Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого» Политехнический колледж Исследование неразветвленной цепи переменного тока отчет по лабораторной работе Выполнил Студент гр. 1921 Цуканов Илья « » 2022 г. Проверил Преподаватель Петрушевская С.Г. « » 2022 г. 1.Цель работы Определить параметры цепи для различных вариантов включения. Определить угол сдвига по фазе между током и напряжением для всех вариантов цепей. 2.Практическая часть. 2.1.Используемое оборудование Для проведения лабораторной работы используют: -стенд лабораторный ЭЦ-НР; -вольтметр, марка -амперметр, марка -прибор для измерения угла сдвига фаз между током и напряжением фазометр cos𝜑 . -катушка индуктивности, марка 2.2. Измерения на стенде -ЭЦ-НР Рисунок 2- Схема метода измерения 2.2.1. Результаты измерений на стенде: Таблица 1 - ЭЦ-НР: схема R,Z к U, В I, А U R, В U к, В U с, В P, Вт Cos φ φ, 12 0,28 8,03 6,68 _ 2,7 0,86 30˚ 12 0,14 3,97 _ 11,27 0,5 0,31 -70˚ 12 0,17 4,82 4,17 14,03 1 0,51 -59˚ 12 0,24 7,09 5,71 13,34 2,1 0,74 -41˚ R, Xc R, Z к, Xc1 R, Z к Xc2 2.2.2. Результат вычислений 2.2.2.1. Вычисление параметров для RC – цепи -Активное сопротивление R=UR / I R= 3,97/0,14 = 28,36 Ом -активная мощность P = I2*R P= = 0,142*28,36 = 0,56 Вт - Угол сдвига по фазе φ = -70˚ -Емкостное сопротивление Xc= Uс / I (2.1) (2.2.) (2.3.) Xc= 11,27/0,14 = 80,5 Ом Xc=1/2πfС (2.4) Xc = 1/(3,14*2*50*40)*106 = 79,52 Ом -Полное сопротивление Z= U/I (2.5.) Z= 12/0,14 = 85,74 Ом Z=√R2 + Xc2 (2.6.) Z= √302+80,52 = 85,91 Ом - Активная мощность P = I2 * R P = 0,142*28,36 =0,56 Вт - Реактивная мощность Q = I2 * Xc (2.7.) (2.8) Q = 0,142*80,5 = 1,58 Вт - Полная мощность S=√P2+Q2 (2.9.) S= √2,25 +1,58 = 2,75 ВA - Угол сдвига по фазе φ = -70˚ 2.2.2.2. Вычисление параметров для RL – цепи -Активное сопротивление R=UR / I 2 2 R= 8,03/0,28 = 28,68 Ом -Индуктивное сопротивление XL = Uк / I XL = 6,68/0,28 = 23,86 Ом (2.10.) -Полное сопротивление Z= U/I (2.11.) Z= 12/0,28 = 42,86 Ом Z=√R2+XL2 (2.12.) Z= √302+23,862 = 38,33 Ом -Угол сдвига φ = 30˚ - Активная мощность P=I2*R P= 0,282*30 = 2,35 Вт - Реактивная мощность Q=I2*XL Q = 0,282*23,86 = 1,87 Вт - Полная мощность S=√P2+Q2 S = √0,592+1,872 = 1,96 ВA 2.2.2.3. Вычисление параметров для RLC1 – цепи -емкостное сопротивление -Активное сопротивление R=UR / I (2.13.) (2.14.) (2.15.) R= 4,82/0,17 = 28,35 Ом Xc1= Uс /I (2.16.) Xc1= 14,03/0,17 = 82,53 Ом Xc1= 1/2πfС1 Xc1= 1/(3,14*2*50*40)*106 = 79,52 Ом -Индуктивное сопротивление XL = Uк / I XL= 4,17/0,17 = 24,53 Ом -Полное сопротивление Z= U/I (2.17.) Z= 12/0,17 = 70,59 Ом Z= √R2+(XL-XC)2 (2.18) Z= √302+(24,53-82,53)2 = 49,64 Ом - Угол сдвига φ= -59˚ - Активная мощность P=I2*R P= 0,172*30 = 0,87 Вт (2.19.) - Реактивная мощность Q=I2*(XL - XC1) Q= 0,172*(24,53-82,53) = 1,68 Вт - Полная мощность S=√P2+Q2= S= √0,872+1,682 = 1,89 ВA 2.2.2.4. Вычисление параметров для RLC2 – цепи -емкостное сопротивление -Активное сопротивление R=UR / I (2.20.) (2.21.) R= 7,09/0,24 = 29,54 Ом Xc2= Uс /I (2.16.) Xc2= 13,37/0,24 = 55,71 Ом Xc2=1/2πfС2 Xc2= 1/(3,14*2*50*60)*106 = 53,08 Ом -Индуктивное сопротивление XL = Uк / I XL= 5,71/0,24 = 23,79 Ом -Полное сопротивление Z= U/I (2.17.) Z= 12/0,24 = 50 Ом Z= √R2+(XL-XC2)2 (2.18) Z=√302+(23,79-55,71)2 = 43,81 Ом - Угол сдвига φ= -41˚ - Активная мощность P=I2*R P= 0,24*28,35 = 6,8 Вт - Реактивная мощность Q=I2*(XL - XC) Q= 0,242*(23,79-55,71) = 1,84 Вт - Полная мощность S=√P2+Q2= S= √6,82+1,842 = 7,04 ВA (2.19.) (2.20.) (2.21.) 3. Вывод Для цепи с последовательным соединением элементов по результатам измерений определить полную мощность цепи S и отдельных участков S R , S к, S с, активную мощность резистора PR и катушки индуктивности Pк, реактивные мощности катушки Qк и конденсатора Qc, а также полное -Z, активное – R, реактивное – X сопротивления всей цепи. Результаты расчета занести в таблицу 2. X = (XL – XC) = 23,79-55,71 = 31,92 Ом QL =XL*I2 = 23,79* = 1,37 Bap QC =XC*I2 = 55,71*0,242 = 3,21 Bap PK = UK*I = 5,71*0,24 = 1,37 BТ SK = √ Pк 2+ Qк 2 = √ 1,37 2+ 1,372 = 1,94 ВA Sc = √ PС 2+ Qк 2 = √ 02+ 3,212 = 3,21 ВA Таблица 2 S PR 7,04 6,8 Pк 1,37 QL 1,37 QC 3,21 R 29,54 X 31,92 Z 43,81 6.Контрольные вопросы 1.Объяснить сдвиг по фазе между током и напряжениям в цепи с активным сопротивлениемR, индуктивностью –L и емкостью –C. 2. Изобразить при помощи векторной диаграммы сдвиг по фазе в данных цепях. 3.Назвать условные обозначения всех элементов и параметров для исследуемой цепи. 4. Назвать единицы измерения активной, реактивной и полной мощностей. 1. Резистор оказывает непосредственное сопротивление потоку электронов, поэтому волна напряжения на этом резисторе совпадает по фазе с волной проходящего через него тока. В схеме с индуктивностью ток является следствием напряжения , а не наоборот. Поэтому ток отстает по фазе от напряжения. При поступлении в конденсатор тока происходит накопление заряда, которое постепенно изменяет заряд тока. Поэтому напряжение на конденсаторе отстает по фазе от тока. 2. 3. Элементы: Автотрансформатор, измеритель мощности, катушка, конденсатор, резистор,неразъёмное соединение и мультиметр. Параметры: активное сопротивление [R], индуктивность [L], ёмкость [C]. 4. Активная мощность – [ P ] – измеряется в Ваттах (Вт) Реактивная мощность – [ Q ] – измеряется в Вольт – амперах реактивных (Вар) Полная мощность – [ S ] – измеряется в Вольт- амперах (Ва) 7. Исследование резонанса в электрической цепи 7.1. Результаты измерений на стенде ЭЦ-НР: Таблица 2. – результаты измерений схема U, В I, А U R, В R1, Z кXc1 U к, В U с, В P, Вт Cos φ R2, ZкXc2 7.2. Результаты вычислений: Расчёт параметров проводится в следующей последовательности Активное сопротивление R = UR / I (2.1.) -Емкостное сопротивление Хс =U.С /I Xc= Xc=1/(2πfС) (2.2.) (2.3) Xc= -Индуктивное сопротивление XL =U к /I (2.4.) XL = Реактивное сопротивление X= XL – Xc X= -Полное сопротивление: Z=U/I Z= Z= √R2+(XL - XC) 2 Z= -Активная мощность: P=I2 *R P= -Реактивная мощность: Q= I2*(XL-XC) Q= (2.6.) (2.7.) (2.8.) (2.9.) (2.10.) φ, -Полная мощность: S=√P2+Q2 S= (2.11.) -Проверить условия резонанса: ХL=Хс (2.12.). Z=R (2.13.) Cos φ = (2.14.) 3. Вывод. Представить в виде Таблицы 2. Таблица 2 – результаты расчёта. № F, Гц R, Oм ХС. XL, схемы Ом Ом Z, Ом P, Bт Q, Bap S, ВА φ 4. Контрольные вопросы 1. Определение резонанса 2. Определение резонансной частоты 3. Определение колебательного контура 4. Какой вид резонанса наблюдается в данной схеме 5. Какие значения принимают напряжения па катушке и конденсаторе при резонансе.
