Исследование индуктивной катушки и конденсатора цель работы


Скачать 114.93 Kb.
НазваниеИсследование индуктивной катушки и конденсатора цель работы
Дата публикации20.07.2013
Размер114.93 Kb.
ТипИсследование
userdocs.ru > Математика > Исследование

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

ИССЛЕДОВАНИЕ ИНДУКТИВНОЙ КАТУШКИ
И КОНДЕНСАТОРА

ЦЕЛЬ РАБОТЫ


1. Получить навыки экспериментального определения параметров индуктивной катушки и конденсатора.

2. Освоить методы анализа электрической цепи синусоидального тока состоящей из индуктивной катушки или конденсатора.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ


В данной работе исследуются отдельные элементы цепей синусоидального тока - индуктивная катушка с постоянными параметрами R и L (рис.1), а также конденсатор переменной ёмкости С (рис.2).

При анализе цепи индуктивную катушку представляют в виде эквивалентной схемы замещения, представляющей собой последовательной соединение резистивного элемента c сопротивлением RL, равным активному сопротивлению катушки и индуктивного элемента с индуктивностью L, равной индуктивности катушки (рис. 3).

Полное сопротивление катушки

Zк = Uк / I,

где Uк и I – соответствующие значения напряжения тока катушки.

Полное сопротивление связано с сопротивлениями схемы замещения следующей формулой:

,

где ХL = ωL = 2πfL – индуктивное сопротивление катушки;

ω = 2πf – угловая частота;

f – частота тока в цепи (f = 50 Гц).

Полное сопротивление катушки можно представить как гипотенузу прямоугольного треугольника сопротивлений (рис.4), один катет которого равен R, а другой ХL.

Из треугольника сопротивлений следуют расчётные формулы:

; ; .

В соответствии со вторым законом Кирхгофа вектор напряжения индуктивной катушки определяется выражением:

.

Вектор напряжения на резистивном элементе UR (активная составляющая вектора UK) совпадает по направлению с вектором тока I. Вектор напряжения на индуктивном элементе UL. (реактивная составляющая вектора UK) опережает вектор тока I на угол 90°. Действующие значения напряжений UR и UL, тока I и соответствующие сопротивления катушки связаны следующими формулами:

UR =R·I; UL = XL·I.

Вектор напряжения индуктивной катушки UK опережает вектор тока I на угол φк (0 < φк < 90°). Векторная диаграмма тока и напряжений индуктивной катушки приведена на рис. 5.

Векторы напряжений Uк, UR, UL образуют треугольник напряжений, подобный треугольнику сопротивлений. Из треугольника напряжений можно составить следующие расчётные формулы:

; ; .

Полная мощность катушки Sк по определению равна произведению действующих значений напряжения на катушке Uк и тока катушки I, т.е.

Sк = Uк·I.

Учитывая, что Uк = Zк·I , получаем Sк = Zк·I2.

Полная мощность Sк связана с активной Р и реактивной QL мощностями индуктивной катушки выражением

.

Активная мощность Р численно равна электрической энергии, преобразующейся в катушке в теплоту за единицу времени, и определяется формулами:

.

Реактивная мощность QL численно равна амплитуде мгновенной мощности, находящейся в процессе обмена между магнитным полем катушки и источником электрической энергии. Величина. реактивной мощности QL. определяется формулами:



Графическая связь между полной мощностью SK, активной мощностью Р и реактивной мощностью QL можно представить в виде прямоугольного треугольника мощностей (рис.6), гипотенуза которого равна SK, а катеты Р и QL. Треугольник мощностей подобен треугольникам сопротивлений и напряжений.

Из данного треугольника вытекают следующие соотношения:

; .

Из треугольника мощностей (рис. ) следует:

.

Поэтому величину cosφк называют коэффициентом мощности, т.к. он показывает: какую часть активная мощность Р составляет от полной мощности S.
При исследовании конденсатора его представляют, пренебрегая потерями, в виде ёмкостного элемента, обладающего ёмкостью С.

Ёмкостное сопротивление конденсатора

,

где UC и I – действующие значения напряжения и тока конденсатора.

Величина ХC зависит от ёмкости конденсатора С и частоты протекающего в нём тока.

(Ом).

Векторная диаграмма тока и напряжения конденсатора приведена на рис. 7. На ней видно, что вектор напряжения на ёмкостном элементе UC отстает от вектора тока I на угол 90 градусов.

В электрической цепи с ёмкостным элементом работа не совершается, поэтому активная мощность Р, потребляемая ёмкостным элементом, равна нулю. Однако, в цепи происходит периодический обмен энергией между источником и ёмкостным элементом. Интенсивность такого обмена характеризуют реактивной мощностью

.

^

ОБЪЕКТ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ


Объектами исследования являются индуктивная катушка с постоянными параметрами R и L и батарея конденсаторов, ёмкость которой можно изменять с помощью переключателей П2. Ёмкость батареи равна сумме ёмкостей параллельно включенных в неё конденсаторов. Все элементы исследуемой цепи смонтированы на плате № 10 передней панели стенда.

В качестве электроизмерительных приборов при исследований применяются многопредельный миллиамперметр типа Э-377 и цифровой или стрелочный электронный вольтметр. В качестве источников питания используется: однофазный двухполупериодичный выпрямитель со сглаживающим фильтром при питании катушки и конденсатора постоянным током и одна из фаз трёхфазного источника тока при питании катушки и конденсатора переменным током.

^

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

1. Исследование индуктивной катушки в цепи постоянного тока


1.1. Собрать электрическую цепь согласно схеме, представленной на рис. 8 протокола испытаний.

1.2. Установить на вольтметре режим измерения постоянного напряжения.

1.3. После проверки цепи преподавателем подать на неё напряжение, для чего выключатели В1 (3~36 В), В2 (-20 В) и ВЗ~1 (плата № 3) поставить в положение "Вкл.", а выключатель ВЗ-2 (плата № 3) – в положение II. Поворачивая ручку регулятора выходного напряжения выпрямителя (плата № 3) , установить значение напряжения на зажимах катушки в интервале 8-16 В.

1.4. Измерить по приборам постоянные напряжение Uпост и ток Iпост и записать их значения в табл. 1 протокола испытаний.

1.5. Выключатели В1 и В2 выключить, полученные результаты согласовать с преподавателем.
^

2. Исследование индуктивной катушки в цепи переменного тока


2.1. Собрать электрическою цепь согласно схеме, представленной на рис. 9 протокола испытании.

2.2 Установить на вольтметре режим измерения переменного напряжения.

2.3. После проверки цепи преподавателем подать на нее напряжение для чего выключатель В1 (3~36 В) поставить в положение "Вкл.".

2.4. Измерить по приборам действующие значения синусоидальных напряжения Uк и тока I катушки и записать их в табл. 1 протокола испытаний.

2.5. Выключить выключатель В1 и согласовать полученные результаты с преподавателем.
^

3.Исследование конденсатора в цепи постоянного тока


3.1. Собрать электрическую цепь согласно схеме, представленной на рис. 10 протокола испытаний.

3.2. Выполнить п.1.2-1.5, записав результаты измерений в табл. 2 протокола испытаний.
^

4. Исследование конденсатора в цепи переменного тока


4.1. Собрать электрическую цепь согласно схеме, представленной на рис. 11 протокола испытаний.

4.2. Выполнить п. 2.2-2.3.

4.3. Изменяя ёмкость батареи конденсаторов с помощью переключателей П2 в пределах от 20 до 90 мкФ, провести 5 измерений действующих значений тока I и напряжения UC. Результат измерений записать в табл. 3 протокола испытаний.

4.4. Выполнить п. 2.5.
^

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА


1. Вычислить значения параметров катушки, указанные в табл. 4. Активное сопротивление катушки при этом найти по результатам исследования катушки на постоянном токе, т.е.

.

2. Построить на рис. 12 (прил.) векторную диаграмму тока и напряжений на индуктивной катушке, выбрав масштабы по току mI и по напряжению mU.

3. Построить на рис.13 (прил.) треугольники сопротивлений и мощностей индуктивной катушки.

4. Используя экспериментальные данные (табл. 3) вычислить в соответствии с законом Ома значения ёмкостных сопротивлений XС батареи конденсаторов и ёмкостей Сp, приняв частоту тока f = 50 Гц. Результаты записать в табл. 5 (прил.).

5. Построить на рис. 14 (прил.) векторную диаграмму тока и напряжения конденсатора, выбрав масштабы по току и напряжению.

6. По данным табл. 3 построить на рис. 15 (прил.) график зависимости I(C).
^

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ


1. Какими параметрами характеризуется индуктивная катушка?

2. Каким выражением связаны полное, активное и индуктивной сопротивления катушки?

3. Каким выражением связаны вектор напряжения на зажимах катушки и его активная и реактивная составляющие?

4.Каким выражением связаны полная, активная и реактивная мощности индуктивной катушки?

5. Какими параметрами характеризуется конденсатор?

6. Как можно определить емкостное сопротивление?

7. Какие мощности выделяются на конденсаторе при протекании через него синусоидального тока?

8. Активное сопротивление катушки равно 8 Ом, а её коэффициент мощности равен 0,8. Чему равно индуктивное сопротивление катушки?

9. Ёмкость конденсатора равна 20 мкФ. Чему равно ёмкостное сопротивление?

10. Ёмкость конденсатора равна 10-мкФ. К его зажимам приложено постоянное напряжение 5 В. Какой ток будет протекать в цепи?

11. Активное и индуктивное сопротивления катушки равны. Чему равен угол сдвига фаз между напряжением и током катушки?

12. Активная мощность катушки равна 400 Вт, а её активное сопротивление равно 100 Ом. Чему равна активная составляющая напряжения катушки?

13. Активное и индуктивное сопротивления катушки соответственно равны 3 Ом и 4 Ом. Ее реактивная мощность равна 36 вар. Чему равно напряжение на зажимах катушки?

14. Полная мощность и ток катушки равны соответственно 80 ВА и 2 А. Угол сдвига фаз между напряжением и током катушки равен 60 градусов. Чему равно активное сопротивление катушки?

15. Полная и активная мощности и активное сопротивление катушки равны соответственно 25 ВА, 20 Вт и 5 Ом. Чему равна реактивная составляющая напряжения катушки?

16. Активное сопротивление катушки в 2 раза меньше полного. Полная мощность катушки равна 1 кВА. Чему равна активная мощность катушки?

Приложение А
^

ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЙ

к лабораторной работе №4 "Исследование индуктивной катушки и конденсатора"

1. Исследовательская часть






Рис. 8

Рис. 9

Таблица 1

Uпост, В

Iпост, А

Uк, В

I, А




















Рис. 10

Рис. 11













Пока-

Номер опыта

Таблица 2




затели

1

2

3

4

5

Uпост, В

Iпост, А




С, мкФ

























UС, В

























I, А

















Расчётные формулы:

^

2. Расчётно-графическая часть


Таблица 4

R, Ом

Zк, Ом

XL, Ом

L, Гн

φк, град.

cosφк



















UR, В

UL, В

P, Вт

QL, ВАр

S, ВА





















Таблица 5


№ опыта


1


2


3


4


5


ХC, Ом












Ср, мкФ













Краткие выводы по работе:

Группа ____________ Студент _______________ Дата ___________

Преподаватель___________

Похожие:

Исследование индуктивной катушки и конденсатора цель работы iconЗакон Ома для переменного тока. Приборы и принадлежности
Цель работы: изучить методы измерений индуктивности катушки, емкости конденсатора и экспериментально проверить закон Ома для переменного...
Исследование индуктивной катушки и конденсатора цель работы iconИсследование линейной неразветвленной электрической цепи с синусоидалыного тока цель работы
Установить связь между током, напряжениями на элементах цепи и емкостью конденсатора
Исследование индуктивной катушки и конденсатора цель работы iconЛабораторная работа 1 Исследование микроклимата в производственных помещениях Цель работы
Цель работы определить состояние воздушной среды в помещении, используя инструментальные методы оценки производственного микроклимата...
Исследование индуктивной катушки и конденсатора цель работы iconЛабораторная работа №5 Исследование влияния наводок в различных линиях...
...
Исследование индуктивной катушки и конденсатора цель работы iconЗакон Ома для конденсатора Закон Ома для цепи переменного тока
Энергия заряженного конденсатора: где u — напряжение (разность потенциалов), до которого заряжен конденсатор. Из лекции: q= uc; i=dq/dt=d(UC)/dt=UmCWcoswt;...
Исследование индуктивной катушки и конденсатора цель работы iconПервоначально электрическая цепь катушки разомкнута. Как будет двигаться...
Индукционный ток в неподвижном кольце вблизи катушки с постоянным током равен нулю, магнитные свойства меди выражены слабо, поэтому,...
Исследование индуктивной катушки и конденсатора цель работы iconЛабораторная работа №3 исследование переходных процессов rc-цепях
Воздействие прямоугольных импульсов тока, изображенных на рис. 1, на электрическую цепь, состоящую из последовательно соединенных...
Исследование индуктивной катушки и конденсатора цель работы iconИсследование линейной разветвленной электрической цепи синусоидального тока цель работы
Получить навыка построения векторных диаграмм и научиться их использовать для анализа электрических цепей
Исследование индуктивной катушки и конденсатора цель работы iconЛабораторная работа №1 Контрольный осмотр двигателя Цель работы
...
Исследование индуктивной катушки и конденсатора цель работы iconЦель работы
Цель работы: по полученной вольтамперной характеристике определить основные параметры двухэлектродной лампы
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2015
контакты
userdocs.ru
Главная страница