Измерить фазовый сдвиг (э) и коэффициент мощности (cos э) цепи с помощью фазометра ().

Измерения напряжений U_С на конденсаторе и U_К на катушке индуктивности произвести с помощью цифрового вольтметра V_Ц, попеременно подключая его к зажимам конденсатора и катушки.

Изменяя емкость переменного конденсатора зафиксировать резонансную емкость С_РЕЗ, при которой возникает резонанс напряжений (в момент резонанса, амперметр А будет показывать максимальное значение, а показания вольтметра V_Ц на конденсаторе и катушке должны быть практически равными между собой U_С  U_К).

Запомнить и записать подобранную резонансную емкость С_РЕЗ.

Изменяя величину переменной емкости конденсатора от 0 до 200 мкФ, снять резонансные кривые.

Занести полученные показания приборов в табл. 2.

Примечание. При проведении каждого последующего опыта напряжение на входе U_ВХ необходимо поддерживать постоянным.

Занести полученные показания приборов в табл. 2.

5.3. Исследовать резонанс токов

Собрать схему, изображенную на рис. 10.

Для этого в цепь с катушкой индуктивности (R_К = 5 Ом, L_К = 0,1 Гн) включить параллельно к ней переменный конденсатор Х_С. Подать в исследуемую схему входное напряжение U_ВХ = 30 В.

Измерить входной ток в цепи I, напряжение на входе U_ВХ = U, активную мощность цепи Р с помощью измерительного комплекса К505.

Измерить фазовый сдвиг (_Э) и коэффициент мощности (cos _Э) цепи с помощью фазометра (). Измерения токов в конденсаторе Х_С и катушке (R_К, Х_К) произвести соответственно амперметрами А_С и А_К с пределами измерений 1 А.

Изменяя емкость переменного конденсатора зафиксировать резонансную емкость С_РЕЗ – при которой возникает резонанс токов (в момент резонанса токов амперметр А будет показывать минимальное значение, а показания амперметров А_К и А_С должны быть практически равными между собой I_К  I_С). Запомнить и записать значение подобранной резонансной емкости С_РЕЗ. Изменяя переменную емкость конденсатора от 0 до 120 мкФ, снять резонансные кривые.

Записать полученные показания приборов в табл. 3.

Примечание 1. При проведении каждого последующего опыта напряжение на входе U_ВХ необходимо поддерживать постоянным

Примечание 2. Увеличивая значение емкости переменного конденсатора необходимо помнить, что ток, протекающий через конденсатор I_С, не должен превышать 1 А (т.к. амперметр А_С имеет предел измерения 1 А).

5.4. Отключить питание (нажать на красную кнопку “Выкл.”)!

После проверки преподавателем полученных экспериментальных данных разобрать схему.

7. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ОБРАБОТКЕ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ

7.1. Определение параметров реальной катушки индуктивности.

Для вычисления параметров реальной катушки индуктивности воспользоваться данными измерений, занесенных в табл. 1.

Активное сопротивление всей цепи определить по показаниям ваттметра и амперметра, воспользовавшись формулой:

Сопротивление добавочного резистора вычисляем по показаниям вольтметра на R_ДОБ и амперметра:

Активное сопротивление катушки индуктивности:

Полное сопротивление цепи вычисляем по показаниям вольтметра на входе цепи и амперметра:

Полное сопротивление катушки индуктивности вычисляем по показаниям вольтметра на катушке и амперметра:

Индуктивное сопротивление катушки и индуктивность рассчитать по формулам: ; где = 50 Гц.

Коэффициент мощности для катушки рассчитать по формуле:

Коэффициент мощности для всей цепи рассчитать по формуле:

Параметры катушки индуктивности можно определить также графическим путем (методом засечек). Методика графического определения параметров катушки индуктивности изложена ниже, а графическая интерпретация представлена на рис. 11.а.

Пусть приборы, включенные в схему рис. 8 показывают следующие значения: I = 0,49 А; U_ВХ = 30 В; U_Rдоб = 16,8 В; U_К = 18,9 В; Р = 12 Вт.

Согласно второму закону Кирхгофа в комплексной форме для данной схемы причем напряжение должно совпасть по фазе с током , а напряжение должно опережать . Этим условием при заданных модулях удовлетворяет единственный треугольник векторов ( , , ) на комплексной плоскости.

Построение такого треугольника легко осуществить, пользуясь циркулем (рис. 11а). Проведя по направлению вектор из его начала и конца радиусами и засекаем дуги. Точка пересечения этих дуг (точка А) и определяет положение векторов U и U_К. Естественно, что для U, U_К, U_Rдоб выбирается одинаковый масштаб.

Опустив перпендикуляр из точки пересечения этих дуг (точка А) на положительную действительную ось, получим U_Хк и U_Rк.

Из построенной диаграммы легко получить параметры катушки индуктивности, а именно:

; ;

; ;

, ;

По прямоугольному треугольнику напряжений со сторонами можно построить прямоугольный треугольник сопротивлений со сторонами соответственно . Для этого достаточно разделить каждую сторону прямоугольного треугольника напряжений на один и тот же ток I в результате получается прямоугольный треугольник сопротивлений, но уже в своем масштабе

а) Векторная диаграмма напряжений катушки индуктивности;

б) Треугольник сопротивлений катушки индуктивности.