Измерение действующего значения и начальной фазы токов во всех ветвях и падений напряжений на всех элементах R, L и С – цепи

2.1. Собрать цепь по схеме рисунка 15. На блоке питания включить тумблер «V₃ – φ »; на блоке Г2: переключатель ПФ – в первую позицию « - var»; на блоке Г1: тумблер в положение «2-20 кГц» и регулятором «частота» установить частоту f=6 кГц; на фазометре: тумблер в положение «φ ». Установить регулятором на блоке Г3 значение напряжения U₁=2 В или близкое ему. Значение U₁ записать в таблице 3. В качестве индуктивности и емкости взять элементы согласно варианту (таблица 1). Записать их номинальные величины в таблицу 3. R₂=500 Ом, R₃=1 кОм.

2.2. Внешним проводником закоротить резистор R₁=100 Ом. Делается это потому, что в данном эксперименте функцию этого резистора выполняет измерительный резистор R_Ш=100 Ом. Потенциальный зажим «Сигнал» фазометра (а, следовательно, и потенциальный зажим вольтметра V₂) подключить к точке М. Фазометр будет измерять разность фаз между напряжением на зажимах генератора и падением напряжения на резисторе R_Ш, то есть разность фаз между напряжением и током первой ветви . Вольтметр V₂ показывает действующее значение напряжения на резисторе R_Ш. Если начальную фазу напряжения на генераторе принять за нулевую (т.е. =U₁), то комплексное значение тока в первой ветви будет ,

где φ – показание фазометра. Уменьшить частоту в два раза (до 3 кГц). Записать показания приборов в таблицу 2. Установить исходную частоту.

2.3. Снять перемычку, замыкающую резистор R₁ и закоротить резистор R_Ш. Электрические параметры цепи остаются без изменения, но нижние (рисунок 15) точки резисторов R₂ и R₃ при этом соединены с корпусом генератора. Перенести потенциальный вывод фазометра и вольтметра V₂ из точки М в точку N. Вольтметр V₂ покажет действующее значение напряжения на резисторе R₂, а фазометр – разность фаз между напряжением на выходе генератора и током во второй ветви. При этом ; .

Записать показания приборов на частотах f и 0, 5f. Установить частоту f.

2.4. Перенести потенциальный вывод «Р» из точки «N» в точку «D». При этом будет измерено комплексное действующее значение напряжения на участке DM: Записать показания приборов для двух частот f и 0, 5f.

2.5. Перенести потенциальный вывод «P» из точки «D» в точку «S». Аналогичным образом измерить комплексные действующие значения напряжения и тока .

2.6. Измерить комплексные действующие значения напряжения на индуктивной катушке L и конденсаторе С. Для этого необходимо один зажим катушки и конденсатора соединить с корпусом генератора так, чтобы электрические параметры цепи остались без изменений: резистор R₂, катушку L, резистор R₃ и емкость С поменять местами. Цепь после таких перестановок принимает вид, показанный на рисунке 16. Подключить потенциальный вывод фазометра и вольтметра V₂ «P» поочередно к точкам «N» и «S». В первом случае будем измерять комплексное напряжение на индуктивной катушке L, во втором – на конденсаторе С: ; .

Измерения произвести на частотах f и 0, 5f.

 

 

V₁ о А вх 1к вх 2к

 

С

ЭК

о В

R_M=20 Ом

 

 

Рисунок 14

 

 

R₁=100 Ом D

 

Г3

V₁ φ P L C

опор U сигнал V₂ Sо

о N R₃

 

R₂

R_ш=100 Ом

 

G K M

 

Рисунок 15

 

 

R₁

 

 

V₁ опор U сигнал P R₂ R₃

V₂

o N S o

C

L

 

 

Рисунок 16

 

 

Таблица 1

№ варианта	Конденсаторы	Катушки индуктивности
	СА	LA
	СВ	LB
	СD	LD
	СF	LF
	СA	LB
	СB	LD
	СF	LA
	СA	LD
	CD	LF
	CB	LA

 

 

Таблица 2

Точки измерения	Измеряемая величина	При частоте f	При частоте 0, 5f
Показания V2, В	Показания фазометра φ, град.	Показания V2, В	Показания фазометра φ, град.
К N D S N S	URш UR2 UDM UR3 UL UC

 

 

Содержание отчета и его форма

Отчет должен содержать выполнение следующих заданий:

ЗАДАНИЕ 1

1.1. Проанализировать результаты выполненных экспериментов п./п. 1.2-1.11, сравнить кривые тока в емкостной, резистивной и индуктивной цепях, полученные экспериментально.

1.2. Рассчитать время нарастания фронта прямоугольного напряжения при эксперименте в емкостной цепи. Для этого необходимо проделать следующее:

- по тарировочным экспериментам определить размах напряжений на конденсаторе С и резисторе R_М;

- определить размах тока в цепи С, зная размах падения напряжения на резисторе R_М и значение сопротивления этого резистора;

- из выражения ί = C определить время нарастания фронта прямоугольного напряжения Δ t.

1.3. Определить угол сдвига начальных фаз между напряжением и током, если напряжение синусоидальной формы приложено:

а) к цепи R; б) к цепи L; в) к цепи С.

ЗАДАНИЕ 2

2.1. Зная действующие значения и фазы токов в ветвях и напряжений на элементах, записать выражения для комплексных действующих значений токов и напряжений в таблицу 3.

2.2. Записать мгновенные значения величин, рассчитанных в п.2.1.

2.3. Сравнить сумму действующих значений токов (I₂+I₃) со значением I₁ и убедиться в их неравенстве. Сопоставить аналогичные результаты, полученные в лабораторной работе №1. Объяснить, почему в цепях, рассмотренных в предыдущей работе, алгебраическая сумма модулей токов в каждом узле равнялась нулю, а в данной она отлична от нуля. Сравнить аналогичные комплексные величины и . Объяснить, почему для модулей токов в R, L и С – цепях первый закон Кирхгофа несправедлив, а для комплексных действующих значений токов – справедлив. Сравнить мгновенные токи ί ₁ и ί ₂+ί ₃.

2.4. Сравнить модули и комплексные действующие значения напряжения между точками DM и напряжениями на катушке L и резисторе R₂, а также – между напряжением на конденсаторе С и резисторе R₃ (см. рисунок 15).

2.5. Сравнить сумму модулей и комплексов для напряжений на генераторе и на элементах R₁, L, R₂ или R₁, C, R₃.

2.6. Записать комплексные действующие значения напряжений и токов при частоте 0, 5f; сравнить с аналогичными величинами, полученными при частоте f. Сделать вывод о зависимости их от частоты.

2.7. Рассчитать любым методом для цепи на рисунке 15 комплексные действующие значения токов и напряжений на каждом элементе, а также на участке DM (рисунок 15), если f=6 кГц; R₁=0; R_ш=100 Ом, а остальные параметры элементов определяются вариантом задания. Результаты расчетов занести в таблицу 3.

2.8. Построить по рассчитанным данным векторную диаграмму токов и напряжений. Начертить диаграмму на миллиметровке, причем векторы напряжений нанести одним цветом, а векторы тока – другим.

2.9. Качественно (без выполнения расчетов) начертить векторную диаграмму напряжений и токов для частоты в два раза меньшей.

 

 

Таблица 3

Измеряемые величины	U1=; R1=; Rш=100 Ом; R2= 500 Ом; R3=1 кОм; L=; C=.
При частоте f	При частоте 0, 5f
Получено по экспериментальным данным	Получено по расчету	Получено по экспериментальным данным
URш , В , мА , мА , мА , В , В , В , В , В , В

Форма отчета

1. Название и цель работы.

2. Схемы исследуемых цепей.

3. Таблицы и графики, построенные и заполненные по результатам измерений и аналитических расчетов; векторные диаграммы.

4. Выводы.

Отчет должен иметь титульный лист с указанием Ф.И.О. студента, номера группы и даты выполнения работы.

Контрольные вопросы и защита лабораторной работы

1. В каких цепях закон Ома для мгновенных значений напряжений и токов справедлив, и в каких нет?

Вопросы с 2 по 10 относятся к цепи с емкостным элементом

2. Докажите, что

3. Нарисуйте кривую тока, если напряжение изменяется в соответствии с кривой, состоящей из двух экспонент (рисунок 17).

4. Нарисуйте кривую тока, если , где а – постоянная величина.

5. Нарисуйте кривые токов, если напряжение имеет формы, показанные на рисунках 18 а; б; в; г.

6. Нарисуйте на одном графике кривые тока, если напряжение изменяется в соответствии с кривыми а, б рисунка 19.

7. Напряжение изменяется по трапецевидному закону (рисунок 19 а). Нарисуйте кривую тока.

8. Напряжение изменяется по кривой, близкой к прямоугольной форме. При каком времени нарастания фронта напряжения импульс тока в цепи окажется 10 мА, если С=1мкФ?

9. Какую форму имеет напряжение, если ток в цепи изменяется в соответствии с кривой рисунка 20, причем в интервалах от t₁ до t₂ и от t₃ до t₄ кривая имеет косинусоидальную форму?

10. Постройте кривые токов и отношений в цепи R для напряжений, указанных в пунктах 3 - 9.

11. Докажите, что в цепи L

 

12. Постройте кривую напряжения в цепи L, если ток имеет:

а) прямоугольную, б) синусоидальную формы. Нарисуйте кривые для обоих случаев.

13. Составьте уравнения состояния цепи (рисунок 15) для:

а) мгновенных значений; б) комплексных значений.

14. В каких пределах изменяется разность фаз между входным напряжением и током, если ω =1000 С^-1; L=0, 5 Гн; R=(100-2000) Ом в цепи:

а) рисунка 21; б) рисунка 22.

15. Для цепи рисунка 23 f=5 кГц; L=15, 9 МГц; R₁=R₂=50 Ом. Определите .

16. В цепи рисунка 21 R=1 кОм; L=0, 1 Гн; f=2757 Гц. Рассчитать R и L цепи рисунка 22, если входные характеристики обеих цепей одинаковые.

17. Вычислить элементы схемы замещения цепи, векторная диаграмма которой показана на рисунке 24, если U=15 В; I=5А; φ =60^о; f=500 Гц.

 

Защита лабораторной работы проводится при наличии отчета в виде устного опроса. Подготовка к защите осуществляется по настоящим методическим указаниям.

 

u_C

экспонента

экспонента

 

 

0 t₁ t

Рисунок 17

u_C прямая u_C прямая

 

парабола

 

0 t₁ t 0 t

а) б)

u_C u_C

окружность синусоида

 

 

 

0 t₁ t 0 t₁ t

в) г)

Рисунок 18 (а, б, в, г)

u_С δ

а

 

 

0 t

а) б)

Рисунок 19

 

u_C

 

0 t₁ t₂ t₃ t₄ t

 

Рисунок 20

R

 

R

L L

 

 

Рисунок 21 Рисунок 22

 

R₁ L

 

R₂

 

Рисунок 23

 

I

 

φ U

 

Рисунок 24

Литература

Основная учебная литература

1. Нейман Л.Р., Демирчан К.С. Теоретические основы электротехники. Т.1, Т.2, Т.3. СПб.: Энергоиздат, 2002. 546с.

2. Сборник задач по теоретическим основам электротехники: Учеб. пособие для энерг. и приборост. спец. вузов/ Под ред. Л.А.Бессонова. М.: Высшая школа, 2000. 528с.

3. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. М.: Высшая школа, 1998. 747с.

4. Новгородцев А.Б. ТОЭ₁. 30 лекций по теории электрических цепей. СПб.: Политехника, 1995. 519с.

 

Дополнительная литература

1. Основы теории цепей/ Зевеке Г.В., Ионкин П.А. и др. М.: Энергоатомиздат, 1989. 528с.

2. Матханов П.Н. Основы анализа электрических цепей. Линейные цепи. М.: Высшая школа, 1984. 400с.

3. Шебес М.Р. Теория линейных электрических цепей в упражнениях и задачах. М.: Высшая школа, 1998. 655с.

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению лабораторных работ

по дисциплине «Теоретические основы электротехники»

для студентов специальностей:

100200 «Электроэнергетические системы и сети»,

100400 «Электроснабжение»,

200100 «Материалы и компоненты твердотельной электроники»,

200400 «Промышленная электроника»

Составители: В.М. Кожевников, Ю.А. Ларионов, И.Ю. Чуенкова,

Т.Ф. Морозова, студенты Д.В.Коротков, С.С.Новик

 

 

Редактор Л.Д.Бородастова

Подписано печать 25.07.04г. Формат 60Х80 1/16

Уч.-изд. л. 3, 1 Бумага газетная Тираж 100 экз.

Издательство Северо-Кавказского государственного

технического университета

355029, г. Ставрополь, пр.Кулакова, 2

__________________________________________________________________ Типография СевКавГТУ

⇐ Предыдущая1234567

Поделиться:

Популярное:

1. III. О первоначальной записке недвижимого имущества в крепостную книгу
2. Rк- определяет максимальный ток коллектора транзистора, создает нагрузку коллекторной цепи и своей величиной влияет на коэффициент усиления каскада.
3. XI. ПОСТРОЕНИЕ И ПРОЦЕСС ПСИХОДРАМЫ. КОНСТИТУЕНТЫ (ИНСТРУМЕНТЫ); ФАЗЫ И ФОРМЫ
4. Автомат продольно-токовой дифференциальной защиты.
5. Аксиологическое измерение науки
6. Анализ всех возможных регрессий
7. Анализ денежных потоков организации
8. АНАЛИЗ ОДНОМЕРНЫХ ПОТОКОВ ПРИ НЕЛИНЕЙНЫХ
9. Б1.В.ДВ.17 «Культурное измерение Севера и Арктики»
10. Без живого Слова Божия, действующего внутри вас вы не можете полностью контролировать свой ум.
11. Блок генераторов напряжений с наборным полем
12. Борьба с врагами всех бродяг.