Электорта лабы 1

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

Используемое электротехническое оборудование

Автотрансформатор ЛАТР (блок 1). Индуктивная катушка L1 (блок 2). Резистор R1 (блок 2).

Конденсатор C1 (блок 3).

Измерительные приборы: амперметр A9 (блок 5), вольтметр V1 (блок 7), ваттметр W (переносной), фазометр (блок 3).

Порядок выполнения работы

1.Исследование электрической цепи с последовательным соединением резистора и индуктивной катушки.

1.1.Соберите схему, изображенную на рис. 16. Сборку схемы начинайте с гнезда “1” (блок 1). Выключатель ЛАТРа поставьте в положение “ВЫКЛ”,

ручку регулировки напряжения установите в крайнее левое положение.

Ручку переменного резистора R1 установите в крайнее левое положение (максимальная величина сопротивления).

Предъявите схему для проверки преподавателю.

1.2.Для включения стенда нажмите черную кнопку “ВКЛ” (блок I), выключатель ЛАТРа поставьте в положение “ЛАТР”. Ручкой регулировки установите по вольтметру V3 напряжение U, заданное преподавателем.

По показаниям приборов запишите в табл. 5: ток I; напряжения U, UR, Uк, измеренные соответственно вольтметрами V3, V1; потребляемую активную мощность P, измеренную ваттметром.

1.3.Нажмите красную кнопку “ВЫКЛ” (блок 1). Подключите к схеме фазометр (блок 9). Для этого гнезда фазометра присоедините к точкам схемы: “U” – к точке 3, “UR” – к точке 4, “*” – к точке 5. Нажмите черную кнопку “ВКЛ” (блок 1). В блоке 9 поставьте выключатель в положение “СЕТЬ”, переключатель цены деления прибора поставьте в положение “x1” (деление шкалы соответствует 1˚). Знак угла φ определяется характером цепи (в активно-индуктивной цепи φ>0).

Запишите показание фазометра в табл. 5.

1.4.Уменьшите сопротивление резистора R1, поставив ручку в среднее положение. Запишите показание фазометра в табл. 5. Поставьте выключатель фазометра в положение “ВЫКЛ” (блок 9). Выключите стенд кнопкой

20

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

“ВЫКЛ” (блок 1). Отсоедините провода фазометра от схемы. Включите стенд кнопкой “ВКЛ” (блок 1). Измерьте ток и напряжения на элементах цепи, запишите результаты в табл. 5.

ВВ град град вар

1.5.Установите ручку ЛАТРа (блок 1) в крайнее левое положение, выключатель ЛАТРа поставьте в положение “ВЫКЛ”. Нажмите красную кнопку “ВЫКЛ” (блок 1).

С помощью омметра измерьте сопротивление Rк индуктивной катушки. 2.Исследование электрической цепи с последовательным соединением

резистора и конденсатора.

2.1.Соберите схему, изображенную на рис. 17. Установите величину емкости C1 по указанию преподавателя. Ручку переменного резистора R1 установите в крайнее левое положение.

Предъявите схему для проверки преподавателю.

2.2.Включите стенд и установите нужное напряжение U в соответствии с п. 1.2.

Измерьте ток I, напряжения U, UR, Uс, мощность P и запишите результаты в табл. 6.

2.3.Уменьшите емкость C1, результаты измерений запишите в табл. 6. 2.4.Уменьшите сопротивление резистора R1, запишите показания

приборов в табл. 6.

2.5.Выключите стенд, подключите к схеме фазометр, включите стенд и фазометр в соответствии с п. 1.3.

В активно-емкостной цепи угол φ<0; запишите показание фазометра в табл. 6. Повторите измерение угла φ, поставив ручку переменного резистора

21

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

R1 в крайнее левое положение. Запишите показание фазометра в табл. 6. Восстановите исходное значение емкости C1, измерьте угол φ и запишите результат в табл. 6.

Предъявите результаты измерений преподавателю.

2.6.Выключите фазометр, установив выключатель в положение “ВЫКЛ”

(блок 9).

Выключите стенд в соответствии с п. 1.5.

Содержание отчета

1.Цель работы.

2.Исследуемые схемы с обозначением тока и напряжений, схема замещения индуктивной катушки.

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

4.Уравнения второго закона Кирхгофа в комплексной форме для исследуемых схем.

5.Векторные диаграммы тока и напряжений, построенные по данным измерений табл. 5, 6 (по одной для схемы).

6.Треугольники сопротивлений для исследуемых схем.

7.Выводы по работе.

Контрольные вопросы

1.Какие сопротивления имеет цепь с резистором и индуктивной катушкой? 2.Как по показаниям приборов определить полное, активное и индуктивное сопротивления?

3.Какая мощность измеряется ваттметром?

4.Для чего в схеме лабораторной установки ЛАТР?

5.Что можно измерить фазометром?

6.Какие сопротивления имеет цепь с резистором и конденсатором?

22

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

7.Как по показаниям приборов определить полное, активное и емкостное сопротивления?

8.Как построить векторные диаграммы для активно-индуктивной и активноемкостной цепей?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

ИССЛЕДОВАНИЕ ЦЕПИ ОДНОФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ СОЕДИНЕНИЕМ АКТИВНОГО, ИНДУКТИВНОГО И ЕМКОСТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЙ. РЕЗОНАНС НАПРЯЖЕНИЙ

Цель работы: экспериментальное определение параметров однофазной цепи с последовательным соединением индуктивной катушки и конденсатора; исследование явления резонанса напряжений.

Основные теоретические сведения

При последовательном соединении индуктивной катушки, имеющей активное Rк и индуктивное сопротивления, и конденсатора с емкостным сопротивлением Xс (рис. 18) действующее значение тока в цепи определяется по формуле:

I = = = ,

где Z – полное сопротивление цепи;

X = (XL-XC) – реактивное сопротивление цепи;

XL = ωL, XC = – индуктивное и емкостное сопротивления.

Второй закон Кирхгофа в комплексной форме для схемы, изображенной на рис. 18, имеет вид:

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

Рис. 18. Схема последовательного соединения резистивного, индуктивного и емкостного элементов

Действующие значения напряжений можно записать в соответствии с законом Ома:

к=RкI; =ωLI= I; = I= I; = .

Закон Ома в комплексной форме для данной схемы имеет вид:

̇ ̇

= ,

где – комплексное сопротивление цепи.

Комплексное сопротивление может быть записано в алгебраической,

тригонометрической и показательной формах:

током.

Если цепь носит индуктивный характер, X>0, φ>0; если цепь носит емкостный характер, X<0, φ<0.

Рис. 19. Векторные диаграммы для xL>xC (а) и xL<xC (б)

24

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

На рис. 19а изображена векторная диаграмма для > (X>0).

Сначала откладывается на положительной действительной оси вектор

>. Если геометрически сложить векторы ̇к и ̇, получим вектор

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

В лабораторной работе f0=50 Гц, индуктивность L=const, цепь настраивается в резонанс изменением емкости конденсатора. Резонансная емкость может быть рассчитана по формуле:

рез = 4 21 2 .

При резонансе напряжений полное сопротивление цепи

=к + = к

является чисто активным и минимальным по величине. Поэтому ток в цепи максимален:

.

д = к С к

сколько раз напряжение на реактивных элементах превышает напряжение источника .

Таким образом, при резонансе напряжения на реактивных элементах

Рис. 20. Векторная диаграмма для режима резонанса (х=0)

26

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

Следовательно, при резонансе напряжений электрическая цепь не потребляет от источника энергии реактивную мощность, а потребляет только активную мощность, которая равна полной мощности. Реактивной энергией обмениваются между собой индуктивный и емкостный элементы цепи.

Графические зависимости , , к, , , cosφ при изменении величины емкости C показаны на рис. 21. Рассмотрим некоторые характерные точки зависимостей.

Рис. 21. Графические зависимости параметров цепи от емкости С

27

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

Подробное объяснение указанных графических зависимостей приведено в

[7].

Схема исследуемой электрической цепи

Исследование цепи с последовательным соединением индуктивной катушки и конденсатора производится по схеме, изображенной на рис. 22.

Рис. 22. Схема электрической цепи для исследования резонанса напряжений

Используемое электротехническое оборудование

Автотрансформатор (блок I). Индуктивная катушка L1 (блок 2). Конденсаторы C1, C2, C3 (блок 3).

Измерительные приборы: ваттметр W (переносной) для измерения активной мощности, амперметр A9 (блок 5) для измерения тока, вольтметр V1 (блок 7) для измерения напряжения на индуктивной катушке и конденсаторе, вольтметр V3 (блок I) для измерения напряжения цепи.

Порядок выполнения работы

1.Соберите схему, изображенную на рис. 22. Сборку схемы начинайте с

28

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

гнезда “1” (блок 1). Выключатель ЛАТРа поставьте в положение “ВЫКЛ”,

3.Для включения стенда нажмите черную кнопку “ВКЛ” (блок 1), выключатель ЛАТРа поставьте в положение “ЛАТР”. Ручкой регулировки

Покажите результаты измерений преподавателю.

7.Установите ручку ЛАТРа (блок 1) в крайнее левое положение, выключатель ЛАТРа поставьте в положение “ВЫКЛ”. Нажмите красную кнопку “ВЫКЛ”.

После разрешения преподавателя разберите схему.

29