Московский Энергетический Институт (Технический Университет) Кафедра Теоретических Основ Электротехники

Московский Энергетический Институт (Технический Университет)
Кафедра Теоретических Основ Электротехники
Лабораторная работа № 5
Исследование цепи синусоидального тока
Выполнил:
Группа:
Проверил:
Москва 2011
Лабораторная работа № 5
Исследование цепи синусоидального тока
Целью работы является получение экспериментальных данных в разветвлённой цепи синусоидального тока. С помощью комплексного метода и
построения векторных диаграмм производится теоретический расчёт цепи,
результаты которого сравниваются с экспериментом.
1. Содержание работы
В лабораторной работе используют: источник синусоидального
напряжения из модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР; измерительные
приборы блока ИЗМЕРИТЕЛЬ ФАЗЫ; МУЛЬТИМЕТРЫ в режиме измерения
синусоидального тока и вольтметр блока МОДУЛЬ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ переменного тока. Пассивные элементы цепи выбирают из блока МОДУЛЬ РЕАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ и МОДУЛЬ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ.
Лабораторная работа состоит из двух частей.
В первой части выполняют измерения в разветвленной цепи синусоидального тока. По результатам измерений строят векторные и топографические диаграммы, составляют баланс активной мощности. Сопоставляются результаты предварительного расчета и эксперимента.
Во второй части исследуют зависимость токов электрической цепи
при изменении параметра одного из элементов, по результатам измерений
строится круговая диаграмма.
2. Подготовка к работе
1. Для цепи на рис. 1П рассчитать токи и напряжения во всех ветвях для
входного напряжения U=7 В и заданной частоты. Параметры элементов цепи
приведены в табл.4.1. При расчете токов учесть добавочные сопротивления
R2 и R3, которые равны 10 Ом и служат для измерения действующих значений токов в ветвях 2 и 3 мультиметром. Частота f и параметры пассивных
элементов приведены для каждой бригады в табл. 1.
2.
По результатам расчета построить векторную диаграмму токов и топографическую диаграмму напряжений.
3.
Составить баланс активной мощности.
4.
Для цепи рис. 2П построить круговую диаграмму* (геометрическое место конца вектора тока генератора) при изменении емкости конденсатора от
нуля до бесконечности. Частота f = 50 Гц. Параметры остальных элементов
L1  0,13 Гн, R1  68 Ом, R2  47 Ом.
5.
Для цепи рис. 3П построить круговую диаграмму* (геометрическое место конца вектора тока генератора) при изменении сопротивления резистора
от нуля до бесконечности. Частота f = 50 Гц. Параметры остальных элементов L1  0,13 Гн, R1  68 Ом, C2  68 мкФ.
2
Номер
бригады
Частота
f , Гц
L1,
мГн
Rк1,
Ом
L2,
мГн
Rк2,
Ом
Таблица 1
C,
мкФ
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
50
50
50
100
100
100
150
150
150
200
200
200
40
40
40
50
50
50
40
40
40
50
50
50
40
40
40
50
50
50
40
40
40
50
50
50
60
40
60
60
50
40
50
60
70
40
50
60
60
40
60
60
50
40
50
60
70
40
50
60
47
47
47
33
33
33
22
22
22
22
22
22
*
рекомендуется проводить построение, приняв U  U 0 и располагать
ось +1 вертикально.
3. Порядок выполнения работы
 Собрать электрическую цепь по схеме, приведенной на рис. 1П протокола
измерений. Тумблер SA2 модуля ИЗМЕРИТЕЛЬ ФАЗЫ установить в положение I2.
 Проверить собранную электрическую цепь в присутствии преподавателя.
 Установить заданные величины пассивных элементов в блоке МОДУЛЬ
РЕАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ. Измерить мультиметром активное сопротивление Rк катушек. Записать значения в протокол измерений.
 Включить автоматический выключатель QF блока МОДУЛЬ ПИТАНИЯ и
тумблер Сеть модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР. Переключатель
Форма установить в положение
.
Первая часть работы
 Регулятором Частота модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР установить
необходимое значение частоты f . Регулятором Амплитуда установить
действующее значение напряжения на входе электрической цепи 7 В.
 Измерить действующее значение входного тока i1 ; активную мощность Р,
потребляемую цепью, разность фаз  между напряжением и током на
входе цепи модулем ИЗМЕРИТЕЛЬ ФАЗЫ. Мультиметром в режиме вольтметра измерить действующие значения напряжений u1 , u2 . Измеренные величины занести в табл. 1П.
3
 Мультиметром в режиме вольтметра измерить напряжения на добавочных сопротивлениях R2 и R3. Определить действующие значения токов i2 и i3 .
 Выполнить предварительные расчеты, указанные в протоколе измерений.
Вторая часть работы
 Собрать электрическую цепь по схеме, приведенной на рис. 2П протокола
измерений. Катушка La =0,13 Гн выбирается из блока МОДУЛЬ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ. Тумблер SA2 модуля ИЗМЕРИТЕЛЬ ФАЗЫ установить в положение I2.
 Регулятором Частота модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР установить
значение частоты f  50 Гц. Регулятором Амплитуда установить действующее значение напряжения на входе электрической цепи 7 В.
 Разомкнуть участок с емкостным элементом, измерить действующее значение входного тока i и разность фаз  между напряжением и током на
входе цепи. Меняя емкость конденсатора C в указанном диапазоне измерить действующее значение входного тока i и разность фаз  между
напряжением и током на входе цепи. Закоротить участок с емкостным
элементом, измерить действующее значение входного тока i и разность
фаз  между напряжением и током на входе цепи. Измеренные величины занести в табл. 2П.
 Результаты эксперимента нанести на построенную в Подготовке к работе
круговую диаграмму. Отметить точки резонанса.
 Собрать электрическую цепь по схеме, приведенной на рис. 3П протокола
измерений. Катушка La =0,13 Гн выбирается из блока МОДУЛЬ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ. Тумблер SA2 модуля ИЗМЕРИТЕЛЬ ФАЗЫ установить в положение I2.
 Регулятором Частота модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР установить
значение частоты f  50 Гц. Регулятором Амплитуда установить действующее значение напряжения на входе электрической цепи 7 В.
 Меняя сопротивление резистора от нуля (закоротить участок цепи) до
бесконечности (разомкнуть участок цепи) в указанном диапазоне измерить
действующее значение входного тока i и разность фаз  между напряжением и током на входе цепи. Измеренные величины занести в табл. 3П.
 Результаты эксперимента нанести на построенную в Подготовке к работе
круговую диаграмму. Отметить точки резонанса.
 Выключить тумблер Сеть модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР и автоматический выключатель QF модуля питания.
4
Протокол измерений к лабораторной работе № 4
«Исследование цепи синусоидального тока »
Схема исследуемой электрической цепи представлена на рис. 1П.
Рис. 1П





Заданные параметры:
напряжение U 
В;
частота f 
Гц;
индуктивность катушки L1 
мГн; катушки L2 
емкость конденсатора C 
мкФ;
добавочные сопротивления R2=10 Ом, R3=10 Ом;
мГн;
Первая часть работы
Активные сопротивления катушек: Rк1=
Ом; Rк2=
Результаты измерений представлены в табл. 1П.
Ом.
Таблица 1П
U, В
U1, В
U2, В
I1, мА
UR2, В
UR3, В
, град
P, Вт
Предварительные расчеты:
I2 =
А, I3=
А.
Активная мощность, потребляемая цепью:
P  UI1cos 

Вт.
Измеренная активная мощность из табл. 1П: P 
Вт.
По результатам измерений построить векторную диаграмму токов и топографическую диаграмму напряжений. Сравнить векторные диаграммы токов
5
и топографические диаграммы, построенные в Подготовке к работе и по экспериментальным данным. Объяснить различие.
Вторая часть работы
Схема исследуемой электрической цепи представлена на рис. 2П.
Рис. 2П.
Частота f = 50 Гц.
Параметры элементов L1  0,13 Гн, R1  68 Ом, R2  47 Ом.
Результаты измерений представлены в табл. 2П.
Таблица 2П
С, мкФ
U, В
разомкнутый участок цепи
3,3
4,7
6,8
10
22
33
47
56
68
82
короткозамкнутый
участок цепи
7
I, мА
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
6
, град
Схема исследуемой электрической цепи представлена на рис. 3П.
Рис. 3П
Частота f = 50 Гц.
Параметры элементов L1  0,13 Гн, R1  68 Ом, C  68 мкФ.
Результаты измерений представлены в табл. 3П.
Таблица 3П
R2 , Ом
U, В
0 (короткозамкнутый участок)
10
47
68
100
150
220
330
∞ (разомкнутый
участок)
7
I, мА
7
7
7
7
7
7
7
7
7
, град
Векторная диаграмма токов и топографическая диаграмма напряжений.
Круговые диаграммы.
Работу выполнили: _______________________________________
Работу проверил:___________________________________________
8