Файл: лаб-раб-электротехн-КТО.doc

Объектом исследования является цепь переменного тока, содержащая последовательно соединенные катушку индуктивности L, резисторы R₁₀₀ с номиналом 100 Ом, R₁ с номиналом 1 Ом, конденсатор С, изображенные на рис. 1. Источником питания для данной схемы является генератор синусоидальных сигналов Г. Для измерения напряжений на элементах схемы используется цифровой вольтметр V. Осциллограф N позволяет измерить разность фаз между током и напряжением в цепи.

L

I

Iк R 100 Ом

U_ПИТ IIк

С 0,025мкФ

R 1 Ом

Рис. 1

3. Рабочее задание

3.1. Собрать цепь (рис. 1). С помощью цифрового вольтметра выставить на входе схемы генератора U_ПИТ = 10В на частоте 4 кГц.

3.2. Первый канал осциллографа подключить на вход схемы, чтобы вывести на экран сигнал напряжения генератора. Второй канал необходимо подключить к измерительному сопротивлению R₁ = 1 Ом, с которого снимается сигнал тока в колебательном контуре.

3.3. Изменяя частоту генератора, добиться точного совпадения по фазе синусоид тока I и напряжения U_ПИТ. Регулируя осциллограф, выровнять максимально амплитуды обеих синусоид. Таким образом, в последовательном контуре получен резонанс напряжений. Записать в таблицу 1 значение резонансной частоты f_РЕЗ = f₀ (кГц), а также измерить и занести в таблицу значения тока I, падений напряжения на катушке U_L, на конденсаторе U_C, на резисторе U_R100 и сдвига фаз между током и напряжением ⁰. Ток в контуре измеряется цифровым вольтметром на резисторе R₁ равном 1 Ом, на пределе mV.

Таблица 1

f, кГц	UПИТ, В	I, mA	UL, В	UC, В	UR100, В	0
f РЕЗ – 0,5кГц = .…кГц	10
fРЕЗ = …….. кГц	10
f РЕЗ + 0,5кГц = .…кГц	10

---

3.4. Уменьшить частоту генератора на 0,5 кГц по сравнению с резонансной частотой, поддерживая U_ПИТ равным 10 В. Произвести измерения аналогично п. 3.3 и заполнить верхнюю строку таблицы 1.

3.5. Увеличить частоту генератора на 0,5 кГц по сравнению с резонансной частотой. Повторить измерения, результаты занести в нижнюю строку таблицы 1.

3.6. Для измерения угла сдвига фаз необходимо на осциллографе с помощью регулировки добиться равенства амплитуд синусоид тока и напряжения. Изменяя длительность развертки по горизонтали («грубо» и «плавно») добиться, чтобы на экране осциллографа в шести клетках помещалась половина периода синусоиды. Тогда одной большой клетке экрана горизонтали будет соответствовать угол ⁰=180⁰/6 = 30⁰.

При этом каждая большая клетка имеет пять малых делений, следовательно, на каждое из них приходится 30⁰/5=6⁰. Посчитать сколько маленьких делений отделяет одну синусоиду от другой, а результат умножить на цену деления, т.е. 6⁰. В результате при максимальном размахе амплитуд на экране при их симметричном положении относительно средней линии измеряется угол сдвига фаз. Необходимо учитывать знак угла ⁰ , указывающий опережение или отставание тока от питающего напряжения.

3.7. Рассчитать полное сопротивление цепи (контура) :

U_ПИТ

Z_КОНТ = , Ом

I

3.8. Активное сопротивление катушки рассчитывается из опыта резонансной частоты, когда полное сопротивление контура носит чисто активный характер и составляет:

Z_КОНТ = R_КОНТ = R₁₀₀ + R₁ + R_L , Ом

3.9. Индуктивное сопротивление катушки и индуктивность рассчитываются из следующих соотношений:

U_L

Z_L = X_L = Z_L² – R_L² X_L Ом= 2fL Гн

I

3.10. Рассчитать емкость конденсатора из следующих соотношений:

U_C 1

X_C = = , Ом

I 2fC

3.11. Активная и индуктивная составляющая напряжения на катушке вычисляются из следующих соотношений:

---

U_RL = I  R_L U_XL = I  X_L , В

Результаты вычислений для всех трех значений частот занести в таблицу 2.

Таблица 2

Z	ZL	RL	XL	L	XC	C	URL	UXL	cos 
Ом	Ом	Ом	Ом	мГн	Ом	мкФ	В	В

3.12. Построить в масштабе векторные диаграммы напряжений для трех частот.

4. Контрольные вопросы.

4.1. Условия наступления резонанса в схеме последовательного соединения R, L, C.

4.2. По каким признакам можно установить наличие в цепи резонанса напряжений?

4.3. Какой характер сопротивления имеет контур:

• при резонансе напряжений;

• в случае f  f_РЕЗ ;

• в случае f  f_РЕЗ.

---

4.4. Вывести формулу резонансной частоты из условия наступления резонанса. Лабораторная работа №3 Индуктивная цепь

1. Цель работы.

Экспериментальное определение основных величин, характеризующих свойства катушки индуктивности. Оценка зависимости этих величин от наличия магнитного сердечника катушки и степени его намагничивания.

2. Описание установки.

2.1. На стенде установлены две катушки индуктивности L₁ и L₂, имеющие одинаковые размеры и число витков. Одна катушка L₂ имеет ферромагнитный сердечник (рис. 1), другая L₁ – сердечника не имеет.

I

l_CP

W = 800витков

Рис. 1

Для измерений значений тока используются миллиамперметры, расположенные на передней панели стенда, как для постоянного, так и для переменного тока. Для измерения напряжений на катушках индуктивности пользуются цифровыми вольтметрами В7-38. Первоначально катушки подключают к цепи постоянного тока (рис. 2), затем к сети однофазного переменного напряжения (рис. 3).

2.2. Для питания схемы постоянного напряжения используется двухполупериодный выпрямитель, расположенный на левой стороне стенда. При измерении тока и напряжения используются приборы магнитоэлектрической системы.

I

+

–

L₂ L₁

Рис. 2

2.3. Для питания схемы переменным напряжением используется регулируемый лабораторный автотрансформатор ТА, Изменяя напряжение на катушках индуктивности производить измерения с помощью цифрового вольтметра (либо с помощью мультиметра в режиме переменного тока на пределе 200 В).

---

I

ТА

 U

L₂ L₁

Рис. 3

3. Рабочее задание.

3.1. Собрать цепь рис. 2 для определения активного сопротивления катушек индуктивности.

3.2. Активные сопротивления R₁ и R₂ катушек определить экспериментально, по закону Ома, при помощи амперметра A и вольтметра V для трех различных значений постоянного тока, устанавливаемых переменным сопротивлением R. Значения токов записано в таблице 1. Результаты измерений и вычислений занести в ту же таблицу 1.

Таблица 1

Измерено			Вычислено
I	U1	U2	RL1	RL1CP	RL2	RL2CP
mА	В	В	Ом	Ом	Ом	Ом
200
300
400

3.3. Собрать схему рис. 3 для определения полного сопротивления катушек. Измерить напряжения на катушках для пяти различных значений тока, устанавливаемых с помощью лабораторного трансформатора ТА. Значения тока записаны в таблице 2.

Таблица 2

Измерено			Вычислено
I	U1	U2	Z1	XL1	L1	Z2	XL2	L2	Bm1	Bm2	H
А	В	В	Ом	Ом	Гн	Ом	Ом	Гн	Тл	Тл	А/м
0,1
0,16
0,24
0,3
0,4

---