenia. 2. Przygotowanie do ćwiczenia W podanym na rys. 1 schemacie obwodu prądu sinusoidalnie przemiennego lub schemacie podanym przez prowadzącego należy dobrać wartości źródła napięcia, rezystorów, cewek indukcyjnych i kondensatorów spośród podanych w punkcie 7 niniejszej instrukcji. Rozwiązać analitycznie przyjęty do badań obwód. Wyznaczyć przesunięcia fazowe pomiędzy wybranymi napięciami i/lub prądami. Narysować wykresy wskazowe napięć i prądów w skali. Narysować schemat obwodu, na którym zostaną podane wartości źródła, rezystancji, indukcyjności i pojemności oraz zakresy przyrządów pomiarowych. Narysować tablice pomiarowe. 3. Przebieg ćwiczenia Przedstawić prowadzącemu laboratorium przygotowanie do ćwiczenia. Przygotowanie jest warunkiem koniecznym przystąpienia do realizacji ćwiczenia. Używając odpowiednich przyrządów (omomierz, mostek Wheatstone’a, mostek prądu przemiennego, woltomierz) ustawić przyjęte do rozwiązania obwodu wartości rezystancji, pojemności, indukcyjności oraz źródła napięcia. Sprawdzić rodzaj i zakres przyrządów pomiarowych. Połączyć na stole laboratoryjnym obwód pomiarowy według przyjętego schematu. Sprawdzić połączony obwód i uzyskać zgodę od prowadzącego na włączenie układu do sieci. Wykonać pomiary napięć i prądów w obwodzie dla różnych wartości napięcia U1. Dokonać ewentualnych korekt zakresów przyrządów w ten sposób aby ich wskazania były większe od 2/3 zakresu pomiarowego. Włączyć do sieci oscyloskop i dokonać odpowiednich nastawień jego zakresów. Do wybranych węzłów obwodu przyłączyć sondy oscyloskopu dwukanałowego. Zmierzyć amplitudy napięć pomiędzy wybranymi punktami oraz kąt przesunięcia pomiędzy nimi. Na rys. 4.1 przedstawiono przykładowy schemat pomiarowy obwodu do badań. 10 V2 RL L A1 A3 A3 A2 V3 V1 ~220 V R ATr Rb C Osc. Rys. 4.1. Schemat pomiarowy obwodu prądu sinusoidalnie przemiennego Atr –autotransformator, RL,L –parametry cewki indukcyjnej, Rb – bocznik do podłączenia oscyloskopu, Osc. – oscyloskopR – rezystor suwakowy, C – kondensator Tablica 4.1. Wyniki pomiarów Lp. V1 [V] V2 [V] V3 [V] I1 [A] I2 [A] I3 [A] 1 2 3 4 5 4. Zakres sprawozdania Sprawozdanie z ćwiczenia powinno zawierać: • schemat i rozwiązanie obwodu wykonanie jako przygotowanie do ćwiczenia, • wykaz i dane znamionowe elementów i przyrządów użytych w ćwiczeniu, • wyniki pomiaru poszczególnych elementów obwodu, • tablice wyników pomiarów, • bilans mocy obwodu, • wykres wskazowy prądów i napięć wykonany w skali, • porównanie zmierzonych wielkości z wielkościami obliczonymi, • spostrzeżenia i wnioski wynikające z ćwiczenia. Sprawozdanie, jedno dla obywającej ćwiczenie grupy należy złożyć nie później po upływie dwóch tygodni po jego wykonaniu w laboratorium. 5. Pytania kontrolne i zagadnienia • • Omówić metodę techniczną pomiaru parametrów cewki indukcyjnej. Porównać właściwości dzielnika potencjometrycznego i autotransformastora jako regulatorów napięcia. • Wyjaśnić dlaczego algebraiczna suma prądów w węźle obwodu prądu sinusoidalnie 11 przemiennego nie zawsze jest równa zero. W jakich przypadkach może być ona równa zero? 6. Literatura [1]. Bolkowski S.: Teoria obwodów elektrycznych. WNT Warszawa. [2] Cichocki A. i inni.: Ćwiczenia laboratoryjne z obwodów elektrycznych. Wydawnictwo Politechniki Warszawskiej [3]. Mikołajuk K., Trzaska Z.: Elektrotechnika teoretyczna - analiza i synteza elektrycznych obwodów liniowych. PWN Warszawa. [4] Miedziński B.: Elektrotechnika- podstawy i instalacje elektryczne. PWN Warszawa 12 Elbląg dnia ……………………. 3. BADANIE OBWODU PRĄDU SINUSOIDALNIE PRZEMIENNEGO Skład grupy: Rok i grupa dziekańska …………./…………… 1.…………………………………………………….. 2.…………………………………………………….. 3.…………………………………………………….. 4.…………………………………………………….. Wykaz elementów i przyrządów: 1………………………………………………………………………………..… 2………………………………………………………………………………..… 3………………………………………………………………………………..… 4………………………………………………………………………………..… 5………………………………………………………………………………..… 6………………………………………………………………………………..… 7………………………………………………………………………………..… 8………………………………………………………………………………..… 9………………………………………………………………………………..… Tablica 4.1. Wyniki pomiarów Lp. V1 [V] V2 [V] V3 [V] I1 [A] I2 [A] I3 [A] 1 2 3 4 5 Uwagi dotyczące przebiegu ćwiczenia. Podpis prowadzącego ćwiczenia 13 Wyższa Szkoła Zawodowa w Elblągu Instytut Politechniczny 4. REZONANS NAPIĘĆ 1. Cel i zakres ćwiczenia Celem ćwiczenia jest eksperymentalne wyznaczenie charakterystyk częstotliwościowych obwodów rezonansowych: szeregowego i równoległego i porównanie tych charakterystyk z charakterystykami wyznaczonymi analitycznie. Obserwacja przesunięć napięć i prądów na oscyloskopie. Badany obwód jest zasilany z sieci prądu przemiennego poprzez autotransformator. Zakres ćwiczenia obejmuje: • przygotowanie do ćwiczenia polegające na analitycznym wyznaczeniu charakterystyk częstotliwościowych obwodów rezonansowych: szeregowego i równoległego dla założonych parametrów obwodów szeregowego i równoległego, obliczeniu dobroci i szerokości pasma przepuszczania obwodu oraz wykonaniu wykresu wskazowego napięć i prądów, • połączenie obwodu na stole laboratoryjnym według podanego schematu, • wykonanie pomiarów napięć i prądów w funkcji częstotliwości zgodnie z wytycznymi podanymi w punkcie 3, • włączenie do oscyloskopu w celu obserwacji i pomiaru napięć i prądów i przesunięć pomiędzy nimi, • porównanie wyników pomiarów z wynikami obliczeń, • opracowanie sprawozdania i wniosków wynikających z ćwiczenia. 2. Przygotowanie do ćwiczenia W podanym na rys. 5.1 schemacie obwodu rezonansowego należy dobrać zakres regulacji częstotliwości źródła napięcia (generatora), rezystancji, indukcyjności i pojemności spośród podanych w punkcie 7 niniejszej instrukcji. Wyznaczyć analitycznie charakterystyki częstotliwościowe obwodów rezonansowych: szeregowego i równoległego. Obliczyć dobroć układu i pasmo przepuszczania obwodu. Narysować wykresy wskazowe napięć i prądów w skali. Narysować schemat obwodu, na którym zostaną podane wartości źródła, rezystancji, indukcyjności i pojemności oraz zakresy przyrządów pomiarowych. Narysować tablice pomiarowe. 3. Przebieg ćwiczenia Przedstawić prowadzącemu laboratorium przygotowanie do ćwiczenia. Przygotowanie jest warunkiem koniecznym przystąpienia do realizacji ćwiczenia. Ustawić na rezystorach, indukcyjnościach i kondensatorach dekadowych przyjęte do rozwiązania obwodu wartości rezystancji, pojemności, indukcyjności oraz źródła napięcia. Sprawdzić rodzaj i zakres regulacji generatora zasilającego i zakres przyrządów pomiarowych. Połączyć na stole laboratoryjnym obwód pomiarowy według schematu na rys. 5.1. Sprawdzić połączony obwód i uzyskać zgodę od prowadzącego na włączenie układu. Wykonać pomiary prądów i napięć na poszczególnych elementach obwodu w funkcji częstotliwości regulowanej w generatorze zasilającym - charakterystyk częstotliwościowych:. W trakcie pomiarów dokonać korekty zakresów przyrządów pomiarowych w ten sposób aby ich wskazania były większe od 2/3 zakresu pomiarowego. Włączyć do sieci oscyloskop i dokonać odpowiednich nastawień jego zakresów. Do wybranych węzłów obwodu przyłączyć sondy oscyloskopu dwukanałowego. Zmierzyć amplitudy napięć pomiędzy wybranymi punktami oraz kąt przesunięcia pomiędzy nimi. Na rys. 5.1 przedstawiono schemat pomiarowy obwodu do badań. 14 VR VL L R A Gen. zasil. V VC C f=var. Osc. Rys. 5.1. Schemat pomiarowy szeregowego obwodu rezonansowego RLC R,L i C – odpowiednio rezystor, indukcyjność i kondensator dekadowy, Osc. – oscyloskop Tablica 5.1. Wyniki pomiarów Lp. f [Hz] I [A] U [V] UR [V] UL [V] UC [V] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 4. Zakres sprawozdania Sprawozdanie z ćwiczenia powinno zawierać: • schemat i wyznaczenie charakterystyk częstotliwościowych obwodu wykonane jako przygotowanie do ćwiczenia, • wykaz i dane znamionowe elementów i przyrządów użytych w ćwiczeniu, • tablice wyników pomiarów, • wyznaczenie dobroci obwodów i ich pasma przepuszczania, • spostrzeżenia i wnioski wynikające z ćwiczenia. Sprawozdanie, jedno dla obywającej ćwiczenie grupy należy złożyć nie później po upływie dwóch tygodni po jego wykonaniu w laboratorium. 5. Pytania kontrolne i zagadnienia • Na czym polega rezonans w obwodach elektrycznych i jakie muszą być spełnione warunki 15 • • • • • aby rezonans wystąpił? Co to jest dobroć układu rezonansowego i jak się ją wyznacza? Co to jest pasmo przepuszczania obwodu rezonansowego i jak się je definiuje? Jakie narażenia mogą wystąpić w obwodzie szeregowym o znacznej dobroci, jeżeli wystąpi w nim rezonans? Jakie narażenia mogą wystąpić w obwodzie równoległym o znacznej dobroci, jeżeli wystąpi w nim rezonans? Jaki wpływ wywierają przyrządy pomiarowe (amperomierze, woltomierze) na wyznaczane eksperymentalnie charakterystyki częstotliwościowe obwodów rezonansowych? 6. Literatura [1]. Bolkowski S.: Teoria obwodów elektrycznych. WNT Warszawa. [2] Cichocki A. i inni.: Ćwiczenia laboratoryjne z obwodów elektrycznych. Wydawnictwo Politechniki Warszawskiej [3]. Mikołajuk K., Trzaska Z.: Elektrotechnika teoretyczna - analiza i synteza elektrycznych obwodów liniowych. PWN Warszawa. [4] Miedziński B.: Elektrotechnika- podstawy i instalacje elektryczne. PWN Warszawa 16 Elbląg dnia ……………………. 4. REZONANS NAPIĘĆ Skład grupy: Rok i grupa dziekańska …………./…………… 1.…………………………………………………….. 2.…………………………………………………….. 3.…………………………………………………….. 4.…………………………………………………….. Wykaz elementów i przyrządów: 1………………………………………………………………………………..… 2………………………………………………………………………………..… 3………………………………………………………………………………..… 4………………………………………………………………………………..… 5………………………………………………………………………………..… 6………………………………………………………………………………..… 7………………………………………………………………………………..… 8………………………………………………………………………………..… 9………………………………………………………………………………..… Tablica 5.1. Wyniki pomiarów Lp. f [Hz] I [A] U [V] UR [V] UL [V] UC [V] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Uwagi dotyczące przebiegu ćwiczenia. Podpis prowadzącego ćwiczenia 17 Wyższa Szkoła Zawodowa w Elblągu Instytut Politechniczny 5. REZONANS PRĄDOW 1. Cel i zakres ćwiczenia Celem ćwiczenia jest eksperymentalne wyznaczenie charakterystyk częstotliwościowych obwodów rezonansowych: szeregowego i równoległego i porównanie tych charakterystyk z charakterystykami wyznaczonymi analitycznie. Obserwacja przesunięć napięć i prądów na oscyloskopie. Badany obwód jest zasilany z sieci prądu przemiennego poprzez autotransformator. Zakres ćwiczenia obejmuje: • przygotowanie do ćwiczenia polegające na analitycznym wyznaczeniu charakterystyk częstotliwościowych obwodów rezonansowych: szeregowego i równoległego dla założonych parametrów obwodów szeregowego i równoległego, obliczeniu dobroci i szerokości pasma przepuszczania obwodu oraz wykonaniu wykresu wskazowego napięć i prądów, • połączenie obwodu na stole laboratoryjnym według podanego schematu, • wykonanie pomiarów napięć i prądów w funkcji częstotliwości zgodnie z wytycznymi podanymi w punkcie 3, • włączenie do oscyloskopu w celu obserwacji i pomiaru napięć i prądów i przesunięć pomiędzy nimi, • porównanie wyników pomiarów z wynikami obliczeń, • opracowanie sprawozdania i wniosków wynikających z ćwiczenia. 2. Przygotowanie do ćwiczenia W podanym na rys. 6.1 schemacie obwodów rezonansowych należy dobrać zakres regulacji częstotliwości źródła napięcia (generatora), rezystancji, indukcyjności i pojemności spośród podanych w punkcie 7 niniejszej instrukcji. Wyznaczyć analitycznie charakterystyki częstotliwościowe obwodów rezonansowych: szeregowego i równoległego. Obliczyć dobroć układu i pasmo przepuszczania obwodu. Narysować wykresy wskazowe napięć i prądów w skali. Narysować schemat obwodu, na którym zostaną podane wartości źródła, rezystancji, indukcyjności i pojemności oraz zakresy przyrządów pomiarowych. Narysować tablice pomiarowe. 3. Przebieg ćwiczenia Przedstawić prowadzącemu laboratorium przygotowanie do ćwiczenia. Przygotowanie jest warunkiem koniecznym przystąpienia do realizacji ćwiczenia. Ustawić na rezystorach, indukcyjnościach i kondensatorach dekadowych przyjęte do rozwiązania obwodu wartości rezystancji, pojemności, indukcyjności oraz źródła napięcia. Sprawdzić rodzaj i zakres regulacji generatora zasilającego i zakres przyrządów pomiarowych. Połączyć na stole laboratoryjnym obwód pomiarowy według schematu na rys. 6.1. Sprawdzić połączony obwód i uzyskać zgodę od prowadzącego na włączenie układu. Wykonać pomiary prądów i napięć na poszczególnych elementach obwodu w funkcji częstotliwości regulowanej w generatorze zasilającym - charakterystyk częstotliwościowych:. W trakcie pomiarów dokonać korekty zakresów przyrządów pomiarowych w ten sposób aby ich wskazania były większe od 2/3 zakresu pomiarowego. Włączyć do sieci oscyloskop i dokonać odpowiednich nastawień jego zakresów. Do wybranych węzłów obwodu przyłączyć sondy oscyloskopu dwukanałowego. Zmierzyć amplitudy napięć pomiędzy wybranymi punktami oraz kąt przesunięcia pomiędzy nimi. Na rys. 6.1 przedstawiono schemat pomiarowy obwodów do badań. 18 Rd A Gen. zasil. AR AL AC V V1 f=var. R L C Osc. Rys. 6.1. Schemat pomiarowy równoległego obwodu rezonansowego RLC R,L i C – odpowiednio rezystor, indukcyjność i kondensator dekadowy, Rd – rezystor dodatkowy, Osc. – oscyloskop Tablica 6.1. Wyniki pomiarów (co najmniej 10 pomiarów) Lp. f [Hz] I [A] U [V] IR [A] IL [A] IC [A] 1 2 3 4 5 4. Zakres sprawozdania Sprawozdanie z ćwiczenia powinno zawierać: • schemat i wyznaczenie charakterystyk częstotliwościowych obwodu wykonane jako przygotowanie do ćwiczenia, • wykaz i dane znamionowe elementów i przyrządów użytych w ćwiczeniu, • tablice wyników pomiarów, • wyznaczenie dobroci obwodów i ich pasma przepuszczania, • spostrzeżenia i wnioski wynikające z ćwiczenia. Sprawozdanie, jedno dla obywającej ćwiczenie grupy należy złożyć nie później po upływie dwóch tygodni po jego wykonaniu w laboratorium. 5. Pytania kontrolne i zagadnienia • • • • Na czym polega rezonans w obwodach elektrycznych i jakie muszą być spełnione warunki aby rezonans wystąpił? Co to jest dobroć układu rezonansowego i jak się ją wyznacza? Co to jest pasmo przepuszczania obwodu rezonansowego i jak się je definiuje? Jakie narażenia mogą wystąpić w obwodzie szeregowym o znacznej dobroci, jeżeli wystąpi w nim rezonans? 19 • • Jakie narażenia mogą wystąpić w obwodzie równoległym o znacznej dobroci, jeżeli wystąpi w nim rezonans? Jaki wpływ wywierają przyrządy pomiarowe (amperomierze, woltomierze) na wyznaczane eksperymentalnie charakterystyki częstotliwościowe obwodów rezonansowych? 6. Literatura [1]. Bolkowski S.: Teoria obwodów elektrycznych. WNT Warszawa. [2] Cichocki A. i inni.: Ćwiczenia laboratoryjne z obwodów elektrycznych. Wydawnictwo Politechniki Warszawskiej [3]. Mikołajuk K., Trzaska Z.: Elektrotechnika teoretyczna - analiza i synteza elektrycznych obwodów liniowych. PWN Warszawa. [4] Miedziński B.: Elektrotechnika- podstawy i instalacje elektryczne. PWN Warszawa 20 Elbląg dnia ……………………. 5. REZONANS PRĄDOW Skład grupy: Rok i grupa dziekańska …………./…………… 1.…………………………………………………….. 2.…………………………………………………….. 3.…………………………………………………….. 4.…………………………………………………….. Wykaz elementów i przyrządów: 1………………………………………………………………………………..… 2………………………………………………………………………………..… 3………………………………………………………………………………..… 4………………………………………………………………………………..… 5………………………………………………………………………………..… 6………………………………………………………………………………..… 7………………………………………………………………………………..… 8………………………………………………………………………………..… 9………………………………………………………………………………..… Tablica 6.1. Wyniki pomiarów Lp. f [Hz] I [A] U [V] IR [A] IL [A] IC [A] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Uwagi dotyczące przebiegu ćwiczenia. Podpis prowadzącego ćwiczenia 21 Wyższa Szkoła Zawodowa w Elblągu Instytut Politechniczny 6. BADANIE OBWODÓW Z CEWKAMI SPRZĘŻONYMI MAGNETYCZNIE 1. Cel i zakres ćwiczenia Celem ćwiczenia jest praktyczne poznanie właściwości obwodów zawierających cewki bez rdzenia ferromagnetycznego magnetycznie sprzężone a w szczególności określenie znaku indukcyjności wzajemnej oraz poznanie właściwości różnych sposobów połączeń tych cewek a zwłaszcza: połączenia szeregowego, równoległego jak również połączenia w postaci transformatora powietrznego. Zakres ćwiczenia obejmuje: • przygotowanie do ćwiczenia polegające na przypomnieniu podstaw teoretycznych dotyczących sprzężeń magnetycznych oraz analitycznym rozwiązaniu obwodów przyjętych do badań i określeniu struktur równoważnych obwodów zastępczych bez sprzężeń magnetycznych i wyznaczeniu ich parametrów, wykonaniu wykresów wskazowych napięć i prądów, • dobór rodzaju i zakresów przyrządów pomiarowych, • połączenie obwodów na stole laboratoryjnym według podanych schematów, • pomiar parametrów każdej z badanych cewek bez sprzężenia magnetycznego, • określenia znaku sprzężenia przy szeregowym połączeniu cewek, • pomiar indukcyjności wzajemnej cewek (przy sprzężeniu transformatorowym) w zależności od wzajemnej odległości cewek i w zależności od kąta nachylenia jednej z cewek, • badanie właściwości sprzężenia magnetycznego przy równoległym połączeniu cewek, • wykonanie pomiarów napięć, prądów i mocy zgodnie z wytycznymi podanymi w punkcie 3, • porównanie wyników pomiarów z wynikami obliczeń, • opracowanie sprawozdania i wniosków wynikających z ćwiczenia. 2. Przygotowanie do ćwiczenia Przypomnieć podstawy teoretyczne dotyczące sprzężeń magnetycznych cewek oraz rozwiązać analitycznie na liczbach ogólnych obwody przyjęte do badań i określić struktury równoważnych obwodów zastępczych bez sprzężeń magnetycznych i wyznaczyć analitycznie ich parametry. Wykonać wykresy wskazowe napięć i prądów. Narysować schematy zastępcze obwodów do badań i tablice pomiarowe. 3. Przebieg ćwiczenia Przedstawić prowadzącemu laboratorium przygotowanie do ćwiczenia. Przygotowanie jest warunkiem koniecznym przystąpienia do realizacji ćwiczenia Sprawdzić rodzaj i zakres niezbędnych przyrządów pomiarowych. Po połączeniu kolejnych obwodów sprawdzić je i każdorazowo uzyskać zgodę od prowadzącego na włączenie układu do sieci. Rezystancje cewek należy zmierzyć przy pomocy mostka Wheatstone’a.. Indukcyjności obydwu cewek należy obliczyć na podstawie wartości zmierzonych rezystancji i impedancji cewek zmierzonych metodą techniczną (rys. 7.1). Wykonać pomiary parametrów każdej z cewek oddzielnie (rys. 7.1) a następnie wykonać pomiary zależności indukcyjności wzajemnej w funkcji odległości cewek umieszczonych równolegle względem siebie oraz dla określonej odległości w funkcji kąta położenia jednej z cewek w układzie z rys. 7.2. Początki uzwojeń cewek oznaczono gwiazdką. Początki i końce uzwojeń cewek sprzężonych magnetycznie można ustalić przy szeregowym połączeniu cewek – dla dwóch 22 różnych wariantów połączeń – rys. 7.3a i 7.3b. Właściwości dwóch cewek indukcyjnych sprzężonych magnetycznie połączonych równolegle włączonych do obwodu należy zbadać w układzie z rys. 7.4. Prowadzący może zalecić zbadanie tego układu dla innego charakteru obciążenia. Badanie podanych w ćwiczeniu układów należy traktować jako uproszczone, gdyż polega jedynie na pomiarze napięć i prądów. Prowadzący wskaże, w funkcji którego należy badać dany układ połączeń cewek indukcyjnych sprzężonych magnetycznie. W trakcie pomiarów dokonywać ewentualnych korekt zakresów przyrządów w ten sposób aby ich wskazania były większe od 2/3 zakresu pomiarowego. Na schematach pomiarowych indukcyjności zaznaczono jako idealne, chociaż w rzeczywistości cewki indukcyjne mają również rezystancję – rezystancje przewodu nawojowego cewki. Na rys. od 7.1 do 7.4 przedstawiono schematów pomiarowych obwodów do badań. A V ~220 V L, R ATr Rs Rys. 7.1. Schemat obwodu do pomiaru impedancji cewek Atr –autotransformator, Rs – rezystor suwakowy szeregowy, L – indukcyjność badanej cewki A ∗ V1 ~220 V L1 M ∗ L2 V2 ATr Rs Rys. 7.2. Schemat obwodu do pomiaru indukcyjności wzajemnej cewek i zależności indukcyjności wzajemnej od odległości pomiędzy cewkami i od kąta nachylenia cewek sprzężonych magnetycznie Atr –autotransformator, Rs – rezystor suwakowy szeregowy, L1, L2 – indukcyjności własne badanych cewek, M – indukcyjność wzajemna cewek A A ∗ ∗ L1 V ~220 V ∗ L2 ATr Rs a) L1 M V ~220 V M L2 ATr Rs ∗ b) 23 Rys. 7.3. Schematy obwodów do pomiaru impedancji cewek sprzężonych magnetycznie połączonych szeregowo: a) dodatnie sprzężenie zwrotne, b) ujemne sprzężenie zwrotne Atr –autotransformator, Rs – rezystor suwakowy szeregowy, L1, L2 – indukcyjności własne badanych cewek, M – indukcyjność wzajemna cewek A ∗ M L1 V ~220 V ATr ∗ R2 R1 A1 Rs L2 A2 Rys. 7.4. Schemat obwodu zawierającego cewki indukcyjne sprzężone magnetycznie połączone równolegle Atr –autotransformator, Rs – rezystor suwakowy szeregowy, L1, L2 – indukcyjności własne badanych cewek, M – indukcyjność wzajemna cewek, R1, R2 – rezystory Tablica 7.1. Wyniki pomiarów i obliczeń impedancji, rezystancji i indukcyjności cewki (rys. 7.1) Wyniki pomiarów Lp. U [V] I [A] Wyniki obliczeń R Z X L [Ω] [Ω] [Ω] [mH] 1 2 3 Tablica 7.2. Wyniki pomiarów i obliczeń indukcyjności wzajemnej w zależności od odległości pomiędzy cewkami sprzężonymi magnetycznie (rys. 7.2) Wyniki pomiarów Lp. X [mm] I [A] U1 [V] Wyniki obliczeń U2 [V] XM M [Ω] [mH] 1 2 3 4 5 6 7 8 24 Tablica 7.3. Wyniki pomiarów i obliczeń indukcyjności wzajemnej cewek w zależności od kąta nachylenia cewek sprzężonych magnetycznie (rys. 7.2) Lp. Wyniki pomiarów α [deg] I [A] U1 [V] Wyniki obliczeń U2 [V] XM M [Ω] [mH] 1 2 3 4 5 Tablica 7.4. Wyniki pomiarów i obliczeń impedancji, rezystancji i indukcyjności zastępczej cewek sprzężonych magnetycznie połączonych szeregowo (rys. 7.3a i 7.3b) Wyniki pomiarów U [V] I [A] Wyniki obliczeń R1+R2 Zz Xz Lz [Ω] [Ω] [Ω] [mH] 1 2 3 Tablica 7.5. Wyniki pomiarów i obliczeń obwodu zawierającego cewki indukcyjne sprzężone magnetycznie połączone równolegle (rys. 7.4) Wyniki pomiarów I [A] I1 [A] I2 [A] Wyniki obliczeń U [V] Zz Lz [Ω] [mH] 1 2 3 4. Zakres sprawozdania Sprawozdanie z ćwiczenia powinno zawierać: • obliczenia i schematy wykonane jako przygotowanie do ćwiczenia, • wykaz i dane znamionowe elementów i przyrządów użytych w ćwiczeniu, • wyniki pomiarów i obliczeń zestawione w tablicach wyników pomiarów i obliczeń, 25 • wykresy zależności indukcyjności wzajemnej od odległości wzajemnej cewek, • wykresy zależności indukcyjności wzajemnej od kąta nachylenia jednej z cewek, • rysunek i parametry schematu zastępczego cewek indukcyjnych sprzężonych magnetycznie połączonych równolegle, • spostrzeżenia i wnioski wynikające z ćwiczenia. Sprawozdanie, jedno dla obywającej ćwiczenie grupy należy złożyć nie później po upływie dwóch tygodni po jego wykonaniu w laboratorium. 5. Pytania kontrolne i zagadnienia • • • • • Podać prawa fizyczne opisujące zjawiska w cewkach bez rdzeni ferromagnetycznych sprzężonych magnetycznie. Podać odpowiednie wzory i zależności. Od jakich parametrów konstrukcyjnych zależy wartość indukcyjności własnej cewki? Od jakich parametrów konstrukcyjnych zależy wartość indukcyjności wzajemnej dwóch cewek? Podać i objaśnić równania opisujące transformator powietrzny, podać jego schemat zastępczy, wyprowadzić równania opisujące schemat zastępczy bez sprzężeń i narysować wykres wskazowy prądów i napięć przy określonym charakterze obciążenia. Wymienić przykłady najważniejszych zastosowań zjawiska sprzężeń magnetycznych w elektrotechnice oraz podać zasadę działania tych urządzeń. 6. Literatura [1]. Bolkowski S.: Teoria obwodów elektrycznych. WNT Warszawa. [2] Cichocki A. i inni.: Ćwiczenia laboratoryjne z obwodów elektrycznych. Wydawnictwo Politechniki Warszawskiej [3]. Mikołajuk K., Trzaska Z.: Elektrotechnika teoretyczna - analiza i synteza elektrycznych obwodów liniowych. PWN Warszawa. [4] Miedziński B.: Elektrotechnika- podstawy i instalacje elektryczne. PWN Warszawa 26 Elbląg dnia ……………………. 6. BADANIE OBWODÓW Z CEWKAMI SPRZĘŻONYMI MAGNETYCZNIE Skład grupy: Rok i grupa dziekańska …………./…………… 1.…………………………………………………….. 2.…………………………………………………….. 3.…………………………………………………….. 4.…………………………………………………….. Wykaz elementów i przyrządów: 1………………………………………………………………………………..… 2………………………………………………………………………………..… 3………………………………………………………………………………..… 4………………………………………………………………………………..… 5………………………………………………………………………………..… 6………………………………………………………………………………..… 7………………………………………………………………………………..… 8………………………………………………………………………………..… 9………………………………………………………………………………..… Tablica 7.1. Wyniki pomiarów i obliczeń impedancji, rezystancji i indukcyjności cewki (rys. 7.1) Wyniki pomiarów Lp. U [V] I [A] Wyniki obliczeń R Z X L [Ω] [Ω] [Ω] [mH] 1 2 3 1 2 3 27 Tablica 7.2. Wyniki pomiarów i obliczeń indukcyjności wzajemnej w zależności od odległości pomiędzy cewkami sprzężonymi magnetycznie (rys. 7.2) Wyniki pomiarów Lp. X [mm] I [A] U1 [V] Wyniki obliczeń U2 [V] XM M [Ω] [mH] 1 2 3 4 5 6 7 8 Tablica 7.3. Wyniki pomiarów i obliczeń indukcyjności wzajemnej cewek w zależności od kąta nachylenia cewek sprzężonych magnetycznie (rys. 7.2) Lp. Wyniki pomiarów α [deg] I [A] U1 [V] Wyniki obliczeń U2 [V] XM M [Ω] [mH] 1 2 3 4 5 Tablica 7.4. Wyniki pomiarów i obliczeń impedancji, rezystancji i indukcyjności zastępczej cewek sprzężonych magnetycznie połączonych szeregowo (rys. 7.3a i 7.3b) Wyniki pomiarów Lp. U [V] I [A] Wyniki obliczeń R1+R2 Zz Xz Lz [Ω] [Ω] [Ω] [mH] 1 2 3 28 Tablica 7.5. Wyniki pomiarów i obliczeń obwodu zawierającego cewki indukcyjne sprzężone magnetycznie połączone równolegle (rys. 7.4) Wyniki pomiarów I [A] I1 [A] I2 [A] Wyniki obliczeń U [V] Zz Lz [Ω] [mH] 1 2 3 Uwagi dotyczące przebiegu ćwiczenia. Podpis prowadzącego ćwiczenia 29 Wyższa Szkoła Zawodowa w Elblągu Instytut Politechniczny 7. BADANIE TRANSFORMATORA Z RDZENIEM FERROMAGNETYCZNYM 1. Cel i zakres ćwiczenia Celem ćwiczenia jest praktyczne poznanie właściwości transformatora z rdzeniem ferromagnetycznym małej mocy a w szczególności: przekładni napięciowej, stanu biegu jałowego, stanu zwarcia i stanu obciążenia oraz przebiegów napięć i prądów w funkcji czasu jak również obserwacja pętli histerezy. Zakres ćwiczenia obejmuje: • przygotowanie do ćwiczenia polegające na obliczeniu, na podstawie danych znamionowych parametrów schematu zastępczego i wykonaniu wykresu wskazowego napięć i prądów dla założonego charakteru obciążenia, • dobór rodzaju i zakresów przyrządów pomiarowych, • połączenie obwodu na stole laboratoryjnym według podanego schematu, • wykonanie pomiarów napięć, prądów i mocy zgodnie z wytycznymi podanymi w punkcie 3, • włączenie do oscyloskopu w celu obserwacji i pomiaru napięć, prądów i pętli histerezy, • porównanie wyników pomiarów z wynikami obliczeń, • opracowanie sprawozdania i wniosków wynikających z ćwiczenia. 2. Przygotowanie do ćwiczenia Na podstawie danych znamionowych (podanych w pkt. 7) badanego transformatora małej mocy wyznaczyć analitycznie parametry schematu zastępczego tego transformatora i dla założonego obciążenia wykonać wykres wskazowy napięć i prądów transformatora. Narysować schematy zastępcze obwodów do badań i narysować tablice pomiarowe. 3. Przebieg ćwiczenia Przedstawić prowadzącemu laboratorium przygotowanie do ćwiczenia. Przygotowanie jest warunkiem koniecznym przystąpienia do realizacji ćwiczenia Sprawdzić rodzaj i zakres niezbędnych przyrządów pomiarowych. Połączyć na stole laboratoryjnym obwód pomiarowy według przyjętego schematu z rys. 8.1. Sprawdzić połączony obwód i uzyskać zgodę od prowadzącego na włączenie układu do sieci. Wykonać pomiary napięć, prądów oraz mocy dla stanu biegu jałowego, stanu zwarcia i stanu obciążenia – dla kilku różnych wartości obciążenia. Według polecenia prowadzącego pomiary wykonać dla znamionowego napięcia pierwotnego U 1=U1n, U1=0,8·U1n oraz U1=1,2·U1n. W trakcie pomiarów dokonywać ewentualnych korekt zakresów przyrządów w ten sposób aby ich wskazania były większe od 2/3 zakresu pomiarowego. Włączyć do sieci oscyloskop i dokonać odpowiednich nastawień jego zakresów. Według polecenia prowadzącego w układzie z rys. 1 obserwować przebiegi napięć i prądów w różnych reżimach pracy transformatora. Wykonać szkice przebiegów i zanotować odpowiednie wnioski. Połączyć układ według schematu z rys. 8.2. Włączyć na wejście X oscyloskopu sygnał proporcjonalny do prądu w obwodzie a na wejście Y sygnał proporcjonalny do całki z napięcia na kondensatorze. Potrzeba całkowania napięcia wynika stąd, że sygnał wejściowy na płytki Y oscyloskopu powinien być proporcjonalny do przebiegu indukcji magnetycznej w rdzeniu transformatora. W ten sposób na ekranie oscyloskopu pojawi się przebieg będący pętlą histerezy rdzenia badanego transformatora. Naszkicować kształty pętli histerezy w zależności od wartości napięcia pierwotnego. Zanotować odpowiednie wnioski. 30 Na rys. 8.1 i rys. 8.2 przedstawiono schematów pomiarowych obwodów do badań. W układzie z rys. 8.1 odpowiednie reżimy pracy transformatora zapewnia się poprzez zmianę wartości obciążenia strony wtórnej transformatora: stan biegu jałowego – strona wtórna rozwarta, stan zwarcia – strona wtórna zwarta. A1 W A2 Ro V1 ~220 V Co ATr V2 Tr Rb Osc. Rys. 8.1. Schemat pomiarowy do badania stanu biegu jałowego, stanu zwarcia i stanu obciążenia transformatora (przypadek obciążenia o charakterze rezystancyjno-pojemnościowym) Atr –autotransformator, Tr – transformator badany, Ro,Co – rezystancja i pojemność obciążenia, Rb - bocznik do podłączenia oscyloskopu, Osc. – oscyloskop Tablica 8.1. Wyniki pomiarów i obliczeń stanu biegu jałowego Wyniki pomiarów U1 [V] I2 [A] P [W] Wyniki obliczeń I2 [A] U2 [V] ϑ [V/V] RFe Xµ [Ω] [Ω] cosϕo [--] 1 Tablica 8.2. Wyniki pomiarów i obliczeń stanu zwarcia Wyniki pomiarów U1 [V] I2 [A] P [W] I2 [A] 1 Wyniki obliczeń U2 [V] 0 ϑI [A/A] R1 X1 R2 X2 cosϕz [Ω] [Ω] [Ω] [Ω] [--] Tablica 8.3. Wyniki pomiarów i obliczeń stanu obciążenia Wyniki pomiarów U1 [V] I2 [A] P1 [W] I2 [A] Wyniki obliczeń U2 [V] ϑU [V/V] ϑI [A/A ] Ro Xo cosϕ1 cosϕ2 [Ω] [Ω] [--] [--] 1 2 3 4 5 31 R C ~220 V ATr Tr Rb Osc. Rys. 8.2. Schemat układu do obserwacji pętli histerezy Atr –autotransformator, Tr – transformator badany, Rb – bocznik, R, C rezystor i kondensator (gdzie R>>1/ωC), Osc. – oscyloskop 4. Zakres sprawozdania Sprawozdanie z ćwiczenia powinno zawierać: • obliczenia i schematy wykonane jako przygotowanie do ćwiczenia, • wykaz i dane znamionowe elementów i przyrządów użytych w ćwiczeniu, • wyniki pomiarów i obliczeń zestawione w tablicach wyników pomiarów i obliczeń, • spostrzeżenia i wnioski wynikające z ćwiczenia. Sprawozdanie, jedno dla obywającej ćwiczenie grupy należy złożyć nie później po upływie dwóch tygodni po jego wykonaniu w laboratorium. 5. Pytania kontrolne i zagadnienia • • • Wyjaśnić według jakich praw fizycznych działa transformator. Podać odpowiednie wzory i zależności. Porównać właściwości transformatora powietrznego i transformatora z rdzeniem ferromagnetycznym. Wyjaśnić fizyczny sens parametrów wyznaczanych podczas próby biegu jałowego i próby zwarcia. • Podać i uzasadnić przyczynę odkształcania się prądu pierwotnego podczas próby biegu jałowego. • Uzasadnić dlaczego przy obciążeniu pojemnościowym napięcie strony wtórnej może być większe od napięcia znamionowego. • Wyjaśnić metodę pomiaru pętli histerezy według rys. 2. Podać odpowiednie zależności. 6. Literatura [1]. Bolkowski S.: Teoria obwodów elektrycznych. WNT Warszawa. [2] Cichocki A. i inni.: Ćwiczenia laboratoryjne z obwodów elektrycznych. Wydawnictwo Politechniki Warszawskiej [3]. Mikołajuk K., Trzaska Z.: Elektrotechnika teoretyczna - analiza i synteza elektrycznych obwodów liniowych. PWN Warszawa. 32 Elbląg dnia ……………………. 7. BADANIE TRANSFORMATORA Z RDZENIEM FERROMAGNETYCZNYM Skład grupy: Rok i grupa dziekańska …………./…………… 1.…………………………………………………….. 2.…………………………………………………….. 3.…………………………………………………….. 4.…………………………………………………….. Wykaz elementów i przyrządów: 1………………………………………………………………………………..… 2………………………………………………………………………………..… 3………………………………………………………………………………..… 4………………………………………………………………………………..… 5………………………………………………………………………………..… 6………………………………………………………………………………..… 7………………………………………………………………………………..… 8………………………………………………………………………………..… 9………………………………………………………………………………..… Tabele pomiarowe: Tablica 8.1. Wyniki pomiarów i obliczeń stanu biegu jałowego Wyniki pomiarów U1 [V] I2 [A] P [W] Wyniki obliczeń I2 [A] U2 [V] ϑ [V/V] RFe [Ω] Xµ [Ω] cosϕo [--] 1 Tablica 8.2. Wyniki pomiarów i obliczeń stanu zwarcia Wyniki pomiarów U1 [V] 1 I2 [A] P [W] I2 [A] Wyniki obliczeń U2 [V] 0 ϑI [A/A] R1 X1 R2 X2 cosϕz [Ω] [Ω] [Ω] [Ω] [--] 33 Tablica 8.3. Wyniki pomiarów i obliczeń stanu obciążenia Wyniki pomiarów U1 [V] I2 [A] P1 [W] I2 [A] Wyniki obliczeń U2 [V] ϑU [V/V] ϑI [A/A ] Ro Xo cosϕ1 cosϕ2 [Ω] [Ω] [--] [--] 1 2 3 4 5 Uwagi dotyczące przebiegu ćwiczenia. Podpis prowadzącego ćwiczenia 34 Wyższa Szkoła Zawodowa w Elblągu Instytut Politechniczny 8. BADANIE OBWODU TRÓJFAZOWEGO SYMETRYCZNEGO 1. Cel i zakres ćwiczenia Celem ćwiczenia jest praktyczne poznanie właściwości obwodów trójfazowych symetrycznych a zwłaszcza relacji pomiędzy prądami i napięciami przy różnych sposobach połączeń odbiornika. Zakres ćwiczenia obejmuje: • przygotowanie do ćwiczenia polegające na wyprowadzeniu relacji pomiędzy prądami i napięciami w trójfazowych układach symetrycznych przy połączeniu w gwiazdę i w trójkąt oraz na obliczeniu tych napięć i prądów dla danych znamionowych podanych w punkcie 7. Obliczone wielkości należy przedstawić na wykresie wskazowym wykonanym w odpowiedniej skali, • dobór rodzaju i zakresów przyrządów pomiarowych, • połączenie obwodów na stole laboratoryjnym według podanych schematów, • wykonanie pomiarów napięć i prądów zgodnie z wytycznymi podanymi w punkcie 3, • porównanie wyników pomiarów z wynikami obliczeń, • opracowanie sprawozdania i wniosków wynikających z ćwiczenia. 2. Przygotowanie do ćwiczenia Wyprowadzić relacje pomiędzy prądami i napięciami w trójfazowych układach symetrycznych przy połączeniu w gwiazdę i w trójkąt. Obliczyć napięcia i prądy dla danych znamionowych podanych w punkcie 7. Obliczone wielkości należy przedstawić na wykresie wskazowym wykonanym w odpowiedniej skali. Narysować schematy zastępcze obwodów do badań i narysować tablice pomiarowe. 3. Przebieg ćwiczenia Przedstawić prowadzącemu laboratorium przygotowanie do ćwiczenia. Przygotowanie jest warunkiem koniecznym przystąpienia do realizacji ćwiczenia Sprawdzić rodzaj i zakres niezbędnych przyrządów pomiarowych. Połączyć na stole laboratoryjnym obwód pomiarowy według schematów z rys. 9.1 następnie według rys. 9.2. Każdorazowo sprawdzić połączony obwód i uzyskać zgodę od prowadzącego na włączenie układu do sieci. Wykonać pomiary napięć i prądów. W trakcie pomiarów dokonywać ewentualnych korekt zakresów przyrządów w ten sposób aby ich wskazania były większe od 2/3 zakresu pomiarowego. W układzie z rys. 7.1 należy wykonać pomiary napięć fazowych i przewodowych dla zamkniętego i otwartego łącznika Ł. W obydwu układach należy zanotować wyniki i odpowiednie wnioski. Na rys. 9.1 i rys. 9.2 przedstawiono schematy pomiarowe obwodów do badań. W układzie z rys. 9.1 nie zaznaczono woltomierzy do pomiaru napięć fazowych. Napięcia te należy zmierzyć w ten sposób, że przy pierwszym włączeniu układu do sieci dokonuje się pomiaru napięć przewodowych a następnie wyłączyć układ, dokonać przełączeń w ten sposób aby woltomierze były włączone do pomiaru napięć fazowych i po włączeniu układu dokonać pomiaru napięć fazowych. 35 Tr Odbiornik A1 L1 R1 L2 R2 L3 R3 V12 V31 ~220/380 V A2 V23 A3 Ł A0 V0 Rys. 9.1. Schemat pomiarowy do badania obwodu trójfazowego symetrycznego i odbiornika połączonego w gwiazdę (przypadek obciążenia o charakterze rezystancyjno-indukcyjnym) Tr – transformator obniżający, R,L – rezystancja i indukcyjności obciążenia - dławik, Ł - łącznik do zwierania i rozwierania przewodu neutralnego Tr Odbiornik A1 L12 V12 R12 A12 V31 ~220/380 V A2 V23 L23 R23 L 31 R 31 A23 A3 A31 Rys. 9.2. Schemat pomiarowy do badania obwodu trójfazowego symetrycznego i odbiornika połączonego w trójkąt (przypadek obciążenia o charakterze rezystancyjno-indukcyjnym) Tr – transformator obniżający, R,L – rezystancja i indukcyjności obciążenia - dławik 36 Tablica 9.1. Wyniki pomiarów dla odbiornika 3-fazowego połączonego w gwiazdę Lp. U1 [V] U2 [V] U3 [V] U12 [V] U23 [V] U31 [V] U0 [V] I1 I2 I3 I0 [A] [A] [A] [A] 1 2 3 4 5 Tablica 9.2. Wyniki pomiarów dla odbiornika 3-fazowego połączonego w trójkąt Lp. U12 [V] U23 [V] U31 [V] I1 I2 I3 I12 I23 I31 [A] [A] [A] [A] [A] [A] 1 2 3 4 5 4. Zakres sprawozdania Sprawozdanie z ćwiczenia powinno zawierać: • obliczenia i schematy wykonane jako przygotowanie do ćwiczenia, • wykaz i dane znamionowe elementów i przyrządów użytych w ćwiczeniu, • wyniki pomiarów, • spostrzeżenia i wnioski wynikające z ćwiczenia. Sprawozdanie, jedno dla obywającej ćwiczenie grupy należy złożyć nie później po upływie dwóch tygodni po jego wykonaniu w laboratorium. 5. Pytania kontrolne i zagadnienia • • • Jakie powinny być spełnione warunki aby dany układ trójfazowy można był symetryczny? Jakie mogą być skutki niewłaściwego połączenia napięć źródłowych w trójkąt? Wykazać, że wzór na moc czynną P=UIcosϕ, gdzie napięcia i prądy są wielkościami przewodowymi a kąt ϕ kątem fazowym, dotyczy zarówno odbiornika symetrycznego połączonego w gwiazdę jak i połączonego w trójkąt. 6. Literatura [1]. Bolkowski S.: Teoria obwodów elektrycznych. WNT Warszawa. [2] Cichocki A. i inni.: Ćwiczenia laboratoryjne z obwodów elektrycznych. Wydawnictwo Politechniki 37 Warszawskiej [3]. Mikołajuk K., Trzaska Z.: Elektrotechnika teoretyczna - analiza i synteza elektrycznych obwodów liniowych. PWN Warszawa. [4] Miedziński B.: Elektrotechnika- podstawy i instalacje elektryczne. PWN Warszawa 38 Elbląg dnia ……………………. 8. BADANIE OBWODU TRÓJFAZOWEGO SYMETRYCZNEGO Skład grupy: Rok i grupa dziekańska …………./…………… 1.…………………………………………………….. 2.…………………………………………………….. 3.…………………………………………………….. 4.…………………………………………………….. Wykaz elementów i przyrządów: 1………………………………………………………………………………..… 2………………………………………………………………………………..… 3………………………………………………………………………………..… 4………………………………………………………………………………..… 5………………………………………………………………………………..… 6………………………………………………………………………………..… 7………………………………………………………………………………..… 8………………………………………………………………………………..… 9………………………………………………………………………………..… Tabele pomiarowe: Tablica 9.1. Wyniki pomiarów dla odbiornika 3-fazowego połączonego w gwiazdę Lp. U1 [V] U2 [V] U3 [V] U12 [V] U23 [V] U31 [V] U0 [V] I1 I2 I3 I0 [A] [A] [A] [A] 1 2 3 4 5 39 Tablica 9.2. Wyniki pomiarów dla odbiornika 3-fazowego połączonego w trójkąt Lp. U12 [V] U23 [V] U31 [V] I1 I2 I3 I12 I23 I31 [A] [A] [A] [A] [A] [A] 1 2 3 4 5 Uwagi dotyczące przebiegu ćwiczenia. Podpis prowadzącego ćwiczenia 40 Wyższa Szkoła Zawodowa w Elblągu Instytut Politechniczny 9. OBWODY NIELINIOWE PRĄDU STAŁEGO 1. Cel i zakres ćwiczenia Celem ćwiczenia jest poznanie właściwości wybranych elementów nieliniowych na podstawie pomiaru ich charakterystyk zewnętrznych (napięcie-prąd) oraz właściwości i metod analizy obwodów nieliniowych prądu stałego. Zakres ćwiczenia obejmuje: • przygotowanie do ćwiczenia polegające na przypomnieniu metod aproksymacji charakterystyk zewnętrznych wybranych elementów nieliniowych, linearyzacji ich charakterystyk oraz metod analizy obwodów nieliniowych prądu stałego. Rozwiązać wskazany przez prowadzącego obwód nieliniowy prądu stałego metodą wykreślną i metodą linearyzacji charakterystyki nieliniowej w otoczeniu punktu pracy, • ustawienie wartości źródeł napięcia, dobór rodzaju i zakresów przyrządów pomiarowych, • połączenie obwodów na stole laboratoryjnym według podanych schematów, • pomiar charakterystyk zewnętrznych wskazanych przez prowadzącego elementów nieliniowych, • wykonanie pomiarów napięć, prądów we wskazanych przez prowadzącego obwodach nieliniowych prądu stałego zgodnie z wytycznymi podanymi w punkcie 3, • porównanie wyników pomiarów z wynikami obliczeń, • opracowanie sprawozdania i wniosków wynikających z ćwiczenia. 2. Przygotowanie do ćwiczenia Dokonać linearyzacji charakterystyk podanych przez prowadzącego elementów nieliniowych. Rozwiązać wskazane przez prowadzącego obwody nieliniowe prądu stałego, w tym również podane na rys. 11.2 metodą wykreślną i metodą linearyzacji charakterystyki nieliniowej w otoczeniu punktu pracy. Określić parametry zastępcze elementu nieliniowego w punkcie pracy. Narysować tablice pomiarowe. 3. Przebieg ćwiczenia Przedstawić prowadzącemu laboratorium przygotowanie do ćwiczenia. Przygotowanie jest warunkiem koniecznym przystąpienia do realizacji ćwiczenia. Sprawdzić rodzaj i zakres przyrządów pomiarowych. Każdorazowo sprawdzić połączony obwód i uzyskać zgodę od prowadzącego na włączenie źródła napięcia do obwodu. Wykonać pomiary napięć i prądów w badanych obwodach dokonując ewentualnych korekt zakresów przyrządów w ten sposób aby ich wskazania były większe od 2/3 zakresu. Wyniki pomiarów zanotować w tablicach pomiarów i obliczeń. W podanym na rys. 11.1 schemacie należy dokonać pomiaru charakterystyk zewnętrznych U=U(I) wskazanych przez prowadzącego elementów nieliniowych. W przypadku charakterystyki niesymetrycznej pomiary wykonać dla obydwu polaryzacji elementu nieliniowego. Charakterystykę zmierzyć dla co najmniej 10 wartości napięcia lub prądu uwzględniając w szczególności te zakresy zmian prądu i napięcia, w których gradient zmian ma dużą wartość. Badanie właściwości szeregowego połączenia elementów nieliniowych należy wykonać w układzie podanym na rys. 11.2 Na rys. 11.1, 11.2 przedstawiono przykładowe schematy obwodów do badań. Prowadzący ustali, 41 które obwody będą badane w trakcie zajęć w laboratorium. A ~220 V Zasilacz V DC Rs Rys. 11.1. Schemat obwodu do pomiaru charakterystyk zewnętrznych elementów nieliniowych Tablica 11.1. Wyniki pomiarów i obliczeń parametrów elementu nieliniowego Wyniki pomiarów I [A] Wyniki obliczeń U [V] Rstat [Ω] Rdyn [Ω] Ez [V] 1 2 3 4 5 V1 A 1 ~220 V Zasilacz V2 2 DC Rs Rys. 11.2. Schemat obwodu zawierającego dwa elementy nieliniowe połączone szeregowo Tablica 11.2. Wyniki pomiarów i obliczeń obwodu zawierającego dwa elementy nieliniowe połączone szeregowo Wyniki pomiarów I [A] U1 [V] Wyniki obliczeń U2 [V] R1stat [Ω] R2stat [Ω] 1 2 3 4 5 42 4. Zakres sprawozdania Sprawozdanie z ćwiczenia powinno zawierać: • schematy i rozwiązanie obwodu wykonanie jako przygotowanie do ćwiczenia, • wykaz i dane znamionowe elementów i przyrządów użytych w ćwiczeniu, • tablice wyników pomiarów, • charakterystyki zewnętrzne U=U(I) badanych elementów nieliniowych, • porównanie zmierzonych wielkości z wielkościami obliczonymi, • spostrzeżenia i wnioski wynikające z ćwiczenia. Sprawozdanie, jedno dla obywającej ćwiczenie grupy należy złożyć nie później po upływie dwóch tygodni po jego wykonaniu w laboratorium. 5. Pytania kontrolne i zagadnienia • • Podać definicję elementu nieliniowego. Podać klasyfikację elementów nieliniowych. Podać przykłady elementów nieliniowych i naszkicować ich charakterystyki zewnętrzne. Zdefiniować pojęcia rezystancji statycznej i dynamicznej elementu nieliniowego w punkcie pracy. Obliczyć te rezystancje dla podanej w postaci analitycznej charakterystyki elementu nieliniowego. 6. Literatura [1] Bolkowski S.: Teoria obwodów elektrycznych. WNT Warszawa. [2] Cichocki A. i inni.: Ćwiczenia laboratoryjne z obwodów elektrycznych. Wydawnictwo Politechniki Warszawskiej [3] Mikołajuk K., Trzaska Z.: Elektrotechnika teoretyczna - analiza i synteza elektrycznych obwodów liniowych. PWN Warszawa. [4] Miedziński B.: Elektrotechnika - podstawy i instalacje elektryczne. PWN Warszawa 43 Elbląg dnia ……………………. 9. OBWODY NIELINIOWE PRĄDU STAŁEGO Skład grupy: Rok i grupa dziekańska …………./…………… 1.…………………………………………………….. 2.…………………………………………………….. 3.…………………………………………………….. 4.…………………………………………………….. Wykaz elementów i przyrządów: 1………………………………………………………………………………..… 2………………………………………………………………………………..… 3………………………………………………………………………………..… 4………………………………………………………………………………..… 5………………………………………………………………………………..… 6………………………………………………………………………………..… 7………………………………………………………………………………..… 8………………………………………………………………………………..… 9………………………………………………………………………………..… Tabele pomiarowe: Tablica 11.1. Wyniki pomiarów i obliczeń parametrów elementu nieliniowego L.p. Wyniki pomiarów I [A] U [V] Wyniki obliczeń Rstat [Ω] Rdyn [Ω] Ez [V] 1 2 3 4 5 44 Tablica 11.2. Wyniki pomiarów i obliczeń obwodu zawierającego dwa elementy nieliniowe połączone szeregowo Lp. Wyniki pomiarów I [A] U1 [V] Wyniki obliczeń U2 [V] R1stat [Ω] R2stat [Ω] 1 2 3 4 5 Uwagi dotyczące przebiegu ćwiczenia. Podpis prowadzącego ćwiczenia 45 Wyższa Szkoła Zawodowa w Elblągu Instytut Politechniczny 10. STEROWNIKI PRĄDU PRZEMIENNEGO I PROSTOWNIKI STEROWANE 1. Cel i zakres ćwiczenia Celem ćwiczenia jest praktyczne poznanie właściwości sterowników prądy przemiennego i prostowników sterowanych oraz zasady działania. . 2. Zakres ćwiczenia obejmuje: • dobór: wartości źródła zasilania, rodzaju i zakresów przyrządów pomiarowych, rezystancji obciążenia, • połączenie obwodów na stole laboratoryjnym według podanego schematu, • wykonanie pomiarów napięć i prądów zgodnie z wytycznymi podanymi w punkcie 3, • opracowanie sprawozdania i wniosków z ćwiczenia. 3. Przygotowanie do ćwiczenia W prezentowanym ćwiczeniu należy przeprowadzić badanie jednofazowego sterownika prądu przemiennego oraz jedno połówkowego prostownika sterowanego. Oba układy wykorzystują jako element sterowalny tyrystor konwencjonalny. Układ sterownika prądu przemiennego jest to układ energoelektroniczny służący do płynnej zmiany wartości napięcia w układzie przemiennym poprzez sterowanie czasem przewodzenia tyrystora. α - kąt wysterowania λ - kąt przewodzenia U α λ α α λ λ α λ t 46 Poprzez zmianę wartości kąta wysterowania można dokonywać regulacji wartości napięcia w zakresie U = 0 dla α = 180° do U = UN dla α = 0°. Możliwe jest więc sterowanie i regulacja napięciowa odbiorników. Układ prostownika jedno połówkowego sterowanego pozwala na uzyskanie napięcia jednokierunkowego o regulowanej wartości średniej, a zakres możliwej regulacji wynosi U = 0 dla α = 180° do U = UN/2 dla α = 0°. α - kąt wysterowania λ - kąt przewodzenia U α λ λ α t Układy należy przebadać dla pełnego 1 fazowego napięcia zasilającego podstawie danych znamionowych badanych układów dobrać parametry zasilania i obciążenia. Narysować schematy obwodów, oraz podać wartości źródeł zasilania, zakresy przyrządów pomiarowych i obciążenia. Korzystając z karty pomiarów (protokół) zanotować uzyskane wyniki.. 4. Przebieg ćwiczenia Przedstawić prowadzącemu laboratorium przygotowanie do ćwiczenia. Przygotowanie jest warunkiem koniecznym przystąpienia do ćwiczenia. Połączyć na stole laboratoryjnym kolejno obwody według przyjętego schematu. Każdorazowo sprawdzić połączony obwód i uzyskać zgodę od prowadzącego na włączenie źródeł zasilania. Wykonać pomiary napięć i prądów w obwodzie dokonując ewentualnych korekt zakresów przyrządów w ten sposób aby ich wskazania były większe od 2/3 zakresu. Zanotować wskazania przyrządów w odpowiedniej tablicy wyników według załączonych wzorów. Na podstawie obserwacji przebiegów napięcia za pomocą oscyloskopu określić wartość kąta wysterowania i kąta przewodzenia tyrystora dla każdego punktu pomiarowego A ~ V Rys. 10.1 Schemat badania sterownika prądu przemiennego 47 Tabela 10.1. Wyniki pomiarów do układu U I α λ Lp [V] [A] [˚] [˚] 1 2 3 4 5 Sporządzić w skali dwa przebiegi napięcia dla różnych punktów pomiarowych w okresie przebiegu wejściowego. A ~ V Rys. 10.2. Schemat badania prostownika sterowanego Tabela nr 10.2. Wyniki pomiarów dla schematu 10.2 U I α λ Lp. [˚] [V] [A] [˚] 1 2 3 4 5 Sporządzić w skali dwa przebiegi napięcia dla różnych punktów pomiarowych w okresie przebiegu wejściowego. 5. Zakres sprawozdania Sprawozdanie powinno zawierać: ◦ schematy obwodów, ◦ wykaz i dane znamionowe elementów i przyrządów użytych w ćwiczeniu, ◦ tabelę wyników pomiarów, ◦ wyznaczy zależność U = f(α); U= f(λ), 48 ◦ przebiegi obserwowanych napięć (jak w przebiegu ćwiczenia), ◦ spostrzeżenia i wnioski wynikające z ćwiczenia. 6. Pytania kontrolne • Zasada działania prostownika sterowanego, • Zasada działania sterownika prądu przemiennego, • Przykłady zastosowania prostowników sterowanych, • Przykłady zastosowania sterownika prądu przemiennego, • Budowa i zasada działania tyrystora. • 7.Literatura 1) Praca zbiorowa pod redakcją F. Przezdzieckiego. „Laboratorium elektrotechniki i elektroniki.” 2) B. Miedziński „Elektrotechnika” 49 Elbląg dnia ……………………. 10. STEROWNIKI PRĄDU PRZEMIENNEGO I PROSTOWNIKI STEROWANE Skład grupy: Rok i grupa dziekańska …………./…………… 1.…………………………………………………….. 2.…………………………………………………….. 3.…………………………………………………….. 4.…………………………………………………….. Wykaz elementów i przyrządów: 1………………………………………………………………………………..… 2………………………………………………………………………………..… 3………………………………………………………………………………..… 4………………………………………………………………………………..… 5………………………………………………………………………………..… 6………………………………………………………………………………..… 7………………………………………………………………………………..… 8………………………………………………………………………………..… 9………………………………………………………………………………..… Tabela nr 1. Wyniki pomiarów układu 10.1 λ U I α Lp [˚] [V] [A] [˚] 1 2 3 4 5 50 Tabela 10.2. Wyniki pomiarów układu 10.2 U I α [V] [A] [˚] Lp λ [˚] 1 2 3 4 5 51 …………………………. Podpis prowadzącego ćwiczenia 52 Wyższa Szkoła Zawodowa w Elblągu Instytut Politechniczny 11. BADANIE SILNIKA BOCZNIKOWEGO PRĄDU STAŁEGO 1. Cel i zakres ćwiczenia Celem ćwiczenia jest praktyczne poznanie właściwości silnika bocznikowego prądu stałego oraz poznanie zasady działania. Poznanie sposobów regulacji i metod pomiarowych. 2. Zakres ćwiczenia • dobór: wartości źródła zasilania, rodzaju i zakresów przyrządów pomiarowych, • połączenie obwodów na stole laboratoryjnym według podanego schematu, • wykonanie pomiarów zgodnie z wytycznymi podanymi w punkcie 3, • opracowanie sprawozdania i wniosków z ćwiczenia. 3. Przygotowanie do ćwiczenia Silniki elektryczne prądu stałego stanowią dość powszechną grupę w napędach elektrycznych stosowanych w różnych dziedzinach życia. Charakteryzują się one dobrymi właściwościami ruchowymi, oraz łatwą regulacją prędkością obrotową w bardzo szerokim zakresie. Obecnie silniki prądu stałego stosowane w napędzie elektrycznym zasila się obecnie najczęściej z przekształtników energoelektronicznych budowanych w oparciu o przyrządy półprzewodnikowe mocy (diody, tyrystory, tranzystory). Zapewnia to napędom duży komfort regulacji oraz radykalnie zmniejsza gabaryty urządzeń regulacyjnych. Jednym z popularnych rozwiązań jest zastosowanie jako regulowanego źródła napięcia stałego przekształtnika prądu przemiennego na prąd stały, czyli prostowniki. Inna metoda regulacji to zastosowanie przerywaczy napięcia (nazywanych również impulsatorami). Silnik bocznikowy prądu stałego posiada dwa obwody elektryczne wykonane w postaci uzwojeń. Uzwojenie wzbudzenia umieszczone jest na części nieruchomej maszyny zwanej stojanem, drugie uzwojenie nazywane twornika umieszczone jest na elemencie ruchomym zwanej wirnikiem. Uzwojenie wzbudzenia wytwarza stałe pole magnetyczne, uzwojenie twornika odpowiedzialne jest za wytworzenie momentu obrotowego, a energia elektryczna doprowadzana jest przez układ komutator i szczotki. Nazwa bocznikowy wskazuje na sposób wzajemnego połączenia uzwojenia wzbudzenia i twornika w sposób równoległy. Na podstawie danych znamionowych silnika dostępnych na tabliczce znamionowej dobrać parametry zasilania i obciążenia. Narysować schematy obwodów, oraz podać wartości źródeł zasilania, zakresy przyrządów pomiarowych i obciążenia. Korzystając z karty pomiarowej (protokół) zapisać uzyskane wyniki. 4. Przebieg ćwiczenia Przedstawić prowadzącemu laboratorium przygotowanie do ćwiczenia. Przygotowanie jest warunkiem koniecznym przystąpienia do ćwiczenia. Połączyć na stole laboratoryjnym kolejno obwody według przyjętego schematu lub sprawdzić zgodność gotowego układu z schematem instrukcji. Uzyskać zgodę od prowadzącego na włączenie źródeł zasilania i rozpocząć pomiary. Wykonać pomiary napięć i prądów w obwodzie dokonując ewentualnych korekt zakresów przyrządów w ten sposób aby ich wskazania były większe od 2/3 zakresu. Zanotować wskazania przyrządów w odpowiedniej tablicy wyników według załączonych wzorów. 53 Na podstawie danych zawartych na tabliczce wynotować najistotniejsze i zapisać znamionowych wypełniając poniższą tabele: Tabela nr 11.1.Dane znamionowe badanej maszyny DANE ZNAMIONOWE Pn Un In Ifn nn [W] [V] [A] [A] [obr/min] Znając powyższe dane znamionowe można określić wartości poszczególnych prądów, napięcia i prędkości obrotowej. PRZEKSZTAŁTNIK ENERGOELEKTRONICZNY Twornik Wzbudzenie - + - + Af V1 - + F2 F1 A1 A1 A1 F2 M M A2 F1 A2 A2 V2 R Rys. 11.1 Schemat układu badania silnika prądu stałego Tabela nr 11.2. Wyniki pomiarów i obliczeń Lp U1 [V] I1 [A] POMIARY U2 I2 [V] [A] If [A] n [ /min] obr R [Ω] OBLICZENIA P1 P2 [W] [W] η [-] 1 2 3 4 5 6 54 Pomiary należy wykonać dla sześciu różnych wartości napięcia zasilającego twornik, a następnie wyznaczyć charakterystykę zależności prędkości od napięcia n = f (U 1) przy If = const i R = const. Następnie dwukrotnie wyznaczyć charakterystykę mechaniczną n=f(P 2) przy If = const i U1 = const. dla dwóch różnych wartości napięcia zasilającego obwód twornika. 5. Zakres sprawozdania • schematy obwodów, • wykaz i dane znamionowe elementów i przyrządów użytych w ćwiczeniu, • tabele wyników pomiarów, • obliczenia P1, P2, R, • charakterystykę n=f(U); n=f(P2), • spostrzeżenia i wnioski wynikające z ćwiczenia. 6. Pytania kontrolne 1. Zdefiniuj pojęcie maszyny elektrycznej, wymień rodzaje, 2. Wyjaśnij zasadę oznaczeń uzwojeń maszyn prądu stałego, 3. Wyjaśnij według jakich zjawisk fizycznych działa silnik prądu stałego, 4. Omów budowę silnika bocznikowego prądu stałego, 7. Literatura 1. M. Goźlińska „Maszyny elektryczne” 55 Elbląg dnia ……………………. 11. BADANIE SILNIKA BOCZNIKOWEGO PRĄDU STAŁEGO Skład grupy: Rok i grupa dziekańska …………./…………… 1.…………………………………………………….. 2.…………………………………………………….. 3.…………………………………………………….. 4.…………………………………………………….. Wykaz elementów i przyrządów: 1………………………………………………………………………………..… 2………………………………………………………………………………..… 3………………………………………………………………………………..… 4………………………………………………………………………………..… 5………………………………………………………………………………..… 6………………………………………………………………………………..… 7………………………………………………………………………………..… 8………………………………………………………………………………..… 9………………………………………………………………………………..… Tabela 11.1. Dane znamionowe silnika DANE ZNAMIONOWE Pn Un In Ifn nn [W] [V] [A] [A] [obr/min] 56 Lp U1 [V] Tabela nr 2. Dla wyznaczenia n=f(U1) POMIARY I1 U2 I2 [A] [V] [A] If n [A] [obr/min] If n [A] [obr/min] 1 2 3 4 5 6 Lp U1 [V] Tabela nr 3. Dla wyznaczenia n=f(P 2) POMIARY I1 U2 I2 [A] [V] [A] 1 2 3 4 5 6 57 …………………………. Podpis prowadzącego ćwiczenia 58 Wyższa Szkoła Zawodowa w Elblągu Instytut Politechniczny 12. BADANIE SILNIKA INDUKCYJNEGO 1. Cel i zakres ćwiczenia Celem ćwiczenia jest praktyczne poznanie właściwości silnika indukcyjnego klatkowego 3 fazowego prądu przemiennego oraz poznanie zasady działania, metod pomiarowych I sposobów regulacji. . 2. Zakres ćwiczenia 1. Dobór: wartości źródła zasilania, rodzaju i zakresów przyrządów pomiarowych, 2. Połączenie obwodów na stole laboratoryjnym według podanego schematu, 3. Wykonanie pomiarów zgodnie z wytycznymi podanymi w punkcie 3, 4. Opracowanie sprawozdania i wniosków z ćwiczenia. 3. Przygotowanie do ćwiczenia W prezentowanym ćwiczeniu przedmiotem badania jest silnik indukcyjny klatkowy zasilany z sieci 3 – fazowej napięcia sinusoidalnie zmiennego. Silniki indukcyjne charakteryzują się tym że przekształcając energię elektryczną w energię mechaniczną wykorzystują zjawisko indukcji elektromagnetycznej. A sama przemiana odbywa sie za pośrednictwem pola magnetycznego wirującego powstającego w układzie nieruchomych uzwojeń stojana, energia elektryczna w uzwojeniu wirnika pojawia się poprzez transformację i nie ma konieczności stosowania połączeń elektrycznych ruchomych. Wytworzone w takim układzie pole magnetyczne wirujące posiada określona prędkość nazywana synchroniczną: nS = 60 ⋅ f obr [ ] min p gdzie: f – to częstotliwość napięcia zasilającego, p – liczba par biegunów magnetycznych przypadających w każdym uzwojeniu fazowym. Ponieważ w praktyce trudno jest określić liczbę par biegunów, stosuje się prostszą zasadę a mianowicie asynchroniczną prędkość wirnika. Prędkość wirowania wału jest zawsze mniejsza niż prędkość wirowania pola wynika to bezpośrednio z zasady zjawiska indukcji. Aby mogło wystąpić indukowanie siły elektromotorycznej SEM musi występować ruch przewodnika względem pola lub pola magnetycznego względem przewodnika. Zrównanie prędkości prowadziło by wiec do zaniku zjawiska a w rezultacie maszyna nie byłaby w stanie działać, stąd nazywana jest ASYNCHRONICZNA. Pozwala to wskazać pewną charakterystyczną wielkość określającą różnice prędkości pola magnetycznego a wału maszyny. Wielkość ta nazywana jest poślizgiem i opisana jako: ns − n ns Wiedząc, że poślizg nie może osiągnąć wartości s=0 można wykazać że liczba par biegunów będzie maszyny będzie generować prędkość synchroniczną najbliższą większą od prędkości znamionowej np.: s= 59 Dla nN=2800obr/min prędkość pola magnetycznego powinna być większa, czyli ns=3000obr/min A to oznaczałoby że liczba par biegunów p=1, ponieważ: nS = 60 ⋅ 50 Hz = 3000[obr ] min 1 Na podstawie danych znamionowych badanych układów dobrać parametry zasilania i obciążenia. Narysować schematy obwodów, oraz podać wartości źródeł zasilania, zakresy przyrządów pomiarowych i obciążenia. Korzystając z karty pomiarowej (protokół) zapisać uzyskane wyniki. 4. Przebieg ćwiczenia Przedstawić prowadzącemu laboratorium przygotowanie do ćwiczenia. Przygotowanie jest warunkiem koniecznym przystąpienia do ćwiczenia. Połączyć na stole laboratoryjnym kolejno obwody według przyjętego schematu. Każdorazowo sprawdzić połączony obwód i uzyskać zgodę od prowadzącego na włączenie źródeł zasilania. Wykonać pomiary napięć i prądów w obwodzie dokonując ewentualnych korekt zakresów przyrządów w ten sposób aby ich wskazania były większe od 2/3 zakresu. Zanotować wskazania przyrządów w odpowiedniej tablicy wyników według załączonych wzorów. Tabela nr 12.1. Dane znamionowe silnika DANE ZNAMIONOWE Pn Un In nn ηn [W] [V] [A] [obr/min] [-] L1 A1 A2 W1 A1 V1 L2 L3 N M ~ ~ _M E A –b 2 E1 V2 R=var 2 B2 B1 Rys. 1 Schemat do badania silnika indukcyjnego 60 Lp U1 [V] Tabela nr 12.2. Wyniki pomiarów i obliczeń POMIARY OBLICZENIA I2 s R I1 P1 n U2 P2 η obr [A] [W] [ /min] [V] [A] [W] [-] [-] [Ω] 1 2 3 4 5 6 7 8 W pozycji 1 należy wykonać pomiar przy najmniejszym możliwym obciążeniu silnika. Na podstawie wyników obliczyć moment, poślizg, sprawność oraz wykonać charakterystykę n=f(P2), n=f(s), η=f(P2) badanej maszyny. 5. Zakres sprawozdania • schematy obwodów, • wykaz i dane znamionowe elementów i przyrządów użytych w ćwiczeniu, • tabele wyników pomiarów, • charakterystykę n=f(P2), n=f(s), η=f(P2) • spostrzeżenia i wnioski wynikające z ćwiczenia. 6. Pytania kontrolne 1. Zdefiniuj pojęcie maszyny elektrycznej, wymień rodzaje, 2. Wyjaśnij nazwy maszyna indukcyjna, asynchroniczna, pierścieniowa, 3. Wyjaśnij według jakich zjawisk fizycznych działa silnik prądu przemiennego, 4. Omów budowę silnika indukcyjnego (klatkowego i pierścieniowego), 7. Literatura 1. M. Goźlińska „Maszyny elektryczne” 61 Elbląg dnia ……………………. 12. BADANIE SILNIKA INDUKCYJNEGO Skład grupy: Rok i grupa dziekańska …………./…………… 1.…………………………………………………….. 2.…………………………………………………….. 3.…………………………………………………….. 4.…………………………………………………….. Wykaz elementów i przyrządów: 1………………………………………………………………………………..… 2………………………………………………………………………………..… 3………………………………………………………………………………..… 4………………………………………………………………………………..… 5………………………………………………………………………………..… 6………………………………………………………………………………..… 7………………………………………………………………………………..… 8………………………………………………………………………………..… 9………………………………………………………………………………..… Tabela nr 12.1. Dane znamionowe silnika DANE ZNAMIONOWE Pn Un In nn ηn [W] [V] [A] [obr/min] [-] 62 Tabela nr 12.2. Wyniki pomiarów POMIARY Lp U1 I1 P1 n U2 I2 [V] [A] [W] [obr/min] [V] [A] 1 2 3 4 5 6 7 8 63 …………………………. Podpis prowadzącego ćwiczenia 64
