13 Měření na sériovém rezonančním obvodu

Podobné dokumenty
7 Měření transformátoru nakrátko

6 Měření transformátoru naprázdno

Fázorové diagramy pro ideální rezistor, skutečná cívka, ideální cívka, skutečný kondenzátor, ideální kondenzátor.

C p. R d dielektrické ztráty R sk odpor závislý na frekvenci C p kapacita mezi přívody a závity

Laboratorní cvičení č.11

1. Změřte závislost indukčnosti cívky na procházejícím proudu pro tyto případy:

Elektrická měření pro I. ročník (Laboratorní cvičení)

Korekční křivka napěťového transformátoru

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

Poř. č. Příjmení a jméno Třída Skupina Školní rok 2 BARTEK Tomáš S /10

Fyzikální praktikum...

Měření výkonu jednofázového proudu

E L E K T R I C K Á M Ě Ř E N Í

Laboratorní úloha č. 2 Vzájemná induktivní vazba dvou kruhových vzduchových cívek - Faradayův indukční zákon. Max Šauer

Teoretický úvod: [%] (1)

Harmonický ustálený stav pokyny k měření Laboratorní cvičení č. 1

Střední průmyslová škola elektrotechnická a informačních technologií Brno

Rezistor je součástka kmitočtově nezávislá, to znamená, že se chová stejně v obvodu AC i DC proudu (platí pro ideální rezistor).

Zadané hodnoty: R L L = 0,1 H. U = 24 V f = 50 Hz

2. STŘÍDAVÉ JEDNOFÁZOVÉ OBVODY

3.5 Ověření frekvenční závislosti kapacitance a induktance

RLC obvody sériový a paralelní rezonanční obvod

Měřicí přístroje a měřicí metody

VY_32_INOVACE_EM_1.06_měření činného, zdánlivého a jalového výkonu v jednofázové soustavě

Název: Měření paralelního rezonančního LC obvodu

3. Změřte závislost proudu a výkonu na velikosti kapacity zařazené do sériového RLC obvodu.

Určeno pro posluchače bakalářských studijních programů FS

INTEGROVANÁ STŘEDNÍ ŠKOLA TECHNICKÁ BENEŠOV. Černoleská 1997, Benešov. Elektrická měření. Tematický okruh. Měření elektrických veličin.

Mˇeˇren ı vlastn ı indukˇcnosti Ondˇrej ˇ Sika

Korekční křivka měřícího transformátoru proudu

Rezonance v obvodu RLC

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

1.1. Základní pojmy 1.2. Jednoduché obvody se střídavým proudem

MĚŘENÍ Laboratorní cvičení z měření Měření vlastní a vzájemné indukčnosti část Teoretický rozbor

Měření vlastností a základních parametrů elektronických prvků

Vítězslav Stýskala, Jan Dudek. Určeno pro studenty komb. formy FBI předmětu / 06 Elektrotechnika

- + C 2 A B V 1 V 2 - U cc

Měření kapacity kondenzátoru a indukčnosti cívky. Ověření frekvenční závislosti kapacitance a induktance pomocí TG nebo SC

3. Kmitočtové charakteristiky

ZPRACOVÁNÍ PROTOKOLU Z ELEKTRICKÝCH MĚŘENÍ. Úvodní strana. Úvodní strana má jednotný vzhled pro všechny skupiny a pro všechny třídy na naší škole.

LABORATORNÍ PROTOKOL Z PŘEDMĚTU SILNOPROUDÁ ELEKTROTECHNIKA

Střední průmyslová škola elektrotechnická a informačních technologií Brno

1. Zadání. 2. Teorie úlohy ID: Jméno: Jan Švec. Předmět: Elektromagnetické vlny, antény a vedení. Číslo úlohy: 7. Měřeno dne: 30.3.

Střední průmyslová škola elektrotechnická a informačních technologií Brno

9 V1 SINE( ) Rser=1.tran 1

Měření na nízkofrekvenčním zesilovači. Schéma zapojení:

Výkon střídavého proudu, účiník

2 Přímé a nepřímé měření odporu

Měření závislosti indukčnosti cívky (Distribuce elektrické energie - BDEE)

Rezonance v obvodu RLC

Střední průmyslová škola elektrotechnická a informačních technologií Brno

Petr Myška Datum úlohy: Ročník: první Datum protokolu:

Obvod střídavého proudu s kapacitou

VY_32_INOVACE_ENI_3.ME_01_Děliče napětí frekvenčně nezávislé Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Dubno Ing.

STŘÍDAVÝ PROUD POJMY K ZOPAKOVÁNÍ. Testové úlohy varianta A

1 U Zapište hodnotu časové konstanty derivačního obvodu. Vyznačte měřítko na časové ose v uvedeném grafu.

PRAKTIKUM II. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. úloha č. 6. Název: Měření účiníku. dne: 16.

Obvod střídavého proudu s indukčností

Harmonický průběh napětí a proudu v obvodu

Identifikátor materiálu: VY_32_INOVACE_351

Typ UCE0 (V) IC (A) PCmax (W)

Fyzikální praktikum...

Střední průmyslová škola elektrotechnická a informačních technologií Brno

Srovnání charakteristik tónového generátoru a zvukové karty PC

Posudek oponenta bakalářské práce

Střední průmyslová škola elektrotechnická a informačních technologií Brno

2.POPIS MĚŘENÉHO PŘEDMĚTU Měřeným předmětem je v tomto případě zenerova dioda její hodnoty jsou uvedeny v tabulce:

Datum měření: , skupina: 9. v pondělí 13:30, klasifikace: Abstrakt

[Otázky Autoelektrikář + Mechanik elektronických zařízení 1.část] Na rezistoru je napětí 25 V a teče jím proud 50 ma. Rezistor má hodnotu.

Přenos pasivního dvojbranu RC

LABORATORNÍ CVIČENÍ Elektrotechnika a elektronika

Elektrotechnická zapojení

Laboratorní cvičení č.10

DIGITÁLNÍ UČEBNÍ MATERIÁL

FYZIKA II. Petr Praus 9. Přednáška Elektromagnetická indukce (pokračování) Elektromagnetické kmity a střídavé proudy

MĚŘENÍ Laboratorní cvičení z měření. Měření vlastní a vzájemné indukčnosti, část 3-1-3

Střední průmyslová škola elektrotechnická a informačních technologií Brno

Operační zesilovač, jeho vlastnosti a využití:

Grafické zobrazení frekvenčních závislostí

MĚŘENÍ NA USMĚRŇOVAČÍCH

pracovní list studenta RC obvody Měření kapacity kondenzátoru Vojtěch Beneš

Příloha 3 Určení parametrů synchronního generátoru [7]

Učební osnova předmětu ELEKTRICKÁ MĚŘENÍ. studijního oboru M/01 ELEKTROTECHNIKA (silnoproud)

Účinky elektrického proudu. vzorová úloha (SŠ)

Studium tranzistorového zesilovače

4.6.6 Složený sériový RLC obvod střídavého proudu

Měření transformátoru naprázdno a nakrátko

Pracovní list žáka (SŠ)

Nízkofrekvenční (do 1 MHz) Vysokofrekvenční (stovky MHz až jednotky GHz) Generátory cm vln (až desítky GHz)

Pracovní list žáka (SŠ)

Kapacita, indukčnost; kapacitor-kondenzátor, induktor-cívka

Hrozba nebezpečných rezonancí v elektrických sítích. Ing. Jaroslav Pawlas ELCOM, a.s. Divize Realizace a inženýrink

- Stabilizátory se Zenerovou diodou - Integrované stabilizátory

Rezonanční obvod jako zdroj volné energie

Zpráva o měření. Střední průmyslová škola elektrotechnická Havířov. Úloha: Měření výkonu. Třída: 3.C. Skupina: 3. Zpráva číslo: 8. Den:

MĚŘENÍ JALOVÉHO VÝKONU

propustný směr maximální proud I F MAX [ma] 75 < 1... při I F = 10mA > při I R = 1µA 60 < 0,4... při I F = 10mA > 60...

1.1 Měření parametrů transformátorů

Příloha P1 Určení parametrů synchronního generátoru, měření provozních a poruchových stavů synchronního generátoru

výkon střídavého proudu, kompenzace jalového výkonu

Transkript:

13 13.1 Zadání 1) Změřte hodnotu indukčnosti cívky a kapacity kondenzátoru RC můstkem, z naměřených hodnot vypočítej rezonanční kmitočet. 2) Generátorem nastavujte frekvenci v rozsahu od 0,1 * f REZ do 2 * f REZ, a to po 0,1 * f REZ. Současně odečítejte hodnotu proudu v obvodu a napětí na jednotlivých prvcích obvodu. 3) Vypočtené a naměřené hodnoty zaneste do tabulky a na základě této tabulky hodnot sestrojte graf závislosti proudu na frekvenci, graf závislosti impedance na frekvenci, graf závislosti kapacitní a induktivní reaktance na frekvenci a fázovou charakteristiku. 4) Sledujte, při jaké frekvenci bude obvod v rezonanci. Posuďte, zda byl váš předchozí výpočet rezonančního kmitočtu dostatečně přesný, pokud ne, zdůvodněte. 5) dejte, jaké dílčí chyby měření se podílely na celkové chybě měření a pokuste se určit jejich hodnoty (při měření si zapište hodnoty přesnosti MP, případně si od vyučujícího vyžádejte manuály k číslicovým MP) 13.2 Schéma zapojení 13.3 Teoretický rozbor Indukčnost, která je v naší úloze reprezentována vzduchovou cívkou, vytváří kladný fázový posun φ, o který fázově posouvá napětí před proud. Kapacita (kondenzátor) nám fázově posouvá napětí za proud, čili jeho fázový posun φ nabývá záporných hodnot. Víme, že induktivní reaktance (induktivní odpor) je přímo závislá na velikosti frekvence, tzn. čím větší frekvence, tím větší induktivní reaktance (lineární závislost). Vyplývá to ze vztahu [13.1] Pro kondenzátor platí vztah: 1 X C 2πfC [13.2] Z toho vyplývá, že u kondenzátoru platí nepřímá závislost na frekvenci, tj. čím vyšší frekvence, tím menší je kapacitní reaktance (s rostoucí frekvencí hyperbolická závislost). Celková impedance obvodu se dá vyjádřit takto: ) [13.3] Z R + j( X X C ) Při zvyšování kmitočtu od velmi malých hodnot roste induktivní a klesá kapacitní reaktance. Kapacitní reaktance svou velikostí převládá nad X 2πf - 1 -

induktivní a celý obvod má tedy kapacitní charakter. Tomu odpovídá i posunutí fáze. Při vysokých kmitočtech je kapacitní reaktance již dosti nízká a převládá nad ní induktivní reaktance. Obvod má tedy induktivní charakter. Stav, při kterém je kapacitní reaktance stejně velká jako induktivní reaktance, se nazývá rezonance. Při sériové rezonanci se reaktance od sebe odečtou (působí proti sobě, protože mají opačný fázový posuv) a obvodem prochází proud daný činným odporem a napětím zdroje. I REZ / R. Impedance celého obvodu je tedy rovna velikosti činného odporu Z rez R. Při konstantní kapacitě kondenzátoru a indukčnosti cívky je impedance obvodu závislá na kmitočtu. Na kmitočtu je závislá také hodnota fázového posuvu. Průběh těchto závislostí bude předmětem tohoto měření. Obr.13.1: Fázorový diagram SRO (induktivní charakter) Důležitým parametrem rezonančních obvodů je činitel jakosti. dává nám poměr jalových a činných ztrát obvodu. Vzhledem k tomu, že ztráty v kondenzátoru lze zanedbat, je činitel jakosti celého obvodu tvořen ztrátami v indukčnosti. Činitel jakosti je shodný pro sériové i paralelní zapojení. Značí se a je dán vztahem [13.4], kde ω 0 je úhlový kmitočet pro rezonanci, indukčnost cívky a R činný odpor cívky. Index v označení V označuje fakt, že jsme k této hodnotě přišli výpočtem z parametrů cívky. Pro napětí na ideální cívce a ideálním kondenzátoru platí pro sériový rezonanční obvod vztah: 0 C 0 [13.5], z něho pak jednoduše odvodíme naměřenou hodnotu činitele jakosti N : [13.6], kde CO je napětí na kondenzátoru při rezonanci a je napětí na svorkách generátoru při rezonanci. Při rezonanci jsou tedy napětí na cívce a kondenzátoru -krát větší než napětí zdroje. Mohou se tak vytvořit nebezpečně velká napětí. Toto nebezpečí vzniká především u velkých indukčností s malým činným odporem cívky a při vysokých kmitočtech. Toto napětí může být nebezpečné zejména pro kondenzátor, protože každý kondenzátor má mezi jmenovitými hodnotami udánu také hodnotu maximálního napětí, které můžeme na jeho svorky přiložit, aniž by došlo při běžných podmínkách k průrazu dielektrika a tím zničení celého kondenzátoru. 13.4 Tabulka naměřených a vypočítaných hodnot N C 0 V ω 0 R [mh] RC můstek C [µf] 1 1 f REZV... Hz 2π C 2* π *... Měření činitele jakosti C [V] [V] R [V] V [-] N [-] V N 2πf R C REZN...... - 2 -

napětí na generátoru V vypočítaný činitel jakosti N naměřený činitel jakosti C napětí na kondenzátoru R činný odpor cívky (je třeba změřit) Násobky f rezn [V] I [ma] C [V] R [V] X [Ω] X C [Ω] Z [Ω] cos ϕ[ ] 0,1 * f REZN 0,2 * f REZN 0,3 * f REZN 0,4 * f REZN 0,5 * f REZN 0,6 * f REZN 0,7 * f REZN 0,8 * f REZN 0,9 * f REZN f REZN 1,1 * f REZN 1,2 * f REZN 1,3 * f REZ,N 1,4 * f REZN 1,5 * f REZN 1,6 * f REZN 1,7 * f REZN 1,8 * f REZN 1,9 * f REZN 2 * f REZN 13.5 Postup měření frekvenčních charakteristik: 1. RC můstkem změříme hodnotu indukčnosti a kapacity C, z těchto hodnot dopočítáme f REZ. 2. Zapojíme obvod a necháme ho zkontrolovat vyučujícím. 3. Zapneme generátor a měřicí přístroje. Měřicí rozsahy měřicích přístrojů nastavíme na takovou hodnotu, aby bylo měření co nejpřesnější (minimální použitelný měřící rozsah). ampérmetru kontrolujeme rozsah po dobu celého měření, neboť při rezonanci se proud značně zvýší. 4. Zjistíme rezonanční kmitočet f rezn a jeho hodnotu zapíšeme do tabulky. Rezonanční kmitočet najdeme postupným zvyšováním kmitočtu za současného sledování hodnot proudu. Při zvyšování kmitočtu od nuly se zvyšuje také velikost proudu, ale jen do určité hodnoty kmitočtu. Při dalším růstu kmitočtu přes tuto hodnotu dochází ke klesání proudu v obvodu. Tento kmitočet, při kterém obvodem prochází maximální proud, je kmitočet rezonanční f rezn. Hodnotu f rezn zaokrouhlenou na celé desítky vynásobíme postupně hodnotami 0,1; 0,2; až 2 (dle tabulky) a výsledné kmitočty zapíšeme do tabulky. 5. Na generátoru nastavujeme frekvence udané v tabulce. Po nastavení jednotlivých frekvencí kontrolujeme, zda je výstupní napětí generátoru 4V. Pro každou frekvenci odečteme hodnoty proudu, napětí na kapacitě a napětí na indukčnosti a tyto hodnoty zapíšeme do tabulky. 6. Dopočítáme hodnoty kapacitní a induktivní reaktance X C a X. 7. Sestrojíme grafy naměřených a vypočítaných hodnot. Ve třetím grafu graficky znázorňujeme průběh X a X C do jednoho grafu, musíme tedy tyto dva průběhy nějakým způsobem rozlišit a označit, např. barevně nebo jiným typem čáry. - 3 -

8. Porovnáme hodnoty f REZ V a f REZ N a případný rozdíl v závěru zdůvodníme. 9. Porovnáme hodnoty N a V. Pokud se liší, pokusíme se odůvodnit rozdíl. 13.6 Grafy naměřených a vypočítaných hodnot: Závislost proudu na kmitočtu Závislost modulu impedance na kmitočtu Z [Ω] I [ma] - 4 -

Závislost reaktancí X a X C na kmitočtu Fázová charakteristika s lineární osou x ϕ [ ] X, XC [Ω] - 5 -

13.7 Otázky a úlohy k tématu Jak je možné, že voltmetr měřící napětí na cívce neukazuje stejnou hodnotu jako voltmetr měřící napětí na kondenzátoru, ačkoli teorie říká, že při rezonanci jsou napětí na kapacitě a napětí na indukčnosti přibližně stejná, pokuste se rozdíl vysvětlit a vysvětlení matematicky dokázat. 13.8 Zhodnocení měření Datum vypracování: Připomínky k protokolu: Podpis studenta: Hodnocení - ABORATOŘ: CEKOVÉ HODNOCENÍ: - 6 -