Лабораторные работы по электротехнике и электронике

 
Лабораторные работы по электротехнике
Электрические цепи постоянного тока
ТРЕХФАЗНЫЕ ЦЕПИ
СОЕДИНЕНИЕ НАГРУЗКИ ТРЕУГОЛЬНИКОМ
ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЕЙ
ИССЛЕДОВАНИЕ КАТУШКИ
ИССЛЕДОВАНИЕ УТРОИТЕЛЯ ЧАСТОТЫ
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ
ИССЛЕДОВАНИЕ ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКА
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ФИЛЬТРОВ
ЧАСТИЧНЫЕ ЕМКОСТИ В СИСТЕМЕ ПРОВОДНИКОВ
ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ
Исследование характеристик источника
ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ
ИССЛЕДОВАНИЕ ЯВЛЕНИЯ РЕЗОНАНСА
Исследование однофазного трансформатора
Исследование трехфазного асинхронного двигателя
Исследование синхронных микродвигателей
Исследование исполнительного двигателя постоянного тока
ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ
Резонанс токов
ПОВЫШЕНИЕ  КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ
КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ГЕНЕРАТОРАХ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ХОЛОСТОГО ХОДА
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
RLC элементы
Трансформатор
Катушка индуктивности
Квазистационарные процессы
Биполярные транзисторы
Каскады на биполярных транзисторах
Дифференциальный усилитель
Полевые транзисторы
Операционные усилители
Практические задания
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СДВИГА ФАЗ

Исследовать резонанс напряжений

Собрать схему, изображенную на рис. 9.


Рис. 9. Электрическая схема экспериментального исследования резонанса напряжений.

Для этого в цепь с катушкой индуктивности (RК = 5 Ом,
LК = 0,1 Гн) включить последовательно с ней переменный конденсатор ХС (представляющий из себя набор параллельно включенных между собой емкостей с параметрами 2; 10; 20 мкФ, и находящимися на вертикальной панели стенда в правом верхнем углу), а добавочное сопротивление RДОБ из схемы на рис. 8 исключить.

Подать в исследуемую схему входное напряжение UВХ = 30 В.

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

 Измерить фазовый сдвиг (jЭ) и коэффициент мощности (cos jЭ) цепи с помощью фазометра (j).

Измерения напряжений UС на конденсаторе и UК на катушке индуктивности произвести с помощью цифрового вольтметра VЦ, попеременно подключая его к зажимам конденсатора и катушки.

Изменяя емкость переменного конденсатора зафиксировать резонансную емкость СРЕЗ, при которой возникает резонанс напряжений (в момент резонанса, амперметр А будет показывать максимальное значение, а показания вольтметра VЦ на конденсаторе и катушке должны быть практически равными между собой  UС @ UК).

Запомнить и записать подобранную резонансную емкость СРЕЗ.

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 UВХ необходимо поддерживать постоянным.

5.3. Исследовать резонанс токов

Собрать схему, изображенную на рис. 10.

Для этого в цепь с катушкой индуктивности (RК = 5 Ом, LК = 0,1 Гн) включить параллельно к ней переменный конденсатор ХС.
Подать в исследуемую схему входное напряжение UВХ = 30 В.

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

Измерить фазовый сдвиг (jЭ) и коэффициент мощности (cos jЭ) цепи с помощью фазометра (j).


Таблица2

№№

З а д а н о

И З М Е Р Е Н О

В Ы Ч И С Л Е Н О

С

UВХ

I

P

jЭ

cosjЭ

jК

cosjК

 QC

РЭ

jЭ

cosjЭ

мкФ

В

А

Вт

В

В

гр

¾

Ом

Ом

Ом

Вт

вар

гр

¾

Ом

Ом

вар

Ом

Ом

Вт

вар

ВА

гр

¾

1

0

¾

¾*

2

3

4

5

СРЕЗ

6

7

8

9

150

* - Поскольку при С=0 электрическая цепь разрывается, а токовая обмотка фазометра обесточивается, то
показание фазометра становится неоднозначным (неопределенным).


Измерения токов в конденсаторе ХС и катушке (RК, ХК) произвести соответственно  амперметрами АС и АК с пределами измерений 1 А.

Изменяя емкость переменного конденсатора зафиксировать резонансную емкость СРЕЗ – при которой возникает резонанс токов (в момент резонанса токов амперметр А будет показывать минимальное значение, а показания амперметров АК и АС должны быть практически равными между собой IК @ IС). Запомнить и записать значение подобранной резонансной емкости СРЕЗ. 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 UВХ необходимо поддерживать постоянным.


Таблица 3

№№

Задано

И З М Е Р Е Н О

В Ы Ч И С Л Е Н О

С

UВХ

Р

IВХ

jЭ

cosjЭ

jК

cosjК

РЭ

jЭ

cosjЭ

мкФ

В

Вт

А

А

А

гр

¾

См

См

См

Вт

вар

гр

¾

См

См

вар

См

См

См

Вт

вар

ВА

гр

¾

1

0

2

3

4

5

СРЕЗ

6

7

8

9

1


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

 

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

После проверки преподавателем полученных экспериментальных данных разобрать схему.

6. ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА

 Все таблицы должны содержать аккуратно записанные исходные данные, данные измерений, результаты расчетов.

6.1. По результатам проведенных исследований (пункт 5.1., 5.2., 5.3.), рассчитать параметры цепи, записав полученные результаты в графу “Вычислено” в табл. 1, 2, 3. 

6.2. По результатам проведенных исследований (пункт 5.1.) построить векторную диаграмму напряжений. Построение выполнить в масштабе. (Пример построения векторной диаграммы напряжений представлен на рис. 11.)

6.3. По результатам проведенных исследований (пункт 5.2.) построить треугольники сопротивлений, мощностей, векторную диаграмму напряжений для трех режимов работы исследуемой схемы (до резонанса, резонанс напряжений, после резонанса). Все построения выполнить в масштабе.

6.4. По результатам проведенных исследований (пункт 5.3.) построить треугольники проводимостей, мощностей, векторную диаграмму токов для трех режимов работы исследуемой схемы (до резонанса, резонанс токов, после резонанса). Все построения выполнить в масштабе.

6.5. Построить резонансные кривые, пользуясь данными эксперимента (пункт 5.2) в зависимости от величины емкости конденсатора:

 I = F1(C) ; UК = F2(C); UС = F3(C); jЭ = F4(C); cosjэ = F5(C).

6.6. Построить резонансные кривые, по данным пункта 5.3.:

 IК = F1(C); IС = F2(C); I = F3(C); jЭ = F4(C); cosjЭ = F5(C).

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 RДОБ 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; UВХ = 30 В; URдоб = 16,8 В; UК = 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 UК. Естественно, что для U, UК, URдоб выбирается одинаковый масштаб.

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

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 (см. рис. 11.б).


 Рис. 11. Определение параметров реальной катушки индуктивности с  помощью векторной диаграммы напряжений по методу засечек.

 а) Векторная диаграмма напряжений катушки индуктивности;

 б) Треугольник сопротивлений катушки индуктивности.

Методика решения задач