Цепи однофазного переменного тока

      Комментарии к записи Цепи однофазного переменного тока отключены

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

Разветвленная цепь постоянного тока.

1. Цель работы.

Приобретение навыков измерений в цепях постоянного тока. Использование результатов измерений для анализа электрического состояния цепи. Проверка законов Ома и Кирхгофа.

2. Описание установки.

На стенде имеются два источника электрической энергии постоянного напряжения: Е1 и Е3, набор сопротивлений r1, r2, r3, r4. Для измерения токов в цепях применяются три миллиамперметра магнитоэлектрической системы А1, А2, А3. Измерение напряжения в схеме производится с помощью электронного цифрового вольтметра В7-38 в режиме постоянного напряжения.

3. Подготовка к работе.

Начертить схему (рис.1), нанести направление токов I1, I2, I3, а также полярность источников энергии и миллиамперметров с учетом направления токов.

Цепи однофазного переменного тока

Рис. 1

4. Рабочее задание.

4.1. Собрать цепь (рис. 1), соблюдая полярности источников ЭДС и миллиамперметров.

4.2. Представить собранную схему для проверки преподавателю.

4.3. Включить стенд, записать значения токов в таблицу 1. Проверить выполнение первого закона Кирхгофа для любого узла.

4.4. Измерить цифровым вольтметром напряжения, указанные в таблице 1, записав в нее все измеренные значения.

Таблица 1

Е1 Е3 I1 I2 I3 U1 U3 Ur1 Ur2 Ur3 Ur4 Uac
B B mA mA mA В В В В В В В

При проведении измерений Е1, Е3, а также U1 и U3 необходимо учитывать соотношение по закону Ома для участка цепи, содержащего ЭДС.

U = E – I?R

Следовательно, значение Е измеряют на выводах источников при отсутствии тока в ветви, в которой находится источник. И, соответственно U (падение напряжения на источнике) измеряют на выводах соответствующего источника при замкнутой цепи (при наличии тока в ветви).

4.5. На основании данных, полученных в результате опыта, вычислить значения сопротивлений r1, r2, r3, r4 и внутренних сопротивлений источников ЭДС ri1, ri3. Результаты вычислений записать в таблицу 2.

Таблица 2

r1 r2 r3 r4 ri1 ri3
Ом Ом Ом Ом Ом Ом

4.6. Записать второй закон Кирхгофа для контура, заданного преподавателем, по данным таблиц проверить выполнение закона Кирхгофа.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

Цепи однофазного переменного тока

1. Цель работы.

Получение навыков измерения электрических величин в однофазных цепях переменного тока. Использование результатов измерений для исследования амплитудно-фазовых соотношений между токами и напряжениями в этих цепях. Исследование явления резонанса напряжений.

2. Описание установки.

Объектом исследования является цепь переменного тока, содержащая последовательно соединенные катушку индуктивности L, резисторы R100 с номиналом 100 Ом, R1 с номиналом 1 Ом, конденсатор С, изображенные на рис. 1. Источником питания для данной схемы является генератор синусоидальных сигналов Г. Для измерения напряжений на элементах схемы используется цифровой вольтметр V. Осциллограф N позволяет измерить разность фаз между током и напряжением в цепи.

Цепи однофазного переменного тока

L

Цепи однофазного переменного тока I

Iк R 100 Ом

UПИТ IIк

С 0,025мкФ

Цепи однофазного переменного тока

R 1 Ом

Рис. 1

3. Рабочее задание

3.1. Собрать цепь (рис. 1). С помощью цифрового вольтметра выставить на входе схемы генератора UПИТ = 10В на частоте 4 кГц.

3.2. Первый канал осциллографа подключить на вход схемы, чтобы вывести на экран сигнал напряжения генератора. Второй канал необходимо подключить к измерительному сопротивлению R1 = 1 Ом, с которого снимается сигнал тока в колебательном контуре.

3.3. Изменяя частоту генератора, добиться точного совпадения по фазе синусоид тока I и напряжения UПИТ. Регулируя осциллограф, выровнять максимально амплитуды обеих синусоид. Таким образом, в последовательном контуре получен резонанс напряжений. Записать в таблицу 1 значение резонансной частоты fРЕЗ = f0 (кГц), а также измерить и занести в таблицу значения тока I, падений напряжения на катушке UL, на конденсаторе UC, на резисторе UR100 и сдвига фаз между током и напряжением j0. Ток в контуре измеряется цифровым вольтметром на резисторе R1 равном 1 Ом, на пределе mV.

Таблица 1

f, кГц UПИТ, В I, mA UL, В UC, В UR100, В j0
f РЕЗ –0,5кГц = .…кГц
fРЕЗ =…….. кГц
f РЕЗ +0,5кГц = .…кГц

3.4. Уменьшить частоту генератора на 0,5 кГц по сравнению с резонансной частотой, поддерживая UПИТ равным 10 В. Произвести измерения аналогично п. 3.3 и заполнить верхнюю строку таблицы 1.

3.5. Увеличить частоту генератора на 0,5 кГц по сравнению с резонансной частотой. Повторить измерения, результаты занести в нижнюю строку таблицы 1.

3.6. Для измерения угла сдвига фаз необходимо на осциллографе с помощью регулировки добиться равенства амплитуд синусоид тока и напряжения. Изменяя длительность развертки по горизонтали («грубо» и «плавно») добиться, чтобы на экране осциллографа в шести клетках помещалась половина периода синусоиды. Тогда одной большой клетке экрана горизонтали будет соответствовать угол j0=1800/6 = 300.

При этом каждая большая клетка имеет пять малых делений, следовательно, на каждое из них приходится 300/5=60. Посчитать сколько маленьких делений отделяет одну синусоиду от другой, а результат умножить на цену деления, т.е. 60. В результате при максимальном размахе амплитуд на экране при их симметричном положении относительно средней линии измеряется угол сдвига фаз. Необходимо учитывать знак угла j0 , указывающий опережение или отставание тока от питающего напряжения.

3.7. Рассчитать полное сопротивление цепи (контура) :

UПИТ

Цепи однофазного переменного тока ZКОНТ = , Ом

I

3.8. Активное сопротивление катушки рассчитывается из опыта резонансной частоты, когда полное сопротивление контура носит чисто активный характер и составляет:

ZКОНТ = RКОНТ = R100 + R1 + RL , Ом

3.9. Индуктивное сопротивление катушки и индуктивность рассчитываются из следующих соотношений:

Цепи однофазного переменного тока UL

Цепи однофазного переменного тока ZL = XL = ZL2 – RL2 XL [Ом]= 2pf?L [Гн]

I

3.10. Рассчитать емкость конденсатора из следующих соотношений:

UC 1

Цепи однофазного переменного тока Цепи однофазного переменного тока XC = = , Ом

I2pf?C

3.11. Активная и индуктивная составляющая напряжения на катушке вычисляются из следующих соотношений:

UА = I ? (RL + 101) cosj = UA / UПИТ , В

Результаты вычислений для всех трех значений частот занести в таблицу 2.

Таблица 2

Z ZL RL XL L XC C cos j
Ом Ом Ом Ом мГн Ом мкФ В

Дополнительные материалы:

Цепи переменного тока. Комплексные значения сопротивлений, токов и напряжений в цепи. Задача 1


Похожие статьи: