- •1. Общие указания к выполнению лабораторных работ.
- •Лабораторная работа №1 Простейшие регуляторы напряжения и тока.
- •1.1. Цель работы.
- •1.2. Теоретическая часть.
- •1.3. Описание лабораторной установки
- •1.4. Порядок выполнения работы
- •1.5. Обработка результатов эксперимента
- •1.6. Вопросы и задания для самопроверки
- •3. Краткие теоретические положения
- •4. Описание лабораторного оборудования
- •5. Объем и методика проведения исследования
- •5.1. Порядок выполнения работы
- •6. Контрольные вопросы
- •7. Порядок оформления отчета
- •3. Описание лабораторной установки.
- •4. Порядок выполнения работы.
- •5. Обработка результатов эксперимента.
- •6. Вопросы и задания для самопроверки.
- •3. Описание лабораторной установки
- •4. Порядок выполнения работы.
- •5. Обработка результатов эксперимента.
- •6. Вопросы и задания для самопроверки.
- •Задачи для самостоятельного решения.
- •3. Описание лабораторной установки.
- •4. Порядок выполнения работы.
- •5. Обработка результатов эксперимента.
- •6. Вопросы и задания для самопроверки.
- •Задача для самостоятельного решения
- •Пояснения для построения векторных диаграмм
- •4. Описание лабораторного оборудования
- •5. Объем и методика проведения исследования.
- •5.1. Порядок выполнения работы
- •6. Контрольные вопросы
- •3. Описание лабораторной схемы.
- •4.Порядок выполнения работы.
- •5. Обработка результатов эксперимента.
- •6. Вопросы и задания для самопроверки.
- •Задача для самостоятельного решения.
6. Контрольные вопросы
6.1. Охарактеризуйте режимы работы источника постоянного тока: номинальный, согласованный, режим холостого хода и режим короткого замыкания.
6.2. Формулы мощности, развиваемой источником постоянного тока; мощности отдаваемой в нагрузку, т.е. полезной мощности.
6.3. Формула потерь мощности в источнике постоянного тока и формула падения напряжения в источнике.
6.4. Уравнение внешней характеристики источника постоянного тока.
6.5. Формула коэффициента полезного действия источника постоянного тока.
6.6. Найти максимум функции
Р2 = EI - I2Rвн
6.7. Как определить цену деления вольтметра, амперметра и ваттметра?
6.8. Как определить опытным путем ЭДС источника?
7. Порядок оформления отчета
7.1. Сформулировать цель и задачи работы.
7.2. Представить принципиальную схему исследуемой цепи.
7.3. Представить в табличной форме результаты экспериментальных исследований и результаты расчета.
7.4. Представить графики зависимостей U(I), P1(I), P2(I), ΔP(I), η(I), E(I), ΔU(I), указать на графике характерные точки (холостого хода, короткого замыкания и согласованного режима).
7.5. Представить анализ графиков и выводы по работе.
Задача для самостоятельного решения
Определить токи, напряжения, мощности на отдельных участках схемы, если напряжение на входе U = 220В, а сопротивления участков схемы: R1 = R2 = 0,5Ом; R3 = R5 = 10Ом; R4 = R6 = R7 = 5Ом. Составить баланс мощности.
Лабораторная работа №3
Исследование неразветвленной электрической цепи синусоидального тока
1. Цель работы
Подтвердить основные теоретические соотношения для однофазной цепи синусоидального тока при последовательном соединении реальной индуктивной катушки и конденсатора экспериментом. В частности, подтвердить законы Ома и Кирхгофа для цепей синусоидального тока, резонанса напряжений и основные энергетические соотношения.
2. Теоретическая часть
Резонансом в электрических цепях называется режим участка электрической цепи, содержащей индуктивный и емкостный элементы, при котором угол сдвига фаз напряжения и тока участка равен нулю.
Резонанс напряжений возможен на участке цепи с последовательным соединением элементов, параметры которых r, L, и C, т.е. в последовательном контуре (см.рис. 3.2). Активное сопротивление r, показанное на схеме отдельно, может быть как сопротивлением специально включенного резистора, так и сопротивление проводов катушки индуктивности.
Действующее значение тока в последовательной цепи r, L, C определяется по закону Ома для синусоидального тока:
, (3.1)
где: U – действующее значение напряжения, приложенного к цепи;
Z – модуль комплексного сопротивления цепи.
Если цепь содержит несколько последовательно соединенных приемников, то модуль комплексного сопротивления этой ветви равен
, (3.2)
где: r – активное сопротивление;
xL, xC – соответственно индуктивное и емкостное реактивные сопротивления;
; (3.3)
, (3.4)
где L – индуктивность катушки;
С – емкость конденсатора;
ω, f – соответственно круговая частота и частота сети (в лабораторной установке f = 50 Гц).
Падения напряжения (действующее значение) на отдельных элементах последовательной цепи:
на резисторном элементе
Ur = Ir; (3.5)
на емкостном элементе
UC = IxC; (3.6)
на идеальном индуктивном элементе
UL = IxL (3.7)
Из соотношений (3.5) – (3.7), если известны падения напряжения на отдельных элементах, например, в результате эксперимента определяются параметры элементов:
; (3.8)
; (3.9)
. (3.10)
Падение напряжения, измеряемое на внешних зажимах реальной индуктивной катушки, равно:
Uк = IZк, (3.11)
откуда модуль комплексного сопротивления реальной индуктивной катушки
. (3.12)
Активная мощность цепи
P = UIcosφ. (3.13)
Кроме того, активная мощность цепи с пассивными приемниками электрической энергии, которые выделяются только в резистивных элементах, равна:
P = I2 r. (3.14)
Так как резистивный элемент при выполнении данной лабораторной работы не используется, активное сопротивление проводов обмотки реальной индуктивной катушки при известной мощности и токе в цепи определяется из соотношения (3.14) по формуле:
. (3.15)
Реактивная мощность цепи определяется по формуле
Q = UI sinφ, (3.16)
или
Q = QL – QC, (3.17)
где: QL = I2xL – реактивная мощность;
QC = I2xC – реактивная емкостная мощность;
Угол сдвига фаз
. (3.18)
Полная мощность цепи
. (3.19)
Ток I, напряжение U, мощность P определяются по показаниям соответствующих приборов лабораторной установки.
Для более глубокого анализа электрического состояния цепей синусоидального тока применяются векторные диаграммы. Построение векторных диаграмм начинают с выбора масштаба тока и напряжения, т.е. задаются такими значениями тока и напряжения в 1мм, которые обеспечивают хорошее заполнение рисунка векторной диаграммы. Масштабы тока и напряжения выбирают независимыми друг от друга.
При последовательном соединении элементов построение векторной диаграммы на комплексной плоскости для удобства начинают с построения в масштабе комплексного тока, полагая, что начальная фаза его равна нулю. Комплекс тока в масштабе откладывается по действительной положительной оси из начала координат. Начальная фаза приложенного напряжения к последовательной цепи для каждого опыта будет при этом различной.
Векторная диаграмма напряжений строится согласно уравнению, составленному по второму закону Кирхгофа для исследуемой последовательной цепи r, L, C
. (3.20)
Комплекс напряжения (т.к. r = rк т.е. отдельно резистивный элемент в цепи не используется) в масштабе напряжение откладывается по направлению комплекса тока, т.к. угол сдвига фаз между напряжением и током в резистивном элементе равен нулю.
А так как ток в идеальном индуктивном элементе отстает от напряжения на 90º, то комплекс напряжения в масштабе напряжения откладывается из конца вектора под углом 90º к комплексу тока I. Ток в емкостном элементе опережает напряжение на 90º, поэтому комплекс напряжения в масштабе напряжения откладывается из конца вектора под углом –90º к комплексу тока .
В соответствии с уравнением (3.20) комплекс приложенного к цепи напряжения равен сумме комплексов напряжения и . Поэтому на векторной диаграмме комплекс приложенного к цепи напряжения определяется вектором, направленным из начала координат к концу вектора .
При исследовании электрического состояния последовательной цепи r, L, C наиболее характерны случаи, когда xL < xC, xL = xC (резонанс напряжений) и xL > xC. Для указанных случаев на рис.1.1 построены векторные диаграммы тока и напряжений.