Untersuchung von Wechselstromschaltungen

Werner-v.-Siemens-Labor für elektrische Antriebssysteme
Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. H. Biechl
Prof. Dr.-Ing. E.-P. Meyer
Praktikum Grundlagen der Elektrotechnik 2
(GET2)
Versuch 3
Untersuchung von
Wechselstromschaltungen
Lernziel:
Dieser Praktikumsversuch dient dazu, die komplexe Wechselstromrechnung zu vertiefen. Hierzu sollen
Verschaltungen von Widerstand, Induktivität und Kondensator sowie ihre Kombinationen näher
untersucht werden.
Die als Vorbereitung berechneten Größen der Schaltungen werden durch Versuche mit Messungen
überprüft.
UR
UL
R
L
UC
I
C
U
UL+UC
UR
UL
UL
I
U
UC
UC
_________________________________________________________________________________________________________
Version 2.3
Fakultät Elektrotechnik
Seite 1 / 5
1. Versuchsvorbereitung
Zur Vorbereitung des Versuchs ist der Vorlesungsstoff nachzuarbeiten und die Berechnungen nach den
Abschnitten 1.1, 1.2 und 1.3 vor dem Praktikum durchzuführen.
1.1 RL-Reihenschaltung
Für eine sinusförmige Eingangsspannung mit dem Effektivwert U = 30V und der Frequenz ƒ = 50
Hz berechne man die folgenden Größen (die Innenwiderstände der Messgeräte, sowie die
Widerstände der Verbindungsleitungen sind für die Rechnung zu vernachlässigen):
- Effektivwert des Eingangsstroms I
- Effektivwerte der Spannungen UAB und UBC
- Nullphasenwinkel ϕi des Eingangsstroms I
- Wirkleistung P und Blindleistung Q
- Die errechneten Werte sind in die Tabelle 2.1 einzutragen.
UAB
I
0
I
A
A
R
B
50Ω
U
U
V
L
260mH
UBC
30V,
50Hz
C
Leistungsmesser
Bild 1.1. Versuchsaufbau für eine RL-Reihenschaltung
1.2 RC-Reihenschaltung
Für eine sinusförmige Eingangsspannung mit dem Effektivwert U = 30V und der Frequenz ƒ = 50
Hz berechne man die folgenden Größen (die Innenwiderstände der Messgeräte, sowie die
Widerstände der Verbindungsleitungen sind für die Rechnung zu vernachlässigen):
- Effektivwert des Eingangsstroms I
- Effektivwerte der Spannungen UAB und UBC
- Nullphasenwinkel ϕi des Eingangsstroms I
- Wirkleistung P und Blindleistung Q
- Die errechneten Werte sind in die Tabelle 2.2 einzutragen.
_________________________________________________________________________________________________________
Version 2.3
Fakultät Elektrotechnik
Seite 2 / 5
UAB
I
0
I
A
A
R
B
50Ω
U
U
V
C
UBC
16µF
30V,
50Hz
C
Leistungsmesser
Bild 1.2. Versuchsaufbau für eine RC-Reihenschaltung
1.3 RLC-Reihenschaltung
Für eine sinusförmige Eingangsspannung mit dem Effektivwert U = 30V und der Frequenz ƒ = 50
Hz berechne man die folgenden Größen (die Innenwiderstände der Messgeräte, sowie die
Widerstände der Verbindungsleitungen sind für die Rechnung zu vernachlässigen):
- Effektivwert des Eingangsstroms I
- Effektivwerte der Spannungen UAB , UBC , UBD und UCD
- Nullphasenwinkel ϕi des Eingangsstroms I
- Wirkleistung P und Blindleistung Q
- Die errechneten Werte sind in die Tabelle 2.3 einzutragen.
UAB
0
I
A
A
R
UBC
B
50Ω
L
C
260mH
U
U
V
C
16µF
30V,
50Hz
UCD
D
Leistungsmesser
Bild 1.3. Versuchsaufbau für eine RLC-Reihenschaltung
_________________________________________________________________________________________________________
Version 2.3
Fakultät Elektrotechnik
Seite 3 / 5
2. Versuchsdurchführung
2.1 RL-Reihenschaltung
Man baue die Schaltung nach Bild 1.1 auf, messe die folgenden Größen und trage diese in Tabelle
2.1 ein:
- Eingangsstrom I
- Spannungen UAB , UBC und UAC
- Wirkleistung P und Blindleistung Q
- Ist die aufgenommene Blindleistung induktiv oder kapazitiv?
- Ermittlung des Nullphasenwinkels ϕi des Eingangsstroms I
- Man vergleiche die Messwerte mit den errechneten Werten nach Tabelle 1.1 und berechne die
relativen Fehler.
Tabelle 2.1. Berechnete und gemessene Größen der RL-Reihenschaltung
Aufgabe
U
I
UAB
UBC
ϕi
P
Q
Rechnung
Messung
rel. Fehler
2.2 RC-Reihenschaltung
Man baue die Schaltung nach Bild 1.2 auf, messe die folgenden Größen und trage diese in Tabelle
2.2 ein:
- Eingangsstrom I
- Spannungen UAB , UBC und UAC
- Wirkleistung P und Blindleistung Q
- Ist die aufgenommene Blindleistung induktiv oder kapazitiv?
- Ermittlung des Nullphasenwinkels ϕi des Eingangsstroms I
- Man vergleiche die Messwerte mit den errechneten Werten nach Tabelle 1.2 und berechne die
relativen Fehler.
_________________________________________________________________________________________________________
Version 2.3
Fakultät Elektrotechnik
Seite 4 / 5
Tabelle 2.2. Berechnete und gemessene Größen der RC-Reihenschaltung
Aufgabe
U
I
UAB
UBC
ϕi
P
Q
Rechnung
Messung
rel. Fehler
2.3 RLC-Reihenschaltung
Man baue die Schaltung nach Bild 1.3 auf, messe die folgenden Größen und trage diese in Tabelle
2.3 ein:
- Eingangsstrom I
- Spannungen UAB , UBC , UBD und UCD
- Wirkleistung P und Blindleistung Q
- Ist die aufgenommene Blindleistung induktiv oder kapazitiv?
- Ermittlung des Nullphasenwinkels ϕi des Eingangsstroms I
- Man vergleiche die Messwerte mit den errechneten Werten nach Tabelle 1.3 und berechne die
relativen Fehler.
Tabelle 2.3. Berechnete und gemessene Größen der RLC-Reihenschaltung
Aufgabe
U
I
UAB
UBC
UCD
UBD
ϕi
P
Q
Rechnung
Messung
rel. Fehler
Den relativen Fehler berechne man mit folgender Gleichung:
rel. Fehler =
Wert Messung − Wert Re chnung
⋅ 100%
Wert Re chnung
_________________________________________________________________________________________________________
Version 2.3
Fakultät Elektrotechnik
Seite 5 / 5