PEE Lab 1

Ćwiczenie Nr 1: Badanie stanów ustalonych w obwodach RLC

Ćwiczenie jest ćwiczeniem wirtualnym. Student wykonuje pełny program badań przez Internet, wykorzystując opracowane do tego celu programy interakcyjne umieszczone poniżej.

Badanie obwodu jednofazowego

Schemat ogólny obwodu użytego w badaniach zaimplementowany w programie przedstawiony jest na rys. 1.

<applet code="moce_demo.class" archive="images/a/a9/PEE_M3_moce.jar" width="600" height="580"></applet>

Rys. 1 Strona czołowa programu do badania obwodów jednofazowych

Program badań

1. Badanie rozpływu prądów, rozkładu napięć i mocy elementów w obwodzie jednofazowym RLC o strukturze

• szeregowej (odłączyć elementy: $R_{1}$, $L_{2}$ i $C_{2}$)
• równoległej (odłączyć elementy: $R_{1}$, $L_{1}$ i $C_{1}$)
• mieszanej (szeregowo-równoległej - różne konfiguracje elementów)

Odpowiednią strukturę badanego obwodu uzyskuje się zwierając bądź rozwierając odpowiednie elementy RLC. Badania przeprowadzić dla co najmniej 3 obwodów o różnych strukturach i wartościach wymuszenia i elementów.

2. W każdym połączeniu dobrać elementy obwodu w taki sposób, aby wpływ poszczególnych impedancji na rozwiązanie był w miarę zrównoważony (np. Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle R=10Ω} , Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle wL=10Ω} , Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle \frac{1}{wC}=8 Ω} ). Program umożliwia również zmianę częstotliwości (pulsacji) źródła zasilającego. W momencie startu programu częstotliwość zasilania wynosi $0.159155Hz$ co odpowiada pulsacji $1{\frac {rad}{s}}$.

3. Dobrać tak wartości indukcyjności $L$ oraz pojemności $C$, aby przy założonej częstotliwości zasilania uzyskać rezonans

• napięć (w obwodzie szeregowym RLC odpowiada to warunkowi $X_{L}=X_{C}$)
• prądów (w obwodzie równoległym RLC odpowiada to warunkowi $X_{L}=X_{C}$)

4. Sprawdzić bilanse mocy dla każdego przypadku.

5. Sporządzić wykresy wektorowe dla każdego przypadku.

---

Badanie obwodu trójfazowego

Na rys. 2 przedstawiono widok ogólny strony czołowej programu do badania obwodów trójfazowych.

<applet code="dyplom.Applet1.class" archive="images/6/64/Dyplom.jar" width="640" height="480"></applet>

Rys. 2 Strona czołowa programu do badania obwodów trójfazowych

Program badań

1. Badanie rozpływu prądów, rozkładu napięć i mocy w obwodzie trójfazowym RLC z odbiornikiem połączonym w

• gwiazdę
• trójkąt

przy wymuszeniu trójfazowym połączonym w

• gwiazdę
• trójkąt

2. W badaniu uwzględnić różne wartości elementów odbiornika

• układ symetryczny
• układ niesymetryczny
• układ gwiazdowy trój i czteroprzewodowy

rozpatrzyć przerwę w jednej fazie odbiornika a przy połączeniu gwiazdowym bez przewodu zerowego oraz zwarcie elementów jednej fazy.

3. Zbudować wykresy wektorowe prądów i napięć dla badanych układów.

4. Sprawdzić bilans mocy w obwodzie dla każdego badanego przypadku.

---

Problemy do dyskusji

1. Przedyskutować warunek rezonansu w obwodzie szeregowym RLC. Czy rezystancja w tym obwodzie ma wpływ na wystąpienie rezonansu.
2. Przedyskutować warunek rezonansu w obwodzie równoległym RLC. Czy rezystancja w tym obwodzie ma wpływ na wystąpienie rezonansu.
3. Narysować wykres wektorowy obwodów szeregowego i równoległego RLC dla częstotliwości zasilania równej częstotliwości rezonansowej, mniejszej i większej od rezonansowej.
4. Przedyskutować wpływ impedancji przewodu zerowego w układzie gwiazdowym na napięcia fazowe odbiornika.
5. Narysować wykres wektorowy dla odbiornika trójfazowego trójkątnego o wartościach impedancji $Z_{AB}=R$, $Z_{BC}=-{\frac {j}{\omega C}}$ i $Z_{CA}=j\omega L$ przy spełnieniu warunku $R=\omega L={\frac {1}{\omega C}}$.
6. Rozpatrzyć przypadek przerwy w fazie odbiornika w połączeniu gwiazdowym bez przewodu zerowego. Porównać go z układem jednofazowym z dwoma źródłami.

---

Literatura dodatkowa

• S. Osowski, K.Siwek, M. Śmiałek, Teoria obwodów, Oficyna Wydawnicza PW, Warszawa 2006.
• S. Bolkowski, Teoria obwodów elektrycznych, Wydawnictwa Naukowo Techniczne, Warszawa 1995.
• K. Mikołajuk, Podstawy analizy obwodów energoelektronicznych, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1998.