lOMoARcPSD|46958826
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ
MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA BỘ MÔN ĐIỆN TỬ BÁO CÁO THÍ NGHIỆM
BÀI 3: MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU (AC) GVHD
: Nguyễn Thanh Phương
Ngày thực hiện: 01/07/2023 STT Họ và tên MSSV Điểm Ký tên 1 Đặng Thái Dương 2011031 2 Bùi Anh Duy 2210494 3 Lê Thành Đạt 2012922
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2023 A. MỤC ĐÍCH:
Bài thí nghiệm giúp sinh viên khảo sát các đặc trưng của một mạch điện trong trường
tác động lên mạch là nguồn điều hòa, hay còn gọi là nguồn xoay chiều (AC). Quá
nghiệm cũng giúp SV hiểu rõ thêm phương pháp biên độ (hay hiệu dụng) phức, cách
và tính toán công suất trong mạch điều hòa. lOMoARcPSD|46958826 B. ĐẶC ĐIỂM:
Phân tích mạch xác lập điều hòa thông qua tính toán trên mạch phức. Ở mạch
phức, trở kháng nhánh Z là số phức, bằng tỉ số biên độ phức áp và dòng trên nhánh.
Luật Ohm dạng phức được phát biểu: với I. Xác định |Z|:
Là tỉ số trị biên độ hay trị hiệu dụng của áp và dòng trên nhánh. Trị biên độ có thể
đọc nhờ dao động ký và trị hiệu dụng có thể đọc nhờ volt kế xoay chiều. II. Xác định :
Có nhiều phương pháp, trong bài thí nghiệm này đề nghị dùng dao động ký
với hai phương pháp cơ bản: a. So pha trực tiếp:
Đưa cả hai tín hiệu (cùng GND) vào hai kênh của dao động ký. Chọn VERT
MODE là DUAL hay CHOP. Chỉnh định dao động ký để hiển thị hai tín
hiệu trên màn hình như Hình 1.3.0.1.
Dựa vào giá trị của nút Time/div ta đọc giá trị và T. Góc lệch pha giữa CHB và CHA xác định theo: Lưu ý:
+ Theo hình 1.3.0.1, ta thấy t là dương khi tín hiệu cần xác định góc pha xuất hiện
trước tín hiệu chuẩn .
+ Dao động ký chỉ nhận tín hiệu áp. Do đó khi cần đưa vào tín hiệu dòng thì ta thông
qua tín hiệu áp trên điện trở mang dòng điện đó. lOMoARcPSD|46958826
b. So pha dùng đồ thị Lissajous:
Đưa cả hai tín hiệu (cùng GND) vào hai kênh của dao động ký.
Chọn VERT MODE là X-Y. Chỉnh định các nút Volt/div của dao động ký để
hiển thị trên màn hình như Hình 1.3.0.2.
Giả sử và . Ta thấy tại t = 0 thì X = 0 và . Do đó:
Phương pháp này đơn giản nhưng chỉ hữu hiệu ở các giá trị . Nếu các giá trị lớn
hơn, trị sin() thay đổi rất chậm và độ chính xác sẽ giảm.
C. PHẦN THÍ NGHIỆM:
I. Giá trị thông số mạch thí nghiệm:
Giá trị thông số của các mạch thí nghiệm trong bài thí nghiệm này được chọn theo
bảng sau đây. Lưu ý giá trị RL = thành phần điện trở trong mô hình nối tiếp của
cuộn dây sẽ được xác định trong quá trình thí nghiệm.
Ở đây RL đo được = 300 Ω lOMoARcPSD|46958826 Phần tử Giá trị dùng thí nghiệm C 0,047 µF (473) L 100 mH RL 300Ω R 1 kΩ R0 1 kΩ
II.Đo trở kháng tụ điện: a) T
hực hiện mạch thí nghiệm như hình 1.3.2.
Chỉnh máy phát sóng sin để u(t) có biên độ 2 V, tần số 2 kHz. Dùng dao động
ký, đo biên độ áp trên R và trên tụ C. Tính Im = URm/R. Tính |ZC| = Ucm/Im.
Sử dụng phương pháp đo pha trực tiếp để đo góc lệch pha giữa uc(t) và ic(t)
(cũng là i(t) bằng cách CH2 INV). Điền vào bảng số liệu với hai giá trị tần số khác
nữa. (Lưu ý chỉnh đúng tần số máy phát, kiểm lại với chu kỳ T thông qua việc đọc
từ giá trị nút chỉnh Time/div của dao động ký. Giả sử ta chọn Time/div = 100µs thì
tín hiệu 2 kHz; 5 kHz và 10 kHz sẽ có chu kỳ lần lượt là 5 ô; 2 ô và 1 ô) Tần số Um Ucm URm Im |ZC| 1647,0 2 kHz 2V 1,68V 1,02V 1,02mV 6 120µs -86,4 5 kHz 2V 1,12V 1,52V 1,52mV 736,84 50µs -90 10 kHz 2V 0,64V 1,75V 1,75mV 365,71 24µs -86,4 Với Im = URm/R |ZC| = Ucm / Im
ϕC = với T là chu kỳ, đo ở dao động ký b) V
ẽ đồ thị |Z C | theo . Cho biết biểu thức lý thuyết của |Z C | theo ω = 2 π.f lOMoARcPSD|46958826 |ZC| 1800 1647.06 1600 1400 1200 1000 800 736.84 600 400 365.71 200 0 4kπ 10kπ 20kπ |ZC| Exponential (|ZC|) c) Kết luận:
Khi tần số càng lớn thì độ lớn của trở kháng tụ điện càng giảm.
Giải thích: Vì trở kháng tỉ lệ nghịch với tần số góc, mà tần số góc tỉ lệ thuận
với tần số. Vì vậy trở kháng tỉ lệ nghịch với tần số.
III. Mạch RC nối tiếp:
a. Thực hiện mạch thí nghiệm RC nối tiếp như hình 1.3.3.
Chỉnh máy phát sóng sin để u(t) có biên độ 2 V, tần số 2 kHz. Dùng DMM
(Multimeter) đo dòng vào mạch, đo áp vào mạch, áp trên R và áp trên C
(Lưu ý: giá trị đọc trên DMM là trị hiệu dụng). Sử dụng phương pháp đo
pha trực tiếp để đo góc lệch pha giữa u(t) và i(t) (thông qua đọc ). Điền vào bảng số liệu: U UC UR I |Z| 1,41Vm 1,1868
0,6959 0,706.10-3 1997,17 80µs -57,6 s lOMoARcPSD|46958826 b. Dựng
đồ thị vectơ điện áp của mạch theo số liệu đo phần a) dùng
thước và compa, chọn pha ban đầu của dòng điện là 0. Từ đồ thị
vectơ suy ra . So sánh với giá trị đo được trong bảng số liệu
Với = gần giống với đo được trong bảng số liệu c. T
ính công suất của mạch RC nối tiếp theo số liệu đo: CS Hệ số CS CS phản biể cos tác kháng u dụ Q kiế ng n S P 0.99 0.54 0.53 -0.84 5m 73 m
Công suất biểu kiến S = ½ Um.Im = 0,995 mVA
Công suất tác dụng P = S.Cosϕ = 0.5375 mW
Công suất phản kháng Q = S.Sinϕ = -0.84 mVAr
IV. Đo trở kháng cuộn dây: a) T
hực hiện mạch thí nghiệm như hình 1.3.4. lOMoARcPSD|46958826
Chỉnh máy phát sóng sin để u(t) có biên độ 2 V, tần số lần lượt là 2 kHz, 5 kHz
và 10 kHz. Đưa hai tín hiệu uR(t) và uL(t) vào dao động ký. Dùng dao động ký, đo
biên đ áp trên R và trên cuộn dây L.
Sử dụng phương pháp đo pha trực tiếp để đo góc lệch pha giữa uL(t) và iL(t)
(cũng là i(t) bằng cách CH2 INV). Điền vào bảng số liệu. (Lưu ý chỉnh đúng tần
số máy phát, kiểm lại với chu kỳ T thông qua việc đọc từ giá trị nút chỉnh
Time/div của dao động ký) Tầ U U U I 92 2 1,5 12 1,4 1,5 86, 2V 32 5 0,5 1,8 0,5 50 2V 90 66 10 30 0,3 25 2V 2V 90 lOMoARcPSD|46958826 b) V
ẽ đồ thị |Z L | theo . Cho biết biểu thức lý thuyết của |Z L | theo . |ZL| 8000 7000 6666.67 6000 5000 4000 3298.25 3000 2000 923.08 1000 0 4kπ 10kπ 20kπ |ZL| Linear (|ZL|)
Biểu thức lý thuyết của |ZL| theo : ZL = ω.L
c) Kết luận được điều gì khi phụ thuộc
Khi ω tăng thì ZL sẽ tăng, dẫn đến góc càng nghiêng về trục tung
Tăng sự ảnh hưởng của L, giảm sự ảnh hưởng của điện trở.
V. Mạch RL nối tiếp: a) T
hực hiện mạch thí nghiệm RL nối tiếp như hình 1.3.5.
Chỉnh máy phát sóng sin để u(t) có biên độ 2 V, tần số 2 kHz. Dùng
DMM (Multimeter) đo dòng vào mạch, đo áp vào mạch, áp trên R và áp trên L
(Lưu ý: giá trị đọc trên DMM là trị hiệu dụng).
Sử dụng phương pháp đo pha trực tiếp để đo góc lệch pha giữa u(t) và
i(t) (thông qua đọc ). Điền vào bảng số liệu: U UL UR I |Z| 1,4 0,9 0,7 1 0,74 1897 60 9 3 43, V 3 ,7 µ 6 2 2 m m 2 s 2 7 s lOMoARcPSD|46958826 b) Dựng
đồ thị vectơ điện áp của mạch theo số liệu đo dùng thước và
compa, chọn pha ban đầu của dòng điện là 0. Từ đồ thị vectơ suy ra .
So sánh với giá trị đo được trong bảng số liệu.
Nhận xét: từ đồ thị ≈ 46.280 gần giống với trong bảng số liệu c) T
ính công suất của mạch RL nối tiếp theo số liệu đo: CS Hệ số CS tác CS biểu cos dụn phản kiến g P khán S g Q 1,05m 0,73 0,766 0,7188 5m m
VI. Mạch RLC nối tiếp: a) T
hực hiện mạch thí nghiệm RLC nối tiếp như hình 1.3.6.
Chỉnh máy phát sóng sin để u(t) có biên độ 2 V, tần số 2 kHz. Dùng
DMM (Multimeter) đo dòng vào mạch, đo áp vào mạch, áp trên R, trên L
và áp trên C (Lưu ý: giá trị đọc trên DMM là trị hiệu dụng).
Sử dụng phương pháp đo pha trực tiếp để đo góc lệch pha giữa u(t) và i(t)
(thông qua đọc ). Điền vào bảng số liệu: U UL UC UR I |Z| 1,41 1,2 1,6 0,9 0,9 146 20µ - Vr 9 4 6 6 5, s 1 lOMoARcPSD|46958826 4 7 4 5 2 ms 7 , 3 7 6 m 4 b) Dựng
đồ thị vectơ điện áp của mạch theo số liệu đo dùng thước và
compa, chọn pha ban đầu của dòng điện là 0, giả sử R thuần trở và
C thuần dung. Từ đồ thị vectơ suy ra . So sánh với giá trị đo được trong bảng số liệu. UCR=V 44,15o
gần giống với đo được c) T
ính công suất của mạch RLC nối tiếp theo số liệu đo: CS Hệ CS CS b s t phả i ố á n ể c khá u c ng o d Q k s ụ lOMoARcPSD|46958826 i n ế g n P S 1,3 1 - 1,3 0.9 7 0,3 6 6 8 38 m 9 4 2m m d) T
ính công suất P trên từng phần tử của mạch RLC nối tiếp: P P L L PC PR + ( ( ( t t t P r r r C ê ê ê n n n + L C R P ) ) ) R 0,1 0,9 1,1 9 2 0 2 6 5 1 m m
Vì cuộn không thuần cảm nên có công suất tác dụng RL = 0,196 mW Công suất tác dụng trên
Công suất phản kháng trên
Công suất phản kháng trên tụ = - 1,567 mVAr
Nguyên lý cân bằng công suất :
Do sai số trong quá trình đo và điện trở rỉ của tụ nên P trên từng phần tử
gần bằng P phát, mạch cân bằng công suất. VII. Mạch RC song song: a) T
hực hiện mạch thí nghiệm như hình 1.3.7. lOMoARcPSD|46958826
Chỉnh máy phát sóng sin để uR(t) có biên độ 2 V, tần số 2 kHz. Dùng
DMM (Multimeter) đo dòng vào mạch, đo dòng qua trở R và dòng qua
tụ C. Sử dụng phương pháp đo pha trực tiếp để đo góc lệch pha giữa
uR(t) và i(t) bằng cách đưa uR(t) và uR0(t) vào CH1 và CH2. Thực hiện bảng số liệu: UR I IR IC (uR & i ) 1,4 1 0,6 37, 0,8 0,5 6 4 V 6 3 5 2 r m m m o m s Góc lệch UR và I là b) Giả
sử điện trở là thuần, vẽ đồ thị vectơ dòng cho mạch song song khi
c họn pha ban đầu của áp u R ( t) là 0. Từ đồ thị vectơ, viết ra các giá trị
dòng, áp phức hiệu dụng (dạng mũ) trong mạch: (Vms) (mA) (mA) (mA) Từ đó tính ra: Trở kháng nhánh song song:
Góc lệch pha giữa uR(t) và i(t) c) T
ính công suất của nhánh R//C theo số liệu đo: CS biểu Hệ số cos CS tác CS phản kháng kiến S dụng P Q 0,85m 0,794 0,6749m 0,5165m
Công suất biểu kiến S = ½ Um.Im = 0.85 mVA
Công suất tác dụng P = S.Cosϕ = 0.6749 mW
Công suất phản kháng Q = S.Sinϕ = 0.5165 mVAr lOMoARcPSD|46958826
VIII. Mạch RL song song: a) T
hực hiện mạch thí nghiệm như hình 1.3.8.
Chỉnh máy phát sóng sin để uR(t) có biên độ 2 V, tần số 2 kHz. Dùng
DMM (Multimeter) đo dòng vào mạch, đo dòng qua trở R và dòng qua cuộn dây L.
Sử dụng phương pháp đo pha trực tiếp để đo góc lệch pha giữa uR(t) và
i(t) bằng cách đưa uR(t) và uR0(t) vào CH1 và CH2. Thực hiện bảng số liệu: UR I IR IL (uR & i) 1,41V 0,802 0,628 0,525 -36.84 ms mA mA mA b) G
iả sử điện trở là thuần, vẽ đồ thị vectơ dòng cho mạch song song khi chọn pha
ban đầu của áp u R (t
) là 0. Từ đồ thị vectơ viết ra các giá trị dòng, áp
phức hiệu dụng (dạng mũ) trong mạch: (Vms) (mA) (mA) (mA) Từ đó tính ra: Trở kháng nhánh song song:
Góc lệch pha giữa uR(t) và i(t) c) T
ính công suất của nhánh R//L theo số liệu đo: CS biểu Hệ số cos CS tác CS phản kháng kiến S dụng P Q 1,13m 0,8 0,904m -0,6775m lOMoARcPSD|46958826
Công suất biểu kiến S = ½ Um.Im = 1,13 mVA
Công suất tác dụng P = S.Cosϕ = 0,904 mW
Công suất phản kháng Q = S.Sinϕ = -0,6775 mVAr