Лабораторная работа №3
Исследование электрической цепи синусоидального тока при параллельном соединении
R-, L- и С- элементов
R-, L- и С- элементов
Цель работы
1 .Убедиться в том, что 1-ый закон Кирхгофа в цепи синусоидального тока при параллельном соединении R-, L- и С- элементов соблюдается только в векторной или комплексной формах.
2. Исследовать явление резонанса токов.
3. Закрепить навыки в построении векторных диаграмм токов и напряжений.
2. Исследовать явление резонанса токов.
3. Закрепить навыки в построении векторных диаграмм токов и напряжений.
Содержание работы
1. Исследовать электрическую цепь синусоидального тока при параллельном соединении R- и L- элементов.
2.Исследовать электрическую цепь синусоидального тока при параллельном соединении R- и С- элементов.
3. Исследовать электрическую цепь синусоидального тока при параллельном соединении R-, L- и С- элементов.
4. Исследовать электрическую цепь синусоидального тока в условиях резонанса токов.
2.Исследовать электрическую цепь синусоидального тока при параллельном соединении R- и С- элементов.
3. Исследовать электрическую цепь синусоидального тока при параллельном соединении R-, L- и С- элементов.
4. Исследовать электрическую цепь синусоидального тока в условиях резонанса токов.
Порядок выполнения работы
1. Собрать в виртуальной лаборатории Circuit Simulator, с помощью изученных методов, схему электрической цепи синусоидального тока для исследования параллельной R,L,С - цепи (рисунок 18). В результате должна получиться схема, похожая на ту, которая приведена на рисунке 19. Ваша схема может отличаться от нее, т.к. важны электрические соединения, а не внешний вид схемы.
Рисунок 18
Рисунок 19
Особенностью схемы 19 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.
На рисунке 19 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 6.
На рисунке 19 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 6.
Таблица 6
6. Настроим схему на режим параллельного соединения RC элементов. Для этого нужно разомкнуть выключатель S1 и замкнуть выключатель S2. При этом ток не будет проходить по катушке индуктивности и она не будет участвовать в работе схемы.
7. Измерить напряжение и токи в этом режиме и записать их значения в строку с наименованием цепи "R, С" таблицы 6. 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. Настроим схему на режим параллельного соединения RL элементов. Для этого нужно замкнуть выключатель S1 и разомкнуть выключатель S2. При этом ток не будет проходить по конденсатору и он не будет участвовать в работе схемы.
9. Измерить напряжение и ток в этом режиме и записать их значения в строку с наименованием цепи "R, L" таблицы 6.
10. Настроим схему на режим параллельного соединения RLС элементов. Для этого нужно замкнуть оба выключателя S1 и S2. При этом ток будет проходить по всем элементам схемы.
11. Измерить напряжение и ток в этом режиме и записать их значения в строку с наименованием цепи "R, L, C" таблицы 6.
12. Настроим схему на режим резонанса. Так как резонанс напряжений может возникнуть только в параллельной RLС цепи, то нам нужно задействовать все элементы схемы. Для этого нужно замкнуть оба выключателя S1 и S2. Для того чтобы в полученной цепи возник резонанс воспользуемся регулировкой частоты переменного напряжения. Определим для заданных значений индуктивности и емкости резонансную частоту по формуле (17) (формула абсолютно та же, что и (8))
7. Измерить напряжение и токи в этом режиме и записать их значения в строку с наименованием цепи "R, С" таблицы 6. 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. Настроим схему на режим параллельного соединения RL элементов. Для этого нужно замкнуть выключатель S1 и разомкнуть выключатель S2. При этом ток не будет проходить по конденсатору и он не будет участвовать в работе схемы.
9. Измерить напряжение и ток в этом режиме и записать их значения в строку с наименованием цепи "R, L" таблицы 6.
10. Настроим схему на режим параллельного соединения RLС элементов. Для этого нужно замкнуть оба выключателя S1 и S2. При этом ток будет проходить по всем элементам схемы.
11. Измерить напряжение и ток в этом режиме и записать их значения в строку с наименованием цепи "R, L, C" таблицы 6.
12. Настроим схему на режим резонанса. Так как резонанс напряжений может возникнуть только в параллельной RLС цепи, то нам нужно задействовать все элементы схемы. Для этого нужно замкнуть оба выключателя S1 и S2. Для того чтобы в полученной цепи возник резонанс воспользуемся регулировкой частоты переменного напряжения. Определим для заданных значений индуктивности и емкости резонансную частоту по формуле (17) (формула абсолютно та же, что и (8))
Обратите внимание, что в эту формулу индуктивность катушки L нужно подставлять в генри (Г), а емкость конденсатора C в фарадах (Ф). В этом случае ответ fо получим в герцах (Гц).
Значение fо установим в источнике через его свойства или воспользовавшись ползунком "Частота" в правой части рабочего экрана.
13. Измерить напряжение и ток в этом режиме и записать их значения в строку с наименованием цепи "резонанс токов" таблицы 6.
14. Вычислить параметры электрической цепи и записать их таблицу 7. Для расчета параметров применяются следующие формулы:
Значение fо установим в источнике через его свойства или воспользовавшись ползунком "Частота" в правой части рабочего экрана.
13. Измерить напряжение и ток в этом режиме и записать их значения в строку с наименованием цепи "резонанс токов" таблицы 6.
14. Вычислить параметры электрической цепи и записать их таблицу 7. Для расчета параметров применяются следующие формулы:
- полная проводимость (18);
- коэффициент мощность (19);
- реактивная проводимость (20);
- активный ток всей цепи (21);
- реактивный ток всей цепи (22);
- полная мощность (23);
- реактивная мощность (24).
Рассчитанные параметры нужно занести в таблицу 7.
Таблица 7
15. Построить на комплексной плоскости в масштабе треугольник проводимостей для третьего опыта.
16. Построить на комплексной плоскости в масштабе векторные диаграммы напряжения и токов для всех опытов.
17. Сделать выводы о соответствии векторных диаграмм первому закону Кирхгофа.
Примечание. Методики построения векторных диаграмм для лабораторных работ приведены здесь: https://vk.com/album-10828412_94791582.
16. Построить на комплексной плоскости в масштабе векторные диаграммы напряжения и токов для всех опытов.
17. Сделать выводы о соответствии векторных диаграмм первому закону Кирхгофа.
Примечание. Методики построения векторных диаграмм для лабораторных работ приведены здесь: https://vk.com/album-10828412_94791582.
Контрольные вопросы
1. Каково необходимое условие для возникновения резонанса токов в однофазных цепях переменного тока?
2. Каков характер нагрузки, если при параллельном соединении R-, L-, С- элементов соблюдается условие bL < bС?
3. Что является общим параметром цепи при параллельном соединении ветвей?
2. Каков характер нагрузки, если при параллельном соединении R-, L-, С- элементов соблюдается условие bL < bС?
3. Что является общим параметром цепи при параллельном соединении ветвей?
Отчет
Для отчета по лабораторной работе №3 нужно пройти тест https://testserver.pro/hh/p/9671. Тест нужно пройти с количеством попыток не более трех. Если это число попыток превышено, то отчет будет проходить в формате собеседования.
