Лабораторная работа № 8 исследование работы разветвленной г, l, с -цепи с источником синусоидальной эдс постоянной частоты
8.1. Цель работы:
Исследовать характер изменения токов, напряжений, сопротивления, угла сдвига фаз и активной мощности в разветвленной r, L, С - цепи при изменении емкости С.
8.2. Подготовка к работе
8.2.1. Изучив описание данной работы и необходимый материал по конспекту лекций и литературным источникам, ответьте на все вопросы для самопроверки.
8.2.2. Проведите предварительные расчеты.
8.2.3. Заготовьте табл. 8.1.
8.2.4. Нарисуйте электрическую схему эксперимента.
8.3. Предварительный расчет
Исследуемая цепь представлена на рис. 8.1.
Рис.8.1
Приняв
в расчёте E=U=100B,
ZL=rL+jωL=33+j122
Ом, r=R1,
ZC=rC-j/(100πC)=R5-j/(100πC)
получите формулы для модулей токов
,
в зависимости от величины емкости С.
Уравнения для
можно записать
по законам Кирхгофа. Выведите формулу
и найдите значение С для указанных
исходных данных, при котором ток
будет совпадать по фазе с напряжением
.
Рассчитайте действующие значения токов
,
а
также величину напряжения Ucd
для найденного значения С. Рассчитайте
значения токов I1,
I2,
I3
при С=0, С=55 мкФ.
8.4. Порядок выполнения работы
Соберите схему (рис. 8.2). Измерительные приборы подберите с учетом результатов предварительного расчета. Поверните ручку ЛАТРа против часовой стрелки до упора, включите стенд и, следя за показаниями вольтметра V1 и других приборов (с целью исключения их зашкаливания), установите напряжение U = 100 В'. Оперируя тумблерами блока конденсаторов С, установите такое значение С=С0, при котором показания фазометра φ= 0. Получившееся значение С внесите в среднюю колонку табл. 8.1. В эту же колонку внесите показания всех приборов. Повторите измерения для четырех-пяти значений С при С >С0 и С<С0. Особое внимание обратите на точки экстремумов исследуемых кривых.
Рис. 8.2
Таблица 8.1
C, мкФ |
С=0 |
|
C=C0 |
|
С=55 |
φ I1, I2, I3, Ucd, P. |
|
|
|
|
|
8.5. Обработка результатов измерений
8.5.1. Вычислите по данным эксперимента полные опротивления участков c-d и а-b, т.е. Zcd и Zab.
Постройте графики Zcd= Zcd(C) и Zab= Zab(C).
8.5.2. Постройте графики экспериментальных зависимостей:
φ=φ(C), I1=I1(C), I2=I2(C), I3=I3(C), Ucd=Ucd(C), P=P(c).
Нанесите на эти графики теоретические точка из п. 8.3.
8.5.3. Постройте по результатам эксперимента векторные диаграммы для φ=0, φ>0, φ<0.
8.5.4. Сделайте выводы о выявленных: несоответствиях теоретических расчетов и результатов эксперимента. Объясните их причины.
8.6. Вопросы для самопроверки
8.6.1. Составьте уравнения для токов i1, i2, i3, (рис. 8.1) применительно: а) к мгновенным значениям; б) к комплексным действующим значениям.
8.6.2. В чем состоит физический смысл явления резонанса в электрической цепи? Как математически запишется уравнение резонанса для схемы (рис. 8.1)?
8.6.3. Как будет изменяться модуль комплексного сопротивления Zcd при изменении емкости С от 0 до ∞? Какие значения будет иметь Zcd при С=0 и C=∞?
8.6.4. При каком значении С сопротивление Zcd будет максимально возможным? Чему будет равно это значение для схемы рис. 8.1? Как будет меняться величина этого сопротивления, если величины rL и rC будут стремиться к нулю?
8.6.5. Какими способами экспериментально можно определить момент появления резонанса в электрической цепи? Какие приборы могут зафиксировать этот момент?
8.6.6. О выполнении какого условия следует помнить, проводя измерения напряжения Ucd на сопротивлении Zcd вольтметром V2?
8.6.7. Как будут выглядеть чисто в качественном смысле зависимости I1, I2 , I3, φ, Ucd и Р от величины емкости С? Нарисуйте их предполагаемые графики.
8.6.8. Как будет влиять величина сопротивления t(R4) на характер поведения этих кривых?
8.6.9. Будут ли влиять сопротивления rL и rC на условие существования резонанса в цепи (рис.8.1). Как учесть влияние этих сопротивлений на величину резонансной частоты цепи?
8.6.10. Как построить векторные диаграммы токов и напряжения в электрической цепи по рис. 8.1 для случаев: а) r=rL=rC=0; б) r=0; rL≠rC≠0; в) r≠ rL≠rC≠0?
Библиографический список
Авдеев Ю. В. Общая электротехника и электроника: конспект лекций на цифровом носителе. ВГАСУ. 2005.
Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи: Учебник. – 10-е изд.-М.:Гордарики, 2002. – 638с.: ил.
Татур П.А., Татур В. Е. Установившиеся и переходные процессы в электрических цепях: Учебн. Пособие для вузов. – М.: Высш. шк., 2004. – 407с.: ил.
Хоровиц П., Хилл У. «Искусство схемотехники: в 3-х томах. – М.: Мир, 1993 г.»
Сборник задач упражнений по теоретическим основам электротехники (Под ред. П. А. Ионкина) – М.: Энергоиздат, 1982. – 768с