PAŃSTWOWA WYśSZA SZKOŁA ZAWODOWA W ELBLAGU

PAŃSTWOWA WYśSZA SZKOŁA ZAWODOWA
W ELBLAGU
INSTRUKCJA
LABORATORIUM ELEKTROTECHNIKI
Dla studentów II roku kierunku
OCHRONY ŚRODOWISKA
ELBLĄG 2010
SPIS TREŚCI
1. POMIAR REZYSTANCJI METODĄ TECHNICZNĄ ....................................................................... 2
2. POMIAR PRĄDÓW I NAPIĘĆ W OBWODZIE PRĄDU ZMIENNEGO ......................................... 8
3. OBWODY SPRZĘśONE. BADANIE TRANSFORMATORA ........................................................ 15
1
Państwowa WyŜsza Szkota Zawodowa w Elblągu
Instytut Politechniczny
Laboratorium Elektrotechniki
Ćwiczenie nr 1
POMIAR REZYSTANCJI METODĄ TECHNICZNĄ
1.
Cel i zakres ćwiczenia.
Celem ćwiczenia jest przeprowadzenie pomiaru rezystancji metodą pośrednią
(techniczną). Ćwiczenie umiejętności montaŜu obwodów elektrycznych oraz
dokonywania pomiarów wartości prądów i napięć.
•
•
•
•
2.
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.
Przygotowanie do ćwiczenia.
W prezentowanym ćwiczeniu naleŜy 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 uzaleŜniony 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.
R=
U
[Ω]
I
Dla podanego na schematach obwodu prądu stałego naleŜy 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.
2
II OS
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 uŜywanego przy
realizacji ćwiczenia.
Połączyć na stole laboratoryjnym kolejno obwody według przedstawionych w
instrukcji schematów zgodnie z kolejnymi punktami instrukcji. KaŜdorazowo
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
naleŜy przeprowadzić trzykrotnie dla trzech rezystancji R: R ≈ RA R = RV RA < R < RA.
Przed przystąpieniem do ćwiczenia naleŜy określić wartość RA i RV dla zakresów
przyrządów wskazanych przez prowadzącego.
Wyniki pomiarów zapisać odpowiednich tabelach.
A
RS
R
E
V
Rys. 1 Schemat pomiaru rezystancji z poprawnie
mierzonym prądem
Tabela do schematu nr.1
Lp.
1
2
R' ≈ R A
R' ≈ RV
3
R A < R' < RV
I
mA
POMIARY
U
R’
V
Ω
3
RA
Ω
OBLICZENIA
R
∆R
δ
Ω
Ω
%
RS
A
R
E
V
Rys. 2 Schemat pomiaru rezystancji z poprawnie
mierzonym napięciem
Tabela do schematu nr.2
Lp.
1
2
R' ≈ R A
R' ≈ RV
3
R A < R' < RV
4.
I
mA
POMIARY
U
R’
V
Ω
RV
Ω
OBLICZENIA
R
∆R
δ
Ω
Ω
%
Zakres sprawozdania
Sprawozdanie z ćwiczenia powinno zawierać:
•
•
•
•
•
•
Schematy obwodów
Opis przebiegu ćwiczenia
Wykaz i dane znamionowe elementów i przyrządów uŜywanych w ćwiczeniu
Tabelę wyników i pomiarów
Prezentacja zastosowanych wzorów wraz z przykładami obliczeń
SpostrzeŜenia i wnioski wynikające z ćwiczenia
Sprawozdanie jedno dla ćwiczenia na grupę laboratoryjną naleŜy
złoŜyć nie później niŜ po upływie dwóch tygodni od dnia jego
wykonania w laboratorium.
4
5.
Pytania kontrolne
a) Podać metodę wyznaczania rezystancji wewnętrznej amperomierza
i woltomierza,
b) Narysować i omówić pomiar rezystancji z poprawnie mierzonym
prądem,
c) Narysować i omówić pomiar rezystancji z poprawnie mierzonym
napięciem,
d) Uzasadnij konieczność stosowania róŜnych układów w zaleŜności
od wartości rezystancji mierzonej.
6.
Literatura
1) Praca zbiorowa pod redakcją F. Przezdzieckiego. „Laboratorium
elektrotechniki i elektroniki”
2) Bogdan Miedziński „Elektrotechnikia”; „Podstawy i instalacje elektryczne”
5
Elbląg dnia …………………….
Ćwiczenie nr 1
POMIAR REZYSTANCJI METODĄ TECHNICZNĄ
I. Skład grupy:
Rok i grupa dziekańska …………./……………
1) ………………………….
2) ………………………….
3) ………………………….
4) ………………………….
II. Wykaz elementów i przyrządów
1) …………………………………………………………………………..
2) …………………………………………………..............................
3) ……………………………………………………………..........................
4) …………………………………………………………………………………..
5) …………………………………………………………………………………..
6) …………………………………………………………………………………..
7) ……………………………………………………………………………………
8) ……………………………………………………………………………………
9) ……………………………………………………………………………………
III. Tabele pomiarowe
Tabela nr 1.
Lp.
2
R' ≈ R A
R' ≈ RV
3
R A < R' < RV
1
I
mA
6
U
V
R’
Ω
RA
Ω
Tabela nr 2.
Lp.
1
2
R' ≈ R A
R' ≈ RV
3
R A < R' < RV
I
mA
U
V
R’
Ω
RV
Ω
IV. Uwagi dotyczące przebiegu ćwiczenia.
Np. modyfikacja przebiegu ćwiczenia lub zmiana schematu układu
pomiarowego
………………………….
Podpis prowadzącego ćwiczenia
7
Państwowa WyŜsza Szkota Zawodowa w Elblągu
Instytut Politechniczny
II OS
Laboratorium Elektrotechniki
Ćwiczenie nr 2
POMIAR PRĄDÓW I NAPIĘĆ W OBWODZIE PRĄDU ZMIENNEGO
1. Cel i zakres ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest przeprowadzenie pomiarów wielkości elektrycznych
dla obwodów RLC prądu przemiennego. Ćwiczenie umiejętności montaŜu
obwodów elektrycznych oraz dokonywania pomiarów wartości prądów i napięć.
Zakres ćwiczenia obejmuje:
Ustawienie odpowiednich wartości pojemności, indukcyjności,
rezystancji, źródła napięcia, doboru 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,
• Opracowanie sprawozdania i wniosków z ćwiczenia.
•
2. Przygotowanie do ćwiczenia
W prezentowanym ćwiczeniu badane są obwody prądu przemiennego z
obciąŜeniem o charakterze mieszanym RLC. Obwody te zasilane są
napięciem sinusoidalnie zmiennym o częstotliwości 50Hz.
Zgodnie z teoretycznym załoŜeniem naleŜy oczekiwać, Ŝe róŜne zwroty
wektorów prądu i napięcia dla obciąŜenia o charakterze indukcyjnym L i
pojemnościowym C wpłyną na wartość uzyskanych wyników.
•
Charakter rezystancyjny
IR
R
UR
IR
UR
8
•
Charakter indukcyjny
IL
L
UL
UL
IL
•
Charakter pojemnościowy
C
IC
UC
IC
UC
NaleŜy przeprowadzić badanie dla obwodu szeregowego i równoległego. Na
podstawie uzyskanych wyników dokonać analizy zgodnej z zakresem
sprawozdania. Zgodnie z schematami badanych obwodów naleŜy dobrać
wartości źródeł napięcia, przyrządy pomiarowe, pojemności i indukcyjność.
Narysować schematy pomiarowe, oraz podać nastawione wartości 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). Połączyć na stole laboratoryjnym kolejno
obwody według przyjętego schematu. KaŜdorazowo 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.
9
Rys. 1 Pomiar rezystancji indukcyjności metodą techniczną
I
A
RS
R
U
E
V
Tabela nr 1.
POMIARY
U
I
V
mA
Lp
OBLICZENIA
R
Ω
1
2
3
Śr
Rys. 2. Pomiar napięć i prądów obwodu zawierającego elementy R, L, C połączone
szeregowo
V
I
RL
C
A
RS
~
VRL
VC
Tabela nr 2.
Lp.
U
V
POMIARY
UC
URL
V
V
I
A
UR
V
UL
V
1
2
3
10
XL
Ω
OBLICZENIA
XC
L
C
Ω
H
µF
Z
Ω
Z’
Ω
Rys. 3. Pomiar napięć i prądów obwodu zawierającego elementy R, L, C połączone
równolegle
IC
C
AC
IRL
I
RL
RS
~
ARL
A
V
Tabela nr 3.
Lp.
U
V
I
A
IC
A
IRL
A
1
2
3
4. Zakres sprawozdania
Sprawozdanie powinno zawierać:
• Badane schematy obwodów,
• Wykaz i dane znamionowe przyrządów i elementów uŜytych
w ćwiczeniu,
• Tabelę wyników pomiarów,
• Obliczenia oraz wykresy wektorowe napięć i prądów w skali dla obwodu
równoległego R, L, C,
• SpostrzeŜenia i wnioski wynikające z ćwiczenia
Sprawozdanie jedno dla ćwiczenia na grupę laboratoryjną naleŜy
złoŜyć nie później niŜ po upływie dwóch tygodni od dnia jego
wykonania w laboratorium.
11
5. Pytania kontrolne
a) Narysować i omówić schemat pomiaru rezystancji
indukcyjności metodą techniczną
b) Narysować i omówić schemat pomiaru obwodu zawierającego
elementy R, L, C połączone szeregowo
c) Narysować i omówić schemat pomiaru obwodu zawierającego
elementy R, L, C połączone równolegle
d) Omówić zjawisko powstawania przesunięcia fazowego prąd
i napięcia w obwodzie prądu przemiennego
6. Literatura
1) Praca zbiorowa pod redakcją
elektrotechniki i elektroniki.”
2) B. Miedziński „Elektrotechnika”
12
F.
Przezdzieckiego.
„Laboratorium
Elbląg dnia …………………….
Ćwiczenie nr 2
POMIAR PRĄDÓW I NAPIĘĆ W OBWODZIE PRĄDU ZMIENNEGO
I. Skład grupy:
1) ………………………….
2) ………………………….
3) ………………………….
4) ………………………….
5) ………………………….
Rok i grupa dziekańska …………./……………
II. Wykaz elementów i przyrządów
1) …………………………………………………………………………..
2) …………………………………………………..............................
3) ……………………………………………………………..........................
4) …………………………………………………………………………………..
5) …………………………………………………………………………………..
6) …………………………………………………………………………………..
7) ……………………………………………………………………………………
8) ……………………………………………………………………………………
9) ……………………………………………………………………………………
III. Tabele pomiarowe
Tabela nr 1.
Lp
U
V
I
A
1
2
3
Śr
13
R
Ω
Tabela nr 2.
Lp.
U
V
UC
V
URL
V
I
A
U
V
I
A
IC
A
IRL
A
1
2
3
Tabela nr 3.
Lp.
1
2
3
IV. Uwagi dotyczące przebiegu ćwiczenia.
Np. modyfikacja przebiegu ćwiczenia lub zmiana schematu układu
pomiarowego
………………………….
Podpis prowadzącego ćwiczenia
14
Państwowa WyŜsza Szkota Zawodowa w Elblągu
Instytut Politechniczny
II OS
Laboratorium Elektrotechniki
Ćwiczenie nr 3
OBWODY SPRZĘśONE. BADANIE TRANSFORMATORA
1. Cel i zakres ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest praktyczne poznanie właściwości transformatora
malej mocy: przekładni napięciowej, stanu biegu jałowego, stanu obciąŜenia.
.
•
•
•
•
•
Zakres ćwiczenia obejmuje:
Dobór: wartości źródła zasilania, rodzaju i zakresów przyrządów
pomiarowych, rezystancji obciąŜenia,
Zapoznanie się z parametrami znamionowymi transformatora (tabliczka
znamionowa),
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.
2. Przygotowanie do ćwiczenia
W prezentowanym ćwiczeniu obiektem badania jest transformator
jednofazowy płaszczowy. Transformator jest to urządzenie elektryczne
słuŜące do przetwarzania energii elektrycznej na energię elektryczną ale o
zmienionych parametrach (I, U, S itd.) jednak tej samej częstotliwości.
Transformator przetwarza energię za pośrednictwem pola magnetycznego i
przy udziale zjawiska indukcji elektromagnetycznej. MoŜna więc zauwaŜyć
pewną powtarzalność budowy wszystkich transformatorów tzn.
Rdzeń ferromagnetyczny
Uzwojenie wtórne
Uzwojenie pierwotne
15
Wykorzystywane w transformatorach zjawisko indukcji elektromagnetycznej
przebiega w układzie nieruchomym dwu uzwojeń umieszczonych na
wspólnym rdzeniu ferromagnetycznym (obwodzie magnetycznym), stąd
transformator aby działać musi być zasilany prądem zmiennym.
Charakterystycznym parametrem kaŜdego transformatora jest
przekładnia, wskazująca jak zmieni się napięcie w trakcie transformacji.
U2
γ =
U1
Na podstawie danych znamionowych badanego transformatora naleŜy
wyznaczyć analitycznie parametry zasilania i obciąŜenia. Narysować
schematy obwodów, oraz podać wartości źródeł zasilania, zakresy
przyrządów pomiarowych i obciąŜenia. Korzystając z karty pomiarów
(protokół) zanotować uzyskane wyniki.
3. Przebieg ćwiczenia
Przedstawić prowadzącemu laboratorium przygotowanie do ćwiczenia.
Przygotowanie jest warunkiem koniecznym przystąpienia do ćwiczenia.
Połączyć na stole laboratoryjnym kolejno obwody według przyjętych
schematów. KaŜdorazowo 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.
Rys. 1 Schemat pomiaru napięć na uzwojeniach
~
V2
V1
Tabela nr 1.
Lp
POMIARY
U1
U2
V
V
1
2
3
Średnia przekładnia
16
OBLICZENIA
γ
-
Rys. 2. Schemat pomiaru prądu jałowego
A0
~
V1
Tabela nr 2.
Lp.
U1
V
U1/UN
V
I0
A
1
2
3
4
5
6
7
8
Rys. 3. Schemat pomiaru transformatora obciąŜonego.
A2
A1
~
Ro
V1
V2
17
Tabela nr 3.
U1
V
Lp.
POMIARY
I1
U2
A
V
I2
A
OBLICZENIA
γ
-
1
2
3
4
5
6
4. Zakres sprawozdania
Sprawozdanie powinno zawierać:
• schematy obwodów,
• wykaz i dane znamionowe elementów i przyrządów uŜytych
w ćwiczeniu,
• tabelę wyników pomiarów,
• wykresy dla stanu jałowego transformatora: γ=f(I0),
• wykresy dla stanu obciąŜenia U2=f(I2); γ=f(I2),
• spostrzeŜenia i wnioski wynikające z ćwiczenia.
Sprawozdanie jedno dla ćwiczenia na grupę laboratoryjną naleŜy
złoŜyć nie później niŜ po upływie dwóch tygodni od dnia jego
wykonania w laboratorium.
5. Pytania kontrolne
a)
b)
c)
d)
e)
Wyjaśnić według jakich praw fizycznych działa transformator.
Od czego zaleŜy kształt wykresu U2=f(I0); γ=f(I0)
Od czego zaleŜy przekładnia transformatora.
Omówić działanie autotransformatora.
RóŜnice w eksploatacji transformatora i autotransformatora
z punktu widzenia BHP
6. Literatura
1) Praca zbiorowa pod redakcją
elektrotechniki i elektroniki.”
2) B. Miedziński „Elektrotechnika”
18
F.
Przezdzieckiego.
„Laboratorium
Elbląg dnia …………………….
Ćwiczenie nr 3
OBWODY SPRZĘśONE. BADANIE TRANSFORMATORA
I. Skład grupy:
Rok i grupa dziekańska …………./……………
1) ………………………….
2) ………………………….
3) ………………………….
4) ………………………….
5) ………………………….
II. Wykaz elementów i przyrządów
1) …………………………………………………………………………..
2) …………………………………………………..............................
3) ……………………………………………………………..........................
4) …………………………………………………………………………………..
5) …………………………………………………………………………………..
6) …………………………………………………………………………………..
7) ……………………………………………………………………………………
8) ……………………………………………………………………………………
9) ……………………………………………………………………………………
III. Tabele pomiarowe
Tabela nr 1.
Lp
U1
V
U2
V
1
2
3
19
Tabela nr 2.
Lp.
U1
V
U1/UN
V
I0
A
1
2
3
4
5
6
7
8
Tabela nr 3.
Lp.
U1
V
I1
A
U2
V
I2
A
1
2
3
4
5
6
IV. Uwagi dotyczące przebiegu ćwiczenia.
Np. modyfikacja przebiegu ćwiczenia lub zmiana schematu układu
pomiarowego
………………………….
Podpis prowadzącego ćwiczenia
20