Описание состава и принципа работы стенда

Стенд (рис. 4.4 или рис. 4.5) для исследований параметров разветвленной электрической цепи подключен к источнику ЭДС мощностью Р  50 Вт и частотой f = 50 Гц, в качестве которого используется вторичная обмотка понижающего трансформатора с выходным напряжением U_m  50 В.

Стенд содержит набор конденсаторов C_i*, набор катушек индуктивности L_i*, резистор R₀ и измерительные приборы (стрелочные или цифровые электронные).

Резонанс токов в цепи схемы (рис. 4.4) можно достичь подбором величины конденсатора C* при известной величине частоты f источника.

При постоянных параметрах L и C добиться резонанса можно при изменении частоты генератора источника ЭДС. Стенд (рис. 4.5) имеет синусоидальный генератор с регулируемой частотой в диапазоне f_i = 500÷15000 (Гц), амплитудой сигнала U_m  10В и мощностью Р  5 Вт, определяемой величиной R_Н.

При отсутствии прибора измерителя мощности в стенде установлен добавочный резистор R₀ для контроля падения напряжения U₀ на нем. Тогда, Р = U₀·I₀.

Порядок выполнения работы

1) Ознакомиться со стендом (рис. 4.5; 4.6) и записать характеристики приборов.

2) Установить требуемое (по заданию) значение напряжения источника ЭДС.

3) Изменяя величину конденсатора или индуктивности, или частоты, определить наступление резонанса в цепи, а затем исследовать параметры цепи до резонанса (5 – 6 измерений) и после резонанса (5 – 6 измерений).

4) Для построения резонансных ха­рактеристик исследуемой схемы провести 11 – 13 опытов при значениях емкости конденсато­ра С = 4÷25 мкФ с шагом ∆С =0,5 мкФ при индуктивности катушки L = 0,5 ÷ 1 Гн.

Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 4.1.

Таблица 4.1. Исследование цепи с изменяемой величиной конденсатора

№ опыта

Данные наблюдений

Результаты вычислений

C мкф

Е0 В

IИ А

IC A

IL A

P Вт

S ВА

Q ВАр

bC см

bL cм

b см

gK см

Y см

cos 

q добр.

1

…

6*

…

n

5) По данным параметров в таблице 4.1 для исследуемой цепи построить:

- зависимости I_L = f(C), I_C = f(C), I_R = f(C), I₀ = f(C);

- зависимости: P = f(C), Q = f(C), S = f(C), cos = f(C)

от величины емкости С конденсатора.

При вычислениях использовать только прямые (не косвенные) параметры.

4*) При использовании регулируемого Sin-ного генератора, необходимо выбрать величины емкости С и индуктивности L (const), и изменяя частоту генератора f, определить момент наступления резонанса, после чего выбрать для исследования по 5 – 6 значений частот до резонанса и после резонанса.

Определить параметры С_Факт, L_Факт и q контура для условия резонанса цепи.

Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 4.2.

Таблица 4.2. Исследование цепи с регулируемой частотой генератора

№ опыта

Данные наблюдений

Результаты вычислений

C мк

ЕИВ

IИ А

IC A

IL A

P Вт

S ВА

Q ВАр

bC см

bL cм

b см

gK см

Y см

cos 

q добр

1

…

6*

…

11

5’) По данным таблицы 4.2 для исследуемой цепи построить зависимости:

I_L =f(f), I_C =f(f), I_R =f(f), I_o =f(f) и P= f(f), Q= f(f), S= f(f), cos = f(f) (см. рис. 3.7)

от величины частоты f источника ЭДС Е (генератора).

* Если параметры катушки или конденсатора не изменялись, то величину параметров С_ФАКТ и L_ФАКТ достаточно рассчитать для одного опыта - при резонансе.

Векторные диаграммы напряжений, токов и мощностей построить, используя известные программы: EXEL, MathCad, ACAD, Compas и аналогичные.

Отчётный материал

1. Технические данные измерительных приборов и оборудование.

2. Электрическая схема исследуемой цепи переменного тока.

3. Таблицы с данными измерений и вычислений.

4. Графики зависимостей E, I_L, I_C, I, P, Q, S, cosφ от величины емкости С^*.

5. Векторные диаграммы напряжений и токов.

6. Выводы по проделанной работе.

Вопросы для самоконтроля

1. От каких величин зависит значение угла сдвига фаз между U и I?

2. Как определить индуктивную и емкостную проводимости?

3. Как влияет изменение частоты синусоидального напряжения на величину полной и реактивной проводимости электрической цепи?

4. От чего зависит резонансная частота?

5. Каким свойством обладает цепь контура, если параметр b_C > b_L?

6. Каким свойством обладает цепь контура, если параметр b_L < b_C?

7. Как найти действующее значение тока в разветвленной цепи с приемниками, характеризуемыми сосредоточенными параметрами R, L, C?

8. При каких параметрах цепи на индуктивности и емкости токи максимальны?

9. Как определить активную, реактивную и полную мощности в цепи?

10. Дать понятие добротности контура.

11. Каким способом можно определить величины индуктивности и емкости?

2. Как определить величину индуктивности L и величину емкости С?

Литература

1. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. – М.: Высш. шк., 2003. – 540 с.

2. Рекус Г.Г., Чесноков В.Н. Лабораторный практикум по электротехнике и основам электроники: Учебное пособие. – М.: Высш. шк., 2001. – 255 с.

3. Рекус Г.Г. Основы электротехники и промышленной электроники в примерах и задачах с решениями: Учебное пособие. – М.: Высш. шк., 2008. – 343 c.