Laboratorium z metrologii elektrycznej i elektronicznej
II ELEKTR	Temat : Pomiar mocy wyjściowej i zniekształceń nieliniowych napięć odkształconych	Data:03.03.1997
Gr.	Arkadiusz Krzywda, Kroczak Janusz	Ocena:

1) WPROWADZENIE :

Celem ćwiczenia jest określenie zależności pomiędzy mocą wyjściową generatora, a impedancją (rezystancją) odbiornika P=f(Z_obc) oraz zależność pomiędzy mocą wyjściową a napięciem P=f(U). Następnie mieliśmy określić błędy jakie popełniamy mierząc napięcia o dużej częstotliwości, czy też napięcia, które nie są napięciami sinusoidalnymi (prostokątne, piłokształtne), woltomierzami o różnych ustrojach (magnetoelektryczne, elektromagnetyczne, lampowe).

2) SCHEMATY POMIAROWE :

2.1) Schemat układu do wyznaczania charakterystyk : P=f(F), P=f(Z_obc), P=f(U) :

2.2) Schemat układu do wyznaczania błędów wskazań woltomierzy o różnych ustrojach w zależności od częstotliwości i kształtu napięcia:

2.3) Schemat układu do wyznaczania wartości harmonicznych napięcia:

3) TABELE POMIAROWE :

3.1) Wyznaczanie charakterystyki P=f(F) :

U = 3 [ V ] Z obc = 600 [ W ]
f [ Hz ]	P [ W ]	zniekształcenia [ % ]	zniekształcenia [ dB]
20	0.0165	0.24	-52.5
50	0.017	0.3	-60
100	0.018	0.16	-56
150	0.018	0.41	-48
200	0.018	0.72	-52.5
300	0.018	0.22	-60
500	0.018	0.1	-60
800	0.018	0.09	-61
1000	0.018	0.17	-55.5
1500	0.018	0.42	-47
2000	0.018	0.76	-42.5
3000	0.018	0.5	-46
5000	0.018	0.1	-60
10000	0.018	0.19	-54.5
15000	0.018	0.46	-47
20000	0.018	0.8	-42

3.2) Wyznaczanie charakterystyki P=f(Z_obc)

U = 2 [ V ]	f = 1 [ kHz ]
P [ W ]	Z obc [ W ]
0.48	2.5
0.26	4
0.11	10
0.1	12.5
0.07	15
0.04	25
0.028	40
0.02	60
0.001	100
0.0005	150
0.004	300
0.002	500
0.0011	1000
0.0007	1500
0.0003	2500

3.3) Wyznaczanie charakterystyki P=f(U)

Zobc = Zwyj = 600W, f = 1 kHz
P [ W ]	U [ V ]
0	0.002
0	0.1
0.0002	0.31
0.00045	0.502
0.0008	0.706
0.0014	0.904
0.002	1.107
0.003	1.306
0.0038	1.501
0.0042	1.594

3.4) Pomiar błędu woltomierzy przy zmianie częstotliwości mierzonego napięcia (napięcie sinosuidalne ):

f	Uosc	Ucyfr	Ulamp	Umag	Usel
Hz	V	V	V	V	V
20 30 50 100 200 300 500 1000 2000 3000 5000 10000 20000 30000 50000	1,13 1,13 1,166 1,152 1,152 1,152 1,152 1,152 1,152 1,152 1,152 1,152 1,152 1,152 1,200	1,127 1,127 1,129 1,127 1,128 1,128 1,128 1,131 1,135 1,137 1,137 1,135 1,129 1,130 1,143	1,1 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1 1,2 1,2 1,2 1,1 1,1 1,12	1,1 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1 1,12 1,12 1,12 1,12 1,075 1,04 1	1,120 1,120 1,120 1,120 1,120 1,120 1,120 1,120 1,120 1,120 1,120 1,120 1,120 1,120 1,156

3.4) Pomiar błędu woltomierzy przy zmianie częstotliwości mierzonego napięcia (napięcie prostokątne ):

f	Uosc	Ucyfr	Ulamp	Umag	Usel
Hz	V	V	V	V	V
20 30 100 300 1000 3000 10000 20000	1,1 1,05 1,05 1,05 1,04 1,04 1,04 1,04	1,139 1,140 1,140 1,147 1,159 1,164 1,173 1,186	1 1,02 1,05 1,05 1,05 1,05 1,05 1,05	1,1 1,1 1,1 1,1 1,15 1,15 1,085 1,06	1,120 1,120 1,120 1,120 1,156 1,156 1,156 1,156

3.5) Pomiar błędu woltomierzy przy zmianie częstotliwości mierzonego napięcia (napięcie piłokształtne) :

f	Umag	Uel-m	Ulamp	Ucyf	Uoscy
Hz	V	V	V	V	V
20 30 100 300 1000 3000 10000 20000	1 1 1 1 1 1 1 1	0,545 0,545 0,545 0,544 0,545 0,547 0,544 0,540	0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5	0,55 0,55 0,537 0,537 0,537 0,537 0,525 0,525	0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6

3.6) Wyznaczanie wartości harmonicznych napięcia:

Przebieg prostokątny			Przebieg piłokrztałtny
nr harmonicznej	F [Hz]	U [V]	F [Hz]		U [V]
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11	20,4 49,5 61,6 81,9 103,5 124 144,8 165,6 186,2 206,8 227,4	0,52 0,32 0,06 0,0108 0,0206 0,0068 0,0094 0,005 0,0052 0,004 0,0032	20,8 49,6 62,2 83 105 126 146 168 188 210 230		0,78 0,30 0,27 0,068 0,144 0,056 0,108 0,060 0,078 0,05 0,055
Zniekształcenia	37%			15%

4) Charakterystyki :

4.1) Charakterystyka P = f(Z_obc)

4.2) Charakterystyka P = f(U).

5) OBLICZENIA :

Obliczam współczynnik zawartość harmonicznych w mierzonym napięciu

dla przebiegu prostokątnego.

6) WNIOSKI :

W pierwszej części ćwiczenia wykonywaliśmy pomiary mocy wyjściowej generatora i współczynnika zniekształceń harmonicznych w zależności od częstotliwości napięcia wyjściowego generatora oraz impedancji (rezystancji) obciążenia. Zmierzone wartości posłużyły do wykreślenia charakterystyk: P=f(Z_obc) i P=f(U).

Charakterystyka P=f(Z_obc) przedstawia krzywą, która w idealnym przypadku jest hiperbolą. Wraz ze wzrostem impedancji obciążenia moc malała. W naszym przypadku najmniejsza impedancja obciążenia wynosiła 2.5 Ω, a największa 60 Ω.

Z charakterystyki P=f(U) wynika, że wraz ze wzrostem napięcia moc rośnie wykładniczo.

W drugiej części ćwiczenia wykonywaliśmy pomiary napięcia woltomierzami o różnych typach ustrojów. Obserwując wskazania poszczególnych woltomierzy przy wzroście częstotliwości mierzonego napięcia możemy stwierdzić, że :

1) miernik wzorcowy, za jaki uznaliśmy woltomierz cyfrowy, w całym zakresie częstotliwości wskazywał podobną wartość napięcia zasilającego,

2) miernik magnetoelektryczny- miernik o takim ustroju można zastosować do pomiaru wielkości przemiennych tylko wówczas, gdy w układzie miernika zastosujemy prostownik półprzewodnikowy ( jego zastosowanie jest konieczne, gdyż w przeciwnym przypadku w związku z cechą tego ustroju wskazówka nie wychyliłaby się). Miernik mierzy wówczas wartość średnią przebiegu sinusoidalnego. Wartość skuteczną można uzyskać zamieniając wartość średnią na maksymalną, a następnie maksymalną na skuteczną, przy czym wartość trzeba pomnożyć przez współczynnik kształtu równy 1.11. Woltomierz wskazywał poprawnie wartość napięcia w całym zakresie częstotliwości. Różnica między wartością wzorcową napięcia a wartością zmierzoną wynika więc nie z wartości częstotliwości mierzonego napięcia a jedynie z błędów systematycznych (klasa dokładności, dokładność odczytu itp.).

3) przy pomiarze napięcia za pomocą woltomierza elektromagnetycznego stwierdziliśmy, że miernik ten, pomimo zamieszczonej na podzielni informacji o zakresie częstotliwości pracy 20 Hz - 20 kHz, nie nadaje się zupełnie do pomiaru wartości napięcia o częstotliwości wyższej niż 10 kHz (na ogół mierniki o tym ustroju stosowane są do pomiaru wartości prądów i napięć sinusoidalnych o częstotliwości technicznej). Błąd pomiaru zawiera się pomiędzy 0 a 50 %. Jednocześnie mierniki elektromagnetyczne za sprawą zależności bezwładności i tłumienia od kwadratu wartości skutecznej prądu może być stosowany do pomiaru wartości skutecznej prądów i napięć przemiennych bez względu na ich kształt (dla niewielkich częstotliwości).

4) wartość napięcia zmierzonego przy pomocy woltomierzy: lampowego i selektywnego jest bardzo zbliżona do wartości poprawnej i również nie zależy od częstotliwości. Tak dobre dokładności pomiaru są związane ze sposobem wykonania tych mierników, oraz właściwościami elementów użytych do ich budowy.

W trzeciej części ćwiczenia wykonywaliśmy pomiar napięcia trójkątnego woltomierzami o różnych typach ustrojów,. Woltomierz cyfrowy posłużył jako wzorzec. Zauważamy różnice między wskazaniami woltomierzy dla przebiegów trójkątnego i sinusoidalnego jak również różnice dla poszczególnych typów woltomierzy. Dla przebiegu trójkątnego wartości napięć były mniejsze od wartości wzorcowej. Jedynie woltomierz elektromagnetyczny wskazał wartość bliską wartości wzorcowej. Różnice pomiędzy wskazaniami są przyczyną tego, że poszczególne typy ustrojów reagują na różne wartości przebiegu oraz na kształt przebiegu co znajduje odzwierciedlenie we współczynnikach k_s i k_k. Nie zauważamy zbyt dużych różnic spowodowanych zmianą częstotliwości napięcia mierzonego.

Woltomierzem selektywnym mierzyliśmy wartości harmonicznych napięcia prostokątnego w celu określenia współczynnika zniekształceń harmonicznych. Zmierzone wartości posłużyły nam do obliczenia współczynnika zniekształceń. Wartość ta po wyliczeniu wynosi 56.8 %.

---