Определение соотношений между эффективными и амплитудными значениями переменного напряжения

Цель работы: приобретение практических навыков работы с измерительным комплексом EWB, изучение зависимостей между различными значениями переменного напряжения.

Краткие теоретические сведения

а) б) в) Рисунок 4.1

Электрические колебания периодических сигналов характеризуются следующими параметрами напряжений:

пиковое (амплитудное) значение – максимальное значение напряжения (U_м) за время измерения или период колебания. Если кривая напряжения имеет две полуволны, которые неодинаковы и по длительности, и по амплитудному значению, то вводится понятие о двух пиковых значениях – как для положительной полуволны (U_м+), так и для отрицательной полуволны (U_м-);

средневыпрямленное значение (U_c) – среднее значение (постоянная составляющая) переменного напряжения на выходе выпрямителя:

. (4.1)

Различают однополупериодное и двухполупериодное выпрямление (рис.4.1). Соответственно значение U_c во втором случае будет больше (рис.4.1, в). Для синусоидального сигнала средневыпрямленное значение составляет:

– при однополупериодном выпрямлении U_с =0,319U_м ;

– при двухполупериодном выпрямлении U_с =0,637U_м .

Среднеквадратическое значе­ние (U) – значение пере­менного на­пря­жения, определяе­мое сред­неквадра­тичной вели­чиной его мгновенных значений (для синусоидального переменного напряжения сред­неквадра­тическое значение называют действующим либо эффективным):

. (4.2)

Действующее значение переменного напряжения численно равно такому значению постоянного напряжения, при котором выделяется то же количество тепловой энергии, что и при действии сравниваемого переменного напряжения за один и тот же отрезок времени. Для синусоидального сигнала действующее значение переменного напряжения составляет U=0,707U_м .

Между амплитудными, средневыпрямленными и эффективными значениями имеются зависимости, определяемые через коэффициенты амплитуды k_A и формы k_ф :

k_A =U_м/U, k_ф =U/U_ср.в.

Вольтметры и амперметры переменного тока чаще всего градуируют в эффективных (действующих) значениях. Однако применяются также приборы пиковых (амплитудных) и средневыпрямленных значений.

При оценке переменного сигнала различной формы часто используют понятия «cкважность» и «коэффициент заполнения». Эти величины характеризуют соотношение между длительностями отдельных участков переменного сигнала и являются обратными друг другу.

Прямое измерение интересующего па­раметра переменного напряжения воз­можно только при наличии в приборе преобразователя соответствующего типа. Со­ответственно, разли­чают преобразовате­ли, реагирующие на пиковые, средневы­прямленные или среднеквадратические значения.

Порядок выполнения работы

1. Установить (задать на лицевой панели EWB) выходное напряжение функционального генератора, равное 100 мB. Форма напряжения – синусоидальная (задается по умолчанию).

2. С помощью осциллографа определить соотношение между эффективным и амплитудными значениями переменного напряжения. Выходное напряжение генератора контролировать мультиметром.

3. Повторить п.2 и 3 для значений 1, 5 и 10 В.

4. Повторить п.2-4 для сигналов треугольной и прямоугольной формы переменного напряжения. Коэффициент заполнения выбрать равным 50 %.

5. Результаты измерений и полученные осциллограммы занести в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 – Результаты измерений

№ опыта	U, В	Uм, В	kA	Осциллограммы

Контрольные вопросы

1. Какими значениями напряжений характеризуются колебания периодических сигналов?

2. Какая форма периодического сигнала переменного напряжения получила наибольшее распространение в электроэнергетике? Чем это объясняется?

3. Какими выражениями определяются эффективное и средневыпрямленное значения переменного напряжения?

4. Каким соотношением временных параметров характеризуется меандр?

Рекомендуемая литература

1. Измерения в электронике: Справочник / В.А. Кузнецов, В.А. Долгов, В.М, Колевских и др.; Под ред. В.А. Кузнецова. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 512 с.

2. Атамалян Э.Г. Приборы и методы измерения электрических величин: Учеб. пособие. – М.: «Дрофа», 2005. – 415 с.

3. Метрология и радиоизмерения: Учеб. для ВУЗов / В.И. Нефедов, В.И. Хахин, В.К. Битюков и др., Под ред. проф. В.И. Нефедова. – М.: Высш. шк., 2003. – 526 с.

4. Шульц Ю. Электроизмерительная техника. 1000 понятий для практиков: Справочник / Пер. с нем.; Под ред. Е.И.Сычева. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 288 с.

5. Эм Г.А., Потемкина Е.Б.Информационно-измерительная техника: Учеб. пособие. - Караганда: Изд-во КарГТУ, 2006. – 121 с.

6. Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. Лабораторный практикум на базе Electronics Workbench и MatLab. – М.: СОЛОН-Пресс, 2004. – 800 с.

Контрольные задания для СРС[1-6]

1. Изучить раздел теории электроизмерительных сигналов из соответствующего курса.

2. Изучить порядок работы с лабораторным комплексом EWB.

3. Подготовить ответы на контрольные вопросы.

Лабораторная работа №5ИТ