LABORATORIUM MIERNICTWA WIELKOŚCI ELEKTRYCZNYCH

SPRAWOZDANIE

TEMAT: POMIARY NAPIĘĆ ODKSZTAŁCONYCH

Michał Petryszak gr. 34; zespół 7

1. Cel ćwiczenia:

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

2. Przebieg ćwiczenia:

1. Pomiary napięć odkształconych. Interpretacja wskazań przyrządów.

Do pomiarów użyto napięcia zmiennego z generatora o czestotliwości przebiegu

f= 1kHz oraz amplitudzie maksymalnej generowanego napięcia 20 V.

przebiegi		sinusoidalne	trójkątne	prostokątne
Oscylogramy		S­x=500 µs/div Sy=5 V/div	S­x=500 µs/div Sy=5 V/div	S­x=500 µs/div Sy=5 V/div
Napięcie skuteczne Us	[V]	7,4	6,1	12
Napięcie średnie Usr			7,5	6,2	11,8
Napięcie międzyszczytowe Umsz			18,3	18,3	18,9
Napięcie maksymalne Um (odczyt z ekranu oscyloskopu)			11	11	11

Obrazy przebiegów napięć w oscyloskopie:

a) przebieg sinusoidalny	b)przebieg trójkątny

c)przebieg prostokątny

Intrerpretacja wskazań woltomierzy:

Opierając się na założeniu, że woltomierz mierzący wartość skuteczną napięcia wskazuje pomiar z najmniejszym błędem, obliczam teoretyczne wartości napięć średnego, maksymalnego i międzyszczytowego w zależności od zmierzonego napięcia skutecznego.

Teoretyczne wartości napięć	Przebiegi wyprostowane mierzone w woltomierzach
Dla napięcia sinusoidalnego - Um=√2∙Usk = 1,41∙7,4 = 10,5 V - Usr=0,637∙10,5 ≈ 6,7 V - Ums=2∙10,5 = 21 V - k = Usk/Usr = 7,4/7,5 = 0,99
dla napięcia trójkątnego - Um= 2∙Us=2∙6,1 = 12,2 V - Usr= Us = 6,1 V - Ums= 2∙U­m=24,4 V - k ≈0,98
dla napięcia prostokątnego - Um= Us=Usr= 12 V - Ums=2∙Um=24 V - k ≈1,02

W przebiegu sinusoidalnym zaobserwowana wartość maksymalna napięcia U_m jest zgodna w przybliżeniu z obliczoną, natomiast różni się od teoretycznej wielkość zmierzona U_sr(napięcie średnie) oraz znacznie U_ms(napięcie międzyszczytowe).

W przebiegu trójkątrnym różni się od obliczonej jedynie wartość międzyszczytowa( i to znacznie), natomiast wartości średnia i skuteczna zgodnie z teoretycznym założeniem są wprzybliżeniu równe sobie.

W przebiegu prostokątnym trzy wartości : średnia, skuteczna i maksymalna napięcia są podobnych wartości, co zgadza się z teorią, natomiast znów obserwujemy zbyt niski pomiar wartości międzyszczytowej, która tutaj wg. Obliczeń powinna wynosić 24 V, a nie 19 V.

Stąd nasuwa się wniosek, że najbardziej niedokładny, obarczony największym błędem jest woltomierz reagujący na wartość międzyszczytową. Wskazuje on napięcie za niskie. Sugeruję, że powodem tego może być sonda międzyszczytowa, dołączona szeregowo z woltomierzem, kóra ma pewien opór i na nim odkłada się część napięcia mierzonego. Dlatego miernik V640 może tutaj wskazywać za mało.

2. Badanie widma napięć o różnych kształtach

Badania zostały wykonane przy przebiegu częstotliwości podstawowej f= 1 kHz i napięcia skutecznego U=2 V. Poprawnie został zmierzony tylko jeden przebieg: prostokątny. Wartości napięć kolejnych prążków zostały przedstawione w tabeli:

Nr. harmonicznej napięcia	Wartość napięcia [mV]
U1f -podstawowa	11
U2f	5,8
U3f	2,5
U4f	niemierzalna
U5f	1,4

Nanowoltomierz selektywny ma takie właściwości, że wyłapuje z przebiegu napięć o ielu składowych harmonicznych przebieg tylko o zadanej częstotliwości, dzięki vczemu można oddzielnie zmierzyć kolejne harmoniczne zmiennego przebiegu.

Obraz kolejnych harmonicznych przebiegu napięciowego na oscyloskopie. Czułość oscyloskopu: Sx=500µs/div; Sy=5 mV/div.

3. Pomiar współczynika zniekształceń nieliniowych

Współczynnik zniekształceń nieliniowych definiuje się jako:

gdzie U1-wartość napięcia o składowej podstawowej U2,3,4...-wartość napięć o częstotliwościach harmonicznych.

Dokonane zostały pomiary wartości zniekształceń nieliniowych dla trzech przebiegów:

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.

ZASADA DZIAŁANIA MIERNIKA ZNIEKSZTAŁCEŃ NIELINIOWYCH:

Miernik ten porównuje ze sobą dwa napięcia skuteczne:

• Napięcie odkształconego przebiegu

• Napięcie wszystkich harmonicznych z odfiltrowanyą składową podstawową

Aby umożliwić wyodrębnienie sygnału będącego sumą wszystkich harmonicznych, przepuszcze się napięcie odkształcone przez wzmacniacz selektywny z filtrem zapoowym w układzie mostka Wiena, który eliminuje sygnał napięciowy o danej częstotliwości.

Na wyjściu wzmacniacza mogą być 2 rodzaje filtrów:

-DP - do pomiaru napięć zakłócających o częstotliwości sieci i jej harmonicznych

-GP -do eliminacji napieć zakłócających

Odczyt współczynnika h dokonuje się na woltomierzu wartości skutecznej.

Mierniki zniekształceń nieliniowych dla sygnałów o częstotliwościach podstawowych z zakresu 20 Hz - 200kHz, przy błędzie systematycznym wynoszącym ok ±3%. Zakres częstotliwości harmonicznych może wynosić do ok. 1 MHz. Zakresy pomiaru współczynnika zniekształceń nieliniowych h wynoszą od 0,3% do 100%.

-10

5

1500

1000

500

T[µs]

2000

-5

10

-10

5

1500

1000

500

T[µs]

2000

10

U[V]

U[V]

-10

5

1500

1000

500

T[µs]

2000

10

U[V]

U_sr

U_m

U_sr,U_s

U_m

t[µs]

U_m, U_sr,U_s

t[µs]

t[µs]

U_3f

U_2f

R₂

-3

R₁

C₁

T[µs]

U_1f

U[V]

R₃

C₁

R₁

Przy spełnieniu warunków:

ω₀=1/R₁C₁

R₂/R₃=2

Mostek jest w równowadze

i U_wy=0

U_we

U_wy

MOSTEK WIENA

-5

---