Исследование неразветвленной линейной цепи постоянного тока. Исследование цепей переменного синусоидального тока с индуктивно связанными элементами

Цель работы: изучить основные электрические величины, характеризующие цепь переменного синусоидального тока с резистором и взаимосвязь между ними, научиться определять параметры цепи по показаниям вольтметра, амперметра и ваттметра.

Программа работы:

Ø  Уяснить цель работы.

Ø  Выполнить задания для домашней подготовки.

Ø  Выполнить экспериментальные исследования.

Ø  Обработать результаты экспериментальных исследований, рассчитать искомые величины, сделать вывод.

Ø  Составить отчет.

Ø  Ответить на контрольные вопросы.

Ø  Решить контрольные задачи.

Ø  Защитить отчет.

3.1 Задание для домашней подготовки

3.1.1 Во время домашней подготовки уяснить цель лабораторной работы, изучить теоретический материал по теме «Неразветвленные электрические цепи переменного синусоидального тока» [1, 2, 3]. Составить схему электрическую принципиальную и схему электрическую расчетную исследуемой цепи, подготовить таблицы для записи показаний приборов и вычисленных по ним величин, привести расчетные формулы, подготовиться к ответам на контрольные вопросы и решению контрольных задач.

3.1.2 Составьте схему электрическую принципиальную.

Описание схемы электрической принципиальной.

Экспериментальная установка состоит из: лабораторного автотрансформатора (ТV); резистора (R); вольтметра (рV), который подключается к вторичным зажимам автотрансформатора; амперметра (рА); ваттметра (рW); для коммутации цепи предусмотрен однополюсный выключатель (SА).

Схема электрическая принципиальная представлена на рисунке 3.1.

Для сборки схемы потребуется 11 проводников (на схеме обозначены номерами 1-11).

3.1.3 Составьте схему электрическую расчетную.

Каждый элемент электрической цепи имеет свою расчетную схему, отражающую с достаточной степенью точности физические процессы, протекающие в этом элементе.

При составлении расчетной схемы принимаем следующие допущения:

– сопротивление соединительных проводов и контактов выключателя равняются нулю;

– сопротивление обмотки амперметра и токовой обмотки ваттметра равняются нулю;

– сопротивление обмотки вольтметров и обмотки напряжения ваттметра  равняются бесконечности, то есть электрический ток через них не протекает.

На расчетной схеме примите следующие условные обозначения электрических величин и параметров цепи:

r – активное сопротивление резистора, Ом;

u_r – мгновенное напряжение на резисторе, В;

i – мгновенная сила тока в цепи с резистором, А.

3.2 Экспериментальное исследование

3.2.1 В соответствии с составленной принципиальной схемой выберите на стенде необходимые элементы, измерительные приборы, определите пределы измерения и цену делений приборов, места их подключения, зажимы источника, приемника. Сосчитайте, сколько каких проводников требуется для сборки схемы. После этого приступайте к сборке электрической цепи.

Сборку схемы электрической цепи рекомендуется начинать с основной (токовой) части цепи, а затем подсоединять параллельные цепи  – вольтметр и обмотку напряжения ваттметра. Перед включением цепи автотрансформатор необходимо установить на минимум напряжения на выходе и ввести полностью сопротивление нагрузочного реостата.

3.2.2 Подключите схему к источнику электрической энергии, проверьте работоспособность схемы.

3.2.3 Установите с помощью автотрансформатора заданное преподавателем напряжение на зажимах нагрузочного резистора.

3.2.4 Измерьте величину тока в цепи и мощность, потребляемую резистором. Показания приборов занесите в таблицу 3.1.

Таблица 3.1 - Показания приборов

3.3 Обработка результатов, выводы

3.3.1 Определите по экспериментальным данным (таблица 3.1) следующие величины:

– амплитудное значение напряжения U_m в вольтах;

– среднее значение напряжения U_cp в вольтах;

– амплитудное значение силы тока І_m в амперах;

– среднее значение силы тока І_ср  в амперах;

– угловую скорость, если циклическая частота тока в сети 50 Гц;

– запишите мгновенное значение напряжения u в вольтах;

– запишите мгновенное значение силы тока i  в амперах;

–активное сопротивление резистора r в омах;

3.3.2 Результаты расчетов занесите в таблицу 3.2.

Таблица 3.2 - Результаты расчетов

3.3.3 Постройте в масштабе векторную диаграмму действующих значений напряжения и тока.

3.3.4 Постройте в масштабе волновые диаграммы напряжения и тока u = f (t),  і = f (t).

3.3.5 Сделайте выводы, ответив на следующие вопросы:

– Какие физические явления и процессы наблюдаются в резисторе при подключении в цепь переменного синусоидального тока?

– Bо сколько раз отличаются действующие значения напряжения и силы тока от их максимальных значений?

– Bо сколько раз отличаются действующие значения напряжения и силы тока от их средних значений?

– Охарактеризуйте физическую сущность активной мощности в цепи переменного синусоидального тока.

3.4 Содержание отчета

3.4.1 Наименование лабораторной работы.

3.4.2 Учебная цель работы.

3.4.3 Сема электрическая принципиальная экспериментальной установки.

3.4.4 Схема электрическая расчетная исследуемой электрической цепи.

3.4.5 Таблица экспериментальных данных (табл. 3.1).

3.4.6 Таблица расчетных данных (табл. 3.2), расчетные формулы.

3.4.7 Векторная диаграмма напряжения и силы тока.

3.4.8 Волновая диаграмма напряжения и силы тока.

3.4.9 Выводы.

3.5 Контрольные вопросы

1.     Получение однофазного синусоидального переменного тока.

2.     Назовите основные величины, характеризующие синусоидальный переменный ток.

3.     Что понимается под частотой, периодом и угловой частотой переменного