Laboratorni_elektrichni_kola

Лабораторна робота 11

Дослідження передачі енергії від джерела до споживача

Мета роботи. Дослідити закономірності передачі енергії від джерела до споживача, режими роботи електричного джерела та навчитись практично визначати параметри джерела.

Домашнє завдання

Відомо напругу U , коефіцієнт корисної діï η , опір																	I					R0
навантаження R електричного кола (рис.11.8). Визначити
внутрішній опір R0				та електрорушійну силу							E джерела,							E U							R
потужність джерела та споживача. Визначити, яким буде
коефіцієнт корисної дії η2 , якщо навантаження зменшити у																	Рис. 11.8
10 разів? Варіанти завдань подані в табл. 11.1
													Таблиця 11.1
	Вар	1		2	3	4		5		6	7		8		9			10
	η	0.91		0.92	0.93	0.94		0.95		0.96	0.97		0.98		0.99			1.00
	R, Ом	51		62	73	84		95		106	117		128		139			150
	U, B	110		120	130	140		150		160	170		180		190			100
				Опис лабораторної установки
Лабораторна установка складається з блоку живлення																		БП4822 − 2 ,
штативу з клемами, плати 5, вимірювальних приладів.
Елементи плати 5: резистори змінні										RЛГ	«Грубо», RЛТ «Точно»,											RC			–
перемикач з набором резисторів R2							÷ R10 .
Вимірювальні прилади: PΩ – мультиметр Щ4300 для вимірювання
опору, опції		< − > ,		< R > , < 2 кΩ > ; РmА–							міліамперметр						Э536 ,					PV			–

мультиметр Щ4300 для вимірювання напруги опції < − > , < U > , < 200 V > . Порядок розміщення вимірювальних приладів зображено на рис. 11.9.

Порядок виконання роботи.

1. Під’єднати мультиметр PΩ до клем 3 – 4 і, користуючись перемикачем RC , виміряти опори R2 R10 . Результати вимірювань записати в

табл. 11.2.

2. Під’єднати мультиметр встановити загальний опір лінії

+

PW		PA PA				0÷120
PmA		Плата 5
					-
		Рис. 11.9

PΩ до	клем 1–2, замкнути клеми 3–4 і
RЛ = R6	резисторами		RЛГ	«Грубо»	і RЛТ
	1	RГ	RC	3	PV
		U1		U2
PmA	2	RТ		4
		Рис. 11.10

«Точно».

3. Зібрати коло (рис. 11.10) і під’єднати його до клем штативу < − > , <0 ÷120 В >. Перемикач блоку живлення ЛАТР переключити в положення

<0 ÷120 В >.

4.Замкнути клеми 3 і 4 перемичкою і встановити струм короткого замикання IКЗ =100 мА. Результати вимірювань записати в табл. 11.2 (п.кз).

Розімкнути клеми 3 і 4 та виміряти напругу холостого ходу. Результати вимірювань записати в табл. 11.2 (п.хх).

5. Встановити напругу на клемах 1–2 (вхід	лінії) U1	= U1ХX	і,
підтримуючи її під час досліду сталою (U1 = const ),	змінювати	опір	RC

почергово від 2 до 10 позиції. Результати вимірювань записати в табл. 11.2 (п.2-10).

Таблиця 11.2.

Вимірювання

Обчислення

№

RС,

U1

I,

U2

RС,

∆U

P1

P2

∆P

η

п/п

Ом

В

мА

В

Ом

В

Вт

Вт

Вт

хх

кз

2

3

4

5

6

7

8

9

10

6 За

даними

вимірювань

(табл. 11.2)

обчислити: опори

споживача

RС

= U2 / I , падіння напруги

U = U1 −U2 , потужності на вході лінії P1 = U1I

та на її виході P2

= U2 I , втрати потужності

Р = P1 − P2 , коефіцієнт корисної

дії η = P2 / P1 .

7. Визначити електрорушійну силу E =U1XХ , внутрішній опір джерела

R0

= (U1ХХ −U1КЗ )/ IК

та опір лінії RЛ =U1КЗ / IKЗ .

8. За відомими параметрами джерела напруги E , R0 визначити

параметри

джерела

струму

J ,

G0 . Накреслити схеми

заміщення джерел

напруги і струму.

9. За даними табл. 11.2 побудувати на двох рисунках графіки

залежностей: U1( I ), U2( I ),

U( I ) та P1( I ), P2( I ),

P( I ), η ( I ).

Зробити висновки про режими роботи джерел електричної енергії; методи визначення внутрішнього опору джерела та падіння напруги на ньому; характер зміни напруги на затискачах джерела із зростанням навантаження; величину втрат та коефіцієнт корисної дії джерела.

Звіт по роботі

Назва та мета роботи. Домашнє завдання – розрахунок кола. Принципова схема досліджуваного кола (рис. 11.10). Перелік вимірювальних приладів. Таблиця 11.2. Параметри джерела напруги і струму. Графіки залежностей.

Контрольні запитання

1.Дайте означення електричного кола. Зобразіть найпростіше електричне коло, позначте напрями електричних величин у ньому. Які є основні і допоміжні елементи електричного кола та яке їхнє призначення?

2.Назвіть і охарактеризуйте основні режими роботи електричного

кола.

3.Які пристрої називають споживачами електричної енергії? Яка величина характеризує міру перетворення енергії у споживачі?

4.Нарисуйте умовне позначення споживача електричної енергії та позначте напрями електричних величин у ньому. Запишіть вираз закону Ома та потужності для нього.

5.Які пристрої називають джерелами електричної енергії? Яким параметром характеризують ідеальне джерело?

6.Нарисуйте умовне позначення електричного джерела та позначте напрями електричних величин у ньому. Запишіть вираз потужності джерела.

7.Як вибирають напрям струму в електричному колі? При якій умові електричне джерело працює у режимі генератора, а при якій – у режимі споживача?

8.Назвіть основні параметри джерела напруги. Чим відрізняється реальне електричне джерело від ідеального?

9.Нарисуйте послідовну схему заміщення електричного джерела. Запишіть рівняння джерела напруги.

10.Нарисуйте паралельну схему заміщення електричного джерела. Запишіть рівняння джерела струму.

11.Як можна експериментально визначити параметри джерела напруги? Запишіть відповідні вирази.

12.Зобразіть зовнішні характеристики реальних та ідеальних джерела струму та джерела напруги.

13.Охарактеризуйте роботу електричного джерела в режимі генератора напруги. Яка умова роботи джерела в цьому режимі?

14.Охарактеризуйте роботу електричного джерела в режимі генератора струму. Яка умова роботи джерела в цьому режимі?

15.У чому особливість роботи електричного джерела в узгодженому режимі? Яка умова роботи джерела в цьому режимі?

16.Запишіть вираз коефіцієнта корисної дії електричного джерела через параметри джерела та споживача. Проаналізуйте, як залежить коефіцієнт корисної дії джерела від режиму його роботи.

Лабораторна робота 12

Дослідження змішаного з’єднання резистивних елементів

Мета роботи. Навчитися використовувати закони Ома та Кірхгофа для розрахунку розгалужених електричних кіл постійного струму. Порівняти експериментальні та розрахункові дані отримані в процесі дослідження лінійного електричного кола постійного струму при змішаному з`єднанні елементів.

Домашнє завдання

Розрахувати

струм

у колі (рис. 12.10),

якщо відомо опори резисторів R1 , R2 , R3 , R4 та

R1

R2

максимальну потужність Pn , що виділяється на

R3

резисторі

R n у нерозгалуженій

ділянці

кола.

R4

Визначити

напругу кола

та

його

ділянок,

Рис.12.13

струми у

вітках,

потужності

кола

та

його

ділянок. Результати розрахунків записати в табл. 12.2 п.1. Варіанти завдань подано в табл. 12.1.

Таблиця 12.1

Вар №	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Pn, Вт	7.1	7.2	7.3	7.4	7.5	7.1	7.2	7.3	7.4	7.5
R1, Ом	150	155	160	165	170	165	155	160	165	170
R2, Ом	204	186	232	197	203	205	195	181	203	228
R3, Ом	198	193	228	198	196	197	199	208	191	231
R4, Ом	198	212	235	193	201	202	164	211	192	229

Елементи лабораторної установки

Лабораторна установка складається з блоку живлення БП4822 − 2 , штативу з клемами, плати 1, вимірювальних приладів.

PW PA1 PA2

PA		Плата 1

Рис. 12.14

+

–0÷120 В

PW		а
		PA1	PA2	PV
PA	R4	R1	R2
в		R3 б
		Рис. 12.15

Елементи плати 1: резистори R1 , R2 , R3 , R4 .
Вимірювальні прилади:			PV( PΩ )	–	мультиметр	Щ4300	для
вимірювання	напруги	опції:	< − > , < U > , < 200 V > , для			вимірювання
опору, опції:	< − > ,	< R > ,	< 2 кΩ > ;	PA –	амперметри	Э536,	межі
вимірювання <0.5 A>;		PW – ватметр для вимірювання потужності, межі:

<75 В / 0.5 А>. Порядок розміщення вимірювальних приладів зображено на рис. 12.11.

Порядок виконання роботи

1. Зібрати електричне коло (рис. 12.10) і під`єднати його до клем штативу < − > <0 120 В > . Перемикач ЛАТР встановити в положення

<− > , <0 120 В >.

2.Дослідити коло (рис. 12.10) зі змішаним з`єднанням резисторів. Встановити задану викладачем напругу на вході кола (80 ≤U ≤100 В ).

Результати вимірювань записати в табл. 12.2, п.2

Таблиця 12.2

Вимірювання

№

U,

U12,

U34,

U3,

U4,

I

I1,

I2,

P

P12

P34,

п/п

В

В

В

В

В

мА

мА

мА

Вт

Вт

Вт

1

2

Перевірити отримані результати за рівнянням балансу потужностей:

P = P12 + P34 .

3. Для дослідження кола з паралельним з`єднанням резисторів

R1 , R2

закоротити ділянку кола з послідовним з`єднанням резисторів R3 , R4

(точки

а,б рис. 12.10). Встановити напругу кола, задану викладачем (14 ≤U ≤18 В ).

Результати вимірювань записати в табл. 12.3.

Таблиця 12.3

Вимірювання

Обчислення

№

U12,

I

I1,

I2,

P

R1,

R2,

R12,

п/п

В

мА

мА

мА

Вт

Ом

Ом

Ом

1

Перевірити

отримані

результати

за

першим

законом

Кірхгофа:

I = I1 + I2 . Обчислити

опори

резисторів

R1 ,

R2 та

еквівалентний

опір їх

паралельного з`єднання R12 .

4. Для дослідження кола з послідовним з`єднанням R3 , R4

закоротити

ділянку кола із

паралельним з’єднанням резисторів

R1

R2

(точки б,в

рис. 12.10). Встановити струм у колі, заданий викладачем (170 ≤ I ≤ 200 mA).

Результати вимірювань записати в табл. 12.4.

Таблиця 12.4

Вимірювання

Обчислення

№

I

U34,

U3,

U4,

P

R3,

R4,

R34,

п/п

мА

В

В

В

Вт

Ом

Ом

Ом

1

Перевірити

отримані

результати

за

другим законом Кірхгофа:

U34 =U3 +U4 . Обчислити опори резисторів R3 ,

R4

та еквівалентний опір їх

послідовного з`єднання R34 .

5.Накреслити схему подільника струму R1 R2 . За відомим струмом I (табл.12.3) визначити аналітично струми I1 , I2 .

6.Накреслити схему подільника напруги R3 R4 . За відомою напругою U34 (табл.12.4) визначити аналітично напруги U3 ,U4 .

Звіт по роботі

Назва і мета роботи. Домашнє завдання – розрахунок кола. Принципова схема досліджуваного кола (рис 12.10). Таблиці 12.2, 12.3, 12.4. Схеми подільників напруги і струму. Результати розрахунків. Висновки.

Контрольні запитання

1.Який пристрій називають двополюсником? Наведіть приклади двополюсників. Які двополюсники називають активними, а які – пасивними?

2.Дайте визначення вітки, вузла, ділянки та контура електричного

кола.

3.Які типи з’єднань в електричному колі називають простими? Яка їх основна відмінність від складних з`єднань?

4.Запишіть рівняння електричного стану кола, що складається з трьох послідовно з'єднаних резистивних елементів та вираз еквівалентного опору такого кола.

5.Запишіть рівняння електричного стану кола, що складається з трьох паралельно з'єднаних резистивних елементів та вираз еквівалентної провідності такого кола.

6.Запишіть вирази еквівалентного опору кола зі змішаним з`єднанням елементів (паралельно-послідовним та послідовно-паралельним).

7.Які типи з’єднань в електричному колі називають складними?

8.Запишіть вирази еквівалентного перетворення «трикутника» в

«зірку».

9.У чому сутність методу згортання електричного кола?

10.Зобразіть схему подільника напруги. Запишіть для нього відповідні вирази.

11.Зобразіть схему подільника струму. Запишіть для нього відповідні вирази.

12.Виведіть умові рівноваги «містка».

Рис. 13.9

R

Лабораторна робота 13

Дослідження резистора, котушки та конденсатора

Мета роботи: визначити параметри резистивного елемента, індуктивної котушки та конденсаторів на змінному струмі промислової частоти.

Домашнє завдання

Відомо струм I , індуктивність L , активний опір R котушки індуктивності (рис. 13.9). Визначити: повний опір, кут зсуву фаз, прикладену напругу; активну і реактивну потужності, добротність I L котушки. Результати розрахунків записати в табл. 13.3, п.1. Варіанти завдань подані в табл. 13.1

														Таблиця 13.1.
	Вар.№	1	2		3	4		5		6			7	8	9		10
	І ,А	0.21	0,22		0,23	0,24		0,25		0,21		0,22		0,23	0.24		0.25
	L Гн	0.79	1.08		1.01	1,10		1,09		1.12		1.13		1.15	1.18		1.20
	R Ом	163	181		175	185		182	186			189		187	197		195
		Елементи лабораторної установки
Лабораторна			установка			складається				з	блоку			живлення			БП4822 − 2 ,
штативу з клемами, плати 2, вимірювальних приладів.
Елементи плати 2: конденсатори – C1 , C2 , C3 , резистор R, L –
індуктивна котушка.
Вимірювальні прилади: PV							– мультиметр						М 4300		для вимірювання
напруги, опції: < ~>				< U > ,		< 200 V > ;					PA –		амперметр			Э536,			межа
вимірювання		<0.5 A>;			PW	– ватметр				вимірювання потужності,									межі:

<150 В / 0.5 A >. Порядок розміщення вимірювальних приладів зображено на

PW PA

Плата 2

Рис. 13.10

рис. 13.10.

~0÷250 В

*	PW	PA
*

PV

Рис. 13.11.

R L C

Порядок виконання роботи

1.	Зібрати	електричне коло (рис.13.11),	під’єднати його до клем
штативу	<~ >	< 0 ÷ 250 В >. Перемикач ЛАТР	встановити в	положенні
0 ÷ 250 В < ~> .
2.	Дослідити коло з резистором R. Виставити задану			викладачем

напругу кола (100 ≤U ≥120 В). Результати вимірювань записати в табл. 13.2.

Таблиця 13.2

	Вимірювання					Обчислення
№	R	U	I	P	R	G	cosφ	φ
п/п	Ом	В	mА	Вт	Ом	мСм		гр
1

За даними вимірювань (табл. 13.2) обчислити: активний опір R = U / I , провідність G = I / U , кут зсуву фаз ϕ , коефіцієнт потужності cosϕ = P / UI . Побудувати векторну діаграму.

3. Дослідити електричне коло з котушкою L без осердя. Встановити задану викладачем напругу кола (70 ≤ U ≤ 80 В). Результати вимірювань записати в табл. 13.3, п.2.

Таблиця 13.3

Вимірювання

Обчислення

№

I

U

P

Z

R

X

φ

Q

L

d

mА

В

Вт

Ом

Ом

Ом

гр

ВАр

Гн

1

2

За даними

вимірювань

(табл. 13.3) обчислити:

повний

Z =U / I ,

активний R ( P = RI 2 ) та реактивний

X (Z =

R2

+ X 2 ) опори котушки, кут

зсуву фаз ϕ (tgϕ = X / R), реактивну потужність Q = XI 2 , індуктивність L ( X = ωL) і добротність d = Q / P котушки. Побудувати векторну діаграму.

4. Дослідити електричне коло з конденсаторами C1 , C2 , C3 . Виставити

задану

викладачем напругу

кола

(60 ≤ U ≤ 90 В ).

Результати

трьох

вимірювань записати в табл. 13.3.

Таблиця 13.4

Вимірювання

Обчислення

№

U

I

P

Y

G

B

С

Q

tgδ

φ

п/п

В

mА

Вт

мСм

мСм

мСм

мкФ

Вар

гр

1

2

3

За даними вимірювань (табл. 13.4) обчислити: повну

Y

( I = YU ),

активну G

( P = GU 2 ), реактивну

B

(Y =

G2 + B2

)

провідності,

ємність

конденсаторів

C ( B = ωC ),

реактивну

потужність

Q = BU 2 ,

тангенс кута

втрат

tgδ = P / Q , кут

зсуву

фаз

ϕ

(ϕ = 90 −δ ).

Побудувати

векторну

діаграму.

5. Накреслити паралельну схему заміщення індуктивної котушки. Визначити провідність G' та індуктивність L' паралельної схеми заміщення

за розрахованими	параметрами	послідовної	схеми заміщення R , X
(табл.13.3, п.2),	користуючись	формулами	G' = R / Z 2 , B' = X / Z 2 ,
L′ = B' / ω . Зробити висновки.

6. Накреслити послідовну схему заміщення конденсатора. Визначити опір R' та ємність C' послідовної схеми заміщення за розрахованими параметрами паралельної схеми заміщення G , B (табл.13.4, п.2), користуючись формулами

R' = G / Y 2 , X ' = B / Y 2 , C′ = B / ω . Зробити висновки.

Зміст звіту по роботі

Мета роботи. Принципова схема досліджуваного кола (рис.13.11). Розрахунок електричного кола (домашнє завдання). Таблиці 13.2, 13.3, 13.4. Схеми заміщення котушки та конденсатора. Розрахунок параметрів схем заміщення котушки та конденсатора. Векторні діаграми для резистора, індуктивної котушки та конденсатора.

Контрольні запитання

1.Дайте визначення змінного струму. Що називають періодом змінного струму?

2.Які параметри змінного струму?

3.Поясніть, що називають миттєвим значенням змінного струму та кутом зсуву фаз.

4.Поясніть, що називають діючим значенням змінного струму та як воно пов’язане з амплітудним значенням.

5.Запишіть амплітудно-фазові співвідношення в R -елементі.

6.Запишіть амплітудно-фазові співвідношення в L-елементі.

7.Запишіть амплітудно-фазові співвідношення в C -елементі.

8.Зобразіть векторні діаграми для резистивного, індуктивного та ємнісного елементів.

9.Запишіть вирази реактивного опору, провідності та потужності індуктивного елемента.

10.Запишіть вирази реактивного опору, провідності та потужності ємнісного елемента.

11.Поясніть фізичний зміст елементів схем заміщення індуктивної котушки, намалюйте ці схеми.

12.Поясніть фізичний зміст елементів схем заміщення конденсатора, намалюйте ці схеми.

13.Запишіть вирази для показників якості котушки індуктивності та конденсатора.