Laboratorni_elektrichni_kola

Лабораторна робота 14

Дослідження послідовного з’єднання котушки та конденсатора

Мета роботи: експериментально дослідити коло з послідовним з’єднанням індуктивної котушки і конденсатора та явище резонансу напруг.

Домашнє завдання

Розрахувати коло з послідовним з’єднанням котушки і конденсатора рис 14.10. Визначити напруги: кола U , котушки UКОТ , конденсатора UКОН

(для різних значень ємності C2									і C23 ), потужність P .												L			R			C
Обчислити опори елементів кола і кути зсуву фаз в
індуктивній котушці та колі. Результати розрахунку
																					Рис. 14.10
записати в табл. 14.2.п.1 і 3. Дані варіантів завдань
наведені у табл. 14.1.
																		Табл. 14.1
	Вар			1		2		3		4	5		6		7		8			9			10
	І, мА			180		185		190		195	200		180		185		190			195			200
	R, Ом			186		189		187		197	195		186		189		187			197			195
	L, Гн			1.12		1.13		1.15		1.18	1.20		1.12		1.13		1.15			1.18			1.20
	C2, мкФ			3.92		3.76		3.78		3.86	3.87		6.15		6.33		6.02			6.51			6.34
	С23, мкФ			7,90		7,70		7,46		7,67	7,78		14,3	14,5			13,8			14,6			14.1
						Опис 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 з осердям.
	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

PmA Плата 2

Рис. 14.11

	*	PW	C
	*
В
~0÷250	PV		L
			PmA
	Рис. 14.12

рис. 14.11.

Порядок виконання роботи

1.Зібрати коло (рис.14.12) і під’єднати його до клем ~ 0 250 В . Перемикач ЛАТР встановити в положенні 0 250 В < ~> .

2.Дослідити коло з послідовним з’єднанням індуктивної котушки L та

конденсатора C2 . Встановити (180 ≤ U ≤ 200 мА) заданий викладачем струм

уколі. Результати вимірювань записати в табл.14.2,п.2.

3.Дослідити коло з послідовним з’єднанням індуктивної котушки і батареї конденсаторів C23 (паралельне з’єднання C2 і C3 ). Встановити

заданий викладачем струм у колі (180 ≤ U ≤ 200 мА). Результати вимірювань

записати в табл.14.2. п.4.

Таблиця 14.2

Розрахунок / Вимірювання

Обчислення

№

I,

U,

UКОН

UКОТ

P

R,

XL,

ZL

φL

XC,

X,

φ

п

mA

B

B

В

Вт

Ом

Ом

Ом

гр

Ом

Ом

гр

1

2

3

4

За даними вимірювань (табл.14.2.п.2 і

4)

обчислити:

активний R

( P = RI 2 ),

повний Z

L

= U

L

/ I , індуктивний

X

L

(Z

L

= R2

+ X 2

) опори

L

котушки, кут зсуву фаз у котушці ϕL (tgϕL = ( XL / R )), ємнісний XC

= UL / I ,

реактивний

X = XL − XC опори і кут зсуву фаз в колі ϕ (tgϕ = ( X / R )). За

даними табл.14.2 п.2 і 4 побудувати дві векторні діаграми.

5. Дослідити коло з послідовним з’єднанням конденсатора C1 та індуктивної котушки:

–до резонансу (без осердя) п.1 – мінімальна індуктивність;

–при резонансі (з осердям) п.2 – середня індуктивність (ознакою резонансу є максимальне значення струму в колі),– після резонансу (з

осердям) п.3 – максимальна індуктивність.

Індуктивність котушки змінювати, переміщуючи осердя. Встановити напругу кола, задану викладачем (50 ≤U ≤ 70 В ). Результати вимірювань записати в

табл.14.3.

Таблиця 14.3

Вимірювання

Обчислення

№

U,

I,

UКОН

UКОТ

P

R,

ZL

XL,

φL

XC,

X,

φ

п/п

B

mA

B

В

В

Ом

Ом

Ом

гр

Ом

Ом

гр

1

2

2

3

За даними вимірювань (табл. 14.3) обчислити активний R ( P = RI 2 ),

повний Z

L

= U

L

/ I , індуктивний

X

L

(Z

L

=

R2

+ X

2

) опори котушки; кут

L

зсуву фаз

ϕL

(tgϕL = ( XL / R )),

ємнісний

опір

конденсатора

XC = UL

/ I ,

еквівалентний

реактивний опір

кола

X = XL − XC ,

кут зсуву

фаз в

колі

ϕ (tgϕ = ( X / R )). За даними табл.14.3 побудувати векторні діаграми напруги та струму в колі до резонансу, при резонансі та після нього.

При побудові діаграми знехтувати втратами в конденсаторах, тому кут зсуву фаз між напругою та струмом у конденсаторі ϕC = −π / 2.

Зміст звіту по роботі

Мета роботи. Електрична схема досліджуваного кола. Розрахунок електричного кола (домашнє завдання). Таблиці з результатами вимірювань та обчислень. Векторні діаграми.

Контрольні запитання

1.Запишіть рівняння електричного стану кола з послідовним з’єднанням RLC-елементів у векторній формі та намалюйте векторну діаграму для цього кола.

2.Намалюйте розрахунковий трикутник опорів для кола з послідовним з’єднанням RLC-елементів та запишіть для нього відповідні співвідношення.

3.Що таке активні та реактивні складові напруги в колі?

4.Зобразіть розрахунковий трикутник потужностей та запишіть для нього відповідні співвідношення.

5.Дайте означення резонансу напруг, запишіть умову резонансу та сформулюйте ознаку резонансу.

6.Дайте означення резонансної частоти, хвильового опору кола та поясніть способи досягнення резонансу.

7.Чому дорівнює повний опір кола, кут зсуву фаз та повна потужність при резонансі напруг? Як застосовують резонанс напруг?

8.Зобразіть частотні характеристики контуру, в якому відбувається резонанс напруг.

9.Зобразіть резонансну криву струму контуру, в якому відбувається резонанс напруг. Поясніть, чому при резонансі в контурі протікатиме максимальний струм.

Лабораторна робота 15

Дослідження паралельного з’єднання котушки і конденсатора

Мета роботи: експериментально дослідити електричне коло з паралельним з’єднанням індуктивної котушки та конденсатора при різних значеннях індуктивності та ємності, дослідити явище резонансу струмів.

Домашнє завдання

Розрахувати коло з паралельним з’єднанням індуктивної котушки і

конденсатора			рис 15.11. Визначити						струми в				колі I ,								L
																											R
котушці		IКОТ ,		конденсаторі			IКОН		(для		двох			різних
ємностей		C1	і C13 ) та потужність P . Обчислити																				C
провідності елементів кола, кути зсуву фаз в
																				Рис.15.11
індуктивній котушці та колі. Дані варіантів у табл. 15.1.
Результати розрахунку записати в табл. 15.2.п.1 і 3.
																Таблиця 15.1
		Вар		1	2	3		4		5		6		7		8			9		10
	U, В			50	55	60		65		70		50		55		60			65		70
	R, Ом			186	189	187		197		195		186		189		187			197		195
	L, Гн			1.12	1.13	1.15		1.18		1.20		1.12		1.13		1.15			1.18		1.20
	C1, мкФ			3.99	3.77	3.83		3.82		3.79		4.17		4.15		4.12			4.17		4.11
	С13, мкФ			7.97	7.71	7.51		7.63		7.70		10,3		10,5		11.9			12.3		11.9

Опис 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 з осердям.

PW PA1 PA2

PmA Плата 2

Рис. 15.12

~0÷250 В

* * PW

PA1 PA2

PV

PmA

C

L

Рис. 15.13

Вимірювальні прилади:			PV –	мультиметр	М 4300 для вимірювання
напруги, опції: < ~>		< U > ,	< 200	V > ; PA –	амперметри Э536, межа
вимірювання	<0.5 A>;	PmA	– міліамперметр,		межа <200 mA>;	PW –
ватметр для	вимірювання потужності, межі:				<150 В / 0.5 A >.	Порядок

розміщення вимірювальних приладів зображено на рис. 15.12.

Порядок виконання роботи.

1. Зібрати електричне коло (рис.15.13) і під’єднати його до клем

штативу ~ 0 250 В . Перемикач ЛАТР встановити в положенні 0 250 В < ~> .

2. Дослідити коло з паралельним з’єднанням індуктивної котушки та конденсатора C1 . Встановити розраховану напругу кола (50 ≤U ≤ 70 В ). Результати вимірювань записати в табл.15.2, п.2.

3. Дослідити коло з паралельним з’єднанням індуктивної котушки L

та батареї конденсаторів C13 (паралельне з’єднання C1 і C3 ). Встановити розраховану напругу кола (50 ≤U ≤ 70 В ). Результати вимірювань записати в

табл.15.2, п.4.

Таблиця 15.2

Розрахунок / Вимірювання

Обчислення

№

U,

I,

IC

IL

P,

G,

BL,

YL

φL

BC,

B,

φ

п/п

B

мA

мА

мА

Вт

мCм

мСм

мCм

гр

мСм

мСм

гр

1

2

3

4

4. За даними вимірювань табл. 15.2.п.2 і 4 обчислити: повну YL

= IL / U ,

активну

G = R Y 2

( R = P / I 2 ), реактивну

B

L

(Y =

G2 + B2 ) провідності

L

L

L

L

L

котушки, кут зсув фаз в ній ϕL

(tgϕL

= ( −BL / G )); реактивну провідність

конденсатора

BC = IC / U , реактивну провідність кола

B = BC − BL , кут зсуву

фаз в колі ϕ (tgϕ = ( B / G )).За даними табл.15.2, п.2 і 4 побудувати векторні діаграми напруги і струмів.

5. Дослідити коло з паралельним з’єднанням конденсатора C2 та індуктивної котушки:

–після резонансу (без осердя) п.1 – мінімальна індуктивність;

–при резонансі (з осердям) п.2 – середня індуктивність (ознакою резонансу є мінімальний струм в колі);

–до резонансу (з осердям) п.3 – максимальна індуктивність. Індуктивність котушки змінюють, переміщуючи осердя. Встановити

задане викладачем значення напруги кола

(90 ≤U ≤110 В).

Результати

вимірювань записати в табл.15.3.

Таблиця 15.3

Вимірювання

Обчислення

№

U,

I,

IL

IC

P,

G,

BL,

YL

BC,

B,

φ

п/п

B

mA

А

А

Вт

мCм

мCм

мCм

мСм

мСм

гр

1

2

2

3

За даними вимірювань 15.3 обчислити: повну YL = IL / U , активну

G = R Y 2	( R = P / I 2 ), реактивну B	L	(Y =		G2	+ B2 ) провідності котушки,
L	L			L	L
реактивну провідність конденсатора BC				= IC / U		і реактивну провідність кола

B = BC − BL , кут зсуву фаз у колі ϕ (tgϕ = ( B / G )). За даними табл.15.3.п.2 побудувати векторну діаграму кола при резонансі.

Зміст звіту по роботі

Назва і мета роботи. Схема досліджуваного кола (рис.15.8). Розрахунок електричного кола (домашнє завдання). Таблиці 15.2 та 15.3. Векторні діаграми для напруги та струмів.

Контрольні запитання

1.Запишіть рівняння електричного стану кола з паралельним з’єднанням RLC-елементів у векторній формі та намалюйте векторну діаграму для цього кола.

2.Намалюйте розрахунковий трикутник провідностей для кола з паралельним з’єднанням RLC-елементів та запишіть для нього відповідні співвідношення.

3.Поясніть суть активних та реактивних складових струму в колі.

4.Намалюйте розрахунковий трикутник потужностей та запишіть для нього відповідні співвідношення.

5.Дайте визначення резонансу струмів, запишіть умову резонансу та сформулюйте його ознаку.

6.Дайте визначення резонансної частоти та поясніть способи досягнення резонансу.

7.Чому дорівнює повна провідність та повна потужність кола при резонансі струмів? Як застосовують резонанс струмів?

8.Намалюйте частотні та фазову характеристики контуру, в якому відбувається резонанс струмів.

9.Намалюйте резонансні криві струму контуру, в якому відбувається резонанс струмів. Поясніть, чому при резонансі в контурі протікатиме мінімальний струм.

Лабораторна робота 16

Дослідження однофазних приймачів з`єднаних зіркою

Мета роботи: експериментально дослідити електричний стан трифазного кола при симетричному та несиметричному навантаженнях, з`ясувати призначення нейтрального проводу.

Домашнє завдання

До трифазного джерела з лінійною напругою Uл = 220 B під’єднані три групи однофазних приймачів, з’єднаних зіркою (рис.16.8). Записати значення фазних напруг комплексно. Визначити активні опори фаз, комплекси фазних струмів, комплекс струму нейтралі при нерівномірно– однорідному навантаженні. Дані для розрахунку наведено в табл. 16.1.

a
	Pa
n
Pc	Bb
c
b
Рис. 16.8

Табл. 16.1

Вар	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Pa, Вт	20	40	60	80	100	20	40	60	80	100
Рb, Вт	40	60	80	100	20	40	60	80	100	20
Pc, Вт	60	80	100	20	40	60	80	100	20	40

Опис лабораторної установки

Лабораторна установка

складається

з

блоку живлення БП4822 − 2 ,

штативу з клемами, плати 3, вимірювальних приладів.

Елементи плати 3: однофазні споживачі

Л1− Л9

(220 В,25 Вт),

вимикачі

однополюсні; SB 2

–

вимикач

нейтрального

проводу SB3,

конденсатор

C , індуктивна котушка з осердям,

двополюсний перемикач

« XL ↔ R».

Вимірювальні прилади: PV

– мультиметр

М 4300 для вимірювання

напруги,

опції: < ~>

< U > ,

< 200 V > ;

PA –

амперметри Э536, межа

A

B

C

N

PAa

PAb

PAc

PmA

PAa

PAb

PAC

L

Ла

PV

a

b

c

SB3

PAn

Плата 3

Лc

Лb

Рис. 16.9

XL ↔ R

x

y

z

n

Рис.16.10

вимірювання

<0.5 A>;

PmA

– міліамперметр, межа

<200 mA>. Порядок

розміщення вимірювальних приладів рис.16.9.

Порядок виконання роботи

1. Зібрати електричне коло (рис.16.10), під’єднати його до клем штативу A, B, C, N трифазної напруги < 3 ~ 220 V > . Визначити порядок чергування фаз. Для цього в колі (рис.16.10) замість індуктивної котушки L під’єднати конденсатор C (фаза A), перемикач « L ↔ Л » встановити в позицію L. У двох інших фазах повинні світитися по одній лампочці. Світіння лампочки фази B тьмяне, а фази C – яскраве.

2. Дослідити коло (рис. 16.10) при рівномірному Rа = Rb = Rc = Rф (SB 1 і SB 2 замкнуті) й однорідному (перемикач « L ↔ Л » в позиції Л ) навантаженні з нейтральним проводом (SB 3 замкнутий) та без нейтрального проводу (SB 3 розімкнутий). Результати вимірювань записати в табл.16.2,

п.1,2.

Таблиця 16.2

Вимірювання

№	UA	UB	UC	Ua	Ub	Uc	Iа	Ib	Ic	UnN	In
п/п	В	В	В	В	В	В	mА	mА	mА	В	mА
1
2

За даними вимірювань (табл.16.3.п.1,2) побудувати векторні діаграми. 3. Дослідити коло (рис. 16.10) при нерівномірному Rа ≠ Rb ≠ Rc (SB 1 і SB 2 розімкнуті) навантаженні й однорідному (перемикач « L ↔ Л » в

позиції Л ) з нейтральним проводом (SB 3 замкнутий) та без нейтрального проводу (SB 3 розімкнутий). Результати вимірювань записати в табл.16.3,

п.1,2.

Таблиця 16.3

Вимірювання

№	UA	UB	UC	Ua	Ub	Uc	Iа	Ib	Ic	UnN	In
п/п	В	В	В	В	В	В	mА	mА	mА	В	mА
1
2

За даними вимірювань (табл.16.3.п.1,2) побудувати векторні діаграми. 4. Дослідити коло (рис. 16.10) при рівномірному IA = IB = IC (SB 2 замкнутий), а фазні струми вирівнюють, переміщуючи осердя у котушці) навантаженні й неоднорідному (перемикач « L ↔ Л » в позиції L), з нейтральним проводом (SB 3 замкнутий) та без нейтрального проводу ( SB 3

розімкнутий). Результати вимірювань записати в табл.16.4, п.1,2.

Таблиця 16.4

Вимірювання

№	UA	UB	UC	Ua	Ub	Uc	Iа	Ib	Ic	UnN	In
п/п	В	В	В	В	В	В	mА	mА	mА	В	mА
1
2

За даними вимірювань табл.16.4.п.1,2 побудувати векторні діаграми.

Звіт по роботі

Назва і мета роботи. Домашнє завдання. Перелік вимірювальних приладів. Схема досліджуваного кола. Таблиці. Векторні діаграми.

Контрольні запитання

1.Дайте визначення трифазної системи електрорушійних сил. У якому випадку така система буде симетричною? Намалюйте векторну діаграму трифазних електрорушійних сил.

2.Поясніть принцип дії трифазного генератора.

3.Поясніть, що називають порядком чергування фаз у трифазній системі і яким чином його можна змінити. Поясніть, яке навантаження у трифазній системі є симетричним та запишіть умову симетричного навантаження.

4.Запишіть вирази миттєвих значень фазних електрорушійних сил та комплекси їх діючих значень.

5.Поясніть, які є основні типи з’єднань джерела і навантаження в трифазній системі.

6.Запишіть вирази активної, реактивної та повної потужностей трифазної системи через фазні напруги та струми.

7.Запишіть вирази активної, реактивної та повної потужностей трифазної системи через лінійні напруги та струми.

8.Намалюйте з’єднання трифазних джерел зіркою та позначте лінійні і фазні напруги та струми.

9.Запишіть співвідношення між діючими значеннями фазних та лінійних напруг та струмів при з’єднанні фаз приймачів зіркою.

10.Поясніть призначення нейтрального проводу в трифазній системі. Як визначається струм у ньому?

11.Запишіть, як визначають комплекси лінійних напруг за відомими комплексами фазних при з’єднанні фаз приймачів зіркою.

12.Поясніть, яку напругу називають напругою зміщення нейтралі, коли вона виникає і яким чином її можна визначити.

13.Зобразіть на векторній діаграмі фазні та лінійні напруги при з’єднанні фаз приймачів зіркою, чому дорівнює кут зсуву фаз між ними?

14.Поясніть, в чому особливість розрахунку трифазного кола при несиметричному навантаженні та з’єднанні фаз приймачів зіркою.

Лабораторна робота 17

Дослідження однофазних приймачів, з’єднаних трикутником

Мета роботи: експериментально дослідити електричний стан трифазного кола при з'єднанні фаз приймачів трикутником при симетричному та несиметричному навантаженнях.

Домашнє завдання

До трифазного джерела з лінійною напругою Uл = 220 B під’єднані три однофазні приймачі, які є несиметричним (нерівномірно–однорідним) навантаженням. З’єднання фаз трикутником зображено на рис.17.7. Записати значення фазних напруг у комплексній формі. Визначити активні опори фаз, комплекси фазних струмів, комплекси лінійних струмів. Дані для розрахунку наведено в табл. 17.1.

a

PbcPab

c

Pca

b

Рис. 17.7

Таблиця 17.1

Вар		1				2				3		4	5				6			7						8			9				10
Pab, Вт		100				80				60		40	20				100			80						60			40				20
Рbc, Вт		20				100				80		60	40				20			100						80			60				40
Pca, Вт		40				20				100		80	60				40			20						100			80				60
															А						B								C
	PAab			PAbc				PAca						a			PAab				b				PAab			c			PAab
				Плата 3													Лаb									Лbс					Лcа
														x						y								z
		Рис. 17.8
																		Рис.17.9

Опис лабораторної установки

На платі №3 використовують: три групи однофазних споживачів (лампочки Л1− Л9 ), вимикачі однофазного навантаження SB1, SB 2 , однофазний приймач (індуктивна котушка з осердям) та фазний перемикач

« XL ↔ R».	Вимірювальні прилади: PA – амперметри Э536,	PV –
мультиметр	М 4300. Порядок розміщення вимірювальних	приладів
зображено на рисунках (рис.17.8).

Порядок виконання роботи

1. Зібрати електричне коло (рис.17.9), під’єднати його до клем штатива приладів A, B, C, N трифазного живлення < 3 ~ 220 V >. Виставити межі вимірювання приладів.