3.3. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА СТЕНДА. Структурная схема модели стенда, используемого для изучения характеристик электрической цепи, состоящей из последовательно включенных катушки индуктивности и переменной емкости приведена на рис. 3.3.
Рис.3.3.Структурная схема модели стенда, используемого для изучения электрической цепи, состоящей из последовательно включенных катушки индуктивности и конденсатора.
На схеме слева направо обозначены: генератор электрического напряжения (U),вольтметр (V1) и амперметр (A1), измеряющие напряжение на контуре и ток протекающий от источника напряжения к контуру; ваттметр и фазометр с индикацией мощности, потребляемой контуром по показанию вольтметра V3, проградуированного в Ваттах на вольт (Active Power 1W/V) и вольтметра V4, проградуированного - 1 градус на милливольт (Phase Sift 1 grad/mv); вольтметра, измеряющего напряжение на катушке индуктивности (VRL); и вольтметра, измеряющего напряжение на емкости (Vc).
В изучаемой модели электрической цепи имеется возможность изменять величину емкости (С), индуктивности (L), резистора (R), а также величину напряжения, поступающего на контур от генератора напряжения электрической сети (U).
3.4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 1. Ознакомиться с описанием работы, моделью стенда и порядком проведения измерений.
2. Подготовить исходные материалы для составления отчета по работе. Для чего на отдельных листах бумаги заполнить титульный лист с фамилией, именем, отчеством студента, выполняющего лабораторную работу, Затем написать название дисциплины, название и цель выполнения лабораторной работы и выписать основные расчетные формулы.
3. Включить компьютер, запустить на выполнение программу «Eleсtronics Workbench» и открыть файл «Lab1.ewb», размещенный в папке «Электротехника и электроника», вложенной в папку «Лабораторные работы».
4. Вычертить электрическую схему исследуемой цепи с экрана монитора, обозначив на схеме вольтметры последовательно слева на правоV1, V2, V3, V4, V5, и амперметр А1.
5. Установить величину сопротивления равной R=1 Ом. Последовательно изменяя величины L и C провести 6 измерений по два раза для каждого из случаев: 1)XL>Xc; 2)ХL=Xc; 3)ХL1,V2,V3,V4,V5, и амперметра А1.Резонанс напряжений (ХL=Xc) удобно фиксировать по показаниям фазометра, равным φ=0.
Табл. 3.1.
Измерено
Вычислено
Величины
U
(V1)
I1 (А1)
Р
(V2)
φ
(V3)
U RL (V4)
Uc
(V5)
Zк
Z
R
XL
Xc
UL
UR
Ед. измер.
В
A
Вт
Градусы
В
В
Ом
Ом
Ом
Ом
Ом
В
В
XL>Xc
XL>Xc
XL>Xc
XL=Xc
ХL
ХL
ХL
При расчете параметров колебательного контура можно использовать следующие формулы:
Полное сопротивление цепи,равно
Z =| Z| =√R2 + (XL –Xc)2 Емкостное сопротивление Xc = Uc/I=1/ C=1/2 π f C.
Индуктивное и активное сопротивление катушки Zк =Uк/I; R=P/I2 Индуктивное сопротивление катушки ХL=√Zк2- R2 Коэффициент мощности cos φк =P/UI.
Напряжения на индуктивности и резисторе UL=XLI; UR=I R
Добротность контура Q=ХL/R.
6.По результатам измерений и расчетов каждый студент должен построить векторную диаграмму для одного из режимов работы. Построение диаграммы начинается с вектора тока İ (см. рис 3.4.).Вектор напряжения на катушке индуктивности равен сумме векторов Uк=UR+UL.
Направление вектора падения напряжения на активном сопротивлении UR совпадает с направлением вектора тока İ. Вектор падения напряжения на индуктивности UR опережает вектор тока на 90 градусов. Построив в масштабе вектора UR и UL и сложив их получим вектор падения напряжения на катушке индуктивности Uк, который опережает вектор тока İ на угол φк. Сложив вектора Uк и Uс получим вектор напряженияU, который как видно из диаграммы на рис3.6. отстает от вектор тока İ на угол φ, то есть векторная диаграмма построена для случая, когда ХL меньше Хс.
Рис.3.4. Векторная диаграмма для случая, когда Хс больше ХL.
7.Рассчитать значение добротности контура для случая резонанса, а также величины напряжений UL, и Uс на элементах контура при резонансе напряжений. Сравнить расчетные и измеренные значения напряжений UL, и Uс при резонансе напряжений.
3.5. СОСТАВЛЕНИЕ ОТЧЕТА ПО РАБОТЕ. Отчет должен содержать:
1. Титульный лист с названием университета, факультета, кафедры, курса, специальности, дисциплины, лабораторной работы, фамилии, имени, отчества студента.
2. Цель работы.
3. Схему модели лабораторного стенда, вычерченную с помощью линейки.
4. Таблицы, содержащие результаты измерений и расчетов.
5. Векторные диаграммы, графики зависимостей напряжений, токов и других величин, построенные по результатам измерений осциллограммы напряжений и токов. Векторные диаграммы должны строится с помощью линейки, с соблюдением масштабов (например, масштаб тока Мi, масштаб напряжения Мv), обозначением всех векторов и сдвига фаз между векторами.
6/Выводы.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4. ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗВЕТВЛЕННОЙ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ. РЕЗОНАНС ТОКОВ