Лабораторна робота № 2

Тема: дослідження електричних кіл синусоїдальної напруги з активним опором, індуктивністю і ємністю.

Мета: дослідження впливу ємності, індуктивності на параметри електричного кола синусоїдального струму .

Обладнання: регульоване джерело синусоїдальної напруги; ватметр електродинамічної системи - 1 шт.; амперметр електромагнітної системи - 3 шт.; вольтметр - 1 шт.; котушка індуктивності з висувним осердям - 1 шт.; батарея конденсаторів змінної ємності - 1 шт. Або персональний комп’ютер, комп’ютерна програма Electronics Worcbench

Самостійна робота
1.Повторити фізичні процеси в розгалужених електричних колах синусоїдального струму.
2.Ознайомитись із схемою електричного кола.
3.За підручником вивчити методику побудови векторних діаграм.

Послідовність виконання роботи.
1. Записати в табл. 1 технічну характеристику вимірювальних приладів.

Для виконання роботи за допомогою програми quick copper для андроїда на телефон або electronic workbench для windows на комп'ютері напругу  джерела живлення встановлюємо відповідно до значення  номеру варіанту (якщо у вас варіант №15 то напруга джерела 15В) частоту вибираємо 50 Гц, а номінали резисторів, конденсаторів, і катушки індуктивності вибираємо довільно.

2.Складаємо нерозгалужене коло з ємністю С індуктивністю L та опором R. 
3. Провести вимірювання активної потужності Р (ватметр PW1), загального струму І (амперметр РА1), загальної напруги кола U (вольтметр PV1) та напруг на окремих елементах (вольтметри PV2 – PV4). 
Результати вимірювань внести в таблицю 2.1.

Таблиця 2.1.Результати вимірювань та розрахунків

№

U, B

UR, B

UC, B

UL, B

I, A

P, Вт

z,Ом

R,Ом

хС, Ом

ZL,Ом

rL, Ом

xL,

L, Гн

С, Ф

S,B·A

Q,Вар

cosφ

P= I*U

Z = U/I

R = UR /I

Xc =Uc/I

ZL = UL/I

rL =(P/I2) -R

L = XL/2pf

C = 1/ 2pfXC

S=U*i

Q=I2·x=I2(xL-xC).

cos φ = P/S = R/Z

1

4. Провести обрахунки параметрів елементів кола. Результати внести в таблицю 2.2.

Для проведення розрахунків використовуються наступні співвідношення :
- повний опір кола Z = U/I  
- опір активного елемента R = U_R /I  
- ємнісний опір Xc =Uc/I  
- повний опір котушки Z_L = U_L/I
- активний опір котушки r_L =(P/I²) -R 
- індуктивний опір котушки
- індуктивність котушки L = X_L/2pf (f=50Гц);
- ємність конденсатора C = 1/ 2pfX_C  
- реактивна потужність Q=I²·Х=I²(Х_L- Х_C).  
- повна потужність  
- коефіцієнт потужності cos φ =P/S = R/Z  

5 . Побудувати векторні діаграми напруг.

Векторні діаграми напруг послідовного з’єднання елементів будуються, виходячи з припущення, що початкова фаза струму І дорівнює нулю.

Нагадаємо, що вектори на комплексній площині відкладаються відносно вісі +1. Отже, вектор струму І буде направлений вправо вздовж вісі +1.

Вектори напруг на елементах відкладаються з врахуванням фазових кутів відносно струму. Так, напруги на активних опорах U_R=I·R та Ur_L=I·r_L

співпадають по фазі зі струмом І, напруга на індуктивному опорі UXL=I·xL випереджає струм на кут 90⁰, напруга на ємності U_C=I·x_C відстає від струму на кут 90⁰.

6.Складаємо розгалужене коло з ємністю С індуктивністю L та опором R.

7.Провести вимірювання параметрів кола при різних співвідношеннях ємнісного і індуктивного опорів, включаючи режим резонансу.

Результати вимірювань внести в таблицю3 .

Таблиця 3.Результати вимірювань і обрахунків

8. Провести обрахунки параметрів елементів кола. Результати обрахунків внести в таблицю3.

Обрахунки параметрів кола проводяться за наступними формулами:

опір окремих віток:

повний опір кола:

активний опір кола:

реактивний опір кола:

активна потужність Р=І²·R;

реактивна потужність Q=I²·x;

повна потужність S=U·I.


9. Для кожного досліду побудувати з дотриманням масштабу векторні діаграми струмів.

Висновки
(вплив ємності на параметри розгалуженого електричного кола синусоїдального струму, умови резонансу струму)

Звіт зробити в електронній формі  завантаживши документ Excel . Занести  результати вимірювань та створити формули для розрахунку по зразку першої таблички  Завантажити форму електронного звіту.

Контрольні запитання
1.Якими методами визначається струм у нерозгалуженій частині кола при паралельному з'єднанні активних і реактивних елементів ?
2.У чому принципова різниця між реактивною і активною потужностями ?
3.Які шкідливі наслідки низького значення коефіцієнта потужності ?
4.За яких умов в електричних колах синусоїдного струму настає резонанс струму?