Электрические цепи при гармоническом воздействии

1. Цель работы.

Изучение электрических цепей, содержащих резисторы R, индуктивно-

сти L и емкости С при гармоническом (синусоидальном) воздействии.

2. Подготовка к выполнению работы.

При подготовке к работе необходимо изучить поведение R, L, C при различных способах включения (последовательное, параллельное, смешанное).

3. Экспериментальная часть.

_{3.1. Собрать схему последовательной RL-цепи (рис. 2).}

_{Рис. 2}

^{3.2. Установить значение сопротивления резистора R равным 100 + n ⋅10}

^{(Ом), где n – номер лабораторного стенда; L = 2 мГн.}

3.3. Установить напряжение источника E 10 В и частоту f = 5 кГц. Кон-

троль напряжения осуществляется вольтметром, подключенным к к

_{точкам 1 – 1¢ схемы.}

^{3.4. Измерить вольтметром напряжения на резисторе U} _R

и катушке ин-

дуктивности U _L

и записать показания в таблицу 3.

Таблица 3

	Е	U R	U L	I R	I L
f = 5 кГц	В	В	В	мА	мА
f = 10 кГц

При правильном измерении должно выполняться равенство

_{2 2}

^{E = U} _R ^+U _L ^{, т.к. U} _R

^{и U} _L

^{сдвинуты по фазе на 90° (на p}

2 ).

Зная значение R и

^X _L ^{= wL = 2p fL , определить по закону Ома ток в}

резисторе

^I _R ^{и катушке I} _L

^{( I} _R ^{= U} _R

^{R , I} _L ^{= U} _L

^X _L ^{) и убедиться что}

они совпадают (т.к. R и L соединены последовательно). Значения то- ков измерить амперметром и записать в таблицу 3. Сравнить с рас- считанными значениями.

3.5. Увеличить частоту f в 2 раза (т.е. установить f = 10 кГц) и произвести все измерения и расчеты по п. 3.4. Данные измерений занести в таб- лицу 3. (Обратить внимание на изменение тока и напряжений на эле- ментах цепи, обусловленные увеличением в 2 раза сопротивления X _L ).

_{3.6. Собрать схему последовательной RC-цепи (рис. 3). Установить}

_{R = 100 + n ⋅10}

_{(Ом), С = 100 нФ, частоту и напряжение на источнике}

_{Е согласно п. 3.3.}

Рис. 3

^{3.7. Произвести измерения напряжений U} _R

^{и U} _C

и расчет тока в цепи на

частотах f = 5 кГц и f = 10 кГц (см. п.п. 3.4, 3.5). Данные измерений и расчетов занести в таблицу 4.

_{Таблица 4}

	Е	U R	U С	I R	I С
f = 5 кГц	В	В	В	мА	мА
f = 10 кГц

(Учесть, что реактивное емкостное сопротивление равно

_{=11 2p fC и с ростом частоты уменьшается).}

^{X C = 1 wC =}

_{3.8. Собрать схему RLC-цепи (рис. 4), добавив в схему предыдущего опы-}

_{та (рис. 3) катушку индуктивности}

_{L = 2}

_{мГн. Установить частоту и}

напряжение источника Е согласно п. 3.3.

_{Рис. 4}

^{3.9. Произвести измерения напряжений U} _R ^{, U} _L ^{, U} _C

и расчет тока в цепи

на частотах f = 5 кГц и f = 10 кГц (см. п.п. 3.4, 3.5). Данные измере-

_{ний и расчетов занести в таблицу 5.}

_{Таблица 5}

	Е	U R	U L	U С	I R	I L	I С
f = 5 кГц	В	В	В	В	мА	мА	мА
f = 10 кГц

_{Учесть, что в данной цепи E =}

_{U 2 + ( U -U}

_{) 2 . Обратить внимание}

R L C

_{и уметь объяснить изменения напряжений и тока в цепи, обусловлен-}

ные частотной зависимостью сопротивлений

4. Требования к отчету.

_{Отчет должен содержать:}

^{X L = wL и}

^{X C = 1 wC .}

– схемы экспериментов с указанием элементов;

– данные элементов схемы;

– таблицы экспериментальных и рассчитанных значений напряже-

ний и токов;

– контрольный (поверочный) расчет тока и напряжений для каждой из 3-х схем на частоте f = 5 кГц, выполненный символическим ме- тодом;

– векторные диаграммы токов и напряжений для каждой из 3-х схем, построенные по результатам эксперимента (или расчета) для f = 5 кГц.

При защите лабораторной работы необходимо знать основные за- коны и методы расчета цепей переменного (гармонического) тока; усвоить расчет с помощью комплексных чисел, построение вектор- ных диаграмм, расчет мощностей и т.д.