Лабораторные работы / Электротехника Лабораторная работа 3

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

Кафедра комплексной информационной безопасности электронновычислительных систем (КИБЭВС)

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОВ ОМА И КИРХГОФА ПРИ ГАРМОНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ Отчет по лабораторной работе №3

по дисциплине «Электротехника»

Студент гр. 7х3-х

_______ хххххххх

_______ уууууууу

Принял: Преподаватель КИБЭВС

_______ Семенов А.С.

_______

Томск 2024

1 Введение

Целью лабораторной работы является освоение методов измерения напряжения, тока и разности фаз гармонических сигналов; экспериментальная проверка топологических уравнений цепей первого порядка и закона Ома в комплексной форме для индуктивности L и ёмкости C.

2

2 Основные теоретические положения,

Гармоническое колебание – движение или изменение состояния материальных тел или материи вокруг некоторого среднего значения по закону простейшей периодической функции вида:

f (t)=A sin (ωt +φ);

Гармоническими также могут быть ЭДС и напряжения. При действии гармонических ЭДС в линейных цепях форма напряжений и токов на элементах соответствует гармоническим функциям.

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.

Чтобы определить значение фазового сдвига в градусах используется формула:

ϕ360° (T 2 −T 1);

=T

Лабораторная установка состоит из лабораторного макета и измерительного блока. Лабораторный макет включает генератор сигналов

3

низкой частоты и панели «Законы Ома и Кирхгофа при гармоническом воздействии». Внешний вид макета представлен на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 – Макет «Законы Ома и Кирхгофа при гармоническом воздействии»

Технические характеристики генератора сигналов низкой частоты (генератора ЭДС):

•Диапазон частот – 50 Гц… 1,5 КГц;

•Выходное напряжение – 0…2 В ампл.;

•Выходное сопротивление – 10 Ом.

Форма сигнала – гармоническая или последовательность прямоугольных

импульсов (устанавливается переключателем «форма сигнала»).

Питание макета осуществляется от сети переменного тока 220В 50Гц.

4

Внешний вид измерительного блока представлен на рисунке 2.2. Он содержит мультиметры UT50C, UT50D и фазометр. Мультиметры предназначены для измерения частоты, напряжения, сопротивления, индуктивности и емкости. Питание измерительного блока осуществляется от лабораторного макета с помощью девятиконтактного плоского кабеля, подключаемого через внешние разъемы этих устройств.

Рисунок 2.2 – Измерительный блок

Входе работы контролируется режим работы измерительного прибора в соответствии с заданием. Неправильное включение прибора в цепь может привести к травмам и повреждению приборов.

Влабораторной работе также используется программное обеспечение для схемотехнического моделирования Electronic Workbench.

5

3 ХОД РАБОТЫ

В работе исследуются соотношения между напряжениями и током в последовательном соединении RL, RC и RR (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 – Исследуемые схемы

Параметры элементов R = 1 кОм, L = 0,3 Гн, C = 0,33 мкФ. Действующее значение напряжения на выходе генератора 1 В. Частота источника сигнала взята в соответствии с вариантом № 2 и составляет 350 Гц.

6

3.1 Исследование выполнения законов Ома и Кирхгофа при

гармоническом воздействии для последовательного соединения катушки

индуктивности L и резистора R1

Рассчитать ток и напряжение на элементах RL-цепи.

Расчётная схема, обозначения элементов и условно положительные направления напряжений и тока представлены на рисунке 3.1(а). Начальная фаза напряжения Ůвх принята равной нулю.

Результаты расчёта и измерений занесены в таблицу 3.1. Расчётные соотношения представлены ниже (рисунок 3.2).

Рисунок 3.2 – Расчётные соотношения

Таблица 3.1 — Последовательное соединение RL. Частота f = 350 Гц, Uвх = 1 В

Измерение сдвига фаз на осциллографе представлено на рисунке 3.3.

7

Рисунок 3.3 – Осциллограф Векторная диаграмма напряжений и лучевая диаграмма тока

представлены на рисунке 3.4.

Рисунок 3.4 – Векторная диаграмма RL-цепи

8

3.2 Исследование выполнения законов Ома и Кирхгофа при

гармоническом воздействии для последовательного соединения

конденсатора С и резистора R1

Рассчитать ток и напряжение на элементах RC-цепи.

Расчётная схема, обозначения элементов и условно положительные направления напряжений и тока представлены на рисунке 3.1(б). Начальную фазу напряжения Ůвх принята равной нулю.

Результаты расчёта и эксперимента занесены в таблицу 3.2. Расчётные соотношения представлены ниже (рисунок 3.5).

Рисунок 3.5 – Расчётные соотношения

Таблица 3.2 — Последовательное соединение RС. Частота f = 350 Гц, Uвх = 1 В

Измерение сдвига фаз на осциллографе представлено на рисунке 3.6.

9

Рисунок 3.6 – Осциллограф Векторная диаграмма напряжений и лучевая диаграмма тока

представлены на рисунке 3.7.

Рисунок 3.7 – Векторная диаграмма RC-цепи

10