Исследование электрической цепи переменного тока при последовательном соединении.

Лабораторная работа

Цель работы

1. Проверить практически и уяснить, какие физические явления происходят в цепи переменного тока.

2. Рассчитать параметры отдельных элементов электрической цепи.

3. Построить по опытным данным векторные диаграммы.

Теоретическое обоснование

При подведении к зажимам последовательно соединённых активного сопротивления R, индуктивности L и ёмкости C синусоидального напряжения U=U_MsinWt и тока I=I_Msin(Wt-U). Сдвиг фаз между напряжением и током определяется по формуле , где X_L=2fL, - соответственно индуктивное и ёмкостное сопротивления.

Действующее значение тока в цепи можно найти по закону Ома:

где - полное сопротивление цепи.

Если Х_L>X_C, то и U₁>U₂ - ток в этом случае отстаёт от напряжения в сети. В случае X_L<X_C и U₁<U₂ - ток опережает напряжение. Когда X _L=X_C, то U₁ =U₂ – ток и напряжение совпадают по фазе.

Для цепи с последовательным соединением резистора, индуктивной катушки и конденсатора по измерянным значениям напряжения U_R,U_C, U_K, U, тока I и активной мощности Р можно определить параметры цепи. Сопротивление резистора , ёмкостное сопротивление . Определив Х_С и зная промышленную частоту тока f = 50 Гц, можно найти мощность конденсатора

Параметры катушки определяются из формулы X_L=2fL

Определяем индуктивность катушки .

Оборудование:

Блок питания.

Стенд для измерения активного и реактивного сопротивлений.

Щит приборный №1.

Ход работы

Подключить блок питания к стенду.

Собрать схему, подключив приборы, соединительными проводами.

Включив тумблер на стенде, подаём напряжение на схему.

Ставим перемычку на дроссель, замеряем напряжение на резисторе и конденсаторе.

Ставим перемычку на конденсатор, замеряем напряжение на резисторе и дросселе.

Замеряем напряжение в схеме при последовательном соединении резистора конденсатора и дросселя, на каждом элементе.

Результаты опытов занести в таблицу, схемы исследований

Данные изменений

Результаты измерений

I

U₁

U₂

U_общ

X_c

R

Z

0,44

210

22

211

50

477,3

480

; ;

Данные изменений

Результаты измерений

I

U₁

U₂

U_общ

X_L

R

Z

0,42

210

632

666

1505

500

1586

; ; ;

Данные изменений

Результаты измерений

I

U₁

U₂

U₃

U_общ

X_L

X_C

R

Z

C

L

1

200

50

150

224

150

50

200

224

0,16

0,48

; ; ; ; ;

;

Вывод

С помощью данной лабораторной работы овладели навыками подключения простейших электрических схем для переменного тока (активное, ёмкостное, индуктивное и реактивное сопротивление), научились строить векторные диаграммы, пользоваться измерительными приборами.

Ответы на контрольные вопросы

Сдвиг фаз между током и напряжением зависит от наличия в ней индуктивного и ёмкостного сопротивления.

В цепи переменного тока полное сопротивление можно рассчитать, из треугольников сопротивлений, по формулам: ; ; .

Зная ёмкостное и индуктивное сопротивления, частоту тока и силу тока ёмкость и индуктивность можно определить по формулам: ; .