6. Лабораторная работа № 6

Применение теории двухполюсника для исследования цепей синусоидального тока

Цель работы– выработать навыки определения параметров схем замещения пассивной электрической цепи при представлении ее в виде двухполюсника (ДП). В результате проведения лабораторной работы студенты должнызнатьметоды эквивалентных преобразований электрических цепей при помощи активных и реактивных составляющих и в комплексной форме,уметьрассчитывать эквивалентные параметры различных схем замещения,приобрести навыкиизмерения параметров всей цепи как ДП. Если определение токораспределения в пассивной электрической цепи не входит в задачи анализа, то всю цепь в целое можно заменить относительно выделенных узлов (зажимов) эквивалентной цепью. Соответствующая схема замещения содержит в этом случае два пассивных элемента, соединенных последовательно либо параллельно.

Параметры эквивалентных схем, зависящие от характера и параметров элементов исходной электрической цепи и ее топологии, могут быть определены расчетом либо экспериментально.

Расчет предполагает применение методов преобразования целей синусоидального тока по заданной схеме цепи и ее параметрам. Формулы эквивалентных преобразований, использующие активные и реактивные составляющие либо комплексные значения величин, приведены в рекомендуемой литературе. При экспериментальном определении параметров схем замещения используются результаты измерений действующих значений и начальных фаз электрических величин.

В работе используются источник переменного напряжения при синусоидальной форме выходного сигнала, блоки переменных сопротивления, емкости и индуктивности, элементы наборного поля № 01–04, 22–24, 34–36.

Действующие значения токов и напряжений измеряются ампервольтметрами;

начальные фазы определяются по показаниям электронного фазометра (измерителя разности фаз); точное значение устанавливаемой частоты – частотомером.

При выполнении операций с комплексными числами и их преобразовании из одной формы в другую рекомендуется использовать ПМК по программе 1.2.5 [9].

Задачи работы– определение физических параметров элементов при заданной частоте и параметров ДП по экспериментальным данным; расчет параметров эквивалентного ДП по известной топологии и параметрам элементов цепи; реализация эквивалентных схем ДП.

Порядок и методика проведения исследований

1. По табл. 6.1 выбрать согласно варианту задания используемые в работе элементы. Измерить их параметры, руководствуясь указаниями вводной части лабораторной работы № 5 и схемой рис. 5.3. Результаты измерений тока, напряжения и сдвига фаз занести в таблицу, аналогичную табл. 5.3. По этим результатам вычислить пара метры заданных элементов.

Таблица 6.1

Варианты задания

Вариант	Элементы схем по рис. 6.1							Параметры источника
	R1	R2	R3	L1	L2	C1	C2	E, V	f, kHz
	Номер элемента наборного поля
1	01	02	03	22	23	35	34	22	3,0
2	01	03	04	22	24	34	35	20	3,5
3	01	02	03	23	24	34	36	18	2,0
4	01	03	04	22	23	34	35	22	2,8
5	01	02	03	22	23	35	34	20	3,0
6	01	03	02	22	24	35	36	18	2,5
7	01	02	03	22	23	34	35	22	2,7
8	01	03	02	23	24	34	36	20	2,0
9	01	02	03	23	24	35	36	18	2,5
0	01	03	04	22	23	35	34	22	3,0

2. Собрать на наборном поле исследуемую цепь согласно заданному варианту схемы (рис. 6.1). Установить требуемые значения ЭДС источника. Необходимую частоту задать, контролируя значение ее с помощью частотомера. Для обеспечения возможности измерения угла сдвига фаз входных тока и напряжения подключить исследуемую цепь к источнику по схеме рис. 5.4. Здесь роль исследуемого элемента выполняет заданный ДП. В качестве резистора R0 выбрать блок переменного сопротивления, установив R₀= 10 Ω.

3. Измерить ток, напряжение и разность их фаз на входе цепи. Результаты измерений занести в табл. 6.2.

Таблица 6.2

Входные величины исходной и эквивалентной схем

Измеряемые величины		U, V	I, mA	φ, …º
Исходная схема
Эквивалентная схема	последовательная
	параллельная

4. Вычислить эквивалентные параметры для последовательной и параллельной схем замещения и привести их в табл. 6.3.

Таблица 6.3

Эквивалентные параметры схем

Схема	Способ определения параметров	Ze, Ω	Re, Ω	Xe, Ω	Le(Ce)	Ye, S	Ge, S	Be, S
Исходная	Эксперимент (табл. 6.2)
	Расчет по активным и реактивным составляющим
	Расчет по комплексным сопротивлениям
Эквива-лентная последо- вательная	Расчет по экспериментальным данным (табл. 6.2)
Эквива-лентная парал- лельная	Расчет по экспериментальным данным (табл. 6.2)

Схема 1 Схема 2

Схема 3 Схема 4

Схема 5 Схема 6

Схема 7 Схема 8

Схема 9 Схема 0

Рис. 6.1. Варианты схем для исследования

5. По заданной схеме рассчитать эквивалентные относительно зажимов цепи параметры. Расчет провести, используя активные и реактивные составляющие сопротивлений и проводимостей. Повторить расчет, используя комплексную форму записи сопротивлений. Результаты занести в табл. 6.3. При значительных расхождениях с экспериментальными данными после консультации с преподавателем повторить эксперименты либо расчеты.

6. Используя блоки переменных сопротивления, емкости или индуктивности, собрать последовательную цепь замещения и установить ее параметры по табл. 6.3. Подключить источник ЭДС и резистор R0 аналогично п. 2 и измерить напряжение, ток и сдвиг фаз на входе. Результаты занести в табл. 6.2.

7. Повторить эксперимент п. 6 для параллельной цепи замещения. Результаты занести в табл. 6.2.

8. По данным пп. 6 и 7 рассчитать соответствующие эквивалентные параметры схем замещения и занести в табл. 6.3.

При значительных расхождениях с полученными ранее значениями после консультации с преподавателем скорректировать расчеты либо повторить измерения.

9. Сделать выводы по работе, обратив внимание на рациональную форму преобразований и определений эквивалентных параметров ДП.

Литература для подготовки

[11, с. 40, 42, 51, 53, 54, 64, 312; 12, с. 116,117, 122–126, 133, 134; 13, с. 91–92; 14, с. 123, 128, 131, 132, 142; 15, с.185–189, 201; 16, с. 169, 170, 173–180, 184–189, 197–202]