Лабораторно-практическая работа №2В (компьютерная версия)
по теме: Экспериментальный и теоретический анализ элементов и цепей
синусоидального тока.




  1. Цель работы.


    2. Приобретение навыков:
  2. 1. экспериментального определения параметров элементов цепей синусоидального тока косвенным методом;
  3. 2. математического описания исследуемых элементов всеми возможными способами;
  4. 3. расчета электрического состояния последовательной и параллельной цепей, состоящих из этих элементов;
  5. 4. экспериментальной проверки выполненных расчетов.

  6. ПОДГОТОВКА К ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ


  7. 1. Изучить по учебнику (1, 2) теорию вопроса.
  8. 2. Изучить данное методическое руководство и усвоить методику проведе-ния экспериментальных и расчетных работ, подготовку и оформление отчета, продумать ответы на контрольные вопросы.

  9. ОПИСАНИЕ «ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ» УСТАНОВКИ


    10. Данная работа выполняется с использованием компьютерной модели цепи, схема которой представлена на рис. 1. Модель состоит из источника синусоидального тока G с напряжением U, измеряемым вольтметром PV, ток – амперметром PA и активная мощность – ваттметром PW. Ключами S1, S2, S3 поочередно могут подключаться потребители: резистор R, ток которого измеряется амперметром PA1, напряжение – вольтметром PV1; катушка индуктивности L, RL с амперметром PA2 и вольтметром PV2; конденсатор С с амперметром PA3 и вольтметром PV3. Дополнительными ключами S4 и S5 можно собирать последовательную или параллельную цепь.



  10. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ


  11. 1. Расчет параметров элементов цепи.
    Работа выполняется по технологии эксперимент-расчет-эксперимент. В первом эксперименте на основании измерения действующих значений напряжения U, тока I и активной мощности P косвенным путем определяются параметры трех элементов цепи: катушки индуктивности, конденсатора и резистора. На основании измерений по известным соотношениям определяются:
    • полное сопротивление каждого элемента Z=U/I, активное сопротивление и реактивное сопротивление
    • зная частоту переменного тока f=50Гц , вычисляются индуктивность катушки [Гн] и емкость конденсатора [мкФ];
    • определяются cos, sin и угол сдвига по фазе по соотношениям: (обратить внимание на знак этого угла);
    • определить комплексное сопротивление каждого элемента в алгебраической и в показательной
    • по полученным данным легко построить треугольники сопротивлений каждого элемента и их векторные диаграммы.
    На основании полученных данных следует рассчитать электрическое состояние последовательной и параллельной цепей из этих элементов.
  12. 2. Расчет последовательной цепи.
    Выполняется при известном напряжении источника U=6В, начальную фазу которого следует принять равной 0, определенных на предыдущем этапе сопротивлениях элементов по следующему алгоритму:
    • определяется комплексное сопротивление всей цепи , где ;
    • по закону Ома определяется комплекс тока в цепи ;
    • по закону Ома определяется падение напряжений на каждом из последовательно включенных элементов цепи по соотношениям , , ;
    • результат последнего расчета должен соответствовать второму закону Кирхгофа: - проверка;
    • определяется комплексная мощность цепи по соотношению , где – угол сдвига по фазе между напряжением и током всей цепи;
    • определяется коэффициент мощности цепи
  13. 3. Расчет параллельной цепи.
    Выполняется при известном напряжении источника U=6В, начальную фазу которого следует принять равной 0, определенных на предыдущем этапе сопротивлениях элементов по следующему алгоритму:
    • рассчитываются комплексы токов в каждом из параллельно включенных элементов:, , ;
    • определяется комплекс общего тока источника по первому закону Кирхгофа:;
    • определяется комплексная мощность цепи по соотношению , где – угол сдвига по фазе между напряжением и током всей цепи;
    • определяется коэффициент мощности цепи
    Расчёт выполнить в виде отдельного приложения к отчёту по методике, приведённой в [2].

  14. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ


    15. Для выполнения данной работы необходимо:
    5.1. Взять номер варианта работы у преподавателя.
    5.2. Взять пакет программ Electronic Work Bench Pro (в ауд. 291 согласно расписанию работы аудитории), сопутствующие методические указания и файлы лабораторной работы.
    5.3. Установить программу Electronic Work Bench Pro на ЭВМ, где Вы собираетесь выполнять работу.
    5.4. Скопировать файлы лабораторной работы в корневую директорию программы Electronic Work Bench Pro.
    5.5. Запустить файл Wewb32.exe. Из запустившейся программы Electronic Work Bench Pro открыть файл lab2varXX.ewb, где XX – номер вашего варианта (Файлы всех вариантов хранятся в каталоге Variants).
    5.6. Из среды Windows открыть документ Lab2.xls, где хранится шаблон отчета по лабораторной работе.
    5.7. Замкнуть ключ S4 клавишей «4» и разомкнуть ключ S5 клавишей «5».
    5.8. Поочередно включая элементы R,L,C замыканием и соответствующим размыканием ключей S1,S2,S3 клавишами «1», «2», «3» измерить напряжение, ток и активную мощность на каждом из указанных элементов. Результаты показаний приборов занести в соответствующие графы табл. 1.
    5.9. В соответствии с методикой проведения работы (пункт 4.1.) произвести полное математическое описание каждого элемента и заполнить
    табл. 1. (Заполнение граф табл. можно вести с помощью прикладных программных средств либо вручную после распечатки отчета).
    5.10. Согласно пунктам 4.2. и 4.3. методики рассчитать режимы работы последовательной и параллельной цепей, заполнив графы расчет таблиц № 2 и 3. Результаты внести в комплексной форме.
    5.11. Собрать последовательную цепь, для чего замкнуть ключи S3 и S5 и разомкнуть ключи S1,S2,S4.
    5.12. Измерить и занести в графу «Эксперимент» табл. 2 показания приборов. (модули токов, напряжений и активной мощности).
    5.13. Собрать параллельную цепь, для чего замкнуть ключи S1-S4 и разомкнуть ключ S5.
    5.14. Измерить и занести в графу «Эксперимент» табл. 3 показания приборов. (модули токов, напряжений и активной мощности).
    5.15. Сравнить расчетные данные с экспериментальными и определить их максимальное расхождение в виде относительной погрешности , что отобразить в выводах по работе.
    5.16. Результаты расчетов (экспериментов) проиллюстрировать построением векторных диаграмм для последовательной и параллельной цепи
    5.17. Представить преподавателю к защите отчет в указанный срок, предварительно подготовив ответы на контрольные вопросы (см. методические указания).

  15. ТРЕБОВАНИЯ К АППАРАТУРЕ И ПО


    16. Данная работа выполняется на ЭВМ с процессором Pentium 200 и выше, с оперативной памятью не меньше 32 Mb, свободным дисковым пространством не менее 100 Mb.
    Операционная система Windows 95/98/NT/2000/Me/XP.
    Продукты Microsoft Office 97/2000: Excel, Word.
    Electronic Work Bench Pro.

  16. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ


    17. 7.1. Какова физическая сущность активного R, индуктивного XL и емкостного XС сопротивлений?
    7.2. Каким сопротивлением ограничен ток в цепи синусоидального тока согласно закону Ома?
    7.3. Что представляет собой треугольник сопротивлений и каково соотношение между сопротивлениями элементов в цепи синусоидального тока?
    7.4. Что представляет собой сдвиг по фазе между напряжением и током в цепях синусоидального тока и чем он определяется?
    7.5. Почему угол сдвига по фазе в активно-индуктивных элементах или цепях является положительным, а в активно-емкостных – отрицательным?
    7.6. В чем состоит особенность применения законов Кирхгофа в цепях синусоидального тока по сравнению с цепями постоянного тока?
    7.7. Каковы фазовые соотношения между напряжением и током и идеальных активном, индуктивном и емкостном элементах?
    7.8. Какова физическая сущность активной и реактивной мощностей?
    7.9. В чем состоит физическая сущность коэффициента мощности? Каково его экономическое значение?
    7.10. Какие законы реализуются векторными диаграммами последовательной и параллельной цепей синусоидального тока?
    7.11. Что такое комплексное сопротивление цепи синусоидального тока? Формы записи и способы перехода от одной формы к другой?
    7.12. Как определяется комплексная мощность цепи синусоидального тока?
    7.13. При каких условиях возникают и какими свойствами обладают резонансы напряжений и токов в цепях синусоидального тока?

  17. ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА


    18. 8.1. Б.М. Кулагин. Электротехника, электроника и электропривод. Часть 1. Учеб. пособие. Изд. Центр ДГТУ, Ростов-на-Дону, 1995
    8.2. Б.М. Кулагин. Расчёт установившихся режимов линейных электрических цепей. Уч. пособие. изд. центр ДГТУ. Ростов-на-Дону, 1999
    Составители: КУЛАГИН БОРИС МИХАЙЛОВИЧ
    КУЛАГИН БОРИС БОРИСОВИЧ