Báo cáo thí nghiệm môngiải tích mạch bài 2 mạch điện 1 chiều (DC)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA-ĐHQG TPHCM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Báo cáo thí nghiệm Mơn:Giải tích mạch GVHD: Cơ Nguyễn Thanh Phương Họ tên MSSV Đánh giá chéo Nguyễn Minh Nghĩa 2010446 10/10 Đào Anh Phi 2111996 10/10 Chữ kí Bài 2: Mạch điện chiều (DC) I Mục đích thí nghiệm: Bài thí nghiệm giúp sinh viên thực mạch điện mạch chia áp , mạch chia dòng, kiểm chứng luật Kirchoff khảo sát mạch giúp sinh viên so so sánh kết tính tốn lý thuyết kết thí nghiệm mạch điện DC nguồn nhiều nguồn II Mạch chia áp: a) Thực mạch chia áp hình 1.2.1.1: u1 u(V ) u2 u3 Tính Đo %Sai số Tính Đo %Sai số Tính Đo %Sai số 0,88 0,883 0,34 1,88 1,907 1,436 2,24 2,250 0,446 12 2,112 2,091 0,99 4,512 4,514 0,04 5,376 5,325 0,95 trị đo |giá trịgiáđúng−giá |∙ 100(%) trị % sai số = u1=u × R1 R1 + R2 + R3 u2=u × R2 R1 + R2 + R3 u3=u× R3 R1 + R2 + R b) Kiểm chứng định luật Kirchoff điện áp: u=∑ uk =u 1+u 2+u | %sai số = | u−∑ u k ∙ 100(%) u u(V) ∑ uk %Sai số 5,04 0,8 12 11,93 0,583 c) Thiết kế mạch chia áp DC gồm hai điện trở R1(có giá trị điện trở cho) R2 thỏa :  Áp vào mạch V, áp R2 V  Dòng mạch phải bé 10mA  Vẽ mạch thiết kế cho biết trị số : R1=2.2 kΩ , R2= ∙ 2.2 kΩ III Mạch chia dịng a) Thực chia dịng Hình 1.2.2.1 I 2(mA ) u(V) I 1(mA ) 12 1,051 2,523 I 1= Tính tốn Đo 0,57 1,372 0,427 1,141 I (mA ) % Sai số Tính toán Đo 25,08 16,84 0,48 1,151 0,574 1,362 % Sai số 19,58 18,33 u 4,7 × 5,6 2,2+ 4,7+5,6 I 2=I × 5,6 4,7+ 5,6 I 3=I × 4,6 4,7 +5,6 b) Kiểm chứng luật Kirchhoff dòng điện I 1=∑ I k =I 2+ I | % sai số = | I 1−∑ I k ∙ 100(%) I1 I 1(mA ) u(V) %sai số ∑ Ik 1,051 1,001 4,75 12 2,523 2,503 0,79 R R c) Thiết ké mạch chia dòng DC gồm hai điện trở 1, nối song song thỏa  Dòng tổng 10(mA)  R1=4,7 k Ω dòng qua 4(mA)  Vẽ mạch thiết kế cho biết trị số R2=3,133kΩ  Thực mạch thiết kế IV Giải tích mạch DC nhiều nguồn dùng chế nút mắc lưới : Với E1=¿nguồn áp DC có giá trị V E2=¿ nguồn áp DC có giá trị 12 Điện áp E1 E2 u1 u2 u3 u4 Giá trị tính 12 1,209 3,791 -8,209 -7 Giá trị đo 5,045 11,943 1,263 3,71 -8,223 -6,904 %sai số 0 5,25 2,137 0,171 1,371  Giá trị tính : Mạch có nhánh,4 nút, dịng nhánh : Từ mạch ta có hệ phương trình i 0=i +i (1) i 1=i 2+ i3 (2) i 3=i +i (3) −5+ 4,7 k i 1+2,2 k i 2=0 (4) −2,2 k i 2+5,6 k i +12=0 (5) 10 k i 4−5,6 k i 3−4,7 k i 1=0 (6) Sử dụng (2),(4),(5),(6) : i 1=0,2572 ( mA ) →u1=1,209 (V ) i 2=1,7232 ( mA ) → u2=3,791(V ) i 3=−1,4659 ( mA ) →u 3=−8,209(V ) i =−0,0685 ( mA ) → u 4=−7 (V ) V Cầu đo Wheatstone chiều đo điện trở : Giá trị VR Chỉ số DCV VI E¿ u2 VRcb −100 Ω 0,07 VRcb =¿2,2k 0,0008 VR cb +100 Ω -0,033 Kiểm chứng nguyên lý tỉ lệ mach DC : 4V 1,167 6V 1,723 8V 2,308 10V 2,919 12V 3,477 Chart Title 3.477 3.5 2.919 2.308 U2 2.5 1.5 1.723 1.167 0.5 10 Ein (V) Chuỗi VII Linear (Chuỗi 1) Kiểm chứng nguyên lý xếp chồng mạch DC : 12 Điện áp u1 VIII Mạch có nguồn Mạch có nguồn 3,78 -2,59 E1 (u11 ) E2 (u12 ) Giá trị tính theo xếp chồng 1,209 Giá trị đo có hai nguồn 1,263 % sai số dùng xếp chồng 5,25 Sơ đồ Theveni -Norton nguyên lý truyền công suất cực đại: U hm Giá trị đo 8,22 I nm Giá trị tính 8,194 Giá trị đo 3,09 Rthevenin Giá trị tính 3,207 Giá trị tính U hm: Mạch có nhánh, nút: i 0=i +i (1) −5+ ( 4,7+5,6 ) k i 1+12=0 (2) 10 k i 2−( 4,7+ 5,6 ) k i1 =0 (3) (1),(2),(3)=> i1=−0,679 ( mA ) , i 2=−0,7 ( mA ) , i 3=0,0204 (mA ) U hm=5,6 k i +12=8,194(V ) Giá trị đo 2,660 Giá trị tính 2,555 Giá trị tính I nm : Mạch có nhánh, nút: i 0=i +i (1) i 1=i 2+ inm (2) −5+ 4,7 k i 1=0 (3) 5,6 ki2 +12=0 (4) 10 ki3−5,6 k i 2−4,7 k i 1=0(5) (1),(2),(3),(4),(5)=> i 0=0,364 (mA ),i 1=1,064 ( mA ) ,i 2=−2,143 ( mA ) , i 3=−0,7 (mA ), i nm=3,207(mA ) VR 1kΩ 2kΩ 3kΩ 4kΩ 5kΩ 6kΩ 7kΩ 8kΩ 9kΩ 10kΩ I VR 2,26 1,77 1,47 1,25 1,08 0,96 0,86 0,78 0,71 0,66 PVR 5,108 6,266 6,483 6,25 5,832 5,53 5,177 4,867 4,537 4,356 PVR ( max đo )=6,483(mW ) Bài 3: Mạch điện xoay chiều I Mục đích Bài thí nghiệm giúp sinh viên khảo sát đặc trưng mạch điện trường hợp nguồn tác động lên mạch nguồn điều hòa, hay gọi nguồn xoay chiều (AC) Q trình thí nghiệm giúp Svv hiểu rõ thêm phương pháp biên độ (hay hiệu dụng) phức, cách dựng đồ thị vectơ tính tốn cơng suất mạch điều hòa II Đo trở kháng tụ điện: a) Thực mạch thí nghiệm hình 1.3.2: Tần số Um U cm U Rm I m (mA ) |Z C| (kΩ) 2kHz 1,6 1 1,6 1,4 ×10 5kHz 1,2 1,5 1,5 0,8 ×10 ∆ tC φC −4 −5 10kHz 0,6 1,8 1,8 0,333 2,4 × 10−5 b) Vẽ đồ thị |Z C| theo ω Cho biết biểu thức lý thuyết |Z C| theo ω Biểu thức lý thuyết: |Z C|= ω C Đồ thị : 100,8 90 o o 86,4 o Đồ thị |Zc| thay đổi theo  1800 1600 1600 Trở kháng Zc () 1400 1200 1000 800 800 600 333 400 200 4000 10000 20000  rad/s c) Kết luận điều φ C phụ thuộc ω φ C tỷ lệ nghịch ω III Mạch RC nối tiếp a) Thực mạch thí nghiệm RC nối tiếp hình 1.3.3: UC UR ∆t |Z| U I −5 −3 1,41Vrms 1,173 0,643 0,497×10 1,966kΩ ×10 b) Dựng đồ thị vectơ điện áp mạch theo số liệu đo φ 64,8 o c) Tính cơng suất mạch RC nối số liệu đo : CS biểu kiến S(mVA) 0,665 IV Hệ số cosφ CS tác dụng P(mW) CS phản kháng Q(mVAr) 0.426 0,283 0,602 Đo trở kháng cuộn dây a) Thực mạch thí nghiệm hình 1.3.4: Tần số Um U Lm U Rm I m(mA) |Z L|(Ω) kHz 1,4 1,1 1,1 1256,637 1,4 ×10 kHz 1,2 0,5 0,5 3141,593 5,6 ×10 10 kHz 2 0,4 0,4 6283,185 1,4 ×10 ∆ tl φL −4 100,8 o −5 100,8 o −4 100,8 o b) Vẽ đồ thị |Z L| theo ω Cho biết biểu thức lý thuyết |Z L| theo ω Biểu thức lý thuyết: ZL = ω.L, đồ thị tuyến tính Đồ thị |ZL| thay đổi theo  7,000 6283.185 Trở kháng ZL () 6,000 5,000 4,000 3141.593 3,000 2,000 1256.637 1,000 4000 10000 20000  rad/s Chuỗi c) Kết luận điều φ L phụ thuộc ω ω với giá trị φ L không thay đổi V Mạch RL nối tiếp a) Thực mạch thí nghiêm RL nối tiếp hình 1.3.5: U 1,41 Vrms UL UR 0,938 0,721 |Z| I −3 0,5 ×10 2820 ∆τ ×10 φ −5 50,4 b) Dựng đồ thi vectơ điện áp mạch theo số liệu đo dùng thước compa, chọn pha ban đầu dòng điện Từ đồ thị vectơ suy φ So sánh với giá trị φ đo bảng số liệu Xác định thành phần điện trở cuộn dây 2kHZ Ta có : I˙ ( R+ R L+ Z L ) =U˙ ↔ R L= U˙ 1,41∠ 50,4 o −R−Z L = −10 − j 400 π =797,54+ j916,21 −3 I˙ 0,5× 10 → R L =797,54 (Ω) (Do đo sai sót nên kết tính có phần ảo) c) Tính cơng suất mạch RL nối số liệu đo : CS biểu kiến S 7,05 ×10 −4 Hệ số cos ⁡(φ) 0,637 CS tác dung P −4 4,49 × 10 Có vẻ nhóm chúng em đọc lộn góc lệch pha VI Mạch RLC nối tiếp : a) Thực mạch thí nghiệm RLC nối tiếp hình 1.3.6 : CS phản kháng Q 5,43 ×10 −4 U UL UC UR I(mArms) |Z| ∆t 1,41 Vrms 1,126 1,552 0,858 0,716 1969,274 ×10 φ −5 b) Dựng đồ thị vecto điện áp mạch theo số liệu đo dùng thước compa Từ đồ thị vecto suy φ So sánh với giá trị φ đo bảng số liệu c) Tính cơng suất mạch RLC nối số liệu đo: CS biểu kiến S Hệ số cos ⁡(φ) CS tác dụng P CS phản kháng Q 21,6 o 0,9298 −3 1,01 ×10 −4 −4 9,387 ×10 3,716 ×10 d) Tính cơng suất P phần tử mạch RLC nối tiếp : P L(trên L) PC (trên C) %sai số= |5,127 ×10−4 −9,387 ×10−4| 9,387 ×10 −4 P R (trên R) P L + PC + PR 5,127 ×10 5,127 ×10 −4 −4 × 100 %=45,38 % % sai số lớn đọc giá trị sai VII Mạch RC song song a) Thực mạch thí nghiệm hình 1.3.8 : UR 1,41 Vrms I 0,45 ×10 IR −3 0,397 ×10 IC −3 φ (uR ∧i) −3 0,266 ×10 o 28,8 b) Vẽ đồ thị vecto dòng cho mạch song song chọn pha ban đầu áp ur (t) Từ đồ thị vecto, viết giá trị dòng , áp phức hiệu dung (dạng mũ) mạch : o U˙ R=1,41 ∠ (Vrms ) I˙R =0,397 ∠0o ( mArms) o I˙C =0,266 ∠90 (mArms) I˙ =0,478 ∠ 33,82o (mArms) Từ tính ra : U˙ Trở kháng nhánh song song : Z R /¿ C = ˙ R =2450,65− j 1641,811(Ω) I Góc lệch pha ur (t) i(t) : φ ( u r∧i ) =33,82o c) Tính công suất nhánh R//C theo số liệu đo : CS biểu kiến S −4 1,744 ×10 VIII Hệ số cosφ 0,881 Mạch RL song song : CS tác dụng P CS phản kháng Q 8,88 ×10 1,5 ×10 a) Thực mạch thí nghiệm hình 1.3.8 : −5 −4 UR 1,41 Vrms I IR −3 0,505 ×10 IL −3 0,354 × 10 φ (uR ∧i) −3 0,294 × 10 36 o b) Vẽ đồ thị vecto dòng cho mạch song song chọn pha ban đầu áp ur (t) Từ đồ thị vecto viết giá trị dòng, áp phức hiệu (dạng mũ) mạch : o U˙ R=1,41 ∠ (Vrms ) o I˙R =0,354 ∠0 ( mArms) I˙L =0,294 ∠−90o (mArms) o I˙ =0,460 ∠−39,71 (mArms ) Từ tính ra : U˙ Trở kháng nhánh song song : Z R /¿ C = ˙ R =2358.03+ j 1958.37 (Ω) I Góc lệch pha ur (t) i(t) : φ ( u r∧i ) =39.71 o c) Tính cơng suất nhánh R // L theo số liệu đo : CS biểu kiến S −4 1,996 ×10 IX 1,41 Vrms 1,41 Vrms 1,41 Vrms 1,41 Vrms C4 CS phản kháng Q 5,33 ×10 1,92 ×10 −5 −4 a) Thực mạch thí nghiệm hình 1.3.9: UR C3 CS tác dụng P Hiệu chỉnh hệ số công suất cosφ nhánh: C hc C1 Hệ số cosφ 0,809 I(mArms) 0,369 0,489 0,503 0,769 I R(mArms) 0,37 0,462 0,388 0,379 I L(mArms) 0,307 0,309 0,291 0,308 I C(mArms) 0,268 0,372 0,071 φ (uR ∧i) 36 o o 7,2 28,8 36 o o b) Với trường hợp C hc=¿ C 4: Vẽ đồ thị vecto dòng cho mạch song song chọn pha ban đầu áp ur (t) Từ đồ thị vecto viết giá trị dòng, áp phức hiệu (dạng mũ) mạch : o U˙ R=1,41 ∠ (Vrms) o I˙R =0,379 ∠0 (mArms ) o I˙L =0,308 ∠−90 (mArms) o I˙C =0,071 ∠90 ( mArms) I˙ =0,447 ∠−32,02o (mArms) cosφ 0,809 0.992 0,876 0,809 Từ tính : U˙ Trở kháng nhánh song song : Z R /¿ C/ ¿ L= ˙ R =2674,467+ j 1672,49(Ω) I Góc lệch pha ur (t) i(t) : φ ( u r∧i ) =32,02 o c) Có nhận xét trị hiệu dụng dịng qua nhánh i(t) trường hợp ? Nhóm chúng em đo sai nhiều nên chúng em khơng nhận xét kết khác lý thuyết dự kiến d) Trình bày chi tiết q trình tính giá trị C h c cần cần thiết để đưa hệ số công suất nhánh song song đợn vị cosφ =1 => φ =0 mà φ độ lệch pha dịng điện I U R Để φ =0 khơng tồn dòng điện thành phần ảo −j ) ωC ≈0  Z ảo=0=> Z L/ ¿C =0 ↔ j jωL− ωC jωL( ... giá trị V E2=¿ nguồn áp DC có giá trị 12 Điện áp E1 E2 u1 u2 u3 u4 Giá trị tính 12 1 ,20 9 3,7 91 -8 ,20 9 -7 Giá trị đo 5,045 11 ,943 1 ,26 3 3, 71 -8 ,22 3 -6,904 %sai số 0 5 ,25 2, 13 7 0 ,17 1 1, 3 71  Giá trị... 1, 436 2, 24 2, 250 0,446 12 2 ,1 12 2,0 91 0,99 4,5 12 4, 514 0,04 5,376 5, 325 0,95 trị đo |giá trịgiáđúng−giá |∙ 10 0(%) trị % sai số = u1=u × R1 R1 + R2 + R3 u2=u × R2 R1 + R2 + R3 u3=u× R3 R1 + R2 + R... vào mạch V, áp R2 V  Dòng mạch phải bé 10 mA  Vẽ mạch thiết kế cho biết trị số : R1 =2. 2 kΩ , R2= ∙ 2. 2 kΩ III Mạch chia dòng a) Thực chia dòng Hình 1 .2. 2 .1 I 2( mA ) u(V) I 1( mA ) 12 1, 0 51 2, 523