Воздействии на постоянной частоте

Цель работы: изучение соотношений между напряжением (U) и током (I) в последовательном соединении резистивного и реактивного сопротивлений при воздействии гармонического сигнала; экспериментальная проверка основных соотношений для цепей RL, RC; развитие навыков и умений студентов работать с измерительными приборами.

Домашнее задание

1 Изучить по [5.1], [5.2], [5.3] процессы, происходящие в электрической цепи, состоящей из резистивного и реактивного сопротивлений.

2 Подготовить бланк отчета с предварительным расчетом.

3 Выполнить расчет RC и RL электрических цепей.

3.1 Рассчитать входное сопротивление, ток, напряжения на резисторе и реактивном сопротивлении, определить мощность, построить векторные диаграммы напряжений

− для последовательного соединения RC (рисунок 5.2 а), если U_вх=3 В, R=100 Ом, кГц, С, нФ равно номеру записи студента в учебном журнале.

− для последовательного соединения RL (рисунок 5.2 б), если U_вх=3 В, R=100 Ом, кГц, L, мГн равно номеру записи студента в учебном журнале.

4 Подготовить ответы на вопросы самопроверки.

 

Вопросы для самопроверки

1. Запишите формулы индуктивного и емкостного сопротивлений.

2. Нарисуйте графики зависимостей и .

3. Изобразите схему замещения реальной и идеальной катушки индуктивности.

4. Изобразите схему замещения реального конденсатора и конденсатора без потерь.

5. Запишите расчетные формулы для нахождения полного сопротивления RL и RC электрических цепей.

6. Дано: U_L =80 В U_R =60 В. Определите показание вольтметра (рисунок 5.1).

7. Дано: U =200 В U_С =160 В. Определите показание вольтметра (рисунок 5.2).

 

 

Рисунок 5.1 – Схема Рисунок 5.2 – Схема

 

8 Запишите входное сопротивление RL и RC электрических цепей в комплексной форме.

9 Изобразите треугольники напряжений, сопротивлений, мощностей реальной катушки индуктивности.

10 Изобразите треугольники напряжений, сопротивлений и мощностей конденсатора с потерями.

 

Приборы и оборудование

1 Лабораторный стенд ЛКТЦ.

2 Соединительные провода (8 шт).

 

Порядок выполнения работы

1 Проверка подготовки студентов к лабораторной работе по вопросам самопро­верки.

2 Подготовка лабораторной установки к работе, получение инструктажа по технике безопасности.

2.1 Ознакомление с элементами, из которых собирают исследуемую цепь (рисунок 5.1): блок генератора Г3, магазин сопротивлений R_м, элементы С_А, L_А и на плате пассивных элементов, РV3 используется в качестве вольтметра и фазометра, РV2 − в качестве вольтметра.

2.2 Собрать электрическую цепь по схеме рисунок 5.1. Пригласить преподавателя проверить собранную цепь.

 

Рисунок 5.1 − Схема для исследования неразветвленной цепи

 

2.3 Включить тумблеры "СЕТЬ", "ГЕНЕРАТОР", V2, V3 на блоке питания.

2.4 Поставить переключатели в следующее положение:

- переключатель формы сигнала на Г2 поставить в положение 1 (" " VAR) (до отказа, против часовой стрелки);

- на Г3 предел измерения вольтметра в положение "10 В", выходное напряжение (на PV1) равно 0 (регулятор в крайнее левое положение);

- на блоке стенда " V3 - φ" тумблер рода работы в положение измерения " φ ";

- на R_м поставить значение R_м = 0.

3 Произвести исследование RC и RL электрических цепей. Для этого:

3.1 Установить на выходе Г3 напряжение 3В и поддерживать его во время опытов постоянно.

3.2 Установить на блоке Г1 рабочую частоту f = 20 кГц для RC цепи.

3.3 Измерить напряжение на резисторе R_ш3 вольтметром РV2 и угол сдвига фаз между напряжением и током прибором РV3.

Примечание. Все блоки стенда имеют общую точку (корпусной зажим, обозначаемый знаком " "). Поэтому при измерении вольтметрами (РV1, РV2, РV3), размещенными на стенде, последние показывают потенциалы точки относительно корпуса " ".

Следовательно, в схеме, собранной соответственно по рисунку 5.1, РV2 измеряет напряжение на R_ш3.

3.4 Снять показания РV2 и фазометра. Данные занести в таблицу 5.1.

3.5 Для измерения U_с следует проводник подходящий, к зажиму А (рисунок 5.1) перенести на зажим 0, а проводник с зажима 0 - на зажим А; вольтметр РV2 измеряет U_с.

3.6 Снять показания РV2. Данные занести в таблицу 5.1. Схему вернуть в исходное положение.

3.7 Выяснить влияние величины резистивного сопротивления на угол сдвига фаз между напряжением и током на входе цепи. Проверить включен ли в схему (рисунок 5.1) переменный резистор R_м (показан пунктиром).

3.8 Изменять сопротивление резистора R_м согласно таблице 5.2 и записать показания фазометра.

3.9 Вместо конденсатора С_А включить индуктивность L_А (исследование RL -цепи). Установить на Г1 рабочую частоту 1 кГц.

3.10 Повторить пункты 6.3.3 − 6.3.6.

 

Таблица 5.1 – Расчетные и экспериментальные данные

 

Величина	Uвх,В	I, A	UR,B	UС, или UL,B	φ, град	S, BA	P,Вт	Q,ваp	Z,Oм	ХС, или ХLОм
RС -цепь	3,0
RL -цепь	3,0

 

Таблица 5.2 – Таблица измерения " φ "

 

Rм, Ом
RС -цепь/ φ, град
RL -цепь/ φ, град

Содержание отчета

1 Наименование и цель работы.

2 Расчет домашнего задания (п.3.3).

3 Схема проведения опытов.

4 Графики φ (R).

5 Выводы по работе.

6 Ответы на контрольные вопросы.

 

Контрольные вопросы

1 Запишите формулы активной, реактивной и полной мощностей RL и RC электрических цепей

2 На какую мощность влияет коэффициент мощности cos φ?

3 Поясните физический смысл активной, реактивной и полной мощностей.

4 В каких единицах измеряются активная, реактивная и полная мощности?

5 Запишите формулу комплексной мощности.

6 Как, определив мощность в комплексной форме, записать активную, реактивную и полную мощности?

7 Запишите формулы для расчета коэффициента мощности RL и RC электрических цепей.

8 Как сдвинуты по фазе напряжение и ток в RL и RC электрических цепях?

 

Краткие теоретические сведения

Входное сопротивление
Цепь RC	Цепь RL
Рисунок 5.2 – Расчетные цепи
где где модуль входного сопротивления цепи, а )	где где – модуль входного сопротивления цепи, а
Векторные диаграммы

Закон Ома

– для действующих значений напряжения и тока: (6)

– для значений напряжения амплитудных и тока: (7)

Напряжение на элементах цепи

U_R = I·R U_R = I·R (8)

U_C = I·X_C U_L = I·X_L (9)

Мощности рассчитываются по формулам

активная

реактивная QL = I2XL (вар) QC = I2XC (вар)

полная

 

 

Литература

5.1 Добротворский, И.Н. Теория электрических цепей./ И.Н. Добротворский. – М.: Радио и связь, 1989. – / с.165…171.

5.2 Агасьян, М.В., Орлов, Е.А. Электротехника и электрические измерения./ Агасьян М.В., Орлов Е.А. – М.: − Радио и связь, 1983, – /с. 134…135, 140…163.

5.3 Методическое руководство к работе.

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6