Измерение несинусоидального тока

· Включите мультиметры и установите на них пределы измерения переменного тока, превышающие 100 мА. Настройка мультиметров на измерение переменного тока подробно описана в работе 3.1.

· Установить произвольную величину напряжения на выходе генератора напряжений специальной формы: ручку регулировки выходного напряжения («Амплитуда») повернуть по часовой стрелке.

· При достижении максимального выходного напряжения генератора, для увеличения тока уменьшите сопротивление переменного резистора 330 Ом (А7).

· Произвести отсчет токов по приборам.

· Определите, какие приборы показывают действующее значение тока (меньшая величина), а какие – средневыпрямленное, умноженное на коэффициент формы синусоиды (большая величина).

· Определите отношение показаний двух приборов из той и другой группы. Например мультиметр MY60 (А3) и электромагнитный миллиамперметр Э42300 (А4). Оцените, насколько полученная величина близка к коэффициенту формы синусоиды

· Повторите эксперимент при других значениях тока.

Внимание! Отключение мультиметра в режиме измерения тока (или амперметра) разрывает измеряемую цепь и безопасно только при отключении питания от измеряемой цепи.

 

 

3.3. Оценка влияния формы и постоянной составляющей напряжения и тока на показания приборов

 

- Цель работы

- Лабораторная установка и схема электрическая соединений

- Перечень аппаратуры

- Указания по проведению эксперимента

.

Цель работы

 

Оценить влияние несинусоидального напряжения, имеющего постоянную составляющую, на показания приборов различных типов.

 

 

Лабораторная установка и электрическая схема соединений

 

По воздействию на измерительный механизм переменного напряжения  (или тока ), содержащего постоянную составляющую  ( ), можно выделить следующие группы измерительных приборов:

1). Приборы, измеряющие среднее за период значение величины

,

где  –среднее значение измеряемой величины, т. е. постоянная составляющая;

 - мгновенное значение измеряемой величины (напряжение или ток).

Это приборы, рассчитанные на измерение постоянного напряжения (тока), или мультиметры на пределах измерения постоянных напряжений (токов). В комплекте стенда это мультиметры блоков 510.1 и 534.

На пределах измерения постоянного напряжения (тока) показания этих приборов соответствуют только постоянной составляющей напряжения  или тока .

2). Приборы для измерения переменного напряжения (тока) исключающие постоянную составляющую.

В комплекте стенда это мультиметры РС5000 (блок 534) и MY60 (510.1) на пределах измерения переменного напряжения (тока). После удаления постоянной составляющей показания мультиметра РС5000 (блок 534) соответствуют действующему (среднеквадратическому) значению переменной составляющей измеряемой величины.

,

где  – действующее (среднеквадратическое) значение переменной составляющей измеряемой величины;

 - мгновенное значение измеряемой величины (напряжение или ток);

 - постоянная составляющая измеряемой величины (напряжение или ток).

Для цифрового мультиметра MY60 блока 510.1 показания соответствуют средневыпрямленному значению переменной составляющей измеряемой величины, умноженному на коэффициент формы синусоиды ( ).

,

где А – показания прибора;

 - мгновенное значение измеряемой величины (напряжение или ток);

 - постоянная составляющая измеряемой величины (напряжение или ток).

3). Приборы, измеряющие полное действующее значение напряжения (тока) с учетом постоянной составляющей

,

где А – полное действующее (среднеквадратическое) значение измеряемой величины;

 - постоянная составляющая измеряемой величины.

 - действующее значение переменной составляющей измеряемой величины.

В комплекте стенда эту величину измеряют электромагнитный вольтметр Э42300 (блок 512.1) и мультиметр РС5000 (534). Для РС5000 необходимо установить один из пределов измерения (V, mV, mA, μA), имеющий значок одновременного измерения постоянной и переменной составляющих . Далее кнопкой «SELECT» необходимо выбрать режим измерения обеих составляющих: значок  слева на индикаторе прибора.

Электромагнитный вольтметр Э42300 (блок 512.1) рассчитан на синусоидальное напряжение частотой 50 Гц, и при измерении несинусоидальных напряжений иных частот с постоянной составляющей, имеет значительную дополнительную погрешность.

4). В аналоговом мультиметре 7050 (блок 510.1) при измерении синусоидального напряжения используется однополупериодный выпрямитель. Выходное напряжение выпрямителя при измерении синусоидального напряжения показано на рис. 3.3.1б. Отклонение стрелки магнитоэлектрического прибора мультиметра пропорционально среднему значению этого напряжения, т. е. постоянной составляющей, равной

,

где  – среднее значение измеряемой величины, т. е. постоянная составляющая;

 – амплитуда измеряемой величины.

Поскольку прибор должен показывать действующее значение синусоидального напряжения, шкала прибора проградуирована с учетом коэффициента, равного отношению действующего значения синусоидального напряжения к среднему значению напряжения рис. 3.3.1б. Численное значение коэффициента равно

При измерении несинусоидального напряжения с постоянной составляющей показания мультиметра 7050 на пределах переменного напряжения равны среднему значению измеряемого напряжения после однополупериодного выпрямления (отсечены все значения ), умноженному на коэффициент . Показания зависят от полярности подключения измеряемого напряжения к мультиметру.

 

В данной работе выполняется сравнение показаний приборов различных систем при измерении напряжения имеющего форму прямоугольных однополярных импульсов частотой 150…250 Гц (рис. 3.3.1а, Т = 4…7 мс) и напряжения на выходе одно- или двухполупериодного выпрямителя рис. 3.3.1б и в (частота 50 Гц, Т = 20 мс).

 

а)	б)	в)

 

Рис. 3.3.1. Форма несинусоидального напряжения (тока) с постоянной составляющей, используемого при тестировании приборов:

а – однополярные импульсы;

б – выходное напряжение однополупериодного выпрямителя;

в – выходное напряжение двухполупериодного выпрямителя.

Исходя из перечисленных выше особенностей приборов, в таблицу 3.3.1 сведены теоретические значения коэффициентов , связывающих показания приборов ( ) на различных пределах измерения с постоянной составляющей измеряемой величины ,
т. е. .

Отношение показаний приборов
к постоянной составляющей измеряемой величины

Таблица 3.3.1.

Тип прибора	Пределы измерения	Форма напряжения (тока)
		Рис. 3.3.1 а	Рис. 3.3.1 б	Рис. 3.3.1 в
РС5000 (блок 534)	U, I	1	1	1
	U, I ~	1	1,211	0,4834
	U, I
MY60 (блок 510.1)	U, I	1	1	1
	U, I ~		1,2242	0,4676
7050 (блок 510.1)	U, I	1	1	1
	U ~
Вольтметр Э42700 (блок 512.1)	2…10 В

 

Принципиальная электрическая схема экспериментов по измерению несинусоидальных напряжений с постоянной составляющей приведена на рис. 3.3.2.

 

 

а)	б)
в)

 

Рис. 3.3.2. Принципиальные электрические схемы измерения
напряжения с постоянной составляющей.

а – схема измерения однополярных импульсов;

б – схема измерения напряжения однополупериодного выпрямителя;

в – схема измерения напряжения двухполупериодного выпрямителя.

В схемах рис. 3.3.2 несинусоидальное напряжение генератора G или выпрямителя измеряется испытываемым прибором PV1. В схемах рис. 3.3.2 б и в резистор R1 используется в качестве нагрузки выпрямителя.

Лабораторная установка для измерения импульсного напряжения (форма напряжения – рис. 3.3.1 а) состоит (рис. 3.3.3) из однофазного источника питания G1 (218), блока генераторов A1 (212.2) с выходом регулируемого по частоте и амплитуде несинусоидального напряжения и испытываемых приборов (блоки 510.1, 512.1 и 534). При измерении напряжения мультиметры подключаются к источнику гнездами «V» и «COM». Все приборы на рис. 3.3.3 соединены параллельно и измеряют одно и тоже импульсное напряжение, установленное на выходе «Генератора напряжений специальной формы» блока А1 (гнезда «ВЫХОД» и «0 В»).

Для получения выпрямленного напряжения рис. 3.3.1 б или в необходимо собрать однополупериодный выпрямитель по схеме рис. 3.3.4 или двухполупериодный выпрямитель по схеме рис. 3.3.5. Выпрямители питаются от источника трехфазных напряжений блока А1. Выпрямители выполнены на диодах (100 В, 1 А) блока элементов измерительных цепей А8 (2332). В качестве нагрузки выпрямителя используется резистор 330 Ом блока А7 (2330). Как и в схеме рис. 3.3.3, при подключении испытываемых приборов блоков А2, А3 и А4 к источнику (выпрямителю) используются гнезда «V» и «COM» мультиметров.

Однофазный источник питания G1 предназначен для безопасного питания блоков  А1 (212.2) и приборов А2 (534) и А3 (510.1), требующих сетевого питания.

 

 

Рис. 3.3.3. Схема электрическая соединений
для измерения импульсного напряжения.

 

Рис. 3.3.4. Схема электрическая соединений
для измерения напряжения однополупериодного выпрямителя.

 

Рис. 3.3.5. Схема электрическая соединений
для измерения напряжения двухполупериодного выпрямителя.

 Перечень аппаратуры

 

Обозначение	Наименование	Тип	Параметры
G1	Однофазный источник питания	218	~ 220 В / 16 А
А1	Блок генераторов напряжения	212.2	Постоянное напряжение 0…+15 В, ток не более 200 мА
А2	Мультиметр	534	Цифровой мультиметр SANWA PC5000
А3	Блок мультиметров	510.1	Аналоговый мультиметр 7050, цифровой мультиметр MY60
А4	Вольтметр	512.1	Электромагнитный. Э42700; 0…10 В; кл.2,5
А5	Блок миллиамперметров	532	Э42700; 0…100 мА; кл.1,5 Ц42300; 30…100 мА; кл.2,5
А7	Блок резисторов	2330	Переменные резисторы 2х10 кОм; 330 Ом; 10 Ом
А8	Блок элементов измерительных цепей	2332	Набор катушек индуктивности, конденсаторов и диодов.

 

Указания по проведению эксперимента