Практичне заняття № 5 Тема: Дослідження нерозгалужених електричних кіл змінного струму із активним і реактивним опорами.

Мета: закріпити шляхом практичної перевірки методику розрахунку нерозгалужених електричних кіл змінного струму; засвоїти особливості застосування законів Ома і Кірхгофа в розрахунках режимів роботи кіл змінного струму; набути навичок побудови векторних діаграм струмів і напруг; дослідити вплив частоти змінного струму на режим роботи електричного кола.

Порядок виконання роботи

5.1. Запустіть Electronics Workbench за допомогою ярлика.

5.2. Завдання 1: Дослідити електричне коло, що включає послідовно з’єднані активний опір і ємність.

5.2.1. Складіть схему, наведену на рис. 5.1, та встановіть зазначені на схемі величини ЕРС E, ємності С та опору резистора R.

Рис. 5.1.

5.2.2. Згідно із встановленими параметрами ЕРС, ємності конденсатора та опору резистора розрахуйте струм в колі І ^*, падіння напруги на активному опорі U_r ^* та ємності U_c^*. Побудуйте векторну діаграму на комплексній площині.

5.2.3. Порівняйте отримані шляхом розрахунків І ^*, U_r ^*, U_c^* із показниками відповідних приладів.

5.2.4. Відкрийте лицеву панель осцилографа і на збільшеній осцилограмі визначіть фазовий зсув φ між вхідною напругою Е і напругою на конденсаторі U_c. Порівняйте визначене значення φ з розрахунковим, отриманим за допомогою векторної діаграми.

5.2.5. Визначіть за допомогою осцилографу амплітудні значення Е_m і U_m c та порівняйте їх з показниками відповідних вольтметрів (Е та U_c) і визначіть співвідношення між амплітудними та діючими значеннями (U_m c / U_c; Е_m / Е).

5.2.6. Поступово змінюючи частоту F джерела вхідної напруги від 5 Hz до 350 Hz, для кожного значення F визначіть величину зсуву φ між U_c(t) і Е(t), а також відношення k = U_m c / Е_m. Отримані дані внести в таблицю 5.1, на підставі якої побудуйте графіки залежностей k(F) та φ(F).

Таблиця 5.1.

F, Hz	5	25	50	100	200	250	300	350
Um c
k(F)
φ(F)

5.2.7. Відкрийте панель аналізатора частотних характеристик і за його допомогою зніміть амплітудно-частотну і фазочастотну характеристики k(F) та φ(F), заповнивши таблицю аналогічну таблиці 5.1 за виключенням рядка U_m c.

5.2.8. Замініть значення ємності на С = 30 μF. Повторіть п. 5.2.7.

5.2.9. Встановіть R = 200 Ohm, C = 20 μF. Повторіть п. 5.2.7.

5.2.10. Побудуйте на єдиному графіку залежності k(F) і φ(F) для (C = 20 μF; R = 100 Ohm) і (C = 20 μF; R = 200 Ohm). Зробіть висновки щодо впливу величину R на k(F) та φ(F).

5.2.11. Побудуйте на єдиному графіку залежності k(F) і φ(F) для (R = 100 Ohm; C = 20 μF) і (R = 100 Ohm; C = 30 μF). Зробіть висновки щодо впливу величину С на k(F) та φ(F).

5.2.12. Для кожного із досліджуваних електричних кіл розрахуйте сполучену кутову частоту ω₀ = 1/(R·C) і F₀ = ω₀/(2π), для яких визначіть значення k(F₀) і φ(F₀) із застосуванням відповідного графіку. Зробіть висновки щодо залежності (або незалежності) k(F₀) і φ(F₀) від значень R і C.

5.3. Завдання 2: Дослідити електричне коло, що включає послідовно з’єднані активний опір і індуктивність.

5.3.1. Складіть схему, наведену на рис. 5.2, та встановіть зазначені на схемі величини ЕРС E, індуктивності L та опору резистора R.

Рис. 5.2.

5.3.2. Повторіть для цього кола п. 5.2.2 (при Е = 24 V; F = 50 Hz); п.п. 5.2.3÷5.2.6, застосовуючи замість U_C значення U_L.

5.3.3. Встановіть L = 0,25 H; R = 100 Ohm і повторіть п. 5.2.7. Побудуйте на єдиному графіку залежності k(F) і φ(F) для L = 0,5 H; 0,25 H. Зробіть висновки щодо впливу величини L на k(F) та φ(F).

5.3.4. Встановіть R = 200 Ohm, L = 0,25 H. Повторіть п. 5.2.7. Побудуйте на єдиному графіку залежності k(F) і φ(F) для (L = 0,25 H; R = 100 Ohm) і (L = 0,25 H; R = 200 Ohm). Зробіть висновки щодо впливу величини R на k(F) та φ(F).

5.3.5. Для кожного із досліджуваних електричних кіл RL розрахувати сполучену кутову частоту ω₀ = R/L і F₀ = ω₀/(2π), для яких визначіть значення k(F₀) і φ(F₀) із застосуванням відповідного графіку. Зробіть висновки щодо залежності (або незалежності) k(F₀) і φ(F₀) від значень R і L.

5.4. Завдання 3: Визначіть характер порушень в електричних колах.

5.4.1. На підставі аналізу показань вимірювальних приладів та осцилограми для схеми, наведеній на рис. 5.3, визначіть пошкоджений елемент схеми і характер пошкодження («коротке замикання» або «обрив – відключення елементу»).

Рис. 5.3.

Зміст звіту

Зміст має містити:

• Тему і мету роботи.

• Схеми кіл, що аналізуються, із зазначенням значень опорів, ЕРС і показань вимірювальних приладів; розрахунки режимів кожного електричного кола та порівняння із відповідними експериментальними даними.

• Векторні діаграми для кожного із розрахованих електричних кіл.

• Отримані АЧХ і ФЧХ для досліджуваних кіл із зазначенням k(F₀) і φ(F₀).

• Висновки по кожному експерименту та в цілому по роботі.