Исследование неразветвленных цепей при гармоническом воздействии на постоянной частоте
Цель работы: изучение соотношений между напряжением (U) и током (I) в последовательном соединении резистивного и реактивного сопротивлений при воздействии гармонического сигнала; экспериментальная проверка основных соотношений для цепей RL, RC; развитие навыков и умений студентов работать с измерительными приборами.
Домашнее задание
1 Изучить по [5.1], [5.2], [5.3] процессы, происходящие в электрической цепи, состоящей из резистивного и реактивного сопротивлений.
2 Подготовить бланк отчета с предварительным расчетом.
3 Выполнить расчет RC и RL электрических цепей.
3.1 Рассчитать входное сопротивление, ток, напряжения на резисторе и реактивном сопротивлении, определить мощность, построить векторные диаграммы напряжений
− для последовательного
соединения RC
(рисунок 5.2 а),
если Uвх=3В,
R=100Ом,
кГц,С,
нФ равно номеру записи студента в учебном
журнале.
− для последовательного
соединения RL
(рисунок 5.2 б),
если Uвх=3В,
R=100Ом,
кГц,L,
мГн равно номеру записи студента в
учебном журнале.
4 Подготовить ответы на вопросы самопроверки.
Вопросы для самопроверки
1. Запишите формулы индуктивного и емкостного сопротивлений.
2. Нарисуйте графики
зависимостей
и
.
3. Изобразите схему замещения реальной и идеальной катушки индуктивности.
4. Изобразите схему замещения реального конденсатора и конденсатора без потерь.
5. Запишите расчетные формулы для нахождения полного сопротивления RL и RC электрических цепей.
6. Дано: UL=80 В UR=60 В. Определите показание вольтметра (рисунок 5.1).
7
. Дано:U=200
В UС=160
В. Определите показание вольтметра
(рисунок 5.2).
Рисунок 5.1 – Схема Рисунок 5.2 – Схема
8 Запишите входное сопротивление RL и RC электрических цепей в комплексной форме.
9 Изобразите треугольники напряжений, сопротивлений, мощностей реальной катушки индуктивности.
10 Изобразите треугольники напряжений, сопротивлений и мощностей конденсатора с потерями.
Приборы и оборудование
1 Лабораторный стенд ЛКТЦ.
2 Соединительные провода (8 шт).
Порядок выполнения работы
1 Проверка подготовки студентов к лабораторной работе по вопросам самопроверки.
2 Подготовка лабораторной установки к работе, получение инструктажа по технике безопасности.
2.1 Ознакомление с
элементами, из которых собирают
исследуемую цепь (рисунок 5.1): блок
генератора Г3,
магазин сопротивлений Rм,
элементы СА,
LА
и
на плате
пассивных элементов, РV3
используется в качестве вольтметра и
фазометра, РV2
− в качестве вольтметра.
2.2 Собрать электрическую цепь по схеме рисунок 5.1. Пригласить преподавателя проверить собранную цепь.
Рисунок 5.1 − Схема для исследования неразветвленной цепи
2.3 Включить тумблеры "СЕТЬ", "ГЕНЕРАТОР", V2, V3 на блоке питания.
2.4 Поставить переключатели в следующее положение:
переключатель формы сигнала на Г2 поставить в положение 1 ("
"
VAR)
(до отказа, против часовой стрелки);
на Г3 предел измерения вольтметра в положение "10 В", выходное напряжение (на PV1) равно 0 (регулятор в крайнее левое положение);
на блоке стенда "V3-φ" тумблер рода работы в положение измерения "φ";
на Rм поставить значение Rм = 0.
3 Произвести исследование RC и RL электрических цепей. Для этого:
3.1 Установить на выходе Г3 напряжение 3В и поддерживать его во время опытов постоянно.
3.2 Установить на блоке Г1 рабочую частоту f = 20 кГц для RC цепи.
3.3 Измерить напряжение на резисторе Rш3 вольтметром РV2 и угол сдвига фаз между напряжением и током прибором РV3.
Примечание.
Все блоки стенда имеют общую точку
(корпусной зажим, обозначаемый знаком
"
").
Поэтому при измерении вольтметрами
(РV1,
РV2,
РV3),
размещенными на стенде, последние
показывают потенциалы точки относительно
корпуса "
".
Следовательно, в схеме, собранной соответственно по рисунку 5.1, РV2 измеряет напряжение на Rш3.
3.4 Снять показания РV2 и фазометра. Данные занести в таблицу 5.1.
3.5 Для измерения Uс следует проводник подходящий, к зажиму А (рисунок 5.1) перенести на зажим 0, а проводник с зажима 0 - на зажим А; вольтметр РV2 измеряет Uс.
3.6 Снять показания РV2. Данные занести в таблицу 5.1. Схему вернуть в исходное положение.
3.7 Выяснить влияние величины резистивного сопротивления на угол сдвига фаз между напряжением и током на входе цепи. Проверить включен ли в схему (рисунок 5.1) переменный резистор Rм (показан пунктиром).
3.8 Изменять сопротивление резистора Rм согласно таблице 5.2 и записать показания фазометра.
3.9 Вместо конденсатора СА включить индуктивность LА (исследование RL-цепи). Установить на Г1 рабочую частоту 1 кГц.
3.10 Повторить пункты 6.3.3 − 6.3.6.
Таблица 5.1 – Расчетные и экспериментальные данные
|
Величина |
Uвх,В |
I, A |
UR,B |
UС, или UL ,B |
φ, град |
S, BA |
P,Вт |
Q,ваp |
Z,Oм |
ХС, или ХLОм |
|
RС-цепь |
3,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
RL-цепь |
3,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 5.2 – Таблица измерения "φ"
|
Rм, Ом |
0 |
20 |
80 |
320 |
640 |
1280 |
2560 |
5120 |
|
RС-цепь/ φ, град |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
RL-цепь/ φ, град |
|
|
|
|
|
|
|
|
Содержание отчета
1 Наименование и цель работы.
2 Расчет домашнего задания (п.3.3).
3 Схема проведения опытов.
4 Графики φ (R).
5 Выводы по работе.
6 Ответы на контрольные вопросы.
Контрольные вопросы
1 Запишите формулы активной, реактивной и полной мощностей RL и RC электрических цепей
2 На какую мощность влияет коэффициент мощности cos φ?
3 Поясните физический смысл активной, реактивной и полной мощностей.
4 В каких единицах измеряются активная, реактивная и полная мощности?
5 Запишите формулу комплексной мощности.
6 Как, определив мощность в комплексной форме, записать активную, реактивную и полную мощности?
7 Запишите формулы для расчета коэффициента мощности RL и RC электрических цепей.
8 Как сдвинуты по фазе напряжение и ток в RL и RC электрических цепях?
Краткие теоретические сведения
|
Входное сопротивление | |
|
Цепь RC
|
Цепь RL
|
|
Рисунок 5.2 – Расчетные цепи | |
|
|
|
|
Векторные диаграммы | |
|
|
|
где
где
модуль
входного сопротивления цепи, а
)
где
где
– модуль
входного сопротивления цепи, а
Закон Ома
– для действующих
значений напряжения и тока :
(6)
– для значений
напряжения амплитудных и тока:
(7)
Напряжение на элементах цепи
UR = I·R UR = I·R (8)
UC = I·XC UL = I·XL (9)
Мощности рассчитываются по формулам
|
активная
|
реактивная QL = I2XL (вар) QC = I2XC (вар) |
полная
|
Литература
5.1 Добротворский, И.Н. Теория электрических цепей./ И.Н. Добротворский. – М.: Радио и связь, 1989. – / с.165…171.
Агасьян, М.В., Орлов, Е.А. Электротехника и электрические измерения./ Агасьян М.В., Орлов Е.А. – М.: − Радио и связь, 1983, – /с. 134…135, 140…163.
5.3 Методическое руководство к работе.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6