Материал: mulp (1)

Теоретические основы электротехники. Часть 1, 2: методические указания к выполнению лабораторных работ

Лабораторная работа № 10.

Электрические цепи с источником несинусоидального напряжения

Цель работы. Изучение влияния катушки индуктивности и конденсатора на форму кривой тока при питании цепи от источника периодического несинусоидального напряжения.

Пояснения к работе

Если к цепи приложено несинусоидальное напряжение, то форма кривой тока будет подобна форме кривой напряжения лишь в том случае, когда сопротивление цепи чисто активное. Если же в цепь включена катушка индуктивности или конденсатор (рис. 10.1), то форма кривой тока отличается от формы кривой напряжения.

При последовательном соединении индуктивности L и сопротивления R полное сопротивление цепи току k-й гармоники равно

Zk R2 k L 2 . Следовательно, по мере увеличения порядка k гар-

моники это сопротивление увеличивается, амплитуда тока k-й гармоники уменьшается (по сравнению с чисто активной цепью, имеющей то же самое сопротивление R), и кривая тока будет меньше искажена, чем кривая напряжения.

Если же последовательно включены сопротивление R и емкость С, то полное сопротивление такой цепи току k-й гармоники равно

сопротивление уменьшается, амплитуда тока соответствующей гармо-

56

Теоретические основы электротехники. Часть 1, 2: методические указания к выполнению лабораторных работ

ники увеличивается, и кривая тока искажается сильнее (по сравнению с синусоидой), чем кривая приложенного к цепи напряжения.

Схема электрической цепи

Рис 10.2

Электрическая цепь, схема которой показана на рис. 10.2, питается от источника несинусоидального периодического напряжения, представленного подсхемой sig. На зажимы осциллографа подается напряжение с сопротивления 100 Ом. Поэтому при замкнутом ключе К1 на экране осциллографа можно наблюдать кривую этого напряжения. При разомкнутом же ключе К1 на экране осциллографа можно увидеть кривую тока в цепи с конденсатором или катушкой индуктивности в зависимости от положения ключа К2.

Подготовка к работе

Проработав теоретический материал, ответить на вопросы.

1.Как зависят индуктивное и емкостное сопротивления от частоты?

2.Чему равно сопротивление катушки индуктивности с парамет-

рами Rкат и L в цепи постоянного тока?

3. Резистор подключен к источнику несинусоидального напряжения. Отличаются ли по форме кривые тока и напряжения? Как изменяется форма кривых тока при включении последовательно с резистором: а) индуктивности? б) емкости?

4. Как вычисляются действующие значения несинусоидальных тока и напряжения?

57

Теоретические основы электротехники. Часть 1, 2: методические указания к выполнению лабораторных работ

5. Какие значения тока и напряжения измеряют приборы следующих систем:

а) электромагнитной ()?

б) электродинамической ()? в) магнитоэлектрической ()?

г) магнитоэлектрической с выпрямителем ()?

6.Как при помощи показания ваттметра определяются действующие значения напряжения и тока?

7.Каким прибором можно зафиксировать мгновенное значение тока и напряжения?

8.Почему при увеличении активного сопротивления R (рис. 10.2)

вцепи с емкостью форма кривой тока становится менее искаженной по сравнению с кривой входного напряжения?

9.Какие гармоники содержит разложение в ряд Фурье кривой, симметричной относительно оси абсцисс (времени)?

Программа работы

1. Открыть файл LW 10, извлеките из поля компонентов Favorites подсхему sig с номером своего варианта, а из поля КИП (Instruments) – осциллограф (Oscilloscop). Соберите остальную часть схемы, показанной на рис. 10.2.

2.Проградуировать осциллограф в единицах напряжения, тока

ивремени. Для этого на шкале управления осциллографом нужно выставить масштаб: по напряжению – 100 В/дел., по времени – 200 mс/дел. Масштаб тока при этом будет равен 500 мА/дел.

3.При замкнутом ключе К1 снять осциллограмму несинусоидального напряжения источника. При помощи кнопки Pause, которая находится под кнопкой Пуск в правом верхнем углу экрана, получите изо-

бражение полного периода несинусоидального напряжения. Затем с помощью кнопки Expand на панели управления осциллографом получите увеличенное изображение экрана осциллографа. Обратный переход осуществляется кнопкой Reduce. Скопировать осциллограмму в отчёт. Записать показание вольтметра.

4.Снять осциллограмму тока в цепи с индуктивностью, для чего

необходимо разомкнуть ключ К1, и ключ К2 переключить на индуктивность. Записать показание амперметра. Скопировать осциллограмму

вотчёт

5.Снять осциллограмму тока в цепи с емкостью, для чего пере-

ключите К2 в положение емкости. Записать показание амперметра. Скопировать осциллограмму в отчёт.

58

Теоретические основы электротехники. Часть 1, 2: методические указания к выполнению лабораторных работ

6.Разложить кривую напряжения в п. 3 и кривые тока в п. 4 и п. 5

вряд Фурье на гармоники не выше пятой и Определить действующие значения напряжения и тока, сравнив их с показаниями вольтметра и амперметра. Для этого необходимо воспользоваться командой главного меню Fourier – спектральный анализ Фурье (по пути Analysis<Fourier). В открытом диалоговом окне выполнить установки согласно рис. 10.3 и нажать кнопку Simulate. По амплитудно-

частотному спектру измерить амплитуды пяти результативных гармоник.

Рис. 10.3

Действующие значения тока и напряжения определяются по формулам:

7.Записать мгновенное значение несинусоидального напряжения источника, построить его гармонические составляющие и, сложив их графически, сравнить результат с исходной кривой, полученной экспериментально.

8.Сделать выводы по работе.

59

Теоретические основы электротехники. Часть 1, 2: методические указания к выполнению лабораторных работ

Содержание отчета

1.Наименование и цель работы.

2.Схема электрической цепи.

3.Ответы на вопросы подготовки к работе.

4.Основные соотношения.

5.Осциллограмма несинусоидального напряжения источника, осциллограмма тока в цепи с емкостью, осциллограмма тока в цепи с индуктивностью. Спектральный анализ Фурье для каждой из осциллограмм. Расчёт действующих значений для каждой из осциллограмм по спектру. Мгновенное значение несинусоидального напряжения источника и его график, полученный в результате сложения гармонических составляющих.

6.Выводы.

Рекомендуемая литература: [1, с.146–153], [3, с. 86–91], [4, с. 265– 271], [6, с. 209–214], [7, с. 200–216].

60