Лабораторные работы / Лаба 4

2

1 Введение

Целью лабораторной работы: экспериментально проверить токораспределние в разветвленных цепях синусоидального переменного тока,

содержащих активные и реактивные нагрузки (резисторы, конденсаторы,

индуктивные элементы).

3

2 Основные теоретические положения

Большинство измерительных приборов предназначены для измерения узлового напряжения. Один из выводов приборов заземлен, часто его называют общим проводом. Второй вывод называют потенциальным или сигнальным, или просто обозначают «вход» или «выход». При сборке измерительной установки в первую очередь соединяются между собой общие провода всех приборов и исследуемого объекта.

Фазометр служит для измерения разности начальных фаз двух узловых гармонических напряжений. Если вход фазометра «Опорный» подключить ко входу исследуемой цепи, а вход «Сигнал» – к выходу цепи, то фазометр покажет разность начальных фаз. Вместо фазометра в данной работе предлагается использовать осциллограф - прибор, показывающий форму напряжения во времени. Также он позволяет измерять ряд параметров сигнала, такие как напряжение, ток, частота, угол сдвига фаз. Но главная польза от осциллографа – возможность наблюдения формы сигнала. Во многих случаях именно форма сигнала позволяет определить, что именно происходит в цепи.

На рисунке 1.2.1 показаны формулы, использующиеся для основных вычислений (без вытекающих из них)

Рисунок 1 - Расчетные соотношения Чтобы определить значение фазового сдвига в градусах используется

формула:

4

В цепях переменного тока закон Ома выполняется для любых значений

(мгновенные, действующие, комплексные и т.д.), правила Кирхгофа –только для мгновенных и комплексных, которые учитывают фазные соотношения.

Тогда 1-ое правило Кирхгофа примет вид для мгновенных значений токов в узле:

Либо алгебраическая сумма комплексных значений токов в узле:

2-ое правило Кирхгофа алгебраическая сумма мгновенных значений напряжений на приемниках в контуре равна алгебраической сумме мгновенных значений ЭДС, действующих в этом же контуре:

Аналогично для комплексных значений.

5

Рисунок 2 – Лабораторный макет

Внешний вид лицевой панели лабораторного макета со схемой электрической принципиальной приведен на рисунке 2. Питание макета осуществляется от сети переменного тока 220 В, 50 Гц.

Макет содержит один источник синусоидальной электродвижущей силы

(э.д.с.) Е и две цепи нагрузок, которые можно поочередно подключать к источнику с помощью тумблера SAI.

В качестве источника Е используется электронный усилитель, на вход которого (на клеммы “1” и “5”) подается напряжение амплитудой до одного Вольта с внешнего генератора синусоидальных колебаний. Напряжение источника Е можно замерить между клеммами “1” и “4”, либо клеммами “1” и “6” в зависимости от положения переключателя SA1.

6

3 Ход работы

3.1 Описание электрической цепи

Рисунок 3 – Рабочая схема 1

В данной схеме используются данные: R1 = 220 Ом, R2 = 300 Ом, R3 = 150

Ом, L1 = 91,8 мГн, L2 = 22,2 мГн. Частота равна 350 Гц.

Рисунок 4 – Рабочая схема 2

В данной схеме используются данные: R4 = 220 Ом, R5 = 150 Ом, R6 = 150

Ом, С1 = 1 мкФ, С2 = 0,47 мкФ. Частота равна 350 Гц.

3.2 Задание 1, 2

Рассчитать все токи и напряжения цепи с индуктивными элементами.

Замерить напряжения на элементах цепи с катушками индуктивности.

Рассчитать действующие значения напряжений на всех элементах цепи.

Экспериментальные и расчетные значения токов и напряжений для схемы на рисунке 3 занести в таблицу 3 и таблицу 4.

7

Расчетные соотношения для комплексов действующих значений токов и

напряжений.

Таблица 1

3.3 Задание 3

Замерить фазовые сдвиги между синусоидами токов и напряжений.

По формулам, приведенным выше, были рассчитаны фазовые сдвиги между током и напряжением на L1, L2, R2, R3. Результаты занесены в таблицу

3.

Таблица 3

3.4 Задание 4

Построить векторную диаграмму цепи, показанной на рисунке 3.

На рисунке 5 показана векторная диаграмма токов и напряжений для разветвленной цепи с L и R элементами.

8

Рисунок 5 – Диаграмма токов и напряжений для LR цепи

3.5Задание 5 (работа со 2 цепью)

Спомощью формул, приведенных выше, были найдены расчетные измерения напряжения и токов. Результаты занесены в таблицу 4 и 5.

Таблица 4

По формулам, приведенным выше, были рассчитаны фазовые сдвиги между током и напряжением на С1, С2, R2, R3. Результаты занесены в таблицу

6. Также для этих же элементов были экспериментально получены фазовые сдвиги. Результаты были занесены в ту же таблицу 6.

9

Таблица 6

На рисунке 6 показана векторная диаграмма для разветвленной цепи с элементами C, R.

Рисунок 6 - Диаграмма токов и напряжений для СR цепи

10

4 Заключение

Вывод: в ходе лабораторной работы было экспериментально подтверждено токораспределение в разветвленных цепях переменного синусоидального тока, содержащих активные и реактивные нагрузки. Во всех заданиях результаты расчетов и экспериментальных проверок совпали, что говорит о правильности выполнения работы.