Лабораторная работа. Исследование однофазной электрической цепи с активным сопротивлением и индуктивностью

Векторы напряжений U_K, U_R, U_L образуют треугольник напряжений, подобный треугольнику сопротив­лений. На треугольника напряжений можно составить следующие расчетные формулы: U_K²=U_R²+U_L², U_R=U_Kcos(φ_K), U_L=U_Ksin(φ_K), φ_K=arctg(U_L/U_R).

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

S_K= U_KI. Учитывая, что U_K=Z_KI , получаем S_K=Z_KI²

Полная мощность S_K связана с активной Р и реактивной Q_L мощностями индуктивной катушки выражением 

Активная мощность Р численно равна электрической энергии, преобразующейся в катушке в теплоту за единицу времени, и определяется формулами: Р=RI²=U_RI=U_KIcos(φ_K)

Реактивная мощность Q_L численно равна амплитуде мгновенной мощности, находящейся в процессе обмена между магнитным полем катушки и источником электрической энергии. Величина. реактивной мощности Q_L. определяется формулами: Q_L=X_LI²=U_LI=U_KIsin(φ_K)

Графическая связь между S_K, Р и Q_L можно представить в виде прямоугольного треугольника мощностей, гипоте­нуза которого равна S_K , а катеты Р и Q_L. Треугольник мощностей подобен треуголь­никам сопротивлений и напряжений.

Из него вытекают следующие соотношения: P = S_K cos(φ_K), Q _L= S_K sin(φ_K)

Величина cos(φ_K) называется коэффициентом мощности, поскольку из треугольника мощностей cos(φ_K ) = Р/S, т.е. он показывает, какую часть активная мощность Р .составляет от полной мощности S.

3. Приборы и оборудование

Источник электрической энергии, однополюсный выключатель, соединительные провода.

Таблица 1

Перечень приборов и оборудования.

4. Рабочее задание

1. Ознакомиться с источниками питания, приборами, необходимыми для выполнения работы; записать их основные технические данные.

2. Опытное исследование цепи переменного тока с последовательным соединением катушки индуктивности, приобретения навыков построения векторных диаграмм неразветвленных цепей и определения их параметров.

3. Собрать схему электрической цепи (Рис. 1).

4. Измерить напряжение в цепи V, мощности цепи Р и ток – І. Результаты занести в таблицу 2 для катушки L1.

5. Повторить измерения для катушки L2. Результаты записать в таблицу 2.

6. Собрать схему электрической цепи (Рис. 2).

7. Результата измерение и вычисления записать в таблицу 3 при согласном а) и встречном б) включении.

8. Собрать схему электрической цепи (Рис. 3) для определения взаимной индуктивности катушек с помощью амперметра и вольтметра.

9. Результаты измерения и вычисления записать в таблицу 4.

Рис. 1. Схема для определения параметров катушки

Таблица 2

Параметры катушки индуктивности

а)

б)

Рис.2 – схема для определения взаимной индуктивности при согласном а) и встречном б) включении.

Таблица 3

Результата измерение и вычисления

Рис.3- схема для определения взаимной индуктивности катушек с помощью амперметра и вольтметра.

Таблица 4

Результаты измерения и вычисления

Расчёты:

Таблица 2

Таблица 3

Таблица 4

Примечание. Вывод – сделать самостоятельно.

5. Составление отчёта

Отчёт должен содержать:

1. Тему и цель лабораторной работы.

2. Приборы и оборудование

3. Порядок выполнения работы

4. Схему эксперимента

5. Расчётные формулы и обработку данных.

6. Ответы на контрольные вопросы

7. Выводы о проведённом эксперименте и о достижении цели лабораторной работы

6. Защита лабораторной работы

1. Дать пояснения к схеме проведения эксперимента

2. Дать анализ полученным результатам

3. Ответить на контрольные вопросы

Контрольные вопросы

1. От каких факторов зависит индуктивность катушки?

2. От каких факторов зависит индуктивность двух катушек?

3. Какие методы измерения взаимной индукции вы знаете?

4. Какие приборы необходимы для определения характеристик катушки индуктивности?

Ответы:

1. Индуктивность катушки зависит (квадратно) от числа витков, пропорциональна сечению витка, обратно пропорциональна длине обмотки, прямо пропорциональна магнитной проницаемости сердечника.

2. Взаимная индуктивность катушек зависит индуктивности каждой из них и от их взаимного расположения.

3. Метод амперметра-вольтметра для измерения индуктивности сравнительно больших при питании измерительной схемы от источника низкой частоты 50-100Гц.

4. Для измерения параметров индуктивности применяют уравновешенные мосты переменного тока назв. Получить малую погрешность (до 1%).

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

1. Составить отчёт

2. Ответить письменно на контрольные вопросы.

3. При оформлении работ использовать Условные графические обозначения на электрических схемах (см. Приложение, занятие №5).

Перечень рекомендуемых учебных изданий, Интернет-ресурсов, дополнительной литературы.

Основные источники:

1. Данилов, И.А., Иванов П.М. Общая электротехника с основами электроники. – М. : Высшая школа, 2010. - 752с.

2. Ермуратский, П.В., Лычкина Г.П., Минкин Ю.Б. Электротехника и электроника. — М.: ДМК Пресс, 2011. — 416 с.

3. Электротехника и электроника / Под ред. Б.И. Петленко. – М. : Издательский центр «Академия», 2008.- 320 с.

4. Иванов, И. И., Соловьев, Г. И., Фролов, В. Я. Электротехника и основы электроники. — СПб. : Издательство «Лань», 2012. — 736 с.

Дополнительные источники:

1. Долгов, А.Н. Сборник задач по физике с решением и ответами. Электричество и оптика. – 186с.

2. Зайцев, А.П. Общая электротехника и электроника. – Томск : Томский межвузовский центр дистанционного образования, 2002. – 178с.

3. Козлова, И. С. Электротехника. Конспект лекций. - ЭКСМО, 2008. - 160 с.

4. Мартынова, И.О. Электротехника: учебник / И.О. Мартынова. — М .: КНОРУС, 2015. — 304 с.

5. Петленко, Б.И. Электротехника и электроника. Москва, 2003. – 230 с.

6. Прошин, В.М. Электротехника для неэлектрических профессий. М :. – Академия, 2014. - 456с.

7. Прошин, В.М. Электротехника. М. : - Академия, 2013. – 288с.