Содержание
Тульский государственный университет.
Задание 1
Определить результат измерения одного из несинусоидальных напряжений в зависимости от варианта, формы и параметры которых приведены в таблице №1, следующими приборами:
- Магнитоэлектрическим вольтметром
- Выпрямительным вольтметром
- Электромагнитными вольтметром
- Электродинамическим вольтметром
- Электростатическим вольтметром
- Электронным вольтметром с амплитудным детектором при открытом и закрытом входе
- Электронным вольтметром с детектором действующих значений при открытом и закрытом входе
- Электронным вольтметром с детектором средневыпрямленных значений с открытым и закрытым входах
- Электронным пиковым вольтметров с открытым и закрытым входам
При выполнении результатов измерения необходимо привести схему соответствующего детектора с открытым и закрытым входами.
Задание 2
к ККР по теме: определение результатов измерений электрических
величин с помощью электронного осциллографа.
На рис.1 и рис.2 приведены схемы электрических цепей R L и R C по
которым протекает ток I от источника переменного напряжения U с частотой
f5 0Гц.
Напряжение на катушке индуктивности Uk , на конденсаторе C и на
сопротивлениях R0 подключены к вертикально-отклоняющим (ВОП) и
горизонтально-отклоняющим (ГОП) пластинам как показано на рисунках.
Исходные данные: y0, yk , y,S0,Sk S, R0 приведены в таблице №2
1) Используя формулу чувствительности осциллографа
2 2
y
S
U
, где y
— отклонение луча, U — напряжение на пластинах осциллографа.
Определить
напряжение Uk,U0,U и построить векторную диаграмму напряжений (методом
засечек строится треугольник напряжений) совмещенную с вектором тока.
Показать на диаграмме угол сдвига фаз между током Ik и общим
напряжением U , а также угол между током I и напряжением Uk .
2) Учитывая, что угол 90 и что Uk опережает ток I на этот угол,
построить графически фигуру Лиссажу, которая при этом будет на экране ЭО.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Институт высокоточных систем им. В.П. Грязева
Кафедра электротехники
Е.И.Феофилов
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ И ЗАДАНИЯ
К КОНТРОЛЬНО-КУРСОВОЙ РАБОТЕ ПО ДИСЦИПЛИНЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ
Направление подготовки: 140400 – Электроэнергетика и электротехника
Профиль подготовки: Электрооборудование и электрохозяйство предприятий, организаций и учреждений
Тула 2012 г.
ОБЩИЕ ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ
ПРИБОРАМИ РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМ
При использовании стационарных режимов в цепях переменного тока используют приборы, которые в зависимости от принципа действия измерительной системы определяют одно из следующих значений измеряемой величины:
а) действующее значение
б) среднее значение за половину периода (постоянная составляющая)
в) амплитудное (максимальное) значение за период
г) средневыпрямленное значение
Если кривые тока и напряжения симметричны относительно оси абсцисс, то действующее, среднее и амплитудное значения связаны между собой известными соотношениями:
- Коэффициентом формы кривой (или );
- Коэффициентом амплитуды(или).
Очевидно, что значения этих коэффициентов зависят от формы кривой напряжения (тока). Так, для синусоиды
При несинусоидальных кривых значения коэффициентов и отличаются от этих значений. Чем ближе кривая измеряемой величины к прямоугольной форме, тем ближе к единице значения и , и наоборот, чем острее кривая, тем больше значения и по сравнению с соответствующими значениями коэффициентов для синусоиды.
Если измеряемая величина представляет собой несинусоидальную периодически изменяющуюся функцию, то ее можно представить в виде тригонометрического ряда. Отношение действующего значения основной гармоники ряда разложения к действующему значению всей кривой получило название коэффициента искажения
Для синусоиды
При несинусоидальной кривой тока или напряжения приборы различных систем будут вести себя по-разному и могут давать неодинаковые результаты измерения при одном и том же значении измеряемой величины.
Приборы электродинамической, электромагнитной, электростатической и термоэлектрической систем реагируют на действующее значение измеряемой величины, а приборы магнитоэлектрической системы – на постоянную составляющую измеряемой величины.
Рис.1 – формы кривой напряжения.
Приборы выпрямительной системы измеряют среднее по модулю значение измеряемой величины, а амплитудные электронные вольтметры – максимальное (амплитудное) значение. Но обычно всеми приборами (кроме магнитоэлектрических) пользуются для измерения действующих значений синусоидальных величин, и поэтому шкалы этих приборов градуируются в действующих значениях. Так, в выпрямительных приборах шкалы градуируется на напряжение , в амплитудных электронных вольтметрах на .Так как отношения и при несинусоидальной форме кривой отличаются от значений коэффициентов 1.11 и (для синусоиды), то выпрямительные и электронные приборы дают большую погрешность при измерении действующих значений несинусоидальной величины.
Посмотрим, что будут показывать приборы разных систем при различных формах кривой измеряемого напряжения (рис.1). Допустим, что .
В случае, приведенном на рис.1-а, магнитоэлектрический вольтметр покажет нуль, так как отсутствует постоянная составляющая; электродинамический вольтметр покажет 100 В; выпрямительный вольтметр покажет; амплитудный электронный вольтметр покажет .
В случае, приведенном на рис.1-б магнитоэлектрический вольтметр покажет нуль, так как отсутствует постоянная составляющая; электродинамический вольтметр покажет ; выпрямительный вольтметр покажет ; амплитудный электронный вольтметр покажет .
В случае, приведенном на рис.1-в, при магнитоэлектрический вольтметр покажет постоянную составляющую ; электродинамический вольтметр покажет ; выпрямительный вольтметр покажет ; амплитудный вольтметр покажет .
В приведенной ниже таблице приведены некоторые виды простейших форм кривой напряжения (тока) и соответствующие им действующие и средние значения напряжения (тока), а также значения коэффициентов и .
В ряде практических случаев представляет интерес среднее значение измеряемой величины. В этом случае следует применять только приборы выпрямительной системы, так как даже отградуированные в средних значениях приборы других систем при отличии формы кривой измеряемой величины от синусоиды будут давать погрешность. Почти все типы приборов изменяют показания в зависимости от формы кривой измеряемой величины. Исключение составляют лишь приборы термоэлектрической и электростатической систем.
ЗАВИСИМОСТЬ ПОКАЗАНИЙ АНАЛОГОВЫХ
ВОЛЬТМЕТРОВ ОТ ФОРМЫ КРИВОЙ
ИЗМЕРЯЕМОГО НАПРЯЖЕНИЯ
Шкалы подавляющего большинства аналоговых (стрелочных) вольтметров, предназначенных для измерения переменных напряжений, градуируют в среднеквадратичных значениях синусоидального напряжения. Шкалы импульсных вольтметров градуируют в пиковых значениях напряжения.
Соотношения между максимальным , среднеквадратичным и средневыпрямленным значениями синусоидального напряжения таковы:
,
При измерении напряжений, отличных по форме от синусоидальных, лишь показания квадратичных электронных вольтметров с открытым входом, а также вольтметров электромагнитной, электродинамической (ферродинамической) и электростатической систем соответствуют среднеквадратичному значению измеряемого напряжения. Показания всех других типов вольтметров (детекторы которых неквадратичны) не будут соответствовать этому значению измеряемого напряжения.
Для уяснения выше сказанного кратко познакомимся с процессом градуировки вольтметров. Пусть имеются четыре электронных вольтметра, шкалы которых нужно проградуировать. Вольтметр №1, имеющий пиковый детектор с закрытым входом, предназначается для измерения высоты импульсов. Вольтметр №2, имеющий пиковый детектор с закрытым входом, предназначается для измерения синусоидальных напряжений в среднеквадратичных значениях. Вольтметр №3 имеет квадратичный детектор; вольтметр №4 – детектор средневыпрямленного значения и предназначается для измерения синусоидальных напряжений в среднеквадратичных значениях.
Подключим эти вольтметры к стабилизированному источнику синусоидального напряжения и проведем градуировку их шкал.
Пусть максимальное значение напряжения источника . В этом случае стрелка измерителя вольтметра №1 повернется на угол, пропорциональный. Так как прибор предназначается для измерения высоты импульсов, то против конца стрелки измерителя ставят риску и число 141 (). Стрелка измерителя вольтметра №2 также повернется на угол, пропорциональный максимуму калибрующего напряжения, однако против конца стрелки нужно поставить число 100, так как прибор градуируется в среднеквадратичных значениях синусоидального напряжения. Угол поворота стрелки вольтметра №3 пропорционален среднеквадратичному значению калибрующего напряжения и против конца стрелки следует поставить число 100. Угол поворота стрелки измерителя вольтметра №4 пропорционален средневыпрямленному значению калибрующего напряжения (=90 В), однако против конца стрелки нужно поставить число 100, так как прибор предназначен для измерения синусоидальных напряжений в среднеквадратичных значениях.
При измерении напряжений, форма которых отлична от синусоидальной, всегда нужно учитывать характер градуировки шкалы вольтметра. Так, например, если при измерении неизвестного напряжения вольтметр №4 показал 30 В, то это означает при открытом входе вольтметра, что средневыпрямленное значение измеряемого напряжения равно.
Если же какое-то неизвестное напряжение измерялось прибором №2 с закрытым входом и его показания равны 10 В, то можно лишь сказать, что это напряжение имело пиковое отклонение вверх над постоянной составляющей .
Если форма измеряемого напряжения известна, то интересующее экспериментатора значение напряжения может быть определено по отчетам прибора практически любого типа.
Отзывы
Отзывов пока нет.