STUDIUL CIRCUITELOR DE CURENT ALTERNATIV SI DE CURENT CONTINUU - LUCRARE DE LABORATOR

STUDIUL CIRCUITELOR DE CURENT ALTERNATIV

SI DE

CURENT CONTINUU

LUCRARE DE LABORATOR

I. Consideratii teoretice

Curentul electric reprezinta miscarea dirijata a sarcinilor electrice.

Curent continuu, curent alternativ

Daca miscarea sarcinilor se face numai intr-un singur sens, avem de-aface cu un curent continuu (generat de exemplu de bateria galvanica sau de dinam). Daca sensul de deplasare alterneaza in timp, curentul se numeste alternativ (alternatorul este un dispozitiv care genereaza un asemenea curent). Curentul alternativ folosit in industrie este de obicei (cvasi) sinusoidal, adica intensitatea lui variaza ca o functie sinusoidala (in timp).

In cazul redresarii curentului alternativ se obtine un curent continuu de intensitate variabila, numit si pulsatoriu (sau ondulat). Redresarea se poate face cu ajutorul tuburilor electronice (diode sau duble diode) sau semiconductoriale(diode, punti redresoare).

Transformarea inversa pentru a obtine curent alternativ din curent continuu se face cu ajutorul unor dispozitive electronice (invertoare) si este utila, de exemplu, la alimentarea de la elemente galvanice sau acumulatoare a unor consumatori ce au nevoie de curent alternativ (lampi electrice pentru avarii, alimentarea unor aparate electrice care functioneaza cu curent alternativ de la acumulatorul autoturismului). De asemenea din curent alternativ se poate obtine curent continuu si cu ajutorul grupurilor comutatrice (un motor electric de curent alternativ roteste un dinam pentru a produce curent continuu care sa alimenteze de exemplu electrodul de sudura).

Curentul continuu poate fi stationar (are intensitate constanta) sau nestationar    (are intensitate variabila).

COMPORTAREA ELEMENTELOR DE CIRCUIT IN CURENT ALTERNATIV

REZISTORUL se comporta in curent alternativ ca si in curent continuu, defazajul (diferenta de faza dintre tensiune si intensitate) fiind 0.

BOBINA ideala in curent alternativ introduce o rezistenta aparenta X_L (reactants inductiva) si defazeaza intensitatea in urma tensiunii cu .

Marimea fizica ce caracterizeaza bobina este INDUCTANTA (L).

<L>_SI = 1 H (henry)

CONDENSATORUL in curent alternativ introduce o rezistenta aparenta X_C (reactanta capacitiva) si defazeaza intensitatea inaintea tensiunii cu .

Marimea fizica ce caracterizeaza condensatorul este CAPACITATEA ELECTRICA (C).

<C>_SI = 1 F (farad)

CIRCUITELE RLC (rezistor, bobina, condensator) IN CURENT ALTERNATIV   

Intalnim urmatoarele situatii:

a)      Daca U_L>U_C circuitul se comporta inductiv, adica influenteaza mai mult bobina.

b)      Daca U_L<U_C circuitul se comporta capacitiv, adica influenteaza mai mult condensatorul

c)      Daca -U_L=U_{C è} rezonanta tensiunilor

II. Date experimentale

Materiale necesare: fire de legatura, rezistor (bec), bobina (fara miez, cu miez si cu miez inchis), condensator, multimetre (pentru a masura tensiunea si intensitatea curentului electric), generator de curent electric continuu si alternativ.

Formule utilizate:

C = L = T =

I= X_C = X_L =

Z= (valorile efective ale tensiunii si intensitatii)

P_a = RI² P_r = (X_L - X_C)I² S = UI

Pornind de la datele:

U_ef = 6V,

= 50 Hz,

Hz,

T = 0,02 s,

N₁ = 500, N₂=250,

C=100 F,

am efectuat mai multe masuratori pentru diferite tipuri de circuite..

Pentru curentul continuu:

Rezistor si bobina cu 500 de spire, fara miez:    

I=0.21 A, U_L=1 V, U_bec=2.05 V

R_L = 1/0.21 = 4.76

R_bec = 2.05/0.21 = 9.76

Rezistor si bobina cu 500 de spire, cu miez:

I=0.22 A, U_L=1V, U_bec=2.15 V

R_L = 1/0.22 = 4.54 Ω

R_bec = 2.15/0.22 = 9.72 Ω

Rezistor si bobina cu 500 de spire, cu miez inchis:   

I=0.21 A, U_L=1.1 V, U_bec=2.08 V

R_L = 1.1/0.21= 5.23

R_bec = 2.08/0.21 = 9.9

Rezistor si bobina cu 250 de spire, fara miez:    I=0.2 A, U_L=0.82 V, U_bec=2.55 V

R_L = 0.82/0.2 = 4.1

R_bec = 2.55/0.2 = 12.75

R = R_L + R_bec = 16.85

Rezistor si bobina cu 250 de spire, cu miez:

I=0.2 A, U_L=0.79 V, U_bec=2.55 V

R_L = 0.79/0.2 = 3.95

R_bec = 2.55/0.2 = 12.75

R = 16.7

Rezistor si bobina cu 250 de spire, cu miez inchis:

I=0.2 A, U_L=0.78 V, U_bec= 2.56 V

R_L = 0.78/0.2 = 3.9

R_bec = 2.56/0.2 = 12.8

R = 16.7

Pentru curentul alternativ:

Rezistor si bobina cu 500 de spire, fara miez:

I=0.31 A, U_L=2 V, U_bec=5.07 V

X_L = U_L/I=2/0.31 = 6.45

R= U_bec/I=5.07/0.31=16.35 Ω

Z =sqrt(R²+X_L²) = sqrt(267.32 + 41.6)= 17.57

I_ef = 0.31 A

cos = U_L/U_ef = 2/6= 0.33 → = 70.73 ^o

L = 6.45/100π = 20.53 mH

P_a = R*I²= 16.35(0.31)² = 1.57 W

P_r = X_L*I²= 6.45(0.31)² = 0.61 VAR

S = sqrt(P_a² + P_r² )= 2.8 VA

Rezistor si bobina, cu 500 de spire, cu miez:

I= 0,27 A, U_L= 3.5 V, U_bec=5.01 V

X_L = 3.5/0.27 = 12.96 Ω

R=5.01/0.27= 18.55 Ω

Z = sqrt(167.96 + 344.1)= 22.62 Ω

I_ef = 0.27 A

cos = U_L/U_ef = 3.5/6= 0.58 → =54.54 ^o

L = 12.96/100π = 41 mH

P_a = 18.55(0.27)² = 1.35 W

P_r = 12.96(0.27)² = 0.94 VAR

S = 1.64 VA

Rezistor si bobina, cu 500 de spire, cu miez inchis:

I=0.08 A, U_L=6 V, U_bec=1.13 V

X_L = 6/0.08 = 75

R=1.13/0.08= 14.12

Z = sqrt(5265+199.37) = 73.92 Ω

I_ef = 0.08 A

cos = U_L/U_ef = 6/6=1 → =0 ^o

L = 9.68/100π = 30.81 mH

P_a = 14.12(0.08)² = 1.27 W

P_r = 75(0.08)² = 0.48 VAR

S = sqrt(1.61+0.23)=1.35 VA

Rezistor si condensator in curent continuu: I=0 A, Uc= 4.8 V, Ubec=0, C=100 F

Q (sarcina electrica) = CU = 4.8∙100∙10^-6 = 0.48 mC

Rezistor si condensator in curent alternativ: I=0,2 A, U_C=5 V, U_bec=0.9 V

R_bec = 0.7/0.2 = 3.5

X_c = 5/0.2 = 25 Ω

Z = sqrt(12.25+625)= 25.24 Ω

I_ef = 0.22 A

cos = U_c/U_ef = 5/6 = 0.83 → = 33.9

C = 0.9/100π25 = 114.59 μF

P_a = 3.5(0.2)² = 0.14 W

P_r = 25(0.2)² = 1 VAR

S = sqrt(0.0196+1)= 1.009 VA

Circuit RLC serie, bobina cu 500 de spire, in curent continuu: s-au obtinut aceleasi valori pentru bobina fara miez, cu miez si cu miez inchis:

I=0 A, U_L=0 V, U_C=5.03 V, Ubec=0 V.

Q(sarcina electrica) = U_CC = 5.03∙10^-4 = 0.503 mC

Circuit RLC serie, bobina cu 500 de spire, fara miez, in curent alternativ: I=0.17 A, U_C=5.92 V, U_L=1.28 V, U_bec=1.05 V.

R_bec = 1.05/0.17 = 6.17

X_c = 5.92/0.17 = 34.82

X_L = 1.28/0.17 = 7.52

Z = sqrt(38.06+745.29)= 27.98

I_ef = 0.17 A

cos = U_c/U_ef = 5.92/6 = 0.98

C = 1/100π34.82 = 914.15 μF

L = 7.52/100π = 23.93 mH

P_a = 6.17(0.17)² = 0.17 W

P_r = (34.82-7.52 0.17)² = 0.78 VAR

S = 0.79VA

Circuit RLC serie, bobina cu 500 de spire, cu miez, in curent alternativ: I=0.15, U_C=5.87 V, U_L=2.2 V, U_bec=2.98V.

R_bec = 2.98/0.15 = 19.86 Ω

X_c

X_L = 2.2/0.15 = 14.66 Ω

Z = sqrt(

I_ef = 0.15 A

cos = U_c/U_ef = 5.87/6 = 0.97 =14.06 ^o

C = 1/100π39.13 = 81.34 μF

L = 14.66/100π = 46.66 mH

P_a = 19.86(0.15)² = 0.44 W

P_r = (39.13-14.66)(0.15)² = 0.55 VAR

S =0.7 VA

Circuit RLC serie, bobina cu 500 de spire, cu miez inchis, in curent alternativ: I=0.15 A, U_C=5.61 V, U_L=8.37 V, U_bec=3.31 V.

R_bec = 3.31/0.15 = 22.06 Ω

X_c = 5.61/0.15 = 37.4

X_L = 8.37/0.15 = 55.8

Z = sqrt(486.64+

I_ef = 0.15 A

cos = U_L - U_c/U_ef = 2.76/6 = 0.46 =62.61 ^o

C = 1/100π37.4= 85.1 μF

L = 55.8/100π mH

P_a = 22.06(0.15)²=0.49W

P_r = (55.8-37.4 0.15)² = 0.41 VAR

S = 0.63 VA