ETG-Labor 1.Sem Spannungsquelle. Spannungsquelle R L

Transkript

1 Spannungsquelle 1 Lernzel: Nach Durchführung der Übung kann der Studerende: De Kenngrößen ener realen Spannungsquelle benennen und dese messtechnsch erfassen Mt Hlfe der Spannungskompensatonsmethode klenste nnenwderstände messen De Strom Spannungskennlne enes Labornetzgerätes ermtteln Den ntersched zwschen ener lnearen und zetunabhänggen Quelle und ener zetabhänggen und nchtlnearen Quelle benennen 2 Vorberetungen: Lteratur: D.Zastrow, Elektrotechnk 15.Aufl. Kap.5.4 ff Ersatzschaltbld ener realen Spannungsquelle q Legende q Quellenspannung nnenwderstand nnerer Spannungsabfall Klemmenspannung (äußerer Spannungsabf.) Stromstärke Lastwderstand Kenngrößen der Spannungsquelle q, Jede Spannungsquelle lässt sch durch oben stehendes Ersatzschaltbld (ESB) ersetzten. Das Ersatzschaltbld besteht aus ener dealen Spannungsquelle und enem Serenwderstand. Deses ESB bldet de Strom- und Spannungsverhältnsse, de an der realen Quelle auftreten, nach. Es lässt sch zegen, dass reale Spannungsquellen (1) m Leerlauf de maxmale Klemmenspannung aufwesen (2) Be Belastung de Klemmenspannung snkt und mt zunehmender Belastung weter abnmmt. (3) Be Kurzschluss de Stromstärke ncht unendlch groß wrd, sonder enen endlchen defnerten Wert annmmt Ad (1) Leerlauf q 0A V 0 Ene Quelle befndet sch m Leerlauf wenn hr ken Strom entnommen wrd. Somt glt 0A. De m Leerlauf an den Klemmen gemessene Spannung nennt sch Leerlaufspannung 0 und entsprcht, wel de Stromstärke 0A st und somt am nnenwderstand kene Spannung abfallen kann, der nneren Quellspannung q. 0A 0V R q 0 Agner, Jäger; Haml, Lndmoser, Magauer ETH-Lab 1/5

2 Ad (2) Belastung q Ad (3) Kurzschluss Ene Quelle wrd belastet wenn hr en Strom entnommen wrd. Somt glt >0A. De be Belastung an den Klemmen gemessene Spannung st klener als de Leerlaufspannung, da der Strom sowohl am nnenwderstand we auch am äußeren Wdertand enen Spannungsabfall verursacht. Es legt der klasssche Fall ener Spannungstelung vor. RL R + R + R q L q K 0V Der Kurzschluss stellt den größten Belastungsfall ener Quelle dar. De Stromstärke wrd bem Kurzschluss nur von den nneren Wderständen der Quelle begrenzt und nmmt den Wert K an. q K 0 K R 3 Übungsdurchführung: Da de nnenwderstände von guten Labornetztelen verschwndend klen snd, kann an hnen schwer ene lneare Quellenkennlne aufgenommen werden. Es kann aber ene lneare Spannungsquelle nachgebldet werden. Das Labornetztel stellt dabe de deale Quellenspannung dar. Ene nachgeschaltete Box mt enem Wderstandsnetzwerk smulert den nnenwderstand der Spannungsquelle. Des verschlechtert zwar de Egenschaften der dealen Spannungsquelle, erlaubt uns aber de ntersuchung ener Quellenkennlne be unterschedlcher Belastung. 3.1 Messung der Quellenkennlne ener lnearen und zetunabhänggen Spannungsquelle Schaltungsaufbau ohne Messgeräte q5v 100Ω Potentometer als veränderbarer Belastungswderstand Anschaltbox lneare & zetunabhängge Spannungsquelle Agner, Jäger; Haml, Lndmoser, Magauer ETH-Lab 2/5

3 Messen Se de Klemmenspannung und de Stromstärke m Stromkres. Plazeren das Voltmeter und das Amperemeter so, dass der systematsche, schaltungsbedngte Messfehler mnmert wrd. Als veränderbarer Lastwderstand st en 100 Ω - Potentometer zu verwenden. Es soll für 10 unterschedlche Belastungsfälle ene Messrehe aufgenommen werden. Als Erstes soll de Spannung der Spannungsquelle unbelastet ( ) gemessen werden (Leerlauf). Danach wrd der veränderbare Wderstand engeschaltet und für wetere 8 Belastungsfälle Spannung und Stromstärke gemessen. Zuletzt wrd de Spannungsquelle kurzgeschlossen und der Kurzschlussstrom gemessen. Tragen Se de gemessenen Werte n ene Tabelle en. Mess- Bemerkungen punkt V ma 1 0, Leerlauf, 0 q , Kurzschluss, K Zechnen Se en Strom Spannungs - Dagramm f() mt den obgen Messwerten. Ergänzen Se deses um ene Wderstandsgerade für R100Ω. Ermtteln Se den nneren und den äußeren Spannungsabfall auf ren grafschem Wege. Ermtteln Se de Kenngrößen q und der Spannungsquelle. 3.2 Messung der Quellkennlne ener nchtlnearen und zetabhänggen Spannungsquelle De Quellenkennlne ener Battere bezehungswese enes Akkumulators soll ermttelt werden. m den Ladezustand der Quelle ncht zu stark abzusenken werden 3 Belastungsfälle mt möglchst kurzen Belastungszeten aufgenommen. Tragen Se de gemessenen Werte n ene Tabelle en. Mess- Bemerkungen punkt V ma 1 0, Leerlauf, 0 q , Kurzschluss, K Zechnen Se en Strom Spannungs - Dagramm f(). Verglechen Se de nchtlneare Spannungsquelle mt der lnearen Spannungsquelle und ermtteln Se de qualtatven nterschede. Es soll zum gemessenen Batteretyp en Datenblatt besorgt werden. Dskuteren Se de gemessenen Werte auch m Zusammenhang mt den Entladekurven, der Battere bzw. des Akkus. Agner, Jäger; Haml, Lndmoser, Magauer ETH-Lab 3/5

4 3.3 Messung des nnenwderstands mt der Spannungskompensatonsmethode Schaltungsaufbau S V q nchtlneare & zetabhängge Spannungsquelle A K Labornetzgerät Messanletung: Be geöffnetem Schalter S wrd de Spannung der Kompensatonsquelle (Labornetzgerät) solange erhöht bs de Spannung der zu messenden Spannungsquelle voll kompensert wrd. Das Dfferenzvoltmeter zegt dann den Wert Null an und K q. Dann wrd der Schalter S geschlossen und es fleßt en Strom. Deser verursacht enen Spannungsabfall am nnenwderstand. Deser Spannungsabfall wrd nun vom Dfferenzvoltmeter angezegt. Aus den gemessenen Werten von und lässt sch der nnenwderstand berechnen. R Da nach der Kompensaton de Dfferenzspannung Null st, kann man den Messberech des Voltmeters auf den klensten Berech zu reduzeren. Somt werden Spannungsdfferenzen m mv Berech messbar. Mt deser Methode lassen sch nnenwderstände m mω Berech messtechnsch genau ermtteln. Ermtteln Se den nnenwderstand der Battere (Akkumulators) nach der Spannungskompensatonsmethode. 3.4 Messung der Spannungs - Strom Kennlne enes strombegrenzten Labornetzgerätes Labornetzgerät 30V / 5A 100Ω Vorberetungen: Vor Aufnahme der Kennlne st de Stromgrenze enzustellen. Durch Drücken der Leuchttaste n der Mtte des Netzgeräts werden de Ausgänge en- und ausgeschaltet. Schalten Se de Ausgänge aus. De Beleuchtung der Taste erlscht. n desem Zustand zegt das Amperemeter de engestellte Stromgrenze an. Stellen Se dese auf 400mA en. Stellen Se de Ausgangsspannung auf 30V en. Aktveren Se de Netztelausgänge und messen Se de Klemmenspannung und Stromstärke für unterschedlche Belastungen 0 100Ω. Εs snd 11 Messpunkte aufzunehmen. Agner, Jäger; Haml, Lndmoser, Magauer ETH-Lab 4/5

5 Mess- punkt Bemerkungen V ma 1 Berech der Spannungskonstanthaltung Grenze Übergang von CV auf C Berech der Stromkonstanthaltung 11 m Berech der Spannungskonstanthaltung sollten de Messpunkte so gewählt werden, dass de Stromerhöhungen konstant snd. Zum Bespel 0mA; 80mA; 160mA 400mA. m Berech der Stromkonstanthaltung sollten de Messpunkte so gewählt werden, dass de Spannungsabsenkungen konstant snd. Zum Bespel 30V; 24V; 18V 0V. De gemessenen Werte snd n ene Tabelle enzutragen und de Spannungs Strom Kennlne st zu zechnen. 4 Ausarbetung: Kurze Enletung zum Thema (was gescheht be der Übung, ca. 10 Zelen) nventarlste, (geegnet zum dentschen Wederaufbau der Anordnung) Messschaltungen Beschrebung des Messvorganges Messwerttabellen Kennlnen laut Vorgaben (sehe Vorgaben) Schlussfolgerungen, Erkenntnsse 5 Kontrollfragen Was versteht man unter Leerlauf? Was versteht man unter Kurzschluss? We groß sollte der nnenwderstand ener dealen Spannungsquelle sen? Was snd de Kenngrößen ener lnearen Spannungsquelle und we könne dese gemessen werden? Warum zegt das Dfferenzvoltmeter be der Spannungskompensatonsmethode den Spannungsabfall an an? Agner, Jäger; Haml, Lndmoser, Magauer ETH-Lab 5/5