cw05sp-pomiary_wspolczynnika_znieksztalcen_nieliniowych

Transkrypt

Zakład Metrologii i Systemów Diagnostycznych
Laboratorium Metrologii II. 2016/17
Politechnika Rzeszowska
Laboratorium Metrologii II
POMIARY WSPÓŁCZYNNIKA
ZNIEKSZTAŁCEŃ NIELINIOWYCH
Grupa
L..../Z....
Nr ćwicz.
5
1…………….....................
kierownik
2.........................................
3.........................................
Data
Ocena
4.........................................
I. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest poznanie podstawowych zasad pomiaru współczynnika zniekształceń
nieliniowych (współczynnika zawartości harmonicznych – THD, ang. Total Harmonic Distortion) oraz
poznanie sposobu wyznaczania widma amplitudowego sygnału.
II. Program ćwiczenia
Przed przystąpieniem do wykonywania ćwiczenia należy włączyć generator funkcyjny, nanowoltomierz
selektywny i oscyloskop cyfrowy w celu ustabilizowania się termicznych warunków pracy tych przyrządów.
Zapoznać się z danymi technicznymi i zasadą działania powyżej wymienionych urządzeń.
1). WYZNACZANIE WARTOŚCI WSPÓŁCZYNNIKA ZNIEKSZTAŁCEŃ NIELINIOWYCH
SYGNAŁU WZORCOWEGO hw
Połączyć układ według poniższego schematu.
Rys. 1. Schemat blokowy układu do pomiaru współczynnika hw
a). Oszacowanie hw za pomocą analizy widma FFT oscyloskopu cyfrowego
Ustawić na generatorze przebieg sinusoidalny (wzorcowy) o częstotliwości wybranej z zakresu 100
÷ 300 Hz. Oszacować za pomocą oscyloskopu wartość częstotliwości fw i amplitudy Umw sygnału.
Następnie, na oscyloskopie:
- ustawić analizę widma FFT (MATH, Operate: FFT),
- do pomiaru wartości widma FFT należy wykorzystać kursory (CURSOR, Mode: MANUAL, Source:
FFT). Po ustawieniu możliwości obsługi kursorów można korzystać z dwóch kursorów Cur A, Cur B.
Wyboru tych kursorów dokonuje się poprzez wciśnięcie pokrętła
położeniu dokonuje się też za pomocą tego pokrętła.
ćw. 5/str. 1
. Ustawienia kursorów w dowolnym
Zapisać wyniki pomiarów. Porównać wartość zmierzonego współczynnika zawartości harmonicznych hw z
wartością określoną przez producenta w instrukcji obsługi generatora.
Na podstawie pomiarów, narysować widmo amplitudowe przebiegu wzorcowego. Wykres narysować jako
procentowy udział w sygnale kolejnych harmonicznych (w stosunku do wartości pierwszej harmonicznej) w
funkcji rzędu harmonicznych i.
b). Wyznaczanie hw za pomocą nanowoltomierza selektywnego przez pomiar wartości skutecznej
harmonicznych badanego sygnału
Zapoznać się z danymi technicznymi i obsługą nanowoltomierza selektywnego nV. Ustawić pokrętło zmiany
czułości nanowoltomierza na najwyższy zakres pomiarowy (100mV, najmniejsza czułość). Przełącznikiem
selektywności włączyć największą „selektywność oktawowa” 40dB.
W celu zmniejszenia amplitudy sygnału na generatorze ustawić 20dB lub 40dB.
Nie zmieniając na generatorze parametrów sygnału pomiarowego, zmierzyć wartości skuteczne napięcia
kilku kolejnych harmonicznych U1,...,Ui, wartości częstotliwości kolejnych harmonicznych obliczyć jako
krotność częstotliwości pierwszej harmonicznej.– pomiar wykonać zgodnie z procedurą opisaną w instrukcji
obsługi nanowoltomierza. Przed pomiarem składowej podstawowej ustawić największy zakres pomiarowy
nanowoltomierza. Obliczoną częstotliwość f1-obl ustawić na przełącznikach następnie skorygować
nastawienia tych przełączników tak, aby uzyskać maksymalne wychylenie wskazówki. Wpisać do tabelki
ustawioną częstotliwość na przyrządzie. Dla każdej obliczonej kolejnej i-tej harmonicznej ustawionej na
woltomierzu zapisać wartość zmierzonego napięcia, która jest jednocześnie kolejnym współczynnikiem w
równaniu Fouriera dla badanego sygnału. Obliczyć wartość skuteczną napięcia wyższych harmonicznych
U2÷i i całkowitą wartość skuteczną napięcia U1÷i. Korzystając ze wzoru definicyjnego THD obliczyć wartość
współczynnika zawartości harmonicznych hw.
Na podstawie pomiarów, narysować widmo amplitudowe przebiegu wzorcowego. Wykres narysować jako
procentowy udział w sygnale kolejnych harmonicznych (w stosunku do wartości pierwszej harmonicznej) w
funkcji rzędu harmonicznych i.
c).
Porównanie
cyfrowego
selektywnym
z
wyników
pomiarów
wynikami
wykonanych
pomiarów
ćw. 5/str. 2
za
wykonanymi
pomocą
oscyloskopu
nanowoltomierzem
2) WYZNACZANIE WARTOŚCI WSPÓŁCZYNNIKA ZNIEKSZTAŁCEŃ NIELINIOWYCH
SYGNAŁU
ODKSZTAŁCONEGO
hx
ZA
NANOWOLTOMIERZA SELEKTYWNEGO
POMOCĄ
OSCYLOSKOPU
CYFROWEGO
I
Połączyć układ pomiarowy według schematu przedstawionego na rys. 2. Obsługę oscyloskopu i
nanowoltomierza, pomiary i analizę należy wykonać, jak w pkt. 1a i 1b.
Rys. 2. Schemat blokowy układu do pomiaru współczynnika hx
III. Przebieg ćwiczenia
Spis przyrządów:
Nanowoltomierz selektywny (producent:............................ , model:.................................)
Zakres częstotliwości, f
Zakresy pomiarowe napięcia, U
Selektywność:
Oscyloskop (producent:............................ , model:.................................)
Liczba kanałów
Czułość, Cy
Podstawa czasu, Ct
Generator funkcyjny (producent:............................ , model:.................................)
Zakres napięcia, Uw
Zakres częstotliwości, fw
Zawartość harmonicznych we wzorcowym
sygnale sinusoidalnym, hw
SYGNAŁU WZORCOWEGO hw
Amplituda i częstotliwość sygnału wzorcowego (pomiar oscyloskopem):
U mw 
fw 
1
ly Cy 
2
1

lt  Ct
ćw. 5/str. 3
a). Oszacowanie hw za pomocą analizy widma FFT oscyloskopu cyfrowego
i
fi
Ui
[-]
[Hz]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
[mV]
Wartość skuteczna wyższych harmonicznych sygnału wzorcowego:
U 2  i  U 22  U 32  ...  U i2 
Całkowita wartość skuteczna sygnału wzorcowego:
U1i  U12  U 22  ...  U i2 
THD sygnału wzorcowego:
hw 
U 2 i
100% 
U1i
Analiza harmoniczna przebiegu wzorcowego
i
[-]
1
2
3
4
z
z
[%]
100
5
6
Ui
100%
U1
Widmo amplitudowe napięcia wzorcowego:
ćw. 5/str. 4
7
8
9
10
10
b). Wyznaczanie hw za pomocą nanowoltomierza selektywnego przez pomiar wartości skutecznej
i
fi
Ui
[-]
[Hz]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
[mV]
Wartość skuteczna wyższych harmonicznych sygnału wzorcowego:
U 2  i  U 22  U 32  ...  U i2 
Całkowita wartość skuteczna sygnału wzorcowego:
U1i  U12  U 22  ...  U i2 
THD sygnału wzorcowego:
hw 
U 2 i
100% 
U1i
Analiza harmoniczna przebiegu wzorcowego
i
[-]
1
2
3
4
z
z
[%]
100
5
6
Ui
100%
U1
Widmo amplitudowe napięcia wzorcowego:
ćw. 5/str. 5
7
8
9
10
10
c).
Porównanie
cyfrowego
selektywnym
z
wyników
pomiarów
wynikami
wykonanych
pomiarów
za
wykonanymi
pomocą
oscyloskopu
nanowoltomierzem
SYGNAŁU ODKSZTAŁCONEGO hx
Amplituda i częstotliwość sygnału odkształconego (pomiar oscyloskopem):
U mx 
fx 
1
ly  Cy 
2
1

lt  Ct
a). Oszacowanie hx za pomocą analizy widma FFT oscyloskopu cyfrowego
i
fi
Ui
[-]
[Hz]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
[mV]
Wartość skuteczna wyższych harmonicznych sygnału odkształconego:
U 2  i  U 22  U 32  ...  U i2 
Całkowita wartość skuteczna sygnału odkształconego:
U1i  U12  U 22  ...  U i2 
THD sygnału odkształconego:
hx 
U 2 i
100% 
U1i
Analiza harmoniczna przebiegu odkształconego
i
[-]
1
2
3
4
z
[%]
100
5
6
ćw. 5/str. 6
7
8
9
10
10
z
Ui
100%
U1
Widmo amplitudowe napięcia odkształconego:
b). Wyznaczanie hx za pomocą nanowoltomierza selektywnego przez pomiar wartości skutecznej
i
[-]
fi
[Hz]
Ui
1
2
3
4
5
6
7
8
9
[mV]
Wartość skuteczna wyższych harmonicznych sygnału odkształconego:
U 2  i  U 22  U 32  ...  U i2 
Całkowita wartość skuteczna sygnału odkształconego:
U1i  U12  U 22  ...  U i2 
THD sygnału odkształconego:
hx 
U 2 i
100% 
U1i
Analiza harmoniczna przebiegu odkształconego
i
[-]
1
2
3
4
z
z
[%]
100
5
6
Ui
100%
U1
ćw. 5/str. 7
7
8
9
10
10
Widmo amplitudowe napięcia odkształconego:
c).
Porównanie
cyfrowego
selektywnym
z
wyników
pomiarów
wynikami
wykonanych
pomiarów
IV. Wnioski końcowe
ćw. 5/str. 8
za
wykonanymi
pomocą
oscyloskopu
nanowoltomierzem
V. Pytania kontrolne
1. Jaki efekt w dziedzinie czasu powoduje wprowadzanie przez układ zniekształceń nieliniowych
sygnału?
2. Jaki efekt w dziedzinie częstotliwości powoduje wprowadzanie przez układ zniekształceń
nieliniowych sygnału?
3. Na czym polega pomiar współczynnika zniekształceń nieliniowych metodą wytłumienia
pierwszej (podstawowej) harmonicznej?
4. Jak na drodze pomiarowej można wyznaczyć współczynniki szeregu Fouriera?
VI. Literatura
1. Chwaleba A., Poniński M., Siedlecki A.: Metrologia elektryczna, Warszawa:
WNT, 2010.
2. Parchański J.: Miernictwo elektryczne i elektroniczne, Warszawa: WSiP, 1997r.
3. Marcyniuk A., Pasecki E., Pluciński M., Szadkowski B.: Podstawy metrologii elektrycznej,
Warszawa: WNT, 1984.
4. Hagel R., Zakrzewski J.: Miernictwo dynamiczne, Warszawa: WNT, 1984r.
5. Szadkowski B.: Laboratorium metrologii elektrycznej i elektronicznej, Gliwice:
Wyd. P. Śl., 1994.
6. Rylski A., Wojturski J.: Metrologia elektryczna, Rzeszów: OWPRz, 2013r.
ćw. 5/str. 9

cw05sp-pomiary_wspolczynnika_znieksztalcen_nieliniowych

Transkrypt

Podobne dokumenty

POMIARY KRZYWEK

Operator maszyny współrzędnościowej - Hydro

www.divaldi.pl DOSTĘPNE W 2016 ROKU Zwarta konstrukcja

Sieć złożona jako narzędzie poznania w metrologii / Ireneusz

[ CORAB SAT FINDER

wskaźnik sygnału satelitarnego dsf-10

Parametry techniczne kanału WP Nadawanie satelitarne: System

oferta solarny odstraszacz kretów kret krety gryzoni

Wzm. cał.new