Лабораторная работа 3

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОСТЫХ ЦЕПЕЙ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА

(подготовительная часть)

Опыт 1. Исследование цепи с последовательным соединением катушки индуктивности и резистора.

Задание: Снять показания приборов и построить векторную диаграмму тока и напряжений.

В лаборатории будет исследоваться цепь, схема которой изображена на рисунке 1.

Показания трех приборов – вольтметра, амперметра и ваттметра - позволяют определить угол нагрузки, полное сопротивление нагрузки, его действительную и мнимую части: На основе расчетных данных формируются комплексы тока и напряжений, существующих в цепи:

Предлагаемая для исследования нагрузка является составной, состоящей из катушки и резистора. Катушка, в свою очередь, включает в себя активное сопротивление и чистую индуктивность. Это делает построение полной векторной диаграммы цепи достаточно сложной задачей. В то же время, при наличии необходимых знаний, все необходимые построения могут быть выполнены на основании всего трех замеров напряжения: на входе схемы, на катушке и на резисторе.

Соберите в окне программы "Electronics Workbench" схему первого опыта в упрощенном виде (рис 2): вместо ЛАТра – источник переменного напряжения, амперметр и ваттметр отсутствуют. Параметры схемы приведены в таблице 1 приложения 1. Измерьте напряжения на катушке и на резисторе, напряжение питания известно по заданию. Помните! Вольтметр в программе по умолчанию установлен на измерение постоянного напряжения, поэтому должен быть переключен на "АС" в пункте контекстного меню "Component properties…".

В екторы напряжения на катушке и резисторе в сумме должны образовывать вектор питающей ЭДС: .

Для проверки построений может быть использован программный модуль vector_RL. Формат записи команды обращения к модулю:

vector_RL(ident,X1,X2,X3),

где ident – идентификатор схемы соединения элементов нагрузки, может принимать значения '--' (последовательное соединение) или '=' (параллельное соединение);

Х1, Х2, Х3 – действующие (или амплитудные) значения электрических величин, характеризующих цепь, причем

Х2 – величина, относящаяся к катушке,

Х3 – величина, относящаяся к активному сопротивлению.

Если катушка и резистор соединены последовательно, действующее значение ЭДС источника питания составляет 100В, действующее значение напряжения на катушке – 60В, а действующее значение напряжения на резисторе – 50В, обращение к модулю должно иметь вид:

vector_RL('--',100,60,50)

Результат ввода команды представлен на рисунке 3: измеренные и вычисленные величины представлены радиус-векторами. Из этих векторов должна быть составлена векторная диаграмма, иллюстрирующая основные электротехнические соотношения. Более подробно использование программного модуля vector_RL рассмотрено в учебном издании "Векторные диаграммы в электротехнике".

Опыт 2. Исследование цепи с последовательным соединением конденсатора и активного сопротивления.

Задание: Снять показания приборов и построить векторную диаграмму тока и напряжений.

В лаборатории будет исследоваться цепь, схема которой представлена на рисунке 4.

Активная составляющая сопротивления конденсатора ничтожно мала, поэтому его можно считать идеальной емкостью. Это значительно упрощает построение векторной диаграммы, три измеренных напряжения в этом случае оказываются связаны друг с другом теоремой Пифагора. Нужно только помнить о правиле присвоения знака углу нагрузки.

Угол  есть фазовый сдвиг вектора напряжения на нагрузке по отношению к вектору тока через нагрузку (не наоборот). Если напряжение опережает ток – угол положительный, если ток опережает напряжение – угол отрицательный.

Соберите в окне программы "Electronics Workbench" упрощенную схему второго опыта, выбрав параметры из таблицы 1 в соответствии с вариантом задания. По измеренным трем напряжениям постройте векторную диаграмму, обозначив на ней угол , ток и все напряжения.

Опыт 3. Исследование цепи с параллельным соединением катушки и активного сопротивления.

Задание: Снять показания приборов и построить векторную диаграмму токов и напряжения.

В лаборатории будет исследоваться цепь, схема которой изображена на рисунке 5.

Упрощенную схему цепи (без ваттметра и вольтметра) необходимо собрать в окне программы "Electronics Workbench", измерить токи ветвей, по результатам измерений построить векторную диаграмму. Кроме треугольника токов, на векторной диаграмме нужно изобразить треугольник напряжений на составляющих полного сопротивления катушки.

П остроение шести векторов по показаниям трех амперметров представляет собой достаточно сложную задачу. Для ее упрощения служит программный модуль vector_RL. Если токи неразветвленной части, катушки и резистора равны, соответственно, 1А, 0,7А, 0,5А, обращение к модулю должно иметь следующий вид:

vector_RL('=',1,0.7,0.5)

Результат выполнения команды показан на рисунке 6. Из радиус-векторов, расположенных в рабочем поле графического окна, необходимо составить замкнутые фигуры, наглядно демонстрирующие выполнение основных электротехнических соотношений: ток неразветвленной части равен сумме токав ветвей:

сумма падений напряжений в контуре равна контурной ЭДС.

Б олее подробно использование программного модуля vector_RL при параллельном соединении катушки индуктивности и резистора рассмотрено в учебном издании "Векторные диаграммы в электротехнике".

Опыт 4. Исследование цепи с параллельным соединением конденсатора и активного сопротивления.

Задание: Снять показания приборов и построить векторную диаграмму токов и напряжения.

В лаборатории должна быть исследована цепь, схема которой изображена на рисунке 7.

Как и в трех предыдущих случаях, необходимо научиться прогнозировать и понимать результаты лабораторного опыта. Для этого соберите упрощенную схему в симуляторе "Electronics Workbench", измерьте токи в неразветвленной части цепи и в ветвях и постройте векторную диаграмму токов и напряжения.