2 Лабораторная Электротехника и электроника
Полное задание в демо файле,
часть для поиска ниже
_
Ссылка на лабу 1 - https://studwork.cc/shop/534547-1-laboratornaya-elektrotehnika-i-elektronika
Ссылка на лабу 3 - https://studwork.cc/shop/534565-3-laboratornaya-elektrotehnika-i-elektronika
Лабораторная работа 2 «Последовательное соединение R, L, C элементов. Резонанс напряжений»
Лекция 2.3. Пассивный двухполюсник в цепи переменного тока. Частотные свойства электрической цепи. Резонанс
Цель работы – исследование последовательного включения R, L, Сэлементов в цепи синусоидального тока при изменении ёмкости.
Задачи:
· изучить условия возникновения и признаки резонанса напряжения;
· научиться строить векторные диаграммы напряжений и токов, треугольники сопротивлений и мощностей.
1. Порядок запуска виртуальной лабораторной работы (ВЛР)
1.1. Получите доступ к виртуальному рабочему столу. Инструкция по доступу прилагается к заданию в курсе.
1.2. Откройте на виртуальном рабочем столе папку «Лабораторные работы», выберите папку Professionalgroup, в ней запустите двойным щелчком программу Выполнить.
1.3. Одинарным щелчком выберите группу «Электротехника (для неэлектрических специальностей)».
1.4. Из развернувшегося перечня выберите одинарным щелчком лабораторную работу «Последовательное соединение R, L, C элементов. Резонанс напряжений».
1.5. По одинарному щелчку вам доступны файлы ВЛР «Методические материалы» и «Виртуальная лаборатория» (рис.1).
Рис. 1. Файлы ВЛР
Выход из «Методических материалов»–
(стрелка «влево» на зеленом фоне в левом нижнем углу экрана). Выход из «Виртуальной лаборатории» – клавиша F10.
!Используйте сочетание клавиш Ctrl+Alt, чтобы курсор мыши имел возможность свернуть или уменьшить размер окна виртуального стола. Тогда вы сможете работать и на своем компьютере за пределами виртуального рабочего стола, и возвращаться обратно (рис.2).
Рис.2. Личный рабочий стол и виртуальный
2. Теоретическая часть
Последовательное соединение
Если цепь, содержащую последовательно соединённые элементы R, L, С (рис.3), подключить к источнику синусоидального напряжения (формула 1):
то в электрической цепи установится ток (формула 2):
Рис.3. Последовательное соединение R,L,C элементов
Закон Ома для приведенного выше участка электрической цепи запишется следующим образом (формула 3):
где z–полное сопротивление цепи;
xL, xC – соответственно,индуктивное и емкостноесопротивленияцепи;
разность
называют реактивным сопротивлением цепи.
Индуктивное и емкостное сопротивления проявляют зависимость от частоты и находятся по формулам 4 и 5:
(4)
В цепях переменного тока различают активную, реактивную (индуктивную и ёмкостную) и полную мощности цепи. Активная мощность аналитически определяется по формуле 6:
Экспериментальным путем активную мощность измеряют ваттметром.
Реактивная мощность в электрической цепи определяется по формуле 7:
Экспериментальным путем реактивную мощность измеряют варметром.
Полную мощность в электрической цепи определяют по формуле 8:
Если при последовательном соединении R, L, C элементов равны индуктивное и емкостное сопротивления
, то в цепи наступит режим резонанса напряжений. Признаком его является максимальный ток, который определяется по формуле 9:
Коэффициент мощности (cosj) в этом случае равен единице, ток и напряжение совпадают по фазе, реактивная мощность равна нулю, а полная мощность равна активной (формула 10):
3. Оборудование
3.1. Активные клавиши
Для работы в этой лабораторной работе применяются следующие клавиши (рис. 4):
W, S, A, D– для перемещения в пространстве;
F2, Е – аналоги средней клавиши мыши-манипулятора (при первом нажатии берется объект, при последующем – ставится);
Ctrl– присесть;
F10 – выход из программы.
Рис. 4. Активные клавиши клавиатуры и мыши-манипулятора
Левая клавиша мыши (1) – при нажатии и удерживании обрабатывается (поворачивается, переключается) тот или иной объект.
Средняя клавиша (2) – при первом нажатии (прокрутка не используется) берется объект, при последующем – ставится (прикрепляется). Правая клавиша (3) – появляется курсор-указатель (при повторном – исчезает).
Примечание: при появившемся курсоре невозможно перевести взгляд вверх и в стороны.
3.2. Оборудование для лабораторной работы
Рис. 5. Внешний вид лабораторного стенда
В лаборатории у стены находится стенд (рис. 5) для проведения испытания. Стенд состоит из вертикальной и горизонтальной панелей.
Вертикальная панель содержит элементы схемы и разделена на 2 зоны. Линиями красного цвета изображены провода, соединяющие схему.
На схеме присутствуют элементы управления (рис. 6) – регулируемые сопротивления на 150 Ом. Изменение сопротивления происходит за один оборот (360°) – от 0 до 150 Ом.
Рис. 6. Одно из положений регулируемого сопротивления
Элемент управления на панели 2 (рис. 7) – набор конденсаторов с кнопками справа. Кнопка за одно нажатие «вжимается» внутрь и находится в таком состоянии до выключения. Общая емкость составляет сумму всех включенных кнопок. Красная кнопка – ключ: замыкает и размыкает схему. Если красная кнопка вдавлена внутрь – схема замкнута.
Рис.7. Вид панели 2
На горизонтальной панели находится источник питания (рис. 8) (от 0 до 220 В) переменного тока. Регулировка напряжения осуществляется при помощи поворотного регулятора (ЛАТРа) снизу источника. Для включения источника питания в работу необходимо следующее.
1. Включить сеть стенда (кнопка ВКЛ слева – загорится лампочка СЕТЬ, выключение – кнопкой ВЫКЛ).
2. Включить кнопку под лампочкой (два положения: вдавлена внутрь – включено, загорается лампочка; не вдавлена – выключено).
Рис.8. Регулируемый источник питания
4. Порядок выполнения работы
На стенде собрана цепь по схеме рис.3.
4.1. Включите стенд в сеть. Включите источник питания.
4.2. Установите ЛАТРом напряжение U= 25 В.
4.3. Изменяя ёмкость батареи конденсаторов нажатием кнопок на панели 2, добейтесь резонанса в цепи.
4.4. Снимите показания приборов и занесите в табл. 1.
Таблица 1
Экспериментальные данные исследуемой электрической цепи
Емкость
С, мкФ
Измеренные значения
U, B
I, A
UR, B
UC, B
UК, B
P, Вт
4.5. Отступая от резонансной емкости Срез с шагом DС = 30мкФ в сторону увеличения и уменьшения емкости, выполните по 5 измерений. Результаты измерений занесите в табл. 1.
4.6. По результатам измерений вычислите величины, указанные в табл. 2.
Таблица 2
Расчетные данные исследуемой электрической цепи
Емкость С, мкФ
Рассчитанные значения
Zk, Ом
Rk, Ом
XL, Ом
L, Гн
Uk, В
UL, В
cosj
cosjk
XC, Ом
XL–XC, Ом
Q,вар
S, BA
4.7. Сравните параметры (RK, L), полученные по результатам вычислений, между собою и с паспортными данными катушки.
Относительная погрешность измерений (формула 11):
4.8. Постройте векторные диаграммы для резонанса (j = 00 ) и для случаев j< 00 и j> 00.
4.9. Постройте треугольники сопротивлений и мощностей для этих же случаев.
4.10. Постройте в одной системе координат и проанализируйте графики зависимостей UL(C), UC(C), I(C), cosj(C).
Формулы для расчета лабораторной работы
Zk = Uk/ I,
Pk = P– PR,
Uk = I
Rk,
cosj = P/(UI),
Xc = Uc / I,
PR = UkI,
Rk = Pk / I2,
UL=XLI,
cosjk = Pk/ (UkI) = Rk/ Zk,
Q = I2(XL–XC),
S = UI,
.
5. Отчет
Скачайте титульный лист и бланк выполнения лабораторной работы. Отчет по лабораторной работе должен содержать:
· титульный лист с Ф. И. О. студента, группой (стандартный, в курсе);
· цель работы, описание оборудования и электрическую схему (бланк);
· описание выполнения работы (бланк);
· выполненные задания из раздела 4,заполненные табл. 1, 2 в бланке выполнения лабораторной работы 2;
· выводы и ответы на контрольные вопросы (бланк).
6. Контрольные вопросы
1.
Начертить векторную диаграмму для произвольной цепи, содержащей последовательное соединение элементов R, L, C.
2. Что изменится в векторной диаграмме, если исключить из схемы какой-либо элемент?
3. Как зависят индуктивное, емкостное и активное сопротивления от частоты тока?
4. Как определяется активная, реактивная и полная мощности цепи катушки?
5. Назовите условия возникновения и признаки резонанса напряжения.
6. Каким способом можно добиться резонанса в цепи?
7. Объясните ход кривых, полученных в лабораторной работе.
