Rok akademicki 2013/2014

Instytut Informatyki i Automatyki
Laboratorium Podstaw Elektrotechniki i Metrologii
Ćwiczenie nr: 1
Temat: Badanie obwodów prądu stałego
Zespół nr:...................................
Grupa nr:............
Prowadzący:..............................
1.nazwisko i imię studenta
2. ...
Ocena:........................................
3. ...
4. …
Data:......................................
Rok akademicki 2013/2014
Instytut Informatyki i Automatyki
Laboratorium Podstaw Elektrotechniki i Metrologii
Plan ćwiczenia:
1.
2.
3.
4.
5.
Budowa i działanie mierników prądu stałego
Wykonanie układu pomiarowego
Pomiar rezystancji przeznaczonych do budowy obwodu
Pomiar napięć
Pomiar prądów
Układ pomiarowy przedstawiono na Rys.1.
Dokonaj pomiaru rezystancji metodą bezpośrednią.
Do pomiarów zastosuj multimetry: analogowy i cyfrowy. Poznaj sposób wykonania
nimi pomiarów rezystancji. Przed pomiarem przeprowadź czynności ich zerowania.
Instytut Informatyki i Automatyki
Laboratorium Podstaw Elektrotechniki i Metrologii
Uzupełnij dane w poniższej tabeli:
Odczyty
woltomierz amperomierz
Un [V]
In [A ]
n
omomierz
Rn [Ω]
napięcie
Un [V]
Obliczenia
prąd
rezystancja1
In [A ]
Rn [Ω]
1
2
3
4
5
Zastosuj I prawo Kirchhoffa (prądowe2):
I6
[A ]
I1+I2
[A ]
I7
[A ]
I3+I4+I5
[A ]
Zastosuj II prawo Kirchhoffa (napięciowe3):
E4
[V]
5
10
U1+U3
[V]
U2+U4
[V]
Sprawozdanie z wykonanego ćwiczenia powinno zawierać w szczególności:
o
o
o
o
- schematy układów pomiarowych oraz badanych układów,
- zadane w instrukcji obliczenia i wyprowadzenia,
- komentarze do wykonywanych zadań pomiarowych i obliczeniowych,
- wnioski.
Iloraz napięcia /odczytanego/ i prądu /przepływającego/ przez daną rezystancję.
Prąd zmierzony multimetrem
3
Napięcie odczytane za pomocą multimetru
4
Wartość napięcia zasilającego /zmierzona/
1
2
Instytut Informatyki i Automatyki
Laboratorium Podstaw Elektrotechniki i Metrologii
Ćwiczenie nr: 2
Temat: 1. Budowa i działanie
prostownika jednofazowego
Zespół nr:...................................
Prowadzący:..............................
Grupa nr:............
1.nazwisko i imię studenta
2. ...
Ocena:........................................
3. ...
4. …
Data:......................................
Rok akademicki 2013/2014
Instytut Informatyki i Automatyki
Laboratorium Podstaw Elektrotechniki i Metrologii
Plan ćwiczenia:
1. Budowa i działanie diody prostowniczej
2. Wykonanie układu pomiarowego
a. Prostownik jednopołówkowy obciążenie R
b. Prostownik jednopołówkowy obciążenie RC
3. Pomiar rezystancji i pojemności przeznaczonych do budowy obwodu
4. Pomiar napięć na obciążeniu za pomocą oscyloskopu
Układ pomiarowy przedstawiono na Rys.1.
Rysunek 1
Przebieg pomiarów:



zaobserwować i zdjąć przebiegi z oscyloskopu kształt krzywej napięcia
wejściowego
zaobserwować i zdjąć przebiegi z oscyloskopu kształt krzywej napięcia
wyjściowego (na odbiorniku) przy odłączonym (w - otwarty) i załączonym
kondensatorze (w - zamknięty)
zmieniając wartość rezystancji R0 pomierzyć charakterystykę zewnętrzną
prostownika przy odłączonym (w - otwarty) i załączonym kondensatorze C (w zamknięty).
Instytut Informatyki i Automatyki
Laboratorium Podstaw Elektrotechniki i Metrologii
Sprawozdanie z wykonanego ćwiczenia powinno zawierać:
o
o
o
o
- schematy układów pomiarowych oraz badanych układów,
- zadane w instrukcji obliczenia współczynnika tętnień,
- komentarze do wykonywanych zadań pomiarowych i obliczeniowych,
- wnioski.
W ćwiczeniu zapoznajemy się z budową i działaniem prostownika jedno połówkowego.
Prostowniki są niezbędnym elementem układu zasilania dowolnej aparatury elektronicznej.
Obserwując i mierząc różne przebiegi napięciowe uczymy się jednocześnie obsługi
dwukanałowego oscyloskopu cyfrowego.
Ćwiczenie wymaga znajomości następujących zagadnień teoretycznych:
• zjawisko prądu elektrycznego, natężenie prądu
• potencjał i napięcie elektryczne
• napięcie harmoniczne
• napięcie jedno- i dwupołówkowe
• wartość średnia i skuteczna napięcia
• oporność elektryczna i prawo Ohma
• pojemność elektryczna, zjawisko rozładowania kondensatora
• budowa i działanie diody prostowniczej
Najprostszym napięciem okresowym jest napięcie sinusoidalne zmienne w czasie.
Jego przebieg opisuje funkcja:
U (t) = Umsin(ωt +φ) (1)
gdzie:
Um – amplituda napięcia
ω – pulsacja (częstość kołowa)
φ – przesunięcie fazowe napięcia
Wykres tego napięcia /dla φ =o/ ukazuje Rys. 2.
Rysunek 2
Najczęściej spotykanym przebiegiem jest napięcie sieciowe 230V/50Hz. Napięcie to
również nazywa się przemiennym – jego napięcie skuteczne wynosi 230V a częstotliwość
50Hz.
Instytut Informatyki i Automatyki
Laboratorium Podstaw Elektrotechniki i Metrologii
Po wyprostowaniu napięcia harmonicznego
jednopołówkowy otrzymuje się napięcie jak na Rys. 3.
Umsin(ωt)
przez
prostownik
Rysunek 3
Dla napięć okresowych naturalnym przedziałem czasu jest okres funkcji _t =T.
Można pokazać, że wartości średnie i skuteczne dla omówionych wyżej napięć są jak
w Tab. 1.
gdzie: Um – amplituda napięcia harmonicznego
U1, U2 – wielkości szczytowe napięcia jedno- i dwupołówkowego
Napięcia jedno- i dwupołówkowe mają stałą biegunowość, jednak ich wielkość zmienia
się okresowo od zera do wartości maksymalnej. Możemy je częściowo wygładzić stosując
filtr RC
Rysunek 4
Układ RC wygładza efektywnie zmiany napięcia pod warunkiem, że kondensator ma
dostatecznie dużą pojemność. Wówczas czas rozładowania kondensatora jest duży i na
kondensatorze utrzymuje się w miarę stałe napięcie. Rys. 5 ilustruje przebieg napięcia
stabilizowanego przez filtr RC.
Instytut Informatyki i Automatyki
Laboratorium Podstaw Elektrotechniki i Metrologii
Rysunek 5
Napięcie to zawiera składową stałą Ū i składową zmienną Ut, którą zwie się tętnieniami.
Obie składowe zależą od obciążenia prostownika. Do najważniejszych parametrów
prostowników z filtrem RC należą:
- napięcie znamionowe
- wydajność prądowa
- sprawność energetyczna
- współczynnik tętnień
Napięcie znamionowe jest to napięcie, które wytwarza prostownik nieobciążony.
Wydajność prądowa jest to dopuszczalne natężenie prądu, przy którym napięcie na wyjściu
prostownika nie spada poniżej 90% napięcia znamionowego. Sprawność energetyczna jest to
stosunek mocy produkowanej do mocy pobieranej przez prostownik. Współczynnik tętnień
definiuje się jako iloraz
Napięcie Ut we wzorze (2) jest połową międzyszczytowego napięcia tętnień jak na Rys. 5.
Przykład: prostownik jednopołówkowy RC
Instytut Informatyki i Automatyki
Laboratorium Podstaw Elektrotechniki i Metrologii
Symulacja pracy układu za pomocą programu LTspice:
Rysunek 6
Rysunek 7
Instytut Informatyki i Automatyki
Laboratorium Podstaw Elektrotechniki i Metrologii
Wymagania BHP
W trakcie zajęć laboratoryjnych należy przestrzegać następujących zasad:
 - sprawdzić, czy urządzenia dostępne na stanowisku laboratoryjnym są w stanie
kompletnym, nie wskazującym na fizyczne uszkodzenie,
 - sprawdzić prawidłowość połączeń urządzeń,
 - załączenie napięcia do układu pomiarowego może się odbywać po wyrażeniu
zgody przez prowadzącego,
 - przyrządy pomiarowe należy ustawić w sposób zapewniający stałą obserwację,
bez konieczności nachylania się nad innymi elementami układu, znajdującymi się
pod napięciem,
 - zabronione jest dokonywanie jakichkolwiek przełączeń oraz wymiana
elementów składowych stanowiska pod napięciem,
 - zmiana konfiguracji stanowiska i połączeń w badanym układzie może się
odbywać wyłącznie w porozumieniu z prowadzącym zajęcia,
 - w przypadku zaniku napięcia zasilającego należy niezwłocznie wyłączyć
wszystkie urządzenia,
 - stwierdzone wszelkie braki w wyposażeniu stanowiska oraz nieprawidłowości
w funkcjonowaniu sprzętu należy przekazywać prowadzącemu zajęcia,
 - zabrania się samodzielnego włączania, manipulowania i korzystania z urządzeń
nie należących do danego ćwiczenia,
 - w przypadku wystąpienia porażenia prądem elektrycznym należy niezwłocznie
wyłączyć zasilanie stanowisk laboratoryjnych za pomocą wyłącznika
bezpieczeństwa, dostępnego na każdej tablicy rozdzielczej w laboratorium. Przed
odłączeniem napięcia nie dotykać porażonego.