«ПАРАМЕТРЫ СИНУСОИДАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ (ТОКА)»
1. Цель работы: Ознакомление с параметрами синусоидального напряжения (тока): частота, амплитуда, среднеквадратическое (действующее) значение, фазовый сдвиг (угол).
2. Краткие теоретические сведения:
Переменный ток, в противоположность постоянному току, периодически меняет свое направление. Кривая (функция) переменного тока или напряжения, соответственно, может иметь различную форму. На рисунке 1 показаны некоторые из типичных для электротехники и электроники формы переменного тока.
Рисунок 1
Эти формы сигналов можно наблюдать на осциллографе, если его входные каналы подключить к выходу ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ГЕНЕРАТОРА. Кроме того, различают однофазные и многофазные переменные напряжения и токи. Например, электроснабжение массовых потребителей осуществляется, как правило, посредством трехфазного синусоидального тока. Четырехфазные синусоидальные токи (со сдвигом фаз на 90 градусов) чаще всего применяются в радиотехнических узлах и устройствах.
|
|
Эксперименты затрагивают такие параметры как частота, амплитуда, среднеквадратическое (действующее) значение, фазовый сдвиг (угол) и мощность.
На рисунке 2 показаны напряжение и ток, как синусоидальные функции времени.
Рисунок 2
В течение одного периода T напряжение последовательно оказывается равным нулю, положительному максимуму (амплитудное значение) Um, затем нулю, отрицательному максимуму и снова нулю.
Аналогично выглядит график изменения тока, но, в общем случае, он может быть сдвинут во времени относительно напряжения (отставать от напряжения или опережать его).
Мгновенные значения синусоидальных напряжения u и тока i выражаются так:
u = Um * sin (ωt+ψu), i = Im * sin (ωt+ψi),
где ψu и ψi – начальные фазы напряжения и тока.
Разность фаз напряжения и тока (фазовый сдвиг):
φ = ψu - ψi.
Другие параметры синусоидальных величин и формулы для их вычисления приведены ниже.
Частота f в Герцах (Гц) выражается как число периодов в секунду
f = 1 / T.
Угловая частота ω в рад/с равна
ω = 2πf.
Действующие значения синусоидальных тока и напряжения равны
I = Im / Ö2, U = Um / Ö2.
3. Задания и порядок выполнения работы:
1. Соберите электрическую цепь по схеме (рисунок 3), подключите источник синусоидального напряжения (U = 3…7 В, f = 50 Гц). В качестве приборов используйте АМПЕРВОЛЬТМЕТРЫ блока ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ (или мультиметры) и осциллограф.
Рисунок 3
2. Подключите два входа осциллографа к указанным точкам.
Установите параметры развёртки осциллографа так, чтобы на экране было изображение примерно одного - двух периодов напряжения и тока.
|
|
Определите по осциллографу все указанные ниже величины.
Фазовый сдвиг будет иметь максимальное значение при максимальной величине индуктивности.
Амплитудное значение напряжения: Um =
Амплитудное значение тока: Im = Um / R =
Действующее значение напряжения: U = Um / Ö2 =
Действующее значение тока: I = Im / Ö2 =
Период: T =
Частота: f = 1 / T =
Угловая частота: ω = 2πf =
Фазовый сдвиг: φ =
Мгновенное значение напряжения u в момент времени: t = T / 3
u = Um * sin ωt =
Примечание: ωt – угол, измеряемый в радианах.
3. Запишите результаты измерений и вычислений в таблицу 1.
Таблица 1
Средства измерения | Um, В | Im, мА | U, В | I, мА | T, мС | f, В | ω, рад/с | ω, град | u(Т/З) В |
Осциллограф | |||||||||
Изм. Прибор | - | - | - | - | - |
5. Измерьте U и I с помощью изм. приборов (или мультиметров). Занесите результаты в таблицу 1 и сравните с результатами измерения осциллографом.
6. Выберите масштабы и изобразите действующие значения тока и напряжения на векторной диаграмме.
Масштабы:
mu = ………В/см
mi =……mA\см
оценка | подпись |