Инструкционная карта по выполнению лабораторной работы № 5

1.Тема учебной программы: «Однофазные цепи переменного тока».

2.Тема работы: «Исследование электрической цепи переменного тока с последовательным соединением активного и индуктивного сопротивлений».

3.Цель работы: научиться анализировать процессы, возникающие в простых электрических цепях переменного тока с последовательно включенным активным и индуктивным сопротивлением.

4.Материально-техническое оснащение:

лабораторный стол с комплектом оборудования, электроизмерительные приборы, соединительные провода.

5.Теоретическая часть:

Переменным называется электрический ток, величина и направление которого изменяются во времени. Самый простой переменный ток изменяется во времени по синусоидальному закону. В электрической цепи происходит преобразование электрической энергии: в тепловую, световую., механическую и т.д. Электрические цепи могут быть неразветвленными и разветвленными.

В цепях переменного напряжения в качестве нагрузки используются реостаты и лампы накаливания, имеющие активное сопротивление. А также электродвигатели, преобразователи, конденсаторы, катушки индуктивности, имеющие реактивное сопротивление.

Синусоидальный переменный ток часто изображают вращающимися векторами. Совокупность нескольких векторов, изображающих синусоидальные величины одной частоты, называют векторной диаграммой. В неразветвленных цепях, при последовательном соединении элементов, строится векторная диаграмма напряжений . Для неразветвленных цепей может быть записан второй закон Кирхгофа в векторной форме: или .. В соответствии с этим выражение для напряжения, подводимого к электрической цепи можно построить векторную диаграмму напряжений и тока электрической цепи.

6.Практическая часть:

-анализ физических явлений, происходящих в неразветвленной цепи переменного тока с активно-индуктивной нагрузкой;

-расчет параметров элементов цепи;

-построение по данным исследования векторной диаграммы напряжений и тока.

6.1.Техника безопасности при выполнении работы:

Перед выполнением сборки цепей убедиться, что лабораторный стол обесточен. При выполнении работы не прикасаться к неизолированным проводам, соединительным зажимам и другим частям цепей, которые могут оказаться под напряжением. Любые изменения в схеме производить только после отключения питания. При возникновении во время выполнения работы неисправностей оборудования или приборов немедленно выключить напряжение питания и сообщить о неисправности преподавателю.

6.2.Описание выполнения задания:

- ознакомиться с измерительными приборами;

- определить предел измерения и цену деления приборов;

- определить технические характеристики приборов.

6.2.1.Собрать электрическую цепь по схеме (рис.1):

-предъявить собранную электрическую цепь преподавателю для проверки;

-убедиться, что переключатель лабораторного автотрансформатора на рабочем столе установлен в положение «0 переменный ток»;

-установить в цепи с помощью лабораторного автотрансформатора значение переменного тока, указанное преподавателем;

-определить показания всех измерительных приборов, результаты измерений и записать в таблицу1:

Таблица1

-не изменяя напряжение и силу тока в цепи, не отключая цепь от источника, приподнять сердечник катушки, убедиться, что при этом изменяются показания измерительных приборов, т.е. режим работы цепи;

-удерживая сердечник катушки в некотором фиксированном положении, определить новые значения измеряемых величин, записать их в таблицу1.

6.3.Требования к оформлению отчета:

Отчет о лабораторной работе выполнить в тетради для лабораторных работ или на листах формата А4. В отчет должны быть внесены: № группы, ФИО учащегося. Отчет должен содержать название раздела, темы работы, цели работы, схемы, графики, таблицы, основные расчетные формулы; таблицы и схемы электрических цепей чертить карандашом с применением чертежных инструментов.

-перечертить в отчет схему электрической цепи (рис.1) и таблицу1;

-выполнить необходимые расчеты по формулам, результаты вычислений записать в таблицу1:

-полное сопротивление электрической цепи;

- активное сопротивление цепи;

- активное сопротивление резистора;

R_к = R - R₁ –активное сопротивление катушки;

- полное сопротивление катушки;

X_L=ω L = 2 π f, - индуктивное сопротивление катушки, частота тока f=50 Гц, - индуктивность катушки, также

- полная мощность цепи;

- реактивная мощность цепи;

-активная составляющая напряжения сети;

-реактивное (индуктивное) напряжение цепи;

- коэффициент мощности, φ -угол сдвига фаз между колебаниями напряжения и силы тока цепи, по расчетным значениям cosφ определить градусную меру угла φ;

-построить на масштабно-координатной бумаге векторную диаграмму напряжений для каждого опыта.

Для построения векторной диаграммы нужно выбрать масштаб для значения силы тока и значений напряжений. Длины векторов тока и напряжений отстроить в соответствии с выбранным масштабом.

Построение векторной диаграммы начать с вектора тока , длину которого нужно отложить по горизонтали. Помня, что на активном сопротивлении R колебания силы тока и напряжения совпадают, вектор напряжения U_а прочертить горизонтально, как вектор .

Колебания силы тока и напряжения на индуктивном сопротивлении не совпадают. Вектор напряжения на индуктивном сопротивлении X_L опережает вектор тока на угол . Поэтому вектор падения напряжения на индуктивном сопротивлении отстроить на диаграмме под углом 90° к вектору тока, (от конца вектора перпендикулярно вверх). Соединить начало вектора и конец вектора , получить вектор напряжения, приложенного к зажимам цепи . Необходимые соотношения между напряжениями отдельных участков цепи можно определить из эквивалентной электрической схемы опыта (рис.2).

Примерный вид векторной диаграммы (рис.3).

На построенной векторной диаграмме измерить транспортиром угол φ, убедиться, что расчетные значения угла φ в таблице вычислений совпадают со значением на диаграмме.

Проанализировать результаты измерений и вычислений, записать выводы.

6.4.Контрольные вопросы:

Записать формулы действующего значения тока и напряжения, если известны их амплитудные значения.

Объяснить может ли величина напряжения на индуктивности быть больше величины питающего напряжения цепи. Заключение по данному вопросу подтвердить примером.

Записать формулы активной и реактивной мощности в однофазной цепи переменного тока, указать в каких единицах их измеряют.

Дать определение понятию «коэффициент мощности».

Перечислите признаки резонанса напряжений цепи переменного тока.

Какое значение принимает коэффициент мощности при резонансе напряжений?

6.5.Используемая литература:

Свириденко Э. А., Китунович Ф.Г. Основы электротехники и электроснабжение. Мн., 2008.

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«Республиканский институт профессионального образования»

Филиал «Индустриально-педагогический колледж»

Учебная дисциплина

«Электротехника с основами электроники»

Лабораторная работа №6

Исследование параллельного соединения катушки и конденсатора