Протокол измерений к лабораторной работе №4 «Исследование цепи синусоидального тока»

Схема исследуемой электрической цепи представлена на рис. 1П.

Рис. 1П

Заданные параметры:

· напряжение U = В;

· частота f = Гц;

· резистор R= 10 Ом.

· индуктивность катушки L = мГн;

· емкость конденсатора С = мкФ;

Первая часть работы

Результаты измерений представлены в табл. 1П.

U, B	U1, B	U2, B	I1, мА	I2, мА	I3, мА	φ, град	Р, Вт

Предварительные расчеты

Активная мощность, потребляемая цепью:

Р = UI₁cosφ= = Вт.

Измеренная активная мощность из табл. 1П: Р = Вт.

По данным табл. 1П полное сопротивление:

• цепи Z = = Ом;

• участка 1 с напряжением U₁: Z₁ = = Ом;

• участка 2 с напряжением U₂ : Z₂₃ = = Ом;

• ветви с током I₂: Z₂ = = Ом;

• ветви с током I ₃: Z₃ = = Ом.

Вторая часть работы

Результаты измерений представлены в табл. 2П.

Таблица 2П

Участок 1 (U2 =0)	Участок 2 (U1 =0)	Ветвь I2 (I3 =0)	Ветвь I3 (I2 =0)
U, B	I, мА	φ, град	U, B	I, мА	φ, град	U, B	I, мА	φ, град	U, B	I, мА	φ, град

 

Предварительные расчеты.

По данным табл. 2П комплексные сопротивления:

• участка 1: = Ом;

• участка 2: = Ом;

• ветви с током I₂: = Ом;

• ветви с током I₃: = Ом.

Сравните с результатами, полученными в части 1 работы.

Работу выполнили:_________________

Работу проверил:__________________

 

Содержание отчета

Нарисовать схему замещения исследуемой электрической цепи, указать величины параметров цепи.

По результатам измерений (табл. 1П протокола) построить в масштабах векторные диаграммы напряжения и тока.

Рассчитать токи и напряжения методом преобразований. При расчете из протокола наблюдений взять входное напряжение и комплексные сопротивления ветвей. Все расчеты проводить в комплексной форме. Сравнить результаты расчета с экспериментальными данными (табл. 1П).

Для исследуемой цепи записать в комплексной форме уравнения по законам Кирхгофа. Используя результаты, полученные в п, 3, проверить численно выполнение этих уравнений.

Записать уравнения баланса активных и реактивных мощностей. Проверить выполнение баланса, используя результаты, полученные в п. 3

Лабораторная работа № 5

Исследование цепи синусоидального тока с индуктивно связанными элементами

Целью работы является экспериментальное исследование цепи синусоидального тока, содержащей участки с индуктивно связанными элементами.

Общие сведения

На рис. 5.1 показан контур 1 с электрическим током Магнитный поток, создаваемый этим током и сцепленный с этим контуром, называется потоком самоиндукции Ф_1L.

 

Рис. 5.1

Расчетная величина потокосцепление самоиндукции контура 1 или неразветвленной электрической цепи обозначается ѱ _1L. В линейной электрической цепи потокосцепление ѱ _1L = L₁i₁, где L₁ собственная индуктивность или просто индуктивность контура 1.

При протекании переменного тока в окружающем контур или электрическую цепь пространстве создается переменный магнитный поток. В контуре индуцируется э. д. с. самоиндукции, а на зажимах цепи возникает напряжение самоиндукции

Если часть магнитного потока индуктивности L₁ сцепляется с витками контура 2, в нем возникает магнитный поток взаимной индукции Ф_2М. В линейной электрической цепи потокосцепление взаимной индукции определяется выражением , где М₂₁взаимная индуктивность контуров 1 и 2.

При изменении магнитного потока взаимной индукции во втором контуре возникает э. д. с. взаимоиндукции. Напряжение взаимоиндукции

Напряжение на индуктивно связанных элементах электрической цепи определяются составляющими напряжений само- и взаимоиндукции. Если собственная индуктивность контура 2 L₂, а напряжения на их зажимах u₁ и u₂, то в установившемся режиме в комплексной форме записи получаем:

Для последовательного согласного включения индуктивно связанных катушек (рис. 5.2) при можно записать

Рис. 5.2

Комплексное эквивалентное сопротивление цепи

Эквивалентное активное и реактивное сопротивления цепи:

Для последовательного встречного включения катушек (рис. 5.3)

Комплексное эквивалентное сопротивление цепи

эквивалентное активное и реактивное сопротивления цепи:

 

Поскольку больше , то полное сопротивление больше . Это позволяет экспериментально определить одноименные зажимы индуктивно связанных катушек.

Рис. 5.3

2. Содержание и порядок выполнения работы

В лабораторной работе используется источник синусоидального напряжения из модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР.

Измерения выполняются компьютерным измерительным комплексом (смотри п 1.4 введения). Ввод данных в компьютер выполняет модуль ВВОД-ВЫВОД. Входы 1 и 5 при их совместном использовании измеряют угол сдвига фаз φ между мгновенными значениями синусоидальных напряжения u₁, и тока i₁. При емкостном характере цепи в окне φ на экране монитора появляется величина угла 0...-90⁰.

Пассивные элементы электрической схемы выбирают из блоков МОДУЛЬ РЕЗИСТОРОВ и РЕАКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ.

Определение параметров индуктивно связанных катушек

· Собрать электрическую цепь по схеме, приведенной на рис. 1П протокола измерений.

· Проверить собранную электрическую цепь в присутствии преподавателя.

Запустить информационно-измерительный комплекс DeltaProfi. Для этого:

· Включить компьютер, дождаться окончания загрузки Windows;

· Запустить программу DeltaProfi. Появится окно программы.

· Выбрать работу «Работа №5 - Исследование цепи синусоидапьного тока с индуктивно связанными элементами - Определение параметров индуктивно связанных катушек» в меню «Работы» или нажав кнопку «Выбор работы...». На экране появится схема лабораторной работы

· Запустить программу в работу, нажатием кнопки «Пуск» или командой главного меню «Управление - Пуск» или горячей клавишей F5.

· Включить автоматический выключатель QF блока МОДУЛЬ ПИТАНИЯ и тумблеры Сеть модулей ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР и ВВОД-ВЫВОД. Переключатель Форма установить в положение ~. Установить регулятором Частота значение частоты f = 100... 200 Гц. Частоту f записать в протокол.

· Регулятором Амплитуда модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР установить действующее значение напряжения и₁ 6-7 В.

· Выполнить компьютерным измерительным комплексом измерения действующих значений напряжений u₁ и и₂, тока i₁, и угла сдвига фаз φ. Все измеренные величины занести в табл. 1П.

· Повторить измерения, поменяв местами индуктивности L₁ и L₂. Измеренные величины занести в табл. 1П.

· Выключить тумблер Сеть модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР.

· Выполнить указанные в протоколе измерений расчеты.

Последовательное соединение индуктивно связанных катушек

· Собрать электрическую цепь по схеме, приведенной на рис. 2П.

· Выбрать работу «Работа №5 - Исследование цепи синусоидального тока с индуктивно связанными элементами - Последовательное соединение индуктивно связанных катушек» в меню «Работы» или нажав кнопку «Выбор работы...». На экране появится схема лабораторной работы.

· Включить тумблер Сеть модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР

· Экспериментально определить одноименные зажимы катушек.

· Соединить катушки последовательно согласно. Регулятором Амплитуда модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР, установить напряжение U = 7 В.

· Выполнить компьютерным измерительным комплексом измерения действующих значений напряжений и, и₁ и и₂, тока i и угла сдвига фаз φ. Измеренные величины занести в таблицу 2П.

· Соединить катушки последовательно встречно. Выполнить измерения предыдущего пункта. Измеренные величины занести в таблицу 2П.

· Выключить тумблер Сеть модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР

Параллельное соединение индуктивно связанных катушек

• Собрать электрическую цепь по схеме, приведенной на рис. ЗП.

• Соединить катушки согласно (одноименные зажимы подключены к узлу).

• Выбрать работу «Работа №5 - Исследование цепи синусоидального тока с индуктивно связанными элементами - Параллельное соединение индуктивно связанных катушек» в меню «Работы» или нажав кнопку «Выбор работы». На экране появится схема лабораторной работы.

• Включить тумблер Сеть модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР.Регулятором Амплитуда установить на выходе модуля напряжение (U = 6 - 7 В.

• Выполнить измерения компьютерным измерительным комплексом. Измеренные величины занести в табл. ЗП.

• Соединить катушки встречно. Выполнить измерения предыдущего пункта. Измеренные величины занести в табл. ЗП.

• Выключить тумблеры Сеть модулей ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР и ВВОД- ВЫВОД

• Выключить автоматический выключатель QF модуля питания.

• Протокол измерений утвердить у преподавателя.

Окончить работу программы DeltaProfi. Для этого:

• Остановить программу, нажатием кнопки «Стоп» или командой главного меню «Управление - Стоп» или горячей клавишей F6.

• Закрыть программу.

Протокол измерений к лабораторной работе № 5 «Исследование цепи синусоидального тока с индуктивно связанными элементами»

Определение параметров индуктивно связанных катушек

Схема исследуемой электрической цепи представлена на рис. 1П. Частота f = Г ц.

Рис. 1П Экспериментальные данные представлены в табл. 1П.

Таблица 1П

К выходу генератора подключена катушка L1	К выходу генератора подключена катушка L2
U1, B	I1, мА	φ1,град	U2, B	U1, B	I1, мА	φ1,град	U2, B

 

Предварительные расчеты параметров катушек

 

К выходу генератора подключена катушка L1
= = Ом	= = Ом
= = Ом	= = Ом
К выходу генератора подключена катушка L2
= = Ом	= = Ом
= = Ом	= = Ом

 

Последовательное соединение катушек

Рис. 2П

 

Таблица 2П

Согласное соединение катушек	Встречное соединение катушек
U, B	I, мА	U 1, B	U 2, B	φ, град	U, B	I, мА	U 1, B	U 2, B	φ, град
= Ом	= Ом