Лабораторна робота № 2
ПРОСТІ КОЛА ГАРМОНІЧНОГО СТРУМУ
Мета роботи – експериментальна перевірка законів Кірхгофа й визначення активних, реактивних, повних і комплексних опорів електричних кіл. Опис роботи В роботі досліджується коло з послідовно з’єднаних елементів R, L, C, а також розгалужене коло з тих же елементів. На рис. 6 зображене коло з послідовно з’єднаних елементів, а на Рисунок 6 – Послідовне з’єднання елементів Рисунок 7 – Змішане з’єднання елементів
В двох інших розгалужених колах в загальну вітку вмикається або ємність (capacitance) або опір. Для вимірів напруги на елементі і зсуву фаз між цією напругою і вхідною напругою (input voltage) один з полюсів елемента повинен бути приєднаний до загальної клеми ”┴”. Для виконання цієї вимоги місця ввімкнення елементів необхідно міняти без зміни характеру (типу) з’єднання елементів. Перевірці підлягають другий закон Кірхгофа для кола рис. 6. , (4) а також перший (5) і другий (6) для кола рис. 7 В наведених формулах струми визначаються через напругу на вимірювальному опорі I = Uв/Rв. Початкову фазу вхідної напруги потрібно взяти рівною нулю (Ψ1 = 0), а всі інші величини вимірюються безпосередньо вольтметром і фазометром (phasemeter). При проведенні досліду бажано щоб напруги на елементах не відрізнялись більше ніж в 3 – 5 разів. Для цього необхідно підібрати відповідні елементи кола і частоту дослідження. Комплексний опір будь-якого двополюсника визначається за результатами вимірів напруги, струму (current) і зсуву фаз між ними (7) де – повний вхідний опір, – зсув фаз між напругою і струмом, і – активний (resistance) і реактивний (reactance) опори. Завдання1. Дослідити процеси в нерозгалуженому колі з елементів R, L, C. Для цього скласти електричне коло, подане на рис. 8. Рисунок 8 – Електрична схема підключення вимірювального обладнання у нерозгалуженому колі з елементів R, L, C
На рис. 8 прийняті такі позначення: Г – генератор; Ч – частотомір; V1, V2 – вольтметри на 10 В; V3 – мілівольтметр на 100 мВ; φ – фазометр; К1, К2, К3 – клеми для підключення досліджуваних елементів, RВ – вимірювальний опір на 1 – 10 Ом. Вольтметр V2 вимірює напругу на ділянці, що складається з елемента, який підмикається до клем К3, і вимірювального опору. Щоб вольтметр V2 наближено вимірював напругу на вказаному елементі, його покази повинні в десятки разів перевищувати покази вольтметра V3. Вхід 1 фазометра перемикається з точки “a” на точку “б”. Підключивши до клем К1, К2, К3 досліджувані елементи і, міняючи їх місцями, зробити необхідні виміри і занести їх до табл. 4. Таблиця 4 – Результати вимірювання послідовного з’єднання елементів
4. Дослідити процеси в розгалуженому колі з елементів R, L, C (тих же, що і в досліді 1і при тій же частоті). Для цього скласти коло рис. 9, Рисунок 9 – Електрична схема підключення вимірювального обладнання у колі зі змішаним з’єднанням елементів R, L, C
де П – перемичка, а інші елементи ті ж, що і в схемі рис. 8. Стрілками вказані полюси приладів і перемички П, які підключаються до інших ділянок кола. Бригади з номерами 1, 4, 7 – до клеми К1 підключають ємність, з номерами 2, 5, 8 – індуктивність, з номерами 3, 6, 9 – опір. Результати вимірювань занести до табл. 5. Таблиця 5 – Результати вимірювання змішаного з’єднання елементів
Струм І1, І2, І3 – розраховується через напругу на вимірювальному опорі, який почергово, разом з вольтметром V3, вмикається в кожну вітку. 4. Мостом змінного струму виміряти параметри досліджуваних елементів і знести їх до табл. 6. Таблиця 6 – Результати вимірювання параметрів елементів
Обробка результатів1. За результатами досліду п. 1 зробити перевірку другого закону Кірхгофа аналітично і графічно (побудувавши векторну діаграму). 2. За результатами досліду п. 1 розрахувати комплексний, повний, активний і реактивний опори кола. Ті ж розрахунки зробити за даними табл. 6 і робочої частоти. Порівняти результати і вказати можливі причини розбіжностей. 3. Зробити перевірку першого і другого законів Кірхгофа для розгалуженого кола (див. табл. 5). Контрольні запитання1. Які виміри потрібно зробити в колі гармонічного струму для перевірки законів Кірхгофа? 2. Які виміри потрібно зробити, щоб визначити активний, реактивний, повний і комплексний опори ділянки кола? 3. Як аналітично розрахувати активний, реактивний, повний і комплексний опори кола при відомих параметрах елементів і робочій частоті? 4. Елементи R, L, C (R=XL=XC) з’єднані послідовно і змішано: а) в загальній вітці “R”; б) в загальній вітці ”L”; в) в загальній вітці ”C”. В якому випадку повний вхідний опір буде: 1) найбільший; 2) найменший? Знайдіть ці опори. Література[1, С. 15–20; 10, С. 34–52; 11, С. 92–101; 12, С. 41–47; 13, С. 46–50, 64–67, 85–88]. |