Praktikum Grundlagen der Elektrotechnik

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1 Praktikum Grundlagen der Elektrotechnik 1. Versuch GET : Schaltverhalten an und 2. Standort Helmholtzbau H 2546 und 2548 Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik Institut für Informationstechnik Fachgebiet Grundlagen der Elektrotechnik. Ziel und Inhalt Praktische ntersuchung von Ausgleichsvorgängen in Netzen mit Energiespeichern ( oder/und ) mit Hilfe eines Digitalspeicheroszilloskops, messtechnische Bestimmung von Zeitkonstanten und Abklingkonstanten. 4. Vorausgesetztes Wissen - Kenntnisse über die theoretischen Grundlagen von Ausgleichsvorgängen in linearen elektrischen Netzen mit einem oder zwei unabhängigen Energiespeichern ( oder/und ); - ösung von Differentialgleichungen 1. und 2. Ordnung mit konstanten Koeffizienten bei gegebenen Anfangsbedingungen und Ermittlung der Anfangsbedingungen aus den Netzwerkzuständen zum Zeitpunkt t = + 0 ; - Analytische Ermittlung der Zeitkonstanten τ, der Halbwertszeit t H und der Abklingkonstanten δ. 5. iteratur zur Vorbereitung - Hinweise zu diesem Praktikumsversuch im abweb 1 (Versuchsanleitungen) - Praktikumsanleitung zum Versuch GET2 - Vorlesungsunterlagen Allgemeine Elektrotechnik - Seidel/Wagner, Allgemeine Elektrotechnik, arl Hanser Verlag München - Weißgerber, Elektrotechnik für Ingenieure, Band : Ausgleichsvorgänge, Fourieranalyse, Vierpoltheorie. - Verlag Friedr. Vieweg & Sohn, Braunschweig/Wiesbaden, unze, Theorie der Wechselstromschaltungen. Verlag Technik Berlin - Diverse mathematische Grundlagenbücher mit Kapiteln zur Theorie der linearen Differentialgleichungen in der ehrbuchsammlung 1 GET, Stand März 2009 Seite 1 von 5

2 6. Vorbereitung 6.1. Für die Schaltung nach Bild 1 berechnen Sie die Verläufe der Kondensatorspannung u ( t ) und des Kondensatorstromes i () t. Zeichnen Sie die Verläufe für t = ms. Das elais schaltet mit f N = 50 Hz, d. h. t Schalt = T N 2 = 10 ms Für die Schaltung nach Bild 2 berechnen Sie die Verläufe des Spulenstromes i () t und der Spulenspannung u () t. Zeichnen Sie die Verläufe für t = ms. Das elais schaltet mit f N = 50 Hz, d. h. t Schalt = T N 2 = 10 ms. 6.. Stellen Sie für den Abschaltvorgang nach Bild * die Differentialgleichungen für die Kondensatorspannung u () t und den Strom i( t ) auf. Ausgehend von u ( 0) u ( ) du 0, di, dt dt t= t= 0 = geben Sie alle Anfangsbedingungen an: 0. Ermitteln Sie die vollständigen ösungen für die möglichen Fälle einschließlich der Bestimmung der Integrationskonstanten aus den Anfangsbedingungen sowohl für die Kondensatorspannung u () t als auch für den Strom i( t ). 7. Geräte und Baugruppen am Versuchsplatz - 1 Digitalspeicheroszilloskop V Plotter 681-XA - 1 polarisiertes elais - 1 Bauteil Spule - 1 Bauteil Kondensator - Bauteile Widerstände - 1 Akkumulator Benutzen Sie die, - Werte für Ihren Praktikumsraum. GET, Stand März 2009 Seite 2 von 5

3 8. Aufgabenstellung und Versuchsauswertung Informieren Sie sich anhand der am Versuchsplatz ausliegenden Anleitung über die Einstellungen zu den Oszilloskop-Betriebsarten EATIME/STOAGE. Siehe auch Anleitung zum Versuch GET Bauen sie die Messschaltung für das folgende Schaltbild: = 1 μf a) = 0,1 k Ω, = 0,1 kω b) = 0,1 k Ω, = 4,0 kω c) = 4,0 k Ω, = 0,1 kω Bild 1 Oszillografieren Sie die Kondensatorspannung u ( t ) und den Kondensatorstrom i ( ) t für die Widerstandswerte a), b) und c). Bestimmen Sie für diese Widerstandskombinationen in der Betriebsart STOAGE die Zeitkonstanten für Aufladen und Entladen aus dem Spannungsverlauf u () t. Ermitteln Sie durch Kursormessung in der Betriebsart STOAGE jeweils X 0 und X für die Kondensatorspannung u und den Kondensatorstrom i am Anfang und Ende des Aufbzw. Entladevorganges und geben Sie die konkreten Zeitverläufe beider Größen an. Vergleichen Sie alle Messergebnisse mit den aus den Bauelementeparametern ermittelten. Plotten Sie unter Aufsicht des aborleiters die Kurvenverläufe für die Einstellung b). Nutzen Sie die ursorlinien der Spannungsmessung zur Darstellung der Nulllinien. GET, Stand März 2009 Seite von 5

4 8.2. Bauen sie die Messschaltung für das folgende Schaltbild: H 2546: = 5, 2 H, = 545 Ω H 2548: = 9,8 H, = 1,17 kω a) = 0,1 k Ω, = 5 kω b) = 0,1 k Ω, = 0,1 kω Bild 2 Oszillografieren Sie den Spulenstrom i ( t ) und die Spulenspannung u () t für die Parameterwerte a) und b). Bestimmen Sie für diese Widerstandskombinationen aus dem Verlauf des Spulenstromes u () t die Zeitkonstanten für Einschalten und Abschalten. Ermitteln Sie wiederum X 0 und X für den Spulenstrom i und die Spulenspannung u am Anfang und Ende des Einund Abschaltvorganges zur Angabe der konkreten Zeitverläufe beider Größen. Was ist bei der Messung von u zu beachten? Vergleichen Sie alle Messergebnisse mit den aus den Bauelementeparametern ermittelten. Plotten Sie unter Aufsicht des aborleiters die Kurvenverläufe für die Einstellung b). Nutzen Sie die ursorlinien der Spannungsmessung zur Darstellung der Nulllinien. GET, Stand März 2009 Seite 4 von 5

5 8.. Bauen sie die Messschaltung für das folgende Schaltbild: 1 2 a) = 47 nf b) = 4,7 nf Bild = 5 kω H 2546: = 5, 2 H, = 545 Ω H 2548: = 9,8 H, = 1,17 kω Oszillografieren Sie die Kondensatorspannung u ( t ) und den Kondensatorstrom i ( t ) beim Entladen des Kondensators über die eihenschaltung Spule und Widerstand Messen Sie für die Parameter a) und b) in der Betriebsart STOAGE Eigenfreuenz f e und Abklingkonstante δ (Dämpfung) des Ausgleichsvorganges. Vergleichen Sie die Messergebnisse mit den aus den Bauelementeparametern ermittelten. Plotten Sie unter Aufsicht des aborleiters für die Einstellung a) die Kurvenverläufe und i f u x = f x, Parameter t eliminiert). die Phasenkennlinie = ( ) (entspricht ( ) Ermitteln Sie für die Parameter a) und b) aus den Messwerten für ω e und δ unter Annahme einer freuenzunabhängigen Kapazität und im ahmen unserer vorliegenden Messbedingungen die Werte der Induktivität und des Spulenwiderstandes. Beachten Sie, dass ω = ω + δ. 0 e Vergleichen Sie diese Werte mit den Bauelementeparametern. Welche Aussagen sind für das ohmsch-induktive Ersatzschaltbild der realen Spule zu treffen? GET, Stand März 2009 Seite 5 von 5