Лабораторные работы / Лаба 3
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ» (ТУСУР)
Кафедра комплексной информационной безопасности электронно-
вычислительных систем (КИБЭВС)
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОВ ОМА И КИРХГОФА ПРИ ГАРМОНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
Отчет по лабораторной работе №3 по дисциплине «Электротехника»
Студенты гр.
__.__.2021
Руководитель
__.__.2021
Томск 2021
1 Введение
Цель работы: освоить методы измерения напряжения, тока и разности фаз гармонических сигналов; экспериментально проверить топологические уравнения цепей первого порядка и закона Ома в комплексной форме для индуктивности L и емкости C.
2 Основные теоретические положения
Гармоническое колебание – движение или изменение состояния материальных тел или материи вокруг некоторого среднего значения по закону простейшей периодической функции вида: f(t) = Asin(ωt + φ).
Гармоническими также могут быть ЭДС и напряжения. При действии гармонических ЭДС в линейных цепях форма напряжений и токов на элементах соответствует гармоническим функциям.
Большинство измерительных приборов предназначены для измерения узлового напряжения. Один из выводов приборов заземлен, часто его называют общим проводом. Второй вывод называют потенциальным или сигнальным, или просто обозначают «вход» или «выход». При сборке измерительной установки в первую очередь соединяются между собой общие провода всех приборов и исследуемого объекта.
Фазометр служит для измерения разности начальных фаз двух узловых гармонических напряжений. Если вход фазометра «Опорный» подключить ко входу исследуемой цепи, а вход «Сигнал» – к выходу цепи, то фазометр покажет разность начальных фаз. Вместо фазометра в данной работе предлагается использовать осциллограф - прибор, показывающий форму напряжения во времени. Также он позволяет измерять ряд параметров сигнала,
такие как напряжение, ток, частота, угол сдвига фаз. Но главная польза от осциллографа – возможность наблюдения формы сигнала. Во многих случаях именно форма сигнала позволяет определить, что именно происходит в цепи.
Чтобы определить значение фазового сдвига в градусах используется формула:
Выражения закона Ома в комплексной форме имеют вид
3 Ход работы
3.1 Описание электрической цепи
Рабочие схемы представлены на рисунке 1
Рисунок 1 - Рабочие схемы
В данном варианте используются данные: R = 1кОм, L = 0,3Гн, С = 0,33мкФ. Действующее напряжение на выходе генератора 1 вольт. Частота равна 350 Гц.
3.2Экспериментальные результаты и их обработка
3.2.1Задание 1
Спомощью формул, приведенных на рисунке 2, были найдены расчетные измерения. Результаты занесены в таблицу 1.
Рисунок 2 - Расчетные соотношения Так же были экспериментально измерены значения напряжений и
начальных фаз на элементах последовательного соединения катушки
индуктивности L и резистора R1, как показано на рисунке 1а. Значения
эксперимента занесены в таблицу 1.
Таблица 1 – Расчетные и экспериментальные измерения.
|
UR1, В |
ϕUR° |
UL, В |
ϕUL° |
I, мА |
ϕI° |
|
R1, Ом |
L, Гн |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Расчет |
0,83 |
33,4 |
0,55 |
56,6 |
0,83 |
33,4 |
1000 |
0,3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Эксперимент |
0,81 |
30,59 |
0,53 |
53,5 |
0,81 |
36,5 |
1000 |
0,3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Векторная диаграмма напряжений и лучевая |
диаграмма тока |
||||||||
представлена на рисунке 3. |
|
|
|
|
|
|
|
||
Рисунок 3 - Векторная диаграмма задания 1.
3.2.2Задание 2
Спомощью формул, приведенных на рисунке 4, были найдены расчетные измерения. Результаты занесены в таблицу 2.
Рисунок 4 - Расчетные соотношения.
Так же были экспериментально измерены значения напряжений и начальных фаз на элементах последовательного соединения конденсатора С и резистора R1, как показано на рисунке 1б. Значения эксперимента занесены в таблицу 2.
Таблица 2 – Расчетные и экспериментальные измерения.
|
UR1, В |
ϕUR° |
UС, В |
ϕUС° |
I, мА |
ϕI° |
R1, Ом |
С, мкФ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Расчет |
0,58 |
54,04 |
0,8 |
35,95 |
0,58 |
54,04 |
1000 |
0,33 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Эксперимент |
0,59 |
53,89 |
0,89 |
35,1 |
0,59 |
54,35 |
1000 |
0,33 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Векторная диаграмма |
напряжений |
и лучевая диаграмма тока |
||||||
представлена на рисунке 5. |
|
|
|
|
|
|
||
Рисунок 5 - Векторная диаграмма задания 2.
3.2.3Задание 3
Спомощью формул, приведенных на рисунке 6, были найдены расчетные измерения. Результаты занесены в таблицу 3.
Рисунок 6 - Расчетные соотношения.
Так же были экспериментально измерены значения напряжений и начальных фаз на элементах последовательного соединения резистора R3 и
резистора R1, как показано на рисунке 1в. Значения эксперимента занесены в таблицу 3.
Таблица 3 – Расчетные и экспериментальные измерения.
|
UR1, В |
ϕUR° |
UR3, В |
ϕ R3° |
I, мА |
ϕI° |
R1, Ом |
R3, Ом |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Расчет |
0,5 |
0 |
0,5 |
0 |
0,5 |
0 |
1000 |
1000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Эксперимент |
0,54 |
0 |
0,54 |
0 |
0,54 |
0 |
1000 |
1000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Векторная диаграмма напряжений и лучевая диаграмма тока представлена на рисунке 7.
Рисунок 7 - Векторная диаграмма задания 3.
4 Заключение
Вывод: в результате работы были освоены методы измерения напряжения, тока и разности фаз гармонических сигналов; экспериментально проверены топологические уравнения цепей первого порядка и закона Ома в комплексной форме для индуктивности L и емкости C.