Лабораторная работа: Неразветвлённые цепи синусоидального тока вариант 9

ЦЕЛЬ РАБОТЫ Практическое ознакомление с установившимися режимами в последовательных RL-, RC- и RLC-цепях синусоидального тока.
Задание 1. Рассчитать индуктивное сопротивление XL катушки и ёмкостное сопротивление XC конденсатора при частотах, указанных в таблице 2.2, и занести полученные значения сопротивлений в таблице 2.2. Значения индуктивности катушки и ёмкости конденсатора определить по формулам: L = 300 – 2,5N, мГн, C = 5+ 3N, мкф, где N – последняя цифра номера зачётной книжки студента, 0 – соответствует N=10.
Отметить координаты точки пересечения графиков − возможного режима резонанса напряжений при последовательном соединении катушки и конденсатора между собой и с источником синусоидального напряжения. Задание 2. Запустить симулятор Circuit Simulator. Открыть файл lr2.txt электрической схемы цепи синусоидального тока (рис. 2.4) Установить: − параметры пассивных элементов: R1 = R4 = R5 = R6 = int(600/N) + 100, Ом; L2 = L4 = L6 = 300 − 2,5N, мГн; С3 = С5 = С6 = 5 + 3N, мкФ; − параметры идеального источника синусоидального напряжения е1: ЭДС Е = 10 В (действующее значение), f = 50 Гц; Ψu = 0; − длительность развертки осциллографа − 2 мс/дел (2 ms/div). Скопировать схему электрической цепи синусоидального тока (рис. 2.4) на страницу отчёта. Задание 3. Провести измерение токов, напряжений и углов сдвига фаз между ними в ветвях, содержащих соответственно резистивный R1, индуктивный L2 и емкостный C3 элементы. С этой целью: 3.1. Подключить резистор R1 к источнику синусоидального напряжения E1, запустить программу моделирования схемы (щёлкнуть мышью на Start/STOP) и убедиться (анализируя осциллограммы на экране осциллографа), что угол сдвига фаз между напряжением и током ϕ = 0. Ток I1 = U/R1; Скопировать в отчёт осциллограммы uR(t) и iR(t) при f = 50 Гц (рис. 2.5).
3.2. Отключить резистор R1 и подключить катушку L2 к источнику E1 (нажать выключатель S1). Изменяя ступенчато частоту напряжения f (30, 40, 50, 60, 80, 100, 120 Гц), записать показания вольтметра V1 и амперметра А1 в таблицу 2.2. Рассчитать сопротивление XL2(f) = UL/IL, данные занести в таблицу 2.2. Сравнить полученные значения со значениями, найденными при выполнении задания 1. Убедиться (анализируя осциллограммы), что ток iL отстает по фазе от напряжения uL. Скопировать в отчёт схему задания 3.2 (рис. 2.6), осциллограммы uL(t) и iL(t) при f = 50 Гц (рис. 2.7).
3.3. Повторить предыдущее задание относительно конденсатора С3, предварительно отключив от источника ветвь с элементом L2 (посредством выключателя S2) и подключив с помощью выключателя S3 к источнику E1 ветвь с конденсатором C3 (рис. 2.8). Показания вольтметра V1 и амперметра А1 занесите в таблицу 2.2. Рассчитать сопротивление конденсатора XC3(f) = UC/IC (табл. 2.2) и сравнить полученные значения со значениями, найденными при выполнении задания 1. Убедиться (анализируя осциллограммы), что ток iС опережает по фазе напряжение uС на угол ϕ = 90°. Скопировать на страницу отчёта осциллограммы uС(t) и iС(t) при f = 50 Гц.
Задание 4. Провести измерения токов, напряжений и углов сдвига фаз между ними в ветвях, содержащих соответственно RL-, RC- и RLC-элементы. С этой целью: 4.1. Установить частоту f = 50 Гц источника напряжения E1 и подключить к нему ветвь R4L4, предварительно отключив ветвь с конденсатором C3. Показания приборов вольтметра V1 и амперметра А1 занести в таблицу 2.3. Угол ϕ определить косвенным методом, воспользовавшись осциллограммами напря-жения и тока ветви, или из показания ваттметра. Для удобства измерений изменяйте чувствительность каналов и длительность развёртки осциллографа. Рассчитать полное Z4, активное R4 и реактивное XL4 сопротивления ветви R4L4 и занести их значения в таблицу 2.3. Убедиться, что ток i в RL-ветви отстаёт по фазе от напряжения u на угол ϕ4 = arctg(XL4/R4); Скопировать на страницу отчёта схему электрической цепи, осциллограммы напряжения, тока и показания ваттметра RL-ветви.
4.2. Установить частоту f = 50 Гц источника напряжения E1 и подключить к нему ветвь R5C5, предварительно отключив от источника E1 четвёртую ветвь. Показания приборов вольтметра V1 и амперметра А1 занести в табл. 2.3. Угол ϕ определить косвенным методом, воспользовавшись осциллограммами напряжения и тока ветви, или из показания ваттметра. Для удобства измерений изменяйте чувствительность каналов и длительность развёртки осциллографа. Рассчитать полное Z5, активное R5 и реактивное XС5 сопротивления ветви R5С5 и занести их значения в табл. 2.3. Убедиться, что ток i в RC-ветви опережает по фазе напряжения u на угол ϕ5 = arctg(− XC /R5). Скопировать на страницу отчёта схему электрической цепи, осциллограммы напряжения, тока и показания ваттметра RС-ветви. 4.3. Установить частоту f = 50 Гц источника напряжения E1 и подключить к нему выключателем S6 ветвь R6, L6, С6, предварительно отключив от источника R5C5 ветвь. Показания приборов вольтметра V1 и амперметра А1 занести в таблицу 2.3. Угол ϕ определить косвенным методом, воспользовавшись осцилло-граммами напряжения и тока ветви, или из показания ваттметра. Для удобства измерений изменяйте чувствительность каналов и длительность развёртки осциллографа. Убедиться, что в RLC-ветви угол сдвига фаз ϕ6 между напряжением и током зависит от величины реактивного сопротивления X6 = XL6 − XC6. Если при частоте f = 50 Гц, угол ϕ6 = arctg (XL6 − XC6)/R6 > 0, то, уменьшив частоту до 20-30 Гц, угол ϕ6 изменит свой знак, и наоборот, если при f = 50 Гц, угол ϕ6 < 0, то, увеличив частоту f до 100…120 Гц, ток будет отставать по фазе от напряжения, при этом угол ϕ6 > 0. Скопировать на страницу отчёта осциллограммы напряжения, тока и показания ваттметра RLC-ветви;