Лаб.работа"ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ ЦЕПЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА"

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Отчет по лабораторной работе №3
по дисциплине «Электротехника»
«ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ
ЦЕПЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА»
Вариант 3
Выполнили:
Проверил:
Екатеринбург
2020
Цель работы
Приобретение навыков определения параметров элементов в цепях
переменного тока по результатам измерений, включения в цепь
измерительных приборов, измерения токов и напряжений, применения закона
Ома в цепи переменного тока.
Порядок выполнения работы
1. Измерение значений сопротивления R1 с помощью мультиметра в режиме
измерения сопротивления, подключенного параллельно резистору R1.
Результаты измерений представлены в табл. 1.
Установлено
Измерено
5 Ом
5,12
10 Ом
10,3
20 Ом
19,7
30 Ом
29,4
40 Ом
39,3
50 Ом
49
Таблица 1
2. Измерение активного сопротивления RК реальной катушки индуктивности
ZК. Результат измерения представлен в табл.2.
RK, Ом U, В
4,5
13,9
J, А
φ, град
Т, сек
0,54
72
0,02
f=1/T, ZK=U/J,
Гц
Ом
50
25,7
XK,
Ом
25,3
L=XK/2πf,
Гн
0,08
Таблица 2
Схема электрической цепи для исследования катушки индуктивности
Осциллограмма
3. Определение фактической величины емкости
конденсатора модуля реактивных элементов (рис. 1).
Для измерения тока и напряжения были
использованы цифровые приборы измерительного
модуля в режиме измерения переменного тока.
Рис. 1
Результаты измерений тока и напряжения в цепи, а также рассчитанная
величина емкостного сопротивления XС и величина фактической емкости
конденсатора Сфакт при частоте напряжения 50 Гц представлены в табл.3.
Сзад, мкФ
U, В
J, А
XC=U/J, Ом
60
14,6
0,31
47,1
Векторные диаграммы
Для резистора
Cфакт=1/2πfXC,
мкФ
67,6
Таблица 3
Для реальной катушки
Для конденсатора
Выводы
В ходе данной лабораторной работы были получены навыки определения
параметров элементов в цепях переменного тока по результатам измерений,
включения в цепь измерительных приборов, измерения токов и напряжений.
Рассчитанная фактическая величина емкости имеет небольшую разницу с
заданной (табл.3). Источником погрешности может быть неточность
измерения тока и напряжения цифровым прибором.
Также по полученным данным, представленным в табл.2, можно сделать
вывод, что связь между полным, активным и реактивным сопротивлениями
цепи переменного тока действительно выполняется. Полное сопротивление
(Z) - это векторная сумма активного (R) и реактивного (X) сопротивлений: =
=√ +
(треугольник сопротивлений).
Кроме того, необходимо отметить, что в электрической цепи переменного тока
для исследования катушки индуктивности и в цепи для исследования
конденсатора закон Ома (значение тока в цепи переменного тока прямо
пропорционально напряжению в цепи и обратно пропорционально полному
сопротивлению цепи) выполняется, и в этом можно убедится на основании
полученных данных, которые представлены в табл.2 и табл.3.
Построенные векторные диаграммы наглядно иллюстрируют следующее. Для
резистивного элемента (резистор) вектор тока и напряжения совпадают по
фазе. Для индуктивного элемента (катушка) вектор тока отстает по фазе от
вектора напряжения на угол π/2. Для емкостного элемента (конденсатора)
вектор напряжения отстает по фазе от вектора тока на угол π/2.
Ответы на контрольные вопросы
1. В каких единицах измеряется ток, напряжение, сопротивление?
Ток измеряется в Амперах (А), напряжение в Вольтах (В), сопротивление в
Омах (Ом).
2. Что такое Ом, Ампер, Вольт?
Ом - единица измерения электрического сопротивления в Международной
системе единиц (СИ). Ом равен электрическому сопротивлению участка
электрической цепи, между концами которого протекает постоянный
электрический ток силой 1 ампер при напряжении на концах цепи 1 вольт.
Ампер - единица измерения силы электрического тока в Международной
системе единиц (СИ). Ампер равен силе постоянного тока, при котором через
любое конечное сечение проводника за 1 секунду протекает 1 Кл
электричества.
Вольт - единица измерения электрического потенциала, разности
потенциалов, электрического напряжения и электродвижущей силы в
Международной системе единиц (СИ). Разность потенциалов между двумя
точками равна 1 вольту, если для перемещения заряда величиной 1 кулон из
одной точки в другую над ним надо совершить работу величиной 1 джоуль.
Вольт также равен электрическому напряжению, вызывающему в
электрической цепи постоянный ток силой 1 ампер при мощности 1 ватт.
3. Что такое «полное сопротивление»?
Полное сопротивление - величина, характеризующая сопротивление
электрической цепи току. Полное сопротивление синусоидальному току
выражается отношением действующего напряжения U к действующему току I
в этой цепи.
4. Что такое «активное сопротивление»?
Активное сопротивление - величина, характеризующая сопротивление
электрической цепи (или ее участка) электрическому току, обусловленное
необратимыми превращениями электрической энергии в др. формы
(преимущественно в тепловую).
5. Что такое «реактивное сопротивление» и как оно определяется?
Реактивное сопротивление - электрическое сопротивление, обусловленное
передачей энергии переменным током электрическому или магнитному полю
(и обратно). Величина реактивного сопротивления может быть выражена
через величины индуктивного и ёмкостного сопротивлений: X=XL-XC
6. Какая связь между полным, активным и реактивным сопротивлениями цепи
переменного тока?
Полное сопротивление (Z) - это векторная сумма активного (R) и реактивного
(X) сопротивлений. = √ +
В треугольнике сопротивлений все стороны обозначают сопротивления,
причем гипотенуза его является полным сопротивлением цепи, а катеты активным и реактивным.
Z
R
X
7. Как формулируется закон Ома для цепи переменного тока?
Значение тока в цепи переменного тока прямо пропорционально напряжению
в цепи и обратно пропорционально полному сопротивлению цепи.
8. Может ли через конденсатор протекать постоянный ток?
Не может. При постоянном напряжении ток в цепи есть только в моменте
включения конденсатора в цепь, т.е. в тот момент, когда конденсатор
заряжается. При подаче переменного напряжения ток в цепи будет ограничен
реактивным сопротивлением конденсатора. Обкладки конденсатора будут
поочередно заряжаться/разряжаться, поэтому ток в цепи будет. При
постоянном напряжении конденсатор заряжается и потом тока в цепи нет.
9. Каковы углы сдвига фаз между напряжением и током на резисторе, реальной
катушке и конденсаторе?
На резисторе углы сдвига фаз между напряжением и током совпадают.
На катушке ток отстает.
На конденсаторе наоборот отстает напряжение.