Порядок выполнения работы. Лабораторное занятие 5

Лабораторное занятие 5

Исследование цепи переменного тока с последовательным соединением катушки индуктивности и резистора.

Общие сведения

Когда к цепи (рисунок 14.1 ) с последовательным соединением резистора и конденсатора (а) или резистора и катушки индуктивности (б) подается переменное синусоидальное напряжение, один и тот же синусоидальный ток имеет место в обоих компонентах цепи, а напряжение на входе цепи равно сумме напряжений на двух компонентах. Поскольку эти два напряжения сдвинуты относительно друг друга по фазе, непосредственное сложение их действующих значений или амплитуд невозможно. Необходимо либо складывать мгновенные значения этих напряжений, либо векторы, соответствующие этим напряжениям, как показано на рисунке 14.2 а и б.

Рисунок 14.1

 

 

Рисунок 14.2

Вектор напряжения на конденсаторе U_C отстаёт от вектора тока I на 90°, а вектор напряжения на индуктивности U_L опережает ток на 90°. Из векторных диаграмм следует, что в цепи с конденсатором

, j = arctg(U_C / U_R).

Поскольку U_R = R·I,аU_C = X_C·I, получаем

и j = arctg(X_C / R),

где – полное сопротивление цепи, и j < 0, т.е. ток опережает напряжение.

Аналогично, в цепи с индуктивностью:

, где ,

j = arctg(X_L / R) > 0, т.е. ток отстаёт от напряжения.

Если каждую сторону треугольника напряжений разделить на ток, то получим треугольник сопротивлений, подобный треугольнику напряжений, (рисунок 14.3 а и б). Из треугольников сопротивлений следует, что

R = Z · cosj, X_C = Z · sinj и X_L = Z · sinj .

 

Экспериментальная часть

Задание

Для цепи с последовательным соединением резистора и конденсатора, а также резистора и индуктивности измерьте потребляемую активную мощность, действующие значения напряжений на резисторе U_R и реактивном элементе U_C, U_L и ток I. Рассчитайте угол сдвига фаз j, полное сопротивление цепи Z, реактивное сопротивление X и активное сопротивление R, постройте векторную диаграмму.

Порядок выполнения работы

· Соберите цепь согласно схеме (рисунок 14.4 ), подсоедините регулируемый источник синусоидального напряжения и установите максимальную амплитуду синусоидального напряжения с частотой f = 1 кГц.

Рисунок 14.4

·

Выполните измерения активной мощности, действующих значений тока и напряжений, указанных в таблице 14.1. При измерениях напряжений подключайте мультиметр к различным зажимам цепи.

Таблица 14.1

	Р, Вт	U, В	UR, В	UC ,UL В	I, мА	j град	R, Ом	X, Ом	Z, Ом
Цепь с конденсато­ром
Цепь с катушкой

· Вычислите: фазовый угол j =агссоs(Р / UI),полное сопротивление цепи Z =U/I , активное сопротивление цепи R = Z · cosj и ёмкостное сопротивление X_C = Z · sinj.

·

Выберите масштаб и постройте векторную диаграмму напряжений (рисунок 14.5 ).

· Замените в схеме конденсатор на катушку индуктивности с малым активным сопротивлением (рисунок 14.6). В качестве такой катушки используйте обмотку 300 витков разборного трансформатора. Чтоб создать немагнит

ный зазор в магнитопроводе, вставьте между двумя частями сердечника квадратики обычной писчей бумаги в один или два слоя.

· Убавьте частоту до 200 Гц и повторите измерения, расчёт, и построение векторной диаграммы.

Сделайте вывод по работе.