Лаба 3 Переменный ток [Вариант 4]

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Лабораторная работа №3

Вариант 1.

«ИСССЛЕДОВАНИЕ ПРОСТЫХ ЦЕПЕЙ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА»

Выполнил

студент группы 222402

Гиль Д.Г.

Проверил

Коваленко В.М.

Минск 2003

1. Цель работы.

1. Приобретение навыков работы с вольтметром, генератором, фазометром, навыков расчета цепей переменного тока.

2. Экспериментальная проверка законов распределения токов и напряжений в последовательной, параллельной и последовательно-параллельной цепях гармонического тока.

2. Расчет домашнего задания.

1. Для последовательной цепи (см. ниже рис. 1):

   1. рассчитали реактивные сопротивления X_L, X_C, комплексное входное сопротивление цепи Z_ВХ, комплексный ток Ī и комплексные напряжения элементов Ū_K, Ū_C, Ū₁ в схеме 1 (см. ниже схему 1) по параметрам, заданных в табл. 1, при начальной фазе генератора ψ=0. Таблица 1.

№ вар.	U, B	f, Гц	R1, Ом	R2, Ом	R3, Ом	L, мГн	RK, Ом	C, мкФ
4	10	1000	143	143	143	42.5	56	0,99

Результаты расчетов занесли в табл. 2 в графу «Расчет»;

2. по результатам расчетов построили топографическую диаграмму напряжений всех элементов с указанием вектора тока.

2. Для параллельной цепи (см. ниже рис. 2):

   1. рассчитали по закону Ома комплексные токи ветвей Ī₁, Ī₂ Ī₃ и входной ток Ī как их сумму по данным табл. 1.

Результаты расчетов занесли в табл. 3 в графу «Расчет»;

2. по результатам расчетов построили векторную диаграмму токов и напряжений.

3. Для разветвленной цепи (см. ниже рис. 3):

   1. рассчитали методом эквивалентных преобразований комплексные токи ветвей Ī₁, Ī₂ Ī₃ и комплексные напряжения всех элементов Ū₁, Ū ₂, Ū ₃, Ū _K по данным табл. 1.

Результаты расчетов занесли в табл. 4 в графу «Расчет»;

2. по результатам расчетов построили топографическую диаграмму напряжений и совмещенную с ней диаграмму токов;

3. составили и рассчитали уравнения баланса активных P и реактивных Q мощностей цепи. Вычислили коэффициент мощности цепи cos φ:

3. Ход работы.

Включили в сеть генератор, вольтметр, фазометр и дали им прогреться 5 мин.

1. Собрали последовательную цепь (рис. 1) и подключили к генератору, установив частоту согласно варианту и табл. 1 и напряжение на входе цепи 10В с помощью настольного вольтметра:

   1. измерили вольтметром и занесли в табл.2 в графу «Опыт» напряжения U₁, U_C, U_K. Пересчитали по закону Ома напряжение U₁ в I;

2. измерили фазометром начальную фазу ψ_I тока I (в качестве «Опорного» взяли U, в качестве «Сигнала» напряжение U₁). Напряжения U и U₁ согласованы;

3. поменяли местами элементы R и C, т.к. прямое измерение фазы ψ_UC невозможно. Измерили ψ_UC, подключая фазометр к тем же узлам, что и в пункте б. Результат занесли в графу ψ_UC – прям;

4. выполнили измерение фазы ψ_UC косвенным методом (без перестановки R и С). Для этого зажим «Земля» подключим к узлу 3, «Опорное»–к узлу 4, «Сигнал»–к узлу 2. Угол между U_C и U₁ определили, прибавляя к показаниям фазометра φ угол 180º, т.к. U_C и U₁ несогласованны. Прибавив к результату полученную ранее фазу ψ_I тока (совпадающую с начальной фазой ψ_U1), получили начальную фазу ψ_UC, т.е. ψ_UC = φ + 180º + ψ_I.

ψ_UC = –81.5º + 180º – 14.5º = 84º

Результат занесли в табл. 2 в ψ_UC – косв. Можно заметить соответствие прямого и косвенного измерений ψ_UC;

5. начальная фаза ψ_UK измеряется непосредственно («Опорное»–U, «Сигнал»–U_K). Напряжения U и U_K согласованы;

6. начальные фазы, измеренные в пунктах б, в, г, д, занесли в табл. 2 в графу «Опыт».

Таблица 2.

Цепь на рис.1	XL	XC	ZВХ		Ī		Ū­K		Ū­C			Ū­1
			zВХ	φ	I	ψI	UK	ψUK	UC	ψUC		U1	ψU1
										прям.	косв.
	Ом		Ом	град	мА	град	В	град	В	град		В	град
Расчет	213.628	200.953	199.403	3.644	50.15	-3.644	11.075	71.667	12.015	86.356	—	7.171	-3.644
Опыт	—	—	—	—	48.921	-4	13	65	11.6	83	84	6.8	-4

2. 1. собрали параллельную цепь (рис. 2а) с добавочным резистором R₂, выставив напряжение U=10B на резисторе R₁. Комплексные токи ветвей на рис.2 и 2а будут одинаковы;

   2. измерили напряжение на R₂ и рассчитали входной ток I;

3. подключив зажим «Земля» к узлу 2, «Опорное» – к узлу 3, «Сигнал» – к узлу 1 (напряжения U₂ и U несогласованны), измерили фазометром фазу ψ_I. Ток I и ψ_I занесли в табл. 3. Таблица 3.

Цепь на рис.2	Ī		Ī1		Ī2		Ī3
	I	ψI	I1	ψI1	I2	ψI2	I3	ψI3
	мА	град	мА	град	мА	град	мА	град
Расчет	81.61	4.189	69.93	0	49.763	90	45.28	-75.311
Опыт	83.916	5	—	—	—	—	—	—

3. Собрали разветвленную цепь согласно варианту (рис. 3) и подключили к ней генератор заданной частоты (согласно табл. 1) с напряжением U=10В:

   1. измерили вольтметром напряжения U₁, U₂, U₃, а также U_C, U_K. Рассчитали по закону Ома токи I₁, I₂, I₃;

EMBED Mathcad

2. измерили фазометром начальные фазы ψ_I1, ψ_I2, ψ_I3. Занесли комплексные токи I₁, I₂, I₃ и модули напряжений U₁, U₂, U₃, U_С, U_K в табл. 4 в графу «Опыт».

Таблица 4.

Цепь на рис.3	Ī1		Ī2		Ī3		U1	U2	U3	ŪC
	I1	ψI1	I2	ψI2	I3	ψI3				UC	ψUK
	мА	град	мА	град	мА	град	B	B	B	B	град
Расчет	41.581	8.039	29.34	-11.432	17.011	43.132	5.946	4.196	2.433	3.634	-46.868
Опыт	42	8	31	-12	17.5	40	6	4.4	2.5	3.3	—

Рисунок 1

Рисунок 2

4. Выводы:

   1. Экспериментально проверили соответствие результатов расчетов цепей синусоидального тока при параллельном, последовательном и последовательно-параллельном соединениях элементов экспериментальным данным (табл. 2. 3. 4).

Небольшие отклонения экспериментальных данных от результатов расчета объясняются погрешностями оборудования и его несовершенством, погрешностями измерений, а также погрешностями расчетов.

2. Приобрели навыки работы с вольтметром, генератором, фазометром, навыки расчетов цепей синусоидального тока при параллельном, последовательном и последовательно-параллельном соединениях элементов, а также навыки построения топографических и векторных диаграмм токов и напряжений.

-7-