Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
ФГБОУ ВО «Кубанский государственный технологический университет»
(ФГБОУ ВО «КубГТУ»)
Институт компьютерных систем и информационной безопасности.
Направление 10.03.01 Информационная безопасность.
Отчет по лабораторной работе №1
По дисциплине: «Электротехника»
На тему: «Измерение электрических величин и параметров элементов электрических цепей.»
Выполнил студент:
Краснодар
Цель работы:
Ознакомиться с измерительными приборами, источниками питания и осциллографом программной среды моделирования.
Изучить методы и приобрести навыки измерения тока, напряжения, мощности, угла сдвига фаз между синусоидальным напряжением и током, а также сопротивлений резисторов, индуктивностей индуктивных катушек и ёмкостей конденсаторов.
Задание №2:
Значения: N = 20 Резисторы: R1 = R5 = N = 20 R2 = R6 = N*2 = 40 R3 = R7 = N*3 = 60 R4 = R8 = N*4 = 80 ЭДС: E1 = N = 20 Итоговая схема:
Компоненты: S1 – Переключатель, срабатывает на клавишу S R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8 – Резисторы XMM1 – Мультиметр A1 – Амперметр
V1,V2,V3,V4 – Вольтметры
E1 – ЭДС постоянного тока
Переключатель замыкает сеть либо на блоке параллельно соединённых резисторов R1,R3, либо на последовательно подключенных параллельно соединённых между собой резисторов R1,R3 и R2,R4
Если Переключатель находится в верхнем положении, тогда:
Это
сопротивление можно также найти по
формуле:
R1,R3 = R1*R3 / (R1+R3) = (20*60) / (20+60) = 1200 / 80 = 15 Ом
Это совпадает с измеренным значением
Если Переключатель будет в нижнем положении:
В
таком случае, можно найти сопротивление
R2,R4
следующим образом
Зная сопротивление R1,R3, можно вычесть из результата измерений мультиметра
R2,R4 = 41.667 – R1,R3 = 41.667 – 15 = 26.667 Ом – измеренное сопротивление R2,R4
Вычисляем по формуле: R2,R4 = R2*R4 / (R2+R4) = 40*80 / (40+80) = 3200 / 120 = 26.667 Ом
Это совпадает с замеренным сопротивлением резистора
Запуская симуляцию, во второй схеме мы получаем измеренные значения с амперметров и вольтметров
Вычисляем сопротивления резисторов по Закону Ома: I = U / R – Закон Ома R = U / I – Закон Ома, преобразованный для вычисления сопротивления
R1 = V1 / A1 = 2 / 0.1 = 20 R2 = V2 / A1 = 4 / 0.1 = 40 R3 = V3 / A1 = 6 / 0.1 = 60 R4 = V4 / A1 = 8 / 0.1 = 80
-
Измерено
R13, Ом
15
R24, Ом
26.667
U1, мВ
2
I1 = I, мА
0.1
U2, мВ
4
I2 = I, мА
0.1
U3, мВ
6
I3 = I, мА
0.1
U4, мВ
8
I4 = I, мА
0.1
Вычислено
R13, Ом
15 Ом
R24, Ом
26.667
R1, Ом
20
R2, Ом
40
R3, Ом
60
R4, Ом
80
Задание №3:
Значения:
N = 20 ЭДС: E = 5 + N = 5 + 20 = 25В
f = 1 кГц = 1000 Гц, при измерении индуктивности L катушки. f = 10кГц = 10000 Гц, при измерении ёмкости С конденсатора.
RA = 1 нОм
RV = 10 Мом
R1 = 25 Ом
R2 = 10 Ом
L = 5 + int(N/5) = 5 + int(20/5) = 5 + 4 = 9 мГн
C = 1 + int(N/10) = 1 + int(20/10) = 1 + 2 = 3 мкФ
Итоговая схема:
В нижнем положении Переключателя, к источнику ЭДС подключена ветвь R1,L.
Значения угла сдвига фаз силы тока и напряжения можно найти используя показания осциллографа, либо показания Ваттметра, Амперметра, и Вольтметра.
На панели осциллографа можно заметить что периоды силы тока и напряжения равны 1мс (на ЭДС выставлена частота 1 кГц)
Время, за которое сила тока опережает напряжение ∆t = 0.180 мс
Находим по формуле:
Измеренное:
φ1=arctg(XL/R1)=arccos(P1/U*I1)=arccos(4.065/25*0.403)=arccos(0.403)=1.15 рад Вычисленное:
φ1=2*π*∆t/T=2* π*0.180=1.13 рад
Значения практически совпадают
Отсюда можно найти индуктивное сопротивление XL:
XL=R1*tg(∆φ1)=25*tg(∆φ1)=25*tg(1.13)=25*2.11=52.75
Тогда индуктивность катушки L найдём по формуле:
L = 10^3*XL/2*π*f = 1000*52.75/6.28*1000 = 8.39 мГн
Значения тоже практически совпадают
Переключим ключ в верхнее положение, а в ЭДС выставим частоту – 10кГц
Результаты осциллографа
Период
силы тока и напряжения – 0.1 мс
Время, за которое сила тока опережает напряжение - ∆t = -0.08 мс
Измеренное:
∆φ2 = arctg(-XC/R2)=-arccos(P2/U*I2)=-arccos(48.842/25*2.21)=-arccos(0.88)=-0.49 рад
Вычисленное:
∆ φ2=2*π*∆t=6.28*-0.08=-0.5 рад
Значения практически совпадают Из этой формулы можно получить сопротивление конденсатора
XC = - R2 * tg(∆φ2) = -10*tg(-0.5)=-10*-0.54=5.4 Ом
Ёмкость конденсатора:
C = 10^6/(2*π*f*XC)=10^6/6.28*10000*5.4=100/33.9=2.94 мКф
Расчёт остальных параметров:
Z полное:
Z1 = U/I1 = 25/0.403 = 62.03
Z2 = U/I2 = 25/2.21=11.3
R активное:
R1 = Z1*cos(φ1) = 62.03*cos(1.13)=62.03*0.42=26.05
R2 = Z2*cos(φ2) = 11.3*cos(-0.5)=11.3*0.87=9.8
X реактивное:
X1 = Z1*sin(φ1)=62.03*sin(1.13)=62.03*0.9=55.8
X2 = Z2*sin(φ2)=11.3*sin(-0.5)=11.3*-0.47=-5.31
Ветвь |
Установлено
|
Измерено |
Вычислено |
|||||||||
E,В |
f,кГц |
U,В |
I,мА |
P,Вт |
Φ, рад |
Z,Ом |
R,Ом |
X,Ом |
L,мГн |
C,мкФ |
||
R1L |
25 |
1 |
25 |
0.403 |
4.065 |
1.13 |
62.03 |
26.05 |
55.8 |
8.39 |
- |
|
R2C |
25 |
10 |
25 |
2.21 |
48.842 |
-0.5 |
11.3 |
9.8 |
-5.31 |
- |
2.94 |
|
Тестовые задания:
0.02 с
Индуктивность катушки уменьшится в 4 раза
37 градусов
1 Ом
1.25 мс
Вольтметр, амперметр и ваттметр или вольтметр, амперметр и измеритель разности фаз
Отношение сопротивлений резисторов подобно отношению напряжений