Instrukcja ćwiczenie 4

LABORATORIUM
PODZESPOŁÓW ELEKTRONICZNYCH
PODZESPOŁÓW
Ćwiczenie nr 4
Moc czynna i bierna w obwodzie zasilania. Dopasowanie mocowe.
Wykonując pomiary PRZESTRZEGAJ
PR
przepisów BHP związanych z obsługą
obsług
urządzeń elektrycznych.
Uszkodzenia bądźź nieprawidłowości
nieprawidłowo
w
funkcjonowaniu urządze
ądzeń ZGŁOŚ prowadzącemu zajęcia.
cia. Urządzenia
Urz
uszkodzone ODSTAW na stół z opisem
„Urządzenia
dzenia uszkodzone”
Po wykonaniu pomiarów:
− ROZŁĄCZ układy pomiarowe,
− WYŁĄCZ zasilanie urządzeń
urz
i stołu,
− UŁÓś przewody w uchwytach,
− ODSTAW urządzenia
ądzenia przestawione
z innych stanowisk na ich pierwotne
miejsce.
Opracowali: Eugeniusz Prociów,
Prociów Adam Kłossowicz, Paweł Winiarski
1
Ćwiczenie nr 4
1. Zagadnienia do przygotowania
−
moc pozorna, czynna i bierna w obwodzie zasilania
−
pomiar przesunięcia fazowego prądu względem napięcia
−
dopasowanie mocowe, korekcja współczynnika cosφ
−
transformator, przekładania napięciowa, sprawność, schemat zastępczy
−
obliczanie przesunięcia dla amplitud prądu i napięcia w obwodzie
−
metody kompensacji indukcyjności w obwodzie pierwotnym i wtórnym
−
transformacja impedancji w obwodzie transformatora
2. Program ćwiczeń
2.1. Dla transformatora nieobciąŜonego:
•
Wyznaczyć metodą techniczną wartość indukcyjności uzwojenia pierwotnego transformatora
nieobciąŜonego (przy rozwartym obwodzie uzwojenia wtórnego)
−
Określić oporność uzwojenia pierwotnego i oporność rezystora RN (dla prądu stałego)
−
Do wyjścia generatora podłączyć obwód uzwojenia pierwotnego (przez szeregowo
włączony rezystor RN – patrz rys. 1)
−
Ustawić częstotliwość generatora w zakresie 50 ÷ 2000 Hz lub na wskazaną przez
prowadzącego wartość
−
Podłączyć wejścia oscyloskopu wg schematu (zachowując wspólną masę generatora
i wejść oscyloskopowych)
−
Dla warunków zasilania (napięcie generatora, częstotliwość) zadanych przez
prowadzącego zmierzyć metodą oscyloskopową prąd i napięcie zasilania oraz
przesunięcie fazowe. Prąd zmierzyć pośrednio poprzez pomiar napięcia na oporności
szeregowej RN (jako stosunek zmierzonego napięcia przez wartość tego rezystora
UR/RN). Pomiar dokonać dla transformatora bez obciąŜenia (zaciski uzwojenia
wtórnego rozwarte)
−
Wyznaczyć impedancję |Z| = |U|/|I| (wartości skuteczne napięcia i prądu) obwodu dla
zadanej częstotliwości generatora
−
Wyznaczyć reaktancje obwodu XL = ωLp, gdzie Lp wartość indukcyjności uzwojenia
pierwotnego
•
Z pomiaru napięć na uzwojeniu pierwotnym i wtórnym wyznaczyć przekładnie transformatora
k = U1/U2 = n1/n2, gdzie n1, n2 liczba uzwojeń (rys. 3) w zakresie zmian częstotliwości 302000Hz
2
•
Dla zadanej częstotliwości określić z oscylogramu wartość przesunięcia fazowego przebiegu
napięcia i prądu
•
Oszacować wartość pojemności dla kondensatora załączonego w obwodzie pierwotnym
niezbędnej do kompensacji reaktancji indukcyjnej XC = XL (rys. 2)
•
Podłączyć obliczoną pojemność lub załączony kondensator na płytce pomiarowej
i zaobserwować ich wpływ na amplitudę i fazę sygnału napięcia i prądu.
2.2. Dla transformatora obciąŜonego:
−
Do uzwojenia wtórnego transformatora podłączać kolejno obciąŜenie rezystancyjne,
pojemnościowe oraz dokonać zwarcie obwodu wyjściowego i obserwować zachowanie się
przebiegu amplitud prądów i napięć oraz przesunięcia fazowego w obwodzie pierwotnym
transformatora. Wyjaśnić wpływ zmiany typu obciąŜenia na obserwowane przebiegi
−
ObciąŜyć uzwojenie wtórne rezystorem, którego wartość zadaną przez prowadzącego
(wskazane jest by wartość obciąŜenia była porównywalna z wartością rezystancji uzwojenia
wtórnego). Metodą techniczną obliczyć rzeczywistą indukcyjność w obwodzie pierwotnym
(wpływ indukcyjności wzajemnej).
−
Zaobserwować przebiegi prądu i napięcia w obwodzie pierwotnym transformatora – określić
przesunięcie fazowe
−
Podłączyć równolegle kondensator o pojemności wskazanej przez prowadzącego do
uzwojenia wtórnego i zaobserwować wpływ na przesunięcie fazę i amplitudy prądu i napięć
w uzwojeniu pierwotnym (kompensacja indukcyjności w uzwojeniu pierwotnym)
−
Odłączyć kondensator z uzwojenia wtórnego i podłączyć kondensator szeregowo w uzwojeniu
pierwotnym o wartości wynikających transformacji impedancji
−
Znając wartość przekładni transformatora (przełoŜenie impedancyjne proporcjonalne do ~k2),
dla obciąŜenia pojemnościowego obwodu wtórnego lub odpowiednio obwodu pierwotnego
ocenić zgodność wpływu wartości pojemności załączonych kondensatorów na wartość
przesunięcia fazowego oraz amplitud prądu i napięcia w uzwojeniu pierwotnym
−
W warunkach dopasowania (przesunięcie fazowe w obwodzie pierwotnym około 0°,
rezystancja obciąŜenia RL porównywalna z wartością rezystancji uzwojenia wtórnego)
określić moc maksymalną wydzielaną na rezystorze obciąŜenia
Literatura
1) A. Dziedzic, Wykład „Podzespoły elektroniczne”
2) D.A. Bell: „Fundamentals of Electric Circuits”, Prentice – Hall, Intern. Editions
3) A. Jellonek, Z. Karkowski: „Miernictwo radiotechniczne”. PWN, W-wa
4) S. Osadnik, E. Prociów, Laboratorium Obwodów Liniowych i Nieliniowych
3
A
Generator
U
U↗Iobc
n1
B
f=40÷60 Hz
ObciąŜenie
n2
100 Ω ÷ 10 kΩ (płytka)
RN
C
pomiar prądu i(t) (techniczny)
U1
kanał 1
Oscyloskop
kanał 2
pomiar napięcia u(t)
Rys. 1. Układ pomiarowy
iC
J
A
iR
iR
iC
U
xc
U
φ
iL
J
iL
B
Rys. 2. ObciąŜenie
enie na zaciskach AB w układzie zastępczym
zast pczym do obliczania
pojemno korygującej
pojemności
Φ
uzwojenie
pierwotne
U1
uzwojenie
wtórne
n1
n2
U2
do obciąŜenia
wejście
Rys. 3. Schemat ideowy transformatora,
transformatora n1 i n2 – liczba uzwojeń pierwotnego i wtórnego, k –
przekładnia transformatora
4