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
Формулы
№
Установить
Измерить
Рассчитать
f R L
С
~Eрр
V1
А1
φ
U
– φi
Z
эксп
Z
уст
Х
С(уст)
L(уст)
погрешность
cosφ
P
(кГц)
(Ом)
(мГн)
(мкФ
(В)
(В)
(мА)
градус
(Ом)
(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
4. Индуктивное сопротивление цепи: ХL =ωL=2πfL
5. Емкостное сопротивление цепи: Хс=1/ ωС=1/(2πfС)
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 напряже-
ния V1, V2, V3 и тока А1 и сохраните изображение.
3. Настройте инструмент «Векторная диаграмма» для наблюдения
напряжения V1, V2, V3 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°, а угол между
вектором напряжения на емкости (V3) и током (А1) составляет примерно –90°,
то есть напряжения на емкости и на индуктивности находятся в противофазе.
4. По полученным данным рассчитайте величины cosφ, Z, P, ХL, Хс и за-
пишите 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 2
Таблица замеров и расчетов
31
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 RLС– 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) 500 Ом
2. Чему равен коэффициент мощности (cosφ) данной цепи, если ХС= 200
Ом,
= 500 Ом?
L
а) 0,2, б)0,4, в) 0,8
32
Лабораторная работа № 8
А
V
V
E
R
i
C
~
V
L
Тема: «Резонанс напряжений в цепи синусоидального тока»
Цель работы
Изучение основных свойств законов и режимов работы электрической
цепи синусоидального тока, содержащей последовательно включенные индуктивность и емкость. Экспериментальное определение параметров элементов,
входящих в исследуемую цепь, изучение их влияние на режим ее работы.
Основные теоретические сведения
Комплексное сопротивление цепи, состоящей из последовательно вклю-
ченных участков с резистивным (R), индуктивным (L), емкостным (C).
Резонанс – это режим работы электрической цепи, при котором индук-
тивное сопротивление катушки и емкостное сопротивление конденсатора погашают друг друга на определенной заданной частоте (угол сдвига фаз между
напряжением и током φ=0 и Х=0), и сопротивление цепи носит чисто резистивный характер.
Резонанс напряжений – возникает в последовательной LRC–цепи, когда
реактивное сопротивление цепи равно нулю: Хр=Х
L(р)
– Х
=0 или ω
с(р)
L=1/(ωрС),
р
где ωр – резонансная частота:
ω
=1/
или f
р
= 1/(2π
р
)
При резонансе напряжений реактивное сопротивление равно нулю, при
постоянном напряжении U на входе ток в цепи имеет максимальное значение,
равное:
Iр = U/R
33
При резонансе индуктивное и емкостное сопротивление равны друг дру-
гу: ρ=ωрL=(1/ ω
р
С)
Величина ρ называется характеристическим или волновым сопротив-
лением:
ρ=1/
.
Добротность резонансного контура Q= ρ/ R. Добротность показывает,
во сколько раз напряжение на реактивных элементах будет больше, чем напря-
жение на входе. Если ρ превосходит по величине значение R, напряжение на
реактивных элементах будут превосходить напряжение на входе цепи. По этой
причине резонанс при последовательном соединении называют резонансом
напряжений.
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.
В работе исследуется цепь, состоящая из синусоидального напряжения и
последовательно включенных активного сопротивления, индуктивности и емкости.
При заданном значении амплитуды напряжения частоту, одновременно
измеряя ток в цепи и напряжения: общее, на активном сопротивлении, на ин-
дуктивности и на емкости. По полученным данным определяется резонансная
частота и ток. Сохраняются и анализируются осциллограммы и векторные диаграммы тока и всех напряжений. Строится амплитудно– частотная характеристика тока цепи.
Введите в поле значение R, поле значение L, поле значение C. При работе с окнами «Осциллограммы» и «Векторные диаграммы» необходимо
включить синхронизацию от соответствующего источника сигнала.
34
N 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
~Eрр
(В)
1 2 3 4 5 6 7 8 9
10
L
(мГн)
10
1
0,47
R
(Ом)
100÷500
100÷200
100
100
С
(мкФ)
0,1
0,022
0,01
1
0,1
1
fР =
Варианты сопротивлений R, L, C
Формулы
1. Фазовый сдвиг между векторами тока и напряжения: φ= φU – φi
2. Угловая и циклическая частота при резонансе напряжений: ωр=
Таблица 1
;
3. Индуктивное и емкостное сопротивление при резонансе напряжений:
Х
L(р) =Хс(р
= ω
р
4. Ток при резонансе напряжений: I=
L=
Порядок выполнения лабораторной работы
1. Установите напряжение (поле «Напряжение») и частоту (поле «Частота») источника, соответствующие заданному преподавателем нажмите «Запись». Чтобы начать измерения, необходимо нажать на панели управления
кнопку Старт/Стоп, затем поставить галочку в поле Смещ. 0. Пошагово (с
шагом – 2 кГц) поднимайте частоту от 2 кГц до 18 кГц. Нажимая Запись, записывайте показания приборов на каждом шаге. При подходе к резонансной частоте уменьшите шаг так, чтобы зафиксировать эту точку.
2. Настройте инструмент «Осциллограмма» для наблюдения напряже-
ния V1, V2, V3 и тока А1 и сохраните изображение.
3. Настройте инструмент «Векторная диаграмма» для наблюдения
напряжения V1, V2, V3 тока А1, сохраните 3 картинки для частот: ниже резонансной, на резонансной, выше резонансной. По данным о фазах напряжения и
тока рассчитайте угол между векторами напряжения и тока цепи в точке резо-
35
нанса. Амплитуды и фазы векторов (А, φ) выводятся рядом с полями векторов в
№
Установить
Измерить
Рассчитать
f R L С ~Eрр
V1
V2
V3
А1
φ
U
–
φ
i
Z
эксп
Z
уст
Х
Суст
Lуст
погр
cosφ Q f
I
кГц
Ом
мГн
мкФ
В В В В мА
гра-
дус
Ом
Ом
Ом
Ом
(%) –
Гц
мА
1
2 3 4 5 6 7 8 9
10
11
12
13
14
окне «Векторная диаграмма». Убедитесь в том, что угол между вектором общего напряжения (V3) и током (А1) в точке резонанса близок к нулю.
4. По полученным данным постройте амплитудно–частотную характеристику для тока в цепи (табл. 2).
5. По установленным значениям активного сопротивления, индуктивности, емкости цепи рассчитайте резонансную частоту fр, ток. Сравните расчет-
ные значения резонансной частоты с полученной частотой в ходе эксперимента
и занесите в таблицу 2.
6. Повторите проделанные измерения и вычисления для всех вариантов,
заданных преподавателем. Провести необходимые расчеты и заполнить графу
«Рассчитать» в табл. 2.
7. По окончании нажмите «Стоп».
Таблица замеров и расчетов
Таблица 2
36
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. Как изменится резонансная частота при РН в цепи с последовательно
включенными сопротивлениями, индуктивностью, емкостью, если увеличить
емкость конденсатора?
а) уменьшится б) увеличится в) останется неизменной
2. Как изменится ток при РН в цепи с последовательно включенными со-
противлениями, индуктивностью, емкостью, если увеличить индуктивность ка-
тушки?
а) уменьшится б) увеличится в) останется неизменной
37
Лабораторная работа № 9
А
V
А
E
R
А
С1
~
L1
ì
ì R
ì L
ì C
Тема: «Резонанс токов в цепи синусоидального тока»
Цель работы
Изучение основных свойств законов и режимов работы электрической
цепи синусоидального тока, содержащей параллельно включенные индуктивность и емкость. Экспериментальное определение параметров элементов, входящих в исследуемую цепь, изучение их влияние на режим ее работы.
Основные теоретические сведения
При параллельном подключении удобно работать с проводимостями (об-
ратной величиной сопротивлению), так как общая проводимость цепи равна
сумме проводимостей параллельных элементов. Для параллельно включенных
участков с резистивным (R), индуктивным (L), емкостным, (С) сопротивлением
полная проводимость равна: Y=
G=1/R – проводимость резистивного элемента,
В
=1/(jωL) –проводимость индуктивного элемента,
L
В
=jωC – проводимость емкостного элемента,
С
φ= arctg [(ВL– ВС)/ G] – фаза между током и напряжением.
Резонанс – это режим работы электрической цепи, при котором индук-
.
тивное сопротивление катушки и емкостное сопротивление конденсатора погашают друг друга на определенной заданной частоте (угол сдвига фаз между
напряжением и током φ=0 и Х=0), и сопротивление цепи носит чисто резистивный характер.
Резонанс тока – возникает в параллельном контуре LRC при взаимной
компенсации индуктивной и емкостной проводимостей (сдвиг фаз между током
38
и напряжением φ=0), при этом общая проводимость равна нулю (соответствен-
N 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
~Eрр(В)
10 9 8 7 6 5 4 3 10 9 L (мГн)
10
1
0,47
R (Ом)
1000÷2000
С
(мкФ)
0,1
0,022
0,01
1
0,1
1
но, в цепи без потерь ток равен нулю).
f
=1/(2π
р
В= В
Резонансная частота ω
).
Величину γ=
называют волновой проводимостью цепи. Отношение
– ВС=(1/(ωРL))– ωРС
L
определяется из выражения ωР =1/(
Р
) или
активной проводимости G к волновой проводимости называют затуханием цепи: α= G/ γ. Затухание показывает, во сколько раз общий ток цепи меньше тока
в реактивных элементах. Величина, обратная затуханию называется добротно-
стью: Q=R
.
Методика выполнения лабораторной работы
Соберите электрическую схему с на плате в соответствии со схемой (приведена выше). В работе исследуется цепь, состоящая из синусоидального
напряжения и параллельно включенных активного сопротивления, индуктивности и емкости. При заданном значении амплитуды напряжения изменяют частоту, одновременно измеряя напряжение на элементах цепи, и токи: общее, и
отдельно по ветвям индуктивности и емкости. По полученным данным определяется резонансная частота и напряжение. Сохраняются и анализируются осциллограммы и векторные диаграммы тока и всех напряжений. Строится амплитудно–частотная характеристика тока цепи.
Таблица 1
Варианты замеров для выполнения работы
39
Формулы
1. Фазовый сдвиг между векторами индуктивности и емкости:
ω
φ= φ
2. Частота и угловая частота при резонансе тока: f
=1/(
Р
)
– φА2
А1
=1/(2π
р
) и
3. Индуктивная и емкостная проводимости при резонансе тока:
В
L(р)
= В
= (1/(ωРL))= ωРС
С(р)
4. Ток при резонансе токов: Iр= GU.
Порядок выполнения лабораторной работы
1. Установите напряжение (поле «Напряжение») источника, соответствующие заданному преподавателем варианту, начальную частоту (2000 Гц,
поле «Частота») нажмите «Запись».
2. Пошагово (с шагом 2 кГц) поднимайте частоту до максимального значения (20 кГц). Нажимая «Запись», записывайте показания приборов на каждом шаге. При подходе к резонансной частоте уменьшите шаг так, что бы зафиксировать эту точку.
3. Настройте инструмент «Осциллограмма» для наблюдения напряже-
ния V1 и токов А1, А2, А3 и сохраните три картинки для частот: ниже резонансной, резонансной, выше резонансной.
4. Настройте инструмент «Векторная диаграмма» для наблюдения
напряжения V1 тока А3, сохраните три картинки для частот: ниже резонансной,
резонансной, выше резонансной.
5. По данным о фазах напряжения и тока рассчитайте угол между векторами напряжения и тока цепи рассчитайте угол между векторами напряжения и
тока цепи в точке резонанса.
6. Амплитуды и фазы векторов (А, φ) выведены рядом с полями векторов
в окне «Векторная диаграмма». Убедитесь в том, что угол между векторами
тока (А1) и тока (А2) в точке резонанса близок к 180°.
7. По полученным данным постройте амплитудно–частотную характеристику для общего тока в цепи (табл. 2).
8. По установленным значениям активного сопротивления, индуктивно-
сти, емкости цепи рассчитайте резонансную частоту fр, ток. Сравните расчет-
ные значения резонансной частоты с полученной частотой в ходе эксперимента
и занесите в таблицу 2.
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]