Лабораторная работа 8

Исследование электрической цепи переменного тока

при последовательном соединении активного и

реактивного сопротивлений

1 Цель работы:

1.1 Экспериментально убедиться в справедливости второго закона Кирхгофа для цепей, состоящих из линейных резистивных и реактивных элементов при гармоническом воздействии.

2 Литература:

2.1 Бакалов В.П. Основы теории цепей: учебник для вузов / В.П. Бакалов, В.Ф. Дмитриков, Б.И. Крук. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Горячая линия-Телеком, 2009.

2.2 Дмитриев В.Н. Основы теории цепей. Конспект лекций: учебное пособие для вузов / В.Н. Дмитриев, М.М. Зелинский. - Астрахань: изд-во АГТУ, 2008.

3 Подготовка к работе:

3.1 Изучить теоретический материал, соответствующий данной работе [2.1], [2.2].

3.2 Подготовить бланк отчета, см. п. 7.

3.3 Ответить на контрольные вопросы.

4 Основное оборудование:

4.1 Компьютер.

5 Задание:

5.1 Измерить входное напряжение, напряжения на каждом элементе цепи, угол сдвига фаз между током и входным напряжением.

5.2 По результатам измерений рассчитать входное, емкостное и индуктивное сопротивления, а также значения индуктивности и емкости.

5.3 Построить векторные диаграммы и треугольники сопротивлений для цепей RC и RL.

6 Порядок выполнения работы:

При подготовке к выполнению лабораторной работы студенты должны повторить правила работы на компьютере, особенности программы Electronics Workbench и теоретический материал соответствующий данной работе. Подготовить бланк отчета.

В данной работе необходимо исследовать RC и RL цепи при гармоническом (синусоидальном) воздействии на постоянной частоте (5 кГц-RC, 500Гц-RL).

Для выполнения работы запустить программу WB, раскрыть папку " Лаб работы WB", раскрыть папку " Лаб работы по электротехнике", открыть файл " n 8 rl rc цепи на пост ч" на экране монитора появится схема для исследований (Рисунок 8.1). Данная схема после включения переходит в режим паузы после каждого заполнения экрана осциллографа.

Рисунок 8.1 - RC и RL цепи

Запустить процесс моделирования (нажать значок I на кнопке " Пуск"):

- записать показания М4-действующее напряжение на входе цепи, М2-напряжение на резисторе R1 (на выходе схемы), М3-напряжение на конденсаторе С1. Необходимо помнить, что измерительные приборы обладают инерционностью и для достоверности измерений нужно нажимать " Паузу" несколько раз (3-5) до получения установившихся показаний. Здесь требуется некоторое внимание;

- для измерения угла сдвига фаз необходимо нажать кнопку на панели осциллографа " Expand" и измерить период колебаний (или рассчитать по известной частоте) и временной сдвиг между колебаниями на входе (синего цвета) и выходе (красного цвета) схемы (Рисунок 8.2) и воспользоваться формулой:

ψ =∆ Т/Т*360 (8.1)

Рисунок 8.2 - Измерение временного сдвига

между колебаниями одинаковой частоты

- нажать кнопку на панели" Reduce";

- переключить S1, S2 и S3 (нажать клавишу " Space" (пробел на клавиатуре компьютера), при этом вместо конденсатора подключиться катушка индуктивности, - а также произойдет переключение на генератор V2 с частотой 500 Гц;

- установить частоту развертки осциллографа 0.5 ms/div;

- записать показания М4-действующее напряжение на входе цепи, М2-напряжение на резисторе R1 (на выходе схемы), М3-напряжение на катушке индуктивности L1;

- рассчитать угол сдвига фаз;

- заполнить таблицу 8.1;

- по опытным данным рассчитать величины, указанные в таблице 8.1. Примечание: электрический ток рассчитать по формуле I=U_R/R1;

- выключить схему (нажать значок O на кнопке " Пуск");

- вернуть схему в исходное состояние (положение переключателей и измерительных приборов).

Таблица 8.1

Цепь

Результаты измерений

Результаты расчётов

f

U

UR

UC

UL

I

Z

XC

C

L

XL

кГц

В

В

В

В

град

мА

Ом

Ом

мкФ

Гн

Ом

град

C

-

-

-

L

0, 5

-

-

-

Выход из программы после завершения моделирования осуществляется стандартным путем Windows (кнопка - крестик в правом верхнем углу экрана).

ВНИМАНИЕ: на запрос системы о необходимости сохранения изменений в схеме ответить " Нет "!

7 Содержание отчета:

7.1 Номер работы и её название.

7.2 Цель работы.

7.3 Схема (Рисунок 8.1).

7.4 Таблица 8.1 с результатами измерений и расчетов.

7.5 Графики для цепей RC и RL.

7.6 Контрольные вопросы и ответы на них.

8 Контрольные вопросы:

8.1 От каких величин зависят индуктивное и емкостное сопротивления?

8.2 Рассчитать входное сопротивление цепей, изображённых на рисунках 8.3, 8.4?

R=3 Ом Х_С=4 Ом

Х_L=8Ом R=6 Ом

R=3 Ом Х_С=4Ом

Рисунок 8.3 Рисунок 8.4

8.3 На некоторой частоте в цепях RL и RC имеют место соотношения: R = X_L и R = X_C. Определить углы сдвига фаз в этих цепях при увеличении частоты в 3 раза.