Лабораторная работа №3. Исследование неразветвлённой электрической цепи однофазного синусоидального тока

3.1 Цель работы

Целью работы является экспериментальная проверка законов Ома и Кирхгофа для неразветвлённых цепей переменного тока, построение векторных диаграмм.

3.2 Подготовка к работе

3.2.1 Повторить раздел курса ТЭЦ «Линейные электрические цепи однофазного синусоидального тока».

3.2.2 Записать закон Ома и второй закон Кирхгофа в комплексной форме для схем (рисунки 3.1;3.3).

3.2.3 Как перейти от комплексного тока (напряжения) к его мгновенному значению?

3.2.4 Что называется действующим значением электрических величин (тока, напряжения, ЭДС).

3.2.5 Рассчитать емкостное сопротивление , индуктивное сопротивление , полное сопротивление Z для цепей (рисунок 3.1;3.3) согласно заданному варианту (таблица 3.1). Результаты занести в таблицы 3.2; 3.3; 3.4.

3.2.6 Рассчитать комплексные и действующие значения токов в заданных электрических цепях и напряжений на каждом элементе (рисунки 3.1 3.3) по параметрам своего варианта (таблица 3.1). Результаты занести в таблицы 3.2; 3.3; 3.4.

3.2.7 Рассчитать активную, реактивную и полную мощности для схем (рисунок 3.1;3.3). Результаты занести в таблицы 3.2; 3.3; 3.4.

3.2.8 Построить по результатам расчётов векторные диаграммы токов и напряжений для схем (рисунок 3.1;3.3).

3.2.9 Построить п результатам расчетов треугольники сопротивлений и мощностей для схем (рисунок 3.1;3.3).

3.3 Порядок выполнения работы

3.3.1 Собрать цепь по схеме (рисунок 3.1); установить параметры цепи, согласно заданному варианту (таблица 3.1). Измерить ток и напряжения на каждом элементе. Результаты занести в таблицу 3.2.

Рисунок 3.1

Таблица 3.1

№ варианта
R, Ом
С, мкФ	0,1	0,08	0,1	0,3	0,05	0,2
L, мГн
f, кГц
U, В

Таблица 3.2

Вид исследований

R, Ом

C, мкФ

f, Гц

U, B

, Ом

Z, Ом

UR, B

UC, B

I, мA

P, Вт

Q, Вар

S, ВА

Теоретический расчет

Эксперимент

3.3.2 Собрать цепь по схеме (рисунок 3.2) по данным своего варианта (таблица 3.1). Измерить ток и напряжения на каждом элементе. Результаты занести в таблицу 3.3.

Рисунок 3.2

Таблица 3.3

Вид исследований

R, Ом

L, мГн

f, Гц

U, B

, Ом

Z, Ом

UR, B

UL, B

I, мA

P, Вт

Q, Вар

S, ВА

Теоретический расчет

Эксперимент

3.3.3 Собрать цепь по схеме (рисунок 3.3) по данным своего варианта (таблица 3.1) Измерить ток и напряжения на каждом элементе. Результаты занести в таблицу 3.4.

Таблица 3.4

Вид исследований

U, B

XС, Ом

XL, Ом

X., Ом

Z, Ом

UС, В

UR, B

UL, B

I, мA

P, Вт

Q, Вар

S, ВА

Теоретический расчет

Эксперимент

Рисунок 3.3

3.4 Обработка результатов экспериментов

3.4.1 Для схем (рисунок 3.1 3.3) по результатам экспериментов построить в масштабе векторные диаграммы.

3.4.2 Проверить закон Ома и второй закон Кирхгофа по экспериментальным данным для схем (рисунок 3.1 3.3). Определить величину полного сопротивления, сos j.

3.4.3 По результатам экспериментов определить активную Р, реактивную Q и полную S мощности цепи. Проверить соотношения, связывающие эти мощности. Нарисовать в масштабе треугольники сопротивлений и мощностей.

3.5 Методические указания

3.5.1 Построение векторных диаграмм тока и напряжений для RL- цепи (рисунок 3.1) показано на рисунке 3.4 а). Вектор напряжения на активном сопротивлении совпадает по фазе с вектором тока , а вектор напряжения на индуктивности опережает вектор тока на . Входное напряжение опережает вектор тока на угол . Треугольник напряжений показан на рисунке 3.4 б).

а) б) в) г)

Рисунок 3.4

3.5.2Экспериментальное действующее значение входного напряжения определяется по формуле: . Угол вычисляется по формуле , а .

3.5.3 Комплексное сопротивление для RL-цепи (рисунок 3.1) рассчитывается по формуле Z=R+j L=R+j2pfL=R+jX_L, полное сопротивление Z= .

3.5.4 По экспериментальным данным полное сопротивление рассчитывается по формуле Z= , активная составляющая R= , реактивная составляющая X_{L= .}

3.5.5 Проверить соотношения, связывающие активную,реактивную и полную мощности Р, Q, S можно по формулам: Р=UIcos , Q=UIsin , S=UI= , Р=I R, Q=I X_L, S=I Z.

Аналогично выполняются расчеты для схем 3.2, 3.3.