Аппаратура, оборудование и материалы

1. Аналоговые электроизмерительные приборы с различными системами измерительных механизмов;

2. Трансформаторный токовый датчик;

3. Цифровой мультиметр и клещевой цифровой мультиметр;

4. Регулируемый источник переменного напряжения на основе ЛАТР и нагрузочный резистор (реостат).

Указания по технике безопасности

1. К работе на стендах допускаются студенты, прошедшие инструктаж по технике безопасности при выполнении работ в лабораториях кафедры физики, электротехники и электроники и ознакомившиеся с настоящими методическими указаниями. Прохождение инструктажа по технике безопасности фиксируется преподавателем в специальном журнале.

2. Лабораторная работа должна выполняться не менее чем двумя студентами.

3. Сборку схемы осуществлять исправными соединительными проводами, используя при этом приведенные в лабораторной работе принципиальные схемы экспериментов.

4. Собранная цепь проверяется преподавателем и может включаться только по его разрешению. О включении напряжения предупреждают всех членов бригады, выполняющих работу.

5. Изменения схемы производят только при выключенном напряжении на стенде, а вновь собранная схема перед подачей на нее напряжения проверяется преподавателем.

6. По окончании испытания или при перерыве в работе схему отключают от напряжения питания. Разборку схему осуществляют по разрешению преподавателя.

Методика и порядок выполнения работы

Краткое описание схемы эксперимента

Схема экспериментальной установки приведена на рисунке 1.1.

В эксперименте используются приборы магнитоэлектрической, электромагнитной, электродинамической и цифровой (CDM) систем. Системы стрелочных приборов на схеме показаны их условными обозначениями. Там же указаны рекомендуемые их номинальные значения. Соответствующий несинусоидальный режим в одноконтурной цепи создается выборам положения тумблера SA1 схемы VD. В положении 1 тумблера SA1 на участке цепи после выпрямителя VD получают модуль мгновенного значения тока, протекающего перед выпрямителем синусоидального тока. В положении 2 тумблера SA1 как до, так и после выпрямителя VD протекают однополярные импульсы тока, полученные после однополупериодного выпрямления. Некоторые из амперметров и ваттметров включены до выпрямителя VD, а другие – после. В качестве нагрузки в цепи используется реостат R_H.

Рисунок 1.1 – Схема экспериментальной установки для исследования работы измерительных приборов разных систем

Регулирование тока в цепи выполняется изменением ЛАТРом напряжения U₁ на входе цепи и изменением величины сопротивления реостата R_H. CDM используется для измерения тока как до, так и после выпрямителя VD. Места измерения тока посредством CDM на схеме помечены как CDM_1 и CDM_2. Напряжение на входе схемы и на нагрузке R_H измеряется вольтметром pV электромагнитной системы и цифровым мультиметром ЦМ, при этом измерения вначале выполняются в режимах ACV, а затем ACD. Обмотка напряжения электродинамического ваттметра рW₂, включенного после выпрямителя VD, подключается тумблером SA2 либо перед выпрямителем VD (положение 1), либо после (положение 2).

Форма тока фиксируется осциллографированием напряжения с добавочных резисторов R_ДОБ.

Выполнение экспериментов по изучению работы приборов разных систем в условиях синусоидальных и несинусоидальных электрических величин.

1) при двухполупериодном выпрямлении (положение 1, тумблер SA1) по показанию амперметра рА₁ установите значение тока, заданное преподавателем, но не более 5 А.

В таблицу 1.1 записать показания всех приборов для двух положений тумблера SA2. Для каждого положения этого тумблера нарисуйте формы токов. В графах 3 и 13 через дробь делаются записи режимов ACV/DCV для ЦМ;

2) перейдите в режим однополупериодного выпрямления (положение 2, тумблер SA1) и для двух положений тумблера SA2 запишите показания всех приборов.

Нарисуйте формы токов.

Таблица 1.1 – Исследование работы измерительных приборов

разных систем

Положение SA1	U1 , В		pA1, A	CDM_1, A	pW1, Вт	pA2, A	CDM_2, A	pW1, Вт		pA3, A	U2 , В
		ЦМ		CDM			CDM					ЦМ
								Положение SA2
								1	2
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13

Обработка экспериментальных данных

На основе анализа соответствующих данных таблицы 1.1 дать письменные ответы на следующие вопросы:

1. Рассмотреть варианты возможных расчетов величины сопротивления нагрузки R_H и выполнить соответствующие вычисления.

2. Объяснить причины соответствующих совпадений и несовпадений показаний электромагнитных приборов (графы 2 и 12).

3. Объяснить причины соответствующих совпадений и несовпадений показаний прибора ЦМ (графы 3 и 13).

4. Объяснить причины соответствующих совпадений и несовпадений показаний электромагнитного вольтметра и прибора ЦМ (графы 2 и 3).

5. Объяснить причины соответствующих совпадений и несовпадений показаний электромагнитного вольтметра и прибора ЦМ (графы 12 и 13).

6. Объяснить причину совпадений показаний приборов pW₁ и pW₂ только при определенном сочетании положений тумблеров SA1 и SA2. Указать, каком.

7. Объяснить причину равенства нулю показания ваттметра pW₂ при определенном сочетании положений тумблеров SA1 и SA2.

8. Объяснить природу изменения показаний ваттметра pW₂ в зависимости от положения тумблера SA2. Используя соответствующие показания, определите действующее и амплитудное значение первой гармоники тока, протекающего через нагрузку R_Н.

9. Рассчитать показания прибора рА₂ (графа 7) через показания приборов CMD (графа 8) и рА₃ (графа 11).

10. В каком из положений переключателя SA2 показания ваттметра pW₂ будут верно отражать мощность, потребляемую нагрузкой R_Н, и почему?

Примечание. Для ответа на приведенные выше вопросы необходимо иметь в виду следующее:

1. Показания приборов и их точность, например, при протекании несинусоидальных токов зависят от системы используемых в них измерительных механизмов, а токоизмерительные клещи не трансформируют постоянную составляющую несинусоидального тока, но при ее больших значениях вызывают однополярное подмагничивание магнитной системы ТТД с соответствующими последствиями.

2. При анализе поведении приборов и количественных соотношений необходимо иметь в виду (рисунок 1.2), что разложения соответствующих несинусоидальных функций имеют структуры:

– после однополупериодного (рисунок 1.2 а):

, (1.1)

где постоянная составляющая ;

– после двухполупериодного (рисунок 1.2 б):

, (1.2)

где постоянная составляющая .

Обратите внимание на отсутствие в последнем разложении первой гармоники в функции . При анализе показаний ваттметров pW₁ и pW₂ это необходимо иметь в виду.

а) б)

Рисунок 1.2 – а) Однополупериодное выпрямление, б) двухполупериодное выпрямление

При анализе показаний ваттметра pW₂ в зависимости от положения тумблера SA2 необходимо учесть, что фазовый угол k-той гармоники φ_k можно принять равным нулю (нагрузка R_H – активная).