Электорта лабы 1

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Рис. 7. Электрическая цепь со смешанным соединением резисторов

Используемое электротехническое оборудование

Источник постоянного напряжения – выпрямитель I (II, III) (блок 10). Амперметры A1, A2, A3 (блок 8) для измерения токов.

Вольтметр V2 (блок 10) для измерения напряжения на выходе выпрямителя и на участках исследуемой цепи.

Переменные резисторы R1, R2, R3 (блок 2).

Порядок выполнения работы

1.Исследование электрической цепи с последовательным соединением резисторов.

1.1.Соберите схему, изображенную на рис. 5, сборку схемы начинайте с гнезда “+” блока 10 (“плюс” источника напряжения). Ручку регулировки

напряжения на выходе соответствующего выпрямителя установите в крайнее левое положение (минимальное напряжение на входе схемы). Переключатель «контроль U» блока 10 поставьте в положение,

соответствующее номеру выпрямителя. Ручки переменных резисторов установите в крайнее левое положение (максимальное сопротивление).

Предъявите собранную схему преподавателю для проверки.

1.2.Для включения стенда нажмите черную кнопку “ВКЛ” (блок I). Загораются индикаторные лампы A,B,C. После этого в блоке 10 установите выключатель соответствующего выпрямителя в положение “СЕТЬ” (ВКЛ).

По вольтметру V2 (блок 10) установите по указанию преподавателя соответствующую величину напряжения U на входе схемы. Для измерения напряжений U1, U2 на резисторах переключатель поставьте в положение “Гн” (гнезда). Подключите провода вольтметра к гнездам “+”, “-“.

Запишите результаты измерений тока и напряжений в табл. 1. Проверьте выполнение второго закона Кирхгофа.

10

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

1.3.Уменьшите сопротивление одного из резисторов. Результаты измерений запишите в табл. 1. Проверьте выполнение второго закона Кирхгофа. Покажите результаты измерений преподавателю.

1.4.Ручку источника питания установите в крайнее левое положение, отключите выключатель “СЕТЬ”. Нажмите красную кнопку “ВЫКЛ” (блок 1). Разберите схему.

Таблица 1

Измерено Вычислено

э +

В А В В Ом Ом Ом Вт Вт Вт Вт

2.Исследование электрической цепи с параллельным соединением резисторов.

2.1.Соберите схему, изображенную на рис. 6. Ручки переменных резисторов R1, R2 установите в крайнее левое положение. Предъявите схему для проверки преподавателю.

2.2.Нажмите кнопку “ВКЛ” (блок 1), включите выключатель “СЕТЬ” (блок 10). Установите величину напряжения U по указанию преподавателя. Запишите результат измерений напряжения и токов в табл. 2. Проверьте выполнение первого закона Кирхгофа.

2.3.Уменьшите сопротивление одного из резисторов. Запишите результаты измерений напряжений и токов в табл. 2. Проверьте выполнение первого закона Кирхгофа. Покажите результаты преподавателю.

2.4.Ручку регулировки входного напряжения источника питания (блок 10) установите в крайнее левое положение, отключите выключатель “СЕТЬ”. Нажмите на красную кнопку “ВЫКЛ” (блок 1).

Таблица 2

3.Исследование электрической цепи со смешанным соединением резисторов.

3.1.Соберите схему, изображенную на рис. 7. Ручки переменных резисторов R1, R2, R3 установите в крайнее левое положение. Предъявите схему для проверки преподавателю.

3.2.Включите стенд (блок 1) и соответствующий источник напряжения (блок 10). Установите величину U по указанию преподавателя.

11

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Запишите результаты измерений напряжений и токов в табл. 3. Проверьте выполнение первого и второго законов Кирхгофа.

3.3.Уменьшите сопротивление одного из резисторов в параллельной ветви. Результаты измерений запишите в табл. 3. Проверьте выполнение законов Кирхгофа. Покажите результаты измерений преподавателю.

3.4.Выключите стенд в соответствии с п. 2.4.

Таблица 3

4.Определение тока в ветви электрической цепи методом эквивалентного генератора напряжения.

4.1. Поставьте ручки переменных резисторов R1, R2, R3 в схеме, изображенной на рис. 7, в крайнее левое положение.

Разомкните ветвь с резистором R1 (R2) по указанию преподавателя. 4.2.Включите стенд (блок 1) и соответствующий источник напряжения

(блок 10). Установите величину напряжения U по указанию преподавателя. Подключите вольтметр V2 для измерения напряжения холостого хода Uх в

разомкнутой ветви. Результаты измерения запишите в табл. 4. 4.3.Закоротите резистор R1 (R2) и измерьте амперметром ток короткого

замыкания Iк в этой ветви. Результаты измерений запишите в табл. 4. 4.4.Рассчитайте входное сопротивление Rвх эквивалентного генератора и

ток в заданной ветви, сравните его с измеренной величиной. Сопротивление резистора R1 (R2) рассчитайте по данным табл. 1.

Результаты расчетов запишете в табл. 4. Покажите результаты преподавателю.

4.5.Выключите стенд в соответствии с п. 2.4. Разберите схему.

Содержание отчета

1.Цель работы.

2.Исследуемые схемы с обозначением всех токов и напряжений.

12

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

3.Результаты экспериментальных исследований и вычислений в виде таблиц. Необходимые расчетные формулы.

4.Уравнения законов Кирхгофа для исследуемых схем и проверка их выполнения по результатам измерений; уравнение баланса мощностей и проверка выполнения баланса по результатам измерений и расчетов.

5.Для схемы, изображенной на рис. 7, расчет токов в ветвях методом контурных токов; сравнение с измеренными значениями.

6.Для п. 4 лабораторного задания расчет входного сопротивления пассивного двухполюсника Rвх через известные сопротивления резисторов, сравнение с результатом расчета в табл. 4.

7.Выводы по работе.

Контрольные вопросы

1.Что такое резистивный элемент?

2.Чему равно эквивалентное сопротивление цепи при последовательном соединении?

3.Чему равны напряжения на резисторах при их последовательном соединении?

4.От чего зависят токи в ветвях при параллельном соединении?

5.Как определить общий ток через токи ветвей при параллельном соединении?

6.Что такое смешанное соединение?

7.Какие соотношения между токами и напряжениями характерны для смешанного соединения?

8.Как измерить напряжения на участках схемы при смешанном соединении?

9.Как проверить правильность измерений напряжения и токов в исследуемых схемах?

10.В чем сущность баланса мощностей в электрической цепи? Как он проверяется в лабораторной работе?

13

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 НЕРАЗВЕТВТЛЕННЫЕ ЦЕПИ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА С

АКТИВНЫМ И РЕАКТИВНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЯМИ

Цель работы: определение параметров в цепях переменного тока.

Основные теоретические сведения

Рассмотрим электрическую цепь с резистором и индуктивной катушкой. Схема замещения реальной индуктивной катушки на низких частотах представлена на рис. 8. Активное сопротивление Rк учитывает тепловые потери энергии в обмотке катушки. Основным параметром является индуктивность L, учитывающая явление самоиндукции и накопление энергии в магнитном поле катушки. Чем меньше Rк, тем больше добротность катушки

Qк = ,

к

где ω = 2πf – угловая частота переменного тока; f = 50 Гц – частота сети переменного тока.

Рис. 8. Схема замещения индуктивной катушки

При большой добротности индуктивную катушку приближенно можно представить одним индуктивным элементом L.

На постоянном токе нет явления самоиндукции и схема замещения индуктивной катушки учитывает только активное сопротивление Rк.

Второй закон Кирхгофа в комплексной форме для схемы, представленной

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Из этого уравнения можно получить закон Ома в комплексной форме

Рис. 9. Треугольник сопротивлений для индуктивной катушки

Векторная диаграмма для индуктивной катушки представлена на рис. 10. Построение диаграммы удобно начинать с вектора тока, приняв его

Из векторной диаграммы видно, что действующее значение напряжения на индуктивной катушке

15

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Uк = к + .

Рис. 10. Векторная диаграмма для индуктивной катушки в комплексной плоскости

На рис. 11 представлена схема последовательного соединения резистора с сопротивлением R и индуктивной катушки. Второй закон Кирхгофа для этой

Рис. 11. Последовательное соединение индуктивной катушки и резистивного элемента

Действующее значение тока и напряжений на индуктивной катушке и резисторе можно рассчитать по формулам:

16

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

ц( )

Векторная диаграмма для схемы, изображенной на рис. 11, показана на

̇

рис. 12. Вектор напряжения определяется как векторная сумма напряжений

̇и ̇к.

Рис. 12. Векторная диаграмма при последовательном соединении резистора и индуктивной катушки

Мощности, потребляемые элементами схемы:

Рис. 13. Схема последовательного соединения резистивного и емкостного элементов

Второй закон Кирхгофа для схемы:

17

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Рис. 14. Векторная диаграмма для схемы с последовательным соединением резистора и конденсатора

Мощности, потребляемые элементами схемы: активная мощность

P = UIcosφ = R ,

18

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

треугольники сопротивлений для схем рис. 11, 13.

а) б)

Рис. 15. Треугольники сопротивлений для активно-индуктивной (а) и активно-емкостной (б) схем

Схемы исследуемых электрических цепей

Исследование неразветвленных электрических цепей переменного тока производится по схемам, изображенным на рис. 16, 17.

Рис. 16. Последовательное соединение резистора и индуктивной катушки

Рис. 17. Последовательное соединение резистора и конденсатора

19