Оформление отчета

1. Отчет о выполненной работе должен содержать:

• цель исследований;

• таблицу с паспортными данными электроизмерительных приборов;

• принципиальные схемы исследуемых электрических цепей;

• таблицы с опытными данными;

• таблицы с расчетными данными;

• формулы, по которым определялись расчетные данные;

• графики и векторные диаграммы;

• основные выводы по работе.

2. Отчеты выполняются чернилами на стандартных листах бумаги, чисто и аккуратно. Каждый отчет должен иметь титульный лист.

3. Графическую часть отчета (схемы, графические зависимости, векторные диаграммы) следует выполнять только на миллиметровой или клетчатой бумаге обязательно с помощью линейки, циркуля и лекала. Выполнение схем и графиков от руки не допускается.

4. При построении экспериментальных и расчетных кривых должно приниматься во внимание следующее:

а) начала осей координат и нулевые значения параметров должны быть совмещены; численные значения параметров, отличные от нулевых, откладываются на осях координат в одном из следующих масштабов: 1∙10ⁿ, 2∙10ⁿ, 5∙10ⁿ, гдеn=-2, -1, 0, 1, 2;

б) если в зависимости от одного параметра, например полезной мощности , предполагается построение графиков нескольких физических величин, например напряжения, тока, потребляемой мощности, коэффициента полезного действия, то для большей наглядности изображения численные значения каждой физической величины следует откладывать в индивидуальном масштабе, указываемом на дополнительной оси ординат (рис. 1);

в) численные значения параметров, полученные из опыта или в результате расчета, на оси координат наноситься не должны;

г) в процессе построения графиков значения физических величин, полученные экспериментально или в результате расчетов по экспериментальным данным, в виде точек четко наносятся в координатных осях; по этим точкам проводятся плавные усредненные зависимости (рис. 1);

Рис. 1

е) если в одной системе координат строится несколько графиков, то экспериментальные или расчетные значения каждой физической величины рекомендуется отмечать различными значками (рис. 1).

5. Векторные диаграммы строятся с соблюдением следующих требований:

• все векторы строят в определенном масштабе. Масштабы выбирают в соответствии с п. 4, а;

• углы между векторами откладывают по транспортиру.

Правила техники безопасности

Следует помнить, что напряжения в лаборатории электрических цепей опасны для жизни. Поэтому во избежание несчастных случаев необходимо строго соблюдать следующие правила техники безопасности:

1. Запрещается включать под напряжение без проверки и разрешения преподавателя или лаборанта цепь после ее сборки, а также после каких-либо переключений в ней.

2. Не разрешается касаться руками неизолированных частей цепи, когда она находится под напряжением.

3. Всякие переключения и изменения в электрической цепи следует производить только при снятом напряжении.

4. При повреждении во время работы прибора или аппарата, а также при возникновении отклонений от нормального режима работы цепи следует немедленно отключить ее от источника напряжения и сообщить об этом преподавателю или лаборанту.

5. Особую осторожность следует соблюдать при работе с резонансными цепями, содержащими индуктивные катушки и конденсаторы, так как при резонансе напряжения на отдельных участках цепи могут значительно превышать напряжение источника питания.

6. На конденсаторах, включенных в цепь, после отключения их от источника напряжения может остаться заряд. Поэтому после окончания работы все конденсаторы следует разрядить.

7. Нельзя оставлять без присмотра цепь, включенную под напряжение.

8. Не следует загромождать свое рабочее место на стенде вещами, не относящимися к данной работе.

9. Запрещается во время работы загромождать подходы к стендам стульями, скамейками и т.п. Доступ к стендам, включенным под напряжение, должен быть свободен.

Работа № 1. СМЕШАННОЕ СОЕДИНЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

1. Цель работы.

Получение навыков сборки электрических цепей, измерений токов и напряжений на отдельных участках электрической цепи; убедиться в соблюдении законов Кирхгофа в разветвленной линейной электрической цепи. Исследовать особенности смешанного соединения элементов в электрических цепях постоянного тока.

2. Предварительное домашнее задание

1. Изучить тему «Линейные электрические цепи постоянного тока», содержание данной лабораторной работы и быть готовым ответить на все контрольные вопросы к ней.

Изучить теоретический материал /Л1, с. 17-21; 25-34; конспект лекционного курса/.

2. Начертить принципиальные схемы исследуемых цепей исследуемых цепей с включенными измерительными приборами.

3. Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с лабораторной установкой.

1. Собрать цепь со смешанным соединением резисторов (рис. 1), выбрав элементы цепи и величину напряжения питания в соответствии с заданным вариантом (табл. 1). Представить схему для проверки преподавателю .

						Таблица 1
Вариант	1	2	3	4	5	6
Е2,В	12	10	8	12	10	8
Rl*	R2	R3	R2	R3	R2	R3
R2*	R4-1	R4-1	R4-1	R4-2	R4-2	R4-3
R3*	R7	R7	R7	R9	R9	R9

Рис. 1

3.3. После проверки схемы преподавателем включить источник питания Е2, установить заданное значение величины напряжения питания и измерить

напряжения на входе цепи U и на всех участках цепи (U1 и U23), а также все токи (I1,I2 и I3). Результаты занести в табл. 2.

3.4. С помощью соответствующего тумблера установить новое значение резистора R2^* и снова измерить напряжения и токи в цепи.

3.5. Плавно изменяя величину входного напряжения установить с помощью потенциометра значения напряжений равные Е2, (2/3)^.Е2, (1/3)^.E2 , измерить значения напряжения и токов нa всех участках цепи при этих значениях входного напряжения. Результаты измерений занести в табл. 3

Выключить электропитание.

3.6. По результатам измерений вычислить мощность каждого участка цепи PI, P2, Р3 и всей цепи P, определить эквивалентное сопротивление цепи R_Э, Результаты вычислений занести в табл. 2. Проверить выполнение баланса мощностей.

Формулы для расчёта

P1=U₁ ^.I₁; P2=U₂₃ ^.I₂; P3=U₂₃ ^.I₃; P=P1+P2+P3; P_ист=U ^.I₁;

R_Э=U/ I₁; R₁=U₁/ I₁; R₂=U₂₃/ I₂; R₃=U₂₃/ I₃;

Баланс мощностей: P_ист =Σ P_пр= P1+P2+P3.

Здесь P_ист – мощность ,отдаваемая источником;

Σ P_пр – суммарная мощность приёмников.

Таблица 2

Измерено

Вычислено

U, B

U1, B

U23, В

I1, мА

I2, мА

I3, мА

Р1, Вт

Р2, Вт

РЗ, Вт

Р, Вт

RЭ, Ом

7. Сделать выводы о выполнении первого и второго законов Кирхгофа.

7. По результатам измерений определить величины сопротивлений R1, R2, R3;

построить в одной координатной системе вольтамперные характеристики резисторов R1, R2, R3 и характеристику всей цепиU = f(I1).

					Таблица 3
№ опыта	U, B	U1, B	U23, B	I1, мА	I2, мА	I3, мА
1
2
3

4. Содержание отчета

Отчет по работе должен содержать:

а) наименование работы и цель работы;

б) схемы экспериментов и таблицы полученных экспериментальных данных;

в) результаты расчетов;

г) выводы по работе.

5. Контрольные вопросы

1. Как по показаниям амперметра и вольтметра можно определить величину сопротивления участка электрической цепи постоянного тока и потребляемую им мощность?

2. Нарисуйте схемы для измерения методом амперметра и вольтметра больших и малых электрических сопротивлений.

3. Как определить величину эквивалентного сопротивления для исследуемой цепи?

4. Для исследуемой электрической цепи запишите уравнения по законам Кирхгофа.

5. Как по вольтамперной характеристике определить величину сопротивления цепи?

Работа № 2. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ДВУМЯ ИСТОЧНИКАМИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

1. Цель работы

Экспериментальная проверка результатов аналитического расчета линейной электрической цепи с несколькими источниками электропитания.

2. Предварительное домашнее задание

1. Изучить тему «Линейные электрические цепи постоянного тока с несколькими источниками электропитания», содержание данной лабораторнойработы и быть готовым ответить на все контрольные вопросы к ней./Л1, с. 37-45; конспект лекционного курса/.

2.2Начертить принципиальную схему исследуемой цепи с включенными измерительными приборами.

3. Порядок выполнения работы

3.1. Ознакомиться с лабораторной установкой.

3.2. Перед сборкой схемы включить электропитание стенда и источники Е1 и Е2. Измерить значения ЭДС источника Е1 и установить заданное значение ЭДС источника Е2 (табл. 1). Результаты измерений занести в табл. 4. Выключить электропитание.

3.2. Собрать цепь с двумя источниками электропитания (рис. 1), выбрав элементы цепи в соответствии с заданным вариантом (табл. 1). Представить схему для проверки преподавателю.

						Таблица 1
Вариант	1	2	3	4	5	6
Е2,В	12	10	8	6	10	12 !
R1*	R1-2	R1-1	R1-3	R1-1	R1-2	R1-3
R2*	R3	R3	R3	R3	R3	R3
R3*	R9	R8	R9	R9	R8	R8

↑I1

Е1

↑I2

↑I3

PA3

PA2

3.3. Включить электропитание стенда и источник электропитания Е2 и Е1и измерить напряжения на источниках питания U₁ иU₂, напряжения UR1, UR2, UR3 на резисторах R₁,R₂,R₃. Измерить токи I₁, I₂, I₃. Результаты занести в табл.2.

. Включить источник питания И и измерить напряжения Ш, U2 на источниках El, E2, напряжения на резисторах Rl*, R2* и R3*, и токи II, 2 и 13 в ветвях. Результаты измерений внести в табл. 2.								Таблица 2
El, В	E2,B	U1,B	U2,B	URl*, В	UR2*,B	UR3*,B	I1, мА	I2, мА	I 3, мА mA

3.4. По результатам измерений вычислить значения сопротивлений Rl*, R2* и R3*. Результаты вычислений занести в табл. 3.

				Таблица 3
Rl*, Ом	R2*, Ом	R3*, Ом	Uaб, В	I1 мА	I2 мА	I3, мА

3.5. Используя полученные результаты измерений эдс источников питания и расчета сопротивлений Rl*, R2* и R3* ветвей, рассчитать, используя метод узлового напряжения, величину узлового напряжения Uаб, токи I₁, I₂, I₃ Результаты вычислений занести в табл.3.

Сравнить расчетные значения токов и напряжений с их экспериментальными значениями в табл.2.

Формулы для расчётов

R_l*= U_Rl*/ I₁; R₂*= U_R2*/ I₂; R₃*= U_R3*/ I₃;

U_аб= , где –эдс k- ой ветви ,- проводимость k- ой ветви.

U_аб=(Е₁^. g₁+ Е₂ ^.g₂+0^.g₂)/ (g₁+g₂+ g₃); g_k=1/R_k.

I₁=(E₁-U_аб)/R₁; I₂=(E₂-U_аб)/R₂; I₃=(0-U_аб)/R₃;

3.6. Подготовить неразветвленную электрическую цепь с двумя источниками по рис. 2(исключить ветвь с резистором R3). После проверки схемы преподавателем включить

электропитание стенда и источники Е1 и Е2. Установить значение напряжения источника Е2=5В.

7. Полагая потенциал точки «а» равным нулю, измерить потенциалы точек «б», «с», «d» и «е». а также ток в цепи. Результаты занести в табл. 4.

8. По результатам измерений вычислить (табл. 4):

б) сопротивления Rl*, R2* ;

в) определить, в каком режиме (источника или потребителя) работают источники питания Е1 и Е2.

Формулы для расчётов

URl*=φ_B- φc; UR2*=φ_C- φ_D; Rl*= U_Rl*/I; R2*= U_R2*/I.

3.9. Изменить по указанию преподавателя величину резистора R_1* соответствующим тумблером и снова измерить те же величины. Обратить при этом внимание, изменилось ли при этом направление тока в цепи. Определить, в каком режиме (источника или потребителя) работают теперь источники питания Е1 и Е2. Результаты занести в табл. 4. Выключить электропитание.

3.10. Для контура построить потенциальную диаграмму.

Таблица 4.

Измерено

Вычислено

Е1, В

Е2, В

I, мА

φа В

φb, В

φс, В

φd, В

UR1* В

UR2* В

R1*, Ом

R2*, Ом

0

4. Содержание отчета

Отчет по работе должен содержать:

а) наименование и цель работы;

б) схемы эксперимента и таблицы с результатами измерений и вычислений;

в) расчетные соотношения и экспериментальные характеристики;

г) сравнение результатов расчета с экспериментальными данными;

д) выводы

5. Контрольные вопросы

1. Какие методы анализа цепей постоянного тока могут быть использованы для анализа исследуемой цепи?

2. Сколько уравнений по законам Кирхгофа необходимо записать для исследуемой цепи для её расчета? Сколько из них надо записать по второму закону Кирхгофа?

3. Запишите для исследуемой цепи необходимые для анализа исследуемой цепи уравнения по законам Кирхгофа.

4. В каких случаях целесообразно применять метод узлового напряжения?

5. В чем состоит основное достоинство метода узлового напряжения?

6. Запишите соотношение для определения величины узлового напряжения в исследуемой цепи.

7. Как в исследуемой цепи при использовании метода узлового напряжения определить токи в ветвях? Запишите эти соотношения.

8. Что такое «внешняя характеристика» источника питания? Запишите уравнение внешней характеристики.

9. Что такое «потенциальная диаграмма»?

Работа № 3. ЧАСТОТНЫЕ СВОЙСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

1. Цель работы . Экспериментальное исследование частотных характеристик электрической цепи с последовательным соединением реактивных элементов.

2. Предварительное домашнее задание

1. Изучить тему «Цепь с последовательным соединением R-L-C; частотные свойства электрических цепей», содержаниеданной лабораторной работы и быть готовым ответить на все контрольные вопросы к ней. /Л1, 60-94; конспект лекционного курса/.

2. Начертить принципиальные схемы исследуемых цепей с включенными измерительными приборами.

3. Порядок выполнения работы.

3.1. Собрать электрическую цепь с последовательным соединением элементов (рис. 1) и установить С1 в положение (1…5) по указанию преподавателя. Предъявить собранную цепь для проверки преподавателю.

U_RK

U_LK

3.2. Включить электропитание, установить на выходе генератора напряжение 6…7 В и изменяя частоту входного сигнала от 100 Гц до 400 Гц примерно через 50 Гц измерять входное напряжение U, активную мощность цепи Р ток в цепи I, напряжения на катушке индуктивности U_к, конденсаторе Uc, а также угол сдвига фаз φ между входным напряжением U и током I. При этом обязательно обеспечить замер при резонансной частоте f_рез для случая резонанса напряжений (угол сдвига фаз (φ =0). Результаты измерений занести в табл. 1. Выключить источник переменного напряжения.

							Таблица 1
f,Гц									fрез=
U,B
Р,Вт
I,мА
φ,град
UК,B
UC,B

3.3. По результатам измерений для каждого значения частоты входного сигнала рассчитать величину полного сопротивления цепи Z_BX, активного сопротивления цепи R, полного сопротивления катушки индуктивности Z_K, реактивного сопротивления цепи X, индуктивного X_L и емкостного Х_с, сопротивлений , величину индуктивности L, емкости С , а так же напряжения U_RК, и,. U_LК (табл. 2).

3.4По результатам расчетов и измерений построить графики характеристик I=F(f), Z_BX=F(f), U_K=F(f), U_c=F(f), φ =F(f).

3.5Построить 3 векторные диаграммы: для начальной частоты, конечной частоты и для резонансной частоты.

Формулы для расчёта

полное сопротивление цепи

;

полное сопротивление катушки

;

активное сопротивление катушки

;

индуктивное сопротивление катушки

;

индуктивность катушки

,

где ;

активная составляющая напряжения на катушке

;

индуктивная составляющая напряжения на катушке

;

емкостное сопротивление

;

емкость конденсатора

.

Реактивное сопротивление всей цепи -

								Таблица 2
f,Гц
ZBX, Ом
RК, Ом
ZK, Ом
Х,Ом
ХLКОм
XC, Ом
L, мГн
С, мкФ
URК,B
ULК ,B

4. Содержание отчета

Отчет должен содержать:

а) наименование и цель работы;

б) электрические схемы проведенных экспериментов;

в) таблицы с результатами эксперимента;

г) экспериментальные характеристики и векторные диаграммы;

д) выводы о частотных свойствах исследованной цепи.

5. Контрольные вопросы

1. Почему при изменении частоты источника питания изменяется входное сопротивление цепи, содержащей реактивные элементы?

1. Что понимают под «резонансом» в электрической цепи переменного тока?

2. .Построить векторную диаграмму напряжений в цепи с последовательным соединением R,L,C для режима резонанса с указанием вектора напряжения на реальной катушке индуктивности.

4. Изменением каких параметров в последовательной RLC-цепи, подключенной к источнику синусоидального сигналов можно получить резонансный режим?

5. Как можно определить значение резонансной частоты в цепях с последовательным и параллельным соединением элементов?

6. В чем основные различия физических явлений в цепях переменного и постоянного тока?

7. Сформулируйте закон Ома для цепи переменного тока с последовательным соединением активного сопротивления, индуктивности и емкости.

8. В какой цепи и при каком условии наступает резонанс напряжений? Объясните энергетические процессы, протекающие в электрической цепи при резонансе напряжений.

9. Объясните, почему при резонансе напряжений ток в цепи максимален.

10. Как изменится резонансная частота в цепи с последовательным соединением ,,, если емкость увеличить в 4 раза?

11. На каком участке цепи (рис. 2) напряжение при резонансе равно напряжению источника питания?

    Рис. 2

    Рис. 3

12. Как изменится ток (увеличится, уменьшится, останется без изменения) в цепи, показанной на рис. 3, при замыкании выключателя В, если .

13. Оцените величину коэффициента мощности при резонансе напряжений по сравнению с коэффициентом мощности до резонанса.

14. Каким электроизмерительным прибором можно определить состояние резонанса в неразветвленной цепи, если настройка в резонанс ведется при неизменном действующем значении входного напряжения?

15. К каким аварийным последствиям может привести резонанс напряжений в электрических цепях?

Работа № 4. ПОВЫШЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ

1. Цель работы

Ознакомиться с особенностями режимов работы цепи переменного тока с параллельным соединения элементов, повышением коэффициента мощности, применением 1-го закона Кирхгофа в цепях переменного тока.

2. Предварительное домашнее задание

1. Изучить тему «Параллельное соединение элементов в цепи переменного тока», содержание данной лабораторной работы и быть готовым ответить на все контрольные вопросы к ней. /Л1, с. 95-104; 86-87;143-145 конспект лекционного курса/.

2.2. Начертить принципиальные схемы исследуемых цепей исследуемых цепей с включенными измерительными приборами.

3. Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с лабораторной установкой.

2. Собрать электрическую цепь с параллельным соединением резистора R* и конденсатора С* (рис. 1). В качестве резистора R* использовать переключаемый резистор R10 в соответствующей варианту позиции переключателя (табл. 1). Установить в соответствии с заданным вариантом переключатель батареи конденсаторов С* в соответствующую позицию (табл. 1). Схему предъявить для проверки преподавателю.

						Таблица 1
№ варианта	1	2	3	4	5	6
R*	R10-1	R10-2	R10-3	R10-1	R10-2	R10-3
С*	С2-5	С2-5	С2-5	С2-4	С2-4	С2-3

3.3. Включить электропитание стенда и источник переменного напряжения ЕЗ.

Установить напряжение источника ЕЗ равное 7 В с частотой 200±10 Гц.

Измерить напряжение U на входе цепи, токи в ветвях с активным сопротивлением -I_R, с конденсатором - I_c, общий ток -I, потребляемый от источника питания и угол сдвига фаз φ между напряжением U и током I, потребляемым цепью. Результаты измерений занести в табл. 2.

Вычислить активную мощность Р, потребляемую цепью, коэффициент мощности цепи cos φ.

Таблица 2

Измерено

Вычислено

Включены ветви

U, В

I, мА

f, Гц

Ir, мА

Ic, мА

Ik, мА

φ, град

Р, Вт

cosφ

IАК

IРК

R*,C*

--------

--------

-------

L*

--------

--------

L*,C1*

--------

L*, C2*

--------

L*, C3*

--------

Резонанс токов

---------

L* на частоте резонанса

-----

-----

Формулы для расчёта

P= S^.cosφ=U^.I^. cosφ;

3.4. Собрать цепь с катушкой (рис. 2), используя в качестве индуктивного потребителя соответствующую реальную катушку индуктивности L* (табл. 3). Представить схему для проверки преподавателю.

3.5. Включить электропитание стенда и источник питания ЕЗ. Установить напряжение 7 В с частотой, указанной в таблице вариантов (табл. 3). Измерить напряжение, ток, активную мощность и угол сдвига фаз φ между напряжением и током на входе цепи. Результаты занести в табл. 2. Выключить источник питания ЕЗ. Расчитать активную составляющую тока катушки I_АК и реактивную составляющую тока катушки I_РК.

Формулы для расчёта

I_АК= Ik^. cosφ_K; I_РК= Ik^. sinφ_K.

Примечание. В качестве φ_K взять угол сдвига фаз φ между напряжением и током катушки (табл.2 вторая строка сверху) .

Таблица 3

№ ваввварианта	1	2	3	4	5	6
F,гц	200±10 180±10 200±10 150±10 180±10 200±10 |
L*	LI	LI	LI	L2	L2	L2 I
С*	Cl-1,2,4	Cl-1,2,4	Cl-1,2,4	Cl-1,4,5	Cl-1,4, 5	Cl-1,4, 5

3.6. Исследовать влияние емкости С, включенной параллельно индуктивному потребителю, на коэффициент мощности цепи cosφ и величину тока I, потребляемого от источника питания. Для этого подключить параллельно катушке индуктивности батарею конденсаторов С* (рис. 3). Переключатель батареи конденсаторов установить в первую заданную позицию С* =C1-1 (табл. 3)

3.7. После проверки схемы преподавателем включить источник питания ЕЗ. Установить напряжение источника 7 В с частотой, указанной в таблице вариантов (табл. 3) и измерить величины, указанные в табл. 2. Последовательно устанавливая переключатель батареи конденсаторов в следующие заданные позиции (C2*, C3*табл. 3), измерить величины, указанные в табл. 2.

Установить частоту входного напряжения, при которой угол сдвига фаз между входным напряжением U и током I будет равен нулю (резонанс токов). При необходимости изменить величину емкости батареи конденсаторов. Произвести измерения указанных в табл. 2 величин.

8. Отключить ветвь с конденсатором (убрать проводник ,соединяющий амперметр РА2 с конденсатором С *) и на резонансной частоте снять показания приборов для цепи с катушкой L*.

9. По опытным данным построить в масштабе векторные диаграммы для каждого опыта, определив для каждого случая по векторной диаграмме характер электрической цепи и коэффициент мощности цепи cos φ. Вектор тока I_K целесообразно откладывать по проекциям I_АК и I_РК.

8. Сделать выводы

- о влиянии параллельно включенных потребителей друг на друга;

- о влиянии конденсатора, подключенного параллельно индуктивному потребителю, на величину тока, потребляемого из сети и коэффициент мощности цепи;

- о применении 1-го закона Кирхгофа в цепях переменного тока;

4. Содержание отчета

а) наименование работы и цель работы;

б) схемы экспериментов и таблица полученных результатов;

в) векторные диаграммы для всех проведенных опытов;

г) выводы по работе.

5. Контрольные вопросы

1. Как при параллельном включении потребителей определить величину тока, потребляемого из сети?

2. С какой целью повышают коэффициент мощности цепи?

3. Как можно определить коэффициент мощности цепи?

4. Как изменятся величина тока, потребляемого из сети, и активная мощность цепи, если параллельно активно-индуктивному потребителю включить конденсатор?

5. Почему уменьшается ток, потребляемый из сети, при подключении параллельно индуктивной катушке конденсатора?

6. Как применяется 1-й закон Кирхгофа в цепях переменного тока?

6. Как построить векторную диаграмму цепи, которая содержит параллельно включенные индуктивную катушку и конденсатор?

6. Что такое «резонанс токов»? При каком условии он возникает?

9.Определить показания амперметра (рис. 4), если Ом;мГн;Гц;В.

Рис. 4

10. Амперметры (рис. 5) соответственно показывают: А;А. Каково будет показание амперметра, включенного в ветвь с источником электрической энергии, если в цепи имеет место резонанс токов? Построить векторную диаграмму.

11. Какой элемент нужно включить в цепь (рис. 6) и какой величины должно быть его сопротивление, чтобы цепь носила чисто активный характер, если Ом;Ом?

Рис. 5

Рис.6

12. Записать формулу для определения емкости конденсаторной батареи, подключаемой параллельно к активно-индуктивной нагрузке с активной мощностью и коэффициентом мощностис целью повышения коэффициента мощности до значения. Напряжение переменного тока -и частота тока -.

Рис. 7

14. Коэффициент мощности установки (рис. 7), содержащей и, равен. Напряжение сетиВ, ток установкиА, частотаГц. Определить емкостьбатареи конденсаторов для повышения коэффициента мощности установки до.

Работа № 5. ТРЕХФАЗНАЯ ЦЕПЬ ПРИ СОЕДИНЕНИИ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ПО СХЕМЕ «ЗВЕЗДА»

1. Цель работы. Ознакомиться с трехфазными системами, измерением фазных и линейных токов и напряжений. Проверить основные соотношения между токами и напряжениями симметричного и несимметричного трехфазного потребителя. Выяснить роль нейтрального провода в четырехпроводной трехфазной системе. Научиться строить векторные диаграммы напряжений и токов.

2. Предварительное домашнее задание

1. Изучить тему «Трехфазные электрические цепи при соединении по схеме звезда»,- содержание данной лабораторной работы и быть готовым ответить на все контрольные вопросы к ней. /Л1, с. 123-136; конспект лекционного курса/.

2.2. Начертить принципиальные схемы исследуемых цепей исследуемых цепей с включенными измерительными приборами.

3. Порядок выполнения работы

3.1. Ознакомиться с лабораторной установкой.

3.2. Включить электропитание стенда. Включить трехфазный источник питания Е4 и измерить стрелочным вольтметром линейные и фазные напряжения источника питания на холостом ходу. Результаты измерений занести в табл. 1. Выключить источник электропитания. Проверить соотношение между линейными и фазными напряжениями источника питания.

Таблица 1

Измерено на клеммах источника питания

Вычислено

Линейные напряжения

Фазные напряжения

UAB,B

UBC,B

UCa,B

UA,B

UВ,B

UC,B

UЛср,B

UФср,B

UЛср / UФср

3.3. Исследовать различные режимы работы трехфазной цепи при наличии и отсутствии нейтрального провода, а также влияние нейтрального провода и обрыва линейного провода заданной фазы (табл.2) на режим работы цепи. Режимы работы задавать в соответствии с табл.2 (столбец «режим»), руководствуясь указанными в нём пунктами .

Для этого включить электропитание стенда, источник трехфазного напряжения Е4 и измерять линейные токи I_А, Iв, Iс и ток в нейтральном проводе I_N, фазные напряжения источника U_A, U_B, Uc, фазные напряжения на потребителях

U_а, U_b, U_c и напряжение смещения нейтрали U_nN Напряжения измерять, подключая выводы вольтметра к соответствующим клеммам.

Результаты измерений занести в табл. 2. После проведения замеров выключить источник питания Е4.

Таблица 2

Режим нагрузки

Токи, мА

Напряжения, В |

Iа, мА

Iв, мА

Iс, мА

IN, мА

Фазные напряжения источника, В

Фазные напряжения потребителей, В

UA

UB

UC

Ua

Ub

Uc

UnN

Четырехпроводная цепь,нагрузка симметричная (п.3.4)

Обрыв линейного провода в четырехпроводной симметричной цепи

Трехпроводная цепь, нагрузка симметричная

Обрыв линейного провода в трехпроводной симметричной цепи

Четырехпроводная цепь, нагрузка несимметричная однородная (п.3.5)

Трехпроводная цепь, нагрузка несимметричная однородная

Обрыв линейного провода в трехпроводной несимметричной цепи

Четырехпроводная цепь, нагрузка несимметричная неоднородная (п.3.6)

Трехпроводная цепь, нагрузка несимметричная неоднородная

3.4. Собрать симметричную четырехпроводную трехфазную электрическую цепь (рис. 1). В качестве амперметров использовать цифровые приборы в режиме измерения переменного тока (тумблер режима работы приборов в позиции «~»). В качестве потребителей R_А, R_В, R_С использовать резисторы R17, R18, R19, установив соответствующие тумблеры в позицию «1». Представить схему для проверки преподавателю.

					Таблица 3
№ варианта	1	2	3	4	5	6
Ra	R18	R18	R18	R18	R18	R18
Rb	R17-2	R17-2	R17-3	R17-1	R17-2	R17-3
Rс	R19-1	R19-2	R19-2	R19-2	R19-3	R19-3
Обрыв провода	A	В	С	А	В	С |

3.5. Исследовать режимы работы несимметричной трехфазной цепи с активной нагрузкой при наличии и отсутствии нейтрального провода, а также влияние нейтрального провода и обрыва линейного провода заданной фазы на режим работы цепи. Для этого установить параметры цепи в соответствии с заданным вариантом (табл. 3), включить электропитание стенда, источник трехфазного напряжения Е4 и измерить токи, фазные напряжения источника, фазные напряжения на потребителях и напряжение смещения нейтрали U_nN. Результаты измерений занести в табл. 2. Выключить источник питания Е4.

3.6. Исследовать режимы работы несимметричной четырех проводной и трех проводной цепи при неоднородной нагрузке, Для этого подключить в фазе «А» вместо резистора конденсатор СЗ, установить переключатели резисторов R17 и R19 b позицию «1», включить источник питания Е4. Результаты измерений занести в табл. 2. Выключить источник питания Е4.

3.7. Исследовать влияние сопротивления линии передачи на режим работы трехфазной цепи. Для этого включить последовательно в каждую фазу дополнительные резисторы R14, R15, R16, установить симметричную нагрузку, включить электропитание и измерить напряжения и токи. Результаты измерений занести в табл. 4.

						Таблица 4
UA, В	UB, В	Uc, В	Ua, В	Ub, В	Uc, В	IA, мА	Iв, мА	Ic, мА	IN, мА

8. По результатам измерений вычислить :

- cреднее значение линейных напряженийU_{Л ср}источника питания;

• среднее значение фазных напряжений U_{Ф ср} источника питания;

• отношение U_{Л ср}/U_{ф ср};

• среднее значение тока при симметричной нагрузке Iф ср,.

Для всех проведенных опытов методом засечек построить в масштабе векторные диаграммы.

Построение векторных диаграмм необходимо производить с использованием масштабов по напряжению и по току .

Порядок построения:

• находятся длины векторов напряжений и токов посредством деления величин линейных напряжений, фазных напряжений, фазных токов соответственно на масштаб напряжения и масштаб тока;

• строится равносторонний треугольник линейных напряжений ,,источника, который одновременно является треугольником линейных напряжений,,приемника. В качестве сторон треугольника взятьU_Лсриз таблицы1.

• находится центр тяжести треугольника линейных напряжений, который на векторной диаграмме определяет место нейтрали N источника;

• строится трехлучевая "звезда" фазных напряжений ,,источника посредством соединения центра тяжести треугольника линейных напряжений с его вершинами;

Примечание: указанные выше построения являются общими и выполняются для всех исследованных режимов работы.

• определяется местоположение нейтрали n приемника. Для этого из вершин A, B, C треугольника линейных напряжений радиусами, равными соответственно длинам векторов фазных напряжений ,,приемника, делаются засечки. Точка пересечения засечек определяет местоположение нейтралиn приемника;

• строятся векторы фазных напряжений ,,приемника посредством соединения нейтралиn приемника с вершинами A, B, C треугольника линейных напряжений;

• из нейтрали n приемника по направлению векторов фазных напряжений ,,проводятся векторы токов фаз,,приемника;

• осуществляется проверка правильности результатов проведенных лабораторных исследований и тщательности построения векторных диаграмм. При отсутствии нейтрального провода, т.е. в трехфазной трехпроводной системе, независимо от режима ее работы, геометрическая сумма токов фаз должна быть равна нулю, а вектор напряжения, соединяющий нейтраль приемникаn и нейтраль источника N, должен получиться такой длины, чтобы при умножении ее на масштаб напряжения получилось значение, равное указанному в табл. 13 для данного режима работы.

При наличии нейтрального провода, т.е. в трехфазной четырехпроводной системе, длина вектора напряжения равняется нулю и нейтрали приемника и источника совпадают и располагаются в центре тяжести треугольника линейных напряжений, а длина вектора, равного геометрической сумме векторов токов фаз, будучи умноженной на масштаб тока, должна дать величину, равную току, указанному в табл. 2 для данного режима работы.

3.9.Сравнить режимы работы и сделать вывод о влиянии нейтральногопровода на работу трехфазной системы при симметричной и несимметричной нагрузке.

4. Содержание отчета

Отчет по работе должен содержать:

а) наименование работы и цель работы;

б) схему эксперимента с включенными измерительными приборами;

в) таблицы с результатами эксперимента;

г) векторные диаграммы для всех проведенных опытов;

д) вывод о роли нейтрального провода в трехфазной цепи при соединении потребителя по схеме звезда;

е) вывод о влиянии сопротивления линии передачи на работу трехфазной цепи.

5. Контрольные вопросы

1. Какое соединение называется звездой?

2. Каково соотношение между фазным и линейным напряжениями трехфазного источника питания при соединении его обмоток по схеме звезда?

3. Какое соотношение между фазными и линейными токами при соединении в звезду?

4. Как определить величину тока в нейтральном проводе, если известны токи потребителя?

5. Для чего применяют нейтральный провод?

6. К каким зажимам следует подключить вольтметр, чтобы измерить фазное и линейное напряжение?

7. Какая трехфазная нагрузка называется симметричной?

Почему при несимметричной нагрузке обрыв нейтрального провода является аварийным режимом?

8.Дать определение трехфазной электрической цепи.

9. Из каких элементов состоит реальная электрическая цепь трехфазного переменного напряжения?

10. Как устроен источник электрической энергии трехфазного переменного напряжения?

11. Каковы способы изображения трехфазной симметричной системы ЭДС, напряжений, токов?

12. Каковы способы соединения фаз трехфазных источников электрической энергии?

13. Какое напряжение называется фазным, какое линейным? Каково соотношение между линейным и фазным напряжениями источника при соединении его фаз в "звезду"?

14. Какой источник электрической энергии трехфазного переменного напряжения называется симметричным?

15. Какой трехфазный приемник электрической энергии называется симметричным, какой несимметричным?

16. Для питания каких приемников электрической энергии используются трехпроводные и четырехпроводные линии?

17. В каком режиме работы трехфазной четырехпроводной системы ток по нейтральному проводу не проходит и почему?

18. В каких режимах работы трехфазной системы возникает необходимость в использовании нейтрального провода?

19. Почему в цепь нейтрального провода не устанавливается предохранитель?

20. Построить векторную диаграмму напряжений и токов для симметричного трехфазного приемника, в фазы которого включены только емкостные сопротивления.

21. Построить векторную диаграмму напряжений и токов для симметричного трехфазного приемника, в фазы которого включены индуктивные сопротивления.

22. В фазе c-zсимметричного трехфазного приемника, питаемого по трехпроводной линии, произошел обрыв. Как изменятся напряжения на фазахa-x,b-yпо сравнению с нормальным режимом их работы?

Работа № 6. ТРЕХФАЗНАЯ ЦЕПЬ ПРИ СОЕДИНЕНИИ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ПО СХЕМЕ «ТРЕУГОЛЬНИК»

1. Цель работы

Исследовать особенности работы трехфазной цепи при соединении симметричного и несимметричного потребителей треугольником, усвоить построение векторных диаграмм по результатам эксперимента.

2. Предварительное домашнее задание

1. Изучить тему «Трехфазные электрические цепи при соединении по схеме треугольник», содержание данной лабораторной работы и быть готовым ответить на все контрольные вопросы к ней. /Л1, с. 138-144; конспект лекционного курса/.

2.2. Начертить принципиальные схемы исследуемых цепей исследуемых цепей с включенными измерительными приборами.

3. Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с лабораторной установкой.

1. Включить модуль питания стенда и источник трехфазного напряжения Е4. Измерить линейные напряжения источника питания на холостом ходу. Результаты измерений занести в табл. 1. Выключить электропитание. Вычислить среднее значение линейного напряжения U_{Л ср}.

		Таблица 1
Uab,B	Uвс,B	Uca,B	UЛср,В

3.3. В соответствии с рис. 1. собрать схему трехфазной цепи при соединении потребителей в треугольник. Установить симметричную нагрузку. Для этого установить тумблеры сопротивлений R20 и R21 в позицию «1». Предъявить схему для проверки

3.4. Включить электропитание и источник трехфазного напряжения. Измерить фазные токи I_АВ, Iвс, Iса и линейный ток I_А, а также напряжения на потребителях. Результаты занести в табл. 2. Выключить электропитание.

5. Разомкнуть линейный провод фазы «В» (убрать проводник) и измерить фазные токи I_АВ, Iвс, Iса и линейный ток I_А, а также напряжения на потребителях. Результаты занести в табл. 2.

6. Выключить нагрузку в фазе потребителя «СА», убрав проводник, и провести измерения. Результаты занести в табл. 2.

7. Разомкнуть линейный провод фазы «В» и нагрузку в фазе потребителя «СА». Измерить фазные токи I_АВ, Iвс, Iса и линейный ток I_А, а также напряжения на потребителях. Результаты занести в табл. 2.

Таблица 2

Режим нагрузки	Ток нагрузки, мА							Напряжение на потребителях, В i
	Iа	Iв	Iс	Iab	Ibc	Ica	Uab		Ubc	Uca
Симметричная нагрузка
Обрыв линейного провода «В»
Обрыв фазы потребителя «СА»
Обрыв фазы потребителя «СА» и обрыв линейного провода «В»
Несимметричная нагрузка
Симметричная нагрузка с учётом сопротивления проводов ЛЭП

3.8. Установить в соответствии с заданным вариантом несимметричную нагрузку (табл. 3) и включив электропитание, провести измерения токов и напряжений.

						Таблица 3
	№ варианта	1	2	3	4	5	6
	RAB	R21-2	R21-2	R21-3	R21-3	R21-1	R21-3
	rbc	R22	R22	R22	R22	R22	R22
	RCA	R20-2	R20-3	R20-2	R20-3	R20-2	R20-1

3.9. Исследовать влияние сопротивления линии передачи на режим работы трехфазного потребителя. Для этого включить последовательно в каждую фазу источника питания дополнительные резисторы R14, R15, R16, установить симметричную нагрузку. Включить электропитание и измерить напряжения и токи. Результаты измерений занести в табл. 2. Выключить источник питания Е4.

10. Для всех опытов построить в масштабе векторные диаграммы.

На основании данных табл. 2 произвести построение векторных диаграмм напряжений и токов. Построение выполнить с использованием масштабов по напряжению и по току . Порядок построения:

• находятся длины векторов напряжений, фазных и линейных токов посредством деления величин напряжений и токов, указанных в табл. 2, соответственно на масштаб напряжения и масштаб тока;

• строится равносторонний треугольник напряжений фаз (в опыте с обрывом линейного провода треугольник вырождается в три вектора, располагаемых на одной прямой);

• по направлению векторов напряжений фаз откладываются векторы соответствующих токов фаз;

строятся векторы токов в проводах линии электропередачи в соответствии с выражениями:

A = ab - са ; в ⁼ вс ^- ab ; c = ca - вс ;

10. По векторным диаграммам определить для исследованных режимов линейные токи I_в и I_с.

11. Сравнить значения линейных и фазных токов при соединении потребителя в треугольник для исследованных режимов.

3.13. Проанализировать влияние обрывов линейного и фазного проводов на режимы работы потребителей.

4. Содержание отчета

Отчет по работе должен содержать:

а) наименование работы и цель работы;

б) схему эксперимента с включенными измерительными приборами;

в) таблицы с результатами эксперимента;

г) векторные диаграммы для всех проведенных опытов;

д) выводы по работе.

5. Контрольные вопросы

1. Каким образом три однофазных потребителя соединяют в треугольник?

1. Куда следует подключать вольтметр, чтобы измерить фазное и линейное напряжения трехфазного потребителя?

3. В каком соотношении находятся фазные и линейные напряжения симметричного потребителя, соединенного в треугольник?

4. Какое соотношение между фазными и линейными токами симметричного потребителя, соединенного в треугольник?

5.Всегда ли справедливы при соединении в треугольник соотношения

A = ab - са в ⁼ вс ^- ab c = ca - вс

6.Всегда ли при соединении в треугольник справедливо соотношение

_А + в+с = 0?

7. Как отразится отключение одной фазы потребителя на режим работы других фаз и на режим работы всей трехфазной цепи, соединенной в треугольник?

8. Как повлияет обрыв линейного провода на режим работы потребителей при их соединении по схеме треугольник?

9. В чем заключается отличие соединения фаз потребителя по схеме "треугольник" от соединения фаз по схеме "звезда"?

10. В каком соотношении находятся фазные и линейные напряжения при соединении фаз потребителя электрической энергии по схеме "треугольник"?

11. В каком случае отношение справедливо? В каком случае несправедливо?

12. По каким выражениям рассчитываются токи в проводах линии электропередачи при несимметричном режиме работы трехфазной цепи, в которой фазы потребителя соединены по схеме "треугольник"?

13. В фазе a-xсимметричного трехфазного приемника активной энергии произошел обрыв. Как изменятся токи в фазах приемника и в проводах линии электропередачи в возникшем при этом несимметричном режиме по сравнению с симметричным режимом, имевшем место до обрыва? Построить векторную диаграмму для несимметричного режима.

14. В симметричной трехфазной цепи, в которой фазы потребителя соединены по схеме "треугольник", произошел обрыв провода Bлинии электропередачи. Построить векторную диаграмму токов и напряжений для несимметричного режима работы трехфазной цепи. Определить, в каком соотношении находятся напряжения на фазахa-xиb-y?

15. В электрической цепи (рис. 2) Ом,Ом,Ом,Ом,Ом. Величина линейного напряженияВ. Рассчитать величины токов в фазах приемника и углы сдвига фаз между напряжениями фаз и токами фаз. Построить в масштабе векторную диаграмму, из которой определить токи в проводах линии электропередачи.

16. В электрической цепи (рис. 3) Ом,Ом,Ом. Величина линейного напряжения 380 В. Рассчитать величины токов в фазах приемника. Построить в масштабе векторную диаграмму, из которой определить токи в проводах линии электропередачи.

17. В схеме (рис. 3) произошел обрыв в фазе c-z. Используя данные, приведенные в п. 8, рассчитать токи в фазахa-z,b-yи построить в масштабе векторную диаграмму напряжений, фазных и линейных токов. Найти величину тока в линейном проводеA-a.

Рис. 2

Рис. 3