Лабораторное занятие
Параметры синусоидального напряжения (тока)
Общие сведения
 |
Переменный ток, в противоположность постоянному току, периодически меняет свое направление. Кривая (функция), переменного тока или напряжения, соответственно, может иметь различную форму. На рисунке 11.1 показаны некоторые из типичных для электротехники и электроники функций. Кроме того, различают однофазные и многофазные переменные напряжения и токи. Например, электроснабжение массовых потребителей осуществляется, как правило, посредством трехфазного синусоидального тока. Однако, при использовании в цепях электроснабжения нелинейных элементов (насыщающихся дросселей и трансформаторов, полупроводниковых приборов) форма токов может отличаться от синусоидальной. В электронных цепях используются самые разнообразные формы сигналов (прямоугольные, пилообразные, треугольные и другие)
Наиболее важными параметрами переменных токов и напряжений являются частота, амплитуда, среднеквадратическое (действующее) значение, фазовый сдвиг (угол) и мощность.
На рисунке 11.2показаны синусоидальные напряжение и ток как функции времени.
В течение одного периода Т напряжение последовательно оказывается равным нулю, положительному максимуму (амплитудное значение) Um, затем нулю, отрицательному максимуму и снова нулю.
Аналогично выглядит график изменения тока, но в общем случае он может быть сдвинут во времени относительно напряжения (отставать от напряжения или опережать его).
|
Рисунок 11.2
Мгновенные значения синусоидальных напряжения u и тока i выражаются так:
u = Um • sin ( w t+ y u), i = Im • sin ( w t+ y i),
Другие параметры синусоидальных величии и формулы для их вычисления приведены ниже.
Разность фаз напряжения и тока (фазовый сдвиг): j = y u – y i, где y u и y i – начальные фазы напряжения и тока.
Частота f в Герцах (Гц) выражается как число периодов в секунду:
f = 1/T.
Угловая частотаw в рад/с равна: w = 2• p •f.
Действующие значения синусоидальных величин:
I = Im / Ö2, U = Um / Ö2.
На рисунке 11.2 показано изображение синусоидальных тока и напряжения в виде векторов. Длина вектора соответствует действующему или амплитудному значению, а угол по отношению к произвольно выбранному началу отсчёта углов – начальной фазе синусоидальной величины.
Экспериментальная часть
Задание
Выведите на экран осциллографа синусоидальные ток и напряжение на нагрузке и определите следующие величины:
амплитудное значение напряжения Um амплитудное значение тока Im,
действующее значение напряжения U, действующее значение тока I,
период Т,
частота f,
угловую частоту w,
фазовый сдвиг j,
мгновенное значение напряжения u в момент времени t = T/3.
Порядок выполнения эксперимента
· Соберите цепь согласно схеме (рисунок 11.3), подключите регулируемый источник синусоидального напряжения (Um = 10 В, f = 0,5 кГц).
 |
Рисунок 11.3
· Включите и настройте осциллограф. Напряжение с сопротивления 100 Ом, пропорциональное току подаётся на первый канал осциллографа, а напряжение, подведённое к цепи – на второй канал.
Установите параметры развёртки и чувствительность каналов осциллографа так, чтобы на экране было изображение примерно одного – двух периодов напряжения и тока.
Примечания:
1) для измерения разности фаз необходимо использовать резким прерывистого (не поочерёдного!) изображения сигналов двух каналов осциллографа.
2) Пользуйтесь только стандартными (фиксированными) коэффициентами усиления каналов осциллографа и развёртки!
· Определите по осциллографу все указанные ниже величины.
Амплитудное значение напряжения:
Um = А·mU2 = В,
где
А =.......... дел. – амплитуда кривой напряжения на экране осциллографа в делениях сетки,
mU =............. В/дел. – чувствительность второго канала осциллографа.
Амплитудное значение тока:
Im = B·mU1 / R= мА,
где
В =............ дел. – амплитуда кривой тока в делениях сетки,
mU1 =............ В/дел. – чувствительность первого канала осциллографа,
R = 100 Ом – сопротивление шунта, с которого снимается сигнал тока.
Действующее значение напряжения
U = Um / Ö2 = B.
Действующее значение тока
I = Im / Ö2 = мА.
Период
Т = C·mt мс,
где С =.................. дел. – период в делениях сетки осциллографа,
mt =.................. мс/дел. – чувствительность осциллограф по каналу развёртки.
Частота
f = 1/T = Гц.
Угловая частота
w = 2• p •f = 1/c
Фазовый сдвиг
j = 360·D / C = град
где D = ………….дел. – сдвиг тока и напряжения в делениях сетки осциллографа,
С = ………….дел. – период в делениях сетки осциллографа.
Мгновенное значение напряжения u в момент времени t = Т / 3
u = Um · sin w t =
Примечание: w – угол, измеряемый в радианах.
· Запишите результаты измерений и вычислений в таблицу 11.1.
Таблица 11.1
| Средства измерения | Um, В | Im мА | U, В | I, мА | T, мС | f В | w, рад/с | j, град | u(Т/3),В |
| Осциллограф | |||||||||
| Мультметр | - | - | - | - | - | - | - |
· Измерьте U и I спомощью мультиметров, занесите результаты в таблицу 11.1и сравните с результатами измерения осциллографом.
·
 |
Выберите масштабы и изобразите действующие значения тока и напряжения на векторной диаграмме.
Рисунок 11.4