ЛР №2_Цепи синусоидального тока_пример (Лабораторные работы с официального сайта с примерами)
Описание файла
Файл "ЛР №2_Цепи синусоидального тока_пример" внутри архива находится в следующих папках: Лабораторные работы с официального сайта с примерами, Лабораторная работа ауд.331, ЛР №1_зал 331_цифровой вольтметр. PDF-файл из архива "Лабораторные работы с официального сайта с примерами", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "электротехника (элтех)" из 6 семестр, которые можно найти в файловом архиве МГТУ им. Н.Э.Баумана. Не смотря на прямую связь этого архива с МГТУ им. Н.Э.Баумана, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "лабораторные работы", в предмете "электротехника (элтех)" в общих файлах.
Просмотр PDF-файла онлайн
Текст из PDF
Лабораторная работа №2«Исследование линейных электрических цепей синусоидального тока»ВыполнилИванов А.А.10.04.15Подп.ПроверилПетров Б.Б.10.04.15Подп.МГТУ им.Н.Э.БауманаГр.Стенд№Цель работы – изучение основных свойств, законов и режимов работы линейных электрическихцепей синусоидального тока. Экспериментальное определение значений параметров элементов, входящих висследуемую цепь, изучение их влияния на режим ее работы; экспериментальное исследование режимоврезонанса напряжений и токов.1. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДАЛабораторная работа выполняется на универсальном лабораторном стенде на лицевой панели,предназначенной для исследования цепей переменного синусоидального тока.Стенд содержит:S1 – общий переключатель электропитания стенда, расположен в правом нижнем углу стенда(включен – вверх, выключен – вниз).ЛАТР, Т1 (рис.
1) – регулируемый источник синусоидального напряжения от 0 до 210 В, частотой 50 Гц.S45 (рис. 1, 1) – переключатель автотрансформатора Т1 (включен – вверх, выключен – вниз);Регулирование переменного напряжения осуществляют двумя галетными переключателями(расположены на стенде слева внизу). Левый переключатель (рис. 1, 2) – двух диапазонный, он позволяет регулировать напряжение либо от 0 до 100 В (внутренняя шкала), если переключатель S42 (рис. 1, 3)в нижнем положении; либо от 100 до 210 В (внешняя шкала), если переключатель S42 в верхнем положении. Дискретность регулировки левым переключателем – 10 В. Правый переключатель (рис. 1, 4) позволяет осуществлять более точную установку напряжения с дискретностью 1 В.Рис.
1. Лабораторный автотрансформатор (ЛАТр) Т1.Рис. 2. Батарея конденсаторов С1.С1 (рис. 2) – батарея конденсаторов, соединенных параллельно. Емкость конденсаторов указанав мкФ.S17....S26 – переключатели в батарее конденсаторов. Включенное положение – вверх. Так какпри параллельном соединении емкости складываются, то замыкая нужные переключатели, можно установить требуемое значение емкости. Например, если замкнуты переключатели S17, S21 и S26 (рис.
2),то емкость С1=0,1+1,0+16=17,1 мкФ.А6 - амперметр электромагнитной системы, номинальная величина шкалы зависит от положенияпереключателя под прибором (0,1 А, 0,5 А, 1 А).L2 – катушка индуктивности, расположенная на макете схемы (рис. 4). Переключатель L2 должен находиться в положении 2 (катушка, намотанная на ферромагнитном сердечнике с воздушным зазором).S12 (рис. 4) – ключ на макете схемы, обеспечивающий подачу напряжения от источника Т1.2. ЗАДАНИЯ И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.Задание 1.
Исследование линейной электрической цепи при последовательном соединениикатушки индуктивности L2 и батареи конденсаторов С1 (резонанс напряжений).Электрическая схема цепи приведена на рис. 3, монтажная схема – на рис. 4.Для выполнения задания необходимо:1. Собрать схему (рис. 4) путем установки перемычек. Выключатель S42 (рис. 1) поставить в положение, при котором напряжение регулируется от 0 до 100 В (вниз).
Регуляторы напряжения установить в 0. Ключи батареи конденсаторов С1 (рис. 2) поставить в положение выключено (вниз).Переключатель под амперметром А6 включить на 0,5 А.Рис. 3. Электрическая схема (резонанс напряжений).Рис. 4. Монтажная схема (резонанс напряжений).Подключить цифровой вольтметр к точкамисхемы (рис. 3 и 4).Включить питание цифрового вольтметра (сдвинуть переключатель на задней стороне вольтметра В7-35 или нажать клавишу включения питания, если используется вольтметр иного типа).Примечание. В лабораторной работе при измерении напряжений используется единственныйцифровой вольтметр.
Измерение напряжений на различных элементах схемы осуществляется путемподключения двух проводов вольтметра к соответствующим точкам монтажной схемы. Полярностьподключения проводов (так как измеряется переменное напряжение) не имеет значения.Внимание. Вольтметр должен быть переведен в режим измерения переменного напряжения.Включить выключатель S45 (рис. 1) вверх и установить галетные переключатели в положение20.Предъявить схему на проверку преподавателю.Проведение измерений.
При получении разрешения на проведение эксперимента:- включить питание стенда S1 (вверх);- подать питание на схему (рис. 4), переключив S12 в верхнее положение;- снять показание вольтметра и занести измеренное напряжение U в таблицу 1.Изменяя емкость батареи конденсаторов С1, установить в цепи резонанс напряжений, которомусоответствует максимальное значение общего тока, измеряемое амперметром А6.Методика подбора резонансной емкости. Величина резонансной емкости на разных стендахнаходится в пределах от 12 до 22 мкФ. Установите вначале С1=16 мкФ. Запомните положение стрелкиамперметра А6. Установите С1=17 мкФ путем добавления емкости 1 мкФ к предыдущему значению.Если стрелка амперметра отклонилась в большую сторону, то С1=17 мкФ ближе к резонансномузначению, чем С1=16 мкФ.
В этом случае продолжайте постепенно увеличивать С1 и при максимуметока зафиксируйте значение резонансной емкости.При отклонении стрелки в меньшую сторону, установите С1=12 мкФ, запомните положениестрелки амперметра и, постепенно увеличивая значение С1, зафиксируйте резонансный ток и емкостьСрез . Запишите величину Срез в таблицу 1 (строчка, выделенная серым цветом).Таблица 1ИзмереноВычисленоR ( RК RШ ) (U / I рез ) ОмUВС1, мкФUС , В U К , В U Ш , ВxC , Омcos I, АР, ВтS , BAz, ОмСрез 76,549,225,80,10,1020,5772,02194,12482,350,285Срез 58,553,036,00,1470,1501,2482,97132353,30,42Срез 310,571,258,60,250,2553,6065,04977,65279,20,71413,579,179,30,350,3577,077,0755,46221,61Срез 316,551,563,60,2760,2814,385,56470,46183,270,787Срез 619,530,746,90,1970,2012,2413,9898,51152,70,563Срез 922,521,939,60,1630,1661,5283,287119,28131,90,465P I2 RS UIС1 СрезФормулы для вычисленияIUШRШzUIxC UСIcos PSЗатем проведите измерение напряжений на отдельных элементах схемы:а) подключите провода вольтметра к точкамисхемы (рис.
3 и 4), измерьте напряжение наемкости U С и занесите результат в таблицу 1;б) подключите провода вольтметра к точкамисхемы (рис. 3 и 4), измерьте напряжение накатушке индуктивности U К и занесите результат в таблицу 1;в) подключите провода вольтметра к точкамисхемы (рис. 3 и 4), измерьте напряжение нашунте U Ш и занесите результат в таблицу 1.Установите значение емкости конденсатора С1 Срез 3, уменьшив, таким образом, величинуемкости на 3 мкФ. Проведите аналогичные измерения по пунктам а, б и в, занося результаты в строчкуСрез 3.Продолжайте измерения при всех указанных в таблице 1 значениях емкости.Обработка результатов измерений.1.
Вычислите значение тока при резонансе, используя данные из резонансной строки таблицы 1,Uи формулу I рез Ш . Сопротивление шунта RШ приведено в табличке на лицевой части стенда. ЗанеRШсите значение I рез в таблицу 1.2. Вычислите суммарное активное сопротивление катушки RК и шунта RШ по формулеR ( RК RШ ) (U / I рез ), и занесите полученное значение в таблицу 1.3. Проведите остальные вычисления, используя формулы из нижней строки таблицы 1.4.
Для цепи, находящейся в состоянии резонанса (С1 Срез ) произвести вычисления величин,указанных в таблице 2, результаты записать в таблицу 2. При вычислениях использовать формулы, приведенные в нижней строке таблицы.По результатам измерений и вычислений (см. таблица 1) построить графики зависимостей:1) z ( xC ), I ( xC ), cos ( xC ) в общих осях координат (рис. 5).Перед построением графиков разметьте ось абсцисс по данным таблицы 1, внеся соответствующие значения xC в поля, отмеченные серым цветом.2) P( xC ), S ( xC ) в общих осях координат (рис.
6).Таблица 2Вычислено при С1 Срез zк ,RК ,x LК ,LК ,Ом222,13UКIОм54,48Ом215,34R RШzк2 RК2Гн0,686x LК314cos К0,245RКzкК ,град76SК ,QL ,xC ,ВА28,24ВАр27,44-UК II 2 xL КОм221,6UCIРис. 5. Графики z ( xC ), I ( xC ), cos ( xC ).x,Ом-6,26ВАр28,24xLК xCI 2 xCQС ,Рис. 6. Графики P( xC ), S ( xC ).По данным таблиц 1 и 2 построить на рис. 7 векторные диаграммы токов и напряжений в цепидля трех случаев С1 Срез ; С1 (С рез 5) мкФ; С1 (С рез 6) мкФ.Рядом с каждой векторной диаграммой указать характер эквивалентной нагрузки цепи (активная,активно-индуктивная, активно емкостная).Методические рекомендации при построении векторных диаграмм.
Занесите данные, необходимые для построения диаграмм, в таблицу 3 (данные берутся из таблицы 1). Угол сдвига фаз между входным напряжением и током необходимо вычислить по значению cos с учетом знака ( 0при С1 Срез 5, 0 при С1 Срез 6) .Таблица 3С1, мкФ cos , град U , В U С , В U К , ВС1 Срез1019,879,179,3Срез 50,42 6519,853,036,0Срез 60,565619,830,746,9Векторная диаграмма напряжений представляет собой отображение на комплексной плоскостиуравнения второго закона Кирхгофа для исследуемой схемы (рис. 3). В комплексной форме это уравнение получится, если обойти контур, например по часовой стрелке, начиная с точкиU C U К U Ш U 0. Пренебрегая в виду малости напряжением U Ш и переписывая это уравнениеотносительно входного напряжения, получим: U U U . Таким образом, вектор входного напряжеCКния есть векторная сумма напряжений на конденсаторе и катушке индуктивности.Пример построения векторной диаграммы при 0 показан на рис.
8. Для построения векторной диаграммы (для каждого из трех случаев) рекомендуется:1). Отложить с учетом выбранного масштаба вектор входного напряжения U под углом (положительное направление – против часовой стрелки) к вектору входного тока (рис. 8 а).2.
Отложить под углом 90 к току вектор напряжения на емкости U C (рис. 8 б).3. Отложить вектор U так, чтобы соблюдалось векторное соотношение U U U (рис. 8. в).КCКРис. 7. Векторные диаграммы (резонанс напряжений).Рис. 8. Пример построения векторной диаграммы напряжений.Задание 2. Исследование линейной электрической цепи при параллельном соединении катушки индуктивности и батареи конденсаторов С1 (резонанс токов).Электрическая схема цепи приведена на рис.