Лабораторное занятие 2 Исследование цепи переменного напряжения с последовательным соединением приемников

Задача занятия: провести экспериментальную проверку второго закона Кирхгофа в цепи переменного тока; освоить построение векторных диаграмм; определение сопротивлений участков цепи по результатам эксперимента.

Задание для подготовки к занятию

1 Изучить описание лабораторной установки, по [10].

2 Подготовить протокол отчета к лабораторной работе на основании программы ее выполнения.

3 Ответить на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы для подготовки

к лабораторному занятию 2

1 Какова связь между мгновенными значениями тока и напряжения на активном сопротивлении R, на индуктивности L, на емкости C?

2 Какой сдвиг фаз на активном сопротивлении R, на индуктивности L, на ёмкости C?

3 Сформулировать второй закон Кирхгофа для цепи синусоидального напряжения.

4 Сформулировать закон Ома для цепи синусоидального напряжения.

5 Что такое векторная диаграмма и как ее строить?

6 Чему равны емкостное, индуктивное сопротивления?

7 Что понимают под треугольником сопротивлений?

План занятия:

1 Проверка готовности студента к лабораторному занятию.

2 Сборка электрической цепи и выполнение программы работы.

3 Оформление отчета по лабораторной работе.

4 Выводы.

Программа и методика выполнения лабораторной работы

Для измерения синусоидальных токов на стенде имеются амперметры с пределами измерений 1–2 А.

Для измерения напряжений следует воспользоваться двумя вольтметрами. Один, с пределом измерения до 250 В, как правило, используется для измерения напряжения источника питания, второй, многопредельный, на 75–600 В — для измерения напряжения на элементах цепи.

В данной лабораторной работе неразветвленная цепь собирается из следующих элементов: резисторов R1 и R2, индуктивных катушек L1 и L2 и батареи конденсаторов С емкостью 60 мкФ. Два или более из перечисленных элементов соединяются последовательно (рисунок 1.92). Лабораторный автотрансформатор TV предназначен для плавного регулирования напряжения.

Рисунок 1.92 — Схема электрической цепи с последовательным соединением приемников:

PV1 — вольтметр 250 В, РV2 — вольтметр 600 В, РА — амперметр 2 А

1 Собрать электрическую цепь по схеме (рисунок 1.92), подключив к зажимам АБ последовательно соединенные резисторы R1 и R.

Установить на входе цепи такое напряжение, чтобы ток в цепи равнялся 1 A, произвести измерения и данные занести в таблицу 1.8. Аналогично провести измерения в цепях с другими последовательно соединенными элементами, согласно таблице 1.8.

Таблица 1.8 — Ток и напряжения цепи

Элементы, составляющие цепь	Измерено
	I, А	U, В	UR1, В	UR2, В	UL1, В	UL2, В	UC, В
R1, R2
R1, C
L1, L2
L1, L2, R1
L1, L2, C

Таблица 1.9 — Значения сопротивлений элементов цепи

R1, Ом	R2, Ом	XL1, Ом	XL2, Ом	XC, Ом

Таблица 1.10 — Расчетные значения напряжений и сопротивлений

№

R, Ом

X, Ом

, Ом

Z, Ом

Ом

, В

, В

, В

, В

, В

, В

U, В

1

2

3

4

5

2 По данным измерений вычислить сопротивления элементов, входящих в цепь. Значения сопротивлений занести в таблицу 1.9.

3 По значениям сопротивлений элементов в цепи определить активное, реактивное, комплексное и полное сопротивления цепи. Сравнить последнее со значением полного сопротивления, найденного по формуле: . Приняв начальную фазу тока i равной нулю: , , — записать измеренные напряжения на элементах цепи в комплексной форме. По этим напряжениям определить комплексное напряжение на входе цепи, основываясь на втором законе Кирхгофа: . Найти модуль комплексного напряжения U, сравнить его с измеренным и убедиться в справедливости второго закона Кирхгофа. Данные расчетов занести в соответствующую строку таблицы 1.10.

4 Построить векторные диаграммы тока и напряжений для каждого пункта таблицы 1.8. На векторных диаграммах указать угол φ сдвига фаз между напряжением и током на входе цепи.