Лабораторные работы по электротехнике

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. 2.1 показаны

Рис. 2.1

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 тока.

Последующие эксперименты ограничены синусоидальными напряжениями, которые наиболее часто встречаются в электротехнике и электронике.

Эксперименты затрагивают такие параметры как частота, амплитуда, среднеквадратическое (действующее) значение, фазовый сдвиг (угол) и мощность.

Опыты с трехфазными токами проводятся отдельно (разд. 7).

На рис. 2.2 показаны напряжение и ток, как синусоидальные функции времени.

Рис. 2.2

В течение одного периода T 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).

Мгновенные значения синусоидальных напряжения u и тока i выражаются так:

u = Um × sin (wt+yu) , i = Im × sin (wt+yi) ,

где yu и yi – начальные фазы напряжения и тока.

Разность фаз напряжения и тока (фазовый сдвиг):

j = yu - yi.

Другие параметры синусоидальных величин и формулы для их вычисления приведены ниже.

Частота f в Герцах (Гц) выражается как число периодов в секунду

f = 1 ¤ T.

Угловая частота w в рад ¤ с равна

w = 2× p × f .

Действующие значения синусоидальных тока и напряжения равны

I = Im / Ö2, U = Um / Ö2 .

Экспериментальная часть

Задание

Выведите на экран виртуального осциллографа синусоидальные токи и напряжение на резисторе и определите следующие величины :

амплитудное значение напряжения Um,

амплитудное значение тока Im,

действующее значение напряжения U,

действующее значение тока I,

период T,

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 (рис. 2.3), подключите регулируемый источник синусоидального напряжения (U = 3…7 В, f = 0,2…1 кГц). В качестве измерительных приборов включите в схему каналы коннектора.

Рис. 2.3

Включите виртуальные приборы V0, A1 и осциллограф.

«Подключите» два входа осциллографа к приборам V0 и A1, а остальные отключите.

Установите параметры развёртки осциллографа так, чтобы на экране было изображение примерно одного - двух периодов напряжения и тока.

Определите по осциллографу все указанные ниже величины.

Амплитудное значение напряжения

Um =

Амплитудное значение тока

Im = Um ¤ R =


Действующее значение напряжения

U = Um ¤ Ö2 =

Действующее значение тока

I = Im ¤ Ö2=

Период

T =

Частота

f = 1 ¤ T =

Угловая частота

w = 2 × p × f =

Фазовый сдвиг

j =

Мгновенное значение напряжения u в момент времени t = T / 3

u = Um × sin wt =

Примечание: wt –угол, измеряемый в радианах.

Запишите результаты измерений и вычислений в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Средства измерения

Um,

В

Im,

мА

U,

В

I,

мА

T,

мС

f,

В

w,

рад/с

j, град

u(Т/З)

В

Осциллограф

Виртуальный прибор

-

-

Измерьте Um, Im, U, I с помощью виртуальных приборов, занесите результаты в табл. 2.1 и сравните с результатами измерения осциллографом.

Включите блок «Приборы II», сделайте необходимые «подключения», измерьте T, f, j. Запишите полученные значения в табл. 2.1 и сравните с результатами, полученными с помощью осциллографа.

Трехфазные цепи синусоидального тока