Лабораторная работа №1
Исследование идеальных элементов электрической цепи
Цель работы
1. Приобрести навыки в области моделирования и анализа электрических схем с помощью виртуальной онлайн лаборатории.
2. Ознакомиться с моделями оборудования и измерительных приборов, применяемых в реальных электротехнических лабораториях.
3. Приобрести навыки чтения принципиальных электрических схем.
2. Ознакомиться с моделями оборудования и измерительных приборов, применяемых в реальных электротехнических лабораториях.
3. Приобрести навыки чтения принципиальных электрических схем.
Содержание работы
1. Исследовать электрическую цепь синусоидального тока, содержащую резистор.
2. Исследовать электрическую цепь синусоидального тока, содержащую катушку индуктивности.
3. Исследовать электрическую цепь синусоидального тока, содержащую конденсатор.
2. Исследовать электрическую цепь синусоидального тока, содержащую катушку индуктивности.
3. Исследовать электрическую цепь синусоидального тока, содержащую конденсатор.
Порядок выполнения работы
1. Собрать в виртуальной лаборатории Circuit Simulator, с помощью изученных методов, схему электрической цепи синусоидального тока для исследования резистивного, индуктивного и емкостного элементов (рисунок 14). В результате должна получиться схема, похожая на ту, которая приведена на рисунке 15. Ваша схема может отличаться от нее, т.к. важны электрические соединения, а не внешний вид схемы. Но правилами хорошего составления схем считаются следующие:
а) вход схемы или источник питания расположен слева, а выход или потребители справа;
б) проводники изгибаются под прямым углом;
в) схема скомпонована так, чтобы она занимала наименьшее возможное место и была удобна для чтения;
г) все элементы имеют позиционные обозначения, нумерация которых расставлена слева - направо, сверху - вниз.
а) вход схемы или источник питания расположен слева, а выход или потребители справа;
б) проводники изгибаются под прямым углом;
в) схема скомпонована так, чтобы она занимала наименьшее возможное место и была удобна для чтения;
г) все элементы имеют позиционные обозначения, нумерация которых расставлена слева - направо, сверху - вниз.
Рисунок 14
Рисунок 15
Особенностью схемы 15 является наличие внутреннего сопротивления источника R0. Это сопротивление нужно для моделирования конденсатора. Без R0 иногда в схеме будет происходить которое замыкание и программа будет выдавать ошибку.
Кроме того на рисунке 15 для удобства работы и анализа данных добавлен ползунок изменения частоты источника, а также выведены осциллограммы напряжений на резисторе, катушке индуктивности и конденсаторе.
2. Установить параметры источника переменного напряжения и элементов схемы согласно Вашего варианта.
Обратите внимание на то, что нужно задать действующее значение напряжения источника, а в программе задается амплитудное. Для получения амплитудное значения напряжения нужно действующее напряжение (оно дано в таблице 2) разделить на корень квадратный из двух. Например, если дано напряжение источника U = 200 В, то амплитудное значение составит Umax = 200 / 0,707 = 282 В и именно это значение нужно ставить в настройки источника. Если параметры заданы верно, то вольтметр, подключенный параллельно источнику, покажет значение близкое к действующему. В нашем примере - близкое к 200 В.
3. Настроить вольтметр на измерение среднеквадратичного напряжения, а амперметр - на измерение среднеквадратичного тока.
4. "Запустить" схему, нажав кнопку "START/stop", если она не была нажата. В "нажатом" состоянии (при запущенной симуляции схемы) эта кнопка окрашена в серый цвет, а в "отпущенном" состоянии (при остановленной симуляции схемы) - в красный.
5. Зарисовать в отчет таблицу 3.
Кроме того на рисунке 15 для удобства работы и анализа данных добавлен ползунок изменения частоты источника, а также выведены осциллограммы напряжений на резисторе, катушке индуктивности и конденсаторе.
2. Установить параметры источника переменного напряжения и элементов схемы согласно Вашего варианта.
Обратите внимание на то, что нужно задать действующее значение напряжения источника, а в программе задается амплитудное. Для получения амплитудное значения напряжения нужно действующее напряжение (оно дано в таблице 2) разделить на корень квадратный из двух. Например, если дано напряжение источника U = 200 В, то амплитудное значение составит Umax = 200 / 0,707 = 282 В и именно это значение нужно ставить в настройки источника. Если параметры заданы верно, то вольтметр, подключенный параллельно источнику, покажет значение близкое к действующему. В нашем примере - близкое к 200 В.
3. Настроить вольтметр на измерение среднеквадратичного напряжения, а амперметр - на измерение среднеквадратичного тока.
4. "Запустить" схему, нажав кнопку "START/stop", если она не была нажата. В "нажатом" состоянии (при запущенной симуляции схемы) эта кнопка окрашена в серый цвет, а в "отпущенном" состоянии (при остановленной симуляции схемы) - в красный.
5. Зарисовать в отчет таблицу 3.
Таблица 3
6. Замкнуть выключатель S1. При этом к источнику будет подключен только резистор - это будет режим работы цепи "R".
7. Измерить напряжение и ток в этом режиме и записать их значения в строку с наименованием цепи "R" таблицы 3. Обратите внимание, что напряжение нужно записывать в вольтах, а ток в амперах. Показания приборов могут быть представлены с учетом кратных и дольных приставок единиц основной величины. Не забывайте переводить их!
8. Разомкнуть выключатель S1 и замкнуть выключатель S2. При этом к источнику будет подключена только катушка индуктивности - это будет режим работы цепи "L".
9. Измерить напряжение и ток в этом режиме и записать их значения в строку с наименованием цепи "L" таблицы 3.
10. Разомкнуть выключатель S2 и замкнуть выключатель S3. При этом к источнику будет подключен только конденсатор - это будет режим работы цепи "C".
11. Измерить напряжение и ток в этом режиме и записать их значения в строку с наименованием цепи "C" таблицы 3.
12. Вычислить параметры электрической цепи и записать их таблицу 3. Для расчета параметров применяются следующие формулы:
7. Измерить напряжение и ток в этом режиме и записать их значения в строку с наименованием цепи "R" таблицы 3. Обратите внимание, что напряжение нужно записывать в вольтах, а ток в амперах. Показания приборов могут быть представлены с учетом кратных и дольных приставок единиц основной величины. Не забывайте переводить их!
8. Разомкнуть выключатель S1 и замкнуть выключатель S2. При этом к источнику будет подключена только катушка индуктивности - это будет режим работы цепи "L".
9. Измерить напряжение и ток в этом режиме и записать их значения в строку с наименованием цепи "L" таблицы 3.
10. Разомкнуть выключатель S2 и замкнуть выключатель S3. При этом к источнику будет подключен только конденсатор - это будет режим работы цепи "C".
11. Измерить напряжение и ток в этом режиме и записать их значения в строку с наименованием цепи "C" таблицы 3.
12. Вычислить параметры электрической цепи и записать их таблицу 3. Для расчета параметров применяются следующие формулы:
- индуктивное сопротивление (1);
- емкостное сопротивление (2);
- полное сопротивление (3);
- коэффициент мощности (4);
- активная мощность (5);
- реактивная индуктивную мощность (6);
- реактивная емкостная мощность (7).
13. На основании полученных результатов построить в масштабе на миллиметровой бумаге векторные диаграммы токов и напряжений для каждого опыта. Методики построения векторных диаграмм для лабораторных работ приведены здесь: https://vk.com/album-10828412_94791582.
18. Начертить схемы замещения реальных элементов. Объяснить причину не идеальности реальных элементов.
18. Начертить схемы замещения реальных элементов. Объяснить причину не идеальности реальных элементов.
Контрольные вопросы
1. Какие физические процессы, происходящие в электрических цепях, отображают схемы замещения реальных элементов?
2. Каковы углы сдвига фаз между напряжением и током на реальных элементах?
3. Какие энергетические процессы характеризуют активная и реактивная мощности?
2. Каковы углы сдвига фаз между напряжением и током на реальных элементах?
3. Какие энергетические процессы характеризуют активная и реактивная мощности?
Отчет
Отчет по лабораторной работе №1 проходит совместно с лабораторной работой №2.
