Пассивных четырехполюсников»

 

 

Рисунок 1П. Схема соединений

 

Численные значения параметров элементов : L-   мГн;  R - Ом; С- мкФ.

 

Таблица 1П

Результаты измерений

 

Двухполюсник	U, В	I, мА	φ, град
R-L
R-C
R-L-C

Предварительные расчеты представлены в таблице 2П

 

Таблица 2П

Расчетные значения

Двухполюсник
R-L
R-C
R-L-C

 

Для двухполюсника R-L эквивалентное сопротивление R_’эк равно активному сопротивлению R_к  катушки индуктивности L.

Работу выполнили:___________________        

Работу проверил:______________________    

 

 

3  Содержание отчета

1 Нарисовать схемы исследуемых двухполюсников. Указать величины параметров R, L, С.

2 Используя экспериментальные данные таблице  1П и результаты предварительных расчетов из протокола измерений для каждого из двухполюсников, записать комплексные сопротивления и проводимости в алгебраической и показательной форме записи. Построить в масштабе треугольники сопротивлений.

3 Выполнить проверку отношений эквивалентных преобразований:

4 По известным параметрам элементов и частоте источника рассчитать комплексное сопротивление и комплексную проводимость двухполюсника R-L-C. Сравнить расчет с данными п. 2 и п. 3.

 

4 Контрольные вопросы

 

1 Каким образом по экспериментальным данным можно определить эквивалентное полное сопротивление двухполюсника?

2 Каким образом по экспериментальным данным можно определить эквивалентное активное эквивалентное сопротивление двухполюсника?

3 Каким образом по экспериментальным данным можно определить эквивалентное реактивное эквивалентное сопротивление двухполюсника?

4 Каким образом по экспериментальным данным можно определить характер (индуктивный или емкостной) реактивного эквивалентного сопротивления двухполюсника?

5 Каким образом можно рассчитать активную эквивалентную проводимость?

6 Каким образом можно рассчитать реактивную эквивалентную проводимость?

 

 

Лабораторная работа № 4

 

Исследование цепи синусоидального тока

 

Целью работы:  получение экспериментальных данных для расчета и построения векторных диаграмм разветвленной цепи синусоидального тока; закрепление навыков расчета комплексным методом.

 

1 Общие сведения

 

При расчетах установившихся режимов линейных электрических цепей синусоидального тока мгновенным значениям синусоидальных функций времени, например, тока , ставят в соответствие комплексное мгновенное значения .

Величины ,  называют комплексными амплитудными и действующими значениями, соответственно. Аналогично для синусоидальных напряжений, э. д. с, электрических зарядов, магнитных потоков и т. д.

Для любого пассивного участка электрической цепи, содержащего элементы R, L и C, можно определить комплексное сопротивление

 

 и комплексную проводимость

 

 

Переход к комплексным действующим значениям напряжений и токов, комплексным сопротивлениям и проводимостям позволяет при расчетах использовать:

· уравнения, по форме совпадающие с законом Ома

· 1-й закон Кирхгофа для любого узла схемы замещения цепи  (алгебраическая сумма по всем А ветвям узла);

· 2-й закон Кирхгофа для любого контура схемы замещения цепи:

 (алгебраические суммы по всем n ветвям контура);

Мощности источников и пассивных участков цепи также представляются в комплексной форме:

 

 

где  - полная комплексная мощность;  сопряженное комплексное

действующее значение тока ( .

В цепи синусоидального тока выполняется баланс комплексных, активных и реактивных мощностей источников и потребителей:

 

2  Содержание и порядок выполнения работы

 

В лабораторной работе используется источник синусоидального напряжения из модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ  ГЕНЕРАТОР.

Измерения выполняются компьютерным измерительным комплексом (смотри п 1.4 введения). Ввод данных в компьютер выполняет модуль ВВОД-ВЫВОД. Входы 1 и 2 при их совместном использовании измеряют активную мощность Р и угол сдвига фаз φ между мгновенными значениями напряжения и и тока i. При емкостном характере цепи в окне φ на экране монитора появляется величина угла больше +270°. В этом случае φ = (величина угла на экране -360°). Например: на экране монитора угол 320°, φ = (320° -360°) = -40°.

Пассивные элементы электрической схемы выбирают из блоков МОДУЛЬ РЕЗИСТОРОВ и РЕАКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ.

Шунты R_ш1, R_ш2 и резисторы каналов А1, А2 и A3 из блока МОДУЛЬ

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ.

Частоту f  и параметры пассивных элементов задает преподаватель. Рекомендуемые значения представлены в таблице  4.1.

 

Таблица 4.1

Рекомендуемые значения частоты f и параметров пассивных элементов

 

f= 50 Гц		f = 100 Гц		f= 150 Гц		f= 200 Гц		f= 250 Гц
L,	С,	L,	с,	L,	С,	L,	С	L,	С,
мГн	мкФ	мГн	мкФ	мГн	мкФ	мГн	мкФ	мГн	мкФ
30	47	40	68	40	47	40	33	40	10
90	82	60	56	30	33	40	10	80	10
20	68	50	22	40	22	50	22	40	22

 

Лабораторная работа состоит из двух частей. В первой части выполняют измерения для расчета и построения векторных диаграмм напряжения и тока разветвленной цепи синусоидального тока.

Во второй части выполняют опыты для расчета комплексных сопротивлений участков исследуемой цепи. Полученные данные используют для расчета цепи комплексным методом. Результаты расчета сравнивают с данными, полученными в первой части работы.

· Собрать электрическую цепь по схеме, приведенной на рисунке 1П протокола измерений. Резистор R = 10 Ом.

· Проверить собранную электрическую цепь в присутствии преподавателя.

· Заданные преподавателем величины пассивных элементов установить в блоке МОДУЛЬ РЕАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ. Их величины записать в протокол измерений.

· Запустить программу виртуальных измерений LCView. Для этого:

· Включить компьютер, дождаться окончания загрузки Windows;

· Запустить программу LCView. В центре экрана монитора появляется список лабораторных работ; справа вверху появляется надпись «Автоматическое управление».

· Выбрать работу №4 «Исследование цепи синусоидального тока». На экране появляются окна измерительных приборов:

← результат измерения напряжения на участке цепи;

← результаты измерения токов соответствующих ветвей ←результат измерения мощности;

←результат измерения угла сдвига фаз φ.

· Включить автоматический выключатель QF блока МОДУЛЬ ПИТАНИЯ и тумблеры Сеть модулей ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР и ВВОД-ВЫВОД,   Переключатель Форма установить в положение  Первая часть работы

· Регулятором Частота модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР, получить заданное преподавателем значения частоты f. Регулятором Амплитуда установить действующее значение напряжения и на выходе модуля 7-8 В. Записать величины напряжения и частоты в таблицу 1П протокола измерений.

· Измерить действующее значение напряжений U₁, U₂; токов I_1, I₂ и I₃; активную мощность Р, потребляемую цепью; угол φ между напряжением и током на входе цепи. Измеренные величины занести в таблицу  1П.

· Выполнить предварительные расчеты, указанные в протоколе измерений.

Вторая часть работы

 

· Регулятором Амплитуда уменьшить до нуля напряжение на выходе модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР.

· Закоротить перемычкой участок с напряжением u₂.

· Регулятором Амплитуда модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР установить действующее значение напряжения и на выходе модуля 3-4 В. Записать в таблицу  2П результаты измерения U, I, φ.

· Убрать перемычку.

· Регулятором Амплитуда уменьшить до нуля напряжение на выходе модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР.

· Закоротить перемычкой участок с напряжением u₁.

· Регулятором Амплитуда модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР установить действующее значение напряжения и на выходе модуля 3-4 В. Записать в таблицу  2П результаты измерения U, I, φ.

· Разомкнуть ветвь с током I₃ (I₃ = 0). Записать в таблицу 2П протокола результаты измерения U, I, φ. Восстановить цепь тока I₃.

· Разомкнуть ветвь с током I₂ (I₂ = 0). Записать в табл. 2П результаты измерения U, I, φ.

· Выполнить предварительные расчеты, указанные в протоколе измерений. Протокол измерений утвердить у преподавателя.

· Выключить тумблеры Сеть модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР и ВВОД-ВЫВОД.

· Выключить автоматический выключатель QF модуля питания.

Окончить работу программы LCView. Для этого:

· Правой кнопкой мыши «кликнуть» на ярлыке Автоматическое управление».

· В появившемся списке выбрать «Закрыть».

·

Протокол измерений к лабораторной работе № 4

«Исследование цепи синусоидального тока»

 

Схема исследуемой электрической цепи представлена на рисунке 1П.

 

 

Рисунок 1П. Электрическая схема исследуемой цепи

 

Заданные параметры:

напряжение U = ……В;

частота f =….. Гц;

резистор R= 10 Ом.

индуктивность катушки L =……. мГн;

емкость конденсатора С =…… мкФ;

Первая часть работы

 

Результаты измерений представлены в таблице 1П.

 

Таблица 1П

Результаты измерений

 

U , B	U1, B	U2, B	I1, мA	I2, мA	I3, мA	φ, град	Р, Вт

 

Активная мощность, потребляемая сетью

P = U · I ₁ · cos φ =                                                   Вт

Измеренная активная мощность из таблицы 1П: Р =         Вт.

По данным таблицы 1П полное сопротивление:

цепи      

участка 1 с напряжением U₁:

участка 2 с напряжением U₂:

 

ветвь с током I₂ :

ветвь с током I₃ :

 

Вторая часть работы

Результаты измерений представлены в таблице 2П

Таблица 2П

Результаты измерений

 

Участок 1 (U2= 0)			Участок 2 (U1= 0)			Ветвь I2 (I3= 0)			Ветвь I3 (I2= 0)
U, В	I, мА	ц, град	U, В	I, мА	ц, град	U, В	I, мА	ц, град	U, В	I, мА	ц, град

 

Предварительные расчеты.

По данным таблицы 2П комплексные сопротивления:

 

участок 1:

 

участок 2:

 

ветвь с током I₂ :

 

ветвь с током I₃ :

Сравнить с результатом, полученным в части 1 работы.

Работу выполнил:________________

Работу проверил:________________

 

 

3 Содержание отчета

 

1 Нарисовать схему замещения исследуемой электрической цепи, указать величины параметров цепи.

2 По результатам измерений (таблицу  1П протокола) построить в масштабах векторные диаграммы напряжения и тока.

3 Рассчитать токи и напряжения методом преобразований. При расчете из протокола наблюдений взять входное напряжение и комплексные сопротивления ветвей. Все расчеты проводить в комплексной форме. Сравнить результаты расчета с экспериментальными данными (таблица  1П).

4 Для исследуемой цепи записать в комплексной форме уравнения по законам Кирхгофа. Используя результаты, полученные в п. 3, проверить численно выполнение этих уравнений.

5 Записать уравнения баланса активных и реактивных мощностей. Проверить выполнение баланса, используя результаты, полученные в п. 3.

 

4 Контрольные вопросы

1 Каким образом выражение мгновенного значения тока можно перевести в комплексное выражение и наоборот?

2 Каким образом можно рассчитать комплексное сопротивление цепи переменного тока, на какие составляющие комплексное сопротивление можно разложить?

3 Каким образом можно рассчитать комплексную проводимость цепи переменного тока, на какие составляющие комплексную проводимость можно разложить?

4 Каким образом можно рассчитать мощность электрической цепи переменного тока в комплексной форме?

5 Каким образом сводится баланс мощности в цепи переменного тока?

6 Каким образом записывается уравнение по второму закону Кирхгофа для цепи переменного тока в выражениях комплексных величин?

Лабораторная работа № 5

 

Исследование цепи синусоидального тока с индуктивно связанными элементами

 

Целью работы:  экспериментальное исследование цепи синусоидального тока, содержащей участки с индуктивно связанными элементами.

 

1  Общие сведения

 

На рисунке  5.1 показан контур 1 с электрическим током i₁. Магнитный поток, создаваемый этим током и сцепленный с этим контуром, называется потоком самоиндукции Ф_1L.

Расчетная величина потокосцепление самоиндукции контура 1 или неразветвленной электрической цепи обозначается ψ_1L. В линейной электрической цепи потокосцепление где L₁ собственная индуктивность или просто индуктивность контура 1.

При протекании переменного тока в  электрической цепи, в пространстве, окружающем контур,  создается переменный магнитный поток. В контуре индуцируется э. д. с. самоиндукции, а на зажимах цепи возникает напряжение самоиндукции.

                                                                                                                           

                                                                                       

                                                                                                                            Рисунок 5.1

 

Если часть магнитного потока индуктивности L₁ сцепляется с витками контура 2, в нем возникает                        

магнитный поток взаимной индукции Ф_2М. В линейной электрической цепи потокосцепление взаимной индукции определяется выражением               

взаимная индуктивность контуров 1 и 2.

 При изменении магнитного потока взаимной индукции во втором контуре возникает э. д. с. взаимоиндукции.

Напряжение взаимоиндукции

 

 

Напряжение на индуктивно связанных элементах электрической цепи определяются составляющими напряжений само- и взаимоиндукции. Если собственная индуктивность контура 2 L, а напряжения на их  зажимах U₁, и  U₂, то в установившемся режиме в  комплексной форме записи получаем:

 

  

 

                                                                              

Для последовательного согласного включения  индуктивно связанных катушек (рисунок 5.2) при можно записать

 

.

 

                                                                                            

Рисунок 5.2. Схема последовательного соединения двух взаимосвязанных катушек

 

Комплексное эквивалентное сопротивление цепи:

Эквивалентное активное и реактивное сопротивления цепи:

 

Для последовательного встречного включения катушек (рисунок 5.3)

 

Комплексное эквивалентное сопротивление цепи

 

эквивалентное активное и реактивное сопротивления цепи:

 

Поскольку  больше то полное сопротивление  больше . Это позволяет экспериментально определить одноименные зажимы индуктивно связанных катушек.

Рисунок 5.3. Схема последовательного встречного включения

 

2 Содержание и порядок выполнения работы

 

В лабораторной работе используется источник синусоидального напряжения из модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ  ГЕНЕРАТОР.

Измерения выполняются компьютерным измерительным комплексом (смотри п 1.4 введения). Ввод данных в компьютер выполняет модуль ВВОД-ВЫВОД. Входы 1 и 2 при их совместном использовании измеряют угол сдвига фаз φ между мгновенными значениями синусоидальных напряжения u₁, и тока  i₁. При емкостном характере цепи в окне φ на экране монитора появляется величина угла больше +270°. В этом случае φ = (величина угла на экране -360°). Например: на экране монитора угол 320°, φ = (320° -360°) = - 40°.

Пассивные элементы электрической схемы выбирают из блоков МОДУЛЬ РЕЗИСТОРОВ и РЕАКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ.

Шунты R_ш1, R_ш2 и R_ш3 - резисторы каналов А1, А2 и A3 из блока МОДУЛЬ

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ.

Определение параметров индуктивно связанных катушек

· Собрать электрическую цепь по схеме, приведенной на рисунке 1П протокола измерений.

· Проверить собранную электрическую цепь в присутствии преподавателя.

· Запустить программу виртуальных измерений LCView. Для этого: Включить компьютер, дождаться окончания загрузки Windows; Запустить программу LCView. В центре экрана монитора появляется список лабораторных работ; справа вверху появляется надпись «Автоматическое управление».

· Выбрать работу №5 «Исследование цепи синусоидального тока с

· индуктивно связанными элементами».

· На экране появляются окна измерительных приборов

←результат измерения напряжения на участке цепи;

←результаты измерения токов соответствующих ветвей;

←результат измерения угла сдвига фаз φ.

· Включить автоматический выключатель QF блока МОДУЛЬ ПИТАНИЯ и тумблеры Сеть модулей ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР и ВВОД-ВЫВОД. Переключатель Форма установить в положение  ~ . Установить регулятором Частота значение частоты f = 100 ... 200 Гц. Частоту f записать в протокол.

· Регулятором Амплитуда модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР установить действующее значение напряжения U₁ 6-7 В.

· Выполнить компьютерным измерительным комплексом измерения действующих значений напряжения U₁, тока I₁ и угла сдвига фаз φ. Все измеренные величины занести в таблицу 1П.

· Переключить Вход 2 на измерения действующего значения напряжения U₂. Результат измерения занести в таблицу 1П.

· Повторить измерения, поменяв местами индуктивности  L₁ и   L₂. Измеренные величины занести в таблицу  1 П.

· Выключить тумблер Сеть модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР.

· Выполнить указанные в протоколе измерений расчеты.

 

Последовательное соединение индуктивно связанных катушек

 

· Собрать электрическую цепь по схеме, приведенной на рисунке 2П.

· Включить тумблер Сеть модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР.

· Экспериментально определить одноименные зажимы катушек.

· Соединить катушки последовательно согласно. Регулятором Амплитуда модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР, установить напряжение U= 7 В.

· Выполнить компьютерным измерительным комплексом измерения действующих значений напряжения U, тока I и угла сдвига фаз φ.

· Переключить Вход 2 на измерения действующего значения напряжения U₁, затем U₂,. Измеренные величины занести в таблицу  2П.

· Соединить катушки последовательно встречно. Выполнить измерения предыдущего пункта. Измеренные величины занести в таблицу 2П.

· Выключить тумблер Сеть модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР.

 

Параллельное соединение индуктивно связанных катушек

 

· Собрать электрическую цепь по схеме, приведенной на рисунке  3.П.

· Соединить катушки согласно (одноименные зажимы подключены к узлу).

· Включить тумблер Сеть модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР. Регулятором Амплитуда установить на выходе модуля напряжение U= 6 -7 В.

· Выполнить измерения компьютерным измерительным комплексом. Измеренные величины занести в таблицу ЗП.

· Соединить катушки встречно. Выполнить измерения предыдущего пункта. Измеренные величины занести в таблицу  ЗП.

· Выключить тумблеры Сеть модулей ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР и ВВОД-ВЫВОД

· Выключить автоматический выключатель QF модуля питания.

· Протокол измерений утвердить у преподавателя.

Окончить работу программы LCView. Для этого:

· Правой кнопкой мыши «кликнуть» на ярлыке «Автоматическое управление».

· В появившемся списке выбрать «Закрыть».

 

Протокол измерений к лабораторной работе № 5

«Исследование цепи синусоидального тока с индуктивно связанными элементами»

Определение параметров индуктивно связанных катушек

Схема исследуемой электрической цепи представлена на рисунке 1.П.
Частота f =…….Гц.

 

            

 

 

Рисунок 1П. Схема соединения индуктивно связанных катушек

 

Экспериментальные данные представлены в таблице 1П.

 

Таблица 1П

Экспериментальные данные

 

К выходу генератора подключена катушка L1				К выходу генератора подключена катушка L2
U1, B	I1,  мА	φ1, град	U2, B	U1, B	I1,  мА	φ1, град	U2, B

 

Предварительные расчеты параметров катушек

 

К выходу генератора подключена катушка L1
К выходу генератора подключена катушка L2

 

Последовательное соединение катушек

 

Рисунок 2П. Схема последовательного соединения катушек

 

Таблица 2П

Экспериментальные данные

 

Согласное соединение катушек					Встречное соединение катушек
U, В	I, мА	U1, В	U2, В	φ, град		U, В	I, мА	U1, В	U2, В	φ, град

 

Параллельное соединение индуктивно связанных катушек

 

 

Рисунок 3 П. Схема соединения параллельно соединенных индуктивно связанных катушек

Таблица 3П

Экспериментальные данные

 

Согласное соединение катушек					Встречное соединение катушек
U, В	I1, мА	I2, мА	I3, мА	φ, град	U, В	I1, мА	I2, мА	I3, мА	φ, град

 

Работу выполнил:__________________

Работу принял:______________________

 

 

3 Содержание отчета

 

1 Нарисовать схему электрической цепи для определения параметров R_K, X_L, Х_м индуктивно связанных катушек. По экспериментальным данным (таблица 1П протокола измерений) рассчитать параметры катушек.

2 Нарисовать схему последовательного соединения катушек. По данным п. 1 и действующему значению тока из таблицы  2П рассчитать действующие значения напряжений  Расчет выполнить отдельно для согласного и  встречного включения катушек. Построить в масштабах векторные диаграммы тока и напряжения для каждого из исследуемых режимов.

3 Нарисовать схему параллельного соединения катушек. По данным п. 1 и действующим значениям токов из таблицы ЗП рассчитать напряжения на всех участках цепи. Расчет выполнить отдельно для согласного и для встречного включения катушек.

4 Построить в масштабах векторные диаграммы тока и напряжения для каждого из исследуемых режимов.

 

4 Контрольные вопросы

 

1 Каким образом, можно определить по схеме последовательно согласное включение магнитосвязанных катушек?

2 Каким образом, можно определить по схеме последовательно встречное включение магнитосвязанных катушек?

3 Каким образом по экспериментальным данным можно определить коэффициент взаимоиндукции М?

4 Нарисуйте схему параллельного встречного включения двух магнитосвязанных катушек.

5 Нарисуйте схему параллельного согласного включения двух магнитосвязанных катушек.

 

 

 

Лабораторная работа № 6

 

Исследование резонанса в цепи с последовательно соединенными элементами R, L, С

Целью работы:  исследование резонансных явлений и частотных характеристик электрической цепи, содержащей элементы R, L, С.

 

1 Общие сведения

 

Резонансом называется явление совпадения начальных фаз мгновенных значений синусоидального напряжения и тока на участке электрической цепи, содержащем элементы R, L, С.

В состоянии резонанса угол сдвига фаз φ = ψ_u – ψ_i = 0. Имеют место следующие выражения:

В линейной электрической цепи режим резонанса можно получить путем изменения частоты f питающего напряжения u(t)  или величин параметров элементов R, L, С. В работе исследуют контур с последовательным соединением участков R, L и С  (рисунок  6.1).

Рисунок 6.1. Схема последовательного соединения R, L и C элементов

 

На частоте резонанса ω₀ эквивалентное реактивное сопротивление

    Откуда

 

Величина имеет размерность сопротивления и носит название волнового (характеристического) сопротивления контура.

Резонансные свойства контура характеризует добротность

 

При резонансе напряжение на входе контура U =U_R0. Добротность Q показывает, во сколько раз напряжения на реактивных элементах U_L0 = U_C0 отличается от напряжения U. Такой резонанс называют резонансом напряжений.

Ток при резонансе достигает наибольшего значения                 

Зависимости

 

 

 

называются частотными характеристиками цепи (контура).

Зависимость   называется фазочастотной характеристикой цепи (контура).

Зависимости от частоты действующих значений тока I(f) и напряжений U_R(f), U_L(f). U_C(f)  называются амплитудно-частными характеристиками (АЧХ).

Диапазон частот, при которых выполняется отношение называется полосой пропускания

Записанное выше отношение выполняется точно на частотах f₁ и f₂ , где |X(f)| = R. На частоте f₁ меньше f₀ угол сдвига фаз φ(f ₁) = - 45°, на частоте f₂ больше f₀   φ(f₂) = +45°. Частоты f₁ и f₂ называются нижней и верхней граничной частотой полосы пропускания. Выполнение условий φ(f ₁) = - 45°и φ( f ₂) = +45° позволяют экспериментально определить граничные частоты, поэтому полосу пропускания можно определить по фазочастотной характеристике.

Значения граничных частот определяются выражением

±1)

Избирательные частотные свойства контура характеризуются полосой пропускания .

 

2 Содержание и порядок выполнения работы

 

Схема исследуемой цепи представлена на рисунке 1 П. Источником синусоидального напряжения является модуль ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР. Измерения выполняются компьютерным измерительным комплексом (смотри п 1.4 введения). Ввод данных в компьютер выполняет модуль ВВОД-ВЫВОД.  Входы 1 и 2 при их совместном использовании измеряют активную мощность Р и угол сдвига фаз φ между мгновенными значениями напряжения и и тока i. При емкостном характере цепи в окне φ на экране монитора появляется величина угла больше +270°. В этом случае ф = (величина угла на экране -360"). Например: на экране монитора угол 320°, φ = (320° -360°) = - 40°.

Шунт R_ш1- резистор канала А1 из блока МОДУЛЬ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ.

Пассивные элементы электрической схемы выбирают из блоков МОДУЛЬ РЕЗИСТОРОВ  и  РЕАКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ. Рекомендуемые величины индуктивности катушки и емкости конденсатора представлены в таблице  6.1.

 

Таблица 6.1

Рекомендуемые величины индуктивности катушки и емкости конденсатора

 

L, мГн	20	30	40	50	60	70	80
С, мкФ	10	6,8; 10	4,7; 6,8	4,7; 6,8	3,3; 4,7	3,3	3,3

 

· Собрать электрическую цепь по схеме рисунок 1П протокола измерений.

· Проверить собранную электрическую цепь в присутствии преподавателя.

· Установить заданные преподавателем величины индуктивности L катушки и емкости С конденсатора. Измерить мультиметром активное сопротивление R_K катушки. Записать эти значения в протокол измерений.

· Выполнить предварительные расчеты, указанные в протоколе измерений.

· Включить автоматический выключатель QF блока МОДУЛЬ ПИТАНИЯ и тумблеры Сеть модулей ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР и ВВОД-ВЫВОД. Переключатель Форма установить в положение ~ .

Запустить программу виртуальных измерений LCView. Для этого:

· Включить компьютер, дождаться окончания загрузки Windows;

· Запустить программу LCView. В центре экрана монитора появляется список лабораторных работ; справа вверху появляется надпись «Автоматическое управление». Выбрать работу №6 «Исследование резонанса в цепи с последовательно соединенными элементами R, L, С».

На экране появляются окна измерительных приборов:

← результаты измерения напряжения U, U_K  и  U_C,
соответственно;

←результат измерения тока;

←результат измерения мощности;

←результат измерения угла сдвига фаз ср.

· Регулятором Амплитуда установить величину действующего значения напряжения U= 5...7 В. Напряжение U поддерживать в работе неизменным.

· Регулятором Частота установить на выходе модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ  ГЕНЕРАТОР частоту f ₀. Убедиться, что угол   φ ≈ 0.

· Измерить на частоте f ₀ действующие значения тока I; напряжений U, U_k, U_C; активную мощность Р и угол φ. Измеренные значения занести в таблицу 1П.

· Уменьшая частоту, определить частоту f ₁ - нижнюю граничную частоту полосы пропускания.

· Измерить на частоте f ₁ действующее значение тока I; напряжений U, U_k, U_C активную мощность Р и угол φ . Измеренные значения занести в таблицу  1П.

· Увеличивая частоту, определить частоту f₂ - верхнюю граничную частоту полосы пропускания.

· Измерить на частоте f ₂ действующее значение тока I; напряжений U, U_k, U_C активную мощность Р и угол φ. Измеренные значения занести в таблицу 1П.

· Изменяя частоту, выполнить измерения для f > f₀  и f < f₀  . Измеренные значения занести в таблицу 1П.

· Выполнить предварительные расчеты, указанные в протоколе измерений.

· Протокол измерений утвердить у преподавателя.

· Выключить тумблеры Сеть модулей ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР и ВВОД-ВЫВОД

· Выключить автоматический выключатель QF модуля питания.

Окончить работу программы LCView. Для этого:

· Правой кнопкой мыши «кликнуть» на ярлыке Автоматическое управление».

· В появившемся списке выбрать «Закрыть».

 

Протокол измерений к лабораторной работе № 6

«Исследование резонанса в цепи с последовательно соединенными элементами R , L , С»

 

Схема исследуемой электрической цепи представлена на рисунке 1П.

 

Рисунок 1П. Схема исследования резонанса напряжения

 

Параметры цепи: L = мГн; С=  мкФ; R_k=   Ом.

Предварительные расчеты:

 

Таблица 1П

Результаты измерений

 

f, Гц		I, мА	Uk, B	UC, B	φ, град	Р, Вт	Примеч.
							f1
							f0
							f2

При f ₀ =   Гц напряжение  =      B.

Из таблицы 1П: граничные частоты f ₁ =  Гц и f ₂  = Гц, полоса пропускания .

Сравнение значений добротности:

Входное сопротивление в резонансе Z₀ =      Ом; на частоте f ₁   Z₁=  Ом;

на частоте f ₂   Z₂=       Ом.

 

Работу выполнил__________________

Работу проверил__________________

 

3 Содержание отчета

 

1. Нарисовать схему замещения исследуемой электрической цепи, указать величины параметров R_K, L, С. Записать рассчитанные в протоколе измерений значения частоты f₀, волнового сопротивления р, добротности Q и полосы пропускания ∆f.

2.  По данным таблицы 1П в относительных единицах частоты  рассчитать и построить графики амплитудно-частотных характеристик (АЧХ):  ; . Результаты расчета представить в таблице. Из графиков АЧХ определить добротность Q, граничные частоты f ₁ , f ₂ и полосу пропускания.

3. Рассчитать в относительных единицах частоты 𝛎 зависимости: Результаты расчета представить в таблице. Построить

графики. По данным таблицы1П построить фазочастотную характеристику φ(𝛎). Из графиков определить добротность Q, граничные частоты и полосу пропускания.

4. По данным таблицы  1П протокола рассчитать частотные характеристики:  ;           

.

Результаты расчета характеристик в относительных единицах частоты 𝛎 представить в таблице. Построить их графики от относительной частоты 𝛎. Из графиков определить на граничных частотах f ₁ и f ₂ отношения:   

 5. Построить векторные диаграммы тока и напряжения цепи для значений частоты f₁, f₀  и f₂ .

4 контрольные вопросы

1 Какое явление называется резонансом напряжения?

2 Изменением каких параметров электрической цепи можно достичь резонанса напряжения?

3 Каким образом и почему изменяется ток в цепи при достижении резонанса напряжения?

4 Что называется волновым (характеристическим) сопротивлением контура?

5 Какие зависимости представляет собой фазочастотную характеристику (ФЧХ) и амплитудно-частотную характеристику (АЧХ)?

6 Что понимается под определением «Добротность контура»?

7 Что понимает под выражением «Значение граничных частот» и какой формулой оно рассчитывается?

 

Лабораторная работа №7

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: