Знакомство с приёмами измерения токов, напряжений и сопротивлений.

Лабораторная работа №1

«Исследование режимов работы и методов расчёта линейных цепей постоянного тока с одним и двумя источниками питания»

1.1. Цель работы:

Знакомство с приёмами измерения токов, напряжений и сопротивлений.

Закрепление навыков расчёта цепей постоянного тока с одним и несколькими источниками постоянного тока.

Исследование моста постоянного тока с резистивным и генераторным датчиком.

1.2. Краткие теоретические сведения:

Мостовая схема является разветвлённой схемой, но не является сочетанием последовательного и параллельного соединения элементов электрической цепи. Мостовые схемы нашли широкое распространение в измерительной технике, системах автоматики. При анализе полученных результатов в процессе опыта используется метод эквивалентного генератора (метод активного двухполюсника или метод холостого хода и короткого замыкания). Сущность его заключается в том, что всю цепь, за исключение сопротивления исследуемой ветви, заменяем одним источником – эквивалентным генератором и внутренним сопротивлением.

Расчёт по методу эквивалентного генератора сводится к следующему:

а) находится напряжение на зажимах разомкнутой ветви (напряжение холостого хода);

б) определяется входное сопротивление всей цепи при закороченном источнике ЭДС.

1.3. Величина резистора R₁ определяется из условия равновесия моста

R₁∙R₁₉ = R₁₈∙R₂₀ . (1.1)

Примечание: при этом ток I₃ = 0 (амперметр pA₃).

Величина сопротивления нагрузки R₂₁ определяется согласно закону Ома

. (1.2)

Сопротивление короткого замыкания R_К.З. определяется

, (1.3)

где U_X.X. – напряжение холостого хода, В;

I_К.З. – ток короткого замыкания, А.

Напряжение на выходе моста U_ВЫХ

, (1.4)

где .

Методика проведения опытов

1.4.1. Собрать схему по рис. 1.1. (С₂ – max, S₁₄ в верхнем положении).

 

Рис. 1.1. Схема исследования мостовой схемы постоянного тока с резистивным датчиком

 

Для определения параметров резистором R₂ устанавливается по вольтметру pV₅ напряжение в пределах 0…12 В. Значение выходного напряжения U_ВЫХ моста постоянного тока определяется следующим образом:

а) переключателем S₁₅ устанавливается режим холостого хода (Х.Х.) и вольтметром pV₁ измеряется напряжение Х.Х. (U_X.X.);

б) переключателем S₁₅ устанавливается режим короткого замыкания (К.З.) и амперметром pA₁ измеряется ток К.З. (I_К.З.).

Изменяя сопротивление R₁, экспериментально снимаем напряжение U_ВЫХ (таблица 1.1.).

Таблица 1.1.

U5, В	I3, A	U1, В	I1, A	R1, Ом	R21, Ом	UХ.Х., В	IК.З., А	RК.З., Ом

 

 

1.4.2. Собрать схему по рис. 1.2.

 

Рис. 1.2. Схема исследования электрической цепи постоянного тока с несколькими источниками питания

 

Испытания проводятся при расположении переключателя S₁₄ в нижнее положение (источник ЭДС E₁ включается). По вольтметру pV₅ устанавливается напряжение 0…12 В, изменяя величину ЭДС E₁ снимается экспериментально зависимость U_ВЫХ = f (E₁). Сопоставляется снятая зависимость U_ВЫХ = f (E₁) с зависимостью U_ВЫХ = f (R₁).

Расчёты производятся следующим образом:

Рассчитывается выходное напряжение U_ВЫХ по формуле:

, (1.6)

где .

Ток I₂₁ определяется методом контурных токов (рис. 1.3).

Измеренные и рассчитанные зависимости заносят в таблицу 1.2.

 

Рис. 1.3. Схема для определения контурных токов

Таблица 1.2.

U5, В	E1, В	UВЫХ, Ом	R21, Ом	I11, A	I22, A	I33, A	I18, A	I19, A	I20, A	I21, A

 

Программа работы.

Изучить схему управляемого выпрямителя измерительного моста.

1.5.2. При максимальном рассогласовании моста (R₁ = 10 кОм) с помощью вольтметра pV₁ и амперметра pA₁ определить величину сопротивления R₂₁.

1.5.3. При максимальном и минимальном значениях сопротивления R₁ рассчитать величину выходного напряжения моста и сравнить его с экспериментально снятым значением, используя метод эквивалентного генератора напряжения.

1.5.4. Экспериментально снять зависимость U_ВЫХ (R₁), убедиться в сопоставимости экспериментальных и расчётных зависимостей.

1.5.5. Методом контурных токов рассчитать величину выходного напряжения моста (рис. 1.3).

1.5.6. Снять экспериментальные зависимости U_ВЫХ (E₁) и провести сопоставление с зависимостями U_ВЫХ (R₁).

 

 

1.6. Контрольные вопросы.

Какие электрические цепи называются сложными?

Для какой цепи применяются мосты постоянного тока?

Можно ли уравновесить мост, изменяя сопротивление только одного из плеч моста?

Выводы по работе.

А

Лабораторная работа №2

«Исследование режимов работы и методов расчёта нелинейных цепей постоянного тока»

2.1. Цель работы:

Методика проведения опыта.

2.3.1. Собрать схему по рис. 2.3.

Рис. 2.3. Схема исследования мостовой схемы постоянного тока с нелинейным элементом

 

Исследуемый элемент стабилитрон VD7 нагружается с помощью измерительного моста постоянного тока путём изменения сопротивления R₁₄.

2.3.2. Для выполнения расчёта берём стабилитрон типа D818E с техническими данными: ΔU_СТ = 15%; U_СТ = 9 В при I_СТ = 10 мА; P_MAX = 300 мВт при t = 50 °C; r_СТ1 = 100 Ом при I_СТ = 3 мА; а также сопротивление резисторов берём такие: R₁₈ = R₂₀ = 5,1 кОм; R₁₉ = 10 кОм.

2.3.3. Входное напряжение стабилитрона U_ВХ. Устанавливается в пределах 0…12 В резистором R₂.

Программа работы.

Изучить принцип действия параметрического стабилизатора напряжения и электрическую схему включения стабилитрона на стенде совместно с управляемым выпрямителем и мостовой измерительной схемой в качестве нагрузки.

2.4.2. Рассчитать значение эквивалентного сопротивления нагрузки R_Н.ЭКВ..

2.4.3. Определить по закону Ома ток нагрузки при максимальном напряжении питания (устанавливается с помощью резистора R₂).

2.4.4. Рассчитать динамическое сопротивление стабилитрона R_Д.

2.4.5. Построить графическую зависимость U_ВХ(I_Н) и указать пределы изменения напряжения питания и нагрузки.

Результаты экспериментов и расчётов занести в таблицу 2.1.

Таблица 2.1.

N/N	U5, А	I1, A	R1, Ом	R22, Ом	R23, Ом	R24, Ом	RН.ЭКВ Ом	RД, Ом	I3, A	U1, B

 

2.5. Контрольные вопросы.

Выводы по работе.

3.

Лабораторная работа №3

«Исследование режимов работы электрической цепи переменного тока с последовательным соединением катушки индуктивности, резистора и конденсатора»

Цель работы

Программа работы.

3.3.1. Собрать схему (рис. 3.2).

Лабораторная работа №4

«Исследование режимов работы линии электропередачи переменного тока при изменении коэффициента мощности нагрузки»

Цель работы.

Программа работы.

4.3.1. Собрать схему (рис. 4.1), задать на вход схемы напряжение, указанное преподавателем, и снять показания приборов, необходимых для определения параметров катушки L₂.

4.3.2. Собрать схему (рис. 4.2), подать напряжение, указанное преподавателем, и, изменяя значение ёмкости C₂, настроить электрическую цепь в режим резонанса токов. Измеренные данные записать в таблицу 4.1.

Таблица 4.1.

№ п/п

Измерено

Вычислено

C2, мкФ

U2, В

I2, A

P1, Вт

I3, A

cosφ

IR18, A

IL2, A

y, См

q, См

bL, См

bC, См

b, См

 

4.3.3. По данным таблицы 4.1 построить графики I₂, I₃, cosφ = f(C₂).

Лабораторная работа №5

«Исследование трёхфазной цепи при соединении приёмников звездой»

Цель работы.

Программа работы.

5.3.1. Собрать схему (рис. 5.3).

Рис. 5.3. Схема электрическая принципиальная симметричной нагрузки при соединении приёмников звездой

Рис. 5.4. Схема электрическая принципиальная для нагрузки при соединении приёмников звездой

Снять параметры при симметричной нагрузке с нулевым проводом (опыт 1) и без него (опыт 2). Измеренные величины записать в таблицу 5.1.

Таблица 5.1

Схе-ма соед

Измерено

Вычислено

UA, В

UВ, В

UС, В

IA, A

IB, A

IC, A

IN, A

UЛ, В

UNn, В

rA, Ом

rВ, Ом

rС, Ом

P, Вт

S, ВА

Cosφ

5.3.2. По указанию преподавателя установить несимметричную нагрузку (рис. 5.4). Снять показания для трёхпроводной и четырёхпроводной цепи.

Лабораторная работа № 6

«Исследование трёхфазной цепи при соединении приёмников треугольником»

Цель работы.

Программа работы.

6.3.1. Собрать схему (рис. 6.4) симметричной нагрузки фаз, измерить все токи и напряжения. Измеренные данные записать в таблицу 6.1.

Рис. 6.4. Схема исследования трёхфазной цепи с симметричной нагрузкой при соединении приёмников треугольником

6.3.2. Собрать схему (рис. 6.5) и измерить параметры при:

а) несимметричной трёхфазной нагрузке;

б) обрыве фазы «AB»;

в) обрыве линии «A».

Рис. 6.5. Схема исследования трёхфазной цепи с несимметричной нагрузкой при соединении приёмников треугольником

 

А

Лабораторная работа №7

«Исследование параметров схемы замещения катушки индуктивности с замкнутым магнитопроводом и при наличии воздушного зазора в магнитопроводе»

Цель работы.

Программа работы.

7.3.1. Собрать схему для расчёта параметров R_m и X_m катушки индуктивности с замкнутым магнитопроводом.

Выводы по работе.

 

Лабораторная работа №1

«Исследование режимов работы и методов расчёта линейных цепей постоянного тока с одним и двумя источниками питания»

1.1. Цель работы:

Знакомство с приёмами измерения токов, напряжений и сопротивлений.