Лабораторна робота № 7
Тема: Аналіз лінійного кола періодичного несинусоїдального струму
Мета: Вивчити методику комплексного дослідження однофазного електричного кола періодичного негармонічного струму з допомогою програми схемотехнічного моделювання Electronics Workbench 4.0.

Забезпечення надійної роботи електричного кола несинусоїдального струму вимагає аналітичних та експериментальних досліджень його режимів, мета яких - визначення споживаних активних потужностей, а також максимальних значень напруг та струмів окремих елементів. При виконанні розрахунків рекомендується використати програму NUMERI [1].

Програма виконання лабораторної роботи
1. Розрахунок.
1.1. Розклад вхідної напруги кола на гармонічні складові.
Розрахунок миттєвих значень струмів віток та напруг котушки та конденсатора.
Визначення діючих і максимальних значень розрахованих напруг та струмів і обчислення коефіцієнтів, які характеризують форму досліджуваних величин.
Обчислення активних потужностей елементів і кола в цілому.
Експеримент. Визначення законів зміни з часом досліджуваних величин.
Розрахунок. Розклад отриманих в п.2 кривих на гармонічні складові.
Методика проведення досліджень
Схема досліджуваного кола та її параметри вибираються згідно з варіантом за рис.3.1 та табл. 3.1
Таблиця 3.1.
Варіанти параметрів елементів схем 1 - 4.
Варі-
ант
Параметри джерела
Umax ,V f , Hz Форма
сигн.*

R1, (

R2, (

R3, (

C. (F

L, mH

1
13
100
П
10
15
750
0,5
40

2
17
130
Т
15
20
750
0,5
50

3
15
150
П
20
10
500
0,25
60

4
20
180
Т
15
10
500
0,1
30

5
12
200
П
10
20
300
0,1
30

6
16
220
Т
15
20
300
0,25
35

7
14
250
П
20
15
600
0,4
45

8
19
250
Т
20
20
600
0,4
35

9
18
85
П
15
15
400
0,3
55

10
22
85
Т
15
25
400
0,3
55

*) П(Т) - сигнал прямокутної(трикутної) форми зі шпаруватістю 1.
В експериментальній частині якості джерела вхідної напруги слід вибрати функціональний генератор, а для вимірювання миттєвих значень струмів та напруг - осцилограф.
Пункт 1 програми
1.1. Розкладіть напругу джерела u(t) на гармонічні складові до п’ятої включно. Результати гармонічного аналізу представте в табл.3.2.
Таблиця 3.2.
Гармонічні складові напруги джерела
k = 1 k = 3 k = 5
Um1 , V (U1, ( Um3 , V (U3, ( Um5 , V (U5, (
1.2. На основі знайдених гармонічних складових напруги джерела і параметрів елементів розрахувати в заданому колі миттєві значення струмів віток і, і1, і2 та напруг на котушці uK та конденсаторі uC. Результати розрахунків звести в табл. 3.3.
Таблиця 3.3
Гармонічні складові струмів та напруг кола
k = 1 k = 3 k = 5

За п.1 За п.3 За п. 1 За п.3 За п.1 За п.3
програми програми програми програми програми програми
Im, mA
(i ,... (
Im1, mA
(i1 ,... (
Im2, mA
(i2 ,... (
Umк, V
(Uk ,... (
UmC, V
(Uc ,... (
1.3. За знайденими миттєвими значеннями струмів та напруг визначити їх діючі та максимальні значення. Обчислити коефіцієнти амплітуди Ка та спотворень Кс. Результати розрахунків звести в табл.3.4.
1.4. Розрахувати активні потужності джерела Рд та елементів кола. Оцінити виконання балансу потужностей за виразом:
(P = 2 (PД - (P)/( PД + (P) 100 %
Значення (P > 5% свідчать про помилку в розрахунках. Виконання завдання можна продовжити лише після встановлення помилки. Дані занести в табл.3.5.
Таблиця 3.4.
Результати розрахунків струмів і напруг
Характеристика досліджуваних Досліджувані величини
величин
i i1 i2 uк uС
Діючі значення, mA, V
Максимальні значення, mA, V
Коефіцієнт спотворень, Кс
Коефіцієнт амплітуди, Ка
Пункт 2 програми
Зняти осцилограми струмів віток та напруг котушки і конденсатора. Для зняття осцилограми струму вхід осцилографа підключити паралельно до резистора, який включений в вітку з досліджуваним струмом. При цьому масштаб струму
mI = mU / R
де mU - масштаб напруги,
R - опір резистора паралельно до якого підключений осцилограф.
Всі зняті осцилограми повинні бути оформлені в звіті у вигляді графіків i(t), u(t)
.
Таблиця 3,5,
Допустимі, розраховані та експериментально знайдені
значення величин
Порівнювані PR1 PR2 PR3 (P, % IK max UK max UC max
величини W mA V

Допустимі 2 2 2 5 200 100 60
Розраховані
в п.1.4,
Експериме-
нтальні з (
п.4.
(, % (
Пункт 3 програми
3,1, Розкласти експериментально отримані часові залежності (осцилограми) струмів та напруг на гармонічні складові до п’ятої включно. Результати розкладу занести в табл.3.3.
3,2, Визначити за осцилограмами максимальні та діючі значення величин, обчислити коефіцієнти амплітуди та спотворень. Результати занести в табл.3.6, аналогічну до табл.3.4 (скласти самостійно).
Пункт 4 програми
За діючими значеннями струмів (табл.3.6) та опорами елементів визначити активні потужності та обчислити похибку (P . Дані занести в табл.3.5.
Зробити висновки по роботі, звернувши увагу на причини, що привели до розходжень експериментальних та розрахованих значень величин, та на особливості вимірювань в колах періодичного негармонічного струму.
Питання для самоперевірки
Які основні можливості програми схемотехнічного моделювання Electronics Workbench?
Як провести розклад несинусоїдальної напруги в тригонометричний ряд?
Який звязок між максимальним, діючим та середнім значенням несинусоїдальних періодичних ЕРС, струму та напруги?
Якими коефіцієнтами характеризують форму несинусоїдальних періодичних кривих?
Який порядок розрахунку кіл з несинусоїдальними періодичними ЕРС, напругами та струмами?
Як розрахувати потужність в колах несинусоїдального струму?
Л І Т Е Р А Т У Р А
Шрюфер Е. Обробка сигналів. - К.: Либідь,1992.
Зевеке Г.В.,Ионкин П.А.,Нетушил А.В.,Страхов С.В. Основы теории цепей. - М.:Энергоатомиздат. - 1989, с.200 - 221.
Бессонов Л.А., Теоретические основы электротехники.Электрические цепи. - М.: - Высшая школа. - 1984, с.179 - 190.
а) б)
в) г)
Рис. 3.1.