5. Опрацювання дослідних даних.

Для аналізу режимів роботи електричного кола за дослідними даними використайте класичний або графоаналітичний методи.

5.1. Приблизний алгоритм розрахунку класичним методом за формулами, наведеними у відповідних клітинках таблиці, такий. Використовуючи виміряні значення струму, активної потужності та спадів напруг на відповідних ділянках і в усьому колі, обчисліть і запишіть у відповідні клітинки таблиці:

повний опір кола (усі досліди) – за формулою ;

активний опір та активну потужність реостата ЕL3 – EL6 (усі досліди) - за формулами відповідно: і ;

ці самі параметри для реостата ЕL1 – EL2 (дослід 1) – за формулами і ;

активну потужність, активний, повний та індуктивний опір котушки індуктивності (дослід 2 і 4) – за формулами відповідно:

; ; ; ;

Дані вимірювань і результати розрахунків параметрів кіл змінного струму з послідовно з'єднаними r, L і C елементами

Номер досліду

Вид наванта-ження мережі

Приймачі струму

Дані вимірювання (показання приладів)

Результати обчислення

Вольтметр

Амперметр

Ватметр

Параметри електричного кола

CV=…В/под

CA=…А/под

CW=…Вт/под

Ua

Up

R

х =хL – хс

Z

P

cosφ

под.

В

под.

А

под.

Вт

В

В

Ом

Ом

Ом

Вт

-

1

Активне

1. Реостат чотиривітковий

NU1

U1=

-

-

-

-

U1a=U1

-

r1=U1/Iк

-

z1 = r1

P1 = Iк^2r1

1

2.Реостат двовітковий

NU2

U2=

-

-

-

-

U2a=U2

-

r2 = U2/Iк

-

z2 = r2

P2 = Iк^2r2

1

Все коло

NUк

Uк=

NІк

Iк=

NРк

Pк=

=U1+U2

-

rк= r1 + r2

-

zк = Uк/Iк

Pк=P1 +P2

1

2

Активно-індуктивне

1. Реостат чотиривітковий

NU1

U1=

-

-

-

-

U1a=U1

-

r1=U1/Iк

-

z1 = r1

P1 = Iк^2r1

1

2. Котушка індуктивності

NU2

U2=

-

-

-

-

U2a=r2 Iк

UL =xLIк

r2=P2/Iк^2

z2=U2/Iк

P2=Pк – P1

P2./(U2 Iк)

Все коло

NUк

Uк=

NІк

Iк=

NРк

Pк=

=U1a+U2a

Up =UL

rк= r1 + r2

xк = xL

zк = Uк/Iк

Pк=P1+P2

Pк/(Uк Iк)

3

Активно-ємнісне

1. Реостат чотиривітковий

NU1

U1=

-

-

-

-

U1a=U1

-

r1=U1/Iк

-

z1 = r1

P1 = Iк^2r1

1

2. Конденсатор

NU2

U2=

-

-

-

-

-

UC =xCIк

-

хC=U2/Iк

z2 = xC

-

0

Все коло

NUк

Uк=

NІк

Iк=

NРк

Pк=

=U1a

Up =UC

rк= r1

xк = xC

zк = Uк/Iк

Pк = P1

Pк/(Uк Iк)

4

Змішане (загальний випадок)

1. Реостат чотиривітковий

NU1

U1=

-

-

-

-

U1a=U1

0

r1=U1/Iк

-

z1 = r1

P1 = Iк^2r1

1

2. Котушка індуктивності

NU2

U2=

-

-

-

-

U2a=r2 Iк

UL =xLIк

r2=P2/Iк^2

z2=U2/Iк

P2=Pк – P1

P2./(U2 Iк)

3. Конденсатор

NU3

U3=

-

-

-

-

0

UC =xCIк

-

xC=U3/Iк

z3 = xC

-

0

Все коло

NUк

Uк=

NІк

Iк=

NРк

Pк=

=U1a+U2a

=UL–UC

rк= r1 + r2

хк=xL–хс

zк = Uк/Iк

Pк=P1+P2

Pк/(Uк Iк)

ємнісний опір конденсатора (досліди 3 і 4) – за формулою ;

коефіцієнт потужності приймачів струму та кола (усі досліди) – за формулою .

5.2. Алгоритм графоаналітичного методу такий. Використовуючи діючі значення струму та спадів напруг на відповідних ділянках і в усьому колі (див. таблицю), побудуйте суміщені векторні діаграми для другого та четвертого дослідів, з яких знайдіть невідомі значення активної і реактивної (індуктивної) складової на котушці індуктивності. Після цього за відповідними формулами (див. п.5.1) розрахуйте і занесіть до таблиці значення опорів, активної потужності, коефіцієнта потужності кожного елемента та кола в цілому.

5.3. Методика побудови векторних діаграм.

5.3.1. Дослід 1. На аркуші міліметрового паперу побудуйте горизонтальний відрізок (рис.3.2, а), що відповідає у прийнятому масштабі струму кола І_к. Далі, врахувавши, що активна складова спадів напруг збігається за фазою зі струмом, у прийнятому масштабі напруг М_U побудуйте від початку координат за напрямом струму вектор АВ – спад напруги U₁, а з кінця вектора АВ – вектор АС – спад напруги U₂. З’єднавши точку А з точкою С, одержують вектор АС, що відповідає загальному спаду напруги у колі U_к.

5.3.2. Дослід 2 (рис.3.2, б). Вектори І_к та U₁ побудуйте так, як у п.5.3.1. Потім зробіть такі засічки: з точки А радіусом R_Uк = U_к/M_U , а з точки В – R_U2 = U₂/M_U. З’єднавши точку перетину засічок С з початком і кінцем вектора U₁, одержите вектори спадів напруг U_к і U₂ відповідно. Оскільки індуктивна складова U_2L спаду напруги на котушці індуктивності випереджає за фазою струм на 90^о, то, провівши з точки C перпендикуляр CD до напряму вектора струму, одержите прямокутний трикутник АCD, який називають трикутник напруг. Зверніть увагу, що горизонтальний катет AD даного трикутника в прийнятому масштабі дорівнює сумі спадів напруг ΔU_a на активних елементах кола, а катет DC – на реактивних, в даному випадку індуктивному, тобто U_р = U_L.

5.3.3. Дослід 3 (рис.3.2, в). Вектори І_к та U₁ побудуйте так, як у п.5.3.1. Потім, врахувавши, що вектор спаду напруги на конденсаторі відстає від вектора струму за фазою на кут -90, з точки В під кутом 90 будують вниз відрізок ВС, що відповідає в прийнятому масштабі спаду напруги U_С на конденсаторі. З’єднавши точки А і С, одержимо вектор загального спаду напруги U_к в колі. Зверніть увагу, що трикутник АВС є трикутником напруг для випадку активно-ємнісного навантаження.

5.3.4. Дослід 4 (рис.3.2, г). Вектори І_к та U₁ побудуйте так, як у п.5.3.1. Аналогічно п.5.3.3 побудуйте вектор U₃ = U_С. Потім з точки С аналогічно п.5.3.2 побудуйте методом засічок вектори U₂ і U_к. Провівши з точки D перпендикуляр DF до напряму вектора струму, одержите прямокутний трикутник АDF – трикутник напруг для змішаного навантаження кола. Зверніть увагу, що в загальному випадку катет AF даного трикутника в прийнятому масштабі дорівнює сумі спадів напруг ΔU_a на активних елементах кола, а катет FD – на реактивних і в даному випадку є різницею векторів спадів напруг на індуктивних та ємнісних опорах, тобто U_р = U_L - U_С.