Laboratornye_raboty_po_EiE-1_el_versia

12

5)После проверки преподавателем собранной схемы включить тумблер «Сеть» источника ЭДС. Убедиться, что стрелки на миллиамперметрах не выходят за границы диапазона измерения.

6)Измерить значения токов I1, I2 и I3. Результаты измерений занести в табл. 2.2. При записи результата измерения обращать внимание на знак тока.

7)Измерить потенциалы φ1 ÷ φ6. Для этого зажим «–» вольтметра подключить к базисному узлу (задает преподаватель). Зажим «+» вольтметра поочередно присоединяют к точкам 1 – 6 схемы. Результаты измерений занести в табл. 2.3. При записи результата измерения обращать внимание на знак потенциала. Выключить тумблер «Сеть» источников ЭДС.

8)Измерить токи I1', I2' и I3' от действия только ЭДС Е1. Источник питания Е2 при этом должен быть выключен, а его внутреннее сопротивление (принимается равным нулю) должно быть сохранено. Для этого необходимо провода, идущие от схемы к Е2, присоединить к одной клемме источника питания. Результат измерения занести в табл. 2.4.

9)По аналогии с п.8 измерить токи I1'', I2'’ и I3'’ от действия только ЭДС Е2, когда первый источник питания исключен из схемы. Результат измерения занести в табл. 2.4.

10)Выключить тумблер «Сеть» источника ЭДС. Выполнить проверку первого закона Кирхгофа для схем как с обеими ЭДС, так и с одной ЭДС в схеме. Проверить выполнение принципа наложения.

11)Утвердить протокол измерений у преподавателя.

2.3. Контрольные вопросы

1)Дать определения понятий «узел», «ветвь», «контур», «независимый

контур».

2)Дать определения «собственное сопротивление», «общее сопротивление» и «контурная ЭДС».

3)Дать определения «собственная проводимость», «общая проводимость» и «узловой ток».

4)Опытное определение потенциалов точек в схеме.

13

2.4. Содержание отчета

1)Протокол измерений, расчетная схема.

2)Расчет токов I1 – I6 в схеме методом контурных токов.

3)Расчет токов I1 – I6 в схеме методом узловых потенциалов.

4)Потенциальная диаграмма по результатам опыта и (или) расчета.

5)Проверка выполнения баланса мощностей с токами п. 2 и п. 3.

6)Сравнение результатов опыта и расчетов, проверка выполнения принципа наложения.

Методом контурных токов

Методом узловых потенциалов

Т а б л и ц а 2.3 Сравнение значений потенциалов, полученных расчетом и в опыте

14

Лабораторная работа 3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ R, L и С

ВЦЕПЯХ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА

Це л ь р а б о т ы: экспериментальное определение полных, комплексных сопротивлений пассивных двухполюсников в установившемся режиме синусоидальных напряжений и токов.

3.1. Общие сведения

На входе пассивного двухполюсника в установившемся режиме мгновенные значения напряжения u(t) = Um sin(ωt + ψu) и тока i(t) = Im sin(ωt + ψi) отличаются друг от друга по фазе на угол φ = ψu – ψi.

Угол φ может быть в диапазоне –90 º < φ < 90 º. При отрицательном значении φ напряжение отстает по фазе от тока, что является признаком емкостного характера нагрузки. Положительный угол φ показывает, что напряжение по фазе опережает ток, что является признаком индуктивного характера нагрузки.

1

Емкостное X C и индуктивное XL = ωL сопротивления относятся к разряду

C

реактивных сопротивлений X, которые связаны с процессами преобразования энергии магнитного или электрического поля.

Граничные значения угла сдвига фаз φ (–90 º и 90 º) не возможны, так как в любой схеме имеют место потери электрической энергии, которые отражаются в схеме активным сопротивлением R. Поэтому любой пассивный двухполюсник можно укрупнено представить активно-емкостной ветвью R – C или ак- тивно-индуктивной ветвью R – L.

15

Полное сопротивление Z включает в себя как активное R, так и реактивное X сопротивления:

и может быть найдено экспериментально по закону Ома через действующие значения напряжения и тока:

Активное сопротивление определяет потери в электрической цепи и может быть получено на основе показаний ваттметра, который регистрирует активную мощность, потребляемую нагрузкой:

Комплексное сопротивление Z = Ze jφ = R + jX удобно использовать при расчете цепей с синусоидальными токами и напряжениями, так как оно включает в себя все четыре величины:

–его действительная часть Re(Z) определяет активное сопротивление R;

–его мнимая часть Im(Z) определяет реактивное сопротивление X;

–его модуль |Z| определяет полное сопротивление Z;

–его аргумент arg(Z) определяет угол сдвига фаз φ между соответствующим напряжением и током.

При этом справедливы соотношения:

16

Используя выражения (3.2) – (3.4) и (3.7) можно экспериментально определить параметры исследуемого двухполюсника. Учитывая зависимость емкостного и индуктивного сопротивлений от значений индуктивности и емкости, при известной частоте ω = 2πf можем рассчитать и сами параметры: индуктив-

3.2. Порядок выполнения работы

Источником синусоидального напряжения частой f 50 Гц является Ла-

бораторный автотрансформатор (ЛАТР). Важно: перед любым включением или выключением ЛАТРа из сети необходимо убирать напряжение на его выходных зажимах с помощью соответствующего регулятора. Измерение дей-

ствующих значений тока, напряжения и мощности выполняют с помощью амперметра, вольтметра и ваттметра, соответственно. Для этого их включают по схеме рис. 3.2.

Объектами исследования в лабораторной работе являются реостат R, две катушки индуктивности (L1 – Rк1) и (L2 – Rк2), конденсатор (C – RC) (рис. 3.3), где Rк1 и Rк2 – сопротивления проводов катушек, а RC – сопротивление, отражающее потери в диэлектрике конденсатора. Все эти элементы по очереди подключают к измерительной системе рис. 3.2.

1) Собрать измерительную электрическую цепь с подключенным к выходным зажимам 2 – 2' реостатом по схеме, приведенной на рис. 3.4 протокола измерений.

17

2) После проверки схемы преподавателем убедиться, что на ЛАТРе регулятор напряжения стоит в крайнем левом положении (выведен на ноль). Вставить вилку ЛАТРа в розетку 220 В. Убедиться, что показания приборов не выходят за границы диапазона измерения.

Рис. 3.3. Схемы замещения исследуемых двухполюсников

3)Плавно подавая напряжение по возможности добиться выхода стрелки на всех приборах во вторую половину шкалы.

4)Выполнить измерение активной мощности P и действующих значений напряжения U и тока I. Измеренные величины занести в табл. 3.1 протокола измерений.

5)Убрать напряжение с ЛАТРа. Отключить ЛАТР от сети. Заменить реостат катушкой индуктивности (L1 – Rк1). Повторить выполнение пунктов 3 и 4.

6)Убрать напряжение с ЛАТРа. Отключить ЛАТР от сети. Заменить катушку индуктивности (L1 – Rк1) на (L2 – Rк2). Повторить выполнение пунктов 3 и 4.

7)Убрать напряжение с ЛАТРа. Отключить ЛАТР от сети. Заменить катушку индуктивности на конденсатор. Повторить выполнение пунктов 3 и 4.

8)Убрать напряжение с ЛАТРа. Отключить ЛАТР от сети.

9)Выполнить расчет параметров двухполюсников. Результаты расчета занести в табл. 3.1. Утвердить результаты расчета и протокол измерений у преподавателя.

3.3.Контрольные вопросы

1)Записать в алгебраической и показательной форме комплексное сопротивление

– реостата R;

– катушки индуктивности (L – Rк);

– конденсатора (С – RC).

18

2) Как по известным напряжению U, току I и активной мощности Р двухполюсника определить его полное Z, активное R и реактивное Х сопротивления?

3.4.Содержание отчета

1)Схемы замещения резистора, катушки, конденсатора.

2)Расчет Z, Rэ, Xэ, Z, φ для каждого двухполюсника по опытным данным.

3)Построенные в масштабе треугольники сопротивлений катушки индуктивности и конденсатора.

4)Протокол измерений и ответы на контрольные вопросы.

3.5.Протокол измерений

Рис. 3.4. Схема исследуемой электрической цепи для первого опыта

Т а б л и ц а 3.1 Эквивалентные параметры исследуемых двухполюсников

19

Лабораторная работа 4

ЦЕПЬ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ СОЕДИНЕНИЕМ ЭЛЕМЕНТОВ

Ц е л ь р а б о т ы: экспериментальное и расчетное определение параметров цепи переменного тока, состоящей из последовательного соединения конденсатора, катушек индуктивности, реостата. Овладение навыками проведения измерений при помощи электронного осциллографа.

4.1. Общие сведения

Эквивалентные параметры цепи с последовательным соединением конденсатора, катушек индуктивности и реостата (рис. 4.1) можно определить либо опытным путем через показания амперметра, вольтметра и ваттметра по формулам (3.2) – (3.4) и (3.7), либо расчетным путем, используя соотношения

и выражения (3.1), (3.7).

uR=Ri

Рис. 4.1. Схема последовательного соединения элементов

Исходным моментом в составлении или проверке баланса мощностей является равенство мощностей, отдаваемых источником и потребляемых электрической цепью:

20

Мощности Pист и Qист определяются, как правило, через входное напряжение и входной ток анализируемой схемы:

Um

Im

i( )t

T

Рис. 4.2. Пример временной зависимости напряжения u(t) и тока i(t)

Для визуального наблюдения зависимости тока и напряжения от времени используют двухлучевой осциллограф С1-83. Он позволяет увидеть форму графика, измерить амплитуду напряжения Um или тока Im, период Т, угол сдвига фаз φ.

Для того чтобы измерить какую-либо величину с помощью осциллографа, необходимо измерить соответствующее расстояние на экране осциллографа в делениях и умножить это расстояние на соответствующий масштабирующий

21