ELLÄA Laboration 4 Växelströmslära Moment 1: Moment 2: Moment 3: Moment 4: Moment 5: Moment 6: eriekrets med resistor och kondensator eriekrets med resistor och spole Parallellkrets med resistor och spole Parallellkrets med resistor och kondensator eriekrets med resistor, spole och kondensator Blandad serie/parallellkrets med resistor, spole och kondensator Ellära laboration 402.DO
ELLÄA nledning den andra laborationen i ellära ska du undersöka kretsar som matas med växelström. Du kommer att mäta och beräkna spänningar, strömmar och impedanser i kretsar av serie- och parallelltyp och du kommer att rita och använda visardiagrammet som hjälpmedel för att bestämma storheternas amplitud och fasvinkel. Du kommer också att bestämma en spoles och en kondensators reaktanser vid olika frekvenser samt utföra beräkningar av aktiv, reaktiv och skenbar effekt. Liksom i laboration 1 är det viktigt att vara noggrann från början när du bygger upp kretsarna. Felsökning är alltid tidsödande! Anslut inte spänningsaggregatet till kretsarna förrän du ska börja mäta och koppla bort det igen när du gör omkopplingar. Börja alltid med att ställa in instrumentet på högsta mätområdet för den aktuella storheten (i denna laboration växelspänning respektive växelström) för att inte spräcka den inbyggda säkringen (byte tar tid och fordrar skruvmejsel!) och koppla först därefter in instrumentet och gör det på rätt sätt! Materiel pänningsaggregat (multiinstrument) 1 niversalinstrument 1 Kopplingsplatta 1 esistor (1 kω) 1 Kondensator (0,47 µf) 1 pole (150 mh) 1 Passare (laborantens egen) 1 Gradskiva (laborantens egen) 1 2
ELLÄA Moment 1: eriekrets med resistor och kondensator ppgift Använd spänningsaggregatets 50 Ω-utgång (släpp upp knappen under frekvensvredet och behåll detta läge även under övriga moment!) och ställ in spänningsaggregatet så att det ger en utspänning med effektivvärdet = 2 V vid frekvensen 500 Hz (kontrollera med universalinstrumentet!). Koppla upp enligt figur 1 och anslut därefter spänningen. Mät, och och beräkna (= /) vid frekvensen 500 Hz. Beräkna därefter kondensatorns reaktans X (= /), kapacitans (=1/[2pf X ]) och kretsens totala impedans Z (=/). För in värdena i tabell 1. Jämför det beräknade värdet på med det som uppges av fabrikanten. pprepa mätningar och beräkningar vid frekvensen 1000 Hz. ita skalriktiga visardiagram i de två fallen. Välj till riktfas. Addera = + i diagrammet med hjälp av passare. Mät med gradskiva kondensatorns fasförskjutning ϕ (=ϕ ). ita impedanstrianglarna vid 500 respektive 1000 Hz. Är de likformiga med visardiagrammen? Beräkna aktiv, reaktiv och skenbar effekt i kretsen och rita effekttrianglarna. Är även dessa likformiga med visardiagrammen? = 2 V (50 Ω-utgången), f = 500 resp. 1000 Hz = 1 kω = 0,47 µf Figur 1. eriekrets med resistor och kondensator Tabell 1. Mätta och beräknade värden f (Hz) 500 1000 (V) (V) (V) (ma) X (Ω) (µf) ϕ ( ) Z (Ω) P (mw) Q (mvar) (mva) 3
ELLÄA Moment 2: eriekrets med resistor och spole ppgift Kontrollera med universalinstrumentet att spänningsaggregatets utspänning vid frekvensen 1000 Hz har effektivvärdet = 2 V på 50 Ω-utgången. Mät också med ohmmeter spolens resistans. Koppla upp enligt figur 2 och anslut därefter spänningen. Mät, och och beräkna vid frekvensen 1000 Hz. ita som i moment 1 skalriktigt visardiagram där även de fiktiva spänningarna och L framgår. Välj till riktfas. Beräkna (om så behövs med hjälp av visardiagrammet) spolens impedans Z (= /), resistans (= /), reaktans X L (= L /), induktans L (=X L /[2pf]), fasförskjutning ϕ (=ϕ ) och kretsens totala impedans Z (=/). För in värdena i tabell 2. Jämför det beräknade värdet på L med det som uppges av fabrikanten och det beräknade värdet på med det som du mätt upp med ohmmeter. ita impedanstriangeln. Är den likformig med visardiagrammet? Beräkna aktiv, reaktiv och skenbar effekt i kretsen och rita effekttriangeln. Är även denna likformig med visardiagrammet? pole = 2 V (50 Ω-utgången), f = 1000 Hz = 1 kω L = 150 mh Figur 2. eriekrets med resistor och spole L Tabell 2. Mätta och beräknade värden f (Hz) 1000 (V) (V) (V) (ma) Z (Ω) (Ω) X L (Ω) L (mh) ϕ ( ) Z (Ω) P (mw) Q (mvar) (mva) 4
ELLÄA Moment 3: Parallellkrets med resistor och spole ppgift Kontrollera åter med universalinstrumentet att spänningsaggregatets utspänning vid frekvensen 1000 Hz har effektivvärdet = 2 V på 50 Ω-utgången. Obs! effektivvärdet 2 V får i denna uppkoppling ej överskridas eftersom spolen, som här kopplas in direkt till spänningsaggregatets utgång, p.g.a. för stor ström annars skadas! Koppla upp enligt figur 3 och anslut därefter spänningen. Mät,, och vid frekvensen 1000 Hz. Gör upp en lämplig tabell och för in mätvärdena. ita skalriktigt visardiagram med spänningen som riktfas. e principskissen i figur 4. Beräkna sedan för spolen Z,, X L, L och ϕ (=ϕ ) och för in värdena i tabell. Gör en jämförelse med motsvarande värden från moment 2! Beräkna aktiv, reaktiv och skenbar effekt i kretsen och rita effekttriangeln. pole ϕ L = 2 V (50 Ω-utgången), f = 1000 Hz = 1 kω L = 150 mh Figur 3. Parallellkrets med resistor och spole Figur 4. Principskiss över visardiagram 5
ELLÄA Moment 4: Parallellkrets med resistor och kondensator ppgift Kontrollera att utspänningen vid frekvensen 500 Hz har effektivvärdet = 2 V på 50 Ω-utgången. Koppla upp enligt figur 5 och anslut därefter spänningen. Mät,, och vid frekvensen 500 Hz och för in värdena i en lämplig tabell. pprepa mätningarna vid frekvensen 1000 Hz. ita skalriktiga visardiagram i de två fallen med spänningen som riktfas. e principskissen i figur 6. Obs! Fasförskutningen ϕ är 90 om kondensatorn är förlustfri och kan teoretiskt ej bli större än 90. Mätonoggrannheten medför dock att detta inträffar ibland. Beräkna sedan för kondensatorn X, och ϕ (=ϕ ) och för in värdena i en tabell. Jämför med motsvarande värden i moment 1! Beräkna aktiv, reaktiv och skenbar effekt i kretsen och rita effekttriangeln. ϕ = 2 V (50 Ω-utgången), f = 500 resp. 1000 Hz = 1 kω = 0,47 µf Figur 5. Parallellkrets med resistor och kondensator Figur 6. Principskiss över visardiagram 6
ELLÄA Moment 5: eriekrets med resistor, spole och kondensator ppgift Kontrollera att utspänningen vid frekvensen 500 Hz har effektivvärdet = 2 V på 50 Ω-utgången. Koppla upp enligt figur 7 och anslut därefter spänningen. Mät,,, 1 och. Beräkna. För in värdena i tabell. pprepa mätningarna vid frekvensen 1000 Hz. ita skalriktiga visardiagram i de två fallen med strömmen som riktfas. e principskissen i figur 8. Markera i figuren och mät med gradskiva: ϕ för hela kretsen ϕ för spolen dvs. ϕ dvs. ϕ ϕ för kondensatorn dvs. ϕ Jämför ϕ och ϕ med tidigare erhållna värden. 1 pole L = 2 V (50 Ω-utgången), f = 500 resp. 1000 Hz = 1 kω L = 150 mh = 0,47 µf Figur 7. eriekrets med resistor, spole och kondensator ita först : 1 Fortsätt sedan: 1 Figur 8. Principskiss över visardiagram vid 1000 Hz 7
ELLÄA Moment 6: Blandad serie/parallellkrets med resistor, spole och kondensator ppgift Kontrollera att utspänningen vid frekvensen 1000 Hz har effektivvärdet = 2 V på 50 Ω-utgången. Koppla upp enligt figur 9 och anslut därefter spänningen. Mät, och samt, och. För in värdena i tabell. ita skalriktigt visardiagram med spänningen som riktfas. e principskissen i figur 10. Markera i figuren och mät med gradskiva: ϕ för hela kretsen ϕ för spolen dvs. ϕ dvs. ϕ ϕ för kondensatorn dvs. ϕ Jämför ϕ och ϕ med tidigare erhållna värden. pole L = 2 V (50 Ω-utgången), f = 1000 Hz = 1 kω L = 150 mh = 0,47 µf Figur 9. Blandad serie/parallellkrets med resistor, spole och kondensator ita först: Fortsätt sedan : Figur 10. Principskiss över visardiagram 8