34-50_Elektrotekhnika
.pdf•вычислить комплексное сопротивление цепи, резистивную и реактивную составляющие сопротивления
•построить в масштабе треугольник сопротивлений , а также векторную диаграмму напряжений и тока
3.5.4. По результатам измерений, выполненных в соответствии с требованиями пункта 3.4.11 вычислить:
•фазовый сдвиг Ψ между напряжением на входных зажимах цепи и током в неразветвленной части цепи
•записать выражения для комплексов действующих значений токов
• • • |
• |
I, I R , I C ;и напряжения |
U ,, убедиться в справедливости первого зако- |
на Кирхгофа |
|
•записать выражения для мгновенных значений напряжения и токов
•сравнить сумму действующих значений токов в ветвях цепи с током в неразветвленной части контура и убедиться в их неравенстве
•вычислить комплексную проводимость цепи, резистивную и реактивную составляющие проводимости
•построить в масштабе треугольник проводимостей, а также векторную диаграмму токов и напряжения
3.5.5. По результатам измерений, выполненных в соответствии с требованиями пункта 3.4.14 вычислить:
•фазовый сдвиг Ψ между напряжением на входных зажимах цепи и током в неразветвленной части цепи
•записать выражения для комплексов действующих значений токов
• • • |
• |
I, I R , I L ; и напряжения |
U ,, убедиться в справедливости первого зако- |
на Кирхгофа |
|
•записать выражения для мгновенных значений напряжения и токов
•сравнить сумму действующих значений токов в ветвях цепи с током в неразветвленной части контура и убедиться в их неравенстве
•вычислить комплексную проводимость цепи, резистивную и реактивную составляющие проводимости
5 1
•построить в масштабе треугольник проводимостей, а также векторную диаграмму токов и напряжения
3.5.6. По результатам измерений, выполненных в соответствии с требованиями пункта 3.4.17 вычислить:
•фазовый сдвиг Ψ между напряжением на входных зажимах цепи и током в неразветвленной части цепи
•записать выражения для комплексов действующих значений токов
• • • |
• |
I, I R , I L , IC и напряжения |
U ,, убедиться в справедливости первого за- |
кона Кирхгофа |
|
•записать выражения для мгновенных значений напряжения и токов
•сравнить сумму действующих значений токов в ветвях цепи с током в неразветвленной части контура и убедиться в их неравенстве
•вычислить комплексную проводимость цепи, резистивную и реактивную составляющие проводимости
•построить в масштабе треугольник проводимостей, а также векторную диаграмму токов и напряжения
3.6 ИЗМЕРЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КАНАЛОВ АЦП
3.6.1 Измерения в цепи с последовательным соединением активного сопротивления и емкости.
При выполнении работы строго соблюдать указанную последовательность действий!
► Включите ПК.
♦ На панели АЦП загорится красная лампа.
▼ Если во время измерений или сборки цепи на АЦП погаснет лампа, отключите кабель USB от ПК, подождите 3 ... 5 секунд, и снова подключите.
►Подключите специальные кабели к входным разъемам АЦП (канал 1 и канал 2).
►Делители напряжения поставьте в положение 1:10 (все 4 канала).
5 2
А |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
C |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
А |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
UC(t) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
к а н а л ы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
ПК |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
АЦП |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
UR(t) |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
О
Рис.3.12
► Соберите цепь переменного тока в соответствии с рис.3.12. В качестве элементов R и С использовать соответственно резистор R13 и конденсатор С5. В качестве источника переменного напряжения использовать фазное напряжение UAO
При сборке обратите внимание на то, чтобы общие (корпусные) выводы АЦП (штекеры синего цвета) были подключены к точке «0» (рис.3.12). Потенциальные выводы АЦП (штекеры красного цвета) подключите к точ-
кам 1 и 2 (рис. 3.12).
►Покажите собранную цепь преподавателю. Преподаватель должен включить стенд и автоматический выключатель для фазы А.
►С помощью вольтметра переменного напряжения измерьте напряжения между точками 0-1, 0-2 и 1-2., а также значение тока в цепи. Полученные результаты занести в табл. 3.7
Таблица 3.7
результаты измерений
U01 |
U02 |
U12 |
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 3
результаты вычислений
U01 |
U02 |
U12 |
I |
ψ |
w |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
►С рабочего стола ПК запустите программу L-mikro.
►В окне программы щёлкните кнопку НАСТРОЙКА. В открывшемся окне установите:
♦Режим работы: АВТОМАТИЧЕСКИЙ
♦Развёртка, мс/дел: 5
♦Выбрать каналы: Канал 1 и Канал 2
♦Чувствительность канала, В/дел: 1 (оба канала)
♦Положение нулевой линии: 0 (оба канала)
♦Щёлкните кнопку √.
►Щёлкните по кнопке ПУСК. Через несколько секунд (не менее 3-х секунд) щёлкните по кнопке СТОП.
►Наблюдайте временную зависимость и покажите её преподавателю.
►Сохраните полученные данные.
Для этого щёлкните АРХИВ. Выберите папку: C:\DATA\ Впишите имя файла: <номер группы> (например, <7347RC.txt>).
►Щёлкните СОХРАНИТЬ.
►Попросите преподавателя выключить стенд и автоматический выключатель для фазы А.
3.6.2Обработка результатов измерений.
Цифровая измерительная система сформировала файл с данными, полученными во время эксперимента. Для работы с ними необходимо сначала загрузить EXCEL, а потом в него полученный файл, «7347RC.txt». Для этого в окне программы EXCEL щёлкните: ФАЙЛ → ОТКРЫТЬ. В открывшемся окне выберите ТИП ФАЙЛОВ: Все файлы. Выделите нужный файл. Щёлкните ОТКРЫТЬ. В окне МАСТЕР ТЕКСТОВ щёлкните
ГОТОВО.
В открывшейся таблице имеется несколько столбцов с данными. В столбце A записано время в секундах. В столбцах B и C записано напряжение в вольтах, измеренное соответственно каналами 1 (входное напряже-
ние u = u01) и 2 (напряжение uR = u02). Не забывайте учитывать положение делителя напряжения каждого канала!
5 4
Для вычисления напряжения на конденсаторе uC = u12, а также тока i надо воспользоваться макросами.
► В файловом меню EXCEL выберите: СЕРВИС → МАКРОС → РЕДАКТОР VISUL BASIC. В файловом меню BASIC выберите:
INSERT → MODULE.
► В открывшемся окне запишите макрос:
Sub Macros1() ' имя модуля
Dim t1, u1, u2, u3, i1 As Single ' задаём переменные Sheets("7347RC").Select ' переходим на лист «7347RC»
Cells(1, 5) = "t, мс" ' |
заголовок столбца 5 |
|
Cells(1, 6) |
= "I, А" ' |
заголовок столбца 6 |
Cells(1, 7) |
= "U01, B" ' |
заголовок столбца 7 |
Cells(1, 8) |
= "U02, B" ' |
заголовок столбца 8 |
Cells(1, 9) |
= "U12, B" ' |
заголовок столбца 9 |
For n = 2 To 201 ' задаём цикл по 200 строкам
t1 = Cells(n, 1) ' число из строки n, столбца 1 передаём в t1 u1 = Cells(n, 2) ' число из строки n, столбца 2 передаём в u1 u2 = Cells(n, 3) ' число из строки n, столбца 3 передаём в u2 t1 = t1 * 1000 ' t1 переводим в мс
u1 = u1 * 10 ' масштабируем u1
u2 = u2 * 10 ' масштабируем u2
u3 = u1 - u2 ' напряжение u12
i1 = u2 / 0.075 ' ток I в резисторе R4=75Ом (мА)
Cells(n, 5) = t1 ' число из u3 передаём в строку n, столбца 4 Cells(n, 6) = i1 ' число из u3 передаём в строку n, столбца 4
Cells(n, 7) = u1 |
' число из u3 передаём в строку n, столбца 4 |
|
Cells(n, 8) |
= u2 |
' число из u3 передаём в строку n, столбца 4 |
Cells(n, 9) |
= u3 |
' число из i1 передаём в строку n, столбца 5 |
Next n ' |
конец цикла |
|
End Sub ' |
|
конец программы |
► Нажмите клавишу F5. Если появится окно, щёлкните Run.
На листе «7347RC» будут созданы дополнительно 5 столбцов с данными.
►Выделите новые столбцы E, F, G, H, I.
►В файловом меню EXCEL щёлкните ВСТАВКА, затем ДИАГРАМ-
МА...
►В окне мастера диаграмм выберите:
♦Тип: ТОЧЕЧНАЯ.
♦Вид: СГЛАЖЕННАЯ БЕЗ МАРКЕРОВ.
5 5
♦Щёлкните: ДАЛЕЕ и ещё раз ДАЛЕЕ.
►На закладке ЗАГОЛОВКИ укажите название графика, например: «R-C», обозначьте ось x, например, t, мc и ось y, например, u, B.
►На закладке ЛИНИИ СЕТКИ отметьте ОСНОВНЫЕ ЛИНИИ по обеим осям. Щёлкните: ГОТОВО.
►На появившемся графике дважды щёлкните мышью по серому фону. В появившемся окне выберите: Заливка - прозрачная. Щёлкните ОК.
►Кривая тока имеет очень большой масштаб в сравнении с остальными кривыми. Для неё нужно создать дополнительную ось ординат. Для этого дважды щёлкните по этой кривой. В открывшемся окне выберите закладку ОСЬ, на которой щёлкните кнопку ПО ВСПОМОГАТЕЛЬНОЙ ОСИ.
►Дважды щёлкните по цифрам на горизонтальной оси абсцисс. В появившемся окне выберите закладку ШКАЛА. Установите минимальное и максимальное значение такими, чтобы на графике отображалось 1,5 или 2 периода. Например, минимальное: 0; максимальное: 40; цена основных делений: 5. Щёлкните ОК.
►Аналогично для основной оси ординат установите: минимальное значение: – 40; максимальное значение: 40; цена основных делений: 10. Для вспомогательной оси ординат установите: минимальное значение: – 400; максимальное значение: 400; цена основных делений: 100. Щёлкните
ОК.
►На графике дважды щёлкните мышью по одной из кривых. В появившемся окне выберите нужную толщину, тип и цвет линии. Щёлкните ОК. Сделайте все кривые отличающимися друг от друга.
►С помощью инструмента НАДПИСЬ сделайте соответствующие надписи на четырёх построенных кривых. График готов!
По графику определите амплитудные значения UM01, UM02, UM12, IM. Вычислите соответствующие действующие значения и сопоставьте их с данными измерений, представленными в табл. 3.7.
По графику определите угол ψ между фазой тока i и фазой напряжения u01. Для этого учтите, что при промышленной частоте 50 Гц один период равен 20 мс и равен 360°.
5 6
По полученным данным вычислите значение мощности W.
Результаты вычислений занести в табл.3.7
Вычисленные значения параметров сравнить соответственно сданными представленными в табл.3.2, сделать вывод о сходимости полученных измерений и вычислений.
3.6.3 Измерения в цепи с последовательным соединением активного сопротивления и индуктивности.
Собрать электрическую цепь по схеме рис. 3.13. В качестве элементов R и L использовать соответственно резистор R13 и катушку индуктивности L.2. В качестве источника переменного напряжения использовать фазное напряжение UAO
А |
1 UL(t) |
2 |
А |
L |
|
|
|
1 к а н а л ы 2 АЦП
О
UR(t) |
|
R |
ПК |
Рис. 3.13
Используя инструкции п 3.6.1.и 3.6.2, вычислить действующие значения напряжений UL,UC, тока I, определить фазовый сдвиг ψ между приложенным напряжением и током, вычислить потребляемую мощность W. Полу-
5 7
ченные результаты сравнить с данными представленными в табл.3.1., сделать вывод о сходимости измерений.
3.6.4 Измерения в цепи с последовательным соединение активного сопротивления, индуктивности и емкости
Собрать электрическую цепь по схеме рис. 3.14. В качестве элементов R L и С использовать соответственно резистор R13, катушку индуктивности L2 и конденсатор С4. В качестве источника переменного напряжения использовать фазное напряжение UAO.
UL(t) UC(t)
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
А |
|
|
А |
|
|
|
|
|
L |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
UR(t) |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПК |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
канал 1 |
|
канал 2 |
|
|
канал 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
АЦП |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
О |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис.3.14 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Используя инструкции п. 3.6.1.и 3.6.2, вычислить действующие значения напряжений UL,UC,UR, тока I, определить фазовый сдвиг ψ между приложенным напряжением и током, вычислить потребляемую мощность W.
Полученные результаты сравнить с данными представленными в табл.3.3., сделать вывод о сходимости измерений.
5 8
3.6.5 ВИРТУАЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
Используя программу схемотехнического моделирования выполнить виртуальный эксперимент, для чего необходимо выполнить графический ввод исследуемых схем и определить значения измеряемых параметров Сравнить результаты схемотехнического моделирования с экспериментально полученными данными. Сделать вывод о сходимости результатов
3.6.6 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ
Для защиты лабораторной работы необходимо выполнить компьютерное тестирование по темам “ Переменный ток”, “ Векторные диаграммы электрической цепи“ .
3.6.7СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1.Схемы лабораторной установки.
2.Перечень используемых приборов.
3.Таблицы и графики экспериментальных данных
5 9
4. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4 РЕЗОНАНСНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ЦЕПЯХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
4.1. Краткие теоретические сведения
Резонансом называется такой режим работы электрической цепи, содержащей резистор R (активное сопротивление), индуктивность L (катушку индуктивности) и конденсатор C (ёмкость), при котором угол ϕ (сдвиг по фазе, или просто фаза) между входным током и входным напряжением всей цепи равен нулю. Из сказанного ясно, что цепь, содержащая реактивные элементы (L и С), в режиме резонанса ведет себя как чисто активная (как эквивалентный резистор R), а реактивные элементы взаимно компенсируются. В зависимости от способа соединения (последовательно или параллельно) элементов различают резонанс напряжений и резонанс токов соответственно.
4.1.1. Резонанс напряжений
Резонанс напряжений возникает в последовательном резонансном контуре R-L-C (рис. 4.1). Векторная диаграмма, построенная для этой цепи при условии резонанса, показана на рис. 4.2. Из диаграммы видно, что при
резонансе UL = – UC, а U = UR. Поскольку UL = IL (jω L), UC = IC/(jω C) и в последовательной цепи ток во всех элементах одинаков (IL = IC = IR = I), то получим следующее условие резонанса напряжений: ω0 L = 1/(ω0 C), где угловая частота ω0 = 2π f0, а f0 – частота питающего напряжения U при резонансе. Резонансная частота ω0 определяется выражением:
ω0 = 1/ (L C) . |
(4.1) |
U R |
C |
UL |
UC |
I |
|
||
|
|
I |
|
L |
|
UR |
|
|
U |
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 4.1 |
Рис. 4.2 |
|
6 0