Univerzitet u Banjoj Luci Elektrotehniˇcki fakultet Katedra za opˇstu elektrotehniku Laboratorijske vjeˇzbe iz predmeta: Osnovi elektrotehnike 1 Deseta vjeˇ zba Kapacitivne mreˇze Student: Broj indeksa: Kapacitivne mreˇ ze Kondenzatori Kondenzatori predstavljaju sistem medusobno izolovanih provodnih tijela koje nazivamo elektrode. Kada kondenzator prikljuˇcimo u elektriˇcno kolo jednosmjerne struje, na njegovim elektrodama dolazi do nagomilavanja naelektrisanja i uspostavljanja elektrostatiˇckog polja izmedu njih. Uspostavljenjem polja izmedu elektroda se skladiˇsti odredena koliˇcina energije koja se moˇze vratiti nazad elektriˇcnom kolu1 . Kondenzatori sa vazduˇsnim dielektricima su se ranije koristili prilikom realizacije promjenljivih kapacitivnih elemenata u primo-predajnoj tehnici. Promjenljiva kapacitivnost se jednostavno realizuje uvlaˇcenjem i izvlaˇcenjem paralelnih ploˇca kondenzatora. U radio tehnici su koriˇsteni i papirni kondenzatori sa velikim kapacitivnim opsezima i visokim radnim naponima. Prilikom pratiˇcne realizacije analognih filtara ˇcesto se koriste keramiˇcki kondenzatori zbog male osjetljivosti na temperaturne promjene, malih gubitaka i mogu´cnosti realizacije sa kapacitivnostima u opegu od nekoliko pikofarda do nekoliko desetaka mikrofarada. Tantalovi kondenzatori imaju veliku temperaturnu stabilnost i mogu se koristiti u ˇsirokom frekventnom opsegu, dok se trimer kondenzaotri ˇcesto koriste za realizaciju promjenljivih kapacitivnosti u pikofaradnom opsegu. Elektrolitski kondenzatori se koriste prilikom realizacije velikih kapacitivnosti, imaju naznaˇcenu polarizaciju i ˇcesto se koriste u jednosmjernom reˇzimu i na niskim radnim frekvencijama. Parametri realnih kondenzatora Najvaˇznija karakteristika kondenzatora jeste njegova kapacitivnost, koja se definiˇse kao odnos koliˇcine nalektrisanja na jednoj od elektroda (Q) i razlike potencijala izmedu elektroda kondenzatora (U ): Q C= (1) U Kapacitivnost kondenzatora opisuje mogu´cnosti skladiˇstenja naelektrisanja, odnosno energije na kondenzatoru. Pored toga, na realnom kondenzatoru se odvija i niz drugih fiziˇckih procesa koji se ponekad zanemaruju prilikom analize elektriˇcnih kola. Maksimalan napon (Umax ) predstavlja maksimalni napon na koji je mogu´ce prikljuˇciti kondenzatora tako da ne dode do njegovog oˇste´cenja, tj. do proboja dielektrika. Ugao gubitaka jeste mjera disipacije snage na kondenzatorima. Iako su unutraˇsnje otpornosti kondenzatora velike, one su ipak konaˇcne, tako da postoje male struje koje izazivaju termiˇcke gubitke. Tempretaturni opseg jeste opseg temperatura u kojima proizvodaˇc garantuje nominalne karakteristike kondenzatora. Temperaturni koeficijent opisuje funkciju koja daje promjenu kapacitivnosti sa promjenom temperature. 1 Prvi uspjeˇsni eksperimenti sa skladiˇstenjem elektrostatiˇcke energije su izvrˇseni polovinom XVIII vijeka, ali su teoretske osnove elektrostatike kasnije postavili Kevendiˇs i Kulon. Mjerenje kapacitivnosti Za mjerenje kapacitivnosti se mogu koristiti razliˇcite metode u zavisnosti od zahtjevanog mjernog opsega i taˇcnosti mjerenja. Mjerenje kapacitivnosti pomo´cu multimetara se najˇceˇs´ce zasniva na UI metodi, koja koristi nazimjeniˇcni reˇzim. Taˇcnija mjerenja u ˇsirem mjernom opsegu se mogu dobiti primjenom mostnih metoda mjerenja. Cilj vjeˇ zbe Cilj ove laboratorijske vjeˇzbe jeste upoznavanje sa naˇcinima mjerenja i raˇcunanja ekvivalentnih kapacitivnosti. Potrebna laboratorijska oprema • Multimetar koji moˇze mjeriti kapacitivnost, • ploˇca za spajanje, • kondenzatori razliˇcitih kapacitivnosti, • kablovi za povezivanje. 2 Priprema za vjeˇ zbu Zadatak 1. Izvesti izraz za ekvivalentnu kapacitivnost serijske veze dva kondenzatora, ako su njihove kapacitivnosti C1 i C2 , respektivno. Zadatak 2. Izvesti izraz za ekvivalentnu kapacitivnost paralelne veze dva kondenzatora, ako su njihove kapacitivnosti C1 i C2 , respektivno. Zadatak 3. Izvesti izraz za ekvivalentnu kapacitivnost izmedu taˇcaka A i B za kapacitivnu mreˇzu prikazanu na Slici 1. 10 nF 10 nF A 47 nF 10 nF B Slika 1: Kapacitivna mreˇza Rjeˇ senje: 3 Rad u laboratoriji 1. Potrebno je spojiti kapacitivne mreˇze prikazane na Slici 2 i neposredno izmjeriti ekvivalentne kapacitivnosti izmedu krajeva generatora. 2. Za razliˇcite kapacitivne mreˇze potrebno je porediti izmjerene kapacitivnosti u odnosu na nominalne ekvivalentne kapacitivnosti koje se raˇcunaju u odnosu na nominalne kapacitivnosti oznaˇcene na kondenzatorima. 3. Potrebno je popuniti Tabelu 1. Realtivna greˇska se raˇcuna prema: δ= ∆C · 100 Cn (2) 4. Za mreˇzu sa Slike 2c posebno razmotriti sluˇcajeve kada se paralelno veˇze jedan, dva i tri kondenzatora nominalne kapacitivnosti 10 nF. Tabela 1: Neposredno mjerenje kapacitivnosti. Slika 2a Slika 2b Slika 2c (1) Slika 2c (2) Cm [nF] Cn [nF] ∆C [nF] δ [%] 5. Zbog ˇcega dolazi do ostupanja nominalnih od izmjerenih vrijednosti? Rezultati mjerenja i zakljuˇ cak 4 Slika 2c (3) 10 nF 10 nF A 47 nF 10 nF B (a) 100 pF 10 nF A 0.1 µF 10 nF B (b) A 10 nF 10 nF B (c) Slika 2: Neposredno mjerenje kapacitivnosti 5
© Copyright 2024 Paperzz
