Лабораторная работа исследование цепи с последовательным соединением

Лабораторная работа № 1 Исследование цепи с последовательным соединением элементов и резонанса напряжений

Цель работы – исследование соотношений между напряжениями при последовательном соединении элементов.

1. Объект и средства исследования

Схема исследуемой цепи представлена на рис.1. Цепь содержит индуктивную катушку, имеющую активное сопротивление R_L и индуктивность L_k, батарею конденсаторов C₁ — C₁₉, резисторы R₁ и R₂. Все элементы соединены последовательно.

Электрическая цепь получает питание от источника регулируемого напряжения (РН), в качестве которого используется лабораторный автотрансформатор (ЛАТР) с вольтметром во вторичной цепи. Движок ЛАТРа и вольтметр установлены на горизонтальной панели лабораторного стенда ЭВ-4. Цепь РН подключают через измерительный комплект К 505. Все элементы цепи расположены на вертикальных панелях стенда. Силу тока и активную мощность цепи измеряют приборами измерительного комплекта К 505.

Напряжение на всех элементах цепи измеряют с помощью одного цифрового вольтметра В7-22 А, который подключают с помощью щупов к соответствующим точкам цепи.

2. Последовательность выполнения работы

1. Убедиться в отключенном состоянии РН (сигнальные лампы не должны гореть).

2. Поставить движок РН в крайнее положение, соответствующее нулевому значению выходного напряжения (повернуть движок против часовой стрелки до упора).

3. Кнопочными выключателями SВ₁ — SВ₁₉ отключить конденсаторы С₁ — С₁₉.

4. Посредством переключателей В1 и В4 измерительного комплекта К 505 выбрать предел измерений: амперметра 0,5 А, вольтметра 30 В.

5. Переключатель В3 измерительного комплекта К 505 установить в положение А.

6. Собрать электрическую цепь по схеме, указанной на рисунке, присоединив её к зажимам «А» и «О» комплекта К 505.

7. Установить кнопочный переключатель вольтметра В7-22 А в положение для измерения переменного напряжения «». Установить с помощью кнопочного переключателя предел измерения напряжения «2000». Измерительные щупы подключить к гнёздам «О – 300 V» и «*» (соответственно первое и третье гнездо слева). Включить тумблер «Сеть» вольтметра В7-22 А.

ВНИМАНИЕ! Неправильное подключение вольтметра может вывести его из строя!

8. Установить движок сопротивления R₁ = 68 Ом в крайнее положение против часовой стрелки.

9. Представить собранную схему лаборанту и по его разрешению подключить РН к сети кнопочными выключателями (должны загореться обе сигнальные лампы).

10. Движком РН установить напряжение U на входе цепи в соответствии с заданным преподавателем вариантом (табл. 1) и поддерживать его неизменным, наблюдая за соответствующим прибором измерительного комплекта К 505.

Источник

Электротехника / Лабораторные работы / Лабораторная работа №1 / Лабораторная работа №1

ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ОТЧЁТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №1

по дисциплине «Электротехника и электроника»

на тему: «Исследование цепи с последовательным соединением элементов и резонанса напряжений»

Цель работы – исследование соотношений между напряжениями при последовательном соединении элементов.

Объект и средства исследования.

Схема исследуемой цепи представлена на рис.1. Цепь содержит индуктивную катушку. Имеющую активное сопротивление R_k и индуктивность L_k, батарею конденсаторов С₁÷С₁₉ и резисторы R₁ и R₂. Все элементы соединены последовательно.

Электрическая цепь получает питание от источника регулируемого напряжения (РН), в качестве которого используется лабораторный трансформатор (ЛАТР) с вольтметром во вторичной цепи. Движок ЛАТРа и вольтметр установлены на горизонтальной панели стенда ЭВ-4. Цепь к РН подключают через измерительный комплект К 505. Все элементы цепи расположены на вертикальных панелях стенда. Силу тока и активную мощность цепи измеряют приборами измерительного комплекта К 505.

Напряжение на всех элементах цепи измеряют с помощью одного цифрового вольтметра В7-22А, который подключают с помощью щупов к соответствующим точкам цепи.

Порядок выполнения работы

1. Убедиться в отключенном состоянии РН.

2. Поставить движок РН в крайнее положение, соответствующее нулевому значению выходного напряжения .

3.Кнопочными выключателями SB₁…SB₁₉ отключить конденсаторы С₁-С₁₉.

4. Посредством переключателей В1 и В4 измерительного комплекта К505 выбрать предел измерений: амперметра 0,5А, вольтметра 30В.

5.Переключатель В3 измерительного комплекта К505 установить в положение А.

6. Собрать электрическую цепь по схеме, указанной на рис.1, присоединив её к зажимам «А» и «О» комплекта К505.

7.Установить кнопочный переключатель вольтметра В7-22А в положение для измерения переменного напряжения «

». Установить с помощью кнопочного переключателя предел измерений напряжения «200». Измерительные щупы подключить к гнёздам «0-300V

» и «*» (соответственно первое и третье гнездо слева). Включить тумблер «Сеть» вольтметра В7-22А.

8. Установить движок сопротивления R₁=68Ом в крайнее положение против часовой стрелки.

9. Представить собранную схему лаборанту и по его разрешению подключить РН к сети кнопочными выключателями .

10. Движком РН установить напряжение Uна входе цепи, равное 11В.

11. Ступенчато увеличивая кнопочными выключателями SB₁…SB₁₉ емкость батареи конденсаторов от 10 до 220 мкФ, измерить напряжение на всех элементах цепи ( прибором В7-22А), общий ток и мощность (приборами измерительного комплекта К505). Количество опытов должно быть не менее 3. Результаты измерений занести в табл.1.1

Источник

Лабораторная работа №2 Цепи однофазного переменного тока (последовательное соединение)

Цель работы. Исследовать электрическую цепь переменного тока, содержащую последовательно соединенные сопротивления R_К , Х_L (катушка) и Х_С (конденсатор), а также исследовать явление резонанса напряжений.

Краткие теоретические сведения

В настоящей работе рассматриваются цепи переменного тока, состоящие из последовательно включенных индуктивной катушки и батареи конденсаторов. Реальная катушка характеризуется активным сопротивлением R_К и индуктивным сопротивлением

где ω – угловая частота переменного тока, рад/с, L – индуктивность катушки, Гн.

Батарея конденсаторов характеризуется емкостным сопротивлением

Х_С = , (10)

Схема такой электрической цепи представлена на рис.6.

Рис.6. Цепь переменного тока с последовательным соединением активного, индуктивного и емкостного сопротивлений.

При последовательном соединении катушки и конденсатора ток цепи определяется как

I = = = (11)

где Z — полное сопротивление цепи.

Формула (11) представляет собой выражение закона Ома для цепи переменного тока с последовательным соединением катушки и конденсатора.

В общем случае при наличии в цепи нескольких сопротивлений каждого типа (активных, индуктивных и емкостных) выражение закона Ома для последовательной цепи переменного тока примет вид

I = = ₍₁₂₎

U_K = I ∙ Z_K = (13)

где Z_K – полное сопротивление катушки.

Напряжение на конденсаторе

Если в цепь переменного тока включить только катушку индуктивности с активным сопротивлением R_K и индуктивным сопротивлением Х_L, то ток в цепи определяется как

I = = (16)

Известно, что в активном сопротивлении напряжение и ток совпадают по фазе, а в индуктивном напряжение опережает ток по фазе на 90º.

Векторная диаграмма для реальной катушки индуктивности представлена на рис.7.

Рис.7. Векторная диаграмма электрической цепи с реальной катушкой индуктивности.

Разделив все стороны треугольника напряжений на величину тока I, получим треугольник сопротивлений (рис.8), а умножив на I 2 – треугольник мощностей (рис.9).

Рис.8. Треугольник сопротивлений для катушки индуктивности

Рис.9. Треугольник мощностей для катушки индуктивности

Очевидно, что все три треугольника подобны, т.е. их углы равны между собой. Сos φ называется коэффициентом мощности цепи, т.к. его величина показывает, какая часть полной мощности S является активной.

cos φ = ==(17)

Расчет параметров катушки индуктивности при измеренных величинах I, V, P осуществляется следующим образом:

1) полное сопротивление катушки из выражения (16) Z_K = , Ом;

2) активное сопротивление катушки из выражения (15) R_K = , Ом;

3) индуктивное сопротивление катушки из треугольника сопротивлений X_L = , Ом;

4) полная мощность S = U∙ I, ВА; (18)

5) коэффициент мощности по выражению (17);

6) реактивная (индуктивная) мощность из треугольника мощностей Q_L = , ВАр;

7) индуктивность катушки из выражения (9)

L = , (19)

где ω = 2πf, f – частота тока в сети, Гц.

Если в цепь переменного тока включить только конденсатор с емкостным сопротивлением Х_С, то выражение закона Ома (11) примет вид

I = = (20)

Известно, что в емкостном сопротивлении напряжение отстает от тока по фазе на 90º.

Векторная диаграмма для конденсатора представлена на рис.10.

Рис.10. Векторная диаграмма электрической цепи с конденсатором.

Из векторной диаграммы можно сделать следующие выводы. Активное сопротивление конденсатора R_C = 0; активная мощность конденсатора Р=0. Полное сопротивление конденсатора равно его реактивному сопротивлению Z_C = X_C = , а полная мощность – реактивной мощности S = Q_C = U∙ I. Коэффициент мощности cos φ = 0.

Емкость конденсатора определяется из выражения (10) с учетом (20) C = .

При последовательном включении катушки индуктивности и конденсаторной батареи получаем электрическую цепь с последовательным соединением активного R_К, индуктивного X_L и емкостного X_C сопротивлений.

Полная мощность цепи S = I ∙ U = =, ВА.

Коэффициент мощности цепи cos φ =

Угол сдвига фаз между током и напряжением φ = arсcos ,

Падение напряжения на активном сопротивлении катушки U_R = I ∙ R_K, В.

Падение напряжения на индуктивном сопротивлении катушки U_L = I ∙ X_L, В.

Источник