2 Dopasowanie odbiornika do rzeczywistego żródła napięcia ze

1
ZAKŁAD PODSTAW ELEKTROTECHNIKI
ĆWICZENIE
Nr
2
Dopasowanie odbiornika do rzeczywistego żródła napięcia ze
względu na moc czynną
1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z praktyczną realizacją zamiany rzeczywistego źródła napięcia
równoważnym rzeczywistym źródłem prądu oraz doświadczalne zbadanie warunku dopasowania
odbiornika do rzeczywistego źródła napięcia ze względu na moc czynną.
2. Plan ćwiczenia
2.1. Wyznaczenie rzeczywistej rezystancji wewnętrznej akumulatora
Zestawić uk³ad pomiarowy wed³ug schematu:
akumulator
A- miliamperomierz ME
Vx - woltomierz cyfrowy
A
RO - rezystor 5Ω
Tabela I
E
Vx
Rźr
R0
w
a
Ux
V
Pomiary
b
Ux
V
Obliczenia
b
I
A
Rźr
mΩ
a
W zestawionym układzie należy dokonać pomiaru napięcia U x przy otwartym wyłączniku w oraz
b
b
pomiaru napięcia U x i nateżenia prądu I przy zamkniętym wyłączniku w. Wyniki pomiarów
wpisać do tabeli I. Na podstawie uzyskanych wyników pomiarów
należy obliczyć
rzeczywistą
rezystancję wewnętrzną Rźr akumulatora.
2.2. Dopasowanie odbiornika do rzeczywistego źródła napięcia stałego
Zestawić układ pomiarowy według schematu:
akumulator
Rd
V
E
Rźr
A
R0
w
V - woltomierz cyfrowy
V0
V0 - woltomierz ME
A - amperomierz ME
Rd, Ro - rezystory dekadowe
Dla zadanej przez prowadzącego rezystancji Rd dokonać pomiarów napięć U i U0 oraz natężenia
prądu I w obwodzie, zmieniając rezystancję obciążenia R0 (0 - 300)Ω. Wyniki pomiarów wpisać do
tabeli II.
2
R0 = 0 - 3 - 6 - 8 - 10 - 14 - 18 - 20 - 24 - 50 - 100 - 300 Ω
Pomiary
R0
U
U0
I
Pżr
Tabela II
l p.
Ω
0
↓
300
V
V
mA
mW
Rd = .............
Obliczenia
P0
PW
mW
mW
η
%
1
↓
13
gdzie:
Pżr - moc czynna dostarczana do układu
PW - moc czynna tracona na rezystancji wewnętrznej źródła
P0 - moc czynna odbiornika rezystancyjnego R0
η - sprawność energetyczna układu
2.3. Zamiana rzeczywistego żródła napięcia równoważnym rzeczywistym źródłem prądu
Zestawić układ pomiarowy według schematu:
A
AJ
RZ
J
RO
w
A - amperomierz ME
J - zasilacz stabilizowany prądu stałego
RZ - rezystor dekadowy
Ro - rezystor dekadowy
Vo -woltomierz ME
AJ - miliamperomierz
V0
Na podstawie wyników pomiarów z punktów 2.1 i 2.2 należy wyznaczyć wartość natężenia prądu
równoważnego źródła prądowego J oraz wartość rezystancji rezystora Rz .
Zmieniając rezystancję obciążenia R0 (0 - 300) Ω, dokonać pomiarów napięcia U0 oraz prądów J i I
w obwodzie. Wyniki wpisać do tabeli III.
Tabela III
R0 = 0 - 3 - 6 - 8 - 10 - 14 - 18 - 20 - 24 - 50 - 100 - 300 Ω
Rz =..............
Pomiary
Obliczenia
l. p.
R0
J
U0
I
Pżr
P0
Pw
η
A
V
mA
mW
mW
mW
%
Ω
1
0
↓
↓
13
300
gdzie:
Pżr , P0 , Pw , η - wyjaśnione pod tabelą II
2.4. Dopasowanie odbiornika do rzeczywistego żródła napięcia sinusoidalnie zmiennego
Zestawić układ pomiarowy według schematu:
220 V
At
Tr
a
L
R
x
w
1
mA
2
Ro
Hz
V1
220V
Atr - autotransformator
Tr - transformator
Hz - częstościomierz
24V
C
y
C - kondensator dekadowy
V1 - woltomierz EM
Rw - rezystor wzorcowy 0,1Ω
mA- miernik uniwersalny
RL- cewka dekadowa
R0 - rezystor dekadowy
3
Należy ustawić, zadaną przez prowadzącego, wartość napięcia U (Uc poz. a ) i indukcyjności L cewki
dekadowej. Przy zwartych zaciskach x i y ( w poz. 2 ) odczytać z miliamperomierza wartość prądu
zwarcia IZ.
IZ = .......
Następnie należy zmierzyć napięcie UJ na otwartych zaciskach x i y. Dokonamy tego przełączjąc
woltomierz cyfrowy z pozycji ( a ) w pozycje ( x ) UJ = .......
Na podstawie napięcia UJ i prądu IZ obliczyć wartość impedancji zw wewnętrznej rzeczywistego źródła
napięcia. zw ........
Wyznaczyć wartość pojemności CC przyjmując, że obliczona impedancja posiada tylko reaktancję
pojemnościową. CC = ...
Do układu włączyć kondensator dekadowy (schemat c ) i nastawić wyznaczoną wartość pojemności CC.
Następnie zmieniać wartość pojemności C kondensatora dekadowego do chwili, gdy woltomierz VC
wskaże największą wartość napięcia - otrzymamy w ten sposób wartość pojemności nazywany
pojemnością dopasowania Cd. Cd = .........
Na podstawie otrzymanych wartości pojemności Cd oraz znajomości wartości impedancji zw obliczyć
rezystancję Rd dopasowania. Rd = ....
Do układu włączyć szeregowo rezystor dekadowy oraz kondensator dekadowy ( schemat d ).
Dla trzech wartośći pojemności C, które podaje prowadzący zmieniając wartość rezystancji R0 należy
wyznaczyć wartość mocy P0 odbiornika (na podstawie pomiarów napięcia UC na rezystorze
wzorcowym Rw oraz przy znanej wartości rezystancji R0 odbiornika) Wyniki zapisać w tabeli IV.
R0 = 50 -100 - 200 -300 - 400 -500 - 600 - 700 - 800 - 900 Ω
Tabela IV
R0
Ω
50
↓
900
gdzie:
C = 0 µF
I
mA
P0
mW
C < Cd
I
mA
C = Cd
P0
mW
I
mA
C>Cd
P0
mW
I
mA
P0
mW
P0 - moc wydzielana na rezystorze R0
P1 - moc oddawana z uzwojenia wtórnego transformatora
η - sprawność układu
3. Opracowanie
3.1. Na wykresach przedstawić zależności
P0, Pżr, η,= f( R0) dla układu z rzeczywistym żródłem napięcia oraz
P0, Pżr, η,=f(R0) dla układu z rzeczywistym żródłem prądu.
3.2.Wyprowadzić warunek dopasowania P o m i a r y
żródła napięcia sinusoidalnie
i o b l i c z e n i a odbiornika do rzeczywistego
zmiennego ze względu na maksymalną moc czynną.
3.3. Na wspólnym wykresie przedstawić zależności P0 = f(R0) dla wszystkich badanych pojemności w
układzie z rzeczywistym żródłem napięcia sinusoidalnego.