Лабораторная работа: Измерение электрических величин и параметров элементов электрических цепей вариант 3

ЦЕЛЬ РАБОТЫ 1. Ознакомиться с измерительными приборами, источниками питания и осциллографом программной среды Circuit Simulator. 2. Изучить методы и приобрести навыки измерения тока, напряжения, мощности, угла сдвига фаз между синусоидальным напряжением и током, а также сопротивлений резисторов, индуктивностей индуктивных катушек и ёмкостей конденсаторов.

Задание 1. Изучить краткую инструкцию (см. Приложение 1) работы с программной средой Circuit Simulator Запустить симулятор электрических цепей Circuit Simulator. Открыть файл электрической схемы лабораторной работы Ir1_1.txt (рис.1.4, а и б). После двойного щелчка мышью на изображении элемента или прибора в открывающихся диалоговых окнах: − задать значение ЭДС источника постоянного напряжения Е1 = N, (В); − установить значения сопротивлений, Ом: R1 = N, R2 = 2N, R3 = 3N, R4 = 4N, где N – последняя цифра номера зачётной книжки студента, 0 – соответствует N=10.
Задание 2. Измерение сопротивлений - Измерить с помощью омметра Ω (рис. 1.4, а) сопротивление цепи (R12) параллельно включенных резисторов R1 и R2. Для этого: выключатели S1 и S2 поставить в положение 1, нажать/отпустить кнопку Start/STOP симулятора и снять показания омметра Ω. – Измерить с помощью омметра Ω сопротивление цепи (R34) параллельно включенных резисторов R3 и R4. Для этого: выключатель S1 поставить в положение 1, S2 поставить в положение 2, нажать/отпустить кнопку Start/STOP симулятора и снять показания омметра Ω . - Измерить с помощью омметра Ω сопротивление цепи (R1234) последовательно соединённых групп параллельных резисторов R1, R2 и R3, R4. Для этого: перевести выключатель S1 в положение 2, S2 оставить в положении 2, нажать/отпустить кнопку Start/STOP симулятора и снять показания омметра Ω . - Рассчитать эквивалентныe сопротивления цепей резисторов R12, R34 и R1234 по формулам:
Задание 3. Измерение тока и напряжения Запустить программу Circuit Simulator (щёлкнуть мышью на кнопке Start/STOP и занести показания амперметра А1 (I1) и вольтметров V1, …, V4 (U1, U2, U3, U4) (рис 1.4, б) в таблицу 1.1. Рассчитать сопротивления резисторов R1, R2, R3 и R4 по закону Ома (R= U/ I) и занести их значения в таблицу 1.1. Скопировать и занести в отчёт схемы (рис. 1.4, а и рис. 1.4, б) после измерения параметров. Задание 4. Измерение индуктивности катушки и ёмкости конденсатора косвенным методом по результатам прямых измерений напряжения, тока и мощности RL- или RC-ветви и косвенного измерения угла сдвига фаз φk в цепях синусоидального тока.
С этой целью открыть файл lr1_2.txt (рис.1.5). Установить параметры идеального источника синусоидального напряжения e = Em sin(ωt +Ψu ) = 2Esin(2πft +Ψu ): - действующее значение ЭДС Е = 5 + N, В, где N – последняя цифра номера зачётной книжки студента, 0 – соответствует N=10;
- частоту f = 1 кГц; - начальную фазу напряженияΨu = 0; - сопротивления резистора R1= 25 Ом (имитирующего активное сопротивление катушки); - сопротивление резистора R2 = 10 Ом; - значение индуктивности катушки L = 5 + N, мГн; - значение ёмкости конденсатора С = 1 + N, мкФ; Подключить осциллограф к источнику Е (развертка осциллографа − 0,2 мс/дел (200 us/div): - для визуализации и измерения среднего (averagе) значения активной мощности Р, потребляемой цепью; − для визуализации сдвига по фазе тока и напряжения; 4.1 Подключить R1L-ветвь к источнику Е (управляемый контакт переключателя S1 поставить в нижнее положение). Запустить программу Circuit Simulator (щёлкнуть мышью на кнопке START/STOP), снять показания приборов и занести их в таблицу 1.2. Убедиться, что ток i1 в R1L-ветви отстаёт по фазе от напряжения u на угол ϕ1 = arctg(XL/R1) = arсcos(P1/UI1), где Р1 − показание ваттметра. Скопировать и занести на страницу отчёта смоделированную схему (см. рис. 1.5) и осциллограмму мощности, амперметра и вольтметра (рис. 1.6).
4.2 Подключить R2С-ветвь с помощью переключателя S1 к источнику E. Показания приборов занести в таблицу 1.2. Убедиться (анализируя расположение осциллограмм на экране осциллографа), что ток i2 в R2С-ветви опережает по фазе напряжение u на угол ϕ2 = arctg(−XC/R2) = − arсcos(P2/UI2), где Р2 − показание ваттметра. Скопировать и занести на страницу отчёта смоделированную схему (см. рис. 1.7) и осциллограммы с показаниями ваттметра, амперметра и вольтметра (рис. 1.8).
Рассчитать полное Z = U/I, активное R = Zcosϕ и реактивное X = Zsinϕ сопротивления R1L- и R2С-ветви и занести их в таблицу 1.2. Так как индуктивное сопротивление катушки XL = ωL = 2πfL, Ом, а ёмкостное сопротивление конденсатора XС = 1/ωС = 1/2πfC, Ом, то: - индуктивность катушки, включенной в R1L-ветвь: L = XL/ω = XL/2πf, Гн или L = 103 XL/2πf, мГн; - ёмкость конденсатора, включенного в R2С-ветвь: С = 1/(ωXC )= 1/(2πf⋅XC), Ф или С = 106 /(2πf⋅XC), мкФ.
Вычисленные значения индуктивности L катушки и ёмкости C конденсатора занести в таблицу 1.2. Сравнить полученные значения R, L и С с установленными их значениями в схеме цепи.