Порядок выполнения эксперимента

· Соберите цепь согласно схеме (рис. 5.5.2), подсоедините к ней регулируемый источник синусоидального напряжения с параметрами: U =5…7B и f = 200 Гц. В качестве индуктивности с малым активным сопротивлением используйте катушку трансформатора 300 витков, вставив между подковами разъемного сердечника полоски бумаги в один слой (немагнитный зазор).

 

 

 

Рис. 5.5.2

 

· Включите виртуальные приборы V0, A1 и осциллограф.

· «Подключите» два входа осциллографа к приборам V0 и A1, а остальные отключите.

· Установите параметры развёртки осциллографа так, чтобы на экране было изображение примерно одного-двух периодов напряжения и тока.

· Включите блок дополнительных приборов, выберите из меню приборы «Активная мощность» и «Реактивная мощность» и подключите их к V1 и A1. Запишите значения реактивной мощности Q_L и активной P. Убедитесь, что P << Q_L.

· Занесите данные осциллографирования напряжения и тока в катушке в табл. 5.5.1 соответственно указанным в ней моментам времени, выполните вычисления мгновенных значений реактивной мощности.

 

Таблица 5.5.1

 

Время t, мс	Ток iL, мА	Напряжение uL, В	p= uL iL, мВт
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0

 

· Перенесите данные табл. 5.5.1 на график (рис. 5.5.3).

 

 

Рис. 5.5.3

 

· По графику p(t) определите максимальную возвращаемую мощность (реактивную мощность)

Q_L= (Р_макс – Р_мин) / 2 =

 

· Сравните эту мощность с мощностью, измеренной варметром:

Q_L= …

Цепи синусоидального тока с резисторами,        конденсаторами и катушками индуктивности

Эксперименты данного раздела касаются взаимодействия резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности при переменном синусоидальном напряжении.

Цель состоит в измерении и расчете токов, напряжений и их фазовых сдвигов, также как и эквивалентных параметров цепей при параллельном и последовательном соединении резисторов, конденсаторов и катушек.

Действующие значения и фазы соответствующих величин могут быть показаны на векторных диаграммах или на осциллограммах.

На векторной диаграмме каждая синусоидальная функция времени (ток или напряжение) представляется вектором, длина которого соответствует в выбранном масштабе амплитуде или действующему значению, а направление определяется начальной фазой, отсчитываемой от выбранного начала отсчета углов. Например, напряжение u = U_m sin (w t+ y) изображается вектором длиной U_m или U_m /Ö2, расположенным под углом y к горизонтали. Векторные изображения синусоидальных величин в дальнейшем будут подчеркиваться.

 

Последовательное соединение резистора и конденсатора

Общие сведения

Когда к цепи (рис. 6.1.1) с последовательным соединением резистора и конденсатора подается переменное синусоидальное напряжение, один и тот же синусоидальный ток имеет место в обоих компонентах цепи.

 

 

Рис. 6.1.1

 

Между напряжениями U _R, U _C и U существуют фазовые сдвиги, обусловленные емкостным реактивным сопротивлением X_C конденсатора. Они могут быть представлены с помощью векторной диаграммы напряжений (рис. 6.1.2

 

 

 

Рис. 6.1.2

 

Фазовый сдвиг между током I и напряжением на резисторе U _R отсутствует, тогда как сдвиг между этим током и падением напряжения на конденсаторе U _C равен -90⁰ (т.е. ток опережает напряжение на 90⁰). При этом сдвиг между полным напряжением цепи U и током I определяется соотношением междусопротивлениями X_C и R.

Если каждую сторону треугольника напряжений разделить на ток, то получим треугольник сопротивлений (рис.6.1.13). В треугольнике сопротивлений Z представляет собой так называемое полное сопротивление цепи.

 

Рис. 6.1.3

 

Из-за фазового сдвига между током и напряжением в цепях, подобных данной, простое арифметическое сложение действующих или амплитудных значений напряжений на отдельных элементах цепи невозможно. Невозможно и сложение разнородных (активных и реактивных) сопротивлений. Однако, в векторной форме

 

U = U _R + U _C.

 

 Действующее значение полного напряжения цепи, как следует из векторной диаграммы

 

 = Z × I

Полное сопротивление цепи

 = U ¤ I

Активное сопротивление цепи

R = Z × cos j

Емкостное реактивное сопротивление цепи

X_C = Z × sin j

Угол сдвига фаз

j = arctg (- U_C ¤ U_R) = arctg (-Х _C ¤ R)

Экспериментальная часть

Задание

Для цепи с последовательным соединением резистора и конденсатора измерьте и вычислите действующие значения падений напряжения на резисторе U_R и конденсаторе U_C, ток I, угол сдвига фаз j, полное сопротивление цепи Z и емкостное реактивное сопротивление X_C и активной сопротивление R.

 

Порядок выполнения работы

· Соберите цепь согласно схеме (рис. 6.1.4), подсоедините регулируемый источник синусоидального напряжения и установите его параметры: U = 5 В, f = 1 кГц.

 

 

 

Рис. 6.1.4

 

· Выполните мультиметрами или виртуальными приборами измерения действующих значений тока и напряжений, указанных в табл. 6.1.1. При измерениях напряжений подключайте мультиметр или канал V0 коннектора к зажимам C-E, C-D, D-E:

Таблица 6.1.1.

U, B	UR, B	UC, B	I, мА	j, град	R, Ом	XC, Ом	Z, Ом	Примечание
								Расчет
								Вирт. Изм

 

· Вычислите:

 

Фазовый угол

j = arctg (U_C ¤ U_R) =

 

Полное сопротивление цепи

Z = U ¤ I =

 

Активное сопротивление цепи

R = Z × cos j

 

Емкостное реактивное сопротивление цепи

X_C = Z × sin j

· Если вы работаете с виртуальными приборами, то измерьте с помощью блока «Приборы II» R, j, X_C, Z и запишите их значения также в таблицу 6.1.1 под рассчитанными величинами. Сравните результаты.

· Выберите масштабы и постройте векторную диаграмму напряжений (рис. 6.1.5) и треугольник сопротивлений (рис. 6.1.6).

 

       

 

                  Рис. 6.1.5                                                     Рис. 6.1.6