Болтушкин Л.С., Туранов А.В., гр. 712-2, отчет по лабораторной 4

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОННИКИ (ТУСУР)

Кафедра комплексной информационной безопасности электронно-вычислительных систем (КИБЭВС)

ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗВЕТВЛЕННОЙ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Отчет по лабораторной работе №4 по дисциплине «Электротехника»

Студент гр. 712-2 ___________ Л.С. Болтушкин ___________ А.В. Туранов ___________

Руководитель Старший преподаватель

кафедры КИБЭВС

_______ __________ А.С. Семенов

__________

Томск 2023

Введение

Целью лабораторной работы является экспериментально проверить токораспределение в разветвленных цепях синусоидного переменного тока, содержащих активные и реактивные нагрузки (резисторы, конденсаторы, индуктивные элементы).

1 Основные теоретические положения

Большинство измерительных приборов предназначены для измерения узлового напряжения. Один из выводов прибора заземлен (общий вывод). Второй – потенциальный/сигнальный или «вход»/ «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 «Опорный» подключить к входу цепи, а «Сигнал» - к выходу. То фазометр покажет разности начальных фаз. (Вместо фазометра в данной работе был использован осциллограф – прибор, показывающий форму напряжения во времени, измеряющий ток, частоту, угол сдвига фаз).

Для использований основных вычислений использовались следующие формулы

Для определения значения фазового сдвига в градусах использовалась формула:

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 только 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.

Рисунок 1 – Лабораторный макет

Внешний вид лицевой панели лабораторного макета со схемой электрической принципиальности приведен на рисунке 1. Питание макета осуществляется от сети переменного тока 220 В, 50 Гц.

Макет содержит один источник синусоидальной ЭДС (Е) и две цепи нагрузок, которые можно поочередно подключать к источнику с помощью тумблера SAI.

В качестве источника Е использовался электронный усилитесь, на вход которого (на клемме «1» и «5») подавалось напряжение амплитудой до одного Вольта с внешнего генератора синусоидальных колебаний. Напряжение источника Е измерялось между клеммами «1» и «4», либо между «1» и «6» в зависимости от положения переключателя SAI.

2 Ход работы

2.1 Описание электрической цепи

Рабочая схемы предоставлены на рисунке 1.

Рисунок 1 – Рабочая схемы

В данной схеме использовались данные: R₁ = 220 Ом, R₂ = 300 Ом, R₃ = 150 Ом, L₁ = 91,8 мГн, L₂ = 22,2 мГн. Частота равна 350 Гц (согласно варианту).

Рисунок 2 – Расчетная схема цепи

В данной схеме использовались данные: R₄ = 220 Ом, R₅ = 150 Ом, R₆ = 150 Ом, C₁ = 1 мкФ, C₂ = 0,47 мкФ. Частота равна 350 Гц (согласно варианту).

2.2 Задание 1, 2

Были рассчитаны все токи и напряжения цепи с индуктивными элементами. Замерены напряжения на элементах цепи с катушками индуктивностями. Рассчитаны действующие значения напряжений на всех элементах цепи.

Экспериментальные и расчетные значения токов и напряжений для схемы на рисунке 1 были занесены в таблицу 1 и 2.

Таблица 1 Расчетные соотношения для комплексных действующих значений токов и напряжений

		Напряжение на элементах
		UR1, мВ	UR2, мВ	UR3, мВ	UL1, мВ	UL2, мВ
Расчёт	Действ.зн.	1000	829,74	950,95	558,09	309,34
Эксперимент	Действ.зн.	1056	849	930	556	334

Таблица 2

		Токи ветвей
		I1, мА	I2, мА	I3, мА	R1, Ом	R2, Ом	R3, Ом
Расчёт	Действ.зн.	4,81	2,76	6,34	220	300	150
Эксперимент	Действ.зн.	4,80	2,82	6,20

2.3 Задание 3

Были замерены фазовые сдвиги между синусоидами токов и напряжений.

По формулам, приведенным выше, были рассчитаны фазовые сдвиги между током и напряжениями на L₁, L₂, R₂, R₃. Результаты были занесены в таблицу 3.

Таблица 3

	фR2,	фL1	фR3,	фL2,
Расчёт	33,9	56,07	18	71,98
Эксперимент	34	56	17	73

2.4 Задание 4

Были построена векторная диаграмма токов и напряжений для разветвлённой цепи с L и R элементами.

Рисунок 3 – Диаграмма токов и напряжений для LR цепи

С помощью формул, приведенных выше, были найдены расчетные измерения напряжения и токов. Результаты были занесены в таблицы 4 и 5

Таблица 4

		Напряжение на элементах
		UR4, мВ	UR5, мВ	UR6, мВ	UC1, мВ	UC2, мВ
Расчёт	Действ.зн.	1000	492,04	256,74	870,56	966
Эксперимент	Действ.зн.	1065	453	212	910	1046

Таблица 5

			Токи ветвей
			I4, мА		I5, мА		I6, мА		R4, Ом		R5, Ом		R6, Ом
Расчёт	Действ.зн.	4,54		3,28		1,7		220		150		150
Эксперимент	Действ.зн.	4,80		3,00		1,41

По формулам, приведенным выше, были рассчитаны фазовые сдвиги между токов и напряжением на С1, С2, R2, R3. Также для этих элементов были экспериментально получены фазовые сдвиги. Результаты были занесены в таблицу 6.

Таблица 6

	фR5,	фС1	фR6,	фС2,
Расчёт	60,52	29,47	75,12	14,88
Эксперимент	61	31	76	16

На рисунке 4 показана векторная диаграмма для разветвленной цепи с элементами С, R.

Рисунок 4 – Диаграмма токов и напряжений для CR цепи

2.5 Работа с Workbench

Эксперимент с осциллографом был повторно проведен дома в программе Workbench. Схемы и осциллограммы приведены ниже.

Рисунок 5 – Осциллограмма 1

Рисунок 6 – Осциллограмма 2

Заключение

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.