2020-01-15
147
- зібрати коло за принциповою схемою рис.1, користуючись вольтметром електромагнітної системи на 250 В. Вхід «Y» електронного осцилографа (ЕО) підключити до затискачів А, N;
- підготувати ЕО до роботи. Ввімкнути його. Зачекавши дві-три хвилини, повернути праворуч до упору (не зламати) ручку «яркость». Повертанням ручки («вправо - влево» «, «вверх - вниз» b) вивести промінь в центр екрану, прибрати зайву яскравість. Натиснути кнопки «Развертка» і 1Hz-10 kHz. Повертанням ручки «частота» (над входом Х), розгорнути промінь по горизонталі (нульова смуга сигналу).
Увага! Корпус осцилографа не заземлений і при вимірюваннях знаходиться під напругою. Не доторкуватись! Маніпулювати лише ізольованими ручками і кнопками!
Ввімкнути Q~. Записати в табл.1 показання вольтметра PV і спільного на всю лабораторію частотоміру. Повертанням ручки «усиление по вертикали» (над входом Х) розгорнути зображення на ЕО так, щоб воно точно вміщувалось по вертикалі на екрані. Повертанням ручки «частота» отримати зупинку (або повільне пересування) зображення так, щоб на екрані було два-три періода. Звернути увагу, що крива розташована по обидва боки від нульової смуги, тобто має позитивні і негативні значення. Перенести криву з ЕО на рис.2 так, щоб її нуль був на перехресті осей напруги (u) і часу (t), та починався позитивний напівперіод. Вимкнути QF~ та осцилограф.
Дослідження уособленного підключення різних приймачів у коло змінного струму
Підключення активного приймача
- зібрати коло за принциповою схемою рис.3а. У ролі активного приймача використовують групу ламп розжарювання “а-х”;
- ввімкнути QF~ і всі вимикачі ламп “а-х”. Показання приладів записати в табл.2. Вимкнути QF~.
Підключення ємнісного приймача
- натомість ламп ввімкнути в коло батарею конденсаторів. Для цього витягти провода із затискачів “а-х” (рис. 3а) и підключити їх до затискачів батареї конденсаторів С (рис. 3в). Знайти на панелі лабораторного стенду тумблери батареї конденсаторів з номіналами “20”, “20”, “20”, “10”, “40”, “60” мкФ;
- ввімкнути QF~, вимикач у колі батареї конденсаторів S (рис. 3б) і три тумблери конденсатора ємністю по 20 мкФ. Показання приладів записати в табл.3. У рядку «cos j» позначити характер навантаження «ємн.» (стрілка фазометра знаходиться в зоні шкали «емк.»). Якщо стрілка приладу дійшла до обмежувача, записати cos jс = 0. Індекс «С» вказує, що відповідні величини в табл.3 віднесені до ємнісного приймача. Вимкнути QF~, виконати розряджання конденсаторів.
Підключення індуктивного приймача
- натомість батареї конденсаторів ввімкнути в коло котушку індуктивності. Для цього перенести провода від затискачів батареї конденсаторів “С” до затискачів котушки “L” (рис.3а). Ознайомитись на демонстраційному стенді з влаштуванням котушки індуктивності;
- ввімкнути вимикачі Q~ та S у колі L. Показання приладів записати в табл.4. Визначити в рядку «cos jL» характер навантаження – “інд.” Якщо стрілка фазометра дійшла до обмежувача, записати cos jL =0. Індекс L вказує, що відповідні величини в табл.4 віднесені до індуктивного приймача. Вимкнути QF ~.
Дослідження особливостей складання синусоїдних величин (на прикладі змінних струмів):
- зібрати коло (рис.5). Ввімкнути в групах “а-х” і “b-y” таку кількість ламп, щоб отримати різні значення струму на амперметрах РА1 і РА2. Записати в табл.5 показання амперметрів РА1 (струм I1) і РА2 (струм I2), а також амперметра РА (струм I), що показує підсумковий струм амперметрів РА1 і РА2. Вимкнути QF~. Оцінити сумарний струм I, вписати між значеннями I1 і I2 знак, якого не вистачає («+» або «-»);
- зібрати коло за схемою рис.6. Для цього перенести провода від затискачів «а-х» до затискачів «L», а провода від затискачів «b-y» перенести на «С». Ввімкнути QF~, вимикачі котушки і конденсаторів, щоб струм I2 був трохи менший за струм індуктивності I1 . Показання приладів записати в табл.5. Вимкнути QF~. Оцінити сумарний струм I, записати між значеннями I1 і I2 знак, що не вистачає («+» або «-»);
- замінити котушку індуктивності на лампи «а-х». Ввімкнути QF~, вимикачі в колі С і таку кількість ламп групи“а-х”, щоб струм ламп різнився із струмом конденсаторів. Показання приладів записати в табл.5. Вимкнути QF~
Оцінити, чи дорівнює сумарний струм I арифметичній сумі I1 + I2, більший або менший за арифметичну суму.
Оформлення звіту
1. За даними табл.1 обчислити і записати значення амплітуди напруги Um= √2 U, кутової частоти w = 2pf, періоду Т=1/f. Відкласти на рис.2 період Т, вказати позитивну (+ Um) і негативну (- Um) амплітуди. Навести (з урахуванням масштабу) на рис.2 горизонтальну смугу, що відповідає діючому значенню напруги U. За даними табл.1 записати тригонометричну формулу (1) для визначення миттєвих значень напруги u(t).
2. Для активного (резистивного) елемента за табл.2 обчислити і записати значення активного опору R=U/Ia і провідності G= Ia/U, значення ja . Обчислити значення U·Iа.
Для ємнісного елемента обчислити і записати (табл.3) значення ємнісного опору xc= U/Ic і провідності Bc= Ic/U, кута jс. Обчислити значення U·Iс .
Для індуктивного елемента обчислити і записати (табл.4) значення індуктивного опору xL= U/IL і провідності BL= IL/U, кута jL. Обчислити значення U·IL .
З урахуванням синусоїдної напруги, що подана в розд.1 формулою (1), кутів зсуву фаз ja, jс, j і діючих значень струмів Ia, IL, IC.
(табл. 2, 3, 4) записати в розд.2 тригонометричні значення ia(t), iL(t), iC(t).
В масштабі mi = 1 А/ см. відкласти на рис.4 вектори струмів Ia, IL, IC .
3. Накреслити на рис.8 -10 криву, що є результатом складання струмів i1 і i2 для кожного з відповідних струмів I1 і I2. Урахувати, що для ламп струми за фазою співпадають, для індуктивного і ємнісного елементів струми знаходяться у протифазі, струм ємнісного элемента випереджає струм лампи на 90о (див. рис.4). Для кожного з цих випадків побудувати на рис.8-10 сумарну синусоїду i=i1+i2.
Виконати векторне складання діючих значень струму. Для цього (за табл. 5) на рис.11-13 відкласти в масштабі mi= 1 А/см. вектори діючих значень струму I1 і I 2. Для кожного випадку з урахуванням зсуву їхніх фаз відносно вектора напруги U, знайти діюче значення сумарного струму геометрично за формулою I = I1 + I2. Порівняти результати складання із значеннями струму I для кожного випадку в табл.5.
Письмово відповісти на питання:
1. Який енергетичний процес має місце в активному приймачі? Чи витрачається енергія, наприклад, паливо на тепловій електростанції на цей процес?
2. Порівняйте добуток U·Іa з показаннями ватметра; зробіть висновок: чи в повній мірі в активному приймачі струм і напруга приймача (тобто U·Іa) використовується для безповоротного споживання електроенергії і перетворення її в інші? Поставте в табл.2 поруч з добутком U·Іa буквене позначення і одиницю вимірювання потужності, що визначається цим добутком.
3. Порівняйте добуток U·Іс з показаннями ватметра; зробіть висновок про те, чи трапляється безповоротне споживання електроенергії в ємнісному приймачі? На який енергетичний процес використовується напруга і струм ємнісного приймача? Поставте в табл. 3 поруч з добутком U·Іс буквене позначення і одиницю вимірювання потужності, що визначається цим добутком.
4. Порівняйте добуток U·ІL з показаннями ватметра. Враховуючи, що P<< U·ІL тобто Р≈0. Зробіть висновок про те, чи стається безповоротне споживання електроенергії в ідеальному індуктивному приймачі? На який енергетичний процес використовується напруга і струм в ідеальному індуктивному приймачі? Поставте в табл. 4 поруч з добутком U·ІL буквене позначення і одиницю вимірювання потужності, що визначається цим добутком.
5. Чому показання приладу РА (струм І), що визначає підсумковий струм амперметрів РА1(І1) та РА2(І2) в схемах рис.5,6,7 в одному випадку дорівнює арифметичній сумі, в другому – різниці, а в третьому - проміжковому значенню?
6. Враховуючи, що кожен вектор на площині можна представити комплексним числом, зробіть висновок, які методи (синусоїд, векторних діаграм, комплексних чисел) найбільше зручні для складання синусоїдних величин?
ЗВІТ
