1. Цель работы

Приобрести навыки теоретических и экспериментальных исследований цепей синусоидального тока с последовательным и параллельным соединениями электротехнических устройств, электрические параметры которых известны.

2. Содержание работы

2.1. Расчет электрического состояния последовательной цепи, состоящей из
катушки индуктивности, конденсатора и ламп накаливания, параметры которых определены в лабораторной работе №3.

2.2. Расчет электрического состояния параллельной цепи, состоящей из тех
же электротехнических устройств.

2.3. Экспериментальная проверка результатов расчета с оценкой совпадения
расчетных и экспериментальных данных.

3. Особенности правил и мер техники безопасности при проведении экспериментальных исследований

3.1. Перед сборкой схемы внимательно осмотреть панель лабораторного стенда ЛЭС-1 и убедиться, что ни в одну из 23-х розеток коммутирующих разъемов XI…X21 не вставлена вилка (она ярко окрашена).

3.2. При выполнении работы на панели должны находиться две вилки, вставленные в разъемы XI7 и XI8, при исследовании последовательного соединения, и четыре вилки, вставленные в разъемы Х19, Х20, X2I и Х8 при исследовании параллельного соединения.

Переключение разъемов производить при выключенном напряжении.

4. Подготовка к выполнению работы

При подготовке к работе студент должен:

4.1. Изучить теорию электрических цепей синусоидального тока ( [1] с. 105-119; |2] с. 32-49) и твердо усвоить следующие положения:

- фазовые соотношения в идеальных элементах (φ=0 - в резистивном элементе, φ= в индуктивном и φ= -- в емкостном).

- законы Кирхгофа в целях синусоидального тока можно применять только а
векторной или комплексной форме.

- правила построения векторных диаграмм: в последовательной цепи исходный вектор - вектор тока  (он общий для всех устройств), а вектор напряжения U на входе цени - сумма векторов палений напряжений на каждом устройстве. Векторы падений напряжений ориентируют относительно вектора тока под соответствующим углом сдвига по фазе.

В параллельной цепи исходный вектор - вектор напряжения U (он общий для всех устройств), а вектор общего тока I на входе цепи - сумма векторов токов в каждом устройстве. Последние ориентируют относительно вектора напряжения под соответствующим углом сдвига по фазе.

4.2. Изучить данные методические указания, четко усвоив цель и содержание работы, последовательность её выполнения и оценку результатов.

4.3. Подготовить бланк отчета, в котором отобразить цель работы, схемы экспериментов (рис. 1,2), таблицы 1 и 2.

4.4. Уяснить правила и меры техники безопасности при выполнении данной работы.

5. Описание лабораторной установки

Данная лабораторная работа выполняется на той же части стенда ЛЭС-1, что и работа №3. Измерительная часть схемы, включающая источник регулируемого напряжения (ЛАТР), вольтметр PV6, амперметр РА1(РА2) и ваттметр W, остается неизменной, а последовательное соединение катушки L, конденсатора С и ламп Н образуется с помощью двух разъемов Х17 и Х18 (рис.1).

Для измерения падений напряжений (действующих значений) на каждом устройстве используется блок «Измерение напряжений», расположенный слева на панели стенда (на рис. 1 обведен пунктиром).

Рис. 1. Принципиальная схема ЛЭС-1 для исследования последовательного соединения устройств

Рис.2. Принципиальная схема ЛЭС-1 для исследования параллельного соединения устройств

Он содержит два вольтметра PVI на 250В н PV2 на 50В. которые включаются тумблером «50-250», расположенным под прибором PV2. Этот тумблер категорически запрещается оставлять включенным в положении «50В» во избежание выхода из строя прибора PV2 при подаче напряжения, больше 50В. Подклключение вольтметров PV1 и PV2 к каждому из устройств цепи производится с помощью переключателя S5, устанавливаемого в положение «U₁», «Uc», «Uн».

Для сборки цепи с параллельным соединением устройств (рис.2) достаточно вынуть вилки из разъемов X17 и Х18 и вставить четыре вилки в розетки разъемов Х19, Х20, Х21 и Х8.

6. Последовательность выполнения работы

6.1 Расчет электрического состояння цепей.

Схема замещения цепи с последовательным соединением кагушкки, конденсатора и ламп имеет вид (рис.За)

Рис.З. Схема замещения (а) и векторная диаграмма (б) последовательной цепи

Поскольку лампа накаливания - нелинейный элемент, то ее параметр R_H существенно зависит от величины тока и напряжения (температуры накала нити). Поэтому, чтобы в расчете использовать и шестое значение R_H, необходимо задаться током последовательной цепи I такой величины, при котором определялось сопротивление R_H в лабораторной работе №3, т.е. I - I_H.

Далее расчет ведется по следующим известным соотношениям:

- действующее значение напряжения на отдельных устройствах при заданном тoке I

U_L=Z_L*I(U_RL=R_L*I, U_XL=X_L*I), U_C=X_C*I, U_H=R_H*I

- напряжение на входе цепи

определяется построением векторной диаграммы последовательной цепи в масштабе (рис. 3б);

- активная мощность Р=I²(R_L + R_H),

- полная мощность цепи S=UI,

-  коэффициент мощности цепи cosφ=

Результаты расчета занести в таблицу 1.

Таблица 1

Последовательная цепь
	U,В	I,А	P,Вт	UL,В	UC,В	UH,В	S,ВА	cosφ	URL,В	UXL,В
Расчетные значения
Экспери- ментальные значения
Относи- тельная по- грешность

Схема замещения параллельной цепи, состоящей из катушки, конденсатора и ламп, имеет вид (рис.4)

Рис.4. Схема замещения параллельной цепи

Чтобы в расчете использовать, парамегр R_H, необходимо задать напряжение на входе цепи U=U_Н, т.е. равное напряжению, при котором определялось значение R_H в лабораторной paботe № 3.

Тогда действующее значение токов в цепях определяется по закону Ома:

I_L=, I_C=, I_H=.

а результирующий ток I определяется по первому закону Кирхгофа (в векторной форме)

I=I_RL+I_XL+I_C+I_H,

где I_RL= I_L*cosφ_L, I_XL= I_L*sinφ_L, cosφ_L и sinφ_L – из лабораторной работы №3.

Построив векторную диаграмму параллельной цени в масштабе, определяется величина тока I (рис. 4б).

Остальные величины рассчитываются но следующим соотношениям:

- активная мощность Р= I_L²R_L + I_Н²R_H,

- полная мощность цепи S=UI,

-  коэффициент мощности цепи cosφ=

Результаты расчета занести в таблицу 2.

Таблица 1

Параллельная цепь
	U,В	I,А	P,Вт	IL,А	IC,А	IH,A	S,ВА	cosφ	IRL,A	IXL,A
Расчетные значения
Экспери- ментальные данные
Относи- тельная по- грешность

6.2. Проведение

6.2 1. С помощью соединительных проводов собрать схему амперметра -вольтметра - ваттметра и с помощью двух вилок разъемов XI7 н Х18 собрать последовательную цепь (рис.1) и представить для проверки преподавателю.

Примечание: при одновременном проведении работ №3 и №4 схема амперметра, вольтметра н ваттметра, со6ранная в работе №3, остается без изменений. Требуется только вынуть вилки из рагьемов X16, Х15 или Х14 и вставить вилки в розетки разъемов X17 и X18.

6.2. 2. По выбранным пределам измерения ваттметра но току к напряжению определить цену деления шкалы.

6.2.3. Включить напряжение питания, ЛАТР'ом установить расчетное значение тока в последовательной цепи (I=I_H в лабораторной работе №3) и произвести измерение тока, напряжения на входе цепи, мощности и напряжений на всех устройствах. Результаты эксперимента занести в таблицу I. Выключить напряжение питания.

6.2.4. Извлечь вилки из разъемов X17 и X18, и вставить вилки в розетки XI9, Х20, Х21 и Х8. Все устройства будут включены параллельно (рис 2) Представить собранную схему для контроля преподавателя.

6.2.5. Включить напряжение питания и ЛАТР'ом установить на входе расчетное значение напряжения в параллельной цепи (U=U_H в лабораторной работе №3). Произвести измерение общего тока, токов в ветвях и активной мощности. Результаты эксперимента занести в таблицу 2.

6.3, Обработка результатов

6.3.1. Используя экспериментальные данные, вычислить значения S =UI и cosφ=, и внести их в таблицы № I и №2 в графе «Экспериментальные данные».

6.3.2. Вычислить относительную  погрешность,  оценивающую расхождение расчетных и экспериментальных данных, по формуле

,

где В_Р – расчетное значение величины (напряжения, тока и т.д.);

      В_Э – экспериментальное значение величины.

6.4. Выводы по работе

В выводах по работе объяснить причины расхождения расчетных и экспериментальных данных и оценить допустимость этих расхождений (не должны превышать 5-10%),

6.5. Содержание отчета

6.5.1. Цель работы.

6.5.2. Схемы экспериментов (рис.1 и 2).     .    ..

6.5.3. Таблицы №1 н №2 с результатами раоимов и экспериментов.

6.5.4. Векторные диаграммы последовательной и параллельной цепей.

6.5.5. Выводы по работе.

7. Контрольные вопросы

7.1. Как определяется полное сопротивление последовательной цепи синусоидального тока?

7.2. Сформулируйте и запишите выражения законов Ома и Кирхгофа для цепей синусоидального тока.

7.3. Какой закон реализует векторная диаграмма последовательной цепи?

7.4. Какой закон реализует векторная диаграмма параллельной цепи?

7.5. Каковы правила построения векторных диаграмм последовательной и параллельной цепей?

7.6. Что такое резонанс напряжений и резонанс токов? В каких цепях и при каких условиях они возникают? Каковы их свойства?

7.7. Что такое коэффициент мощности и каково его значение в электроэнергетике?

7.8. От чего зависит угол сдвига по фазе в цепях синусоидального тока?

7.9 Как настроить цепи на резонансный режим?

 

На главную

В начало