Лабораторная работа № 5
«Экспериментальное исследование
Электрических цепей при негармоническом воздействии»
Цель работы: освоение методики экспериментального исследования линейных электрических цепей при воздействии на них несинусоидального источника ЭДС, уяснение основных соотношений, имеющих место в этих цепях, и изучение влияния характера цепи на форму кривой тока.
Программа работы:
- выполнить компьютерное моделирование исследуемой электрической цепи в соответствии с программой эксперимента
Рис.1. Электрическая схема №1 для исследований
Рис.2. Электрическая схема №2 для исследований
Исходные параметры заданного варианта лабораторной работы из табл.5,6 и 6 занести в табл.1.
Вариант соответствует двум последним цифрам номера зачётной книжки.
Таблица 1
Исходные параметры заданной электрической цепи
| Форма источника ЭДС | u,В | ƒ(1),кГц | L,Гн | C, мкФ | R,Ом |
Рассчитать амплитудные значения гармонических составляющих заданного входного напряжения. Результаты расчётов занести в табл.2, в графу «расчёт».
Порядок выполнения экспериментальной части
Для решения поставленной задачи лабораторным моделированием данной схемы с помощью программы Electronics Workbench необходимо:
1. Запустить программу.
2. Собрать схему для исследования электрической цепи при негармоническом воздействии в соответствии с рис.3 и инструкцией пользователя программой Electronics Workbench.
 |
· Обозначить все точки схемы. Нумерация точек должна соответствовать нумерации, приведённой на рис.3. С этой целью:
- правой клавишей мыши выделить узел красным цветом;
- в появившемся подменю выбрать раздел Сomponent Properties;
-в появившемсяменю Сonnector Рroperties выбрать раздел Node. В этом разделе в окне NodeId установить номер узла, а в окне Display NodeLabel поставить «галочку» и нажать клавишу Ok.
3. К клеммам «А-В» следует подключить источник ЭДС, форма которого соответствует заданной. Для этого к клеммам «А-В» подключается функциональный генератор, расположенный в окне Instruments (крайнее справа). После открытия данного окна следует нажать левой клавишей мыши на второй прибор слева и не отпуская клавиши перенести его в рабочее окно, подключив к клеммам «А-В». При этом к клемме «А» подключается «+» генератора, а к клемме «В» – средняя точка генератора. Активизация источника производится путём двойного нажатия на нём левой клавиши мыши, после чего выполняется выбор формы и параметров источника (параметр Freguency соответствует заданной частоте источника, а параметр Amplitude – максимальному значению заданного напряжения U).
4. Экспериментально определить гармонический состав входного напряжения цепи, для чего необходимо:
- заземлить точку В схемы;
- в меню программы выбрать раздел Analysis, а в подменю – раздел Fourier;
- в меню Fourier Analysis установить следующие значения:
- в окне Output Node установить номер точки 2;
- в окне Fundamental freguency установить частоту основной гармоники;
- в окне Numbero fharmonics установить максимальный номер гармонической составляющей -9;
- в разделе Results:
- установить режим Linear;
- в окне Outputas linegraph поставить «галочку»;
- нажать на кнопку Simulate.
· в появившемся окне Analysis Graphs в строке команд нажать клавишу Toggle Cursors (третья справа);
· установить левый вертикальный указатель на значении Х1 равном частоте основной гармоники источника ЭДС и зафиксировать значение Y1, соответствующее амплитудному значению основной гармоники входного напряжения;
· установить поочерёдно данный указатель на значениях Х1 равным частотам источника ЭДС и зафиксировать соответствующие им значения Y1;
полученный спектр может быть развернут на весь экран путем нажатия средней клавиши в правом верхнем углу монитора;
· результаты измерений следует занести в табл.2
5. Экспериментально определить гармонический состав тока цепи, для чего необходимо:
- в меню программы выбрать раздел Analysis,а в подменю – раздел Fourier;
- в меню Fourier Analysis установить следующие значения:
в окне Output Node установить номер точки 1;
в окне Fundamenta lfreguency установить частоту основной гармоники;
в окне Numbe rofharmonics установить максимальный номер гармонической составляющей -9;
в разделе Results:
- установить режим Linear;
- в окнах Display phase и Output as line graph поставить «галочки»;
- нажать на кнопку Simulate;
· в появившемся окне Analysis Graphs отметить верхний график, представляющий собой амплитудный спектр, щёлкнув на нём левой клавишей мыши;
· в строке команд нажать клавишу ToggleCursors (третья справа);
· установить левый вертикальный указатель на значенииX1 равном частоте основной гармоники источника ЭДС и зафиксировать значение Y1, соответствующее амплитудному значению напряжения на резисторе сопротивлением 1 Ом (численно это значение соответствует току);
· отметить нижний график, представляющий собой фазовый спектр, щёлкнув на нём левой клавишей мыши;
· в строке команд нажать клавишу Toggle Cursors (третья справа);
· установить левый вертикальный указатель на значении X1 равном частоте основной гармоники источника ЭДС и зафиксировать значение Y1, соответствующее начальной фазе напряжения на резисторе сопротивлением 1 Ом (численно это значение соответствует начальной фазе тока);
· установить поочерёдно вертикальные указатели на значениях X1 равным частотам источника ЭДС и зафиксировать соответствующие им значения Y1 по верхнему и нижнему графикам;
· полученные спектры могут быть развернуты на весь экран путем нажатия средней клавиши в правом верхнем углу монитора;
· результаты всех измерений следует занести в табл.3
6. Для выполнения исследований с осциллографом необходимо:
· на нижней строке выпадающих меню нажать клавишу Instruments (крайняя справа) и мышью перенести в рабочее окно осциллограф (Oscilloscope)–третий элемент слева;
· оба вертикальных выхода осциллографа заземлить;
· к левому горизонтальному входу осциллографа следует подключить 1 точку схемы;
· подключить схему к источнику и активировать работу осциллографа путём нажатия на него дважды левой клавишей мыши.:
· развернуть осциллограф на весь экран, нажав на нём клавишу Expand;
· нажать клавишу Pause и с помощью развёртки в окне Timebase и вертикальных указателей ▲▼установить один – два периода исследуемого напряжения;
· по левому входу осциллографа (Channel A) выбрать режим AC и с помощью вертикальных указателей ▲▼ подобрать необходимый масштаб по напряжению;
· полученная осциллограмма должна быть зарисована вручную с указанием масштабов по оси времени и по напряжению
7. Собрать схему для исследования электрической цепи при негармоническом воздействии в соответствии с рис.4 и инструкцией пользователя программой Electronics Workbench.
· Обозначить все точки схемы. Нумерация точек должна соответствовать нумерации, приведённой на эскизе рис.4.
С этой целью необходимо:
· правой клавишей мыши выделить узел красным цветом;
· в появившемся подменю выбрать раздел Сomponent Properties;
· в появившемся меню Сonnector Рroperties выбрать раздел Node. В этом разделе в окне NodeId установить номер узла, а в окне Display NodeLabel поставить «галочку» и нажать клавишу Ok.
8. Повторить п.5 и п.6. Результаты измерений следует занести в табл.4.
9. Завершите работу программы.
Таблица 2