Конденсатор и катушка индуктивности в цепи синусоидального тока. Лабораторная 2, Вар.2. Отчет по лабораторной работе 2 Конденсатор и катушка индуктивности в цепи синусоидального тока

• Название: Отчет по лабораторной работе 2 Конденсатор и катушка индуктивности в цепи синусоидального тока
• Анкор: Конденсатор и катушка индуктивности в цепи синусоидального тока
• Дата: 22.03.2022
• Размер: 221.54 Kb.
• Имя файла: Лабораторная 2, Вар.2.docx
• Тип: Отчет; #409353

инистерство науки и образования Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Национальный исследовательский Томский политехнический Университет»



Отчет по лабораторной работе №2

«Конденсатор и катушка индуктивности в цепи синусоидального тока»

Вариант - 2

Исполнитель:
студент группы
Руководитель:
преподаватель

Томск – 2022г.
Конденсатор и катушка индуктивности в цепи синусоидального тока
Цель работы. Научиться определять параметры конденсатора и катушки индуктивности с помощью амперметра, вольтметра и фазометра, строить векторные диаграммы, а также проверить выполнение законов Кирхгофа в цепи синусоидального тока.
Пояснения к работе
Реальный конденсатор, в отличие от идеального, обладает некоторыми тепловыми потерями энергии из-за несовершенства изоляции. В расчетах электрических цепей такой конденсатор представляют обычно параллельной схемой замещения.

Параметры этой схемы – g и С – можно экспериментально определить по показаниям амперметра I, вольтметра U и фазометра  следующим образом. Сначала найти по закону Ома полную проводимость конденсатора  , потом активную   и емкостную проводимости, а затем по известной угловой частоте синусоидального напряжения сети ( = 314 рад/с) подсчитать емкость .

При параллельном соединении элементов R, L, C по законам Ома и Кирхгофа в комплексной форме для входного тока имеем:

,

где Y = g – jb = y e^–j – комплексная проводимость; g – активная, – реактивная, у – полная проводимости; – угол сдвига фаз напряжения и тока; – индуктивная, b_C = С – емкостная проводимости.

Напряжение на конденсаторе отстает по фазе от тока (угол сдвига фаз  < 0, , так как ).

Угол потерь, характеризующий несовершенную изоляцию конденсатора, равен ; очевидно,

Реальная катушка индуктивности также обладает тепловыми потерями в отличие от идеальной катушки. Эквивалентную схему замещения такой катушки обычно представляют в виде последовательного соединения элементов R и L. Эти параметры можно экспериментально определить по показаниям вышеупомянутых приборов, воспользовавшись формулами:

, , .

При последовательном соединении элементов R, L, C по законам Ома и Кирхгофа в комплексной форме входное напряжение равно:

,

где – комплексное сопротивление; R – активное, Х = Х_L – Х_C – реактивное, z – полное сопротивление; – угол сдвига фаз напряжения и тока; X_L = L – индуктивное, – емкостное сопротивления.

Ток в катушке отстает по фазе от напряжения (угол сдвига фаз  > 0, X = X_L, так как Х_C = 0). Тангенсом этого угла оценивается добротность катушки: .
ИССЛЕДОВАНИЕ АКТИВНО-ЕМКОСТНОЙ ЦЕПИ
Схема электрической цепи
Схема активно-емкостной цепи, исследуемой в работе, показана на рис.1. Питание осуществляется от источника синусоидального напряжения с частотой 50 Гц и действующим значением напряжения 100 В.

Конденсатор в схеме представлен блоком Cond2

Для управления положением ключа служит клавиша . При разомкнутом ключе можно по показаниям приборов определить параметры схемы замещения конденсатора, состоящей из параллельно включенных и .



Рис.1

Роль фазометра в схеме выполняет прибор , пределы измерения которого от до уже установлены. Его нужно извлечь из поля контрольно-измерительных приборов (у правого края второй строки меню). Увеличенное изображение прибора появляется в нижней части рабочего поля после двойного щелчка левой клавишей мыши, когда курсор находится на символе прибора в схеме. При замкнутом ключе угол сдвига фаз можно изменять за счет изменения сопротивления реостата (управляющая клавиша ) в пределах от 500 до 50 Ом (следует избегать слишком малых значений этого сопротивления во избежание нарушения работы программы).
Программа работы

1.1. Откроем файл и извлечем из поля компонентов блок cond2.Соберем остальную часть схемы (рис.2)



Рис.2

1.2. Ключ с помощью управляющей клавиши 1 установим в правое положение (разомкнутое). Включим кнопку «Пуск» (рис.3) и запишем показания приборов в верхнюю строку табл.1.



Рис.3
Таблица 1

Данные опыта						Результаты расчета
В	А	град	А	А	мкФ	См	град	А	А	А	А
100	1.276	-86,13	0	1.276	40.509		3.947	-	0	-	-
99.74	2.929	-40.12	2,557	1.272	-	-	-		1.331

1.3. Вычислим параметры конденсатора , , , , а также угол потерь . Запишем результаты в ту же строку.

;

;

;

<sub>;

.</sub>
1.4. Замкнем ключ и с помощью управляющей клавиши подберем такое значение сопротивления реостата, чтобы обеспечить заданную величину угла сдвига фаз напряжения и тока на входе системы . При каждом измерении угла сдвига фаз нужно предварительно выключить и включить кнопку «Пуск» (рис.4). Показания приборов внесем в нижнюю строку табл.1.


Рис.4

1.5. Примем начальную фазу входного напряжения равной нулю и запишем комплексные действующие значения токов , и в этом режиме в ту же строку. Подсчитаем и сравним результат со значением , полученным в эксперименте, проверив тем самым выполнение первого закона Кирхгофа. Примем начальную фазу напряжения равной нулю.







1.6. По данным табл.1 построим лучевую диаграмму токов (рис.5).

Масштаб по току: 0.5А/см


Рис.5
ИССЛЕДОВАНИЕ АКТИВНО-ИНДУКТИВНОЙ ЦЕПИ
Схема электрической цепи

Схема, показанная на рис.6, питается от источника синусоидального напряжения с частотой 50 Гц и действующим значением напряжения 100 В. Катушка индуктивности в схеме представлена блоком Ind2. Когда сопротивление реостата равно нулю, по показаниям приборов можно вычислить параметры схемы замещения катушки и .



Рис.6

Прибор исполняет в этой схеме роль фазометра с теми же особенностями измерения угла сдвига фаз напряжения и тока на входе цепи. За счет изменения сопротивления реостата можно добиться изменения угла до заданного значения согласно с вариантом.

Программа работы

2.1. Откроем файл и извлечем из поля компонентов подсхему ind2. Соберем остальную часть схемы (рис.7)



Рис.7

2.2. Выведем реостат с помощью управляющей клавиши (установим ). Включим кнопку «Пуск» и запишем показания приборов (рис.8) в верхнюю строку табл.2.

Таблица 2

Данные эксперимента						Результаты расчета
В	А	град	В	В	Гн		Ом	-	В	В	В	В
100	0.617	79.19	0	100	0.507		30,3	5.23	-	0	-	-
100	0.416	41.11	62.42	67.39	-		-	-

Рис.8
2.3. Вычислим параметры катушки индуктивности , , , , а также ее добротность . Запишем результаты в ту же строку.











2.4. С помощью управляющей клавиши подберем такое значение сопротивления реостата, чтобы обеспечить заданную величину угла сдвига фаз напряжения и тока на входе системы (рис.9). При каждом измерении угла сдвига фаз нужно предварительно выключить и включить кнопку «Пуск». Показания приборов внесем в нижнюю строку табл.2.



Рис.9

2.5. Примем в этом режиме начальную фазу входного тока равной нулю и запишем комплексные действующие значения напряжений , и в ту же строку. Подсчитаем и сравним результат со значением , полученным в эксперименте, проверив тем самым выполнение второго закона Кирхгофа.






2.6. По данным второй строки табл.2 построим топографическую диаграмму напряжений (рис.10).

Масштаб по напряжению: 20 В/см



Рис.10
Выводы: в ходе выполнения работы были определены параметры конденсатора и катушки индуктивности с помощью амперметра, вольтметра и фазометра, построены векторные диаграммы токов и напряжений, а также проверено выполнение законов Кирхгофа в цепи синусоидального тока.