11. 3. Вопросы

1. Что такое несинусоидальные колебания?

2. Нарисуйте два цикла (периода):

а. Прямоугольного колебания;

б. Треугольного колебания;

в. Пилообразного колебания.

3. Где применяются эти несинусоидальные колебания?

4. Опишите основную частоту и гармоники трех различ­ных несинусоидальных колебаний.

РЕЗЮМЕ

• Переменный ток — это наиболее широко используемый в технике тип тока.

• Переменный ток представляет собой ток, текущий сна­чала в одном направлении, а затем в противоположном.

• Один оборот якоря генератора переменного тока назы­вается циклом.

• Герц — это один цикл в секунду.

• Форма переменного тока, вырабатываемого генерато­ром, называется синусоидой.

• Пиковое значение синусоиды — это наибольшее значе­ние функции за время периода.

• Размах синусоиды — это вертикальное расстояние меж­ду пиками противоположного знака.

• Эффективное значение переменного тока — это такое значение постоянного тока, при котором на данном со­противлении выделяется столько же тепла, что и при переменном токе.

• Эффективное значение можно определить, вычислив среднеквадратичное значение величины.

• Среднеквадратичное значение синусоиды равно 0,707 от пикового:

Е = 0,707 Е ,

эфф ⁷ макс.

= 0,707 I .

эфф ⁷ макс

• Время, необходимое для завершения одного цикла си­нусоиды, называется периодом (t).

• Количество циклов, совершаемых за заданный проме­жуток времени, называется частотой (f).

• Соотношение между частотой и периодом синусоиды вы­ражается следующей формулой:

,Л.

t

• Прямоугольные колебания состоят из колебаний основ­ной частоты и всех нечетных гармоник.

• Треугольные колебания состоят из колебаний основной частоты и всех нечетных гармоник, сдвинутых по фазе на 180 градусов относительно основной частоты.

• Пилообразные колебания содержат как четные, так и нечетные гармоники. Четные гармоники сдвинуты на 180 градусов по фазе относительно нечетных гармоник.

Глава 12. Самопроверка

1. Что надо сделать для наблюдения электромагнитной ин­дукции?

2. Объясните, как правило левой руки применяется к ге­нераторам переменного тока?

3. Дайте определение полного размаха колебаний.

4. Как определяется эффективное значение переменного тока?

5. Нарисуйте примеры трех несинусоидальных колебаний, которые могут представлять и ток и напряжение.

6. Почему при изучении несинусоидальных колебаний важны гармоники?

ЦЕЛИ

После изучения этой главы студент должен быть в со­стоянии:

• Перечислить типы измерительных приборов, пригодных для измерений переменного тока.

• Перечислить системы измерительных приборов, исполь­зуемых для измерений переменного тока.

• Объяснить функции осциллографа.

• Перечислить основные части осциллографа и объяснить их назначение.

• Продемонстрировать правильную установку осциллог­рафа.

• Рассказать, как использовать осциллограф для прове­дения измерений.

• Объяснить, как работает частотомер.

• Перечислить основные части частотомера.

Измерения силы тока, напряжения, сопротивления, мощности и частоты переменного тока необходимы при работе и ремонте цепей переменного тока и различных устройств.

В этой главе описано наиболее важное тестирующее оборудование, используемое для проведения различных измерений переменного тока.

11. 1. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Приборы с перемещающейся катушкой — это приборы магнитоэлектрической системы. Аналоговый измеритель­ный прибор, изображенный на рис. 13-1 — это прибор с перемещающейся катушкой. Цифровые приборы, показа­ния которых легко читаются (рис. 13-2), в последнее время

Рис. 13-2. Цифровой измерительный при­бор, используемый для измерений величины переменного тока.

Рис. 13-1. Аналоговый измерительный при бор, используемый для измерений величины переменного тока

заменяют аналоговые приборы. Однако большинство школ и предприятий все еще используют аналоговые приборы.

Приборы магнитоэлектрической системы рассчитаны на измерение постоянного тока. Для того чтобы с помощью этого прибора измерить переменный ток, его сначала надо преобразовать в постоянный. Это осуществляется с помо­щью устройства на диодах, которое называется выпрями телем. Процесс преобразования переменного тока в посто­янный называется выпрямлением. Выпрямители размеща­ются между входом прибора и измерительной системой и позволяют протекать току только в одном направлении

о

Вход

%

Рис. 13-3. Выпрямители, используемые для преоб­разования переменного тока в постоянный перед подачей его на измери­тельный прибор магнито­электрической системы.

(рис. 13-3). Выпрямители преобразуют синусоидальный ток в пульсирующий постоянный ток, который поступает на измерительный прибор.

Измерительный прибор переменного тока второго типа использует перемещение железных лопастей (рис. 13-4). Этот прибор называется прибором электромагнитной сис­темы. Он не требует преобразования переменного тока в постоянный и состоит из двух железных лопастей, разме­щенных внутри катушки. Одна лопасть неподвижна, а другая может вращаться. Стрелка прибора прикреплена к подвижной лопасти и перемещается пропорционально сред­неквадратичному значению тока, текущего по катушке. Магнитное поле катушки индуцирует северный и южный полюсы на железных лопатках. Вследствие того, что од­ноименные полюсы отталкиваются, а обе лопасти имеют одинаковую полярность, они отталкиваются друг от друга.

Стрелка

Корпус

Неподвижная

лопасть

Подвижная

Катушка

Регулирующая

лопасть

Рис. 13-4. Измеритель­ный прибор электромаг­нитной системы, исполь­зующий железные лопас­ти, не требует преобразо­вания переменного тока в постоянный.

Перемещение железной лопасти, соответствующее откло­нению стрелки на всю шкалу, требует большего тока, чем для соответствующего перемещения катушки в приборах магнитоэлектрической системы. По этой причине прибо­ры электромагнитной системы редко применяются в цепях со слабыми токами. Приборы электромагнитной системы допускают большую погрешность при измерении перемен­ных токов с частотами свыше 100 герц. Они используют­ся преимущественно на частоте 60 (50) герц.

Работа измерительных клещей (рис. 13-5) основана на том, что переменный ток, протекающий по проводнику, соз­дает магнитное поле, изменяющееся при изменении тока. Каждый раз, когда переменный ток изменяет полярность, магнитное поле меняет направление. Измерительные кле­щи используют трансформатор с размыкающимся сердеч­ником. Это позволяет разомкнуть сердечник и обхватить им проводник. На конце сердечника находится катушка, которую пересекают магнитные силовые линии. Благода­ря этому в катушке индуцируется переменное напряжение. Это переменное напряжение должно быть выпрямлено перед подачей на измерительный прибор, обычно магни­тоэлектрической системы. Измерительные клещи исполь­зуются для измерения больших переменных токов. Ток, те-

Рис. 13-5. Работа измеритель­ных клещей основана на том, что ток, текущий по проводни­ку, создает вокруг него магнит­ное поле.

кущий по проводнику, должен быть достаточно большим для того, чтобы создать достаточно сильное магнитное поле, которое сможет индуцировать ток в катушке изме­рительных клещей.

Основным назначением приборов для измерения пере­менного тока является измерение токов. Однако эти при­боры могут также использоваться для измерения перемен­ного напряжения и мощности. Поскольку переменный ток периодически меняет свое направление, полярность вклю­чения прибора в цепь переменного тока не имеет значения. Однако для измерения тока измерительный прибор должен включаться в цепь последовательно. При измерении напря­жения измерительный прибор должен подключаться к цепи параллельно.

Вы всегда должны быть уверены, что измеряемые ток, или напряжение лежат в пределах измерения прибора. Для перестраховки неизменно начинайте измерения с наи­высшего предела, а потом переходите на более подходя­щую шкалу.