Лабораторная работа электротехника. Лабораторная работа №2 Определение параметров элементов R, L и C. Лабораторная работа 2 Определение параметров элементов R, l и c цель работы определение параметров элементов схем по результатам измерений вцепи с установившимся синусоидальным током. 1 Программа работы
 Скачать 312.38 Kb.
|
|
1 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2 Определение параметров элементов R, L и C Цель работы определение параметров элементов схем по результатам измерений вцепи с установившимся синусоидальным током. 1 Программа работы 1.1 Определение параметров резистора R 1.1.1 Собрать электрическую цепь для определения параметров резистора (рисунок 1), установив элементы цепи в соответствии с заданным вариантом (таблица 1). Представить схему для проверки преподавателю. E3 W PP1 000 R* (V, Рисунок 1 1.1.2 Включить электропитание стенда и источник питания Е. Установить в соответствии с заданным вариантом частоту и напряжение источника, с помощью встроенного в ваттметр PP1 вольтметра. Таблица 1 № варианта 1 2 3 4 5 U, В 7 6 5 8 9 f, Гц 250 150 300 350 R* R10- 1 R10- 2 R10- 3 R10- 1 R10- 2 1.1.3 Измерить активную мощность и ток вцепи с помощью встроенных в ваттметр PP1 вольтметра и амперметра. Результаты измерений занести в таблицу 4. 1.1.4 Вычислить параметры резистора, результаты занести в таблицу 4. 1.1.5 Построить c соблюдением масштабов временные и векторные диаграммы для рассмотренной электрической цепи (таблица 5). 2 1.2 Определение параметров катушки L 1.2.1 Собрать электрическую цепь для определения параметров катушки рисунок 2), установив элементы цепи в соответствии с заданным вариантом таблица 2). Представить схему для проверки преподавателю. E3 W PP1 000 L* (V, Рисунок 2 1.2.2 Включить электропитание стенда и источник питания Е. Установить в соответствии с заданным вариантом частоту и напряжение источника, с помощью встроенного в ваттметр PP1 вольтметра. 1.2.3 Измерить активную мощность и ток вцепи с помощью встроенных в ваттметр PP1 вольтметра и амперметра. Результаты измерений занести в таблицу 2. 1.2.4 Вычислить параметры катушки, результаты занести в таблицу 4. Таблица 2 № варианта 1 2 3 4 5 U, В 7 6 5 8 9 f, Гц 250 150 300 350 L* L1 L2 L1+L2 L2 L1+L2 1.2.5 Построить c соблюдением масштабов временные и векторные диаграммы для рассмотренной электрической цепи (таблица 5). 3 1.3 Определение параметров конденсатора C 1.3.1 Собрать электрическую цепь для определения параметров конденсатора (рисунок 3), установив элементы цепи в соответствии с заданным вариантом (таблица 3). Представить схему для проверки преподавателю. Таблица 3 № варианта 1 2 3 4 5 U, В 7 6 5 8 9 f, Гц 150 250 150 300 350 С С С- 2 С С С E3 W PP1 000 C* (V, Рисунок 3 1.3.2 Включить электропитание стенда и источник питания Е. Установить в соответствии с заданным вариантом частоту и напряжение источника, с помощью встроенного в ваттметр PP1 вольтметра. 1.3.3 Измерить активную мощность и ток вцепи с помощью встроенных в ваттметр PP1 вольтметра и амперметра. Результаты измерений занести в таблицу 4. 1.3.4 Вычислить параметры конденсатора, результаты занести в таблицу. 1.3.5 Построить c соблюдением масштабов временные и векторные диаграммы для рассмотренной электрической цепи (таблица 5). Таблица 4 – Результаты измерений и вычислений Элемент цепи Измерения Расчетные параметры 𝑓 𝑈 𝐼 𝑃 𝑍 𝑅 𝑋 𝑐𝑜𝑠 𝜙 𝜙 𝑅 𝐾 𝐿 𝐶 Гц В А Вт Ом Ом Ом – град Ом мГн мкФ Резистор – – – Катушка – Конденсатор – – 4 2 Методические указания Параметры пассивных элементов цепи синусоидального тока и напряжения определяются последующим соотношениям 𝑍 = 𝑈 𝐼 , 𝑅 = 𝑃 𝐼 2 , 𝑋 = ±√𝑍 2 − 𝑅 2 , 𝜙 = ± 𝑎𝑟𝑐𝑐𝑜𝑠 ( 𝑃 𝑈𝐼 ) , (1) где 𝑍 – полное сопротивление 𝑅 – активное сопротивление 𝑋 – реактивное сопротивление (𝑋 𝐿 – индуктивное, 𝑋 𝐶 – емкостное, у резистора реактивное сопротивление равно нулю 𝜙 – угол разности (сдвига) фаз напряжения и тока для индуктивной катушки 𝜙 > 0 (напряжение опережает ток, для конденсатора 𝜙 < 0 (ток опережает напряжение 𝑈 – действующее напряжение 𝐼 – действующий ток 𝑃 – активная мощность. В схеме электрической цепи с индуктивной катушкой приведены два элемента индуктивность 𝐿 и сопротивление к. Последнее обусловлено мощностью, идущей на нагревание проводников, из которых изготовлена катушка. Схема с конденсатором не содержит активного сопротивления, так как потери в нем практически равны нулю. Индуктивность 𝐿 и емкость 𝐶 соответствующих элементов цепи вычисляются из выражений для реактивных сопротивлений 𝑋 𝐿 = 𝜔𝐿, 𝑋 𝐶 = 1 𝜔𝐶 , (2) причем угловая частота связана с частотой приложенного напряжения 𝑓 по формуле 𝜔 = 2𝜋𝑓. Синусоидальные токи и напряжения принято изображать комплексными величинами. Например, ток 𝑖(𝑡) = 𝐼 𝑚 𝑠𝑖𝑛(𝜔𝑡 + 𝜓 𝑖 ) имеет изображение 𝐼̇ комплексный действующий ток, где 𝐼 = 𝐼 𝑚 √2 ⁄ напряжение 𝑢(𝑡) = 𝑈 𝑚 𝑠𝑖𝑛(𝜔𝑡 + 𝜓 𝑢 ) имеет изображение 𝑈̇ = 𝑈𝑒 𝑗𝜓 𝑢 (комплексное действующее напряжение, где 𝑈 = 𝑈 𝑚 √2 ⁄ . В свою очередь, комплексные величины удобно представлять векторами на комплексной плоскости. Совокупность векторов, изображающих синусоидальные токи и напряжения электрической цепи, называется векторной диаграммой. Примеры построения векторных диаграмм простейших электрических цепей представлены в таблице 5. 5 Таблица 5 – Соотношения между токами и напряжениями для элементов цепи Элемент цепи Токи напряжение Векторная диаграмма Резистор R u i 𝑢 = 𝑅 ∙ 𝑖 u ωt i 𝑖(𝑡) = 𝐼 𝑚 𝑠𝑖𝑛 𝜔 𝑡 𝑢(𝑡) = 𝑈 𝑚 𝑠𝑖𝑛 𝜔 𝑡 𝑈̇ = 𝑈𝑒 𝑗0 𝑜 𝐼̇ = Индуктивность идеальная) R u i 𝑢 = 𝐿 𝑑𝑖 𝑑𝑡 u ωt i 𝑖(𝑡) = 𝐼 𝑚 𝑠𝑖𝑛 𝜔 𝑡 𝑢(𝑡) = 𝑈 𝑚 𝑠𝑖𝑛(𝜔𝑡 + 90 0 ) 𝑈̇ = 𝑈𝑒 𝑗90 𝑜 𝐼̇ = 𝐼𝑒 𝑗0 𝑜 +1 j I U φ Индуктивная катушка R K u i L 𝑢 = 𝐿 𝑑𝑖 𝑑𝑡 + 𝑅 𝐾 ∙ 𝑖 u ωt i φ K 𝑖(𝑡) = 𝐼 𝑚 𝑠𝑖𝑛 𝜔 𝑡 𝑢(𝑡) = 𝑈 𝑚 𝑠𝑖𝑛(𝜔𝑡 + к) 𝑈̇ = 𝑈𝑒 𝑗𝜙 𝐾 𝑜 𝐼̇ = Конденсатор C u i 𝑢 = 1 𝐶 ∫ 𝑖 ∙ 𝑑𝑡 𝑡 −∞ u ωt i 𝑖(𝑡) = 𝐼 𝑚 𝑠𝑖𝑛 𝜔 𝑡 𝑢(𝑡) = 𝑈 𝑚 𝑠𝑖𝑛(𝜔𝑡 − 90 0 ) 𝑈̇ = 𝑈𝑒 𝑗−90 𝑜 𝐼̇ = 𝐼𝑒 𝑗0 𝑜 +1 j I U φ -j 6 3 Контрольные вопросы 1. Дайте определение идеализированных элементов электрической схемы 𝑅, 𝐿, 𝐶. 2. Какие явления, происходящие вцепи переменного тока, отражаются в ее схеме активным сопротивлением, индуктивностью и емкостью 3. Запишите численное выражение мгновенного тока в опыте с индуктивной катушкой, приняв начальную фазу напряжения равной о. В опыте с индуктивной катушкой последняя представлена в виде схемы, состоящей из двух последовательно соединенных идеальных элементов L и 𝑅 𝐾 . Что они моделируют 5. В опыте с конденсатором последний представлен только лишь одним идеализированным элементом – емкостью. Почему 6. С какой частотой изменяются мгновенные значения мощности 7. Могут ли быть отрицательными мгновенные значения мощности Дайте толкование этому факту. Что такое активная, реактивная и полная мощности вцепи переменного тока Что такое коэффициент мощности Отчего зависит угол сдвига фаз между напряжением и током на участке электрической цепи переменного тока 4 Литература 1. Нейман Л.Р., Демирчян К.С. Теоретические основы электротехники. – Т.1.–Л.: Энергия, 1981.–536 с. [§4.1 – §4.10] 2. Атабеков Г.И. Теоретические основы электротехники ЧМ Энергия, 1978.–572 с. [§2.1 – §2.10, §3.1] 3. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники Вт. Т Электрические цепи. М Высш. шк, 1984.–560 с. [§3.1 – §3.9] |