LABORATORIUM ELEKTROTECHNIKI.doc

LABORATORIUM ELEKTROTECHNIKI

Wydział Elektryczny

Kierunek : Elektronika i telekomunikacja

R.ak. 1999/00 Sem.lll Studia dzienne inżynierskie

Grupa 3, Sekcja 4

Tomasz Stiebler

Mariusz Skwarek

Grzegorz Łotoszyński

Jarosław Kuźnik

Marcin Radomski

KOMUTACJA NAPIĘCIA

STAŁEGO W OBWODACH

RL, RC, RLC

Gliwice 15.10.99

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest: badanie obwodów liniowych w stanie nieustalonym, analizowanie przebiegów napięć i prądów po załączeniu i wyłączeniu napię­cia stałego na zaciski gałęzi utworzonej z szeregowo połączonych elemen­tów RC, RL i RLC oraz zapoznanie ale z warunkami istnienia przebiegów pe­riodycznych tłumionych, aperiodycznych czy krytycznych w obwodzie RLC w zależności od wartości i położenia pierwiastków równania charakterystycz­nego. Celem ćwiczenia jest ponadto zapoznanie się z przebiegami procesu przejściowego dla gałęzi RLC na płaszczyźnie fazowej (q, dq/dt), (i, di/dt).

Wprowadzenie:

W obwodach elektrycznych dokonywane są procesy łączeniowe polegające na załączaniu lub wyłączaniu źródeł zasilających, zmianie para­metrów obwodu itp. Zmiany te określamy wspólną nazwą komutacji.

Stan obwodu, w jakim się znajdzie obwód bezpośrednio po komutacji, na­zywamy stanem nieustalonym. Stan ten teoretycznie trwa nieskończenie długo, praktycznie są to ułamki sekundy.

Przebieg ćwiczenia:

W naszym ćwiczeniu zajmowaliśmy się komutacją w obwodzie RLC. Schemat układu pomiarowego podany jest na poniższym rysunku.

Dla poszczególnych zmian wartości elementów obserwowaliśmy charakterystyki napięcia w funkcji czasu, prądu w funkcji czasu oraz charakterystykę fazową (napięcia w funkcji prądu).

W zależności od nastaw otrzymywaliśmy charakterystyki o charakterze oscylacyjnym , aperiodycznym i pseudo nie zanikającym gdyż przypadek ten jest czysto teoretyczny w związku z niemożnością wyeliminowania w obwodzie rezystancji (chociażby przewodów). Należało również obliczyć dekrement tłumienia, który jest równy stosunkowi amplitud przebiegu oscylacyjnego,

odległych o jeden okres:

Schemat układu pomiarowego:

Otrzymane wyniki należało porównać z wynikami zasymulowanymi w PSPICE dołączonymi na dyskietce.

Wyniki pomiarów:

1)     Dla nastaw:

U=8,8 V

R=0 Ω

L=1H

C=0,111 μF

Otrzymano wyniki:                                                           PSPICE:

∆V=3V                                                                              ∆V=0,1034V                         ∆T=2,16 ms                                                                      ∆T=2,2ms

α=R/2L=0  wartość otrzymana z obliczeń

dekrement tłumienia wynosi   1,54                                  1,01

ά=196,9   wartość otrzymana z pomiarów                       ά= 5,5

Był to przypadek tzw. pseudo nie zanikający .

2) Dla nastaw:

U=8,8 V

R=1000 Ω

L=1H

C=0,111 μF

Otrzymano wyniki:

∆V=3V                                                                             ∆V=3,35 V

∆T=2,24 ms                                                                     ∆T=2,26 ms

α=R/2L=1000  wartość otrzymana z obliczeń

dekrement tłumienia wynosi   1,54                                  1,61

ά=189,9   wartość otrzymana z pomiarów                       ά= 212

3) Dla nastaw:

U=8,8V

R=3000 Ω

L=1H

C=0,111 μF

Otrzymano wyniki w postaci charakterystyk u(t) oraz i(t) dołączonych na wykresie 3).

dekrementu tłumienia nie mogliśmy obliczyć ponieważ  nie dało się już wyznaczyć okresu oscylacji

4) Dla nastaw:

U=8,8 V

R=5000 Ω

L=1H

C=0,111 μF

Otrzymano wyniki w postaci charakterystyk u(t) oraz i(t) dołączonych na wykresie 4).

5) Dla nastaw:

U=8,8 V

R=50000 Ω

L=1H

C=0,111 μF

Otrzymano wyniki w postaci charakterystyk u(t) oraz i(t) dołączonych na wykresie 5).

W tym przypadku napięcie na kondensatorze ze względu na dużą wartość rezystancji nie dochodziło do wartości szczytowej i w drugiej połówce okresu zaczęło maleć .

6) Dla nastaw:

U=8,8 V

R=10000 Ω

L=0

C=0,111 μF

Powstał w ten sposób układ RC.

Charakterystykę u(t) oraz i(t) dołączono na wykresie 6).

W programie PSPICE zostały zasymulowane powyższe nastawy i zatytułowane odpowiednio: 1)R=0 itd.

Kształt charakterystyk otrzymanych i zasymulowanych można porównać na poniższych wykresach. Charakterystyki otrzymane celowo nie zostały przerysowane na papierze milimetrowym aby dodatkowo nie wprowadzać błędu kształtu.

Wnioski:

Na podstawie otrzymanych charakterystyk z pomiarów oraz charakterystyk otrzymanych po symulacji można stwierdzić , że warto symulować przewidywane wyniki . Czasami na podstawie symulacji można określić w jakim stopniu nasz układ odbiega od założeń teoretycznych.

W naszych ćwiczeniach , im większa rezystancja R tym  charakterystyki otrzymane z pomiarów wierniej odzwierciedlały charakterystyki zasymulowane.

Jedynie dla przypadku gdy R=0 nasze wyniki nie zgadzały się z teorią – nie jesteśmy w stanie wyeliminować rezystancji.

Zgadzały się również charakterystyki fazowe. Możemy stwierdzić, iż ze wzrostem rezystancji R, punkty charakterystyczne charakterystyk fazowych „oddalają” się od siebie. Wnioskujemy , że dla R=0 pokrywają się .