Построение векторных диаграмм по экспериментальным данным

Векторные диаграммы строят на миллиметровой бумаге в выбранных масштабах тока m_I и напряжений m_U. Построение начинают с вектора любой электрической величины. Можно вначале построить вектор тока, выбрав для него произвольное направление, например, вдоль линии горизонта (рис. 3.20). Такое допущение принимают только один раз.

Рис. 3.20

Далее, относительно вектора тока, строят векторы напряжений на приемниках с учетом измеренного при определении параметров катушки угла сдвига фаз φ_К. Так вектор напряжения катушки Ů_К поворачивают относительно вектора тока İ против хода часовой стрелки на угол φ_К, а вектор напряжения на конденсаторе Ů_С сдвигают на 90^о по ходу часовой стрелки относительно вектора тока İ (рис. 3.20).

Складывая векторы напряжений на катушке Ů_К и конденсаторе Ů_С, получают вектор напряжения, приложенного к цепи Ů. Получившийся сдвиг вектора Ů относительно вектора тока İ (рис. 3.20) должен соответствовать углу сдвига фаз φ, измеренному с помощью фазометра в лабораторной работе.

Описание лабораторной установки

В работе используется однофазная электрическая цепь синусоидального тока (рис. 3.21). к сети, при помощи пакетного выключателя и штепсельного разъема, подключается лабораторный автотрансформатор (ЛАТр), напряжение которого регулируется ручкой, расположенной сверху на корпусе.

Приемники электрической энергии расположены на лабораторном стенде – это катушка индуктивности и блок конденсаторов.

Рис. 3.21

Приближенные значения параметров катушки - число витков катушки w=2400, индуктивность L_K=0,5 Гн, активное сопротивление R_К=50 Ом. максимальная емкость батареи конденсаторов 34,75 мкФ. Емкость блока конденсаторов можно изменять от 0,25 до 34,75 мкФ: с шагом 0,25 мкФ, 0,5 мкФ, 1 мкФ, 2 мкФ, 4 мкФ или 10 мкФ.

Истинные значения параметров катушки и блока конденсаторов определяются в результате экспериментальных исследований приемников.

Измерительные приборы: амперметр Э59 0÷1 а - 1 шт.; Э95 0÷2 а – 1 шт.; вольтметр Э59 0÷600 в - 1 шт.; цифровой вольтметр – 1 шт.; настольный фазометр электродинамической системы для измерения угла сдвига фаз между напряжением и током.

Подготовка к выполнению работы

1. По учебникам, конспекту лекций повторить разделы «Электротехники», в которых рассматривается особенности электромагнитных процессов в цепях переменного тока и режимы работы однофазных синусоидальных электрических цепей.

2. Изучить порядок проведения исследований цепей с катушкой, конденсатором и последовательным соединением этих приемников.

3. В отчете по выполнению лабораторной работы начертить электрическую схему установки для исследования; подготовить таблицы для занесения экспериментальных и расчетных данных; выписать формулы, которые позволят определить параметры катушки, конденсатора; записать условие резонанса напряжений для расчета резонансной емкости конденсатора.

Программа выполнения работы

1. Собрать цепь по схеме рис. 3.21, а, б. Установить два значения напряжения 100 и 120 В. Записать показания приборов в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Измерено				Вычислено
U,B	I, A	к, град.	cos 	zк, Ом	Rк,Ом	Xк,Ом	Lк, Гн	URк, B	UL, B
Среднее значение

Определить параметры катушки индуктивности для каждого значения напряжения и вычислить средние значения активного R_к и индуктивного X_к сопротивлений катушки, а также ее индуктивности L_к. Результаты расчета занести в табл. 3.1.

2. Произвести исследование влияния переменной емкости на свойства цепи с последовательным соединением катушки и конденсатора. Для этого:

а) собрать цепь по схеме рис. 3.21, а, в;

б) используя параметры катушки индуктивности из табл. 3.1, рассчитать величину емкости, при котором в цепи возможен режим резонанса напряжений;

в) установить на входе цепи неизменное значение напряжения 30÷60 В (по указанию преподавателя) и изменяя емкость батареи конденсаторов в пределах 6÷34,75 мкФ произвести по 3-4 измерения величин, приведенных в табл. 3.2 , до резонанса и столько же после резонанса, особо отметив точку резонанса. Результаты опытов занести в табл. 3.2.

Первым по порядку выполняется опыт в режиме резонанса напряжений. Изменяя емкость батареи конденсаторов вблизи расчетной величины C₀, подбирают такое значение емкости, при котором угол сдвига фаз, измеряемый фазометром, будет равен (φ=0) или близкий к нулю. показания приборов записывают в четвертую строку табл. 3.2.

Сравнить рассчитанное значение резонансной емкости с полученным в опыте.

3. По результатам эксперимента:

а) построить в масштабе векторные диаграммы тока и напряжений для трех режимов: X_.L<X_C; X_L=X_C; X_L>X_C;

б) начертить кривые I, U_L, U_C, φ, = f (C) при изменении емкости в пределах значений, рассчитанных в табл. 3.2.

в) начертить зависимости X_L, X_C, z от ёмкости C.

Графики выполняются на миллиметровой бумаге цветными чернилами. По осям необходимо изобразить равномерные шкалы с цифровыми делениями и обозначениями в конце шкалы или вверху единиц измерения.

Особо отметить режим резонанса, проведя пунктирной линией вертикаль через точку С₀.

г) обосновать соответствие полученных результатов законам Ома и Кирхгофа в соответствии со схемой замещения цепи и по соответствующим уравнениям.

Таблица 3.2

№ опыта

Измерено

Вычислено

U, B

C, мкФ

I, А

UК, В

UС, В

 , град.

cos 

z, Ом

R, Ом

X, Ом

XL, Ом

XC, Ом

CФ, мкФ

UR, В

UL, В

P, Вт

1 . 4 . 7