Требования безопасности труда

1. Перед включением источника напряжения правильность выполненных соединений обязательно должна быть проверена преподавателем или лаборантом.

2. Соединение всех элементов схемы проводить только в отключенном состоянии источника напряжения U (ключ в положении ”выкл”).

3. Проверить перед включением источника напряжения (ключ ) положение ручки управления автотрансформатора (ЛАТр). Ручка должна быть в крайнем левом положении.

4. Во включенном состоянии установки не касаться ее токоведущих частей.

5. Не размещать на панели стенда тетрадей или других предметов.

Порядок выполнения работы Задание

Изучение однофазной цепи переменного синусоидального тока с последовательным соединением RLC–элементов.

Оборудование и принадлежности – стенд, описание которого приведено в разделе ”Методика и техника эксперимента”.

1. Произвести подготовку установки к выполнению опыта. Для этого:

а) ознакомиться с лабораторной установкой (стендом).

Изучить в соответствии со схемой рис.3 расположение на панелях стенда каждого из элементов схемы;

б) ручку управления автотрансформатора установить в крайнее левое положение;

в) собрать электрическую цепь в соответствии со схемой рис.4;

Внимание! Правильность выполненных соединений обязательно до включения источников питания цепи должна быть проверена преподавателем или лаборантом.

г) установить величину сопротивления (с помощью градуированного лимба) в соответствии с указаниями преподавателя.

2. Включить ключ и установить напряжение на клеммах в цепи в пределах 35-50 В. Конкретная величина напряжения указывается преподавателем. Напряжение измеряется с помощью вольтметра .

3. Изменяя величину емкости (с помощью ключа ), добиться, чтобы в цепи протекал наибольший ток.

4. Измерить при резонансе величину тока и напряжения на всех элементах цепи, а также величину активной мощности.

5. Произвести измерения тока, напряжения на элементах цепи и активной мощности при трех значениях емкости батареи конденсаторов меньших, чем при резонансе, и измерение этих величин при трех значениях емкости больших, чем при резонансе.

6. Результаты измерений по п.п. 4,5 занести в таблицу 1.

Обработка результатов эксперимента

1. По результатам наблюдений в одной и той же системе координат в зависимости от величины емкости батареи конденсаторов построить следующие кривые:

Проанализировав кривые и качественно объяснить их ход.

2. Используя данные наблюдений, вычислить величины:

Ом, Ом, [L] – Гн, Ом, Ом,

[z] – Ом, В, В, .

Вычисления провести для трех значений емкости, при которых проведены измерения по н.п. 4,5. Вычисления провести по соотношениям:

, где падение напряжения на элементе ;

I – ток в цепи

,

Где U – напряжение, приложенное ко всей цепи;

ток в цепи при резонансе.

; = 50 Гц ; ,

Где – ёмкостное сопротивление, при котором наступает резонанс в цепи.

;

; ;

;

;

.

3. Данные вычислений занести в таблицу 1 .

Таблица 1

Результаты работы

Данные наблюдений

Результаты вычислений

C мкФ

I А

U В

В

В

В

P Вт

Ом

Ом

Гн

Ом

Ом

Z Ом

В

В

Гр

Ом

4. По данным вычислений и измерений построить векторные диаграммы для трёх случаев: а) , б) , в) .

Исходя из экспериментально полученных величин ,,, и рассчитанных величин , , векторная диаграмма для каждого опыта строится по методике, изложенной в [2], 2.5,2.6,2.12. Однако можно построить векторную диаграмму, исходя только из экспериментальных данных U, , , (см. рис.4 а,б). Для этого по горизонтальной оси из точки О необходимо в масштабе напряжений отложить вектор , а от конца этого вектора вертикально вниз – вектор . Тогда, пользуясь циркулем, следует провести из конца вектора (точки ), как из центра, дугу окружности радиусом . При этом, поскольку вектор составляющие, нас интересует только та часть окружности, точки которой лежат справа и сверху от центра . Теперь проведем из центра О радиусом окружность до пересечения с дугой в точке . Вектор , очевидно, представляет собой вектор и, следовательно, мы получили графическое решение уравнения:

,

то есть искомую векторную диаграмму.

На рис. 4а построена векторная диаграмма для случая , а на рис. 4 б – для случая .

При векторы и коллинеарные и поэтому точка лежит на расстоянии U от центра О по направлению вектора .

Конкретные значения , для которых строятся векторные диаграммы, указываются преподавателем.

5. Проанализировать векторные диаграммы и качественно объяснить их.

6. Используя данные наблюдений при резонансе, рассчитать зависимости:

Вычисления провести для тех значений ёмкости батареи конденсаторов, при которых проведены измерения по п.п. 4,5 предыдущего раздела настоящих указаний.

По результатам расчётов в той же системе координат, что в п.1 настоящего раздела указаний, в зависимости от величины ёмкости батареи конденсаторов построить кривые

Сопоставить кривые, построенные по расчётным данным, с соответствующими кривыми, построенными по данным наблюдений. Указать причины возможного несоответствия кривых.

Расчёт зависимостей произвести по соотношениям:

а) ,

где

; ;

; – значение тока и ёмкости батареи конденсаторов при резонансе соответственно.

;

Используется система единиц измерения «СИ». Для условий данной лабораторной работы значение частоты , приложенного ко всей цепи напряжения равно 50 Гц.

Если С и измеряются в мкФ, то окончательно формула для тока I в цепи имеет вид:

;

б); ;

;

;

Где – падение напряжения на элементе при резонансе.

Используя выражение для тока I предыдущего подпункта, имеем расчетное соотношение: , где

;

в) Расчетное соотношение для имеет вид:

;

Расчет зависимостей может быть выполнен по приведенным выше соотношениям на ЭВМ любого типа, например, по программе, приведенной в Приложении 1 к настоящим указаниям. Программа составлена на языке BASIC.

Расчет может быть выполнен также с помощью микрокалькулятора типа МК-56 или аналогичного ему с использованием программируемого режима работы. Программа и порядок расчета приведены в Приложении 2 к настоящим указаниям.

7. а) Произвести оценку погрешностей измерений величин U, I, , , , P.

б) Произвести оценку погрешности определения одной из вычисленных величин (по указанию преподавателя).