Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электротехника. Методические рекомендации по проведению лабораторных работ для студентов технических специальностей
.pdf
Лабораторная работа № 5
А
V
E
R
i
~
V
L
Тема: «Цепь синусоидального тока с последовательно
включенными активным и индуктивным сопротивлениями»
Цель работы
Изучение основных свойств законов и режимов работы электрической
цепи синусоидального тока, содержащей последовательно включенные резистор и индуктивность. Экспериментальное определение параметров элементов,
входящих в исследуемую цепь, изучение их влияние на режим ее работы.
Основные теоретические сведения
При наличии индуктивности L в цепи происходит накопление энергии
магнитного поля, и сопротивление цепи приобретает реактивный характер.
Накопление энергии является инерционным процессом и приводит к задержке
тока на индуктивности. Из–за наличия фазового сдвига все величины имеют
векторный характер, и формулы, полученные на основе законов Ома и Кирхгофа, могут применяться только в соответствии с законами векторной алгебры.
Для примера расчета цепи переменного тока с активным и индуктивным сопротивлениями рассматривается приведенная схема.
Емкость характеризуется зависимостью потокосцепления Ψ от тока ί:
L= Ψ / ί
Мгновенное значение напряжения на индуктивности:
и
(t)=–еL(t)=(dΨ/dt)=L(dί/dt)
L
Если ток равен:
и(t)=ImSin(ϖt+φ
то напряжение на катушке:
и(t)= ImωLSin(ϖt+φί+π/2)
21
),
ί
Фаза тока в индуктивности отстает от фазы напряжения на 90°.
N 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
f(кГц)
2 4 6 8 10
12
14
16
18
20
~Eрр(В)
1±10
L(мГн)
0,47
1
R (Ом)
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
Для действующих значений уравнение напряжения?
U= ωL · I
Выражение Х
называют реактивным сопротивлением катушки (измеря-
L
ется в Омах).
Индуктивное сопротивление зависит от частоты f от частоты синусоидального напряжения:
Х
=2πLf=ωL
L
Мгновенная мощность на конденсаторе:
р(t)=Q Sin(2ϖt+φί),
где Q – реактивная мощность конденсатора
Методика выполнения лабораторной работы
В работе исследуется цепь, состоящая из источника синусоидального
напряжения и последовательно включенного резистора и емкости. Задаются
различные значения напряжения и частоты источника, измеряются напряжение
и ток: общее, на активном сопротивлении и на емкости. По полученным дан-
ным рассчитываются полное сопротивление, полная, активная и реактивная
мощность, и фазовый сдвиг между напряжением и током. Сохраняются и анализируются осциллограммы и векторные диаграммы тока и напряжения.
Порядок выполнения лабораторной работы
Соберите электрическую схему с на плате в соответствии со схемой (при-
ведена выше). Номинал сопротивления должен соответствовать варианту (таб-
лица 1), заданному преподавателем.
Величина значения R и значение L на рабочем поле лицевой панели соответствует номиналу, установленному на плате сопротивления и индуктивности.
При работе с окнами «Осциллограммы» и «Векторные диаграммы» необходимо включить синхронизацию от соответствующего источника сигнала.
Таблица 1
Варианты сопротивлений R и индуктивности L (Ом)
22
Формулы
№
Установить
Измерить
Рассчитать
f R L
~Eр
р V1 V2
А1
φ
U
–
φ
i
Z
экс
п
Z
уст
L
погреш-
ность
cosφ P
(кГ
ц)
(Ом) (мГ
н)
(В)
(В) (В) (мА
)
гра-
дус
(Ом
)
(Ом
)
(Ом
)
(%)
–
(Вт
)
1
2
3
1. Фазовый сдвиг между векторами тока и напряжения φ= φU – φi
2. Активная мощность, выделяющаяся в цепи: P=UIcosφ
3. Полное сопротивление цепи: Z
=U/I или Z
эксп
уст
=
,здесь =
L
Порядок выполнения лабораторной работы
1. Установите напряжение (поле «Напряжение») и частоту (поле «Ча-
стота») источника, соответствующие заданному преподавателем, нажмите «Запись».
2. Настройте инструмент «Осциллограмма» для наблюдения напряжения V1 и V2 тока А1 и сохраните изображение.
3. Настройте инструмент «Векторная диаграмма» для наблюдения
напряжения V1 и V2, тока А1, сохраните изображение. По данным о фазах
напряжения и тока рассчитайте угол между векторами напряжения и тока цепи.
Амплитуды и фазы векторов (А, φ) выводятся рядом с полями векторов в окне
«Векторная диаграмма». Убедитесь в том, что угол между вектором напряжения на индуктивности (V2) и током (А1) составляет примерно 90°.
4. По полученным данным рассчитайте величины cosφ, Z, P и запишите в
таблицу 2.
5. Повторить проделанные измерения, вычисления для всех вариантов,
заданных преподавателем.
6. Сохраните файл в MS Excel.
7. По окончании нажмите «Стоп».
Таблица замеров и расчетов
Таблица 2
23
Отчет по лабораторной работе
Отчет по лабораторной работе выполнить с включением файла в формате
Excel, содержащий графики и расчеты в соответствии с п. «Порядок выполне-
ния лабораторной работы».
Контрольные вопросы:
1. К RL– цепи приложено синусоидальное напряжение U=10 В с частотой
1 кГц, Чему равно полное сопротивление, если ток, протекающий по цепи равен 25 мA?
а) 10 Ом, б) 250 Ом, в) 400 Ом
2. Чему равен коэффициент мощности (cosφ) данной цепи, если R= 100
Ом?
а) 0,25, б)0,4, в) 0,75
24
Лабораторная работа № 6
А
V
V
E
R
i
C
~
Тема: «Цепь синусоидального тока с последовательно
включенными активным и емкостным сопротивлениями»
Цель работы
Изучение основных свойств законов и режимов работы электрической
цепи синусоидального тока, содержащей последовательно включенные резистор и емкость Экспериментальное определение параметров элементов, входящих в исследуемую цепь, изучение их влияние на режим ее работы.
Основные теоретические сведения
При наличии емкости L в цепи происходит накопление энергии электрического поля, и сопротивление цепи приобретает реактивный характер. Накопление энергии является инерционным процессом и приводит к задержке напряжения на емкости. Из–за наличия фазового сдвига все величины имеют векторный характер, и формулы, полученные на основе законов Ома и Кирхгофа, могут применяться только в соответствии с законами векторной алгебры. Для
примера расчета цепи переменного тока с активным и емкостным сопротивлениями рассматривается приведенная схема.
Емкость характеризуется зависимостью заряда q от напряжения:
С= q/U
Мгновенное значение напряжения на конденсаторе:
и(t)=(1/ С)∫idt
Если ток через конденсатор равен:
и(t)=ImSin(ϖt+φ
то напряжение на конденсаторе будет отставать от тока на угол π/2:
Для действующих значений уравнение напряжения:
и
(t)=(Im/ϖС)Sin(ϖt+φί–π/2)
с
25
),
ί
U=(1/Сϖ)·I
N 1 2 3 4 5 6
7
f(кГц)
14
12
10 8 6 4 2
~Eрр(В)
3±10
С(мкФ)
0,022
0,1
1
R (Ом)
100
200
300
400
500
600
700
Выражение (1/Сϖ) называют реактивным емкостным сопротивлением Хс
емкости (измеряется в Омах).
Емкостное сопротивление зависит от частоты f от частоты синусоидального напряжения Хс=(1/Сϖ)·I=(1/2πСf)
Мгновенная мощность на конденсаторе:
р(t)=Q Sin(2ϖt+φί),
где Q – реактивная мощность конденсатора
Методика выполнения лабораторной работы
В работе исследуется цепь, состоящая из источника синусоидального
напряжения и последовательно включенного резистора и емкости. Задаются
различные значения напряжения и частоты источника, измеряются напряжение
и ток: общее, на активном сопротивлении и на емкости. По полученным дан-
ным рассчитываются полное сопротивление, полная, активная и реактивная
мощность, и фазовый сдвиг между напряжением и током. Сохраняются и анализируются осциллограммы и векторные диаграммы тока и напряжения.
Порядок выполнения лабораторной работы
Соберите электрическую схему с на плате в соответствии со схемой (при-
ведена выше). Номинал сопротивления должен соответствовать варианту (таб-
лица 1), заданному преподавателем.
Величина значения R и значение С на рабочем поле лицевой панели соответствует номиналу, установленному на плате сопротивления и емкости. При
работе с окнами «Осциллограммы» и «Векторные диаграммы» необходимо
включить синхронизацию от соответствующего источника сигнала.
Таблица 1
Варианты сопротивлений R (Ом)
26
Формулы
№
Установить
Измерить
Рассчитать
f R С
~Eрр
V1
V2
А1
φ
U
– φi
Z
эксп
Z
уст
С
погрешность
cosφ
P
(кГц)
(Ом)
(мкФ)
(В) В В
мА
градус
(Ом)
(Ом)
(Ом)
(%)
–
(Вт)
1
2
3
1. Фазовый сдвиг между векторами тока и напряжения φ= φU – φi
2. Активная мощность, выделяющаяся в цепи: P=UIcosφ
, здесь
=
3. Полное сопротивление цепи: Z
с
=U/I или Z
эксп
=
уст
Порядок выполнения лабораторной работы
1. Установите напряжение (поле «Напряжение») и частоту (поле «Ча-
стота») источника, соответствующие заданному преподавателем нажмите «Запись».
2. Настройте инструмент «Осциллограмма» для наблюдения напряжения V1 и V2 тока А1 и сохраните изображение.
3. Настройте инструмент «Векторная диаграмма» для наблюдения
напряжения V1 и V2 тока А1, сохраните изображение. По данным о фазах
напряжения и тока рассчитайте угол между векторами напряжения и тока цепи.
Амплитуды и фазы векторов (А, φ) выводятся рядом с полями векторов в окне
«Векторная диаграмма». Убедитесь в том, что угол между вектором напряжения на емкости (V2) и током (А1) составляет примерно – 90°.
4. По полученным данным рассчитайте величины cosφ, Z, P и запишите в
таблицу 2.
5. Повторить проделанные измерения, вычисления для всех вариантов,
заданных преподавателем.
6. Сохраните файл в MS Excel.
7. По окончании нажмите «Стоп».
Таблица замеров и расчетов
Таблица 2
27
Отчет по лабораторной работе
Отчет по лабораторной работе выполнить с включением файла в формате
Excel, содержащий графики и расчеты в соответствии с п. «Порядок выполне-
ния лабораторной работы».
Контрольные вопросы:
1. К RС– цепи приложено синусоидальное напряжение U=10 В с частотой
1 кГц, Чему равно полное сопротивление, если ток, протекающий по цепи равен 40 мA?
а) 10 Ом, б) 250 Ом, в) 400 Ом
2. Чему равен коэффициент мощности (cosφ) данной цепи, если R= 100
Ом?
а) 0,25, б)0,4, в) 0,75
28
Лабораторная работа № 7
А
V
V
E
R
i
C
~
V
L
Тема: «Цепь синусоидального тока с последовательно
включенными активным, индуктивным,
емкостным сопротивлениями»
Цель работы
Изучение основных свойств законов и режимов работы электрической
цепи синусоидального тока, содержащей последовательно включенные резистор, индуктивность и емкость. Экспериментальное определение параметров
элементов, входящих в исследуемую цепь, изучение их влияние на режим ее
работы.
Основные теоретические сведения
При наличии индуктивности L и С в цепи происходит накопление энергии магнитного и электрического поля, и сопротивление цепи приобретает реактивный характер. Накопление энергии является инерционным процессом и
приводит к задержке тока в индуктивности по отношению к напряжению и задержке напряжения на емкости по отношению к току. Из–за наличия фазового
сдвига все величины имеют векторный характер, и формулы, полученные на
основе законов Ома и Кирхгофа, могут применяться только в соответствии с
законами векторной алгебры. Для примера расчета цепи переменного тока с активным и индуктивным сопротивлениями рассматривается приведенная схема.
Реактивные сопротивления цепи:
Х
= wL, Хс=1/ Wс
L
Полное сопротивление цепи равно:
Угол сдвига фаз равен:
Z=
29
Согласно закону Ома ток в цепи равен:
N 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
f(кГц)
2 4 6 8 10
12
14
16
18
20
~Eрр(В)
3±10
L (мГн)
10 1 0,47
R (Ом)
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
С
(мкФ)
0,1
0,022
Для напряжений можно записать второй закон Кирхгофа в векторной
форме:
U=UR+UL +U
C
В работе исследуется цепь, состоящая из источника синусоидального
напряжения и последовательно включенного резистора, индуктивности и емкости. Задаются различные значения напряжения и частоты источника, измеряются напряжение и ток: общее, на активном сопротивлении и на индуктивности,
на емкости. По полученным данным рассчитываются полное сопротивление,
полная, активная и реактивная мощность, и фазовый сдвиг между напряжением
и током. Сохраняются и анализируются осциллограммы и векторные диаграммы тока и напряжения.
Порядок выполнения лабораторной работы
Соберите электрическую схему с на плате в соответствии со схемой (при-
ведены выше). Номинал сопротивления должен соответствовать варианту (таб-
лица 1), заданному преподавателем.
Величина значения R и значение L, значение С на рабочем поле лицевой
панели соответствует номиналу, установленному на плате сопротивления, индуктивности, емкости. При работе с окнами «Осциллограммы» и «Векторные
диаграммы» необходимо включить синхронизацию от соответствующего ис-
точника сигнала («Выбор синхронизирующего сигнала и настройка
порога»).
Таблица 1
Варианты сопротивлений R (Ом)
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]