2.3.5. Рабочее задание. Цепь с последовательно включенными резистором, реальной катушкой и конденсатором

23. Соберите цепь, изображенную на рис.2.9.

24. Выполните пункты 4-7.

25. Для трех значений емкостей (по указанию преподавателя) снимите показания приборов и занесите их в таблицу 2.6.

Коэффициент мощности (Cos) находится так же, как в заданиях 1-3. Активное падение напряжения цепи (U_а) определяется на основании соотношений, вытекающих из треугольника напряжений:

U_а=U∙Cosφ .

Зная активное падение напряжения цепи (U_а) и напряжение (U_R), легко рассчитать активное падение напряжения на катушке (U_aк):

U_ак=U_а-U_R .

Рис. 2.9. Схема для исследования цепи с последовательно включенными резистором, реальной катушкой индуктивности и конденсатором

Реактивное напряжение на катушке (U_pк) и коэффициент мощности катушки (Cos_к) можно определить на основании соотношений, вытекающих из треугольника напряжений:

U_рк=, Cosφ_к=.

26. Выполните пункты 9-10.

2.4. Обработка результатов

1. Для всех исследованных цепей составьте схемы замещения.

Пример схемы замещения с последовательно включенными резистором, реальной катушкой индуктивности и конденсатором:

Рис. 2.10. Схема замещения с последовательно включенными резистором, реальной катушкой индуктивности и конденсатором

2. Для всех проведенных опытов постройте векторные диаграммы напряжений. Рассмотрим построение диаграммы для цепи, содержащей последовательно включенные резистор, реальную катушку и конденсатор.

Построение диаграммы начинайте с выбора масштабов по току и напряжению и построения координатной сетки. Ось действительных величин располагают горизонтально, ее положительное направление обозначают символом +1. Ось мнимых величин располагают вертикально, ее положительное направление обозначают символом +j. В выбранном масштабе постройте вектор активного падения напряжения на катушке, модуль которого равен U_ак, а начальная фаза равна 0, следовательно, располагается он в положительном направлении вдоль оси действительных величин.

Постройте вектор реактивного падения напряжения на катушке, модуль которого равен U_рк, а начальная фаза равна +π/2, следовательно, располагается он в положительном направлении вдоль оси мнимых величин.

По правилу параллелограмма сложите векторы активного и реактивного падений напряжения, в результате сложения получите вектор напряжения на катушке, модуль которого должен быть равен измеренному значению U_к,а угол, который он образует с положительным направлением оси +1, должен быть равен φ_к. Сравните.

Постройте вектор напряжения на резисторе, модуль которого равен U_R, а начальная фаза равна 0, следовательно, располагается он в положительном направлении вдоль оси действительных величин.

По правилу параллелограмма сложите векторы напряжений на резисторе и на катушке.

Постройте вектор напряжения на конденсаторе, модуль которого равен U_C, а начальная фаза равна –π/2, следовательно, располагается он в отрицательном направлении оси мнимых величин.

По правилу параллелограмма сложите вектор напряжения на конденсаторе с суммой векторов на резисторе и катушке, в результате сложения получите вектор приложенного к зажимам цепи напряжения, модуль которого должен быть равен измеренному значению U,а угол который он образует с положительным направлением оси +1, должен быть равен φ. Сравните.

Построение диаграммы для цепи состоящей из последовательного соединенных реальной катушки и резистора сводится к исключению из уже построенной диаграммы вектора напряжения U_c.

Рассмотрим пример с последовательно включенными резистором, реальной катушкой индуктивности и конденсатором: пусть U_R=4 В, U_ак=2 В, U_рк=6 В, U_С=14 В, U=10 В, I=0,3 А.

Рис. 2.11. Векторная диаграмма для цепи с последовательно включенными

резистором, реальной катушкой индуктивности и конденсатором

3. На основании данных опытов 1-3 сделайте вывод о влиянии характера нагрузки на соотношение полной, активной и реактивной мощностей и на величину коэффициента мощности.

4. Сделайте вывод о влиянии включения резистивного элемента в индуктивную цепь на величину коэффициента мощности и угла сдвига фаз между током и напряжением.

5. Сделайте вывод о влиянии включения емкостного элемента в цепь R-L на величину коэффициента мощности и угла сдвига фаз между током и напряжением.

6. Сравните расчетные углы сдвига фаз с измеренными на векторной диаграмме.