3. Работа на лабораторном стенде
3.1. Собрать цепь согласно рис. 5. Снять осциллограмму напряжения источника питания и убедиться, что оно синусоидально. Зарисовать кривые тока в цепи R, RL, RC. Убедиться, что линейные R, L, C не влияют на форму кривой тока в цепи с источниками гармонических ЭДС и токов.
pA
L C LH
~U
К осциллографу
R
Рис. 5
Снять осциллограмму тока в цепи, содержащей линейное сопротивление R и катушку с ферромагнитным сердечником LH для трёх значений напряжения источника питания. Убедиться в том, что чем сильнее насыщение сердечника, тем больше сказывается нелинейность катушки с ферромагнитным сердечником и более искажённую форму имеет кривая тока.
3.2. Исследовать влияние линейных индуктивности и конденсатора на форму кривой тока в цепи с источником несинусоидального напряжения (рис. 6). Объяснить, почему эти кривые отличны друг от друга.
A
LH L
~U C
К осциллографу
R
R
0
pA
Рис. 6
4. Работа в среде ewb 5.12
Источник периодической несинусоидальной функции может быть представлен последовательным соединением двух генераторов гармонических сигналов (рис. 7, 8), имеющих разную частоту и амплитуду.
Рис. 7
Рис. 8
Источниками несинусоидальных сигналов являются и нелинейные элементы, например диоды (рис. 9,10).
Рис. 9
Рис. 10
4.1. Отредактировать схему (рис.11) согласно табл. 1. Исследовать влияние линейной индуктивности и ёмкости на форму кривой тока. Получить графо-аналитическим методом разложение для кривой тока до пятой гармоники включительно.
Табл. 1
Вариант |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
E1, B |
50 |
180 |
100 |
70 |
60 |
90 |
40 |
80 |
f1, Гц |
60 |
20 |
120 |
90 |
50 |
100 |
30 |
60 |
E2, В |
50 |
120 |
100 |
50 |
40 |
90 |
60 |
60 |
f2, Гц |
120 |
60 |
60 |
30 |
100 |
50 |
90 |
50 |
R, Ом |
10 |
18 |
20 |
15 |
12 |
18 |
8 |
12 |
L, мГн |
50 |
60 |
40 |
70 |
55 |
45 |
65 |
35 |
C, мкФ |
100 |
110 |
90 |
80 |
120 |
130 |
70 |
60 |
Рис. 11
4.2. Отредактировать схему (рис. 12) в соответствии с заданием (табл. 2). Исследовать влияние индуктивности и ёмкости на форму кривых тока однополупериодного выпрямителей.
Рис. 12
Табл. 2
Вариант |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
Е, В |
10 |
8 |
12 |
11 |
9 |
7 |
5 |
6 |
f, Гц |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
100 |
110 |
120 |
R, Ом |
1 |
|||||||
RH, Ом |
20 |
40 |
60 |
18 |
25 |
10 |
12 |
8 |
C, мкФ |
100 |
90 |
80 |
110 |
50 |
60 |
70 |
120 |
4.3. Отредактировать схему (рис. 13) в соответствии с номером варианта (табл. 3). Исследовать влияние индуктивности на форму кривой выпрямленного тока.
Рис. 13
Табл. 3
Вариант |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
Е, В |
220 |
127 |
220 |
127 |
220 |
127 |
220 |
127 |
f, Гц |
50 |
|||||||
R, Ом |
1000 |
1600 |
2000 |
1400 |
1800 |
800 |
1200 |
600 |
L, Гн |
100 |
110 |
120 |
130 |
140 |
90 |
80 |
150 |
RH, Ом |
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
80 |
90 |
110 |
4.4. На рис. 14 представлен несинусоидальный периодический сигнал, разложение которого в ряд Фурье имеет вид
.
(20)
В соответствии с номером варианта (табл. 4) рассчитать амплитуды 1, 3, 5 и 7 гармоник и отредактировать схему (рис. 15). Измерить ток каждой гармоники в отдельности и общий ток. Сравнить его с расчётным. Нагрузка активная.
f(t)
Em
t
T
Рис. 14
Табл. 4
Вариант |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
Em, B |
127 |
220 |
380 |
660 |
127 |
220 |
380 |
660 |
T, C |
0,02 |
|||||||
R, Ом |
100 |
200 |
300 |
400 |
50 |
150 |
250 |
350 |
Рис. 15
4.5. В меню Analysis открыть команду Fourier – проведение спектрального анализа (Фурье-анализа). В окне установки режима (рис. 16) отредактировать команды:
- Output node – номер контрольной точки (ноды), в которой анализируется спектр сигнала;
- Fundamental frequency – частота первой гармоники;
- Number harmonic – число анализируемых гармоник;
-Vertical scale – масштаб по оси Y (линейный, логарифмический, в децибелах);
- Advanced – набор опций этого блока предназначен для определения более тонкой структуры анализируемого сигнала путём введения дополнительных выборок (по умолчанию выключены):
- Number of points per harmonic – количество отсчётов (выборок) на одну гармонику;
- Sampling frequency – частота следования выборок;
- Display phase – вывод на экран распределения фаз всех гармонических составляющих в виде непрерывной функции (по умолчанию выводится график только амплитуд гармоник);
- Output as line graph – вывод на экран распределения амплитуд всех гармоник в виде непрерывной функции (по умолчанию – в виде линейчатого спектра).
Рис. 16
Как видно из рис. 16, на экране выведены распределение амплитуд в виде линейчатого спектра и распределение фаз в виде непрерывного спектра, которое соответствует уравнению несинусоидального сигнала. По амплитудно-частотному спектру измерить амплитуды гармоник и сравнить результаты измерений с расчетными значениями, полученными по уравнению (20).Total harmonic distor – коэффициент нелинейных искажений в %.
4.6. Отредактировать схему рис. 17 в соответствии с номером варианта (табл. 5) и рассчитать значение индуктивности (или ёмкости) из условия резонанса напряжения на указанной гармонике. По осциллографу наблюдать формы суммарного напряжения, приложенного к R,L,C-нагрузке, и тока нагрузки. Объяснить почти гармоническую форму тока, предварительно определив резонансную частоту последовательного колебательного контура. Рассчитать действующие значения токов каждой из гармоник и определить действующее значение тока цепи.
Рис. 17
Табл. 5
Вариант |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
Гармоника |
1 |
3 |
5 |
1 |
3 |
5 |
1 |
3 |
R, Ом |
100 |
|||||||
L, мГн |
50 |
? |
100 |
? |
75 |
? |
125 |
? |
C, мкФ |
? |
5 |
? |
10 |
? |
7,5 |
? |
15 |