Лабораторные работы по электротехнике

Лабораторная работа № 3

Пассивный двухполюсник в цепи синусоидального тока

Векторные диаграммы

1. Назначение работы

В работе определяются параметры параллельной схем замещения пассивных двухполюсников. Значение параметров находятся двумя способами:

1) методом трёх вольтметров;

2) с помощью вольтметра и фазометра.

2. Описание установки

Электрическая цепь, которую мы исследуем в данной работе (см. рис.1), собирается на макетной панели NI ELVIS и состоит из измерительного резистора Rи сопротивлением 100 Ом и пассивного двухполюсника Za (Zb). Ее выводы мы подключаем к встроенному источнику напряжения установки Function Output и к заземлению монтажной панели Ground. В качестве пассивных двухполюсников  используются катушка индуктивностью 15 мГн и конденсатор емкостью 10 мкф.

 

Рис.1

3. Подготовка к работе

1. Начертить схемы для определения комплексного соп­ротивления пассивного двухполюсника  по методу трех вольтметров.

2. Показать, как по результатам измерений по схеме рис. 1 производится определение сопротивления  двухполюсника:

а) аналитически;

б) путем построения векторных диаграмм.

3. Начертить схему для определения комплексного сопротивления пассивного двухполюсника  с помощью измерений, выполненных вольтметром и фазометром. Написать аналитические выражения, позволяющие по результатам данных измерений  определить характер сопротивления .

4. Написать формулы перехода от параметров последо­вательной схемы замещения пассивного двухполюсника , к параметрам параллельной схемы замещения ,и, наоборот, от параметров , к параметрам ,.

4. Рабочее задание 

1. Определить параметры пассивного двухполюсника Za (Zb) методом трёх вольтметров.

Для определения параметров пассивного двухполюсника Za (Zb)  методом трёх вольтметров нам необходимо измерить напряжения на источнике питания, измерительном резисторе и на самом двухполюснике Za (Zb). Для этих целей точки 1 и 0 мы подключаем к аналоговым каналам ACH0(+) и ACH0(-), 1 и 2 к ACH1(+) и ACH1(-), 2 и 0 к ACH2(+) и ACH2(-), соответственно (схема рис. 1).

  Измерение сигнала с выбранных нами каналов осуществляется с помощью виртуального прибора, основой которого является функция DAQmx Read, расположенная в палитре DAQmx-Data Acquisition. Частота дискретизации сигнала, измеряемая физическая величина, тип, которым представляются полученные данные, а также указание, с каких каналов производится сбор данных, заданы в предварительно настроенной функции TASK (путь: functions – NI Measurements - TASK). Для регулирования максимального значения выходного сигнала встроенного источника питания, а также его частоты, используют ручки “Amplitude”, “Coarse Frequency” и “Fine Frequency” (“Амплитуда”, “Ступенчатое регулирование частоты”, “Плавное регулирование частоты”) , расположенные на передней панели NI ELVIS «FUNCTON GENERATOR».

Для получения информации о действующих значениях напряжений исследуемых узлов анализируемой нами цепи используется  функция Extract Single Tone Information. Эта информация представляется в виде одномерного массива, который с помощью функции Index Array разбивается на отдельные элементы (Ug, Ur, UZa). После этого по известным действующим значениям измеряемых напряжений в формульном узле Formula Node проводится аналитический расчет параметров двухполюсника Za (рис. 2).

Рис. 2

2. Построить векторную диаграмму цепи рис. 1. По диаграмме графически определить параметры пассивного двухполюсника.

 Одновременно с аналитическим расчетом в данной лабораторной работе проводится графическое определение параметров двухполюсника. Математические преобразования с известными действующими значениями напряжений, необходимые для построения векторной диаграммы, так же, как и в п.1, выполняются в формульном узле Formula Node (см. рис.3).

Рис.3

 

Результаты представляются на двухкоординатном осциллографе XY Graph (рис.4).

При определении характера двухполюсника необходимо, меняя частоту источника питания, следить за поведением вектора U2. Если двухполюсник имеет емкостной характер, то с ростом частоты w и постоянстве U1, напряжение U2 будет увеличиваться. При индуктивном – уменьшаться.

 

 

Рис.4

Примечание:

Опыт по определению параметров Za рекомендуется проводить на частоте:

  f=1-1,5 кГц, Rи=100 Ом, La. = 15мГн, U1=1,5 Bния, измерительном резисторе и й характер, то с ростом частоты т регулируемого источника питания, следить за поведением вектора;

Zb:

 f=50-100 Гц, Rи=100 Ом, Cb = 10 мкФ, U1=1,5 B.

3. Определить параметры пассивного двухполюсника с помощью измерений, выполненных вольтметром и фазометром.

Особенностью проведения данного опыта является то, что функция Extract Single Tone Information, помимо измерения действующих значений напряжений Ug, Ur, определяет также их фазы. Для достижения однозначных фазовых соотношений между Ug и Ur фазовый угол Ur принимается за 0. Тогда параметры двухполюсника легко определяются по известным выражениям, записанным в формульном узле (рис. 5):

Рис. 5

5. Вопросы для самопроверки

1. Какие методы применяют для определения параметров последовательной и параллельной схем замещения пассив­ного двухполюсника? В чем заключается сущность каждого метода?

2. Как определяют параметры последовательной схемы замещения пассивного двухполюсника методом трех вольт­метров при аналитическом расчете и путем построения век­торных диаграмм? Каким способом устанавливают знак ре­активного сопротивления двухполюсника?

3. Как определяют параметры параллельной схемы заме­щения пассивного двухполюсника методом трех ампермет­ров при аналитическом расчете и путем построения вектор­ных диаграмм? Каким способом устанавливают знак реак­тивной проводимости двухполюсника?

4. Как перейти от параметров последовательной схемы замещения к параметрам параллельной схемы замещения пассивного двухполюсника?

5. Как перейти от параметров параллельной схемы заме­щения к параметрам последовательной схемы замещения пассивного двухполюсника?

6. Как определить параметры последовательной схемы замещения двухполюсника, эквивалентного двум последова­тельно включенным пассивным двухполюсникам, если из­вестны:

а) комплексные сопротивления;

б) комплексные проводимости этих двухполюсников?

Лабораторные работы по электротехнике и физике