Файл: Руководство по выполнению базовых экспериментов эцпет. 001 Рбэ (902) 2006.doc

При параллельном соединении конденсаторов (рис.4.4.1) эквивалентная емкость цепи равна сумме емкостей отдельных конденсаторов:
C_Э = C₁ + C₂ + C₃+ ...

Рис. 4.4.1

Токи в параллельных ветвях (конденсаторах) пропорциональны соответствующим емкостям, причем сумма токов ветвей равна общему току цепи I_. Напряжения на всех конденсаторах одинаковы и равны U_.

4.4.2. Экспериментальная часть

Задание
Убедитесь путем измерения токов и напряжений, что эквивалентная емкость цепи с параллельным соединением конденсаторов равна сумме емкостей отдельных конденсаторов.
Порядок выполнения эксперимента

Соберите цепь согласно схеме (рис. 4.4.2), подсоедините регулируемый источник синусоидального напряжения с параметрами U = 5 В и f = 1 кГц. Напряжение и частоту источника установите с помощью мультиметра.

Рис. 4.4.2

Измерьте мультиметром или виртуальным прибором общий ток цепи I_, токи параллельных ветвей I_1,I₂, I₃ и напряжения на конденсаторах U, занесите данные измерений в табл. 4.4.1

Таблица 4.4.1

U, В	I, мА	I₁, мА	I₂, мА	I₃, мА

Вычислите емкостные реактансы X_Э,X_C_1,X_C_2,X_C₃по формуле X_C=U I_С.
Определите емкости отдельных конденсаторов и эквивалентную емкость цепи по формуле C= 1  (  X_C), где  = f = 1/С.
Проверьте вычислениями величину емкости C_Э, найденную экспериментально.

Вычисление емкостных реактансов:
X_C₁= U_C₁ I_С1=
X_C2= U_C2 I_С₂=
X_C3= U_C3 I_С₃=
X_Э= U I=
Вычисление емкостей :
C₁= 1  (  X_C1)=
C₂= 1  ( X_C2)=
C₃= 1  ( X_C3)=
C_Э= 1  (  X_C)=
Проверка эквивалентной емкости расчетом :
C_Э = C₁ + C₂ + C₃=

4.5. Реактивная мощность конденсатора

4.5.1. Общие сведения

Когда конденсатор подключен к переменному синусоидальному напряжению, в нем возникает синусоидальный ток, опережающий напряжение на 90^о (рис. 4.5.1).

Рис. 4.5.1
Мгновенная мощность, потребляемая конденсатором (как и любой другой цепью) определяется как произведение напряжения и тока:
p = ui
График изменения этой мощности можно построить, перемножая попарно ординаты графиков u(t) и i(t), взятые в один и тот же момент времени. Полученная таким образом кривая (рис. 4.5.1) представляет собой синусоиду двойной частоты с амплитудой.
Q_C= U_Cm I_Cm/2 = U_C I_C.
Когда p>0, конденсатор заряжается, потребляя энергию и запасая ее в электрическом поле. Когда p<0, он отдает ее другим элементам цепи, являясь источником энергии. Величина Q_C является максимальной мощностью, потребляемой или отдаваемой конденсатором, и называется емкостной реактивной мощностью.

Средняя (активная) мощность, потребляемая конденсатором, равна нулю.

4.5.2. Экспериментальная часть

Задание
Выведите кривые тока и напряжения конденсатора на экран виртуального осциллографа, перенесите их на график и постройте кривую изменения мгновенных значений мощности перемножением мгновенных значений напряжения и тока.

Порядок выполнения эксперимента

Соберите цепь согласно схеме (рис. 4.5.2), подсоедините к ней регулируемый источник синусоидального напряжения с параметрами: U= 5 B и f = 1 кГц.

Рис. 4.5.2

Включите виртуальные приборы V0, A1 и осциллограф.

«Подключите» два входа осциллографа к приборам V0 и A1, а остальные отключите.

Установите параметры развёртки осциллографа так, чтобы на экране было изображение примерно одного-двух периодов напряжения и тока.

Включите блок «Приборы II», выберите из меню функции «Активная мощность» и «Реактивная мощность», подключите их к V1 и A1, запишите значения реактивной мощности Q_C и убедитесь, что активная мощность близка к нулю.

Занесите данные осциллографирования напряжения и тока конденсатора в табл. 4.5.1 соответственно указанным моментам времени. Выполните вычисления мгновенных значений мощности.

Таблица 4.5.1

Время t, мс	Токi_C, мА	Напряжение u_C, В	p = u_Ci_C, мВт
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0

Перенесите данные табл. 4.5.1 на график (рис.4.5.3).

Рис. 4.5.3

По графику p(t) определите максимальное значение (реактивную мощность) и сравните ее с реактивной мощностью, измеренной варметром.

По осциллограмме: Q_C = …… мВт;
По варметру: Q_C = …… ВАр.

5. Цепи синусоидального с катушками индуктивности

5.1. Напряжение и ток катушки индуктивности

5.1.1. Общие сведения

Когда к катушке индуктивности подведено синусоидальное напряжение, ток в ней отстает от синусоиды напряжения на ней на 90⁰. Соответственно, мгновенное значение тока достигает амплитудного значения на четверть периода позже, чем мгновенное значение напряжения (рис. 5.1.1). В этом рассуждении пренебрегается активным сопротивлением катушки.

Рис. 5.1.1

5.1.2. Экспериментальная часть

Задание
Выведите на дисплей виртуального осциллографа кривые изменения во времени мгновенных значений тока i_L и напряжения u_L катушки индуктивности и определите фазовый сдвиг между ними.
Порядок выполнения эксперимента

Соберите цепь согласно схеме (рис. 5.1.2), подключите к ее входу регулируемый источник синусоидального напряжения с параметрами: U=5В, f = 1 кГц.

Рис. 5.1.2

Включите виртуальные приборы V0, A1 и осциллограф.
«Подключите» два входа осциллографа к приборам V0 и A1, а остальные отключите.

Установите параметры развёртки осциллографа так, чтобы на экране было изображение примерно одного-двух периодов напряжения и тока.

Перенесите данные осциллографирования напряжения и тока катушки на график (рис. 5.1.3), определите фазовый сдвиг между синусоидами напряжения и тока катушки индуктивности.

Рис. 5.1.3
Период

T =
Фазовый сдвиг

 =
Примечание: фазовый сдвиг меньше 90^о из-за влияния активного сопротивления катушки.

Включите блок дополнительных приборов, выберите из меню прибор «Угол сдвига фаз» и «подключите» его к V1 и А1. Убедитесь, что вы правильно определили фазовый сдвиг по осциллографу.