Układy regulacji natężenia prądu. Pomiar natężenia

Układy regulacji natężenia prądu. Pomiar natężenia prądu stałego.
1. Cel ćwiczenia: Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z metodami regulacji natężenia prądu
stałego, stosowanymi w tym celu układami elektrycznymi, oraz metodami pomiaru tego
natężenia prądu i stosowanymi do tego celu przyrządami.
2. Wprowadzenie: Źródłami prądu stałego mogą być zasilacze wyposażone w układy prostownicze
(zamieniające napięcie przemienne na stałe), lub źródła chemiczne (baterie, akumulatory).
Wartość prądu pobieranego ze źródła zależy często nie tylko od odbiornika, ale również od
własności samego źródła, a w szczególności od jego wydajności prądowej przy danym
obciążeniu.
Regulacja natężenia prądu stałego w zasadzie wiąże się z regulacją napięcia zasilającego
odbiornik. Prąd możemy ograniczyć, wstawiając w obwód dodatkowy rezystor.
W niniejszym ćwiczeniu zajmiemy się najprostszymi układami regulacji natężenia prądu układami rezystorowymi. Układy regulacji prądu, podobnie, jak napięcia, mogą być jedno lub
dwustopniowe.
Prąd możemy mierzyć metodą bezpośrednią (wstawiając amperomierz szeregowo w
obwodzie prądowym) lub pośrednią (mierząc napięcie na rezystorze wzorcowym wpiętym
szeregowo w obwód prądowy). Ta druga metoda sprawdza się szczególnie w pomiarach
niewielkich prądów.
a)
E
I
b)
A
obc.
E
Rw
I
V
obc.
Rys. 1. Pomiar prądu: a) bezpośredni, b) pośredni
3.Program ćwiczenia
a) Pomiar bezpośredni natężenia prądu stałego.
Pomiarów dokonujemy w układzie przedstawionym na rys. 1.a, jako obciążenie „obc.”
wpinając rezystor lub żarówkę.
Do pomiaru wykorzystujemy amperomierze: elektromagnetyczny, magnetoelektryczny i
cyfrowy. UWAGA! Amperomierz cyfrowy nie może pracować w trybie ciągłym. Po
wykonaniu pomiaru, prąd powinien zostać niezwłocznie wyłączony! Pomiary wykonujemy
dla kilku różnych zakresów pomiarowych, oraz przy kilku różnych wartościach obciążenia.
Wyniki umieszczamy w tabeli 1.
Pomiar natężenia prądu amperomierzami analogowymi wymaga uprzedniego wyznaczenia
stałej podziałki CA.
CA =
gdzie:
In
a max
In – zakres pomiarowy miernika,
amax – maksymalna ilość działek miernika (dla wykorzystywanej skali).
Mierzone natężenie prądu wynosi:
I=CA a
gdzie: a – ilość działek odczytana ze skali miernika.
Błąd bezwzględny:
∆I = ±(klasa·In)/100 [A]
Błąd względny:
δI = ±(∆I/I)·100
[%]
Tabela 1.
Nr Obciążenie
1
9
miernik
R = ...... Ω
el - magn
Żarówka
magn – el
...
cyfrowy
amax
In
CA
a
I
dz
A
A/dz
dz
A
kl. dokł
∆I
δI
A
%
...
b) Pomiar bezpośredni i pośredni natężenia prądu stałego w jednostopniowym układzie
regulacji.
Pomiaru dokonujemy w obwodzie przedstawionym na rys. 2. Jako rezystory
wykorzystujemy opornice suwakowe. Jako Rw stosujemy rezystor wzorcowy. Należy pamiętać
o takim doborze wartości rezystorów, aby nie doszło do ich przeciążenia prądowego!
Pomiaru bezpośredniego dokonujemy amperomierzem analogowym. Pomiaru pośredniego
dokonujemy woltomierzem mierzącym spadek napięcia na znanym rezystorze wzorcowym Rw.
Rezystor ten dobieramy tak, aby woltomierz mierzył w górnych zakresach swojej skali. prąd
woltomierza powinien być znacznie mniejszy od prądu płynącego w badanym obwodzie.
(IV<<I). Prąd metodą pośrednią wyznaczamy dzieląc wskazanie woltomierza przez wartość
rezystancji wzorcowej Rw:
I=
Uw
Rw
Regulacji prądu dokonujemy poprzez zmianę położenia suwaka opornicy suwakowej R.
Należy tak dobrać jej wartość, aby:
R ≈ 10 Robc.
Wykonujemy serię pomiarów umieszczając suwak opornicy R w położeniach skrajnych i
kilku pośrednich. Wyniki zapisujemy w tabeli 2.
Rw
A
I
E
IV
V
Robc.
Uw
R
Rys. 2. Układ do pomiaru i regulacji natężenia prądu w jednostopniowym układzie regulacji
Tabela 2
Położenie suwaka R
amax
In
CI
a
I amp
Uw
Rw
I=Uw/Rw
dz
A
A/dz
dz
A
V
Ω
A
c) Pomiar natężenia prądu stałego w dwustopniowym układzie regulacji.
Pomiarów dokonujemy w układzie przedstawionym na rys. 3. Do regulacji prądu służą
równolegle połączone rezystory nastawne R1 i R2. Jeden z nich służy do regulacji dokładnej, a
drugi do zgrubnej.
Żeby uzyskać dobre parametry regulacji, trzeba zachować nast. proporcje:
R1 ≈ 10 Robc.
R2 ≈ 10 R1 ≈ 100 Robc.
R=
Ponieważ:
R1 ⋅ R2
,
R1 + R2
dla zwartego dowolnego z rezystorów R1 czy R2, prąd płynący w obwodzie osiągnie wartość
maksymalną.
E
A
I
R1
Robc.
R2
Rys. 3. Schemat dwustopniowego układu regulacji natężenia prądu
W ramach pomiarów określamy zakresy regulacji prądu, nastawiając skrajne położenia
suwaka opornicy R1 (max i min) przy środkowym R2, oraz skrajne R2 przy środkowym R1
Wyniki pomiarów umieszczamy w tabeli 3.
Tabela 3.
R1 = ........... Ω
R2 = ........... Ω
Imin
Imax
∆I
Imin
Imax
∆I
A
A
A
A
A
A
4. Opracowanie ćwiczenia:
a) Omów, jak wpływają zakresy miernika na błędy pomiarowe przy tym samym obciążeniu.
b) Omów różnice między wskazaniami badanych amperomierzy i możliwe przyczyny błędów
pomiarowych. Porównaj wskazania mierników analogowych i cyfrowych.
c) Porównaj pośrednią i bezpośrednią metodę pomiaru natężenia prądu. Która z nich jest lepsza dla
prądów dużych, a która dla prądów małych.
d) Omów i porównaj metody jedno i dwustopniowej regulacji natężenia prądu. Dlaczego R2 > R1
służy do precyzyjnego nastawiania prądu, R1 do zgrubnego?