Labor_rab__3

Цепи синусоидального тока с резисторами, конденсаторами и катушками индуктивности Последовательное соединение элементов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Полное сопротивление цепи Z = √ R² + ( X_L- Xc )² = U / I

Активное сопротивление R = Z Cosφ

Реактивное сопротивление X = Z Sinφ = X_L - Xc

Напряжение на входе схемы U = √ U_R² + ( U_L - Uc )²

Активное напряжение U_R = I R = U Cosφ

Емкостное напряжение Uc = I Xc

Индуктивное напряжение U_L = I X_L

Реактивное напряжение Up = U Sinφ = U_L - Uc

Полная мощность S = U I = √ P² + Q²

Активная мощность P = U_R I = I²R = U I Cosφ

Емкостная мощность Qc = Uc I = I²Xc

Индуктивная мощность Q_L = U_L I = I²X_L

Реактивная мощность Q = Q_L - Qc = U I Sinφ

Коэффициент мощности Cos φ = R/Z = U_R /U = P/S

При резонансе напряжений

Индуктивное сопротивление равно емкостному X_L = X_C

Полное сопротивление равно активному Z = R

Индуктивное напряжение равно емкостному U_L = U_C

Напряжение на входе схемы равно активному U = U_R

Индуктивная мощность равна емкостной Q_L = Q_C

Полная мощность равна активной S = P

Коэффициент мощности равен единице Сosφ = 1

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

ЦЕЛЬ РАБОТЫ . Исследовать цепь переменного тока при последовательном соединении приемников с различным характером сопротивлений, исследовать явление резонанса напряжений.

1. Последовательное соединение резистора и конденсатора.

Задание

Для цепи с последовательным соединением резистора и конденсатора измерьте ток и напряжение на входе схемы, вычислите действующие значения падений напряжения на резисторе U_R и конденсаторе Uс, угол сдвига фаз φ ,полное сопротивление цепи Z, емкостное сопротивление Xс, активную P, реактивную емкостную Q_C и полную S мощности.

.

Порядок выполнения эксперимента.

Соберите цепь согласно схеме ( рис.1 ), присоединив регулируемый источник синусоидального напряжения и установив его параметры U = 5В, f = 1кГц.

Активное сопротивление R установите 100 Ом, а емкость конденсатора С – 1мкФ

рис.1

Измерьте мультиметрами силу тока в цепи и напряжение на входе схемы. .

Результаты измерений внесите в табл.1 и проведите необходимые вычисления.

Выберите масштабы и постройте векторную диаграмму напряжений, треугольник

сопротивлений и мощностей.

Таблица 1

Измерено		Вычислено
U, В	I, А	Z, Ом	Xс, Ом	UR, В	Uс, В	P, Вт	Qc ВАр	S, ВА

2. Последовательное соединение резистора и катушки индуктивности.

Задание

Для цепи с последовательным соединением резистора и катушки индуктивности измерьте действующие значения напряжения на входе схемы U, на резисторе U_R, на катушке U_L и ток I . Вычислите фазовый угол φ , полное сопротивление Z , индуктивное сопротивление X_L и активное сопротивление R.

.

Порядок выполнения эксперимента

Соберите цепь согласно схеме ( рис 2 ), присоединив регулируемый источник синусоидального напряжения и установив его параметры U = 5 В,.f = 200 Гц.

Активное сопротивление R установите 100 Ом, а в качестве катушки индуктивности с малым активным сопротивлением используйте катушку трансформатора 300 витков, вставив между подковами разъемного сердечника полоску бумаги а один слой (немагнитный зазор ).

рис.2

Измерьте мультиметрами силу тока в цепи и падения напряжения на резисторе и катушке.

Результаты измерений внесите в табл 2. и проведите необходимые вычисления.

Выберите масштабы и постройте векторную диаграмму напряжений и треугольник сопротивлений.

Таблица 2

Измерено		Вычислено
U, В	I, А	UL, В	UR , В	Z, Ом	φ , град.	XL , Ом	S, ВА

3.Последовательное соединение резистора, конденсатора и катушки индуктивности. Резонанс напряжений.

Задание.

Для цепи с последовательным соединением конденсатора и катушки индуктивности измерьте действующие значения тока I и напряжения U при f = fo, f < fo и f > fo. Вычислите для каждого режима реактивную индуктивную Q_L, реактивную емкостную Qc и полную реактивную мощность Q.

Порядок выполнения эксперимента.

Соберите цепь согласно схеме ( рис.3 ), присоединив регулируемый источник синусоидального напряжения и установив его параметры U = 2 B, f = 500 Гц.

Емкость конденсатора установите 1 мкФ, а в качестве катушки индуктивности используйте катушку трансформатора 300 витков, вставив между подковами разъемного сердечника полоску бумаги в один слой. Активное сопротивление R установите 100 Ом.

рис.3

Изменяя частоту приложенного напряжения, добейтесь резонанса по максимальному значению тока, поддерживая неизменным напряжение на входе цепи. Запишите резонансную частоту.

Произведите измерение тока и напряжений в трех режимах:

при резонансе f = fo

до резонанса f = 0,75 fo

после резонанса f = 1,25 fo

Результаты измерений внесите в табл.3 и проведите вычисление индуктивной , емкостной и полной реактивной мощностей.

Таблица 3

Измерено			Вычислено
f, Гц	I, А	U, В	UR , В	UL , В	Uc, В	QL, ВАр	Qc, ВАр	Q, ВАр
fo
0,75fo
1,25fo

Постройте в масштабе векторные диаграммы для каждого из трех рассмотренных режимов.