UMEÅ UNIVERSITET Tillämpad fysik och elektronik Agneta Bränberg Patrik Eriksson (uppdatering) 1996-06-12 uppdaterad 2005-04-13 VÄXELSTRÖM SPÄNNINGSDELNING Laboration E10 ELEKTRO Personalia: Namn: Kurs: Datum: Återlämnad (ej godkänd): Rättningsdatum Kommentarer Godkänd: Rättningsdatum Signatur Kommentarer
Nyckelord Växelström, växelspänning, jω-metoden, komplexa tal, överföringsfunktion, visardiagram, spänningsdelning. Målsättning Att ge en förståelse för hur olika passiva komponenter påverkar spänningsdelningen med avseende på storlek och fas för ett växelströmsnät. Teori Läs de avsnitt i läroboken som behandlar växelström. Lär dig att ta fram överföringsfunktionen H(jω)= Uut/Uin och fasvinkeln för Uut i förhållande till Uin φ(uut/uin), för ett passivt nät. Om man vill åskådliggöra hur spänningar och strömmar ser ut vid en viss frekvens så brukar man rita sk visardiagram. Lär dig hur det går till. Ta reda på hur de tre passiva komponenterna motstånd, kondensator och spole fungerar i växelspänningssammanhang. Förberedelseuppgifter två motstånd 1. Tag fram den teoretiska överföringsfunktionen H(jω)= Uut/Uin för kretsen i figur 1. Härled uttrycket som visar hur Uut är fasvriden i förhållande till Uin, dvs φ(uut/uin). Låt R1 vara dubbelt så stor som R2 och ligga i området 100Ω - 10kΩ. Rita ett fullständigt kopplingsschema över både komponenter och instrument. Figur 1 två kapacitanser 2. Tag fram den teoretiska överföringsfunktionen H(jω)= Uut/Uin för kretsen i figur 2. Härled uttrycket som visar hur Uut är fasvriden i förhållande till Uin, φ(uut/uin). Välj ett värde på C1, så att överföringsfunktionen får samma värde som i uppgift 1. Rita ett fullständigt kopplingsschema över både komponenter och instrument. Figur 2
Spänningsdelare med en resistans och en kapacitans 3. Tag fram den teoretiska överföringsfunktionen H(jω)= Uut/Uin för kretsen i figur 3. Härled uttrycket som visar hur Uut är fasvriden i förhållande till Uin, φ(uut/uin). Beräkna vilken fasvinkel man teoretiskt har vid frekvensen 1000Hz. Rita ett fullständigt kopplingsschema över både komponenter och instrument. Figur 3 Spänningsdelare med en resistans och en spole 4. Skissa ett icke skalenligt visardiagram över Uin, UR1, UL, Ur och Uspole i figur 4 använd strömmen I genom alla komponenter som riktfas. Spole Figur 4
Material Motstånd i området 1-10kΩ, kondensatorer i området 10n-100nF, transformatorspole 1200 varv, signalgenerator, oscilloskop. två motstånd två kapacitanser en resistans och en kapacitans Spänningsdelare med en resistans och en spole Utförande 1. Använd en signalgenerator för att alstra Uin i figur 1. Välj ett lämpligt värde på Uin. Mät Uut till storlek och fas (relativt Uin) vid frekvenserna 200Hz och 1kHz. 2. Använd en signalgenerator för att alstra Uin i figur 2. Välj ett lämpligt värde på Uin. Mät Uut till storlek och fas (relativt Uin) vid frekvenserna 200Hz och 1kHz 3. Använd en signalgenerator för att alstra Uin i figur 3. Välj ett lämpligt värde på Uin, se till att amplituden hos Uin hålls konstant. Mät Uut till storlek och fas (relativt Uin) vid frekvenserna 50, 300, 1000 och 5000Hz. 4. Använd en signalgenerator för att alstra Uin i figur 3. Mät spänningen UR1 till storlek och fas (relativtuin) vid frekvensen 200Hz. Mät även upp spolens resistans med ohmmeter. 5. Simulera en av uppgifterna 1-4.
två motstånd Redovisning 1.1. Redovisa kopplingsschemat. 1.2. Fyll i följande tabell H(jω)= Uut/Uin φ (Uut/Uin) 200 Hz 1k Hz exp teoretiskt exp teoretiskt 1.3. Rita ett visardiagram över Uut och Uin med strömmen genom R1 och R2 som riktfas. två kapacitanser 2.1. Redovisa kopplingsschemat. 2.2. Fyll i följande tabell H(jω)= Uut/Uin φ (Uut/Uin) 200 Hz 1k Hz exp teoretiskt exp teoretiskt 2.3. Rita ett visardiagram över Uut och Uin med strömmen genom C1 och C2 som riktfas. en resistans och en kapacitans 3.1. Redovisa kopplingsschemat. 3.2. Fyll i följande tabell Uin Uut H(jω)= Uut/Uin 50Hz 300Hz 1000Hz 5000Hz φ (Uut/Uin) 3.3. Rita ett visardiagram som gäller för alla frekvenserna enligt tabellen ovan. Tag Uin som riktfas. Varför är det praktiskt? en resistans och en spole 4.1. Redovisa kopplingsschemat. 4.2. Rita ett visardiagram över alla spänningar med strömmen som riktfas. 4.3. Spolens induktans L och resistans r. (Beräknat ur visardiagrammet). 4.4. Resistansen r mätt med ohmmeter. Jämför med värdet du beräknat ur visardiagrammet. 5. Redovisa schema och simuleringsresultat från din simulering.