Материал: mulp (1)
Теоретические основы электротехники. Часть 1, 2: методические указания к выполнению лабораторных работ
Указание. В максимуме PН 0.RН
Программа работы
1. Собрать цепь по схеме, изображенной на рис. 2.3.
2. С помощью управляющей клавиши 1 установить ключ в нижнее положение (ключ разомкнут). Внести показания приборов в табл. 2.1 (режим холостого хода).
3. Перевести ключ в верхнее положение (ключ замкнут), и с помощью управляющей клавиши R установить реостат в положение RH=0 (режим короткого замыкания). Показания приборов записать в ту же таблицу.
4. Исследовать работу активного двухполюсника под нагрузкой
(5 опытов). При этом RH следует устанавливать такой величины, чтобы |
|
приращения тока при изменении от 0 до IКЗ были примерно одинаковы- |
|
ми, в том числе при I=IКЗ/2. Показания приборов также |
внести |
в табл. 2.1. |
|
5. Определить параметры эквивалентного генератора ЕГ |
и RГ |
по данным опытов холостого хода и короткого замыкания. |
|
6. Определить ЕГ и RГ по методу двух нагрузок. Для расчета следует выбрать такие два опыта, токи в которых отличались бы друг
от друга не менее, чем в 2 раза. |
|
|
|
|
RН |
|
|||||
7. Вычислить мощность нагрузки РН, КПД и величину ln |
|
||||||||||
R |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Г |
||
для всех значений сопротивления RН. Результаты расчетов по пп. 5, 6 ,7 |
|||||||||||
внести в табл. 2.1. |
|
|
|
|
|
Таблица 2.1 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Е =…В; R1 = …Ом; R2 = …Ом; R3 = …Ом; ЕГ =…В; RГ =…Ом |
|||||||||||
Опыт |
|
I1 |
I |
Uab |
RН |
ln(RН/RГ) |
РН |
|
|
||
|
мА |
мА |
В |
Ом |
– |
Вт |
|
– |
|||
|
|
|
|||||||||
Холостой ход |
|
|
0 |
UХХ=… |
|
|
0 |
|
0 |
||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 (I=IКЗ/2) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Короткое |
|
|
IКЗ=… |
0 |
0 |
– |
0 |
|
0 |
||
замыкание |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
16
Теоретические основы электротехники. Часть 1, 2: методические указания к выполнению лабораторных работ
8. Построить по данным табл. 2.1 внешнюю характеристику генератора,Uab f (I) , и (в тех же осях) вольтамперную характеристику на-
грузки с сопротивлением RН = const, в соответствии с вариантом. Определить ток нагрузки.
9.Для того же сопротивления нагрузки вычислить ток по формулам Тевенена – Гельмгольца и Нортона – Поливанова.
10.Построить зависимость мощности нагрузки от соотношения со-
противлений нагрузки и генератора в логарифмическом масштабе
P f |
ln |
RH |
|
. Из графика найти сопротивление RН, при котором мощ- |
|
||||
H |
|
R |
|
|
|
|
Г |
|
|
ность |
нагрузки максимальна. Сравнить полученное сопротивление |
|||
с найденным теоретически при подготовке к работе. Построить также
зависимость f (PГ).
11. Построить по данным табл. 2.1 в одних осях зависимости вырабатываемой мощности в исходной схеме PВ1(I1) E I1 и вырабатываемой
мощности в схеме эквивалентного генератора PВ2 (I) EГ I . Сравнить
полученные графики.
12. Сравнить параметры эквивалентного генератора, вычисленные двумя способами, и значения тока нагрузки, которые определены по двум формулам и по внешней характеристике генератора. Проанали-
зировать зависимости P |
f |
|
RH |
|
и f (P ) . |
|
|
||||
H |
|
R |
H |
||
|
|
|
Г |
|
|
13. Сделать общие выводы по работе.
Содержание отчета
1.Наименование и цель работы.
2.Схема электрической цепи.
3.Ответы на вопросы подготовки к работе.
4.Табл. 2.1, пример расчёта одной строки.
5.Расчеты для п. 9.
6.Графики для п.п. 8, 10, 11.
7.Выводы.
Рекомендуемая литература: [1, с.51–54], [3, с.38–40], [4, с.210–214], [6, с. 62–67].
17
Теоретические основы электротехники. Часть 1, 2: методические указания к выполнению лабораторных работ
Лабораторная работа № 3. Конденсатор и катушка индуктивности в цепи
синусоидального тока
Цель работы. Научиться определять параметры конденсатора и катушки индуктивности с помощью амперметра, вольтметра и фазометра, строить векторные диаграммы, а также проверить выполнение законов Кирхгофа в цепи синусоидального тока.
Пояснения к работе
Реальный конденсатор, в отличие от идеального, обладает некоторыми тепловыми потерями энергии из-за несовершенства изоляции. В расчетах электрических цепей такой конденсатор представляют обычно параллельной схемой замещения.
Параметры этой схемы – g и С – можно экспериментально опреде-
лить по показаниям амперметра I, вольтметра U и фазометра следующим образом.
Сначала найти по закону Ома полную проводимость конденсатора y UI ,
потом активную ( g ycos ) и емкостную (bC ysin ) проводимости, а затем по известной угловой частоте синусоидального напряжения
сети ( = 314 рад/с) подсчитать емкость C bC .
При параллельном соединении элементов R, L, C по законам Ома и Кирхгофа в комплексной форме для входного тока имеем:
I IR IL IC UY ,
где Y g jb ye j – комплексная проводимость;
g – активная проводимость;
b bL bC – реактивная проводимость;
у– полная проводимость;
arctg bg – угол сдвига фаз напряжения и тока;
bL 1L – индуктивная проводимость; bC = С – емкостная проводимость.
18
Теоретические основы электротехники. Часть 1, 2: методические указания к выполнению лабораторных работ
Напряжение на конденсаторе отстает по фазе от тока (угол сдвига
фаз < 0, b bC , так как |
bL 0 ). |
Угол потерь, характеризующий несовершенную изоляцию конденсатора, равен arctg gC ; очевидно, tg tg(900 ).
Реальная катушка индуктивности также обладает тепловыми потерями в отличие от идеальной катушки. Эквивалентную схему замещения такой катушки обычно представляют в виде последовательного соединения элементов R и L. Эти параметры можно экспериментально определить по показаниям вышеупомянутых приборов, воспользовавшись формулами:
Z UI , R Z cos , X Z sin , L X .
При последовательном соединении элементов R, L, C по законам Ома и Кирхгофа в комплексной форме входное напряжение равно:
U ,
где Z R jX Ze j – комплексное сопротивление;
R – активное сопротивление;
Х = ХL – ХC – реактивное сопротивление; Z – полное сопротивление;
arctg XR – угол сдвига фаз напряжения и тока; XL = L – индуктивное сопротивление;
XC 1C – емкостное сопротивление.
Ток в катушке отстает по фазе от напряжения (угол сдвига фаз > 0, X = XL, так как ХC = 0). Тангенсом этого угла оценивается добротность ка-
тушки: QL tg XRL .
Подготовка к работе
Проработав теоретический материал, ответить на вопросы.
1.Какие физические явления отражают в схеме замещения конденсатора элементы g, C, а в схеме замещения катушки индуктивности – элементы R, L?
2.Что такое активная, емкостная, индуктивная, реактивная, полная проводимости? Как они связаны между собой?
19
Теоретические основы электротехники. Часть 1, 2: методические указания к выполнению лабораторных работ
3.Что такое активное, емкостное, индуктивное, реактивное, полное сопротивления? Как они связаны между собой?
4.В каких пределах может изменяться угол сдвига фаз напряжения и тока на входе пассивного двухполюсника?
5. Записать уравнение первого закона Кирхгофа для схемы рис. 3.1 (ключ К замкнут, 0 < R1 < ) и уравнение второго закона для схемы рис. 3.2 (0 < R1 < ) как для мгновенных, так и для комплексных значений токов и напряжений.
|
A |
A2 |
|
|
|
A |
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
~ |
V |
R1 |
C |
g |
~ |
V |
V1 |
|
|
|
|
|
|
R2 |
L |
|
|
Рис. 3.1 |
|
|
|
Рис. 3.2 |
|
ИССЛЕДОВАНИЕ АКТИВНО-ЕМКОСТНОЙ ЦЕПИ
Схема электрической цепи
Схема активно-емкостной цепи, исследуемой в работе, показана на рис. 3.3. Питание осуществляется от источника синусоидального напряжения с частотой 50 Гц и действующим значением напряжения
100 В.
Конденсатор в схеме представлен блоком, который нужно выбрать в поле компонентов из набора cond1 cond10 в соответствии с вариантом.
Для управления положением ключа служит клавиша 1. При разомкнутом ключе можно по показаниям приборов определить параметры схемы замещения конденсатора, состоящей из параллельно включенных C и R.
20