Лабораторный практикум «Линейные и нелинейные электрические цепи» на стендах УИЛС–1 (стр. 6 )

Рис. 5.4. Схема определения параметров элементов цепи

2. Изобразить исследуемую схему цепи. Задаться расчетными направлениями токов в ветвях и указать их на схеме.

3. Измерить значения токов во всех ветвях цепи.

Приняв начальную фазу источника ЭДС, равной заданному в табл.5.2 значению, определить начальные фазы токов в ветвях с резисторами. Для этого последовательно измерить сдвиги по фазе напряжений резисторов относительно напряжений источника.

Таблица 5.3

Результаты измерений и расчетов

Элементы схем по рис. 5.3	U, V	I, mA	φ, …º	Z, Ω	R, Ω	X, Ω	L, mH	C, μF
R1
R2
R3
L1
L2
C1
C2

Примечание. Фактическое значение частоты равно … Hz.

Результаты измерений значений токов и сдвигов по фазе, а также вычислений аргументов комплексов токов ветвей, содержащих резисторы, свести в табл. 5.4. Число строк таблицы соответствует числу ветвей исследуемой цепи. Для токов ветвей, не содержащих резисторы, в графе «Сдвиг по фазе …» поставить прочерк. Схемы 1–5 содержат по одной ветви без резистора, схемы 6–10 – по две таких ветви.

Таблица 5.4

Комплексы токов в ветвях

Комплексы токов	Модуль, mA	Сдвиг по фазе напряжения резистора, …º	Аргумент, …º	Примечание
İ1 …				Начальная фаза ЭДС источника ψe=…º

4. По комплексам токов одного из узлов рассчитать комплекс тока ветви, не содержащей резистор. Модуль этого комплекса сравнить с действующим значением тока, измеренным в п. 3. При значительных расхождениях (более 10 %) после консультации с преподавателем повторить п. 3 или скорректировать расчет.

По данным табл. 5.4 построить векторную диаграмму токов для одного из узлов.

5. Измерить действующие значения и сдвиги по фазе напряжений на всех элементах исследуемой цепи. Вычислить начальные фазы напряжений с учетом заданной начальной фазы ЭДС источника. Результаты вычислений и измерений занести в таблицу, аналогичную табл. 5.1.

6. По данным п. 5 построить топографическую диаграмму напряжений для внешнего контура цепи. Диаграмму использовать для оценки правильности проведенных измерений. При значительных расхождениях установить причину после консультации с преподавателем повторить измерения либо расчет.

7. По комплексам токов и напряжений вычислить комплексы полной мощности, активную и реактивную мощности каждого из пассивных элементов цепи. Результаты расчета занести в табл. 5.5.

Оценить выполнение баланса мощности для активных и реактивных составляющих. Суммарное значение соответствующих мощностей, а также мощность, генерируемую источником, привести в табл. 5.6.

Используя теорему Ланжевена, проверить правильность выполненных измерений и расчетов мощностей.

Таблица 5.5

Мощности пассивных элементов

Элементы схем по рис. 5.3	Комплекс напряжения Ů, V	Сопряженный комплекс тока İ, А	Комплекс полной мощности Š, V·A	Активная мощность P, W	Реактивная мощность Q, var
R1 …

Таблица 5.6

Обобщенные результаты

Источник ЭДС	Пассивная часть цепи
Ė, V	İ	Š, VA	P, W	Q, var	∑ P, W	∑ Q, var

8. Сделать выводы по работе, обратив внимание на оценку способов измерения начальных фаз токов и напряжений, а также на особенности использования законов равновесия для цепи гармонического тока.

Литература для подготовки

[11, с. 50–53, 55, 109–110; 12, с. 107–108, 120, 131, 146, 154–155; 13, с. 67–71, 77–78, 81–82, 85, 88–89, 111; 14, с. 112–113, 148, 157, 192–193, 197; 15, с. 185–186, 193, 201, 203–265; 16, о. 191–192, 173–180, 195–201]

6. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

Применение теории двухполюсника для исследования цепей синусоидального тока

Цель работы – выработать навыки определения параметров схем замещения пассивной электрической цепи при представлении ее в виде двухполюсника (ДП). В результате проведения лабораторной работы студенты должны знать методы эквивалентных преобразований электрических цепей при помощи активных и реактивных составляющих и в комплексной форме, уметь рассчитывать эквивалентные параметры различных схем замещения, приобрести навыки измерения параметров всей цепи как ДП. Если определение токораспределения в пассивной электрической цепи не входит в задачи анализа, то всю цепь в целое можно заменить относительно выделенных узлов (зажимов) эквивалентной цепью. Соответствующая схема замещения содержит в этом случае два пассивных элемента, соединенных последовательно либо параллельно.

Параметры эквивалентных схем, зависящие от характера и параметров элементов исходной электрической цепи и ее топологии, могут быть определены расчетом либо экспериментально.

Расчет предполагает применение методов преобразования целей синусоидального тока по заданной схеме цепи и ее параметрам. Формулы эквивалентных преобразований, использующие активные и реактивные составляющие либо комплексные значения величин, приведены в рекомендуемой литературе. При экспериментальном определении параметров схем замещения используются результаты измерений действующих значений и начальных фаз электрических величин.

В работе используются источник переменного напряжения при синусоидальной форме выходного сигнала, блоки переменных сопротивления, емкости и индуктивности, элементы наборного поля № 01–04, 22–24, 34–36.

Действующие значения токов и напряжений измеряются ампервольтметрами;

начальные фазы определяются по показаниям электронного фазометра (измерителя разности фаз); точное значение устанавливаемой частоты – частотомером.

При выполнении операций с комплексными числами и их преобразовании из одной формы в другую рекомендуется использовать ПМК по программе 1.2.5 [9].

Задачи работы – определение физических параметров элементов при заданной частоте и параметров ДП по экспериментальным данным; расчет параметров эквивалентного ДП по известной топологии и параметрам элементов цепи; реализация эквивалентных схем ДП.

Порядок и методика проведения исследований

1. По табл. 6.1 выбрать согласно варианту задания используемые в работе элементы. Измерить их параметры, руководствуясь указаниями вводной части лабораторной работы № 5 и схемой рис. 5.3. Результаты измерений тока, напряжения и сдвига фаз занести в таблицу, аналогичную табл. 5.3. По этим результатам вычислить пара метры заданных элементов.

Таблица 6.1

Варианты задания

Вариант	Элементы схем по рис. 6.1	Параметры источника
R1	R2	R3	L1	L2	C1	C2	E, V	f, kHz
Номер элемента наборного поля
1	01	02	03	22	23	35	34	22	3,0
2	01	03	04	22	24	34	35	20	3,5
3	01	02	03	23	24	34	36	18	2,0
4	01	03	04	22	23	34	35	22	2,8
5	01	02	03	22	23	35	34	20	3,0
6	01	03	02	22	24	35	36	18	2,5
7	01	02	03	22	23	34	35	22	2,7
8	01	03	02	23	24	34	36	20	2,0
9	01	02	03	23	24	35	36	18	2,5
0	01	03	04	22	23	35	34	22	3,0

2. Собрать на наборном поле исследуемую цепь согласно заданному варианту схемы (рис. 6.1). Установить требуемые значения ЭДС источника. Необходимую частоту задать, контролируя значение ее с помощью частотомера. Для обеспечения возможности измерения угла сдвига фаз входных тока и напряжения подключить исследуемую цепь к источнику по схеме рис. 5.4. Здесь роль исследуемого элемента выполняет заданный ДП. В качестве резистора R0 выбрать блок переменного сопротивления, установив R0= 10 Ω.