И компьютерное моделирование

 

 

 

 

 

 

Издательский центр

МГУИЭ

 

Федеральное агентство по образованию

Московский государственный университет

Инженерной экологии

Факультет автоматизации и информационных технологий

 

Кафедра «Электротехника, электроника

И электроавтоматика»

 

Электротехнический эксперимент

И компьютерное моделирование

Электрические однофазные цепи

 

Методические указания

 

Составители:

С.П. Карлов, В.К. Погодин

 

 

под общей ред. Г.А. Кардашева

 

 

Москва

МГУИЭ

2005

УДК 621.3.001.8

ББК

К21

Рецензенты: кафедра «Электротехника и электроника» РХТУ им. Д.И. Менделеева (зав. кафедрой проф. Ю.А.Комиссаров)

кандидат технических наук МЭИ (гос. техн. ун-т) А.А. Сухих

 

Допущено в качестве учебного пособия

редакционно-издательским советом МГУИЭ

 

Карлов С.П.

К21 Электротехнический эксперимент и компьютерное моделирование. Электрические однофазные цепи: методические указания / Составители: С.П. Карлов, В.К. Погодин; под ред. Г.А. Кардашева; Федер. агентство по образованию, Моск. гос. ун-т инж. экологии,
ф-т АИТ, каф. «Электротехника, электроника и электоавто-
матика», ― М.: МГУИЭ, 2006. — 44 с.; ил.

ISBN 5-9513-0086-Х

 

 

Методические указания разработаны в соответствии с программой учебной дисциплины «Электротехника и электроника» и предназначены в качестве руководства для студентов в ходе их практических занятий в электротехнической лаборатории
с целью приобретения практических навыков работы с электрическими цепями переменного тока на электротехнических стендах, а также с основами моделирования исследуемых электрических цепей на компьютере с использованием программы
Multisim 2001. Эти материалы могут быть также полезны для самостоятельной подготовки к занятиям в электротехнической лаборатории и компьютерных классах.

Рекомендуются студентам 2 и 4 курсов дневной и вечерней форм обучения.

 

 

УДК 536.24

ББК

ISBN 5-9513-0086-Х

 

 

© С.П. Карлов, В.К. Погодин, 2006

© МГУИЭ, 2006

ВВЕДЕНИЕ

 

Цель практических занятий в электротехнической лаборатории по разделу «Однофазные электрические цепи» состоит в экспериментальном изучение физических процессов, протекающих в электрических цепях переменного тока. Во время работы в лаборатории студенты знакомятся с основными элементами электротехнических стендов и установок, современными электроизмерительными приборами и методами измерения электрических величин, приобретают навыки по монтажу электрических цепей, проведения электротехнических экспериментов и обработки их результатов.

Однако в настоящее время не менее важным для инженерной подготовки современного специалиста является умение моделировать реальные физические процессы в электрических цепях с помощью специальных компьютерных программ, имитирующих работу реальных электронных и электротехнических устройств, аппаратов, приборов, электрических цепей, электронных схем и т.п.

Методические указания представляют собой руководство к выполнению экспериментальных лабораторных работ на электротехнических стендах. Они содержат описание основных приемов работы с программой компьютерного моделирования и анализа электрических схем Electronics Workbench (версия пакета Multisim-2001). Методические указания позволяют студентам выполнить компьютерное моделирование экспериментальных работ, выполненных ими в лаборатории ранее, и сравнить результаты, полученные в обоих случаях.

Раздел первый. ЛАБОРАТОРНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ОДНОФАЗНЫХ ЦЕПЕЙ

 

Лабораторная работа 1

1.1. Основы электрических измерений

Цель работы: ознакомление с основными техническими средствами электрических измерений с нормированнымим метрологические характеристики, а также в изучении основных характеристик электроизмерительных приборов и оценки погрешности электрических измерений.

Библиографический список

1. Электротехника и электроника, т.3. / Под ред. В.Г. Герасимова. —

М.: Энергоатомиздат, 1996.

2. Касаткин А.С., Немцов В. М. Электротехника. — М.: Энергоатом-

издат, 2000, с. 338-356.

Для измерения основных электрических величин: силы тока I [A], напряжения U [B], мощности Р [Вт], частоты f [Гц] и других служат электроизмерительные приборы различного типа, которые классифицируются

а) по назначению:

— амперметры,

— вольтметры,

— ваттметры,

— частотомеры и т.п.;

б) по роду измеряемого тока:

— постоянный,

— переменный,

— импульсный;

в) по классу точности (Кл): 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0;

г) по принципу действия;

д) по условиям эксплуатации и т.д.

С помощью электроизмерительных приборов (ЭИП) и присоединяемых к ним дополнительных устройств (преобразователей) можно также измерять и неэлектрические величины, например, температуру, давление, влажность и другие.

1.2. Основные электроизмерительные приборы (ЭИП)

1.2.1. Условные обозначения.

Электрические и монтажные схемы

Рис. 1

Амперметр (А) служит для измерения силы тока I [A]. Обладает очень малым электрическим сопротивлением (R_A» 0) и включается в электрическую цепь ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО (рис. 1).

Рис. 2

Вольтметр (V) служит для измерения напряжения U [B]. Обладает очень большим электрическим сопротивлением (R _V» ∞, I _V≈ 0), включается в электрическую цепь ПАРАЛЛЕЛЬНО (рис. 2).

Ваттметр (W) служит для измерения активной электрической мощности P [Вт]. Включается по смешанной схеме, имеет две обмотки:амперметровая, или токовая, обмотка *I―I служит для измерения тока и включается в цепь последовательно, тогда каквольтметровая обмотка, или обмотка напряжения *U―U служит для измерения напряжения и включается в цепь параллельно (Рис 3).

Генераторные зажимы *I, * U ваттметра включаются со стороны источника, который на схемах принято изображать слева.

 

Рис. 3

1.2.2. Измерение электрических величин:

тока, напряжения, мощности

На рис. 4 покзан общий вид панели многопредельных ЭИП.

Рис. 4 Общий вид панели многопредельных ЭИП

При проведении работ на стенде выполнять измерения необходимо в следующем порядке.

1. Выбрать электроизмерительный прибор (ЭИП) по назначению и роду измеряемого тока.

2. С учетом требуемой точности измерений (допустимой относительной погрешности d %) выбрать ЭИП с соответствующим пределом измерения А_Н (номинальное или нормирующее значение), а в случае многопредельного прибора установить переключатель на выбранный предел измерения.

Примечание. В общем случае для обеспечения более высокой точности измерений следует выбрать прибор (из имеющихся ЭИП) с минимальной относительной погрешностью по условию:

d = Кл ´ А_Н / А_И = min,

где Кл — класс точности выбираемого измерительного прибора (%),

А_И — заданное (оценочное) значение измеряемой величины.

Из этого условия следует, что с целью снижения погрешности измерений в случае ЭИП с одинаковым классом точности выбирают прибор, предел измерения А_Н которого является большим ближайшим значением к измеряемой величине А_И (А_Н ≥ А_И,), то есть так, чтобы показания ЭИП были возможно ближе к пределу измерения.

В случае, если ЭИП имеют одинаковый предел измерений, то выбирают прибор более высокого класса точности. В остальных случаях следует руководствоваться приведенной выше формулой.

Примечание. Для ваттметра предел измерения вычисляется как произведение выбранных пределов измерения ваттметра по току и по напряжению

А_Н(W) = А_HI ´ А_HV [Вт].

3. Определить цену деления шкалы C=AH / N, где N — число делений шкалы ЭИП.

4. Установить прибор в требуемом положении, указанном на шкале ЭИП.

5. Установить стрелку ЭИП на нулевую отметку с помощью корректора.

6. Включить ЭИП в исследуемую электрическую цепь.

7. После проверки преподавателем включить стенд и установить заданный режим.

8. Произвести отсчет числа делений шкалы n, указываемых стрелкой ЭИП (показание ЭИП в делениях шкалы n) и вычислить результат в единицах измеряемой величины

А_И = С ´ n [А; В; Вт].

9. Снять напряжение, выключить стенд и результаты показать преподавателю.

1.2.3. Погрешности электрических измерений

Абсолютная погрешность ΔА — это разность между измеренным значением электрической величины А_И и ее действительным значением А_Д

ΔА=А_И – А_Д [А; В; Вт]

Действительное значение измеряемой электрической величины (тока, напряжения, мощности) всегда неизвестно, поэтому его можно определить только приблизительно следующими способами:

а) в случае единичного измерения — по показанию А_Э эталонного прибора (образцового или же более точного, чем измеряющий, например, класса 0,05–0,1–0,2), включенного одновременно с рабочим ЭИП, то есть принять А_Д =А_Э.

б) в случае нескольких измерений — как среднее арифметическое значение из результатов этих измерений А_Д = А _СР.

в) в случае единичного измерения и при отсутствии эталонного ЭИП возможную наибольшую абсолютную погрешность (максимально возможную) допустимо вычислить по классу точности (Кл), указанному на шкале рабочего ЭИП

ΔА_MAX =(A_H ´ Кл)/ 100 [А; В; Вт].

Относительная погрешность δ — это выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой электрической величины

δ = (ΔА / А_Д) ´100 %.

Поскольку при правильном выполнении условий проведения измерений на ЭИП высокого класса точности различие между измеренным и действительным значениями электрической величины достаточно мало, то практически в большинстве случаев принимают А_Д = А_И.

Поэтому абсолютную погрешность (максимально возможную) измерения можно вычислить по известному классу точности рабочего ЭИП

∆А_MAX = (A_Н ´ Кл) / 100 [ А;В;Вт ],

а для определения относительной погрешности (максимально возможной) используют упрощенную формулу

δ_МАХ = (ΔА_MAX /А_И) ´100 = (A_H ´ Кл) / А_И [%].

Приведенная погрешность γ — это отношение абсолютной погрешности к номинальному значению (пределу измерения) ЭИП, выраженное в процентах

γ = (ΔА/ A_H) ´ 100%.

Класс точности ЭИП (Кл) — это нормированное (стандартизованное) значение возможной наибольшей приведенной погрешности ЭИП

[Кл] ≥ γ _MAX = (ΔА_MAX /А_Н) ´100 %.

Восемь классов точности [Кл] ЭИП стандартизованы следующими значениями: 0,05―0,1―0,2―0,5―1,0―1,5―2,5―4,0, поэтому по известному классу точности, указанному на шкале электроизмерительного прибора, можно легко вычислить максимально возможные значения абсолютной и относительной погрешностей выполненного единичного измерения

ΔА_MAX = (А_Н ´ Кл) / 100 [А; В; Вт],

δ_МАХ = (A_H ´ Кл) / А_И [%].

1.3. Содержание отчета

В письменном отчете по работе необходимо представить решение следующих задач и ответить письменно на вопросы.

1. Для ваттметра с паспортными данными: I_H = 3 A, U_H = 250 B,
N =150 дел., Кл = 1,5 вычислить измеряемую мощность P [Вт] и относительную погрешность δ для следующих показаний, выраженных числом делений n (дел.):

n (дел)
P (Вт)
δ (%)

Построить график распределения относительной погрешности по шкале ЭИП δ = f(n) и объяснить, почему относительная погрешность снижается к концу шкалы.

2. Определить класс точности поверяемого вольтметра (U_H = 150 B) по приведенным в таблице результатам его поверки с эталонным вольтметром.

UИ (B)			31,5	49,2
UЭ (B)

3. Определить в какой части шкалы относительная погрешность ЭИП δ в 2 раза и более превышает класс точности.

Объяснить, почему результат не зависит от предела измерения ЭИП, а также, в какой части шкалы и почему рекомендуется проводить измерения электрических величин.

4. При сохранении заданного расположения ваттметра и резисторов
R₁―R₂―R₃ начертить 5 электрических принципиальных схем и 5 монтажных схем включения ваттметра для измерения электрической мощности резисторов: 1) R₁; 2) R₂ ; 3) R₃; 4) R₁+R₂ ; 5) R₂+ R₃; 6) R₁+ +R₂+ R₃. (рис. 5).

Рис. 5. Схема измерения электрической мощности резисторов

Лабораторная работа 2А

1.2А. Исследование резистивной цепи переменного тока

Цель работы: ознакомление с общими правилами проведения лабораторных работ в электротехнической лаборатории, правилами техники безопасности, устройством лабораторного стенда и измерительного комплекта К–540, а также с основами выполнения электрических измерений и обработкой их результатов.

Библиографический список

1. Электротехника и электроника, т.3 / под ред. В.Г. Герасимова. — М.: Энергоатомиздат, 1998.

2. Касаткин А.С., Немцов В.М. Электротехника. — М.: Энергоатом-издат, 2000.

1.2А.1. Указания к проведению работы

В работе используется измерительный комплект К – 540, содержащий измерительные приборы: амперметр (А), вольтметр (V) и ваттметр (W). Необходимая последовательность действий изложена ниже.

1. Собрать электрическую цепь по схеме, показанной на рис. 6, содержащую измерительный комплект и нагрузку — резисторы R₁ – R₂ – R₃, расположенные на лицевой панели стенда.

Рис. 6. Схема измерительного стенда

с нагрузкой в виде резисторов

Примечание. Собранную цепь необходимо предъявить лаборанту или преподавателю на проверку.

2. По указанным на электрической схеме значениям напряжения и тока установить пределы измерения приборов измерительного комплекта и заполнить табличную форму 1.2А.1.

Табличная форма 1.2А.1

Наименов. прибора	Система прибора	Класс точности (Кл)	Предел измерения (Ан)	Число делений шкалы (N)	Цена деления (С)
Вольтметр
Ваттметр
Амперметр

Результаты показать преподавателю.

 

Предупреждение

Перед включением стенда в питающую сеть убедитесь, что ручка регулятора напряжения (лабораторного автотрансформатора — ЛАТР’а) находится в крайнем левом положении и подаваемое на стенд напряжение равно нулю.

3. С разрешения преподавателя включить стенд и вращением ручки регулятора напряжения установить рабочее напряжение U = 50 В.

4. Изменяя сопротивление резистора R₃ от 150 Ом до 0, установить ток I = 0,2 А и показания измерительных приборов записать в табличную форму 1.2А.2 (строка 1). Полученную установку резистора R₃ в дальнейшем сохранить.

5. Последующие 5 опытов (№№ 2―6) провести при напряжениях
U = 60; 70; 80; 100 и 120 В.

Предупреждение

В случае «зашкаливания» какого-либо из измерительных приборов переключите его предел измерения на ближайший больший и заново определите цену деления этого прибора, а также ваттметра.

Табличная форма 1.2А.2

№ опыта	U (B)	I (A)	P (Bт)	d W (%)	R Н (Ом)	RСР (Ом)	d R (%)

 

6. После выполнения опытов снизить напряжение до нуля и выключить стенд.

7. Результаты показать преподавателю, после чего разобрать электрическую цепь.

2А.2. Содержание отчета:

По классу ваттметра рассчитать относительную погрешность его показаний d _W.

По полученным данным рассчитать сопротивление нагрузки R_Н для всех режимов, определить его среднее значение R_СР и погрешность d_R для каждого опыта.

Построить графики зависимостей I, P (U) (в одной системе координат) и график зависимости d _W (P) (в другой системе координат).

Ответить письменно на контрольные вопросы:

1. Что такое класс точности прибора, и какие классы точности регламентированы ГОСТ?

2. Какие системы электроизмерительных приборов существуют и в чем особенность приборов электромагнитной системы?

3. Какие условные основные обозначения изображены на шкале электроизмерительных приборов?

4. По какой схеме включают в цепь амперметры, вольтметры, ваттметры и фазометры?

5. Что означают значки астериска («звездочки» *) на клеммах ваттметра? Могут ли быть показания ваттметра отрицательными?

Лабораторная работа 2Б

1.2Б. Исследование резистивной цепи переменного тока

 

Цель работы: ознакомление с общими правилами проведения лабораторных работ в электротехнической лаборатории, правилами техники безопасности, устройством лабораторного стенда и измерительного комплекта К–540, а также с основами выполнения электрических измерений и обработкой их результатов.

Библиографический список:

1. Электротехника и электроника, т.3 / под ред. В.Г. Герасимова. — М.: Энергоатомиздат, 1998.

2. Касаткин А.С., Немцов В.М. Электротехника. — М.: Энергоатом-
издат., 2000.

1.2Б.1. Указания к проведению работы

В работе используется измерительный комплект К–540, содержащий измерительные приборы: амперметр (А), вольтметр (V) и ваттметр (W). Последовательность действий приведена ниже.

1. Собрать электрическую цепь по приведенной ниже схеме, содержащую измерительный комплект и нагрузку — резисторы R1 и R2, расположенные на лицевой панели стенда (рис. 7).

Примечание. Собранную цепь необходимо предъявить лаборанту или преподавателю на проверку.

Рис. 7. Схема для установления пределов измерения

2. По указанным на электрической схеме значениям напряжения и тока установить пределы измерения приборов, входящих в измерительный комплект, и заполнить табличную форму 1.2Б.1.

Результаты показать преподавателю.

 

Предупреждение

Перед включением стенда в питающую сеть убедитесь, что ручка регулятора напряжения (лабораторного автотрансформатора — ЛАТР’а) находится в крайнем левом положении и подаваемое на стенд напряжение равно нулю.

3. С разрешения преподавателя включить стенд и вращением ручки регулятора напряжения установить рабочее напряжение U(В) (по заданию преподавателя) и в дальнейшем поддерживать его постоянным в течение всех опытов.

Табличная форма 1.2Б.1

Наименов. прибора	Система прибора	Класс точности (Кл)	Предел измерения (Ан)	Число делений шкалы (N)	Цена деления (С)
Вольтметр
Ваттметр
Амперметр

 

4. Изменяя сопротивление резистора R₂ ступенями (по указанию преподавателя) от 150 Ом до 0, провести 6 опытов и показания ИП записать в табличную форму 1.2Б.2.

 

Предупреждение

В случае «зашкаливания» какого-либо из измерительных приборов переключите его предел измерения на ближайший больший и заново определите цену деления этого прибора, а также ваттметра.

Табличная форма 1.2Б.2

№ опыта	U (B)	I (A)	P (Bт)	d W (%)	^*RН (Ом)	^**RН (Ом)	d R (%)

5. После выполнения опытов снизить напряжение до нуля и выключить стенд.

6. Результаты показать преподавателю, после чего разобрать электрическую цепь.

2Б.2. Содержание отчета:

По классу ваттметра рассчитать относительную погрешность его показаний d _W.

Определить сопротивления нагрузки по закону Ома (^*R_Н) и формуле Джоуля—Ленца (^**R_Н) и рассчитать их относительную погрешность d _R.

Построить графики зависимостей I, P (^*R_Н) (в одной системе координат) и график зависимости d _W (Р) (в другой системе координат).

Ответить письменно на контрольные вопросы:

1. Что такое класс точности прибора, и какие классы точности регламентированы ГОСТ?

2. Какие системы электроизмерительных приборов существуют и в чем особенность приборов электромагнитной системы?

3. Какие условные основные обозначения изображены на шкале электроизмерительных приборов?

4. Как включают в цепь амперметры, вольтметры, ваттметры и фазо-
метры?

5. Объяснить, как изменяется потребляемая мощность с уменьшением сопротивления электрической цепи.

6. Что означают значки астериска («звездочки *) на клеммах ваттметра? Могут ли быть показания ваттметра отрицательными?

Лабораторная работа 2В

2В.1. Исследование резистивной цепи переменного тока

Цель работы: ознакомление с общими правилами проведения лабораторных работ в электротехнической лаборатории, правилами техники безопасности, устройством лабораторного стенда и измерительного комплекта К–540, а также с основами выполнения электрических измерений и обработкой их результатов.

Библиографический список:

1. Электротехника и электроника, т.3 / под ред. В.Г. Герасимова. — М.: Энергоатомиздат, 1998.

2. Касаткин А.С., Немцов В.М. Электротехника. — М.: Энергоатом-
издат., 2000.

2В.1.1. Указания к проведению работы

В работе используется измерительный комплект К–540, содержащий измерительные приборы: амперметр (А), вольтметр (V) и ваттметр (W). Последовательность действий изложена ниже.

1. Собрать электрическую цепь, содержащую измерительный комплект и лампочку накаливания Л (40 Вт / 127 В), которая расположена на лицевой панели стенда (рис. 8).

Рис. 8. Электрическая цепь с лампой накаливания

Примечание. Собранную цепь необходимо предъявить лаборанту или преподавателю на проверку.

2. По указанным на электрической схеме значениям напряжения и тока установить пределы измерения приборов измерительного комплекта и заполнить табличную форму 1.2В.1.

Результаты показать преподавателю.

 

Предупреждение

Перед включением стенда в питающую сеть убедитесь, что ручка регулятора напряжения (лабораторного автотрансформатора — ЛАТР’а) находится в крайнем левом положении и подаваемое на стенд напряжение равно нулю.

3. С разрешения преподавателя включить стенд. Вращая ручку регулятора напряжения установить рабочее напряжение U = 20 В и показания измерительных приборов записать в таблицу 2 (строка 1).

Табличная форма 1.2В.1

Наименов. прибора	Система прибора	Класс точности (Кл)	Предел измерения (Ан)	Число делений шкалы (N)	Цена деления (С)
Вольтметр
Ваттметр
Амперметр

 

4. Последующие опыты провести при напряжениях U = 40; 60; 80; 100 и 127 В и показания измерительных приборов записать в табличную форму 1.2В.2 (строки 2―6).

 

Предупреждение

В случае «зашкаливания» какого-либо из измерительных приборов переключите его предел измерения на ближайший больший и заново определите цену деления этого прибора, а также ваттметра.

Табличная форма 1.2В.2

№ опыта	U (B)	I (A)	P (Bт)	d W (%)	^*RЛ (Ом)	^**RЛ (Ом)	d R (%)

После выполнения опытов снизить напряжение до нуля и выключить стенд.

Результаты показать преподавателю, после чего разобрать электрическую цепь.

2В.2. Содержание отчета:

По классу ваттметра рассчитать относительную погрешность его показаний d _W.

Определить сопротивления нагрузки (лампочки накаливания) по закону Ома (^*R_Л) и формуле Джоуля—Ленца (^**R_Л), а также рассчитать их относительную погрешность d_R.

Построить графики зависимостей I, P, ^*R_Л (U) (в одной системе координат) и график зависимости d _W (Р) (в другой системе координат).

Рассчитать температуру нити лампочки (t °C) при номинальном напряжении, если температурный коэффициент сопротивления вольфрама a = 0,0045 1/°C, а сопротивление нити лампочки при комнатной температуре ^*R_{Л О} определяется экстраполяцией зависимости ^*R_Л (U) к значению напряжения U, равному нулю.

Ответить письменно на контрольные вопросы:

1. Что такое класс точности электроизмерительного прибора, и какие классы точности регламентированы ГОСТ?

2. Какие системы электроизмерительных приборов существуют и в чём особенность приборов электромагнитной системы?

3. Какие условные основные обозначения изображены на шкале электроизмерительных приборов?

4. По какой схеме включают в электрическую цепь амперметры, вольтметры и ваттметры?

5. Что означают значки астериска («звездочки» *) на клеммах ваттметра? Могут ли быть показания ваттметра отрицательными?

6. Как объяснить изменение сопротивления лампочки накаливания ^*R_Л при повышении рабочего напряжения?

Лабораторная работа 3

3.1. Исследование последовательной цепи переменного тока

Цель работы состоит в изучение явления резонанса напряжений и особенностей режимов работы неразветвленной цепи синусоидального тока с последовательным соединением приемников, обладающих активно-индуктивным и емкостным сопротивлениями.

Библиографический список

1. Электротехника и электроника, т.1. / под ред. В.Г. Герасимова. — М.: Энергоатомиздат, 1996.

2. Касаткин А.С., Немцов В.М. Электротехника. — М.: Энергоатом-
издат, 2000.

3.1.1. Указания к проведению работы

Последовательность действий изложена ниже.

1. 1. Собрать электрическую цепь, используя измерительный комплект К–540, а также катушку в качестве активно-индуктивного элемента
Z_К (R_К ,X_L) и батарею конденсаторов (Z_С = X_С, R= 0), расположенные на лицевой панели стенда (рис. 9). Для измерения напряжений на катушке и конденсаторах использовать переносный цифровой вольтметр.

Рис. 9. Электрическая цепь с катушкой и конденсаторами

Примечание. Собранную цепь необходимо предъявить лаборанту или преподавателю на проверку.

2. По указанным на электрической схеме значениям напряжения и тока установить пределы измерения ЭИП, входящих в комплект К-540, определить цену деления ЭИП и проверить собранную цепь у лаборанта или преподавателя.

 

Предупреждение

Перед включением стенда в питающую сеть убедитесь, что ручка регулятора напряжения (лабораторного автотрансформатора — ЛАТР’а) находится в крайнем левом положении и подаваемое на стенд напряжение равно нулю.

3. С разрешения преподавателя включить стенд и вращением ручки регулятора напряжения (ЛАТР) установить рабочее напряжение U (В) (по указанию преподавателя) и в дальнейшем поддерживать его постоянным в течение всех опытов.

4. Провести опыты при емкости конденсаторов 40; 60; 130; 150 и 180 мкФ и результаты записать в табличную форму 3.1 (строки 1―6).

 

Предупреждение

В случае «зашкаливания» какого-либо из измерительных приборов переключите его предел измерения на ближайший больший и заново определите цену деления этого прибора, а также ваттметра.

5. Изменяя емкость конденсаторов от 70 до 110 мкФ ступенями через 10 мкФ, наблюдать за показаниями амперметра и установить режим резонанса напряжений по максимальному значению тока, после чего показания всех измерительных приборов записать в табличную форму 3.1
(строка 3).

Табличная форма 3.1

№ опыта	UO (В)	I (А)	P (Вт)	Uк (В)	Uc (В)	С ( мкФ)
2… …6

6. После выполнения опытов снизить напряжение до нуля и выключить стенд.

7. Результаты показать преподавателю, после чего разобрать электрическую цепь.

3.2. Содержание отчета

Представить в отчете все расчетные формулы, необходимые для определения указанных в табличной форме 3.2 параметров исследованной цепи последовательного соединения. По результатам измерений рассчитать эти параметры и заполнить таблицу.

Примечание. Все расчеты выполнять с точностью не меньшей, чем до третьей значащей цифры.

По полученным результатам для всех опытов построить в масштабе векторные диаграммы напряжений по уравнению U^{``</sup><sub>K</sub> + U<sup>``}c = U^{``</sup><sub>O</sub> (опыты 1―3) и по уравнению U<sup>``}c + U^{``</sup><sub>K</sub> = U<sup>``}_O (опыты 4―6).

Построить графики экспериментальных зависимостей I, U_K, U c (C)
в одной системе координат и сos φ₀, Z₀, X₀ (С) — в другой системе координат.

Табличная форма 3.2а

№ опыта	PK (Вт)	RK (Oм)	ZK (Ом)	XL (Ом)	jK (град)	L (Гн)	XC (Ом)	RO (Ом)
2…...6

Табличная форма 3.2б

№ опыта	XO (Ом)	ZO (Ом)	QL (ВAр )	Qc (ВAр )	QO (ВAр)	S (ВA)	сos jO	jO (град)
2…...6

Ответить письменно на контрольные вопросы:

1. Каковы основные характеристики и физический смысл резистивного, индуктивного и емкостного элементов? В чем заключается физическое отличие реального и идеального элементов?

2. Что такое сдвиг фаз j и как определить характер идеальных (L, C, R) и реальных элементов электрической цепи по сдвигу фаз на векторной диаграмме?

3. При каком условии в цепи возникает резонанс напряжений?

4. Какие значения при резонансе напряжений принимают величины I, P, Q, S? (Пояснить с помощью формул).

5. Каков физический смысл активной и реактивной мощности и единицы их измерения?

6. При каких условиях в последовательной цепи возникает явление перенапряжений?

Лабораторная работа 4

4.1. Параллельное соединение индуктивной катушки

и конденсатора

Цель работы состоит в изучении явления резонанса токов и особенностей режимов работы разветвленной цепи синусоидального тока с параллельным соединением приемников, обладающих активно-индуктивным и емкостным сопротивлениями.

Библиографический список:

1. Электротехника и электроника, т.1/ под ред. В.Г. Герасимова. —
М.: Энергоатомиздат, 1996.

2. Касаткин А.С., Немцов В.М. Электротехника. — М.: Энергоатом-
издат, 2000.

4.1.1. Порядок выполнения работы

1. Собрать электрическую цепь, используя измерительный комплект
К–540, а также катушку в качестве активно-индуктивного элемента
Z_K (R_K,X_L), батарею конденсаторов (емкостный элемент Z_C = X_C
R = 0) и два амперметра (1,0 А), расположенные на лицевой панели стенда (рис. 10).

Примечание. Собранную цепь необходимо предъявить лаборанту или преподавателю на проверку.

Рис. 10. Параллельное соединение индуктивной катушки
и конденсатора

2. По указанным на электрической схеме значениям напряжения и тока установ