Лабораторная работа 2. Инструкция по доступу прилагается к заданию в курсе. Откройте на виртуальном рабочем столе папку Лабораторные работы

• Название: Инструкция по доступу прилагается к заданию в курсе. Откройте на виртуальном рабочем столе папку Лабораторные работы
• Дата: 02.04.2022
• Размер: 0.56 Mb.
• Имя файла: Лабораторная работа 2.docx
• Тип: Инструкция; #435730

Лабораторная работа 2 «Последовательное соединение R, L, C элементов. Резонанс напряжений»


Лекция 2.3. Пассивный двухполюсник в цепи переменного тока. Частотные свойства электрической цепи. Резонанс

Цель работы – исследование последовательного включения R, L, С элементов в цепи синусоидального тока при изменении ёмкости.

Задачи:

• 
  изучить условия возникновения и признаки резонанса напряжения;
  
• 
  научиться строить векторные диаграммы напряжений и токов, треугольники сопротивлений и мощностей.
  

1. Порядок запуска виртуальной лабораторной работы (ВЛР)

1.1. Получите доступ к виртуальному рабочему столу. Инструкция по доступу прилагается к заданию в курсе.

1.2. Откройте на виртуальном рабочем столе папку «Лабораторные работы», выберите папку Professional group, в ней запустите двойным щелчком программу Выполнить.

1.3. Одинарным щелчком выберите группу «Электротехника (для неэлектрических специальностей)».

1.4. Из развернувшегося перечня выберите одинарным щелчком лабораторную работу «Последовательное соединение R, L, C элементов. Резонанс напряжений».

1.5. По одинарному щелчку вам доступны файлы ВЛР «Методические материалы» и «Виртуальная лаборатория» (рис. 1).



Рис. 1. Файлы ВЛР

Выход из «Методических материалов» – (стрелка «влево» на зеленом фоне в левом нижнем углу экрана). Выход из «Виртуальной лаборатории» – клавиша F10.

!Используйте сочетание клавиш Ctrl+Alt, чтобы курсор мыши имел возможность свернуть или уменьшить размер окна виртуального стола. Тогда вы сможете работать и на своем компьютере за пределами виртуального рабочего стола, и возвращаться обратно (рис. 2).



Рис. 2. Личный рабочий стол и виртуальный
2. Теоретическая часть

Последовательное соединение

Если цепь, содержащую последовательно соединённые элементы R, L, С (рис. 3), подключить к источнику синусоидального напряжения (формула 1):



то в электрической цепи установится ток (формула 2):





Рис. 3. Последовательное соединение R,L,C элементов
Закон Ома для приведенного выше участка электрической цепи запишется следующим образом (формула 3):



где z– полное сопротивление цепи;

x_L, x_C – соответственно, индуктивное и емкостное сопротивления цепи;

разность называют реактивным сопротивлением цепи.

Индуктивное и емкостное сопротивления проявляют зависимость от частоты и находятся по формулам 4 и 5:

(4)

В цепях переменного тока различают активную, реактивную (индуктивную и ёмкостную) и полную мощности цепи. Активная мощность аналитически определяется по формуле 6:



Экспериментальным путем активную мощность измеряют ваттметром.

Реактивная мощность в электрической цепи определяется по формуле 7:



Экспериментальным путем реактивную мощность измеряют варметром.

Полную мощность в электрической цепи определяют по формуле 8:



Если при последовательном соединении R, L, C элементов равны индуктивное и емкостное сопротивления , то в цепи наступит режим резонанса напряжений. Признаком его является максимальный ток, который определяется по формуле 9:



Коэффициент мощности (cos) в этом случае равен единице, ток и напряжение совпадают по фазе, реактивная мощность равна нулю, а полная мощность равна активной (формула 10):



3. Оборудование

3.1. Активные клавиши

Для работы в этой лабораторной работе применяются следующие клавиши (рис. 4):

W, S, A, D – для перемещения в пространстве;

F2, Е – аналоги средней клавиши мыши-манипулятора (при первом нажатии берется объект, при последующем – ставится);

Ctrl – присесть;

F10 – выход из программы.



Рис. 4. Активные клавиши клавиатуры и мыши-манипулятора

Левая клавиша мыши (1) – при нажатии и удерживании обрабатывается (поворачивается, переключается) тот или иной объект.

Средняя клавиша (2) – при первом нажатии (прокрутка не используется) берется объект, при последующем – ставится (прикрепляется). Правая клавиша (3) – появляется курсор-указатель (при повторном – исчезает).

Примечание: при появившемся курсоре невозможно перевести взгляд вверх и в стороны.

3.2. Оборудование для лабораторной работы



Рис. 5. Внешний вид лабораторного стенда

В лаборатории у стены находится стенд (рис. 5) для проведения испытания. Стенд состоит из вертикальной и горизонтальной панелей.

Вертикальная панель содержит элементы схемы и разделена на 2 зоны. Линиями красного цвета изображены провода, соединяющие схему.

На схеме присутствуют элементы управления (рис. 6) – регулируемые сопротивления на 150 Ом. Изменение сопротивления происходит за один оборот (360°) – от 0 до 150 Ом.



Рис. 6. Одно из положений регулируемого сопротивления

Элемент управления на панели 2 (рис. 7) – набор конденсаторов с кнопками справа. Кнопка за одно нажатие «вжимается» внутрь и находится в таком состоянии до выключения. Общая емкость составляет сумму всех включенных кнопок. Красная кнопка – ключ: замыкает и размыкает схему. Если красная кнопка вдавлена внутрь – схема замкнута.



Рис. 7. Вид панели 2

На горизонтальной панели находится источник питания (рис. 8) (от 0 до 220 В) переменного тока. Регулировка напряжения осуществляется при помощи поворотного регулятора (ЛАТРа) снизу источника. Для включения источника питания в работу необходимо следующее.

1. 
   Включить сеть стенда (кнопка ВКЛ слева – загорится лампочка СЕТЬ, выключение – кнопкой ВЫКЛ).
   
2. 
   Включить кнопку под лампочкой (два положения: вдавлена внутрь – включено, загорается лампочка; не вдавлена – выключено).
   

Рис. 8. Регулируемый источник питания

4. Порядок выполнения работы

На стенде собрана цепь по схеме рис. 3.

4.1. Включите стенд в сеть. Включите источник питания.

4.2. Установите ЛАТРом напряжение U= 25 В.

4.3. Изменяя ёмкость батареи конденсаторов нажатием кнопок на панели 2, добейтесь резонанса в цепи.

4.4. Снимите показания приборов и занесите в табл. 1.
Таблица 1

Экспериментальные данные исследуемой электрической цепи

Емкость С, мкФ	Измеренные значения
	U, B	I, A	UR, B	UC, B	UК, B	P, Вт

4.5. Отступая от резонансной емкости С_рез с шагом С = 30 мкФ в сторону увеличения и уменьшения емкости, выполните по 5 измерений. Результаты измерений занесите в табл. 1.

4.6. По результатам измерений вычислите величины, указанные в табл. 2.
Таблица 2

Расчетные данные исследуемой электрической цепи

Емкость С, мкФ

Рассчитанные значения

Zk, Ом

Rk, Ом

XL, Ом

L, Гн

Uk, В

UL, В

cos

cosk

XC, Ом

XL – XC, Ом

Q, вар

S, BA

4.7. Сравните параметры (R_K, L), полученные по результатам вычислений, между собою и с паспортными данными катушки.

Относительная погрешность измерений (формула 11):



4.8. Постройте векторные диаграммы для резонанса ( = 0⁰ ) и для случаев  < 0⁰ и  > 0⁰.

4.9. Постройте треугольники сопротивлений и мощностей для этих же случаев.

4.10. Постройте в одной системе координат и проанализируйте графики зависимостей U_L(C), U_C(C), I(C), cos(C).

Формулы для расчета лабораторной работы

Z_k = U_k/ I,

P_k = P – P_R,

U_k = I R_k,

cos = P / (UI),

X_c = U_c / I,

P_R = U_kI,

R_k = P_k / I²,

U_L = X_LI,

cos_k = P_k / (U_kI) = R_k / Z_k ,

Q = I²(X_L–X_C),

S = UI,

.

5. Отчет

Скачайте титульный лист и бланк выполнения лабораторной работы. Отчет по лабораторной работе должен содержать:

• 
  титульный лист с Ф. И. О. студента, группой (стандартный, в курсе);
  
• 
  цель работы, описание оборудования и электрическую схему (бланк);
  
• 
  описание выполнения работы (бланк);
  
• 
  выполненные задания из раздела 4, заполненные табл. 1, 2 в бланке выполнения лабораторной работы 2;
  
• 
  выводы и ответы на контрольные вопросы (бланк).
  

6. Контрольные вопросы

1. 
   
   
   .
   Начертить векторную диаграмму для произвольной цепи, содержащей последовательное соединение элементов R, L, C.
   
2. 
   Что изменится в векторной диаграмме, если исключить из схемы какой-либо элемент?
   
3. 
   Как зависят индуктивное, емкостное и активное сопротивления от частоты тока?
   
4. 
   Как определяется активная, реактивная и полная мощности цепи катушки?
   
5. 
   Назовите условия возникновения и признаки резонанса напряжения.
   
6. 
   Каким способом можно добиться резонанса в цепи?
   
7. 
   Объясните ход кривых, полученных в лабораторной работе.