[WikiDyd] [TitleIndex] [WordIndex

Laboratorium podstaw elektromagnetyzmu

Scenariusz ćwiczenia 4: ''Badanie zjawiska wypierania prądu''

Pomiary

Uwaga: W trakcie ćwiczeń wykonujemy pomiary napięcia i kąta przesunięcia fazowegopomiędzy przebiegami, wszelkie obliczenia wykonane zostaną w czasie przygotowywania sprawozdania, po zakończeniu zajęć.


  1. Zapoznanie się z systemem zasilania i pomiarów:
    1. zasilacz
      • zasilacz umożliwia zasilenie modeli przewodu prądem o częstotliwościach 50, 150 i 450 Hz i amplitudzie regulowanej skokowo;
      • wszelkie nastawienia wykonujemy przy wyłączonym zasilaczu - stan wyłączenia sygnalizuje świecąca czerwona dioda umieszczona nad wyłącznikiem głównym (duży czerwony przycisk na środku panelu)
      • po ustawieniu odpowiedniej wartości prądu, włączamy zasilacz przez wciśnięcie odpowiedniego przycisku
    2. modele
      • oba modele: przewodu o przekroju prostokątnym i przewodu o przekroju kołowym to odcinki prostego przewodu z zamontowanym układem pomiarowym
      • układ pomiarowy to zestaw przewodów poprowadzonych tak (co opisano w skrypcie), aby umożliwic pomiar napięcia proporcjonalnego do gęstości prądu w odpowiednim punkcie przekroju poprzecznego przewodu
      • zaciski pomiarowe umieszczone sa zawsze na jednym z końców modelu
    3. pomiar napięcia
      • do pomiaru napięcia wykorzystujemy woltomierz cyfrowy
      • napięcie na zaciskach pomiarowych w zasadzie nie przekracza 100 mV (wyjątkiem są napięcia przy powierzchni modelu o przekroju kołowym) - należy zwrócić uwagę na wybór odpowiedniego zakresu przyrządu
    4. pomiar przesunięcia fazy
      • do pomiaru przesunięcia fazowego pomiędzy wektorem gęstości prądu w różnych punktach przekroju przewodu wykorzystujemy oscyloskop, na którym będziemy obserwować przebieg wzorcowy (zwykle jest to przebieg na zaciskach '1') i przebieg, którego fazę chcemy wyznaczyć
      • ze względu na niewielką amplitudę sygnałów pomiędzy oscyloskop a model włączamy wzmacniacz sygnału
      • w celu pomiaru przesunięcia fazowego należy ustawić na oscyloskopie możliwie długą podstawę czsu - aby obserwować na ekranie pojedyncze okresy przebiegów
      • po ustaleniu przebiegów, włączamy opcję 'cursors' i następnie ustawiamy kursory na momentach "przejścia przez zero" obu przebiegów. Po prawej stronie ekranu pojawi się informacja o odległości pomiędzy kursorami, wyrażona w mili- lub mikrosekundach. Zapisujemy ją, aby następnie przeliczyć na stopnie (np. dla częstotliwości 50 Hz T=20 ms, a więc 1 ms odpowiada 18 stopnim, itp).
    5. pomiar całkowitego prądu płynącego przez przewód
      • do zmierzania całkowitego prądu płynącego przez model wykorzystujemy miernik cęgowy
  2. Wyznaczenie rozkładu gęstości prądu w funkcji położenia dla przewodu o przekroju prostokątnym umieszczonym w powietrzu (różna wartość amplitudy prądu i różne częstotliwości)
    • ustawiamy zasilanie dla 50 Hz i wykomujemy pomiary napięcia na zaciskach dla dwóch różnych wartości prądu (wartość prądu mierzymy za każdym razem miernikiem cęgowym i zapisujemy w protokole)
    • dla jednej z wybranych wyżej wartości prądu wykonujemy także pomiary przesunięcia fazowego między przebiegami
    • ustawiamy zasilanie dla 150 Hz i wykomujemy pomiary napięcia na zaciskach dla dwóch różnych wartości prądu (wartość prądu mierzymy za każdym razem miernikiem cęgowym i zapisujemy w protokole)
    • ustawiamy zasilanie dla 450 Hz i wykomujemy pomiary napięcia na zaciskach dla dwóch różnych wartości prądu (wartość prądu mierzymy za każdym razem miernikiem cęgowym i zapisujemy w protokole)
  3. Wyznaczenie rozkładu gęstości prądu w funkcji położenia dla przewodu o przekroju prostokątnym umieszczonym w żłobku ferromagnetycznym (różna wartość amplitudy prądu i różne częstotliwości)
    • ustawiamy zasilanie dla 50 Hz i wykomujemy pomiary napięcia na zaciskach dla dwóch różnych wartości prądu (wartość prądu mierzymy za każdym razem miernikiem cęgowym i zapisujemy w protokole)
    • dla jednej z wybranych wyżej wartości prądu wykonujemy także pomiary przesunięcia fazowego między przebiegami
    • ustawiamy zasilanie dla 150 Hz i wykomujemy pomiary napięcia na zaciskach dla dwóch różnych wartości prądu (wartość prądu mierzymy za każdym razem miernikiem cęgowym i zapisujemy w protokole)
    • ustawiamy zasilanie dla 450 Hz i wykomujemy pomiary napięcia na zaciskach dla dwóch różnych wartości prądu (wartość prądu mierzymy za każdym razem miernikiem cęgowym i zapisujemy w protokole)
  4. Wyznaczenie rozkładu gęstości prądu w funkcji położenia dla przewodu o przekroju kołowym umieszczonym w powietrzu (różna wartość amplitudy prądu i różne częstotliwości)
    • ustawiamy zasilanie dla 50 Hz i wykomujemy pomiary napięcia na zaciskach dla dwóch różnych wartości prądu (wartość prądu mierzymy za każdym razem miernikiem cęgowym i zapisujemy w protokole)
    • ustawiamy zasilanie dla 150 Hz i wykomujemy pomiary napięcia na zaciskach dla dwóch różnych wartości prądu (wartość prądu mierzymy za każdym razem miernikiem cęgowym i zapisujemy w protokole)
    • ustawiamy zasilanie dla 450 Hz i wykomujemy pomiary napięcia na zaciskach dla dwóch różnych wartości prądu (wartość prądu mierzymy za każdym razem miernikiem cęgowym i zapisujemy w protokole)

Po zakończeniu pracy protokół powinien zostać podpisany przez prowadzącego.

Wykonanie sprawozdania

  1. Wyznaczenie amplitud wektora gęstości prądu: na podstawie wzorów znajdujących się w skrypcie. Dla przewodu o przekroju prostokątnym przyjmujemy przewodność 50 MS/m (megasimensów/metr), dla przewodu o przekroju kołowym - 3.5 MS/m
  2. Wyznaczenie kątów przesunięcia fazowego pomiędzy przebiegami w różnych punktach przekroju
  3. Wykreślenie wykresów wektorowych (dwa wykresy, dla dwóch przypadków, w których zmierzyliśmy przesunięcia fazowe przebiegów)
  4. Sprawdzenie, dla dwóch wybranych przypadków (dla których zmierzyliśmy przesunięcia fazowe przebiegów), czy suma poszczególnych prądów cząstkowych (otrzymanych przez pomnożenie odpowiedniej gęstości prądu przez odpowiedni fragment powierzchni przekroju przewodu) jest równa całkowitemu prądowi przepływającemu przez przewód.
  5. Porównanie rozkładów amplitud wektora gęstości prądu dla różnych częstotliwości i prądów: wykonujemy 3 wykresy - 1 dla przewodu prostokątnego w powietrzu, drugi dla przewodu prostokątnego w żłobku, trzeci dla przewodu o przekroju kołowym. Na każdym wykresie zestawiamy wszystkie rozkłady amplitud dla okrełsonego przypadku. Aby wykresy można było porównać, wykreślamy każdy z nich w skali względnej 0-1, gdzie 1 odpowiada maksymalnej wartości dla danego przebiegu. W ten sposób bedziemy mogli porównać kształty przebiegów i na ich podstawie stwierdzić, jak na zjawisko naskórkowości wpływa częstotliwość przebiegu, a jak - amplituda prądu.
  6. Wyznaczenie teoretycznego rozkładu gęstości prądu dla wybranego przypadku w przewodzie o przekroju kołowym - porównanie z pomiarami.


Materiały zostały opracowane w ramach realizacji Programu Rozwojowego Politechniki Warszawskiej.

http://prpw.iem.pw.edu.pl/images/KAPITAL_LUDZKI.gif http://prpw.iem.pw.edu.pl/images/EU+EFS_P-kolor.gif

http://www.pr.pw.edu.pl/ jest projektem współfinansowanym przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu społecznego (działanie 4.1.1 Programu Operacyjnego Kapitał Ludzki) i ma na celu poprawę jakości kształcenia oraz dostosowanie oferty dydaktycznej Politechniki Warszawskiej do potrzeb rynku pracy. Będzie on realizowany przez Uczelnię w latach 2008-2015.


2015-09-23 06:44