Контрольные вопросы

1. Что покажут амперметры PA₁, PA₂ и PA₃ (рис. 2.5), если сопротивление RP₃ установить на нуль?

2. Какое напряжение будет на лампе (рис 2.7), если напряжение на входе цепи будет равно 150 В?

3. Можно ли в схеме рис. 2.9 включить амперметр РА в другое место, например в ветвь с лампой?

4. С какой целью включен резистор R=33 Ом в цепь рис. 2.6?

5. Чему равно сопротивление лампы в схеме рис. 2.7 при напряжениях на лампе 50 В и 100 В?

6. Чему равна мощность лампы в схеме рис. 2.7 при напряжении на лампе 110 В?

7. Можно ли провести исследование электрической цепи рис. 2.5 при меньших напряжениях?

8. Что можно предпринять для снижения энергоемкости работы 2?

9. До какого уровня можно снизить энергоемкость работы 2, если пренебречь погрешностями измерений?

10. В какой степени влияют погрешности измерений на выполнение задач данного исследования?

11. Позволяют ли сведения, указанные в приложениях 1–3 ответить на контрольные вопросы работы?

12. Можно ли в схеме рис. 2.7 заменить лампу 127 В, 40 Вт на лампу 127 В,60 Вт?

13. Можно ли в схеме рис. 2.7 заменить лампу 127 В, 40 Вт на лампу 220 В, 40 В?

14. Что потребуется изменить в работе 2, если взамен вышедших из строя ламп 127В, 40 Вт придется поставить лампу 127 В, 60 Вт?

15. При каком напряжении на лампе начинает проявляться нелинейность ее вольтамперной характеристики в схеме рис. 2.7?

16. Чему равны потребляемые мощности резистора R=150 Ом в схеме рис. 2.9 при напряжениях 100, 110, 120 и 130 В?

17. Какие меры безопасности используются в работе 2?

18. Какие указания по мерам безопасности должны соблюдаться при экс­плуатации универсальных цифровых вольтметров В7-22А и В7-38?

19. Чем обусловлена нелинейность лампы накаливания?

20. Как определяется погрешность измерения сопротивления резистора при измерениях методом вольтаметра и амперметра?

21. Что следует изменить в работе 2, чтобы снизить погрешности измерений?

Лабораторная работа 3

НЕРАЗВЕТВЛЕННАЯ ЦЕПЬ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА. РЕЗОНАНС НАПРЯЖЕНИЙ

Цель работы

Ознакомиться с методикой исследования цепи при изменении ее параметров, выявить характерные признаки и особенности резонанса напряжений, научиться выбирать "электроизмерительные приборы, энергосберегающие режимы исследования с учетом допускаемых погрешностей измерений и соблюдать привила техники безопасности при эксплуатации электроустановок.

Теоретическое введение

При подключении неразветвленной цепи, содержащей резистор, катушку индуктивности и батарею конденсаторов к источнику синусоидального напряжения (рис. 3.1) в цепи возникает ток I= U_ВХ/Z_ВХ

Рис. 3.1

где:

U_ВХ - напряжение источника, В;

- полное сопротивление цепи, Ом;

R_P - сопротивление резистора, Ом;

R_K - активное сопротивление катушки, Ом;

X_L = ωL= 2πfL - реактивное индуктивное сопротивление катушки, Ом;

X_С = 1/ωС = 1/2πfC - реактивное емкостное сопротивление батареи конденсаторов. Ом;

ω - угловая частота напряжения, с^-1;

L - индуктивность, Гн;

С - емкость, Ф.

Векторная диаграмма напряжений неразветвленной цепи (рис. 3.1) представлена на рис. 3.2, где:

φ_ВХ - угол между ;

φ_К - угол между

На рис. 3. 2 можно выделить два треугольника напряжений со сторонами:

; ; - для всей цепи;

; ; - для катушки индуктивности.

Если значения сторон этих треугольников напряжений разделить на модуль тока, то получим два треугольника сопротивления (рис. 3.3 и рис. 3.4).

Рис. 3.2	Рис. 3.3	Рис. 3.4

Из рис. 3.2 и 3.3 видно, что при изменении Х_C от нуля до X_C>X_L изме­няется соответственно Z_вх и φ_ВХ. При Х_С=X_L входное сопротивление Z_ВХ=R_Р+R_К т. е. становится минимальным, a φ_ВХ=0.

Режим работы неразветвленной цепи при Х_С<X_L имеет индуктивный характер. Ток по фазе отстает от входного напряжения (рис. 3. 2).

Режим работы при Х_С>X_L имеет емкостной характер. Напряжение по фазе отстает от тока, φ_ВХ становится отрицательным.

Режим работы неразветвленной цепи при Х_С=X_L имеет активный харак­тер и называемся резонансом напряжений; ток и напряжение совпадают по фазе, ток становится максимальным, потребляемая активная мощность становится максимальной, напряжение на катушке возрастает до максимального значения.

При резонансе напряжений U_L=U_C и при Х_L>(R_P+R_K) напряжение на катушке U_K превышает входное напряжение во столько раз, во сколько Z_K больше (R_P+R_K).

При проведении исследований нельзя допускать перегрузки объектов исследования сверх указанных на маркировке номинальных мощностей (или токов), во избежание преждевременного выхода их из строя.

На рис. З.5 указаны номинальные мощности резисторов RP=0…68 Ом и R=34Ом по 50 Вт каждый. Следовательно, можно расчетным путем определить для них максимальный допустимый ток из , затем вычислить максимально допустимое напряжение для всех режимов:

Рис 3.5

При подведенном U_ВХmax при любых возможных значениях параметров последовательно включенных элементов цепи входное сопротивление не будет меньше 49 Ом. Следовательно, и ток не будет больше I_тах, а мощность резистора R_P=68 Ом не превысит 50 Вт.

Определив максимально допустимое напряжение, токи и мощности следует обратить внимание на максимально возможное снижение этих ве­личин с целью уменьшения затрат электроэнергии на проведение исследования т. е. на снижение электроемкости. Здесь ограничением могут быть только пределы измерений имеющихся на стенде электроизмерительных приборов, а также допустимые погрешности измерений.

Снижение погрешностей измерений достигается выбором приборов более высокого класса точности и такого предела измерений, чтобы большая часть измерений приходилась на последнюю треть шкалы (по воз­можности ближе к концу шкалы). Иногда измерение прибором низкого класса точности, но в последней трети шкалы тает меньшую погрешность, чем при измерении прибором высокого класса, но в первой трети шкалы. Это обстоятельство следует учитывать при выборе измерительных приборов для конкретного исследования.

Краткие сведения о погрешностях приведены в приложении 1.