Лабораторная работа № 3.
Вариант № 3
Конденсатор и катушка индуктивности в цепи синусоидального тока
Цель работы. Научиться определять параметры конденсатора и катушки индуктивности с помощью амперметра, вольтметра и фазометра, строить векторные диаграммы, а также проверить выполнение законов Кирхгофа в цепи синусоидального тока.
Ответы на вопросы
1 Реальный конденсатор обладает активной проводимостью g (из-за несовершенства изоляции в конденсаторе), и емкостью С. В схемах замещения конденсатор обычно представляется параллельной схемой этих составляющих. Катушка индуктивности тоже имеет индуктивную L и активную R составляющие, которые в схемах замещения обычно представляют последовательной цепочкой этих составляющих.
- Активная, емкостная, индуктивная, реактивная, полная проводимости — это величины, обратные сопротивлениям: активному, емкостному, индуктивному, реактивному и полному. Между собой они связаны следующими соотношениями
Полная проводимость конденсатора
Активная проводимость конденсатора
Емкостная проводимость конденсатора
- Активное, емкостное, индуктивное, реактивное, полное сопротивления — это величины, которые определяют величины сопротивления переменному току.
Между собой они связаны следующими соотношениями:
- Угол сдвига фаз между напряжением и током на входе двухполюсника может меняться от минус 90 до плюс 90. Причем ток отстает от напряжения при индуктивной нагрузке и опережает при емкостной.
Уравнение первого закона для данной схемы
Для этой схемы уравнение второго закона Кирхгофа
Соберем схему своего варианта (вариант 3)
Рис. 2.1
2.1. Разомкнем ключ 1, включим питание (Рис. 2.1) и запишем показания приборов в таблицу 2.1
Таблица 2.1
| Данные опыта | Результаты расчета | ||||||||||
| U | I | φ | I1 | I2 | C | g | δ | İ | İ1 | İ2 | İ |
| B | A | град | А | А | мкФ | См | град | А | А | А | А |
| 100 | 1,43 | -87,9 | — | 1,43 | 45 | 0,0005 | -2,1 | 1,43 | — | 1,43 | 1,43 |
| 99,8 | 2,20 | -40 | 1,63 | 1,43 | 45 | 0,0005 | -2,1 | 1,63 |
Полная проводимость конденсатора
Активная и реактивная проводимости конденсатора
Полная проводимость в комплексном виде в алгебраической и показательной формах
Угол потерь конденсатора
Величина тока в цепи
Данные расчетов занесем в таблицу 2.1
1.4. Замкнем ключ и с помощью реостата установим угол сдвига фазы напряжения и тока φ1=-40 (Рис. 2.2)
Рис. 2.2
Показания приборов внесем в нижнюю строку таблицы 2.1.
1.5. Определим все токи расчетным путем
Сопротивление первой ветви
Проводимость первой ветви
Общая проводимость первой и второй ветви
Определим комплексное сопротивление первой и второй ветвей
Величина общего тока цепи
Определим токи в первой и второй ветвях
Проверим правильность расчетов по первому закону Кирхгофа
Расчеты произведены правильно, некоторые расхождения обусловлены погрешностью при округлениях.
1.6. Используя данные таблицы построим диаграмму токов (Рис 2.3).
Вектор напряжения совпадает с горизонтальной осью. Вектор тока первой ветви практически совпадает с приложенным напряжением. Вектор тока второй ветви опережает вектор напряжения на 87,9. Убеждаемся, что алгебраическая сумма двух ветвей равна общему току.
Исследование активно-индуктивной цепи
2.1. Собираем схему (Рис 2.4).
2.2. Сопротивление реостата устанавливаем равным нулю и данные приборов записываем в таблицу 2.2
Таблица 2.2
| U | I | φ | U1 | U2 | L | R | QL | Ů | Ů1 | Ů2 | ƩŮ |
| В | А | град | В | В | Гн | Ом | — | В | В | В | В |
| 100 | 0,749 | 72,3 | 100 | 0,4 | 40,6 | 3,13 | — | — | — | ||
| 100 | 0,509 | 40,0 | 55,9 | 67,9 | — | — | — | 55,9 |
2.3. Модуль полного сопротивления катушки
Активное и индуктивное сопротивление катушки
Индуктивность и добротность катушки
Данные расчетов занесем в таблицу 2.2
2.4. При помощи реостата устанавливаем угол сдвига фаз напряжения и тока на входе согласно третьего варианта φ2=40 (Рис 2.5) и запишем показания приборов в таблицу 2.2.
Рис. 2.5
2.5. Сделаем расчет падений напряжения на реостате и на катушке индуктивности. Примем начальную фазу входного тока равной нулю.
Сопротивление реостата
Падение напряжения на реостате
Падение напряжения на катушке индуктивности
Общее сопротивление цепи
Величина входного напряжения
Подсчитаем сумму падений напряжений на реостате и катушке индуктивности
По данным второй строки таблицы 2.2 построим топографическую диаграмму напряжений (Рис 2.6)
Вектор падения напряжения на реостате по направлению совпадает с вектором тока и численно равен 55,9 В. вектор падения напряжения на катушке опережает вектор тока на 72,3 и численно равен 68,0 В. Убеждаемся, что алгебраическая сумма этих двух векторов равна приложенному напряжению.
- Выводы
При параллельном соединении нагрузок алгебраическая сумма токов в параллельных ветвях равна току в неразветвленной ее части. При последовательном соединении нагрузок алгебраическая сумма падений напряжения на каждой из нагрузок равна приложенному напряжению.
5. Техника безопасности при работе
- К лабораторному стенду подведено напряжение 220 В — опасно для жизни.
- Перед сборкой экспериментальных схем убедитесь, что напряжение на стенде отсутствует (сигнальные лампы не горят, красная кнопка автомата АП утоплена).
- Не используйте провода с поврежденной изоляцией.
- Надежно закрепляйте наконечники проводов клеммами, особенно в тех случаях, когда под клеммами находятся несколько наконечников.
- Категорически запрещается включение схемы без проверки преподавателем или лаборантом.
- Все изменения в схеме производите только при снятом напряжении. Повторное включение схемы производить только после проверки преподавателем или лаборантом.
- Во время работы не касайтесь клемм стенда и клемм измерительных приборов.
- В случае возникновения аварийных ситуаций (выпадения наконечников проводников из-под клемм, зашкаливание стрелок измерительных приборов, появление дыма или запаха горелой изоляции) немедленно отключите стенд нажатием на красную кнопку автомата АП в правой части стенда.
3. Рабочее задание
- Исследуемая цепь изображена на рис. 3. Определить квалификационные и топологические признаки данной цепи (число узлов, ветвей и независимых контуров).
- Рис. 3. Схема установки для исследования законов электрических цепейОзнакомиться с правилами пользования универсального цифрового прибора В7-22А, записать в таблицу 1 его технические характеристики и подготовить его к работе.
- Таблица 1
| Система измерения | Класс точности прибора | Диапазон измерения прибора | |
Прибор В7-22А представляет собой сложное электронное устройство и требует аккуратного обращения в процессе эксплуатации
- выключатель (тумблер) “СЕТЬ”;
- переключатель пределов измерения: 0,2; 2; 20; 200; 2000;
- переключатель рода работ: — V; V; mA; к;
- входные гнезда со следующими обозначениями:
- нажмите кнопку — V;
- нажмите кнопку 20;
- вставьте вилку шнура питания в розетку 220 В;
- включите тумблер “СЕТЬ”;
- прогрейте прибор 15 минут;
- соедините измерительный кабель с первым и общим * входами;
- подключите другой конец измерительного кабеля к измеряемому участку цепи;
- цифровой индикатор показывает значение измеряемой величины.
прпро
- нажмите кнопку mA;
- нажмите кнопку 200;
- включите тумблер “СЕТЬ”;
- соедините измерительный кабель с третьим и общим * входами;
- подключите другой конец измерительного кабеля вместо перемычек на панели исследуемой цепи;
- цифровой индикатор показывает значение измеряемой величины.
прхпр х
- Подготовить к работе испытуемую схему, замкнув перемычки П1-П5 и поставив тумблеры S1 и S2 в положение отключения ЭДС (в верхнее положение).
- Подать сетевое напряжение на стенд, для чего включить автомат АП (нажав белую кнопку в правом нижнем углу стенда). При этом должна загореться соответствующая зеленая лампа.
- Подать напряжение на панель-схему, для чего включить тумблер “220 В”. При этом на панели должна загореться контрольная лампа.
- Исследовать схему с первым источником ЭДС Е01:
- измерить величину ЭДС на клеммах источника Е01 (S1 отключен);
- подключить источник Е01 тумблером S1, поставив его в нижнее положение (проследите, чтобы тумблер S2 был отключен);
- измерить напряжение U01 на клеммах первого источника;
- измерить напряжения на всех резисторах, подключая вольтметр к клеммам, выведенным от концов каждого резистора;
- измерить токи во всех ветвях цепи, подключая миллиамперметр вместо перемычек П. Определить направление тока и отметить стрелкой в таблице 2.
Примечание01
| Е01,В | U01,В | UR1,В | UR2,В | UR3,В | UR4,В | UR5,В | I1,A | I2,A | I3,A | I4,A | I5,A |
02
- измерить величину ЭДС на клеммах источника Е02 (S1 и S2отключен);
- подключить источник Е02 тумблеромS2 (S1отключен);
- измерить напряжение U02 на клеммах второго источника;
- измерить напряжение на всех резисторах;
- измерить токи во всех ветвях цепи и определить их направление;
- полученные данные записываются в таблицу 3.
02
| Е02,В | U02,В | UR1,В | UR2,В | UR3,В | UR4,В | UR5,В | I1,A | I2,A | I3,A | I4,A | I5,A |
- подключить источники Е01 и Е02 с помощью тумблеров S1 и S2 и измерить напряжение на источниках U01 и U02;
- измерить напряжение на всех резисторах;
- измерить токи во всех ветвях, определить их направления;
- полученные данные занести в таблицу 4.
0102
| U01,В | U02,В | UR1,В | UR2,В | UR3,В | UR4,В | UR5,В | I1,A | I2,A | I3,A | I4,A | I5,A |
- Используя данные таблиц 1 и 2, по закону Ома рассчитать внутреннее сопротивление источников энергии R01 и R02.
- По данным таблиц 1,2 и 3 рассчитать величины всех сопротивлений R1 — R5, сравнить полученные результаты, определить среднее значение каждого сопротивления.
- Определить эквивалентные сопротивления цепей с одним источником энергии (табл. 1, табл. 2).
- Для трех исследованных схем проверить соотношения между токами во всех узлах по первому закону Кирхгофа.
- Используя данные табл. 3, проверить сходимость второго закона Кирхгофа для контура, заданного преподавателем.
- Используя данные таблиц 1 и 2, по методу наложения определить токи во всех ветвях цепи при действии обеих ЭДС. Полученные результаты сравнить с данными табл. 3.
- Для одной из трех исследованных схем определить токи всех ветвей, используя один из методов расчета (задается преподавателем). Результаты расчета сравнить с экспериментальными данными. Примечание: данными для расчета являются ЭДС источников энергии, их внутренние сопротивления и величины всех сопротивлений схемы.
- Построить график распределения потенциала (потенциальную диаграмму) для ранее исследованного контура (пункт 9 экспериментальной части). Потенциальная диаграмма строится в координатах: сопротивление (Ом) — ось 0Х, потенциал (В) — ось 0Y.
Похожие:
| Лабораторная работа №5 Исследование сопротивлений проводником при смешанном соединенииКирхгофа в разветвленной линейной электрической цепи; научиться применять законы Кирхгофа в графическом виде. Исследовать особенности… | Лабораторная работа №45 «Исследование цепи постоянного тока»Цель работы: исследовать зависимость мощности и коэффициента полезного действия от величины силы тока в цепи | ||
| Лабораторная работа №3 по дисциплине «Электротехника и электроника»Нелинейные цепи постоянного тока. Исследование параметрического стабилизатора напряжения | Закон Ома для пассивного участка цепи, активно-пассивного участка цепи (обобщенный закон Ома). Последовательное и параллельное преобразование, «формула разброса»Основные интегральные величины. Элементы линейной электрической цепи постоянного тока. Простейшие формулы и преобразования | ||
| Лабораторная работа №3 Исследование разветвленной цепи постоянного тока методом эквивалентного генератораДля этого необходимо знать схему и параметры цепи, к которой подключена нагрузка. Часто об этом практически ничего не известно, поэтому… | Лабораторная работа №2 «Измерение относительной влажности воздуха с помощью термометра» Лабораторная работа №3 «Сборка электрической цепи и измерение силы тока в ее различных участках»!Лабораторная работа №7″ Определение выталкивающей силы, действующее на погруженное в жидкость тело» | ||
| Лабораторная работа №2: Исследование неразветвленной и разветвленной электрических цепей постоянного тока | Лабораторная работа №1 Измерение сопротивленийСформулируйте закон Ома для постоянного тока для однородного участка цепи в интегральной и дифференциальной форме | ||
| Чем отличается параметр электрической цепи «сопротивление» от элемента электрической цепи «резистор»?Как называется промежуток времени, по истечении которого значения силы тока повторяются, и как он соотносится с параметром «частота»… | Законы постоянного тока (20 часов) № урокаУсловия существования электрического тока. Сила тока. Единицы силы тока. Действия тока Закон Ома для участка цепи. Вольтамперная… |
lib.convdocs.org
Источник: