Вимiрювання параметрiв гармонiчних

ЕЛЕКТРИЧНИХ ВЕЛИЧИН

Мета роботи

 

1. Вивчення параметрiв основних вимiрювальних приладiв i порядку роботи з ними.

2. Експериментальне вимiрювання та розрахунок параметрiв гармонiчних електричних величин.

Програма роботи

 

1. Вивчити порядок роботи з генератором сигналiв, цифровим вольтметром та електронним осцилографом.

2. Вимiряти та розрахувати параметри гармонiчної напруги.

3. Визначити фазовий зсув мiж двома гармонiчними сигналами.

4. Побудувати часовi та векторнi дiаграми гармонiчних сигналiв, що до-сліджуються.

 

Пiдготовка до виконання лабораторної роботи

1. За конспектом лекцiй та лiтературою, що рекомендована викладачем, вивчити матерiали роздiлів “Основні визначення теорії кіл” та “Основнi поняття та визначення гармонiчних електричних величин”.

2. Ознайомитися з лабораторною установкою, для чого вивчити роздiл “Опис лабораторної установки” даних методичних вказівок та у дод. 1.1.

3. Вивчити стислi описи вимiрювальних приладiв і методи вимiрювань, якi використовуються у роботi (дод.1.2).

4. У робочому зошитi для лабораторних робiт знайти заготовку для вiдповiдного звiту i занести туди мету та програму роботи.

5. У графi “Домашнє завдання” робочого зошита записати в аналiтичнiй формi вирази для конкретних гармонiчних електричних величин у виглядi миттєвої напруги та струму з довiльними параметрами. Зобразити їх часовi дiаграми, визначити рiзницю фаз мiж напругою та струмом, а також їх дiючi значення.

Перейти до миттєвих комплексiв цих гармонiчних величин, записати їх комплекснi амплiтуднi та дiючi значення i зобразити векторнi дiаграми.

Опис лабораторної установки

 

Універсальна лабораторна установка складається з базового блока, в якому розміщені електронний осцилограф, генератор сигналiв, цифровий вольтметр та змінний блок, де змонтовані електрорадіокола, що досліджуються у конкретній лабораторній роботі.

Стислий опис i порядок роботи з вимірювальними приладами а також інформація про змінні блоки наведенi у дод. 1, яким можна користуватися в процесі виконання лабораторної роботи.

Крім того, на корпусі лабораторної установки закріплено генератор імпульсів, за допомогою якого досліджуються часові характеристики електрорадіокіл.

При виконанні лабораторної роботи № 1 використовується змінний блок 1, зображення передньої панелі якого наведене у дод. 1.1 та на рис. 1.1 опису цієї лабораторної роботи.

Схеми, які зображені на цій панелі, використовуються в основному при виконанні лабораторних робіт № 2 і № 9. Але одна з двох схем пасивних чотириполюсників, які зображені на правій половині передньої панелі змінного блока 1, може бути задіяна в процесі виконання лабораторної роботи № 1 при вимірюванні різниці фаз між двома гармонічними напругами однакової частоти.

 

 

Рис. 1.1. Зображення передньої панелі змінного блока 1

 

Разом з тим, за допомогою тумблера “Мережа”, який розташований на передній панелі змінного блока, здійснюється підключення живлення до всіх вимірювальних приладів універсальної лабораторної установки.

Порядок виконання роботи

1. Користуючись стислим описом вимiрювальних приладiв, наведеним у дод. 1.2, пiдготувати генератор сигналiв, цифровий вольтметр i осцилограф до роботи, пiдключити їх до мережi живлення за допомогою тумблера “Мережа”, який знаходиться на передній панелі змінного блока 1, і дати їм можливість прогрiтися протягом 5 – 10 хвилин. Якщо при цьому на передній панелі змінного блока засвітиться червоний світлодіод, то це свідчить про можливість вимірювати за допомогою цифрового вольтметра діюче значення змінного струму, а для отримання можливості вимірювання діючого значення змінної напруги треба натиснути кнопку “ U ”.

У будь-якому варіанті перемикач, що знаходиться на передній панелі вольтметра В7-32, повинен бути в положенні “ U _~”. У цьому випадку на обидва входи осцилографа та на вхід цифрового вольтметра буде подано сигнал з виходу генератора сигналів.

2. Встановити на виходi генератора гармонiчну напругу з амплiтудою 3…5 В i частотою 10 кГц.

Значення виміряної за допомогою вольтметра діючої (середньоквадра-тичної) гармонічної напруги генератора і виміряних за допомогою ослило-графа амплітуди та періоду цієї напруги занести до табл. 1.1.

Аналогічні вимiрювання здiйснити ще для трьох рiзних значень частоти настроювання генератора сигналiв, які вказані в табл. 1.1.

Результати цих вимiрювань також занести до табл. 1.1.

 

Таблиця 1.1

Параметри, що вимірюються та розраховуються	Частота f ген, Гц
f 1	f 2	f 3	f 4
10×10^3	15×10^3	20×10^3	25×10^3
Um, В
T вим, мс
U, В
U сер, В
f вим, Гц
ω, рад/с
Δ t с, мс
Δj = ω·Δ t с, рад
Δj, град
Δ f, Гц
δ f

3. За результатами вимiрювань, що виконані згiдно з п. 2, оцiнити точ-нiсть виконання спiввiдношення U = , розрахувати середнє значення гармонiчної напруги U _сeр = (2/π)∙ U_m, а також визначити значення циклiчної
f = 1/ T i кутової w = 2π/ T = 2π× f частоти сигналу.

Результати обчислень занести до табл. 1.1.

4. Для вимiрювання часового та фазового зсуву мiж двома гармонiчними електричними величинами однакової частоти використатити схему, що наведена на рис. 1.2 i являє собою пасивний чотириполюсник, який змонтований у змінному блоці 1.

5. Установити на виході генератора гармонічну напругу з частотами, які вказані у табл. 1.1, та амплітудою 3…5 В, а на змінному блоці лабораторної установки натиснути кнопку “ U _вих”, яка розташована зліва під схемами пасивних чотириполюсників. При цьму вихідна напруга чотириполюсника, зображеного на рис. 1.2, буде підключена на вхід другого каналу осцилографа, а на вході першого каналу цього приладу біде діяти вхідна напруга чотириполюсника, тобто вихідна напруга генератора сигналів.

6. За допомогою двоканального осцилографа виконати вимiрювання часового зсуву мiж гармонiчними напругами на виході та входi чотириполюсника. Розрахувати фазовi зсуви мiж цими сигналами.

Усi результати вимiрювань та розрахункiв занести до табл. 1.1.

Побудувати часовi та векторнi дiаграми для електричного кола, що дослiджується згідно з пп.5 та 6.

7. Користуючись даними табл. 1.1, оцiнити абсолютну та вiдносну по-хибки установки частоти сигналу на виходi генератора, якщо абсолютна похибка визначається спiввiдношенням

 

∆ f = │ f _ген – f _вим│,

а вiдносна

δ f = .

 

Результати розрахункiв занести до табл. 1.1.

 

Змiст звiту

 

1. Мета i програма роботи.

2. Результати, одержанi в процесi пiдготовки до виконання роботи.

3. Схема досліджуваного пасивного чотириполюсника з підключеними до нього вимірювальними приладами, виконана у відповiдностi до дiючих стандартів.

4. Результати дослiджень у виглядi таблиць, розрахункiв, часових i векторних дiаграм.

5. Стислi висновки за результатами виконаної роботи.

 

Контрольнi запитання та завдання

 

1. Для чого призначені генератор сигналiв, цифровий вольтметр та двоканальний електронний осцилограф?

2. Яким чином можна встановити на виходi генератора сигналiв гармо-нічну напругу заданої амплiтуди та частоти?

3. Якi параметри сигналiв можна вимiряти за допомогою двоканального або двопроменевого осцилографа?

4. Яким чином вимiрюються амплiтуднi та дiючi значення гармонiчних напруг і струмiв?

5. Зобразити функцiональну схему установки, що дозволяє вимiрювати рiзницю фаз мiж двома гармонiчними величинами однакової частоти.

6. Який зв’язок існує мiж миттєвими гармонiчними електричними величинами та миттєвими комплексами цих величин?

7. Дати визначення часових та векторних дiаграм гармонiчних сигналiв.

8. Що таке комплексна амплiтуда гармонiчної електричної величини?

9. Записати комплексну амплiтуду довільної гармонiчної напруги або струму в алгебраїчнiй, показниковiй та тригонометричнiй формах.

10. Яким чином переходять вiд миттєвих гармонiчних струмiв i напруг до миттєвих комплексів та навпаки?

11. Яким чином переходять вiд алгебраїчної форми запису комплексної амплiтуди гармонiчної величини до показникової та навпаки?

12. Визначити всі параметри миттєвого гармонічного струму мА.

13. Записати комплексну амплітуду та миттєвий комплекс миттєвої напруги В.

14. Визначити струми через індуктивність та ємність, якщо на цих елементах діє напруга В.

15. Визначити різницю фаз та часовий зсув між миттєвими напругою та
струмом пасивного двополюсника, якщо мА, а

Лабораторна робота № 2