Robert Grzelak 24.10.2005r.

Gr 34 zes.7

LABORATORIUM MIERNICTWA

WIELKOŚCI ELEKTRYCZNYCH

Sprawozdanie

„Pomiary napięć odkształconych”

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest poznanie specyfikacji pomiaru napięć odkształconych, tzn. napięć o kształtach innych, niż sinusoidalne oraz stosowanych w tych pomiarach przyrządów pomiarowych.

1. Pomiary napięć odkształconych. Interpretacja wskazań przyrządów.

Układ został podłączony według schematu poniżej:

Gdzie:

P - płytka z zaciskami laboratoryjnymi;

V₁ - miernik zniekształceń nieliniowych typ PMZ 9 jako woltomierz reagujący na wartość skuteczną napięć o dowolnych kształtach;

V₂ - multimetr elektroniczny typ V640 reagujący na wartość średnią napięć, wyskalowany w wartościach skutecznych napięć sinusoidalnych;

V₃ - multimetr elektroniczny typ V640 z sondą międzyszczytową V4029A reagujący na wartość międzyszczytową napięć, wyskalowany w wartościach międzyszczytowych (+);

Os - oscyloskop cyfrowy firmy Hawlett Pacard, jako przyrząd do pomiaru wartości maksymalnej.

Pomiary:

Przeprowadzono pomiary napięć trójkątnych i prostokątnych wymienionymi typami woltomierzy oraz oscyloskopem. Wykonano to przy maksymalnym napięciu, otrzymanym z generatora i czestotliwości 1kHz.

Wyniki pomairów są zamieszczone w tabelce poniżej:

f=1kHz Ugen max=20V
Napięcie		Sinusoidalne	Trójkatne	Prostokątne
Oscylogramy		Sx=500μs/div Sy=5V/div	Sx=500μs/div Sy=5V/div	Sx=500μs/div Sy=5V/div
Napięcie skuteczne US	V	7.4	6.1	12
Napięcie średnie USr	V	7.5	6.2	11.8
Napięcie międzyszczytowe Umsz	V	18.3	18.3	18.9
Napięcie maksymalne Um (odczyt z ekranu oscyloskopu)	V	11	11	11

Obrazy przebiegów napięć w oscyloskopie:

Przebieg sinusoidalny	Przebieg trójkątny
Przebieg prostokątny

Zgodnie z teoria dla przebiegów prostokatnych wartości: skuteczna, średnia i maksymalna napięcia są podobnych wartości. Najbardziej błędne wskazania otrzymujemy używając woltomierza który reaguje na wartość międzyszczytową. Tak więc miernik typu V640 z dołączona sonda nie sprawdził się dobrze w naszych pomiarach.

2. Badanie widma napięć o różnych kształtach:

Schemat układu pomiarowego:

Cz - częstościomierz-czasomierz cyfrowy;

nV - nanowoltomierz selektywny;

Os - oscyloskop cyfrowy;

DDN - dekadowy dzielnik napięć typ DNA-18;

P - płytka z zaciskami laboratoryjnymi

V₁ - miernik uniwersalny typ UM-3

Przeprowadzilismy pomiary napięć prążków widma napięcia sinusoidalnego, trójkątnego i prostokątnego począwszy od składowej podstawowej (U_1f) aż do dziesiatej harmonicznej (U_10f) - za pomocą nanowoltomierza selektywnego.

Wyniki pomiarów w tabelce ponizej:

f=1kHz Ugen max=2V
Napięcie	sinusoidalne	trójkątne	prostokątne
Oscylogramy	Sx=500μs/div Sy=5V/div	Sx=500μs/div Sy=5V/div	Sx=500μs/div Sy=5V/div
U1f	100 uV	?	10 mV
U2f	30 uV	?	0.2 mV
U3f	38 uV	?	3.4 mV
U4f	11 uV	?	0.1 mV
U5f	18 uV	?	2.2 mV
U6f	3 uV	?	0.3 mV
U7f	17 uV	?	1.5 mV
U8f	2 uV	?	0.2 mV
U9f	7 uV	?	1.2 mV
U10f	1 uV	?	0.4 mV

Prążki widma przebiegu sinusoidalnego

Prążki widma przebiegu prostokątnego

Można zauważyć na podstawie powyższych wykresów, że nieparzyste harmoniczne maja większą amplitudę od harmonicznych parzystych. Im wyższa harmoniczna tym amplituda jest mniejsza. Można także stwierdzić, że wartości harmonicznych dla przebiegu prostokątnego są większe niż dla przebiegu sinusoidalnego.

3. Pomiar współczynnika zniekształceń nieliniowych

Schemat układu pomiarowego:

Gdzie: MZN - miernik zniekształceń nieliniowych.

Współczynnik zniekształceń nieliniowych oblicza się ze wzoru:
gdzie: U₁-wartość napięcia o składowej podstawowej zaś U_2,3,4...-wartość napięć o częstotliwościach harmonicznych

Przeprowadzilismy pomiar współczynnika zniekształceń nieliniowych napięć sinusoidalnego, trójkątnego i prostokatnego za pomoca miernika zniekształceń nieliniowych.

Przebieg napięcia	sinusoidalny	trójkątny	prostokątny
Współczynnik znekształceń nieliniowych h%	0,7	11	34

Z dokonanych pomiarów widać, że największy wpływ zniekształceń nieliniowych daje się zauważyć w przybiegu prostokątnym, ponieważ zależy on od wartości napięcia o częstotliwości harmonicznej.

Zasada działania miernika zniekształceń nieliniowych:

Schemat blokowy miernika zniekształceń nieliniowych.

Badane napięcie U_x dołącza się do wejściowego dzielnika napięcia DN, którego nastawienie dobiera się odpowiednio do poziomu sygnału wejściowego. Przełącznik w pozycji 1 doprowadza napięcie do wzmacniacza szerokopasmowego W, o wzmocnieniu nastawionym w szerokich granicach, skąd wzmocniony sygnał przechodzi do przetwornika PS wartości skutecznej na prąd stały. Miernik magnetoelektryczny ma odchylenie proporcjonalne do wartości skutecznej napięcia U_x. Przestawienie przełącznika P na pozycję 2 powoduje włączenie w tor pomiarowy filtru F. Umozliwa on wyeliminowanie z sygnału badanego pierwszej harmonicznej. Przestrajając filtr uzyskuje się minimalne wskazanie miernika które jest proporcjonalne do wartości skutecznej pozostałych harmonicznych.Tak więc miernik wskaże bezpośrednio wartość h współczynnika zniekształceń nieliniowych wyrażoną w procentach.

Wnioski: Najdokładniejszymi wskazaniami charakteryzował się woltomierz reagujący na wartość skuteczną. Nieco gorsze wyniki otrzymaliśmy na oscyloskopie. Największą rozbieżnością charakteryzowały się mierniki reagujące na wartość średnią i na wartość międzyszczytową.

---