ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ СОЕДИНЕНИЕМ ЭЛЕМЕНТОВ
Цель работы
Приобретение навыков сборки простых электрических цепей переменного тока и измерения напряжений на отдельных участках цепи, изучение свойств цепей при последовательном соединении активных и реактивных элементов, знакомство с явлением резонанса напряжений, построение векторных диаграмм.
Оборудование:
источник питания, функциональный генератор, измеритель мощности, мультиметр, цифровые амперметры РА1...РА4, наборное поле и минимодули (батарея конденсаторов, дроссель, резистор 2 Вт 47 Ом).
Порядок выполнения работы
1. Ознакомиться с лабораторной установкой.
2. Собрать электрическую цепь с последовательным соединением элементов, установив минимодули резистора, батареи конденсаторов, дросселя L (рис. 1). Подключить собранную цепь к источнику переменного напряжения (клеммы «А-N» источника питания). Для измерения напряжений на отдельных участках цепи использовать мультиметр в режиме измерения переменного напряжения. Установить переключатель батареи конденсаторов в заданную преподавателем позицию.
|
|
|
3. Подсоединить параллельно конденсатору дополнительный проводник (исключив этим конденсатор из цепи). Предъявить схему для проверки преподавателю.
4. Включить источник питания (выключатель SА3), измеритель мощности (SА2), а также мультиметр в режиме измерения переменного напряжения. Произвести измерения указанных в таблице 1 величин в цепи с последовательным соединением резистора R и индуктивного потребителя ZK. Результаты измерений занести в табл. 1.
Таблица 1
Схема | U, B | I, мА | UR, B | UK, B | UC, B | P, Вт | Q, BAp | S, BA | cos φ | φ |
ZK, R | ||||||||||
R, XC | ||||||||||
R, ZK, XC |
5. Выключить электропитание, убрать дополнительный проводник, подключенный к конденсатору. Подсоединить параллельно индуктивному потребителю ZK дополнительный проводник (исключив этим его из цепи). Предъявить схему для проверки преподавателю.
6. Включить электропитание и произвести измерения указанных величин для цепи с последовательным соединением резистора R и конденсатора XC. Результаты измерений занести в табл. 1. Выключить электропитание, убрать дополнительный проводник.
7. Включить электропитание и произвести измерения указанных в таблице величин для цепи с последовательным соединением резистора R, конденсатора Хс и индуктивного потребителя ZK. Результаты измерений занести в табл. 1.
|
|
8. Изменяя величину емкости батареи конденсаторов, добиться наибольшего значения тока, т.е. обеспечить состояние цепи близкое к резонансу напряжений. Результаты измерений занести в табл. 2.
Таблица 2
Схема | U, B | I, мА | UR, B | UK, B | UC, B | P, Вт | Q, BAp | S, BA | cos φ | φ |
R, ZK, ХСрез | ||||||||||
R, ZK, XC1 | ||||||||||
R, ZK, XC2 | ||||||||||
R, ZK, XC3 | ||||||||||
R, ZK, XC4 |
9. Уменьшая и увеличивая величину емкости батареи конденсаторов (от резонансного значения емкости) создать в цепи два режима до резонанса напряжений и два режима после резонанса. Результаты измерений занести в табл. 2. Выключить электропитание.
10. Для цепи с последовательным соединением трех элементов (R, ZK, C) по результатам измерений при резонансе напряжений рассчитать величины, указанные в табл. 3: активные и реактивные мощности отдельных участков РR и РK, QK и QC, коэффициент мощности индуктивного потребителя cos φк и угол сдвига фаз φк между напряжением на индуктивном потребителе UK и током, а также полное сопротивление цепи Z, активные сопротивления резистора и индуктивного потребителя R и RK, реактивные сопротивления индуктивного потребителя ХК и конденсатора ХС, величину полного сопротивления индуктивного потребителя ZK. Результаты занести в табл. 3
Таблица 3
Схема | PR, Bт | PK, Bт | QK, BAp | QC, BAp | сosφк | φк | Z, Ом | R, Ом | RК, Ом | ХК, Ом | ZК, Ом | ХС Ом |
R, ZK, ХСрез |
11. По результатам измерений построить для исследованных цепей в масштабе векторные диаграммы и сделать вывод о характере каждой исследованной цепи.
Контрольные вопросы
1. Что такое активная, реактивная и полная мощности в цепи переменного тока?
2. Как вычислить полное сопротивление катушки, если известны её активное сопротивление, индуктивность и частота сети?
3. Как вычислить полное сопротивление цепи с последовательным соединением резистора, реальной катушки и конденсатора?
4. От чего зависит угол сдвига фаз между напряжением и током на участке электрической цепи переменного тока?
5. Чему равны реактивное сопротивление цепи и реактивная мощность цепи при резонансе?