3. Описание лабораторной установки

Объектом исследования является электрическая цепь, состоящая из последовательно соединенных резистора, индуктивности и конденсатора, подключенная к источнику несинусоидального периодического напряжения. В лабораторной работе экспериментально подтверждается метод расчета цепи несинусоидального тока, основанный на принципе наложения. Проводится два опыта.

Источником несинусоидального и синусоидального напряжения в лабораторной работе является блок ГЕНЕРАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЙ – ГЕНЕРАТОР НАПРЯЖЕНИЙ ПРОИЗВОЛЬНОЙ ФОРМЫ. В качестве электроизмерительных приборов используются мультиметры для измерения напряжений и токов и ваттметр для измерения активной мощности. Пассивные элементы электрической схемы выбирают из миниблоков резисторов, индуктивностей и емкостей.

4. Подготовка к работе

4.1. Для напряжения прямоугольной формы без постоянной составляющей (меандр) (рис.1) записать ряд Фурье, ограничиваясь пятью слагаемыми (см. [1]). Построить в масштабе спектр амплитуд, полагая амплитуду основной гармоники равной единице.

4.2. Для электрической цепи, изображенной на рис.2, рассчитать методом наложения мгновенные и действующие значения тока и напряжений на выходе генератора и на емкости, а также активную мощность, если на выходе генератора напряжение в форме меандра. Расчет выполнить в комплексной форме для 1-й, 3-й и 5-й гармоник по (3), (4). Параметры цепи приведены в табл.1. Амплитудное значение напряжения на выходе генератора принять равным 8 В. Результаты расчета записать в табл.2 протокола измерений.

Рис.1. График u(t) типа меандр

Рис.2. Расчетная схема

Таблица 1

№ бригады	R, Ом	L, мГн	C, мкФ	f, Гц
1	470	100	1	200
2	220	40	1	300
3	680	10	1	400
4	330	100	1	350

4.3. Нарисовать зависимости , .

5. Порядок выполнения работы

5.1. Собрать схему электрической цепи, изображенную на рис. 3. Установить заданные по табл.1 величины R, L, C, из миниблоков резисторов и реактивных элементов. Включить автоматический выключатель QF блока МОДУЛЬ ПИТАНИЯ и тумблеры СЕТЬ модуля ГЕНЕРАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЙ, модуля ВАТТМЕТР и блока мультиметров.

Переключатель ФОРМА модуля ГЕНЕРАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЙ – ГЕНЕРАТОР НАПРЯЖЕНИЙ ПРОИЗВОЛЬНОЙ ФОРМЫ установить в положение . Регулятором Частота установить частоту f по табл.1.

5.2. Включить ОСЦИЛЛОГРАФ PG. Настроить нулевое значение сигнала, повернуть ручку регулятора вертикальной развертки до упора по ходу часовой стрелки. Подключить Вход 1 осциллографа к источнику. Настроить ручки горизонтальной развертки осциллографа таким образом, чтобы на экране полностью укладывался один период колебаний. Установить переключатель усиления по напряжению таким образом, чтобы максимально использовалась площадь экрана.

Регулятором Амплитуда модуля ГЕНЕРАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЙ – ГЕНЕРАТОР НАПРЯЖЕНИЙ ПРОИЗВОЛЬНОЙ ФОРМЫ установить по осциллографу величину амплитудного значения входного напряжения u_m=8 В. В остальных опытах использовать указанный порядок настройки осциллографа.

Записать данные в табл. 2 протокола измерений.

5.3. Подключить Вход 1 осциллографа к резистору R. Срисовать на кальку с экрана ОСЦИЛЛОГРАФА кривую зависимости u_R(t). На рисунке написать масштаб m_U.

5.4. Подключить Вход 1 осциллографа к конденсатору С. Срисовать на кальку с экрана ОСЦИЛЛОГРАФА кривую зависимости u_C(t).

5.5. Измерить амперметром РА и вольтметром РV блока МОДУЛЬ МУЛЬТИМЕТРОВ действующие значения напряжения на конденсаторе С - U_C и тока I, и прибором блока ВАТТМЕТР активную мощность Р. Измеренные значения занести в табл. 2 протокола измерений.

5.6. Переключатель Форма модуля ГЕНЕРАТОР НАПРЯЖЕНИЙ ПРОИЗВОЛЬНОЙ ФОРМЫ установить в положение . В протоколе измерений рассчитать действующие значения гармонических составляющих входного напряжения.

Подключить Вход 1 осциллографа к источнику. Регулятором Амплитуда установить величину амплитудного значения основной гармоники входного напряжения, равную .

5.7. Измерить амперметром РА и вольтметром РV блока МОДУЛЬ МУЛЬТИМЕТРОВ действующие значения напряжения на конденсаторе С.- U_C и тока i, и прибором блока ВАТТМЕТР активную мощность Р. Измеренные значения занести в табл. 2 протокола измерений.

5.8. Регулятором Частота установить на выходе модуля ГЕНЕРАТОР НАПРЯЖЕНИЙ ПРОИЗВОЛЬНОЙ ФОРМЫ частоту f =150 Гц. Регулятором Амплитуда установить, используя осциллограф, установить величину амплитудного значения третьей гармоники входного напряжения, равную . Выполнить измерения. Измеренные значения занести в табл. 2 протокола измерений.

5.9. Регулятором Частота установить на выходе модуля ГЕНЕРАТОР НАПРЯЖЕНИЙ ПРОИЗВОЛЬНОЙ ФОРМЫ частоту f =250 Гц. Регулятором Амплитуда установить величину амплитудного значения пятой гармоники входного напряжения, равную . Выполнить измерения. Измеренные значения занести в табл. 2 протокола измерений.

5.10. Рассчитать по данным измерений в п.п. 5.6 - 5.9 действующие значения тока в цепи, напряжений на выходе генератора и на емкости и активную мощность цепи по формулам (3), (4). Результаты занести в табл. 3 протокола измерений. Сравнить их с рассчитанными в п. 4.2.

5.11. Рассчитать значения коэффициентов искажения kиc_I , kиc_U по (9) и коэффициент амплитуды ka_U по (8).

5.12. Прикрепить осциллограммы сигналов к протоколу наблюдений. Протокол к лабораторной работе с измерениями измерений утвердить у преподавателя.

5.13. Выключить QF блока МОДУЛЬ ПИТАНИЯ и тумблеры СЕТЬ модуля ГЕНЕРАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ, модуля ВАТТМЕТР и блока мультиметров. Выключить ОСЦИЛЛОГРАФ.