Экспериментальная часть. Лабораторная работа №5

Лабораторная работа №5

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 рис. 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 рис. 2 а показаны синусоидальные напряжение и ток как функции времени.

В течение одного периода Т напряжение последовательно оказывается равным ну­лю, положительному максимуму (амплитудное значение) U_m, 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).

Мгновенные значения синусоидальных напряжения u и тока i выражаются так:

и ,

Разность фаз напряжения и тока (фазовый сдвиг): φ=ψ_u-ψ_i где ψ_u и ψ_i – начальные фазы напряжения и тока.

Частота f в Герцах (Гц) выражается как число периодов в секунду: f= 1/Т.

Угловая частота ω в рад/с равна: ω = 2∙π∙f.

Действующие значения синусоидальных величин: , .

На рис 2 б 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 U_m, амплитудное значение тока I_m,

действующее значение напряжения U, действующее значение тока I,

период Т, частота f, угловую частоту ω, фазовый сдвиг φ,

мгновенное значение напряжения u в момент времени t = Т / 3.

Порядок выполнения эксперимента

Соберите цепь согласно схеме (рис. 3), подключите регулируемый источник синусоидального напряжения (U_m = 10 В, f = 0,5 кГц).

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.

Определите по осциллографу все указанные ниже величины.

Амплитудное значение напряжения: U_m = A∙m_U2 =В,

где А =дел. – амплитуда кривой напряжения на экране осциллографа в делениях сетки,

m_U2 =В/дел. – чувствительность второго канала осциллографа.

Амплитудное значение тока: мA,

где В =дел. - амплитуда кривой тока в делениях сетки,

m_U1 =В/дел. - чувствительность первого канала осциллографа,

R = 100 Ом – сопротивление шунта, с которого снимается сигнал тока.

Действующее значение напряжения В.

Действующее значение тока мА.

Период Т = С∙m_tмс,

где С =................................. дел. - период в делениях сетки осциллографа,

m_t =....................................... мс/дел. - чувствительность осциллограф по каналу развёртки.

Частота =––––––––– =Гц.

Угловая частота ω = 2∙π∙f =1/с.

Фазовый сдвиг = –––––––––––––=_______ град

φ = 360∙D/С =.......................... град.,

где D =................................ дел. – сдвиг тока и напряжения в делениях сетки осциллографа,

С =........................................ дел. – период в делениях сетки осциллографа.

Запишите результаты измерений и вычислений в табл. 1.

таблица. 1.

• Измерьте U и I с помощью мультиметров, занесите результаты в табл. 2.1 и сравните с результатами измерения осциллографом.

• Выберите масштабы и изобразите действующие значения тока и напряжения на векторной диаграмме (рис. 4).

Контрольные вопросы:

1. Дать определения основных понятий синусоидальных величин.

2. Описать ход работы.

3. Проанализировать результат.

Поиск по сайту: