TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM MẠCH ĐIỆN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TÀI LIỆU THÍ NGHIỆM MẠCH ĐIỆN Lưu hành nội bộ 2008 Giáo trình thí nghiệm mạch điện Trang 1 THÍ NGHIỆM SỐ 1 MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU Giáo trình thí nghiệm mạch điện Trang 2 A. CƠ SỞ LÝ THUYẾT: I. CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN: 1.1 Định luật ohm: - Đối với đoạn mạch chỉ có điện trở thuần R: . R UIR= (1-1) 1.2 Định luật Kirchhoff 1 (K1, định luật Kirchhoff về dòng điện) “Tổng đại số các dòng điện tại một nút bất kỳ bằng không”. ∑ = = n k k i 1 0 Trong đó, có thể qui ước: các dòng điện có chiều đi vào nút mang dấu “+”, dòng đi ra khỏi nút mang dấu “-”. Ta cũng có thể qui ước ngược lại : đi vào nút mang dấu “-”, dòng đi ra khỏi nút mang dấu “+”. Ví dụ: cho một nút mạch như hình 1-1. Ta có: i 1 + i 2 + i 3 – i 4 – i 5 = 0 i 1 + i 2 + i 3 = i 4 + i 5 Nghĩa là tổng các dòng điện đi vào nút (đỉnh) bằng tổng các dòng điện ra khỏi nút. Định luật K1 nói lên tính chất liên tục của dòng điện. Mở rộng định luật K1 cho mặt mạch : Tổng đại số các dòng điện đi qua mặt cắt bất kỳ trong một mạch điện bằng không. (Dòng điện đi vào mặt cắt lấy dầu “+” và dòng điện đi ra lấy dấu “-” ) i 1 i 2 i 3 i 4 i 5 Hình 1-1 R I . R UIR= Đ oạn mạch chỉ có điện trở thuần R Giáo trình thí nghiệm mạch điện Trang 3 1.3 Định luật Kirchoff 2: (Gọi là định luật Kirchhoff về điện áp) “Tổng đại số các điện áp trên các phần tử dọc theo tất cả các nhánh trong một vòng bằng không”. 1 0 n k k u = = ∑ (1-4) Dấu của điện áp được xác định dựa trên chiều dương của điện áp đã chọn so với chiều của vòng. Chiều của vòng được chọn tuỳ ý (cùng chiều hoặc ngược chiều kim đồng hồ). Trong mỗi vòng nếu chiều vòng đi từ cực “+” sang cực “-” của điện áp, thì điện áp mang dấu “+”, còn ngược lại mang dấu “-”. Ví dụ: cho mạch như hình 1-2. Viết phương trình K2 cho mạch. Theo vòng C1: -E 1 + u R1 + u R2 + u R3 + u R4 = 0 (1-5) Theo vòng C2: -E 2 + u R5 + u R3 = 0 (1-6) (1-5) Æ u R1 + u R2 + u R3 + u R4 = E 1 (1-6) Æ u R5 + u R3 = E 2 Từ (1-5) và (1-6) người ta có thể phát biểu K2: “Đi theo vòng khép kín, theo chiều tuỳ ý, tổng đại số các điện áp rơi trên các phần tử bằng tổng đại số các sức điện động trong vòng”; trong đó những sức điện động và điện áp có chiều trùng với chiều vòng sẽ lấy dấu dương “+”, ngược lại mang dấu âm “-”. pi Vong Vong ue= ∑∑ (1-7) R 1 R 2 R 5 R 3 R 4 E 1 i 1 i 3 + u R1 - + u R2 - - u R4 + - u R5 + + u R3 - + - + - C1 C2 E 2 Hình 1-2 Giáo trình thí nghiệm mạch điện Trang 4 1.4 Định luật cân bằng công suất: Tổng công suất trên các phần tử trong mạch bằng không : ∑ = =± n k k tp 0 0)( (1-8) 1.5 Nguyên lý xếp chồng: * Đáp ứng của mạch với nhiều nguồn kích thích độc lập bằng tổng các đáp ứng với từng nguồn kích thích độc lập riêng rẽ. * Khi tìm đáp ứng của mạch với một nguồn kích thích độc lập nào đó phải triệt tiêu các nguồn độc lập khác. + Nguồn áp : ngắn mạch. + Nguồn dòng : hở mạch. 1.6 Phép biến đổi tương đương a. Biến đổi điện trở (hình 1-5a,b) e(t) R 5 J(t) C R 2 L βi(t) u(t) Hình 1-4 k i k U p(t) >0 k i k U p(t) < 0 Hình 1-3 R 1 R 2 R 12 = R 1 + R 2 R 2 21 21 12 . RR RR R + = R 1 (a)Điện trở ghép nối tiếp (b)Điện trở ghép song song Hình 1-5 Giáo trình thí nghiệm mạch điện Trang 5 b. Biến đổi nguồn (hình 1-6a,b) II. CÁC DỤNG CỤ ĐO 2.1 Đo dòng điện một chiều (DC) Cả ba cơ cấu từ điện, điện từ, điện động đều đo được dòng điện DC, tuy nhiên giá trị nhỏ tối đa cỡ mA. Để đo được dòng điện lớn hơn và có nhiều tầm đo thích hợp, ta phải mở rộng tầm đo cho cơ cấu chỉ thị. - Mạch điện trở shunt riêng rẽ. Điện trở shunt được xc định: R m : điện trở nội của cơ cấu chỉ thị I max : dòng điện tối đa qua cơ cấu chỉ thị I tđ : tầm đo của ampe kế Hình 1-7: đồng hồ đo E 1 E 2 E 3 E 123 =E 1 – E 2 + E 3 J 1 J 2 J 3 J 123 =J 1 -J 2 +J 3 (a)Các nguồn áp nối tiếp (b)Các nguồn dòng song song Hình 1-6 a,b Giáo trình thí nghiệm mạch điện Trang 6 - Do dòng điện AC lớn bằng ampe kế xoay chiều + biến dòng (ampe kẹp) Ví dụ: I 1 = 30.000A, I đm = I 2 = 30A 1 2 2 1 1000 30 000.30 N N I I K I ==== chọn N 1 =2 vòng thì N 2 =2000 vòng 2.2 Đo điện áp bằng vôn kế thường 2.2.1 Đo điện áp DC Nguyên lý đo: điện áp đo được chuyển thành dòng điện đo qua cơ cấu chỉ thị. Cơ cấu từ điện + R P = Vôn kế DC : vài trăm mV ÷ kV 2.2.1.1 Mạch R P riêng rẽ )( max pkmkño RR I VV + = = m R I V maxmax = m pk k R R V V +=⇒ 1 max ⇒ )1( max −= V V RR k mPk R S + - I max , R m I S I m I đo A I tải I 1 I 2 Tải + - U Hình 1-9: Đo dòng điện lớn dùng biến dòng + + I max , R m - I m R 1 R 2 R k - V đo 1 2 k Hình 1-10: Mạch đo áp kiểu riêng rẽ R S1 + - I max , R m I m I đo R S2 R Sn I S1 I S2 I Sn 1 2 n Hình 1-8: Nguyên lý đo. Giáo trình thí nghiệm mạch điện Trang 7 2.2.1.2 Mạch R P vạn năng kPk R R R R ++ + = 21 )( max Pkmkño R R I VV + = = m R I V maxmax = m R R V V Pkk += 1 max → )1( max −= V V RR k mPk 2.2.2 Đo điện áp AC Cơ cấu từ điện + chỉnh lưu + R P = Vôn kế AC - Dùng mạch chỉnh lưu toàn kỳ. + Nếu R D = 0 ( hoặc V D = 0V) kPk R R R R + + += 21 ))(( max Pkmkño R R hd I VV + == mm R I R hd I hdV maxmaxmax .22,2)()( = = m Pkk R R hdV V += 1 )( max → )1 )( ( max −= hdV V RR k mPk + Nếu R D ≠ 0 ( hoặc V D ≠ 0V) kPk R R R R + + += 21 ))(()())(( maxmax PkmDPkmDkño R R hd I hdV R R R hd I VV + + = + + == ))(()( max PkmDk R R hd I hdVV + = − + + I max , R m - I m R 1 - V đo k R 2 R K . . . 2 1 Hình 1.11: Mạch đo áp kiểu shunt vạn năng + + I max , R m - I m R 1 - V đo k R 2 R K . . . 2 1 Hình 1.12: Mạch đo áp AC có nhiều tầm đo Giáo trình thí nghiệm mạch điện Trang 8 m R hd I hdV ).()( maxmax = m PkDk R R hdV hdVV += − 1 )( )( max → )1 )( )( ( max − − = hdV hdVV RR Dk mPk - Dùng mạch chỉnh lưu toàn kỳ )1 )( )(.2 ( max − − = hdV h d VV RR Dk mPk 2.3 Đo điện áp bằng vôn kế điện tử 2.3.1 Nguyên lý cấu tạo và phân loại Các vôn kế dùng trong đo lường điện tử được phân loại dựa vào tính năng như sau: - Dạng chỉ thị: chỉ thị kim hay chỉ thị số - Thông số của điện áp đo: đo trị đỉnh, trị trung bình, hay trị hiệu dụng - Khoảng giá trị điện áp đo: µV, mV, kV - Mục đích sử dụng: vôn kế mẫu, vôn kế một chiều, vôn kế xoay chiều, vôn kế xung,… Về cấu tạo chung của vôn kế điện tử như hình 2.14 gồm hai khối cơ bản: bộ biến đổi và bộ chỉ thị. Bộ biến đổi của vôn kế là bộ tách sóng. Bộ tách sóng biến đổi điện áp xoay chiều cần đo thành áp một chiều. Tùy theo loại mạch tách sóng mà điện áp đo được xác định bởi các thông số điện áp khác nhau. Với loại µV, tín hiệu trước khi đưa vào bộ tách sóng thì được đưa qua bộ khuếch đại. Yêu cầu bộ khuếch đại có hệ số khuếch đại ổn định khi các điều kiện bên ngoài và điện áp nguồn cung cấp thay đổi, hệ số khuếch đại không phụ thuộc tần số, tổng trở vào phải lớn, điện dung vào phải nhỏ. Bộ biến đổi Bộ chỉ thị Điện áp cần đo Hình 1.13: Mạch nguyên lý chung của vôn kế điện tử Giáo trình thí nghiệm mạch điện Trang 9 Bộ chỉ thị của vôn kế là mạch đo điện áp một chiều, chỉ thị bằng kim hoặc số, yêu cầu tổng trở vào lớn (khoảng vài trăm MΩ). Để đảm bảo các yêu cầu này, đối với các bộ chỉ thị kim dùng trên thực tế thường hay dùng mạch khuếch đại áp một chiều dạng sơ đồ cầu và cơ cấu từ điện. 0 5 10 A 0 10 20 V Đồng hồ Ampe kế Đồng hồ Vôn kế Hình 1.14: Đồng hồ đo dòng và áp một chiều [...]... chỉnh nguồn E1 K1 + V3 3 2 K3 Nguồn E1 K2 Nguồn E2 Hình 1.16: Sơ đồ panel thí nghiệm Trang 12 4 5 6 1 0 Điều chỉnh nguồn E2 Giáo trình thí nghiệm mạch điện a/ Điện trở R trong mạch điện được xác định theo biểu thức: R = U/I b/ Mạch điện thí nghiệm theo sơ đồ hình 2: A1 E R1 V1 K1 Hình 1.17 c/ Tiến hành thí nghiệm: Lần lượt thí nghiệm với R1, R2, R3 Xác định R1max, R2max, R3   Sau khi CBHD kiểm tra... Trang 20 Giáo trình thí nghiệm mạch điện THÍ NGHIỆM SỐ 2 MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU MỘT PHA Trang 21 Giáo trình thí nghiệm mạch điện I CƠ SỞ LÝ THUYẾT Đại lượng x(t) gọi là điều hoà nếu nó biến thiên theo thời gian theo quy luật: x(t ) = Fm cos(ωt + ϕ) Ở đây x(t) có thể là dòng điện i(t), điện áp u(t), sức điện động e(t) hoặc trị số của nguồn dòng điện j(t) Fm >0 : biên độ; ω >0 : tần số...Giáo trình thí nghiệm mạch điện B THÍ NGHIỆM: I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM: 1 Làm quen cách sử dụng đồng hồ đo dòng điện _Ampe kế và dụng cụ đo điện áp_ Vôn kế 1 chiều 2 Thực tập cách lắp mạch điện một chiều có nguồn và tải R 3 Xác định thông số: R = U/I 4 Kiểm nghiệm nguyên tắc phân dòng: I1 R1 = I2 R2; I = I1 + I2 5 Kiểm nghiệm lại định luật Kirchhoff 1: Tại bất kì nút nào ΣI=0 6 Kiểm nghiệm lại định... ω0C ω0C Trang 23 1 LC Hình 2.1 Giáo trình thí nghiệm mạch điện 2 Mạch cộng hưởng song song (cộng hưởng dòng điện) Mạch cộng hưởng song song gồm ba phần tử R, L và C mắc song song Dẫn nạp của mạch: Y= 1 1 + + R jωL 1 1 1   = + j  ωC −  1 ωL  R  j ωC U L R C Y = G + jB(ω ) Với B(ω ) = ωC − 1 là điện nạp của mạch ωL 1 : là điện dẫn của mạch G= R Trở kháng của mạch là: Z = Khi cho B(ω ) = ωC − 1 = Y... 4.Bằng thí nghiệm xác định hiện tượng cộng hưởng điện áp trong mạch điện xoay chiều: a/ Trong mạch điện xoay chiều khi cảm kháng XL nối tiếp với dung kháng XC Nếu XL = XC → X = XL - XC = 0 (mạch chỉ còn R) ta có hiện tượng cộng hưởng điện áp và dòng điện trong mạch có trị số lớn nhất Từ sơ đồ hình 2: U I = U/Z = R2 + ( X L − X C )2 Trang 33 Giáo trình thí nghiệm mạch điện Khi XL = XC →... Vẽ quan hệ U1 = f(I1) U1(V) 25 20 15 10 5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 I1(A) 3 Kiểm nghiệm nguyên tắc phân dòng bằng thí nghiệm: a Dòng điện tổng bằng tổng dòng điện trong các nhánh rẽ: IΣ = ΣIi Trang 15 Giáo trình thí nghiệm mạch điện b Mạch thí nghiệm theo hình 1.18: A∑ E A2 A1 V1 K1 R1max A3 R3 R2max Hình 1.18 c/ Tiến hành thí nghiệm: Sau khi CBHD kiểm tra cho phép mới được đóng CB chính và khóa K - Biến... để có các trị số thích hợp U = 100 V - IΣ, I1, I2, I3 đều bé hơn 5A Kết quả thí nghiệm ghi vào bảng: TT Kết quả thí nghiệm U(V) IΣ I1 Kết quả tính toán I2 I3 IΣ = I1 + I2 + I3 I1/I2 I1/I3 I2/I3 1 2 3 4 5 d/ Nhận xét kết quả IΣ và tỷ lệ phân phối dòng trong thí nghiệm - Giải thích Trang 16 Giáo trình thí nghiệm mạch điện 4.Kiểm nghiệm định luật Kirchhoff... không; R1, R2 ở vị trí cực đại * Điều chỉnh E1, E2 thích hợp với các giá trị khác nhau: E1, E2 < 80V; I1, I2, I3 < 4A Ghi kết quả thí nghiệm vào bảng: TT Kết quả thí nghiệm E1 E2 UR1 UR2 Kết quả tính toán UR3 I1 I2 2 3 4 5 Trang 17 I1 +I2 -I3 E1 = E2 = UR1+UR3 1 I3 UR2+UR3 Giáo trình thí nghiệm mạch điện d/ Nhận xét chung về kết quả thí nghiệm - Giải thích ... hoặc KP =1/160)  Panel thí nghiệm bố trí tương ứng hình 1: CB : Aptomat tổng: đóng điện 3 pha vào bàn thí nghiệm K1 : khóa đóng điện vào từ ngẫu K2, K3 : khóa đổi nối để điều chỉnh điện dung XC KXL : khóa điều chỉnh các nấc của XL KU : tay điều chỉnh điện áp từ ngẫu KR : tay điều chỉnh biến trở R2 Hình 2.3: đồng hồ đo dòng và áp xoay chiều Trang 27 Giáo trình thí nghiệm mạch điện Đồng hồ Cosϕ Đồng... = 314 Giáo trình thí nghiệm mạch điện b /Mạch điện thí nghiệm theo sơ đồ hình 2.6: A1 A K U=220V W cosϕ 1 Z=R,XL,XC V X1 2 Hình 2.6: c/ Tiến hành thí nghiệm: Sau khi được CBHD kiểm tra cho phép mới được đóng CB Từ ngẫu điều chỉnh về vị trí U2 = 0V Lần lượt xác định R, XL , XC (nối lần lượt R, XL , XC vào 2 điểm 1 và 2 trong mạch) Tăng dần từ ngẫu và ghi kết quả vào bảng (chú ý dòng điện không được vượt . 5. Giải thích, nội trở của nguồn là gì? III. NỘI DUNG THÍ NGHIỆM: 1.Tìm hiểu thi t bị dụng cụ của bàn thí nghiệm: Trên bàn thí nghiệm có : * Nguồn xoay chiều 1 pha 220V qua