Содержание и порядок выполнения работы

Источником синусоидального напряжения частой f = 50 Гц является МОДУЛЬ ПИТАНИЯ UZ3. Измерительные приборы расположены в модуле ИЗМЕРИТЕЛЬ ФАЗЫ. Для измерения напряжения используют мультиметр РР. Нелинейные элементы электрической цепи выбирают из модуля НЕЛИНЕЙНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ. Для получения зависимостей от времени используют осциллограф.

Работа состоит из двух частей. В первом части исследуется цепь с инерционным резистивным элементом. Во второй исследуется цепь с безынерционным нелинейным элементом – катушкой с ферромагнитным сердечником.

· Собрать электрическую цепь с инерционным резистивным элементом (схема рис. 1П протокола измерений).

· Проверить собранную электрическую цепь в присутствии преподавателя.

· Включить автоматический выключатель QF блока МОДУЛЬ ПИТАНИЯ и тумблер SA2 МОДУЛЬ ПИТАНИЯ UZ3. Установить напряжение U = 0.

· Плавно изменяя регулятором напряжения ток  от нуля до 80 мА с шагом 10 мА экспериментально получить характеристику нелинейного элемента. Измеренные величины занести в табл. 1П протокола измерений.

· Собрать электрическую цепь по схеме, показанной на рис. 2П.

· Проверить собранную электрическую цепь в присутствии преподавателя.

· Выполнить предварительные расчеты для указанного преподавателем значения тока  из табл. 1П.

· Регулятором напряжения модуля UZ3установить указанное преподавателем значения тока . Измерить входное напряжение, мощность и угол сдвига фаз. Напряжения  и  измерить мультиметром РР. Результаты измерений занести в табл. 2П.

· Включить осциллограф. Подключить Вход 1 и Вход 2 осциллографа согласно рис. 2П. Срисовать на кальку с экрана осциллографа кривые зависимости  и . На рисунке написать масштабы  и  усиления по напряжению.

· Собрать электрическую цепь с катушкой (схема рис. 3П).

· Проверить собранную электрическую цепь в присутствии преподавателя.

· Установить на входе цепи напряжение U, при котором действующее значение тока  = 60 – 75 мА.

· Подключить Вход 1 осциллографа согласно рис. 3П. Срисовать с экрана на кальку кривую зависимости и . При = 1 Ом кривая  тождественна зависимости . На рисунке написать масштабы  усиления по вертикальной оси и  временной развертки.

· Утвердить протокол измерений у преподавателя.

· Выключить тумблер SA2 источника МОДУЛЬ ПИТАНИЯ UZ3и автоматический выключатель QF блока МОДУЛЬ ПИТАНИЯ.

Протокол измерений к лабораторной работе №20

«Инерционные и безынерционные нелинейные элементы»

Инерционный элемент

Схема для измерения характеристики инерционного элемента показана на рис. 1П. Результаты измерений представлены в табл. 1П.

Рис. 1П

Таблица 1П

, В
, мА	10	20	30	40	50	60	70	80

Схема с нелинейным инерционным элементом показана на рис. 2П. Частота 50 Гц; период  20 мс; емкость конденсатора _____ мкФ, реактивное сопротивление ______ Ом.

Рис. 2П

Предварительные расчеты. Для действующего значения тока ____ мА:

Напряжения  = ____В; = ______= ____ В;

____________= ____В.

Экспериментальные данные представлены в табл. 2П.

Таблица 2П

, В	, В	, В	, мА	, Вт	, град

Осциллограммы напряжений на источнике и инерционном элементе прикреплены к протоколу.

Безынерционный элемент

Схема цепи с безынерционным нелинейным элементом показана на рис. 3П. Сопротивление шунта 1 Ом.

Рис. 3П

Напряжение __ В; ___ мА.

Осциллограмма напряжения на шунте прикреплена к протоколу. Напряжение . Сопротивление шунта 1 Ом, поэтому полученная зависимость есть .

Вывод: инерционные элементы не изменяют спектр сигнала, а инерционные изменяют.

Работу выполнили _________________________

Работу проверил _________________________

Содержание отчета

1. Нарисовать схемы цепей и перенести данные из протокола измерений.

2. Рассчитать цепь с инерционным элементом, используя ВАХ элемента и действующее значение входного тока. Сравнить расчетные и экспериментальные данные.

3. По осциллограмме тока  безынерционного элемента найти 10 значений на интервале времени от 0 до  через  1 мс.

4. Используя быстрое преобразование Фурье, вычислить значения коэффициентов разложения по синусам и косинусам для первой и третьей гармоник функции тока. По этим данным рассчитать амплитуду и фазу первой и третьей гармоник тока. Записать .

5. Рассчитать действующее значение тока. Сравнить расчетные и экспериментальные данные.

Отчет по лабораторной работе №20

«Инерционные и безынерционные нелинейные элементы»

Инерционный элемент

Схема для измерения вольтамперной характеристики для действующих значений показана на рис. 1.

Рис. 1	Рис. 2

Экспериментальные данные представлены в табл. 1.

Таблица 1

, В
, А

Схема цепи с нелинейным инерционным элементом показана на рис. 2. Частота 50 Гц, емкость конденсатора ___ мкФ, реактивное сопротивление _____ Ом.

Действующее значение тока ____ мА. Напряжения _____ В (по табл. 1), __________ В, ___________________В.

Мощность _________Вт. Угол ____________град.

Приняв начальную фазу входного напряжения , получим мгновенные значения тока и напряжений:

                                                   мА;                                     В;

                                            В;                                                  В.

Сравнение расчетных и экспериментальных данных выполнено в табл. 2П.

Таблица 2

	, В	, В	, В	, мА	, Вт	, град
Расчет
Эксперимент

По результатам расчета на рис. 3 построены векторные диаграммы тока и напряжения в масштабах ____ В/дел. и _____ мА/дел.

На рис. 4 представлены расчетные графики напряжений  и . В том же масштабе на рис. 5 представлены экспериментальные зависимости  и .

Рис. 3

Рис. 4

Безынерционный элемент

Схема цепи с безынерционным элементом показана на рис. 6. Сопротивление шунта 1 Ом. Зависимость тока на половине периода 10 мс, полученная в результате пересчета осциллограмма , представлена на рис. 6.

Рис. 5

Рис. 6

На рис. 6 половина периода  колебаний тока разделена на 10 равных частей. Значения тока занесены в табл. 3. В табл. 3, 4 выполнены расчеты коэффициентов разложения в ряд Фурье по синусам и косинусам для первой и третьей гармоник.

Таблица 3

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Таблица 4

	1	3
, мА
, град

Мгновенное значение тока:

+ =__________________________________________ мА.

Действующие значение тока                             =_____мА.

Из эксперимента _____ мА.

Работу выполнили _________________________

Работу проверил _________________________

Лабораторная работа №21
Нелинейная резистивная цепь

Целью лабораторной является исследование электрической цепи с нелинейным безынерционным резистивным элементом.

Общие сведения

Параметры безынерционных нелинейных элементов меняются вместе с изменением мгновенных значений токов и напряжений.

В качестве вольтамперной характеристики  безынерционного нелинейного элемента можно принять его статическую характеристику (рис. 21.1). Из рисунка следует, что при синусоидальном напряжении  ток  в его цепи будет несинусоидальный. Характеристика  обычно представляется в виде таблицы или графика. При аналитическом расчете используют

Рис. 21.1

аппроксимацию. Аппроксимирующую функцию выбирают так, чтобы она была близка исходной зависимости, а расчет цепи был прост. Обоим условиям удовлетворяет кусочно-линейная функция.

Расчет цепи производится отдельно для каждого линейного участка аппроксимации. На рис. 21.2 показана аппроксимация ВАХ тремя участками. Решения, полученные для каждого участка, стыкуют, исходя из условия непрерывности (моменты времени , ,  и  на рис 21. 2).

Рис 21. 2