Лабораторные работы / LAB2_Bochkarev

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Национальный исследовательский Томский политехнический Университет»

Институт ИШПР

21.03.01 «Нефтегазовое дело»

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

№2

КОНДЕНСАТОР И КАТУШКА ИНДУКТИВНОСТИ В ЦЕПИ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА

Вариант - 5

по дисциплине:

Электротехника 1.3

Исполнитель:
студент группы	О-2Б12		Бочкарев Вячеслав Дмитриевич		18.09.2023
Руководитель:	ФИО
преподаватель			Кулешова Елена Олеговна

Томск – 2023

Цель работы: научиться определять параметры конденсатора и катушки индуктивности с помощью амперметра, вольтметра и фазометра, строить векторные диаграммы, а также проверить выполнение законов Кирхгофа в цепи синусоидального тока.

Исходные данные:

Рисунок 1 – Схема электрической цепи опыта №1.

U, В	f, Гц	R1, Ом	С, мкФ	Rс, Ом
4,5	500	330	1	800

Таблица 1 – Исходные данные опыта №1

Рисунок 2 – Схема электрической цепи опыта №2.

U, В	f, Гц	R2, Ом	L, мГн	RL, Ом
4,5	550	250	45	180

Таблица 2 – Исходные данные опыта №2

Ответы на вопросы по подготовке к работе.

1)Какие физические явления отражают в схеме замещения конденсатора элементы g, C, а в схеме замещения катушки индуктивности – элементы R, L?

Ответ: Реальный конденсатор обладает активной проводимостью g (из-за несовершенства изоляции в конденсаторе), и емкостью С. В схемах замещения конденсатор обычно представляется параллельной схемой этих составляющих. Катушка индуктивности тоже имеет индуктивную L и активную R составляющие, которые в схемах замещения обычно представляют последовательной цепочкой этих составляющих.

2) Что такое активная, емкостная, индуктивная, реактивная, полная проводимости? Как они связаны между собой?

Ответ: Активная (g), емкостная (b_C), индуктивная (b_L), реактивная (b), полная проводимости (y) — это величины, обратные сопротивлениям: активному, емкостному, индуктивному, реактивному и полному. Между собой они связаны следующим соотношением

3) Что такое активное, емкостное, индуктивное, реактивное, полное сопротивления? Как они связаны между собой?

Ответ: Активное, емкостное, индуктивное, реактивное, полное сопротивления — это величины, которые определяют величины сопротивления переменному току.

Между собой они связаны следующими соотношением:

4) В каких пределах может изменяться угол сдвига фаз напряжения и тока на входе пассивного двухполюсника?

Ответ: Угол сдвига фаз между напряжением и током на входе двухполюсника может меняться от минус 90⁰ до плюс 90⁰. Причем ток отстает от напряжения при индуктивной нагрузке и опережает при емкостной.

5) Записать уравнение по первому закону Кирхгофа для схемы (левая) рисунка 3 и уравнение по второму закону Кирхгофа для схемы (правая) рисунка 3 как для мгновенных, так и для комплексных значений токов и напряжений.

Рисунок 3 – Схемы цепи

Ответ:

Опыт № 1

1. Соберем схему согласно исходным данным лабораторной работы

Рисунок 4 – Схема опыта № 1

2. Запишем данные приборов в таблицу

f=500 Гц, =2f =3140 рад/с, R1=330 Ом, С=1 мкФ
Данные опыта					Результаты расчета
U	I	I1	I2			2	g	RC	C	I
В	мА	мА	мА	град		град	См	Ом	мкФ	мА
4,5	24	14	15	35,51		68,36	0,0012	410,96	0,73	24,1

Таблица 3 – Результаты эксперимента

3. Для построения диаграммы выберем масштаб

1 мА=1 ед.

4. Построим векторы напряжения, токов на векторной диаграмме по выбранному масштабу, найдем углы  и ₂:

Рисунок 5 – Векторная диаграмма токов

1. Посчитаем параметры конденсатора

Как видно из данных расчета значения получившихся параметров совпадают со значениями конденсатора, установленными в схеме.

2. Проверим выполнение 1 закона Кирхгофа:

Расчеты произведены правильно, некоторые расхождения обусловлены погрешностью при округлениях.

Опыт № 2

1. Соберем схему согласно исходным данным лабораторной работы

Рисунок 6 – Схема опыта № 2

2. Запишем данные приборов в таблицу

f=550 Гц, =2f=3454 рад/с, R2=250 Ом, L=45 мГн
Данные опыта					Результаты расчета
U	I	U1	U2			1	RL	L	U
В	мА	В	В	град		град	Ом	мГн	В
4,5	9,8	2,35	2,46	20,19		41,38	179,85	45,8	4,5

Таблица 4 – Результаты эксперимента

3. Для построения диаграммы выберем масштаб

1 В=5 ед

4. Построим векторы напряжения, токов на векторной диаграмме по выбранному масштабу, найдем углы  и ₁

Рисунок 7 – Векторная диаграмма напряжений

5. Посчитаем параметры катушки:

Как видно из данных расчета значения получившихся параметров совпадают со значениями конденсатора, установленными в схеме.

6. Проверим выполнение 2 закона Кирхгофа:

Расчеты произведены правильно, некоторые расхождения обусловлены погрешностью при округлениях.

Вывод:

При параллельном соединении нагрузок алгебраическая сумма токов в параллельных ветвях равна току в неразветвленной ее части. При последовательном соединении нагрузок алгебраическая сумма падений напряжения на каждой из нагрузок равна приложенному напряжению.