РГР по электротехнике_4448

2. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

Подготовка к лабораторной работе

1.Изучить по лекциям и рекомендованной литературе указанные разделы.

2.Внимательно изучить описание к лабораторной работе: цель, методические указания.

3.Составить заготовку отчета.

4.При вычерчивании схем электрических цепей, пользоваться обозначениями, принятыми в учебных пособиях по ОЭ последних изданий.

5.Подготовить ответы на вопросы для самостоятельной проверки знаний.

Требования к отчету

Отчет о работе составляется каждым студентом и должен содержать:

1)номер и наименование работы;

2)цель работы;

3)исследуемые схемы;

4)таблицы измерений и вычислений;

5)расчетные формулы и материалы расчета;

6)графики, построенные по результатам экспериментов, с указанием масштабов по осям.

31

Лабораторная работа № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ЛИНЕЙНОЙ РЕЗИСТИВНОЙ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Цель работы

Изучить методы экспериментального исследования распределения токов и потенциалов в разветвленной резистивной цепи при воздействии двух источников напряжения постоянного тока.

Объект и средства исследования

Исследуемая электрическая цепь собирается из элементов, расположенных на панели стенда. К ним относятся резисторы R1, R2, R4 и два

источника Е1 и Е2.

Посредством переключателей (тумблеров) источники питания могут устраняться из электрической цепи. Для измерения токов используются электронные миллиамперметры. Величины сопротивления резисторов, напряжения на элементах и потенциалы точек цепи замеряются цифровым мультиметром.

Рабочее задание

1. Цифровым мультиметром измерить величины сопротивления резисторов R1, R2, R4, и напряжения на разомкнутых зажимах источников Е1 и Е2. Результаты измерений занести в табл. 1.1.

				Таблица 1.1
R1	R2	R4	E1	E2
Ом	Ом	Ом	В	В

2. Собрать электрическую цепь по схеме рис. 1.1.

Подключить к цепи оба источника Е1 и Е2. Измерить токи I1 и I2, протекающие через резисторы R1 и R2; напряжения на источниках U1–7, U5–7. Вычислить по результатам измерений внутренние сопротивления источников R01 и R02. Результаты измерений и вычислений занести в табл. 1.2.

32

Рис. 1.1

					Таблица 1.2
1	2	R01	U1-7	U5–7		R02
А	А	Ом	В	В		Ом

3. Приняв за базисный потенциал одного из узлов (по указанию преподавателя) и считая его потенциал равным нулю, измерить потенциалы всех остальных пронумерованных точек. По значениям измеренных потенциалов рассчитать токи в ветвях, Результаты расчетов занести в табл. 1.3.

Таблица 1.3

1, В	3, В	5, В	7, В	1, А	2, А	4, А

4.Для внешнего контура схемы (рис. 1.1), используя результаты табл. 1.3, построить потенциальную диаграмму.

5.Исключая из схемы (рис. 1.1) посредством тумблеров поочередно источники Е2 и Е1, измерить частичные токи через резисторы R1 и R2, обратить внимание на направления токов. Определить токи I1 и I2 при действии в цепи обоих источников питания.

Результаты опыта занести в табл. 1.4.

			Таблица 1.4
			I2, А
Источники		I1, А
Е1
Е2
Е1 и Е2
	33

6. Используя метод эквивалентного двухполюсника, определить токI2 . Для этого измерить напряжение Uхх на разомкнутых зажимах

ветви 3–5 и ток короткого замыкания (ключ В3 замкнут) в данной ветвиIКЗА. Рассчитать входное сопротивление цепи относительно зажи-

мов ветви 3–5: Pxx U xx / IКЗА.

Методические указания

1. Внутреннее сопротивление источника напряжения при известной величине его ЭДС (Е) может быть определено по величине напряжения на его зажимах U при каком-либо значении потребляемого тока I:

R		E1 U17	; R		E2 U57	.
01		I1	02		I2

2. Ток в выделенной ветви электрической цепи (рис. 1.2) рассчитыается по методу эквивалентного генератора:

I2 RвнEа R2 ,

где Еа – ЭДС эквивалентного генератора (Еа Uxx ); Rвн Rвх Uхх / /IКЗА – внутреннее сопротивление эквивалентного генератора.

Рис. 1.2

Программа домашней подготовки

По учебным пособиям и конспекту лекций изучить следующие вопросы:

1) правила составления уравнений по законам Кирхгофа и закону Ома для пассивной и активной ветвей;

34

2)принцип суперпозиции;

3)теорему об активном двухполюснике;

4)правила построения потенциальной диаграммы.

Контрольные вопросы

1.Какие электрические цепи называются линейными?

2.Дать определение пассивных и активных элементов и участков электрических цепей.

3.Как изменится вид потенциальной диаграммы, если за базисный потенциал принять другой узел?

4.Как определяется реальный ток в исходной схеме по принципу суперпозиции? Правило знаков.

5.Правило знаков при записи уравнений по второму закону Кирхгофа.

6.Сформулировать теорему об активном двухполюснике и пояснить на любой схеме.

7.Как экспериментально определяется Rвх пассивного двухпо-

люсника (т. е. Rвн эквивалентного генератора)?

Лабораторная работа № 2

ИССЛЕДОВАНИЕ ПАССИВНОГО ДВУХПОЛЮСНИКА ПРИ ПИТАНИИ ОТ ИСТОЧНИКА СИНУСОИДАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Цель работы

Овладеть навыками экспериментального определения параметров пассивного двухполюсника.

Изучить способ повышения коэффициента мощности cos ( ) электрической цепи.

35

Объект и средства исследования

В качестве исследуемого двухполюсника используется катушка индуктивности L 1 c параметрами(Lk1, Rk1) .

Питание двухполюсника осуществляется от фазы А источника

трехфазного напряжения. Повышение коэффициента мощности cos( ) электрической цепи в лабораторной работе реализуется с помощью магазина емкостей.

Для измерения электрических параметров используются приборы: ваттметр; электронные (электромагнитные) щитовые амперметры; цифровой мультиметр, для измерения напряжения.

Рабочее задание

1. Собрать электрическую цепь по схеме (рис. 2.1).

Рис. 2.1

2. Подать на входные зажимы электрической цепи напряжение питания. Произвести измерения. По данным измерений рассчитать параметры

катушки иcos к. Данныеизмерения ирасчётазаписатьвтабл. 2.1.

							Таблица 2.1
U1, В	Iк, А	Р, Вт	Zк1, Ом	Rк1, Ом	Хк1, Ом	Lк1, Гн	сos к1	к1,
								градус

3. Рассчитать емкость конденсатора С, необходимую для увеличе-

ния сos( ) электрической цепи до 0,8 (см. метод. указания). Включить параллельно катушке индуктивности полученное значение С в соответствии со схемой рис. 2.2.

36

Рис. 2.2

4. Произвести измерения по схеме рис. 2.2 и результат измерений записать в табл. 2.2. Величину тока, протекающего через катушку индуктивности, взять из табл. 2.1.

Таблица 2.2

С, мкФ	UА0, В	I, А	Р, Вт	Iк, А	IС, А	сos

По результатам эксперимента рассчитать коэффициент мощности

сos цепи. По данным табл. 2.1 и 2.2 построить векторные диаграммы токов и напряжений.

Методические указания

1. Для измерения активной мощности в цепь включается ваттметр. Этот прибор имеет две обмотки: параллельную и последовательную. Входные зажимы этих обмоток обозначены значком * и подключаются к ИП, поэтому эти зажимы между собой соединяются перемычкой. Обмотки друг относительно друга подвижны. Поэтому отклонение светового луча (или стрелки) пропорционально активной мощности

Р = UIcos( ).

Цена деления ваттметра определяется с учетом пределов измерения по току и по напряжению:

CW UN I N , Вт/дел,

max

где UN и I N – пределы измерений прибора по току и напряжению;max – число делений шкалы прибора.

37

2. Параметры катушки индуктивности можно определить, используя следующие выражения:

Z

U

;

R

P

;

X

Z 2

R2

; L

Xк

.

к

I

к

I 2

к

к

к

к

2 f

где f – стандартная частота сети 50 Гц.

3. Коэффициент мощности электрической цепи определяется по показаниям трёх приборов: ваттметра, амперметра и вольтметра:

соs UIP ;

где I – ток потребляемый от ИП.

4. Включив параллельно катушке емкость, мы изменяем потребля-

емый из сети ток, следовательно, меняется и cos( ). Требуемая величина емкости определяется из выражения

C U 2P2 f (tg к tg ),

где к – угол сдвига фаз между напряжением и током катушки индуктивности (см. табл. 2.1); – угол сдвига фаз, соответствующий желаемому значению коэффициента мощности сos = 0,8, сos – это коэф-

фициент мощности всей цепи (т. е. – угол сдвига по фазе, между полным напряжением и током).

5. Векторная диаграмма строится по данным табл. 2.2. Треугольник токов строится методом засечек по известным величинам токов:

I, Iк, Iс . При построении диаграммы необходимо задаться направле-

нием вектора U, а затем, зная качественно сдвиг по фазе между U и I, на соответствующих элементах построить треугольник токов, методом засечек.

Программа домашней подготовки

По учебным пособиям и конспекту лекций изучить следующие темы:

1)параметры элементов электрических цепей переменного тока;

2)простейшие двухполюсники в цепи синусоидального тока;

3)векторные диаграммы.

38

Контрольные вопросы

1.Какими параметрами характеризуются электрические цепи переменного тока?

2.Записать выражения, связывающие напряжение и ток для простейших двухполюсников при синусоидальном питании. Уравнения записать для мгновенных значений и в символической форме.

3.Изобразить векторные диаграммы токов и напряжений для простейших двухполюсников с различным характером реактивных сопротивлений.

4.Изменится ли величина активной мощности, потребляемой уста-

новкой, после повышения сos цепи с помощью батареи конденсаторов?

5.Как графически определить ток в неразветвленной части электрической цепи, если известны токи в двух параллельных ветвях и коэффициенты мощности этих ветвей?

6.Определить активные и реактивные составляющие токов в ветвях изображенных схем, если U = 20 В, а сопротивления элементов указаны на схемах в омах.

а

б

в

7. Для схем, изображенных в п. 6, определить величины полной, активной и реактивной мощностей, потребляемых электрической цепью.

39

Лабораторная работа № 3

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ ЦЕПИ С ОДНОФАЗНЫМИ ПРИЕМНИКАМИ, СОЕДИНЕННЫМИ ПО СХЕМЕ «ЗВЕЗДА»

Цель работы

Исследовать режимы работы трехфазной цепи с нагрузкой, соединенной по схеме «звезда».

Объект и средства исследования

Исследуемая электрическая цепь питается от трехфазного генера-

Ф=

=36 В.

Вкачестве нагрузки используется набор однофазных приемников:тора промышленной частоты f = 50 Гц с фазным напряжением U

резистивные элементы R1, R2, R3 и R4; катушка индуктивности Rк, Lк и магазин емкостейСn .

Для измерения напряжений и сопротивлений резисторов используется цифровой мультиметр.

Токи в фазах и нейтральном проводе трехфазной электрической цепи либо измеряются щитовыми электронными (электромагнитными) амперметрами с пределом измерения 1 А, либо определяются косвенным методом.

Рабочее задание

1.Измерить сопротивления резисторовR1, R2 , R3 и R4 .

2.Собрать цепь по схеме рис. 3.1, соединив три резистивных элемента R1, R2 и R3 звездой с нейтральным проводом.

3.Измерить напряжения на фазах нагрузки. Токи Iа, Ib , Iс опреде-

лить косвенным методом измерения (см. методические указания). Ток в нейтральном проводе I0 определяется в соответствии с первым законом Кирхгофа по векторной диаграмме как геометрическая сумма векторов фазных токов. Результаты эксперимента записать в табл. 3.1.

40