Лабораторное занятие № 5.

Лабораторная работа №6. Исследование цепи переменного тока при параллельном соединении резистора и катушки, резистора и конденсатора.

Цель работы: изучение электрических процессов, происходящих в цепях переменного тока при параллельном соединении R и L, R и C.

1.Краткие теоретические сведения.

Исследование схемы параллельного соединения резистора и катушки (рис. 1.1. а).

В данном случае учитывается, что реальная катушка имеет схему замещения (рис.1.1. б), аналогичную рассмотренной выше. Важным фактором является то обстоятельство, что ток İ, разветвляясь, равен векторной сумме токов İ_К и İ_R (рис.1.1. в). Очевидно, что для данной схемы следует учитывать, что:

 напряжение на резисторе R равно U_R = IR, т.е. R = U_R/I (вектор напряжения совпадает с вектором тока);

 из треугольника токов (рис. 1.1. в) имеем (с учетом известной формулы треугольника): сos = (I² + I_R² I_K²)/(2I I_R);

 полное сопротивление катушки: Z_K = U/I_K;

 активная мощность, рассеиваемая в цепи равна сумме активных мощностей, рассеиваемых на активных резисторах R и R_К, т.е.:

Р =U I cosφ,

следовательно, активная составляющая R_K сопротивления катушки равна R_К = (U I сos  UI_R)/I_К²;

 реактивное сопротивление катушки: ;

 величина индуктивности L = X_L/ω = X_L/2πf.

а) б) в)

Рис.1.1. Принципиальная электрическая схема (а) параллельного соединения резистора и катушки, схема замещения (б) и топологическая векторная диаграмма (качественная) напряжений и тока (в)

Исследование схемы параллельного соединения конденсатора и резистора (рис.1.2. а).

С учетом топологической векторной диаграммы (рис.1.2. в) для данной схемы следует учитывать (вывести самостоятельно), что:

R = U/I_R; X_C = U/I_С; C =1/2πfX_C; cos = I_R/I.

а) б) в)

Рис. 1.2. Принципиальная электрическая схема (а) параллельного соединения резистора и конденсатора, схема замещения (б), векторная диаграмма (качественная) напряжений и тока (в).

2.Порядок выполнения работы:

2.1.Соберите электрическую цепь согласно рисунку:

Показываем собранную схему преподавателю.

2.2. Установите переключатель блока питания «0-250В» в положение «переменный ток», ручку регулятора «U», в крайнее левое положение. Нажмите кнопку включения источника питания, вращая ручку регулятора «U», по прибору «V» установите входное «U», равным 130 В.

2.3. Снимите показания приборов и занесите их в таблицу 1.

2.4.Выключите источник питания и вместо катушки подключите к ранее собранной электрической цепи «С». Электрическая цепь согласно рисунку:

Показываем собранную схему преподавателю.

2.5. Повторите опыт, данные измерений занесите в таблицу 2. 2.6.Показания приборов выставить на «0», отключить источник питания.

2.7.По экспериментальным данным рассчитайте параметры электрической цепи при параллельном соединении R и L, R и C. Постройте в выбранном масштабе векторные и волновые диаграммы тока и напряжения.

3.Отчет о лабораторной работе должен включать:

• Принципиальную электрическую схему, схему замещения, монтажную схему;

• Таблицы экспериментальных данных;

• Расчеты параметров электрических цепей;

• Векторные и волновые диаграммы, выполненные в масштабе;

• Ответы на контрольные работы.

4. Контрольные вопросы.

1. Почему на практике приемники электрической энергии присоединяются параллельно к источнику питания?

2. Что означают понятия: активное, емкостное, полное сопротивления конденсатора?

3. Что называют добротностью конденсатора, углом потерь конденсатора?

4. Что такое треугольник сопротивлений конденсатора?

5. Что такое идеальный конденсатор, реальный конденсатор?

6. Изобразите векторные диаграммы идеального и реального конденсатора.

7. Запишите законы Ома для действующих и комплексных значений тока и напряжения идеального (реального) конденсатора.