Elektroteknikens grunder Laboration 1

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "Elektroteknikens grunder Laboration 1"

Julia Danielsson
för 7 år sedan
Visningar:

1 Elektroteknikens grunder Laboration 1 Grundläggande ellära Elektrisk mätteknik

2 Elektroteknikens grunder Laboration 1 1 Mål Du skall i denna laboration få träning i att koppla elektriska kretsar och att mäta med oscilloskop och multimetrar. Förberedelser Läs igenom vad du ska göra under laborationen samt gör uppgifterna markerade med FU. Induktiv och kapacitiv krets U1 - - UL I1 UR UR a b R1 L c a b c R2 C U2 - - Induktiv krets Kapacitiv krets UC I2 FU 1. Teckna impedansen i de två kretsarna ovan på rektangulär och polär form. FU 2. Välj strömmen till riktfas, dvs strömmarna I 1 och I 2 har fasvinkeln 0. Teckna med jω-metoden belopp och fasvinklar för de komplexa spänningarna U R, U L, U C, U 1 och U 2 som funktion av I 1 resp. I 2, R, L, C och ω. Fyll i beräknade värden i nedanstående tabell där effektivvärdena för U 1 och U 2 är 1,5 V, R=560 Ω, L=70mH, C=0,39 µf och ω=2π1000 rad/s. FU 3. Rita impedans-, spännings- och effekttrianglar för de två kretsarna ovan. Resonanskrets U U R U L U C I överblivet" motstånd vid sammankoppling av seriekretsen. Kan och får användas. a b c d a b c R d R L C FU 4. Teckna kretsens impedans sett från spänningskällan på rektangulär och polär form. FU 5. Teckna med jω metoden belopp och fasvinklar för de komplexa spänningarna U R, U L, U C och U som funktioner av R, L, C, ω och I. Sätt I som riktfas med fasvinkeln 0. FU 6. Rita visardiagram med I som riktfas för de tre fallen: 1. kretsen är övervägande induktiv, dvs ω 1 L > 1/(ω 1 C). 2. kretsen är i resonans, dvs ω 2 L = 1/(ω 2 C). 3. kretsen är övervägande kapacitiv, dvs ω 3 L < 1/(ω 3 C).

3 Elektroteknikens grunder Laboration 1 2 FU 7. Vilken vinkelfrekvens är högst/lägst av ω 1, ω 2 och ω 3? FU 8. Rita impedans- och spänningstrianglar för kretsen då den är övervägande induktiv. FU 9. Hur kan man bestämma resonansfrekvensen med oscilloskopmätningar? Nämn minst två sätt! FU 10. Hur kan man mäta upp resonansfrekvensen med multimetermätningar? Nämn minst två sätt! FU11. Visa hur de två oscilloskopkanalernas probar och jordanslutningar ska kopplas i kretsen för att vi samtidigt på skärmen skall se spänningarna u 1 (t) och u R1 (t). FU12. Strömmen i(t) representeras på skärmen av u R (t). Visa hur tongeneratorn och de två oscilloskopkanalernas probar och jordanslutningar ska kopplas så att vi samtidigt på skärmen kan se spänningen u C (t) och strömmen i(t), dvs. u R (t) = R. i(t). Halvledare och mätinstrument I figuren nedan är spänningen u 1 =10sin(2π1000). Dioden anses ideal. FU 13. Skissa spänningen u 2 som funktion av tid. FU14. Beräkna medelvärdet av spänningen u 2. FU15. Beräkna effektivvärdet av spänningen u 2.

4 Elektroteknikens grunder Laboration 1 3 Labuppgifter Lär dig oscilloskopet 1. Slå till nätspänningen POWER ON. 2. Ställ strålens intensitet INTENS mellan %. 3. Välj FREE RUN eller automatisk trigger AT/NORM så att svepet går kontinuerligt. 4. Ställ in svephastigheten på ca 1 ms/div. 5. Se till att båda kanalerna CH1 och CH2 är inkopplade, dvs DUAL i läge ALT eller CHOPPED. 6. Ställ ingångsomkopplaren AC, DC, GD i läge GD. 7. Leta nu fram strålen genom att vrida fram och tillbaka på positionsinställningarna X-POS resp. Y-POS för kanal A och B. Du bör nu ha två synliga streck på oscilloskopskärmen. 8. Justera nu med FOCUS och INTENS så att du får skarpa och väl synliga linjer. Nu kan du använda oscilloskopet till att studera en signal av något slag. 9. Anslut en av ingångarna till en tongenerator med en lämpligt vald signal. 10. Ställ ingångsomkopplaren AC, DC, GD i läge AC. 11. Justera in en lagom stor bild VOLT/DIV och dess läge på skärmen Y-POS så att du kan läsa av amplitud och periodtid. Observera att skalindelningen gäller endast i kalibrerat läge för de steglösa reglagen av amplitud och tid. 12. Byt mellan positiv och negativ flank för triggningen / Ställ om till manuell trigg AT/NORM och justera sedan triggnivån med LEVEL, titta på signalen och se vad som händer. Mätning på en induktiv och en kapacitiv krets Lab-plattan består av en induktans L=70 mh, en kondensator C=0.39 µf samt två resistanser på vardera 560 Ω. Med hjälp av dessa kopplas den induktiva respektive kapacitiva kretsen enligt figurerna nedan. Matningsspänningen u 1 kommer från tongeneratorn. Oscilloskopets två kanaler har med gemensam jordanslutning. Detta innebär att de två kanalernas jordreferenser måste anslutas till samma punkt i kretsen man mäter på. För att de två uppmätta spänningarna skall återges på skärmen utan teckenfel kan en av kanalerna inverteras. Invertering innebär teckenbyte, dvs 180º fasvridning.

5 Elektroteknikens grunder Laboration 1 4 Mätning på den induktiva kretsen Tongenerator GND (noll) U 1 (level) signal labbsladd I U 1 R U L polskruv - - R 1 Induktiv krets matad med tongenerator. Välj sinusform på tongeneratorn och frekvensen 1000 Hz. Funktionsgeneratorns frekvensskala är bara ungefärlig. Justera till exakt f=1000 Hz på tongeneratorn genom att mäta spänningens frekvens. Ställ in tongeneratorns utspänning till U 1 = 1,5 V effektivvärde med vredet level. Mät spänningen med en voltmeter. Kontrollera med oscilloskopet att u 1 (t) har topp-till-topp-värdet 2. 1,5. 2 4,2 V och att f = 1000 Hz. På oscilloskopet ska man få periodtiden T = 1/f = 1/1000 = 1 ms. Mät U R1 och U L med voltmetern. U 1, U R1 och U L ger spänningstriangelns sidor och ϕ 1 = arctan(u L /U R1 ). För in värdena i tabellen nedan. Kontrollera fasförskjutningarna ϕ 1 = argu 1 och ϕ L = argu L på oscilloskopet dvs jämför i tur och ordning fasläget för u 1 (t) och u L (t) med u R1 (t). För in i tabellen. Kontrollera att spänningarnas toppvärden är U L, topp = 2. U L, eff, U R1, topp = 2. U R1, eff Bryt upp anslutningen från tongeneratorn och koppla in en multimeter som amperemeter i serie med R 1 och L. Mät effektivvärdet på strömmen I 1 och för in värdet i tabellen nedan. Mätning på den kapacitiva kretsen L GND U 2 signal U - R - U C R 2 C I 2 Kapacitiv krets matad med tongenerator. Reglera in U 2 till 1,5 V effektivvärde. Mät U R2 och U C med voltmetern. U 2, U R2 och U C ger spänningstriangelns sidor och ϕ 2 = arctan(u C /U R2 ). För in värdena i tabellen. Kontrollera fasförskjutningarna ϕ 2 och ϕ C på oscilloskopet. Kontrollera toppvärdena U 2, topp, U R2, topp och U C, topp på oscilloskopet.

6 Elektroteknikens grunder Laboration 1 5 Bryt upp anslutningen från tongeneratorn och koppla in en multimeter som amperemeter i serie med R 2 och C. Mät strömmens I 2 effektivvärde och för in i tabellen nedan. Beräknade värden Uppmätta värden Storhet Effektivvärde [V, A] Fasvinkel, ϕ 1,2 [ ] Effektivvärde [V, A] Fasvinkel, ϕ 1,2 [ ] U 1 1,5 1,5 I U R1 0 0 U L U 2 1,5 1,5 I U R2 0 0 U C Resonanskrets polskruv Tongenerator GND U I U U U R L C R B L C Sammankoppling av de två seriekretsarna till resonanskrets. signal A R D När du kopplar ihop den induktiva och den kapacitiva kretsen till serieresonanskretsen ovan blir ett motstånd R över. Eftersom de två resistanserna har samma värde, kan man byta från R-L-C (ovan) till L-C-R vid mätning av arg U C. Ställ in U till sinusspänning med effektivvärdet 1,5 V. Mät upp resonansfrekvensen med lämpligt instrument. Motivera mätmetoden och instrumentvalet! Resonansfrekvensen uppmäts till Hz. Resonansfrekvensen beräknas till Hz Mät vid resonansfrekvens och rita visardiagram på spänningarna. U = V, U R = V, U L = V och U C = V

7 Elektroteknikens grunder Laboration 1 6 Mät strömmen I i kretsen genom att bryta upp kretsen och koppla in en amperemeter i serie med komponenterna. Kortslut L och C! Jämför med strömmen före kortslutningen. Den borde bli oförändrad, eller hur? Förklara eventuell skillnad. Halvledare och mätinstrument Ställ in tongeneratorn så att den genererar spänningen u 1 =10sin(2π1000). Koppla in en diod i serie med en 10kΩ resistans till tongeneratorn. Koppla in oscilloskopet och mät u 1 och u 2. Jämför med förberedelseuppgiften. û 2 överensstämmer inte helt med û 1. Varför? Mät spänningen u 2 med två olika digitala voltmetrar (DMM), en enkel och en lite mer avancerad. Använde de olika inställningarna enligt tabellen nedan. Effektivvärde beräknat enligt förberedelseuppgiften U (V) Medelvärde beräknat enligt förberedelseuppgiften Enkel DMM läge AC Enkel DMM i läge DC Avancerad DMM läge AC (U AC,RMS ) Avancerad DMM läge DC (U DC ) Avancerad DMM läge TRUE RMS Beräknat sant effektivvärde, TRUE RMS U = U U TRUE RMS 2 2 AC, RMS DC Mät u 1 och u 2 med oscilloskop. Koppla in en 33 nf kondensator parallellt med resistansen och jämför med kopplingen utan kondensator. Vilken funktion har kondensatorn? Variera frekvensen mellan 200 Hz och 2000 Hz och studera hur spänningen u 2 påverkas.

Relevanta dokument

Grundläggande ellära - - 1. Induktiv och kapacitiv krets. Förberedelseuppgifter. Labuppgifter U 1 U R I 1 I 2 U C U L + + IEA Lab 1:1 - ETG 1

Grundläggande ellära - - 1. Induktiv och kapacitiv krets. Förberedelseuppgifter. Labuppgifter U 1 U R I 1 I 2 U C U L + + IEA Lab 1:1 - ETG 1 IEA Lab 1:1 - ETG 1 Grundläggande ellära Motivering för laborationen: Labmomenten ger träning i att koppla elektriska kretsar och att mäta med oscilloskop och multimetrar. Den ger också en koppling till