Politechnika Rzeszowska
Laboratorium Podstaw Elektrotechniki dla Nielektryków
Wydział Matematyki i Fizyki Stosowanej
Temat ćwiczenia:
Stany nieustalone i przebiegi odkształcone
Rok akad.
2022/2023
Rok studiów: 1
Numer ćwiczenia: 5
Semestr: 2
Data wykonania pomiarów: 10.05.2023
Zespół wykonujący: B
1. Wiktor Smoleń
2. Grzegorz Tymoczko
3. Szymon Szpytma
Data oddania sprawozdania: 17.05.2023
Zaliczenie:
1. Wstęp teoretyczny
W obwodach liniowych stany nieustalone występują w okresie przejściowym, gdy obwód jest
aktywowany lub dezaktywowany. Są to stany, w których prądy i napięcia w obwodzie mają wartości
zmienne w czasie, nie osiągając jeszcze stanu ustalonego. W tych stanach elementy obwodu, takie jak
kondensatory i cewki, mają wpływ na zachowanie się obwodu. Po upływie pewnego czasu, obwód
osiąga stan ustalony, w którym wartości prądów i napięć w obwodzie nie zmieniają się w czasie.
Przykładem stanu nieustalonego może być sytuacja, gdy włączamy układ zasilany zasilaczem. Na
początku kondensatory w obwodzie są rozładowane, a prąd płynący przez układ zaczyna rosnąć
stopniowo, aż osiągnie wartość ustaloną. W tym procesie występują stany nieustalone, gdzie
wartości prądu i napięcia zmieniają się w czasie.
Rozkład sygnału na składowe harmoniczne można przeprowadzić za pomocą transformacji Fouriera.
Transformata Fouriera to matematyczna metoda, która pozwala na przedstawienie sygnału
czasowego w dziedzinie częstotliwości. Przez zastosowanie transformacji Fouriera można rozłożyć
sygnał na składowe harmoniczne o różnych częstotliwościach.
Prostownik jednopołówkowy stosuje się w układach o małej mocy, zmienia prąd zmienny w prąd
stały. Po zasileniu obwodu z prostownikiem napięciem sinusoidalnym, otrzymamy prąd
wyprostowany pół falowo, tętniący i okresowo niesinusoidalny. Stany nieustalone (czyli nagła zmiana
warunków pracy układu) występują między kolejnymi stanami ustalonymi obwodu, są normalnym
stanem działania obwodu, np. w prostownikach z filtrami wygładzającymi napięcie.
Obrazek demonstrujący działanie prostownika jednopółkowego:
2. Zadanie pomiarowe
2.1.
Treść zadania
zaprojektuj i przeprowadź pomiary sprawności i współczynnika tętnień dla dwóch odbiorników
rezystancyjnych zasilanych napięciem odkształconym (prostownik jednopołówkowy). Zbadaj wpływ
kondensatora wygładzającego na sprawność układu. Zaproponuj procedurę określenia zawartości
składowych harmonicznych po stronie zasilania i odbiornika (wpływ kondensatora wygładzającego) –
skomentuj wyniki. Do sprawozdania dołącz zrzuty ekranowe z obserwacji widma FFT.
2.2.
Schemat układu
2.3.
Omówienie zadania
Do uzyskania potrzebnych do wyliczenia Współczynnika tętnień i sprawności układu musimy zmierzyć





Napięcie i natężenie wejściowe
Napięcie wyjściowe
Napięcie średnie
Napięcie skuteczne
Napięcie wyjściowe
Do wykonania pomiarów wykorzystaliśmy cztery multimetry oraz oscyloskop, trzy z multimetrów były
ustawione na pomiar napięcia, a dokładnie napięcia wejściowego, napięcia po przejściu z bocznika
potrzebne do wyliczenia natężenia wejściowego, pomiar wartości napięcia średniego i skutecznego
odbywał się na jednym multimetrze. Jeden z czterech multimetrów wykorzystaliśmy do
bezpośredniego pomiaru natężenia na żarówce. Przy pomocy oscyloskopu obserwowaliśmy składowe
harmoniczne dla trzech kondensatorów (560µF, 47µF i 220µF).
2.4.
Tabela pomiarowa
obciążenie kondensator pomiar
Ż
560µF
1
Uwej na
module
[V]
12
Uwej zakres Iwe zakres
[V]
[V]
[mA]
[V]
11
200
0,77
10
Iobc
[mA]
zakres
Vdc
[V]
zakres
Vac
[V]
zakres
[V]
37,47 100mA
12,6
100V
0,6
10
R
560µF
2
12
10,98
200
0,77
10
37,47 100mA 12,59
100V
0,55
10
560µF
1
24
21,8
200
1,45
10
57,49 100mA 25,43
100V
7
10
560µF
2
24
21,85
200
1,44
10
57,46 100mA 25,45
100V
2,2
10
47µF
1
12
11,04
200
0,75
10
31,5
100mA
9,37
10 V
2,9
10
47µF
2
12
11,06
200
0,73
10
31,45 100mA
9,38
10 V
2,91
10
47µF
1
24
21,99
200
1,42
10
50,8
100mA 20,97
100V
4,9
10
47µF
2
24
22,02
200
1,44
10
50,85 100mA 20,97
100V
7
10
220µF
1
12
11
200
0,76
10
37,15 100mA 12,07
100V
3
10
220µF
2
12
10,99
200
0,76
10
37,15 100mA 12,03
100V
8
10
220µF
1
24
21,79
200
1,44
10
56,88 100mA 24,91
100V
7
10
220µF
2
24
21,84
200
1,45
10
56,86 100mA 24,88
100V
1,35
10
560µF
1
12
10,83
200
0,76
10
---
---
12,09
100V
3,9
10
560µF
2
12
10,8
200
0,76
10
---
---
12,09
100V
0,42
10
560µF
1
24
21,26
200
1,4
10
---
---
23,52
100V
0,76
10
560µF
2
24
21,27
200
1,41
10
---
---
23,52
100V
0,76
10
47µF
1
12
10,96
200
0,74
10
---
---
8,74
10 V
3,14
10
47µF
2
12
10,93
200
0,74
10
---
---
8,72
10 V
5
10
47µF
1
24
21,7
200
1,42
10
---
---
17,9
100V
6,55
10
47µF
2
24
21,7
200
1,4
10
---
---
17,88
100V
6,5
10
220µF
1
12
10,84
200
0,75
10
---
---
11,45
100V
1
10
220µF
2
12
10,8
200
0,75
10
---
---
11,46
100V
1,2
10
220µF
1
24
21,29
200
1,4
10
---
---
22,8
100V
2,1
10
220µF
2
24
21,3
200
1,42
10
---
---
22,81
100V
3
10
Tabelka z obliczeniami:
k = Vac/Vdc
0.05
η = Pwy/Pwe
0,055
Pwe =
Uwe*Iwe [W]
Pwy =
Uwy*Iobc
[W]
u(Pwe)
u(Pwy)
[W]
[W]
8.47
0.47
0,21
0,0109
0.04
0,045
8.45
0.47
0,21
0,0109
0.28
0,045
31.61
1.46
0,42
0,016
0.09
0,045
31.46
1.46
0,41
0,016
0.31
0,036
8.28
0.29
0,21
0,009
0.31
0,036
8.07
0.3
0,21
0,009
0.23
0,03`5
31.23
1.07
0,41
0,014
0.33
0,
31.71
1.07
0,41
0,014
0.25
2255
8.36
0.45
0,21
0,01
0.67
6675
8.35
0.45
0,21
0,01
0.28
2285
31.38
1.42
0,41
0,016
0.05
0,055
31.67
1.41
0,41
0,016
0.32
X
8.23
X
0,21
X
0.03
X
8.21
X
0,21
X
0.03
X
29.76
X
0,40
X
0.03
X
29.99
X
0,40
X
0.36
X
8.11
X
0,212
X
0.57
X
8.09
X
0,212
X
0.37
X
30.81
X
0,412
X
0.36
X
30.38
X
0,409
X
0.09
X
8.13
X
0,213
X
0.1
X
8.1
X
0,213
X
0.09
X
29.81
X
0,408
X
0.13
X
30.25
X
0,410
X
2.5.
Wykorzystane wzory
Moc wejściowa:
Moc wyjściowa:
Współczynnik tętnień:
Sprawność:
Błąd graniczny:
Niepewność pomiarowa typu B:
Prawo propagacji niepewności:
2.6.
Obserwacje składowych harmonicznych
Dla kondesatora 560 µF:
Dla kondensatora 47 µF:
Dla Kondesatora 220 µF:
3. Wnioski
Pojemność kondensatora wygładzającego i napięcie wejściowe wpływają na współczynnik tętnień.
Jakość kondensatora wygładzającego ma związek z jego pojemnością - większa pojemność oznacza
lepszą jakość. Lepszy kondensator wygładzający powoduje mniejszą amplitudę składowych
harmonicznych, podczas gdy mniej efektywny kondensator prowadzi do większej amplitudy
składowych harmonicznych.