методичка к практике. Методические_указания_Часть_1_Эл_Цепи (2). Методические указания к лабораторным работам по электротехнике

• Название: Методические указания к лабораторным работам по электротехнике
• Анкор: методичка к практике
• Дата: 22.09.2022
• Размер: 299.48 Kb.
• Имя файла: Методические_указания_Часть_1_Эл_Цепи (2).docx
• Тип: Методические указания; #691433
• страница: 3 из 7

Формулы для расчёта

Мощность источника – P_И = U^.I₁;

Мощности резистивных приемников – P₁= U₁^.I₁,P₂= U₂₃^.I₂,P₃= U₂₃^.I₃;

Суммарная мощность приемников – ΣP_пр =P₁+P₂+P₃;

R_Э =U/I₁ – эквивалентное сопротивление цепи по показаниям приборов;

R₁= U₁ /I₁;R₂= U₂₃ /I₂;R₃= U₂₃ /I₃ – сопротивления участков цепи;

R_Эрасч=R₁+R₂∙R₃/(R₂+R₃) – эквивалентное сопротивление цепи, рассчитанное по сопротивлениям участков цепи;

Баланс мощностей: P_И = ΣP_пр.

Содержание отчета

Отчет по работе должен содержать:

- наименование работы и цель работы;

- схему исследуемой цепи;

- таблицы с результатами опытов и вычислений;

- расчетные соотношения;

- вольтамперные характеристики резисторов I₁= f (U₁), I₂= f (U₂₃),

I₃=f (U₂₃) и всей цепи I₁ = f (U);

- выводы по работе.
Контрольные вопросы

1. 
   Как по показаниям амперметра и вольтметра определить величину сопротивления участка электрической цепи и потребляемую им мощность?
   
2. 
   Нарисуйте схемы для измерения методом амперметра и вольтметра больших и малых электрических сопротивлений.
   
3. 
   Как определить величину эквивалентного сопротивления для исследуемой цепи?
   
4. 
   Составить систему уравнений с использованием законов Кирхгофа для расчета исследуемой электрической цепи.
   
5. 
   Как по вольтамперной характеристике определить величину сопротивления цепи?
   
6. 
   Как изменится мощность источника питания исследуемой цепи, если увеличить сопротивление резистора R₂?
   
7. 
   Как изменится мощность источника питания электрической цепи, если увеличить его напряжение в 2 раза?
   
8. 
   Как изменится ток резистора R₁ исследуемой цепи, если при неизменном напряжении питания увеличить сопротивление резистора R₃?
   
9. 
   Как изменится мощность источника питания исследуемой цепи, если увеличить сопротивление резистора R₁?
   
10. 
    Как изменится ток резистора R₃, если в исследуемой цепи уменьшить сопротивление резистора R₁?
    

Работа №2

Исследование цепи переменного тока с последовательным соединением активного сопротивления, индуктивности и емкости. Резонанс напряжения

Цель работы: изучение свойств цепи переменного тока при последовательном соединении активного, индуктивного и емкостного сопротивлений, исследование режима резонанса напряжений, анализ цепи с помощью векторных диаграмм.

Общие сведения

Исследование цепи переменного тока с последовательным соединением индуктивности, активного сопротивления и емкости проводится по схеме, представленной на рис. 2.



Рис. 2. Цепь с последовательным соединением индуктивности, активного сопротивления и емкости

Для данной цепи справедливы следующие соотношения:

где U, I – действующие значения напряжения источника и тока цепи;

z – полное сопротивление цепи;

r– активное сопротивление цепи;

– индуктивное сопротивление цепи;

– емкостное сопротивление цепи;

– реактивное сопротивление цепи;

φ – угол сдвига фаз между напряжением и током цепи;

ω – угловая частота;

– частота тока;

– индуктивность цепи;

– емкость цепи.

Режим работы цепи может быть проанализирован с помощью векторных диаграмм, на которых:

– ток отстает по фазе от напряжения при ;

– ток опережает по фазе напряжение при ;

– ток совпадает по фазе с напряжением при .

При равенстве индуктивного и емкостного сопротивлений в цепи возникает особый режим, называемый резонансом напряжений.

Свойства цепи при резонансе напряжения:

1. 
   Реактивное сопротивление цепи х = 0.
   
2. 
   Полное сопротивление цепи z= r, и минимально по величине.
   
3. 
   Ток имеет максимальную величину, так как сопротивление цепи минимально:
   

.

4. 
   Ток совпадает по фазе с напряжением источника, следовательно, угол сдвига фаз φ = 0.
   
5. 
   Реактивная мощность цепи равна нулю, Q = Q_L - Q_C = 0.
   
6. 
   Полная мощность цепи равна активной мощности, S =P.
   
7. 
   Коэффициент мощности цепи cos φ = P/S = 1.
   
8. 
   Падение напряжения на активном сопротивлении катушки равно напряжению источника
   

.

9. 
   Напряжения на индуктивном и емкостном сопротивлениях цепи равны между собой и взаимно компенсируют друг друга.
   

.

Домашнее задание

1. 
   Изучить теоретический материал «Последовательное соединение элементов в цепи переменного тока».
   
2. 
   Подготовить таблицу 3 для записи опытных данных и ответы на контрольные вопросы к данной работе.
   

Рабочее задание

1. 
   Ознакомиться с лабораторной установкой.
   
2. 
   Собрать электрическую цепь с последовательным соединением реальной катушки индуктивности L и конденсатора C (рис. 3), используя элементы стенда в соответствии с заданным вариантом (табл. 2).
   

Рис. 3. Электрическая цепь с последовательным соединением катушки индуктивности и конденсатора

Реальная катушка индуктивности в электрической цепи представлена схемой замещения из двух последовательно соединенных элементов: индуктивности катушки L_к и активного сопротивления катушки r_к.

Таблица 2

№ варианта	1	2	3	4	5
L	L1	L2	L1	L2	L1
C	C2-2	C1-4	C1-3	C2-5	C1-4

В табл. 2 в качестве индуктивности L используются реальные катушки индуктивности L1 и L2. В качестве емкостного элемента C используются конденсаторы С1 и С2. Емкости конденсаторов С1 и С2 изменяются с помощью тумблеров, которые имеют 5 положений: 1-2-3-4-5. После сборки цепи схему представить для проверки преподавателю.

3. 
   Включить источник питания E3 и установить величину напряжения питания 10 В.
   
4. 
   Определение режимных параметров цепи при резонансе напряжений.
   

Нажимая кнопку на измерительном приборе PP1 вывести на экран в четвертой строке значение угла φ. Изменяя регулятором частоту f напряжения источника питания, установить значение угла φ=0. Снять с прибора показания напряжения U, тока I и мощности P. Затем повторными нажатиями кнопки на приборе PP1 вывести на экран значения коэффициента мощности cos φ и частоты тока f. Напряжения U_K и U_C измеряются вольтметром стенда путем его подключения к точками 1-2 и 3-4 схемы. Результаты измерений занести в табл. 3, заполнив строчку для угла φ=0.

5. 
   Изменяя регулятором частоту f напряжения источника питания с шагом Δ f = (30-40) Гц проделать опыты еще для шести значений угла φ: трех отрицательных углов φ < 0 при f < f_рез и трех положительных углов φ > 0 при f > f_рез. Результаты измерений занести в табл. 3. Выключить источник питания E3.
   

Таблица 3

φ, град	f, Гц	U, В	I, А	P, Вт	UK, В	UC, В	cosφ
φ=0	fрез=

6. 
   По результатам измерений вычислить величины, указанные в табл. 4:
   

Таблица 4

f, Гц	Z, Ом	ZK, Ом	rK, Ом	xLK, Ом	xC, Ом	UrK,В	ULK,В	LK, Гн	C, мкФ
fрез=

7. 
   Построить в общей системе координат зависимости:
   

U, U_C , U_K , U_LK = F( f ); I, P, = F( f ); z , φ , cos φ = F( f ).

7. 
   Построить в масштабе три векторные диаграммы напряжений и тока для опытов:
   

1. ; 2. ; 3. .