3.3. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ
3.3.1. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3 ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
СПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ СОЕДИНЕНИЕМ ЭЛЕМЕНТОВ
1.Цель работы: приобретение навыков сборки простых электрических цепей, изучение свойств цепи при последовательном соединении активных и реактивных элементов, знакомство с явлением резонанса напряжений, построение векторных диаграмм.
Перечень минимодулей
Наименование минимодуля |
Количество |
Батарея конденсаторов |
1 |
|
|
Дроссель |
1 |
Резистор 2 Вт 47 Ом |
1 |
|
|
2. Порядок выполнения работы.
2.1. Ознакомиться с лабораторной установкой. Собрать электрическую цепь с последовательным соединением, установив минимодули резистора R1, батареи конденсаторов, дросселя L, используемого в качестве индуктивного потребителя Zк (рис. 1). Предъявить её для проверки преподавателю. Подключить собранную цепь к источнику переменного напряжения (клеммы «А-N» источника питания). Для измерения напряжения на отдельных участках цепи использовать мультиметр в режиме измерения переменного напряжения. Установить переключатель батареи конденсаторов в заданную преподавателем позицию.
2.2. Подсоединить параллельно конденсатору дополнительный проводник (исключив этим конденсатор из цепи). Предъявить схему для проверки преподавателю.
Рис. 1
65
2.3. Включить источник питания (выключатель SA3), измеритель мощности (SA2), мультиметр в режиме измерения переменного напряжения. Произвести измерение величин, указанных в табл. 1.
Таблица 1
Схема U, В I, А UR, В Uк, В UC, В P, Вт Q, ВАр S, ВА cosφ φ
Zк, R
R, XC
Zк, R,
XC
2.4. Выключить электропитание, убрать дополнительный проводник, подключенный к конденсатору. Подсоединить параллельно индуктивному потребителю Zк дополнительный проводник, исключив тем самым его из цепи. Предъявить схему для проверки преподавателю.
2.5.Включить электропитание и произвести измерения указанных величин для цепи с последовательным соединением резистора R и кон-
денсатора XC. Результаты измерений занести в табл. 1. Выключить электропитание, убрать дополнительный проводник.
2.6.Включить электропитание и произвести измерения указанных величин для цепи с последовательным соединением резистора R, конден-
сатора XC и индуктивного потребителя Zк. Результаты измерений занести
втабл. 1.
2.7.Изменяя величину ёмкости батареи конденсаторов, добиться
наибольшего значения тока, т.е. |
обеспечить состояние цепи, близкое |
|||||||||
к резонансу напряжений. Результаты измерений занести в табл. 2. |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Схема |
U, В |
I, А |
UR, В |
Uк, В |
UC, В |
P, Вт |
Q, ВАр |
S, ВА |
cosφ |
φ |
Zк, R, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
XC1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Zк, R, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
XC2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Zк, R, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
XC3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Zк, R, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
XC4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Zк, R, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
XC5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
66
2.8. Уменьшая и увеличивая величину ёмкости батареи конденсаторов, создать в цепи два режима – до резонанса напряжений и после резонанса напряжений. Результаты измерений занести в табл. 2. Выключить электропитание.
2.9. По результатам измерений рассчитать величины, указанные в табл. 3, для режима резонанса.
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Схема |
PR, |
Pк, |
Qк, QC, |
сosφк |
Z, |
R, |
Rк, Xк, |
Zк, XС, |
Вт |
Вт |
ВАр ВАр |
φк Ом |
Ом |
Ом Ом |
Ом Ом |
Zк, R,
XC рез
2.10.По результатам измерений для всех опытов построить в масштабе векторные диаграммы тока и напряжений, сделать выводы о характере нагрузки каждой исследуемой цепи.
2.11.По результатам табл. 2 построить зависимости потребляемого тока I, полного сопротивления Z, сosφ, напряжений Uк, UС от сопротивле-
ния XC: I = f (XC), cosφ = f (XC), Uк =f (XC), UС =f (XC).
2.12. Сделать вывод о применении II закона Кирхгофа в цепях переменного тока.
Контрольные вопросы
1.Дать определения понятиям «треугольник сопротивлений», «треугольник напряжений», «треугольник мощностей».
2.Резонанс напряжений. Условие возникновения и способы дости-
жения.
3.Чему равен угол сдвига фаз между током и напряжением в момент резонанса напряжений?
3.3.2. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
СПАРАЛЛЕЛЬНЫМ СОЕДИНЕНИЕМ ЭЛЕМЕНТОВ
1.Цель работы: ознакомиться с особенностями режимов работы цепи с параллельным соединением активных и реактивных элементов,
сявлением резонанса токов, повышением коэффициента мощности, применением I закона Кирхгофа в цепях переменного тока, построением векторных диаграмм.
67
Перечень минимодулей
Наименование минимодуля |
Количество |
|
|
Батарея конденсаторов |
1 |
Дроссель |
1 |
Резистор 2 Вт 47 Ом |
1 |
Тумблер |
3 |
2. Порядок выполнения работы.
2.1. Ознакомиться с лабораторной установкой. Собрать электрическую цепь с параллельным соединением резистора R1, батареи конденсаторов, дросселя L, используемого в качестве индуктивного потребителя Zк (рис. 1). Установить в заданную преподавателем позицию переключатель батареи конденсаторов С. Предъявить схему для проверки преподавателю Подключить собранную цепь к источнику переменного напряжения (клеммы «А-N» источника питания).
Рис. 1
2.2. Изучить работу электрической цепи при параллельном соединении различных элементов. Поочередно подключая тумблерами соответствующие ветви, измерить величины, указанные в табл. 1. Выключить источник питания.
Таблица 1
Схема U, В I, А IR, В Iк, В IC, В P, Вт Q, ВАр S, ВА cosφ φ
Zк, R
R, XC
Zк, R,
XC
68
2.3. Исследовать влияние ёмкости, включённой параллельно индуктивному потребителю, на коэффициент мощности цепи и величину тока I, потребляемого от источника питания. Для этого разомкнуть ветвь с резистором R. Переключатель батареи конденсаторов установить в позицию «1» (С = 0). Включить источник питания. При наличии в цепи только индуктивного сопротивления Zк, измерить величины, указанные в табл. 2. Установить такое значение ёмкости батареи конденсаторов, при которой от источника электропитания потребляется минимальный ток I (состояние цепи, близкое к резонансу токов). Измерить величины, указанные в табл. 2. Уменьшая и увеличивая величину ёмкости батареи конденсаторов (от резонансного значения ёмкости), создать в цепи два режима – до и после резонанса токов. Результаты занести в табл. 2. Выключить источник питания.
Таблица 2
Схема |
U, В |
I, А |
Iк, В |
IC, В |
P, Вт |
Q, ВАр |
S, ВА |
cosφ |
φ |
XC, |
С, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ом |
мкФ |
Zк |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Zк, XC2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Zк, XC3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Zк, XC4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Zк, XC5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.4.Рассчитать величину ёмкостного сопротивления и ёмкости батареи конденсаторов. Результаты занести в табл. 2.
2.5.Построить графики зависимостей cosφ = f (C), I = f (C), Iк = f (C),
IC = f (C), P = f (C).
2.6.По опытным данным построить в масштабе векторные диа-
граммы токов и напряжений для каждого опыта.
2.7. Сделать выводы о применении I закона Кирхгофа в цепях переменного тока, о влиянии параллельно включённых потребителей друг на друга, о влиянии конденсатора, подключённого параллельно индуктивному потребителю, на величину тока, активной мощности, cosφ.
Контрольные вопросы
1.Как и для чего повышают коэффициент мощности?
2.Явление резонанса токов.
3.Условие возникновения и способы достижения резонанса токов.
4.Объяснить построение векторной диаграммы при параллельном соединении активных, индуктивных и ёмкостных элементов.
69