ТОЭ / методичка тоэ часть1
.pdfкомплексное сопротивление R - С - цепи?
6.2. Считая катушку чисто реактивной, составьте уравнение по второму закону Кирхгофа для последовательной R – L- цепи в дифференциальной и комплексной формах. Что такое комплексное сопротивление R-L- цепи?
6.3. Объясните порядок построения векторных диаграмм напряжений R-C- P -L- цепей по показаниям приборов.
6.4. Объясните порядок построения векторно-топографичсекой диаграммы неразветвленной R - L - С-цепи по показаниям приборов.
6.5. Пользуясь векторно-топографической диаграммой R- L-С- це-пи, определить действующие значения напряжений U14, U24 и их на-чальные фазы, считая начальную фазу тока ^. = 0 , Написать законы изменения их мгновенных значений.
6.6.Как с помощью векторной диаграммы напряжений рассчитать параметры последовательной схемы замещения пассивного двухполюсника?
6.7.Объясните порядок построения векторной диаграммы напряжений последовательной цепи /рис. 4/ по показаниям приборов.
[I, с. I06-I27, I33-I42].
РАБОТА №5
ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗВИТВЛЕННОЙ ЦЕПИ 0ДНОФАЗНОГ0 СИНУСОИДОЛЬНОГО ТОКА
1. Цель работы Закрепить навыки работы о измерительными приборами при синусои-
дальном напряжении; изучить основные закономерности, присущие разветвленным цепям
однофазного синусоидального тока; экспериментально исследовать разветвленные цепи однофазного сину-
соидального тока; овладеть приемами построения векторных и топографических диаграмм
разветвленных цепей однофазного синусоидального тока; сравнить экспериментальные данные и результаты расчета развет-вленных
цепей однофазного синусоидального тока.
2.Краткие пояснения к работе
Вданной работе в качестве источника питания используется гене-ратор синусоидального напряжения. Частота изменения напряжения и его действующее значение определяются в соответствии с номером бригады. В качестве элементов цепи используются наборные резисторы, катушки индуктивности и конденсаторы. Для измерения напряжений и токов применяются приборы Щ-4300 в режиме миллиамперметра и вольтметра при синусоидальном напряжениииспользуются наборные резисторы, катушки индуктивности и конденсаторы. Для измерения напряжений и токов приме-няются приборы Щ-4300 в режиме миллиамперметра и вольтметра при синусоидальном напряжении.
3.Подготовка к работе
3.1.Изучить разделы курса ТОЭ, относяциеся к разветвленным цепям однофазного синусоидального тока.
3.2. Для параллельной R - С - цепи /рис. I/, считая заданными U, f, R |
|
и C, рассчитать Х с, активную, реактивную, модуль полной |
|
проводимости, токи и cos . Номера наборных резистора и конденсатора, |
|
U и f выбираются по табл. 1 в соответствии с номером бригады. |
|
Результаты расчета записать в соответствующие графы табл. 2. |
|
3.3. Для цепи, состоящей из параллельно соединенных резистора R и |
|
катушки индуктивности ( RK, IК), считая заданными U, |
f, RK, |
L K , R рассчитать проводимости, токи и фазовый сдвиг |
общего тока |
относительно напряжения. Исходные данные для расчета берут из табл. 3 в зависимости от номера бригады. Результаты расчета записать в соответствующие графы табл. 4.
3.4. Для цепи, состоящей из параллельно соединенных катушки (RK ,LK) и R - С- ветви, рассчитать проводимости и токи. Исходные данные для расчета взять по табл. 5 в соответствии с номером бригады. Результаты расчета внести в соответствующие графы табл. 6.
Для всех трех цепей построить треугольники токов и проводимостей.
4.Рабочее задание
4.1.Собрать параллельную R-С- цепь /рис. 1/, предусмотрев возможность изменения напряжения и всех токов. Наборные элементы взять по табл. 1.
4.2. Установить заданные значения частоты f и напряжения и
источника питания /по табл. 1/, измерить напряжение и токи , указанные на |
|
схеме,- U, I , I1 , I2 ; |
эаписать в соответствующие графы табл. 2. |
4.3. Собрать схему рис. 2 и измерить электрические величины, указанные в табл. 4 - графы "измерено". Номера наборных элементов -по табл. 3.
4.4. Собрать схему рис. 3 и измерить электрические величины, указанные
в табл. б - графы "измерено". Номера наборных элементов по табл. 5.
4.5. Собрать охему рис. 4 U, f и номера наборных элементов - по табл. 7. Измерить токи и указанные в табл. 8 напряжения, кроме U 34.
4.6. Поменять местами R2 и С2 и измерить напряжение между точками 3 и 4 (U34 ) и записать его величину в табл. 8.
Таблица 1
№ |
U |
f |
R |
С |
бри |
|
|
|
|
B |
кГц |
№ж |
№ |
|
|
|
|
|
|
1 . |
13 |
1 |
05 |
13 |
|
|
|
|
|
2 |
12 |
2 |
05 |
13 |
|
|
|
|
|
3 |
10 |
4 |
02 |
14 |
|
|
|
|
|
4 |
10 |
2 |
02 |
17 |
|
|
|
|
|
5 |
12 |
1 |
04 |
19 |
|
|
|
|
|
6 |
15 |
1 |
06 |
15 |
|
|
|
|
|
Таблица 2
Задано |
|
|
Рассчитано |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
U |
f |
С |
R |
Хс |
I |
I1 |
I2 |
|
g1 |
|
Вс2 |
y |
cos |
у |
||
В |
кГц |
мкФ |
Ом |
Ом |
мА |
мА |
мА |
|
См |
|
См |
См |
|
гра |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Измерено |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Эассмитано |
|
|
||||
U |
I |
I1 |
I2 |
R |
|
R |
|
Хс |
|
g1 |
Вс2 |
y |
cos |
у |
||
В |
мА |
мА |
мА |
0м |
|
0м |
|
Ом |
См |
См. |
Си |
|
гра |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 3
бриг. |
U |
f |
R |
Zk |
№ |
|
|
|
|
B |
кГц |
№ж |
№ |
|
1 |
13 |
1 |
05 |
28 |
2 |
12 |
2 |
05 |
27 |
3 |
10 |
Ч |
02 |
21 |
ч |
10 |
2 |
02 |
24 |
5 |
12 |
1 |
04 |
29 |
6 |
15 |
1 |
06 |
29 |
|
|
|
|
|
Таблица 5
№ |
U |
f |
R |
С |
Z |
бри |
В |
кГц |
№ |
№ |
№ |
1 |
15 |
1 |
05 |
13 |
28 |
2 |
12 |
2 |
05 |
13 |
27 |
3 |
10 |
4 |
02 |
14 |
21 |
4 |
10 |
2 |
02 |
17 |
24 |
5 |
12 |
1 |
04 |
19 |
29 |
6 |
15 |
1 |
06 |
15 |
29 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблицу 7 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
№ |
U |
f |
|
Z1 |
R2 |
C2 |
R3 |
Z3 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
бри |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
В |
кГ |
№ |
№ |
№ |
№ |
№ |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
гад |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
9 |
1 |
|
27 |
05 |
|
|
13 |
О6 |
28 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
12 |
2 |
|
26 |
05 |
|
|
13 |
06 |
27 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
46 |
Ч |
|
20 |
02 |
|
|
14 |
03 |
24 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
8 |
2 |
|
22 |
02 |
|
|
19 |
04 |
24 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
8 |
2 |
|
25 |
оч |
|
19 |
06 |
29 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
12 |
1 |
|
26 |
06 |
|
|
15 |
07 |
29 |
||
|
|
Рис.4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 8 |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U15 |
I1 |
I2 |
I3 |
U35 |
U23 |
U24 |
U25 |
|
U45 |
U12 |
|
U34 |
|
U’34 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В |
мА |
мА |
мА |
В |
В |
В |
B |
|
B |
|
|
В |
B |
|
B |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5. Обработка результатов исследований |
|
|||
5. 1. По результатам измерений для параллельной |
R - С -. цепи /табл. |
|||
2/ рассчитать сопротивления и проводимости ветвей и всей цепи и c o s |
||||
цепи. Результаты расчета записать в граф! "рассчитано" табл. 2. Построить |
||||
также в масштабе векторную диаграмму цепи. |
|
|
||
5.2. Для цепи, состоящей из параллельного соединения катушки и |
||||
резистора /рис. 2/, по результатам измерений /табл. 4/ рассчитать |
||||
проводимости ветвей, проводимости цепи, активную и реактивную состав |
||||
ляющие общего тока и его фазовый сдвиг |
относительно напряжения. |
|||
Построить в масштабе векторную диаграмму цепи. |
|
|
||
5.3. Для цепи, |
состоящей из параллельного соединения |
катушки и |
||
R-C- ветви /рис. |
3/, по результатам |
измерений |
/табл. б/ |
рассчитать |
проводимости цепи и ветвей и фазовый сдвиг |
общего тока по |
||||
отношению к напряжению. Построить в масштабе векторную диаграмму |
|||||
цепи. При построении векторных диаграмм по п. 5.2 и п. 5.3 катушку |
|||||
считать идеальной. |
|
|
|
|
|
|
5.4. Для разветвленной цепи /рис. 4/ по результатам измерений /табл. 8/ |
||||
построить векторно-топографическую диаграмму цепи. С помощью |
|||||
топографической диаграммы определить действующее значение напряжения |
|||||
U. |
5.5. Построить векторно-топографическую диаграмму разветвленной цепи |
||||
/рис-4/, в которой вместо |
R2 |
включен конденсатор |
С, |
а вместо С2 - |
|
R2. По диаграмме определить напряжение между точками |
. 3-4-U. |
||||
|
|
6. Контрольные вопросы |
|
|
|
|
6.1. Для параллельной |
R-С - цепи /рис. I/ написать выражение по |
|||
первому закону Кирхгофа в комплексной форме. Выразить токи в каждой из |
|||||
ветвей по закону Ома в комплексной форме. Как вы понимаете комп- |
|||||
лексную проводимость цепи, активную и реактивную проводимости? |
|||||
|
6.2. Для цепи /рис. 2/ написать выражение по первому закону Кирхгофа |
||||
в комплексной форме. Ток в каждой ветви выразить по закону Ома |
|||||
в комплексной форме. Что собой представляют комплексная, активная и |
|||||
реактивная проводимости катушки, а .также вcей цепи? |
|
|
|||
|
6.3. Получить выражение |
для комплексной, активной и реактивной |
|||
проводимостей каждой ветви и всей цепи, схема которой изображена на |
|||||
рис. 3. |
|
|
|
|
|
6.4.Объясните построение векторной диаграммы токов по показаниям приборов для |
|||||
любой /по заданию преподавателя/ из исследованных цепей. Как строится треугольник токов и |
|||||
проводимостей цепи. |
|
|
|
|
|
6.5.Объясните построение векторно-топографической диаграммы сложной электрической |
|||||
цепи /рис. 4/ по показаниям приборов. С помощью топографической диаграммы объясните |
|||||
различие действующих значений |
|
|
|
|
|
U34 |
и U'34. |
|
|
|
|
|
б.6. Каково различие между векторной диаграммой напряжений и топографической |
||||
диаграммой электрической цепи? |
|
|
|
|
|
[I, с. 127, I5I-I59].
работа № 6
ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЗОНАНСНЫХ ЯВЛЕНИЙВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ
I. Цель работы
Изучить резонансные явления в электрических цепях при последовательном и параллельном соединении катушки и конденсатора;
изучить частотные характеристики контуров;
освоить различные способы настройки в резонанc последовательных и параллельных контуров;
cравнить результаты экспериментальных исследований и расчетов последовательных и параллельных контуров.
2.Краткие пояснения к работе
Вкачестве источника питания в работе используется генератор cинусовдального напряжения. Частота изменения напряжения генератора может изменяться в пределах от 1 до 8 кГц либо в зависимости от задания оставаться постоянной. Действующее значение напряжения генератора в каждом опыте определяется в соответствии с номером бригады. В качестве элементов цепей используются как наборные элементы, так и магазины емкостей и индуктивностей.
Измерительные приборы: авометры Щ-4300.
Работа состоит из двух частей, каждая из которых рассчитана на 2 часа. В
первой части исследуется последовательный контур, во второй - параллельный
3. Подготовка к работе
3.1. Изучить разделы курса ТОЭ, относящиеся к резонансным явлениям в |
|||||||||||||
неразветвленных и разветвленных электрических цепях. |
|
|
|
||||||||||
3.2. Для последовательной R -L-С - цепи /рис. 1/ привести выражения для |
|||||||||||||
определения резонансной угловой частоты |
характеристического |
|
|||||||||||
сопротивления |
и добротности контура при резонансе Q, а также |
|
|||||||||||
действующих значений тока и напряжений на элементах цепи. Рассчитать |
|||||||||||||
эти величины при частотах, указанных в табл. 2а. Расчет выполнить для двух |
|||||||||||||
случаев: при наличии резиcтора R ( R = 0) |
|
и его отсутствии (R =0) . |
|
||||||||||
Данные для расчета взять из табл. I в соответствии с номером бригады. В |
|
||||||||||||
табл. 1 указано два значения напряжения на входе цепи: 12 В - при наличии |
|||||||||||||
резистора R |
и 4...6 В - при его отсутствии. По результатам расчетов на двух |
||||||||||||
графиках построить /качественно/ частотные характеристики I, UK, Uс(w) |
|||||||||||||
последовательного контура при низкой (R = 0) и высокой (R =0) доброт- |
|
||||||||||||
ности. |
Для цепи рис. 2 при неизменных значениях U,f, R, RK, LK написать и на одном графике построить |
||||||||||||
3.3. |
|||||||||||||
зависимости I, UR ,UK,Uсот Xc. Исходные данные для расчета взять из табл. 3. Результаты расчетов свести в |
|||||||||||||
табл. 4а. |
Ддя параллельного L- С - контура /рис 3/, считая катушку идеальной, написать и построить |
||||||||||||
3.4. |
|||||||||||||
частотные характеристики I1;I2,I(w) при U = 16 В и изменении частоты от 0 до |
/8 точек c интервалом 1 |
||||||||||||
кГц/. Номер катушки и емкость конденсатора взять по табл. 1. Результаты расчетов свести в табл. 5. |
|
||||||||||||
Зависимости I1;I2,I(w) построить на одном графике. |
|
|
|
|
|
|
|||||||
3.5. |
Начертить |
схему |
|
цепи, |
cоcтоящей |
из |
параллельного |
соединения |
|||||
P-L ветви и конденсатора, для чего в первую ветвь цепи рис. 3 |
|
|
|
|
|||||||||
последовательно с ZK |
включить резистор. При неизменных значениях U и f |
рассчитать величины Хс и |
|||||||||||
С, соответствующие резонансу токов. Иоходные данные взять из табл. 7. Для 8...I0 значений С, включая С |
|||||||||||||
рез, вычислить величины, указанные в правой части табл. 8а. |
|
|
|
|
|
||||||||
3.6. |
По |
результатам |
|
расчетов |
/табл. |
8а/ |
построить |
в |
масштабе |
го- |
|||
дограф |
векторов |
тока |
I2 |
и |
I |
при изменении, |
С |
. На |
одном |
гра |
|||
фике построить также зависимости I(C) |
и cos |
(С). |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
4. Рабочее задание |
|
|
|
|
4.1. Собрать схему последовательной |
R- L -С ~ цепи. Элементы цепи в |
||||
соответствии о номером бригады взять по табл. 1. Установив заданное |
|||||
действующее значение напряжения генератора U и изменяя частоту f от |
|||||
1 до 8 кГц, измерить и записать указанные в левой части табл. 2б |
|
||||
электрические величины при R = 0 В ходе опыта следить за изменением |
|||||
напряжения |
U на входе цепи и при необходимости регулировать |
его |
|||
так, чтобы во всех опытах U |
было одинаково. |
|
|||
4.2. В схеме цепи /рис.1/ резистор |
R |
заменить закороткой и, |
|
||
установив уменьшенное /см. табл. 1, по знаменателю/ действующее значение |
|||||
напряжения при R = 0, произвести аналогичные измерения, результаты |
|||||
измерений записать в соответствующие графы табл. 2б. |
|
||||
4.3. Восстановить схему /рис. 1/, включив в качестве резистора наборный |
|||||
элемент 01, и установив напряжение генератора и частоту его изменения в |
|||||
соответствии с табл. 3, исследовать изменение тока и напряжений на |
|
||||
элементах цепи при изменении емкости конденсатора С в пределах от 0 до |
|||||
0,9 мкФ с интервалом 0,1 мкФ. Результаты измерений этих величин внести в |
|||||
соответствующие графы левой части табл. 46. |
|
||||
4.4. Собрать схему параллельного |
L - С - контура /рис. 3/. Выбрав |
||||
катушку и емкость конденсатора в соответствии с табл. 1 и установив |
|||||
заданное действующее значение напряжения генератора U снять частотные |
|||||
характеристики параллельного |
L - С - контура, изменяя частоту f |
от 1 |
|||
до 8 кГц. Измеренные значения общего тока и токов в ветвях записать в |
|||||
соответствующие графы левой части табл. 6. |
|
||||
4.5. Собрать схему, состоящую из параллельного соединения R-L- ветви |
|||||
и конденсатора /см. п. 3.5/, выбрав катушку и резистор по табл. 7, а в |
|
||||
качестве С |
включив магазин емкостей С4. Исследовать изменение |
||||
токов в ветвях цепи I1, I, и общего тока I при изменении
С от 0 до 0,9 мкФ с интервалом 0,1 мкФ. Измеренные значения токов записать в соответствующих графах левой части табл. 8б.
5. Обработка результатов исследований
Таблица 1
|
№ |
U |
Zk |
С |
R |
|
В |
№ |
мкФ |
№ |
|
|
Бриг. |
||||
|
1 |
12/4 |
20 |
0,44 |
01/0 |
|
2 |
12/6 |
21 |
0,35 |
02/0 |
|
3 |
12/5 |
22 |
0,3 |
02/0 |
|
4 |
12/5 |
23 |
0,2 |
01/0 |
|
5 |
12/6 |
24 |
0,1 |
02/0 |
|
6 |
12/6 |
25 |
0,06 |
01/0 |
|
|
|
|
|
|
|
5.1. Для последовательной R- L - С цепи |
(R=0) по результатам измерений |
|
рассчитать параметры элементов цепи и ее |
|
cos |
..Результаты расчетов записать в |
соответствующие графы правой части табл. |
|
2б. |
5.2. Аналогичные расчеты выполнить для |
этой же цепи при отсутствии резиcтора (R = |
|
0) |
результаты записать в соответствующие |
графа табл. 2.б.
Таблица 2а
Таблица 3
Бр U f R Zк С
Таблица 4а
ZK И С - ПО
табл.1 U=16В
Рис.3
Бр |
U |
f |
R |
Zк |
С |
|
В |
кГ |
№ |
№ |
мк |
||
|
||||||
1 |
14 |
3 |
|
20 |
|
|
2 |
12 |
3 |
|
21 |
|
|
3 |
12 |
3 |
01 |
22 |
0... |
|
4 |
12 |
3 |
23 |
|||
5 |
12 |
2 |
|
24 |
0,9 |
|
6 |
10 |
Ч |
|
22 |
Таблица 8а