Студопедия

Главная страница Случайная страница

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3




ГАРМОНИЧЕСКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ И ТОК В ЭЛЕМЕНТАХ ЦЕПИ R, L, C И ИХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОМ СОЕДИНЕНИИ

 

Цель работы - изучить взаимосвязь гармонических токов и напряжений в элементах цепи и их последовательном соединении.

 

ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАДАНИЕ

 

1. Подключите к плате исследуемой цепи (рис. 9) источник напряжения, вольтметр, микроамперметр, коммутатор. Кривыми линиями на рис. 9 показаны соединительные провода с однополюсными вилками. Соедините со стендом генератор АНР 1001 и осциллограф. Откалибруйте измерительные приборы, подготовьте их к измерениям.

На выходе генератора установите такое напряжение, чтобы ток в цепи был равен 1 мА.

Переключатель режимов синхронизации лабораторного стенда установите в положение синхронизации от блока усилителя «БУ» Запишите значения параметров цепи, указанные на плате.

 

2. На частоте f1 = 40 кГц вычислите реактивные сопротивления емкости XC, индуктивности XL и полное сопротивление последовательной RLC цепи Z. Результаты расчета внесите в табл. 3.

 

Таблица 3

Сопротивления элементов цепи

R, Ом XL , Ом XC , Ом Z, Ом
       

3. Измерьте напряжения и ток в цепи.

3.1. Устанавливая переключатель вольтметра на сменной панели стенда поочередно в положения UR, UL, UC, UR+UL+UC, измерьте соответствующие напряжения и ток в цепи I. Результаты занесите в табл. 4.

Таблица 4

Ток и напряжения в цепи

Величина I, мА UR , В UL , В UC , В U, В Uвыч , В d , %
Измерения              
Расчет           - -

 

3.2. Вычислите, исходя из измеренных значений UR, UL, UC, и занесите в табл. 4 значение напряжения Uвыч на последовательном соединении элементов R,L,C. Сопоставьте U и Uвыч, определите относительную погрешность d = | Uвыч - U | / U. Если ошибка превышает 15-20 %, уточните результаты измерений.

3.3. Для измеренного общего напряжения U и известных сопротивлений элементов цепи (табл. 3) вычислите значения тока I, напряжений на элементах цепи UR, UL, UC и внесите их в табл. 2. Сравните результаты расчетов и измерений.

3.4. По величинам U и I определите полное сопротивление цепи Zизм и сопоставьте его с вычисленным значением Z из табл. 3. Определите относительную погрешность определения сопротивления dz = | Z - Zизм | / Zизм.

 

4. Измерьте фазовые соотношения между гармоническими колебаниями в цепи.

4.1. Переключатель установите в положение «UR+UL+UC».



 

4.2. Подайте на входы коммутатора напряжений опорный сигнал (напряжение источника U) и напряжение на резисторе UR. Осциллограф подключите к выходу коммутатора и установите режим внешней синхронизации от блока усилителей БУ.

Получите устойчивое изображение на экране двух гармонических колебаний, сдвинутых во времени.

Разберитесь, какой осциллограмме соответствует напряжение U, а какой UR. Измерьте по экрану период колебаний Т и сдвиг во времени DtR напряжения UR относительно U, определите знак DtR (если UR опережает по фазе U, то величина DtR отрицательна, а иначе положительна).

Определите сдвиг фаз jR между UR и U по формуле

jR=-w´DtR.

Результат занесите в табл. 5.

4.3. Вместо UR подайте на вход коммутатора напряжение на индуктивности UL и аналогично предыдущему измерьте смещение по времени DtL и сдвиг фаз jL между UL и U. Результат внесите в табл. 5.

Таблица 5

Фазовые соотношения

Сдвиг фаз jR , рад jL , рад jC , рад
Эксперимент      
Расчет      

 

4.4. Аналогично вместо UL подайте на вход коммутатора напряжение на емкости UC , измерьте смещение по времени DtС и сдвиг фаз jC между UC и U, запишите полученное значение в табл. 5.

4.5. Используя значения сопротивлений в табл. 3, проведите расчет сдвигов фаз jR, jL, jC между напряжениями на элементах и общим напряжением цепи, результаты занесите в табл. 3. Сравните результаты.

4.5. Полагая начальную фазу источника напряжения равной нулю, определите по результатам измерений из табл. 5 начальные фазы тока yi в цепи и напряжений на резисторе yR , катушке индуктивности yL и конденсаторе yC . Занесите их в табл. 6.



Таблица 6

Начальные фазы колебаний

ye, рад yi, рад yR, рад yL, рад yC, рад
       

 

4.6. По результатам измерений определите сдвиг фаз j между общим напряжением и током в цепи.

4.7. Проанализируйте полученные результаты. При больших (более 15-20 %) погрешностях повторите измерения.

 

5. По результатам измерений в пунктах 3 и 4 с помощью линейки и транспортира постройте векторную диаграмму тока I и напряжений UR, UL, UC, U. Сложите графически векторы UR, UL и UC. Сравните результат с вектором U.

 

6. Тремя способами вычислите среднюю мощность, потребляемую цепью от источника:

P1 - по величинам напряжения U и тока I с учетом сдвига фаз между ними;

P2 - по величине тока I и значениям сопротивлений элементов цепи;

P3 - по значениям напряжений на элементах и их сопротивлениям.

Определите среднее значение потребляемой мощности

 

Pср =(P1+P2+P3)/3.

 

Результаты занесите в табл. 7.

Если возникают значительные погрешности, проанализируйте возможные причины.

 

Таблица 7

Потребляемая мощность

P1, Вт P2, Вт P3, Вт Pср, Вт
       

 

ДЛЯ ПЫТЛИВЫХ

 

7. Увеличьте частоту источника до f2=80 кГц. Изменяя уровень сигнала источника, добейтесь, чтобы ток в цепи остался прежним.

Измерьте напряжение U на последовательном соединении и сдвиг фаз j между напряжением и током в цепи. По резуПльтатам измерений вычислите модуль полного сопротивления цепи Z и потребляемую мощность P. Результаты занесите в табл. 8 и сравните с полученными ранее на частоте f1.

 

Таблица 8

Результаты измерений на частоте f2

I мА U В j рад Z Ом P Вт
         

 

8. При экспериментальном значении напряжения цепи U из табл. 8 на частоте 80 кГц проведите расчет сопротивления цепи Z, тока I, сдвига фаз j и мощности P. Сравните результаты расчета и эксперимента.

 


mylektsii.ru - Мои Лекции - 2015-2019 год. (0.007 сек.)Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав Пожаловаться на материал