34-50_Elektrotekhnika

•вычислить комплексное сопротивление цепи, резистивную и реактивную составляющие сопротивления

•построить в масштабе треугольник сопротивлений , а также векторную диаграмму напряжений и тока

3.5.4. По результатам измерений, выполненных в соответствии с требованиями пункта 3.4.11 вычислить:

•фазовый сдвиг Ψ между напряжением на входных зажимах цепи и током в неразветвленной части цепи

•записать выражения для комплексов действующих значений токов

• • •	•
I, I R , I C ;и напряжения	U ,, убедиться в справедливости первого зако-
на Кирхгофа

•записать выражения для мгновенных значений напряжения и токов

•сравнить сумму действующих значений токов в ветвях цепи с током в неразветвленной части контура и убедиться в их неравенстве

•вычислить комплексную проводимость цепи, резистивную и реактивную составляющие проводимости

•построить в масштабе треугольник проводимостей, а также векторную диаграмму токов и напряжения

3.5.5. По результатам измерений, выполненных в соответствии с требованиями пункта 3.4.14 вычислить:

•фазовый сдвиг Ψ между напряжением на входных зажимах цепи и током в неразветвленной части цепи

•записать выражения для комплексов действующих значений токов

• • •	•
I, I R , I L ; и напряжения	U ,, убедиться в справедливости первого зако-
на Кирхгофа

•записать выражения для мгновенных значений напряжения и токов

•сравнить сумму действующих значений токов в ветвях цепи с током в неразветвленной части контура и убедиться в их неравенстве

•вычислить комплексную проводимость цепи, резистивную и реактивную составляющие проводимости

5 1

•построить в масштабе треугольник проводимостей, а также векторную диаграмму токов и напряжения

3.5.6. По результатам измерений, выполненных в соответствии с требованиями пункта 3.4.17 вычислить:

•фазовый сдвиг Ψ между напряжением на входных зажимах цепи и током в неразветвленной части цепи

•записать выражения для комплексов действующих значений токов

• • •	•
I, I R , I L , IC и напряжения	U ,, убедиться в справедливости первого за-
кона Кирхгофа

•записать выражения для мгновенных значений напряжения и токов

•сравнить сумму действующих значений токов в ветвях цепи с током в неразветвленной части контура и убедиться в их неравенстве

•вычислить комплексную проводимость цепи, резистивную и реактивную составляющие проводимости

•построить в масштабе треугольник проводимостей, а также векторную диаграмму токов и напряжения

3.6 ИЗМЕРЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КАНАЛОВ АЦП

3.6.1 Измерения в цепи с последовательным соединением активного сопротивления и емкости.

При выполнении работы строго соблюдать указанную последовательность действий!

► Включите ПК.

♦ На панели АЦП загорится красная лампа.

▼ Если во время измерений или сборки цепи на АЦП погаснет лампа, отключите кабель USB от ПК, подождите 3 ... 5 секунд, и снова подключите.

►Подключите специальные кабели к входным разъемам АЦП (канал 1 и канал 2).

►Делители напряжения поставьте в положение 1:10 (все 4 канала).

5 2

А

1

C

2

А

R

UC(t)

к а н а л ы

1

2

ПК

АЦП

UR(t)

О

Рис.3.12

► Соберите цепь переменного тока в соответствии с рис.3.12. В качестве элементов R и С использовать соответственно резистор R13 и конденсатор С5. В качестве источника переменного напряжения использовать фазное напряжение UAO

При сборке обратите внимание на то, чтобы общие (корпусные) выводы АЦП (штекеры синего цвета) были подключены к точке «0» (рис.3.12). Потенциальные выводы АЦП (штекеры красного цвета) подключите к точ-

кам 1 и 2 (рис. 3.12).

►Покажите собранную цепь преподавателю. Преподаватель должен включить стенд и автоматический выключатель для фазы А.

►С помощью вольтметра переменного напряжения измерьте напряжения между точками 0-1, 0-2 и 1-2., а также значение тока в цепи. Полученные результаты занести в табл. 3.7

Таблица 3.7

результаты измерений

U01	U02	U12	I

5 3

результаты вычислений

U01	U02	U12	I	ψ	w

►С рабочего стола ПК запустите программу L-mikro.

►В окне программы щёлкните кнопку НАСТРОЙКА. В открывшемся окне установите:

♦Режим работы: АВТОМАТИЧЕСКИЙ

♦Развёртка, мс/дел: 5

♦Выбрать каналы: Канал 1 и Канал 2

♦Чувствительность канала, В/дел: 1 (оба канала)

♦Положение нулевой линии: 0 (оба канала)

♦Щёлкните кнопку √.

►Щёлкните по кнопке ПУСК. Через несколько секунд (не менее 3-х секунд) щёлкните по кнопке СТОП.

►Наблюдайте временную зависимость и покажите её преподавателю.

►Сохраните полученные данные.

Для этого щёлкните АРХИВ. Выберите папку: C:\DATA\ Впишите имя файла: <номер группы> (например, <7347RC.txt>).

►Щёлкните СОХРАНИТЬ.

►Попросите преподавателя выключить стенд и автоматический выключатель для фазы А.

3.6.2Обработка результатов измерений.

Цифровая измерительная система сформировала файл с данными, полученными во время эксперимента. Для работы с ними необходимо сначала загрузить EXCEL, а потом в него полученный файл, «7347RC.txt». Для этого в окне программы EXCEL щёлкните: ФАЙЛ → ОТКРЫТЬ. В открывшемся окне выберите ТИП ФАЙЛОВ: Все файлы. Выделите нужный файл. Щёлкните ОТКРЫТЬ. В окне МАСТЕР ТЕКСТОВ щёлкните

ГОТОВО.

В открывшейся таблице имеется несколько столбцов с данными. В столбце A записано время в секундах. В столбцах B и C записано напряжение в вольтах, измеренное соответственно каналами 1 (входное напряже-

ние u = u01) и 2 (напряжение uR = u02). Не забывайте учитывать положение делителя напряжения каждого канала!

5 4

Для вычисления напряжения на конденсаторе uC = u12, а также тока i надо воспользоваться макросами.

► В файловом меню EXCEL выберите: СЕРВИС → МАКРОС → РЕДАКТОР VISUL BASIC. В файловом меню BASIC выберите:

INSERT → MODULE.

► В открывшемся окне запишите макрос:

Sub Macros1() ' имя модуля

Dim t1, u1, u2, u3, i1 As Single ' задаём переменные Sheets("7347RC").Select ' переходим на лист «7347RC»

Cells(1, 5) = "t, мс" '		заголовок столбца 5
Cells(1, 6)	= "I, А" '	заголовок столбца 6
Cells(1, 7)	= "U01, B" '	заголовок столбца 7
Cells(1, 8)	= "U02, B" '	заголовок столбца 8
Cells(1, 9)	= "U12, B" '	заголовок столбца 9

For n = 2 To 201 ' задаём цикл по 200 строкам

t1 = Cells(n, 1) ' число из строки n, столбца 1 передаём в t1 u1 = Cells(n, 2) ' число из строки n, столбца 2 передаём в u1 u2 = Cells(n, 3) ' число из строки n, столбца 3 передаём в u2 t1 = t1 * 1000 ' t1 переводим в мс

u1 = u1 * 10 ' масштабируем u1

u2 = u2 * 10 ' масштабируем u2

u3 = u1 - u2 ' напряжение u12

i1 = u2 / 0.075 ' ток I в резисторе R4=75Ом (мА)

Cells(n, 5) = t1 ' число из u3 передаём в строку n, столбца 4 Cells(n, 6) = i1 ' число из u3 передаём в строку n, столбца 4

Cells(n, 7) = u1		' число из u3 передаём в строку n, столбца 4
Cells(n, 8)	= u2	' число из u3 передаём в строку n, столбца 4
Cells(n, 9)	= u3	' число из i1 передаём в строку n, столбца 5
Next n '	конец цикла
End Sub '		конец программы

► Нажмите клавишу F5. Если появится окно, щёлкните Run.

На листе «7347RC» будут созданы дополнительно 5 столбцов с данными.

►Выделите новые столбцы E, F, G, H, I.

►В файловом меню EXCEL щёлкните ВСТАВКА, затем ДИАГРАМ-

МА...

►В окне мастера диаграмм выберите:

♦Тип: ТОЧЕЧНАЯ.

♦Вид: СГЛАЖЕННАЯ БЕЗ МАРКЕРОВ.

5 5

♦Щёлкните: ДАЛЕЕ и ещё раз ДАЛЕЕ.

►На закладке ЗАГОЛОВКИ укажите название графика, например: «R-C», обозначьте ось x, например, t, мc и ось y, например, u, B.

►На закладке ЛИНИИ СЕТКИ отметьте ОСНОВНЫЕ ЛИНИИ по обеим осям. Щёлкните: ГОТОВО.

►На появившемся графике дважды щёлкните мышью по серому фону. В появившемся окне выберите: Заливка - прозрачная. Щёлкните ОК.

►Кривая тока имеет очень большой масштаб в сравнении с остальными кривыми. Для неё нужно создать дополнительную ось ординат. Для этого дважды щёлкните по этой кривой. В открывшемся окне выберите закладку ОСЬ, на которой щёлкните кнопку ПО ВСПОМОГАТЕЛЬНОЙ ОСИ.

►Дважды щёлкните по цифрам на горизонтальной оси абсцисс. В появившемся окне выберите закладку ШКАЛА. Установите минимальное и максимальное значение такими, чтобы на графике отображалось 1,5 или 2 периода. Например, минимальное: 0; максимальное: 40; цена основных делений: 5. Щёлкните ОК.

►Аналогично для основной оси ординат установите: минимальное значение: – 40; максимальное значение: 40; цена основных делений: 10. Для вспомогательной оси ординат установите: минимальное значение: – 400; максимальное значение: 400; цена основных делений: 100. Щёлкните

ОК.

►На графике дважды щёлкните мышью по одной из кривых. В появившемся окне выберите нужную толщину, тип и цвет линии. Щёлкните ОК. Сделайте все кривые отличающимися друг от друга.

►С помощью инструмента НАДПИСЬ сделайте соответствующие надписи на четырёх построенных кривых. График готов!

По графику определите амплитудные значения UM01, UM02, UM12, IM. Вычислите соответствующие действующие значения и сопоставьте их с данными измерений, представленными в табл. 3.7.

По графику определите угол ψ между фазой тока i и фазой напряжения u01. Для этого учтите, что при промышленной частоте 50 Гц один период равен 20 мс и равен 360°.

5 6

По полученным данным вычислите значение мощности W.

Результаты вычислений занести в табл.3.7

Вычисленные значения параметров сравнить соответственно сданными представленными в табл.3.2, сделать вывод о сходимости полученных измерений и вычислений.

3.6.3 Измерения в цепи с последовательным соединением активного сопротивления и индуктивности.

Собрать электрическую цепь по схеме рис. 3.13. В качестве элементов R и L использовать соответственно резистор R13 и катушку индуктивности L.2. В качестве источника переменного напряжения использовать фазное напряжение UAO

А	1 UL(t)	2
	А	L

1 к а н а л ы 2 АЦП

О

UR(t)
R	ПК

Рис. 3.13

Используя инструкции п 3.6.1.и 3.6.2, вычислить действующие значения напряжений UL,UC, тока I, определить фазовый сдвиг ψ между приложенным напряжением и током, вычислить потребляемую мощность W. Полу-

5 7

ченные результаты сравнить с данными представленными в табл.3.1., сделать вывод о сходимости измерений.

3.6.4 Измерения в цепи с последовательным соединение активного сопротивления, индуктивности и емкости

Собрать электрическую цепь по схеме рис. 3.14. В качестве элементов R L и С использовать соответственно резистор R13, катушку индуктивности L2 и конденсатор С4. В качестве источника переменного напряжения использовать фазное напряжение UAO.

UL(t) UC(t)

1

2

3

А

А

L

C

UR(t)

ПК

канал 1

канал 2

канал 3

АЦП

О

R

Рис.3.14

Используя инструкции п. 3.6.1.и 3.6.2, вычислить действующие значения напряжений UL,UC,UR, тока I, определить фазовый сдвиг ψ между приложенным напряжением и током, вычислить потребляемую мощность W.

Полученные результаты сравнить с данными представленными в табл.3.3., сделать вывод о сходимости измерений.

5 8

3.6.5 ВИРТУАЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Используя программу схемотехнического моделирования выполнить виртуальный эксперимент, для чего необходимо выполнить графический ввод исследуемых схем и определить значения измеряемых параметров Сравнить результаты схемотехнического моделирования с экспериментально полученными данными. Сделать вывод о сходимости результатов

3.6.6 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ

Для защиты лабораторной работы необходимо выполнить компьютерное тестирование по темам “ Переменный ток”, “ Векторные диаграммы электрической цепи“ .

3.6.7СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1.Схемы лабораторной установки.

2.Перечень используемых приборов.

3.Таблицы и графики экспериментальных данных

5 9

4. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4 РЕЗОНАНСНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ЦЕПЯХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

4.1. Краткие теоретические сведения

Резонансом называется такой режим работы электрической цепи, содержащей резистор R (активное сопротивление), индуктивность L (катушку индуктивности) и конденсатор C (ёмкость), при котором угол ϕ (сдвиг по фазе, или просто фаза) между входным током и входным напряжением всей цепи равен нулю. Из сказанного ясно, что цепь, содержащая реактивные элементы (L и С), в режиме резонанса ведет себя как чисто активная (как эквивалентный резистор R), а реактивные элементы взаимно компенсируются. В зависимости от способа соединения (последовательно или параллельно) элементов различают резонанс напряжений и резонанс токов соответственно.

4.1.1. Резонанс напряжений

Резонанс напряжений возникает в последовательном резонансном контуре R-L-C (рис. 4.1). Векторная диаграмма, построенная для этой цепи при условии резонанса, показана на рис. 4.2. Из диаграммы видно, что при

резонансе UL = – UC, а U = UR. Поскольку UL = IL (jω L), UC = IC/(jω C) и в последовательной цепи ток во всех элементах одинаков (IL = IC = IR = I), то получим следующее условие резонанса напряжений: ω0 L = 1/(ω0 C), где угловая частота ω0 = 2π f0, а f0 – частота питающего напряжения U при резонансе. Резонансная частота ω0 определяется выражением:

ω0 = 1/ (L C) .

(4.1)

U R	C	UL	UC
		I
			I
L		UR
		U
	Рис. 4.1	Рис. 4.2

6 0