255(анализ цепей электронного тока)

Федеральное агентсТво по образованию

МосlCОВСnЯ государственная ак.адемИJI

тонкой химичесJCойтеХиологин им. М.В. Ломоносова

Кафедра

Эпектpoтexннюt~ ЭJlekТpOlIИJCВ

и микроnpoцессориой техниц

Ермуратсквй п.в., Jlычк"на г.п.

AВAJJ:В;1 ЦЕ11ЕЙПЕРЕМЕННОГО ТОКА В ЭJJEКТЮВllОЙ­

~Р.l\ТОРИИ ЕLECПtОNICS WORКВENCН (EWD)

Учебно-методичесхое пособие

Мосхва2006

www.mitht.ru/e-library

Рецензент;

К.т.н., доц. K~paceB В.В. (МИpcr, 1С8федра npoцессов R аппаратов химической технологии)

ЕpМyplrJ'CXltй П.В., Лычкина ГЛ

АНАJЦtэЦщlEйПЕРЕМЕЮЮГО ТОКА В ЭЛЕКТРОННОЙ.

ЛАБоРАТОРии ELECТRONICS WORКВENCH (EWB)

У~методическое пособие

М.: МИ1'ХТ 1Цo(. М.В. Ломоносова, 2006

www.mitht.ru/e-library

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА.N'!! 4

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА С АКТИВНО-РЕАКТИВНЫМИ СОПРОТИВЛЕНИЯМИ

Цель работы: приобретение npактических навыков сборки цепей

синусоидального тока, состоящих из резистора, катушки индуктивности и

коиденсатора, измерений в них токов, напряжений, сдвигов фаз, вычисления по экспериментальным данным мощностей, комплексных

сопротивлений и овладение методикой построения векторных диаграмм.

РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ

1. Изучить теоретический материал иуяснить постановку задачu.

1.1. Повторить лекционный материал по разделам: реальные элементы

цепей синусоидального тока, последовательное и параллельное

соединение элементов в цепях синусоидального тока.

1.2.Изучить этот материал по рекомендованной литературе.

1.3.Просмотреть задачи по данной теме, решенные на практических

занятиях и дома.

2. Исследовать nростейшие электрические цепи

синусоидального тока с oдHUМ из реальных элементов: резистором, катушкой и1lдуктивности, конденсаторOiИ.

2.1. Собрать на рабочем поле экрана (рис. 4.1) электрическую цепь

синусоидального тока, принципиалъная схема которой приведена на рИС.

4.2, где к зажимам "А" и "О"поочередно подключается один из реальных элементов (Рис.4.3).

.~ f..1ectrofllcs WогkЬепсh,	..~ "."
Fie Edit Ci'CUIt ~ wr.dow ноф

D_~~lfiilJ~ ~1~!cal ~~~:~.\~j~~J ~~: .~:~,~

.~l rw_~I.~.liJ__~~.YJ.~J~J_~~!'t1 ~l ~·.:I

/	\	/	\
ИСТОЧНИКИ Компоненты		ИзмеритеПЬНt>lе приборы	Осциллограф
Sources	Basic	Indlcators	Instruments

Рие.4.1

www.mitht.ru/e-library

А

осциnnоrраФ

Общий

Синхрон

КаналА

Канал В

о

Рис. 4.2

		..LC
Резистор		Т
	Катушка	Конденсатор

Рис. 4.3

2.2 Сборку принципиальной схемы, рис. 4.2 провести на рабочем поле

монитора, используя возможности электронной лаборатории EWВ [1].

Элементы электрической цепи буксируются из окон выбора

источников (Sources) и компонентов (Basic) [ 1 J. Измерительные приборы амперметр и вольтметр берутся с панели инДикаторов (Indicators), а

осциллограф - с панели инструментов (lnstruments).

Измерительные приборы амперметр и вольтметр переключить в

режим измерения переменного тока АС.

Установка значений параметров элементов производится в диалоговом окне «Properties» свойств элемента, которое появляется при

щелчке ПКМ по этому элементу.

4

www.mitht.ru/e-library

Для соединения элементов схемы подвести курсор к подсоединяемому концу и нажать ЛКМ дО появления черной точки; затем, не оmуская лкм, подвести линиiO - «провод» к началу следующего элемента также до появления черной точки, свидетельствующей о

подключении, отпустить ЛКМ.

Включить цепь, нажав клавишу «1» в правом верхнем углу монитора.

После появления показаний приборов выключить цепь, нажав эту же

клавишу, (положение «О))).

Записать измеренные значения 1, U по показаниям амперметра и

вольтметра в табл. 4.1.

Таблица 4.1

Элемент		U	1		t.T
		В		А	мс
Резистор
Катушка
индуктивности
Конденса	С=40
тор	мкФ
	С=200

мкФ

2.3. Исследовать мгновенные значения тока и напряжения с помощью осциллографа.

На канал А осциллографа подается напряжение на исследуемом

элементе. Провод, идущий на канал А, целесообразно обозначить красным цветом, подведя курсор к проводу и, нажав ПКМ (Wire Properties), выбрать цвет (красный).

На канал В осциллографа подается напряжение U. = Ro I с

резистора Ro =0.1 Ом, включенного в цепь последовательно с источником,

оно пропорционально току. Провод, идущий на канал В, также обозначить цветом (синим).

Для наблюдения осциллограмм напряжения и тока активизировать осциллограф ДВОЙНЫМ нажатием ЛКМ.

В случае необходимости произвести настройку осциллографа:

- горизонтальная развертка регулируется кнопками «Time basc».

при этом изображение сжимается или расширяется по горизонтали (оси

времени),

5

www.mitht.ru/e-library

• масштаб синусоид в каналах А и В устанавливается заданием цены деления по вертикальной оси V/div.

Обе синусоиды изображать на одном уровне - Level 0.00.

Для измерения сдвига фаз <р между напряжением и током в

расширенной модификации осциллографа ( нажата клавиша «Expand») lIодвести синий курсор к началу синусоиды напряжения, а красный -

соответственно к началу синусоиды тока. АТ = Т2 - Т) - представлено в

нравом окне осциллографа, записать в табл. 4.1. в миллисекундах. Обратить внимание на знак АТ.

Рис. 4.4

виндуктивном элементе напряжение опережает по фазе ток, угол <р

>о, в емкостном <р < о.

Свертывание расширенного изображения осциллографа возможно

клавишей "Reduce" в правом углу его панели.

2.4 По результатам измерений вычислить и записать в табл. 4.2:

6

www.mitht.ru/e-library

•сдвиг по фазе между напряжением и током q>; при частоте источника

напряжения f = 50 Гц, период синусоид Т=lIf =20 мс, соответствует

3600, отсюда

17'= Ar)~0=~T·180.

т

• - модуль комплексного сопротивления, активные и реактивные

сопротивления элементов;

•-МОЩНОСТИ:

р - активную.

Q-реактивную.

								Таблица 4.2
Элемент		Z	<D	Z	R	Х	Р	Q
		ОМ	ГРаД	Ом	ОМ	Ом	Вт	ВАр
Резистор
Катушка
индуктивности
	с =40
Конден	мкФ
сатор	с =200
	мкФ

2.5 Установить напряжение источника питания 20 В , частоту 50

нулевую начальную фазу. Задать сопротивление резистора 80

Гц и

Ом,

индуктивность катушки LK =100 мГн, активное сопротивление

катушки RK = lO Ом, емкость конденсатора С = 40 мкФ.

2.6Измерить значения напряжения, тока, сдвига фаз и записать в табл. 4.1.

2.7Записать в алгебраической и показательной формах комплексные сопротивления резистора СЬеЗ), катушки (Z..,T) и конденсатора (zc) по

результатам расчета в табл. 4.2.

2.8Построить векторные диаграммы тока и напряжения для резистора,

катушки индуктивности, конденсатора.

3. Исследовать последовательное соединениерезистОР(I, катушки индуктивности и батареи конденсаторов

3.1. Собрать электрическую цепь соединенных последовательно резистора, катушки индуктивности и конденсатора (Рис. 4.5), используя те же

элементы, что и в 0.2.

7

www.mitht.ru/e-library

с

Рис. 4.5 Измерительные приборы амперметр и вольтметр переключить в

режим измерения переменного тока Ас.

3.2 Установить напряжение источника синусоидального напряжения U =

50 В.

Включить цепь, нажав клавишу «1» в правом верхнем углу монитора.

После появления показаний приборов выключить цепь, нажав эту же

клавишу, (положение «О}».

Записать в таблицу 4.3 измеренные значения тока, напряжений на

всех элементах цепи и ,1Т = Т} - ТI, соответствующее сдвигу фа:~ между

напряжением U и током 1, для двух режимов при значениях емкости

конденсаторов СI '" 40 мкФ И С2 = 200 мкФ.

Таблиuа43

Емкость

Рез.., льтаты измерений

Результаты расчета

кондсн-

Zэ

<р

ltэ

р

Q

сатора

U

1

UR

UKAT

Uc ,1Т

В

А

В

В

В

Ом

rpa

Ом Вт

ВАр

мс

дус

С= 40

мкФ

С= 200

мкФ

3.3.По результатам измерений (табл.4.3) вычислить комплексное сопротивление l!э , активную и реактивную мощности цепи

www.mitht.ru/e-library

последовательного соединения резистора, катушки индуктивности If

конденсатора.

3.4. Вычислить комплексное сопротивление последовательного

соединения резистора, катушки индуктивности и конденсатора по

данным табл. 4.2.

3.5. Сравнить результат вычислений в пунктах 3.3. и 304.

З.б. Построить векторные диаграммы тока и напряжениЯ по данным табл.

4.3.

3.7. Проанализировать, как изменяются показания приборов для раЗ:1ИЧНhlХ значений емкости конденсатора.

4. Исследовать nараллельное соединениерезистора. каmущкu

индуктивности и конденсатора

4.1. Собрать электрическую цепь с параллельно соединеННЫ~1II

резистором, катуШI<ОЙ индуктивности и конденсатором емкостью С = 40 мкФ, рис. 4.6.

Рис.4.6

4.2. Установить напряжение синусоидального источника U = 15 В .

Включить цепь, нажав клавишу «}» в правом верхнем утлу монитора. После появления показаний приборов выключить цепь, нажав эту же

клавишу, (положение «О»).

Записать в таблицу 404 измеренные значения напряжения, токов во

всех элементах цепи и АТ = Т2 - Т), соответствующее сдвигу фаз между

напряжением U и током 1, при значении емкости конденсатора С = 40 мкФ

9

www.mitht.ru/e-library

Таблиuа4.4

I

i

Результаты изме

Jений

Результаты расчета

I

У,)

q>

L

р

Q

Iu

1

I R

1".\т

Ic

АТ

В

А

А

А

А

мс

См

градус

См

Вт

ВАр

1---

--

i

4.3 По результатам измерений (табл.4.4) вычислить комплексную

проводимость Ь, активную и реактивную мощности цепи

параллельного соединения резистора, катушки индуктивности и

конденсатора.

4.4. Вычислить комплексную проводимость У) параллельного соединения резистора, катушки индуктивности и конденсатора по данным табл,

4.2.

45,. Проанализировать результаты расчета в пун1I."Тах 4.4 и 4.3. 46. Построить векторную диаграмму токов и напряжения.

Вопросы для Il0дготовкu к лабораторной работе

1.Как предстаВJlЯЮТСЯ в комплексной алгебраической и пока:~ательной

форме синусоидальные ток и напряжение?

2.Как по показаниям приборов (осциллографа, амперметра 11

вольтметра) определить индуктивное, емкостное и активное

сопротивления реальных элементов, угол сдвига фаз между напряжением и током?

3.По показаниям каких приборов можно определить полную, активную, реактивную и комплексную проводимости?

4.В чем состоит методика построения векторных диаграмм?

5.Как изменяется векторная диаграмма при последовательном соединении катушки ИНДУ1l."Тивности и батареи конденсаторов с

увеличением ее емкости?

6.Нарисуйте схему замещения реальной катушки.

7.Нарисуйте схему замещения реального конденсатора.

10

www.mitht.ru/e-library