Лабораторная работа № 3

Исследование электрических цепей синусоидального тока.

1. Цель работы – экспериментальное исследование цепей однофазного переменного тока при различных соединениях элементов.

2. Основные теоретические положения.

Любое электрическое устройство при определенных условиях можно представить в виде электрической цепи, включающей идеализированные элементыR, L, C.

На рис.5 представлена цепь, состоящая из последовательного резистораR, катушки индуктивности L, R_k и конденсатора С при синусоидальном напряжении на входных зажимах и ее векторная диаграмма.

На рис.6 и 7 представлены другие примеры простейших цепей переменного тока и их векторные диаграммы. Основные расчетные формулы для этих цепей рекомендуется изучить самостоятельно.

C

dc

C

b

С

С

b

C

Для любой сложной цепи с постоянными параметрами при синусоидальном напряжении общий входной ток будет синусоидальным и сдвинут по фазе, в общем случае, по отношению к напряжению на угол . Рассматривая всю цепь в целом, как двухполюсник, можно охарактеризовать ее некоторыми зквивалентными параметрами и представить эквивалентной цепью (рис.8.)

Эквивалентные параметры цепей, представленных на рис.9 и 10, можно определить по показаниям приборов:

Zэ = - полное сопротивление цепи,

где I = илиI= ,

Ur1 – измеренное напряжение на известном по величине резисторе R1 (рис.9) или Ur4 - на резисторе R4 (рис.10),

U – напряжение на входе цепи,

Rэ = Z_Эcos - эквивалентное активное сопротивление цепи,

 - измеренный угол сдвига по фазе между U и I,

Xэ = - эквивалентное реактивное сопротивление цепи.

Применяют два вида эквивалентных схем пассивных двухполюсников: последовательная схема и параллельная. Существует связь между сопротивлениями последовательной эквивалентной схемы и проводимостями параллельной эквивалентной схемы.

3. Описание лабораторной установки.

Экспериментальное исследование цепей переменного тока в лаборатории проводятся на универсальном лабораторном стенде, на лицевой панели которого расположены все элементы исследуемой цепи, источник синусоидального напряжения и измерительные приборы.

4. Порядок выполнения работы.

4.1. Исследование цепи при последовательном соединении элементов.

Перечень исследуемых элементов цепи (R, L, C), ориентировочное значение параметров элементов и частота источника задаются преподавателем.

Экспериментальные исследования цепи проводятся по схеме (рис.9.)

Последовательно с сопротивлением R1 поочередно включаются в цепь либо катушка индуктивности, либо конденсатор, либо катушка и конденсатор, соединенные последовательно.

Напряжения измеряются вольтметром V.

Рис. 9

Угол сдвига по фазе между током в цепи (базовый сигнал) и напряжениями измеряется фазометром.

Измерения проводятся для случаев:

• последовательное соединение R, L;

• последовательное соединение R, C;

• последовательное соединение R,L,C.

Результаты измерений заносятся в таблицу по форме 4.

U_d0 =… В , R1=… Ом , f = … Гц

Форма 4.

Измерение

Расчет

Цепь

Ток, А

Напряж, В

L Г

С мкф

XL ом

Xc ом

Zэ Ом

φ град

I

Uab

Ubo

Udb

Uab

Uda

R, L

R, C

R, L, C

По результатам измерений необходимо определить индуктивность катушки и емкость конденсатора, их сопротивления, эквивалентные сопротивления цепи, а также построить топографические векторные диаграммы и треугольники сопротивлений для всех случаев.

4.2. Исследование цепи при смешанном соединении элементов.

Экспериментальное исследование проводится по схеме, рис.10.

Поочередно подключаются ветви с Lили С параллельноR₃.

Напряжения на всех участках и углы сдвига по фазе между токами и напряжением на зажимах цепи (базовый сигнал) измеряется аналогично измерениям по пункту 4.1.

Результаты измерений и расчетов вносятся в таблицу по форме 5.

U_d0=… В,R1=… ,R2=… ,R3=… ,R4=… ом ,f= …Гц. Форма 5.

Измерения

Расчет

Цепь

Ток, А

Напряж, В

L Г

С мкф

XL ом

Xc ом

Zэ Ом

φэ град

I

Uco

Uac

Ubc

Udc

Uda

Udb

R1,R3, L

R2,R3, C

R1,R2,R3, L, C

При оформлении отчета необходимо:

• по результатам измерений определить эквивалентные входные сопротивления цепи;

• по известным параметрам рассчитать токи и напряжения в цепи, построить векторную диаграмму токов и топографическую диаграмму напряжений;

• сравнить измеренные значения токов, напряжений и углов сдвига по фазе с их значениями из диаграмм.

5. Содержание отчета.

5.1. Цель работы.

5.2. Основные расчетные формулы.

5.3. Таблица применяемых приборов и элементов цепи.

5.4. Таблицы, векторные диаграммы в порядке выполнения экспериментов.

5.5. Выводы с анализом результатов по пунктам 4.1. и 4.2.

Литература:

[1] Гл. 4, §§ (4-4), (4-5), стр. 171-177;

§ (4-8), (4-9), (4-10), стр. 184-190.

[2] Гл. 3, § (3-2), стр. 56-60; § (3-4), стр. 61-62;

§ (3-5), стр. 62-64.

Гл. 5, §§ (5-1), (5-2), стр. 76-86; § (6-3), стр. 102-108.