Общие рекомендации по осуществлению лабораторного эксперимента
1.1. Цель лабораторных занятий
1.2. Подготовка к лабораторному занятию
1.3. Проведение эксперимента
1.4. Обработка результатов и оформление отчета
2 Методические указания к проведению лабораторных работ

Работа № 1 Электроизмерительные приборы и измерения в
электрических цепях

Работа
№
2.
Последовательное
соединение
элементов
в
электрической цепи постоянного тока

Работа № 3. Параллельное соединение элементов в электрической
цепи постоянного тока

Работа № 4. Смешанное соединение элементов в электрической цепи
постоянного тока

Работа № 5. Нелинейная цепь постоянного тока с последовательным
соединением элементов

Работа № 6. Разветвленная нелинейная электрическая цель
постоянного тока

Работа № 7. Электрическая цепь постоянного тока с двумя
источниками электропитания (часть 1)

Работа № 8. Электрическая цепь постоянного тока с двумя
источниками электропитания (часть 2)

Работа № 9. Экспериментальное определение параметров элементов
в цепях переменного тока

Работа
№
10.
Электрическая
цепь
переменного
тока
с
последовательным соединением элементов

Работа № 11. Электрическая цепь переменного тока с параллельным
соединением элементов. Повышение коэффициента мощности

Работа № 12. Частотные свойства электрических цепей
1
1.
ОБЩИЕ
РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО
ОСУЩЕСТВЛЕНИЮ
ЛАБОРАТОРНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
1.1. Цель лабораторных занятий
Важнейшей частью курса «Электротехника и основы электроники»
является лабораторный практикум. Чтобы знать электротехнику и основы
электроники, необходимо научиться самостоятельно решать разнообразные
электротехнические задачи. Решение этих задач может быть получено, как
известно,
аналитическим
или
экспериментальным
методом.
Экспериментальные методы решения изучаются на лабораторных занятиях.
Лабораторные занятия дают возможность:

закрепить на практике теоретические сведения о работе различных
электротехнических и электронных устройств;

подробно ознакомиться с устройством и характеристиками наиболее
важных электротехнических и электронных приборов, аппаратов и машин,
составляющих предмет лабораторной практики;

помочь овладеть практическими способами управления и настройки
электротехнических устройств на заданный режим;

получить
электрических
практические
величин,
навыки
пользовании
в
проведении
различными
измерений
измерительными
приборами и аппаратами, чтении электрических схем, построении графиков и
характеристик;

научить технике проведения экспериментального исследования
физических моделей или промышленных образцов электротехнических и
электронных устройств;

выработать умение рассуждать о рабочих свойствах и степени
пригодности исследованных электротехнических устройств для решения тех
или иных задач.
В соответствии с государственными образовательными стандартами по
курсу «электротехника и основы электроники», лабораторные работы должны
выполняться по разделам электрические цепи постоянного и переменного тока.
2
1.2. Подготовка к лабораторному занятию
Экспериментальные задачи, предлагаемые на лабораторных занятиях,
могут быть успешно решены в отведенное в соответствии с расписанием
занятий время только при условии тщательной предварительной подготовки к
каждой из них.
Студент, в первую очередь, должен понять цель задания и четко
представлять
назначение
устройства,
его
условное
обозначение
на
электрических схемах, принцип действия и основные характеристики.
Затем, по материалам руководства необходимо ознакомиться с
основными параметрами объекта исследования, источников питания и других
используемых в стенде преобразователей и пускорегулирующих аппаратов.
Эти сведения нужны для определения диапазона возможного изменения
величин и необходимого режима работы объекта исследования. Требуемые
расчетные соотношения и формулы следует найти и записать самостоятельно
на основе изучения учебных пособий.
Особое внимание следует уделить измерительным приборам. В
соответствии соединений, с каждым этапом рабочего задания необходимо
проанализировать схему, состоящую из элементов объекта исследования и
электроизмерительных приборов. При этом рекомендуется заготовить
таблицы для записи показаний приборов.
Одним из важных этапов подготовки к выполнению лабораторной
работы
является
изучение
технологии
проведения
эксперимента,
методические рекомендации к выполнению рабочего задания.
Завершает этап подготовки к выполнению лабораторной работы
составление ответов на контрольные вопросы, приведенные в методических
указаниях.
1.3. Проведение эксперимента
Получив разрешение преподавателя на проведение лабораторного
исследования, следует немедленно приступить к сборке электрических цепей
на рабочем месте.
3
Рекомендуется придерживаться следующего порядка, значительно
облегчающего работу по сборке и избавляющего от многих ошибок при
соединениях. Общим правилом является соединение сначала участков цепи с
последовательным соединением элементов и приборов, а затем параллельных
ветвей, как объекта исследования, так и приборов.
Этот прием позволяет сознательно подойти к оценке назначения
каждого элемента цепи тем самым правильно осуществить её сборку.
Одновременно
со
сборкой
цепи
надо
произвести
маркировку
измерительных приборов в соответствии с их условными обозначениями на
рабочей схеме соединений. Маркировку приборов можно выполнить с
помощью бумажных бирок, которые заготавливает учащийся, выполняющий,
лабораторное исследование.
Во избежание возможного возникновения больших токов в собранной
цепи элементы регулирования потенциометров необходимо устанавливать в
положение, соответствующее минимуму напряжения на выходе.
Собранную
цепь
следует
обязательно
показать
для
проверки
преподавателю.
Только с его разрешения можно включить источник питания и
произвести предварительное опробование работы цепи, чтобы убедиться в
возможности проведения опыта при заданных пределах измерения величин.
Нельзя приступать к измерениям, не будучи совершенно уверенным, что цепь
собрана правильно.
Если при испытании цепи постоянного тока стрелка измерительного
прибора уходит за пределы шкалы в обратном направлении, надо отключить
цепь и переключить подходящие к прибору провода.
При снятии характеристик недопустимо превышать номинальные
значения
токов
и
напряжений
испытываемого
электротехнического
устройства, если нет особых указаний в руководстве по лабораторному
эксперименту. В случае, если стрелка какого-либо прибора выходит за
пределы шкалы, надо немедленно отключить цепь от источника питания,
4
доложить преподавателю или лаборанту и изменить условия эксперимента
(уменьшить
напряжение
питания,
увеличить
диапазон
изменения
сопротивления и т.д.).
После предварительного опробования цепи, проверки или оценки
диапазона
изменения
переменного
параметра
необходимо
наметить
последовательность отдельных манипуляций и отсчетов, а затем приступить к
наблюдениям.
Отсчеты рекомендуется проводить по возможности одновременно по
всем приборам. Следует избегать перерыва начатой серии наблюдений и во
всех случаях, когда возникает сомнениях правильности полученных
наблюдений, их необходимо повторить несколько раз.
Результаты всех первичных наблюдений и отсчетов записывают в
таблицу протокола испытаний. Запись отсчетов должна вестись в точном
соответствии
с
показаниями
измерительных
приборов.
Протоколы
наблюдений являются единственным документальным подтверждением,
остающимся от измерений, поэтому от очной и своевременной фиксации в
таблицах результатов отсчета в значительной степени зависит успех
экспериментальной работы.
При переходе от одного этапа исследования к другому необходимо
каждый раз обращаться к преподавателю за проверкой правильности
полученных результатов, которые представляют в виде таблиц или графиков.
К следующему этапу работы разрешается приступать только после
проверки и визирования протокола преподавателем.
1.4. Обработка результатов и оформление отчета
Каждый студент самостоятельно должен обрабатывать данные опытов и
подготовить отчет по каждой проделанной работе.
В отчете на титульном листе указываются название учебного заведения,
кафедры. Номер и наименование работы, фамилия и инициалы студента,
выполнившего работу, номер его академической группы.
5
Отчет должен содержать, паспортные данные объекта исследования,
схемы соединения элементов объекта исследования с включенными
измерительными приборами, таблицы с записью результатов эксперимента,
графики зависимостей и векторные диаграммы.
После проведения эксперимента должны быть сделаны основные
выводы, полученные в результате исследования.
Каждая схема должна быть сопровождена соответствующей таблицей
записей результатов измерений и графиком, иллюстрирующим изучаемые
зависимости. В таблице обязательно следует указывать, в каких единицах
измерены исследуемые величины. Все таблице необходимо снабдить
заголовками, характеризующими проводимый опыт.
На основании результатов измерений проводится их окончательная
обработка.
Измеренные
и
вычисленные
величины
заносятся
в
соответствующие колонки одной и той же таблицы.
Вычерчивание схем и таблиц рекомендуется производить карандашом
обязательно с помощью линейки. Особое внимание надо уделить графикам
зависимостей между величинами, т.к. они являются наглядным результатом
работы, графическим ответом на вопросы, поставленные в лабораторной
работе.
При построении графиков по осям приводят стандартные буквенные
обозначения величин и единиц их измерения, указывают деления с
одинаковыми интервалами, соответствующие откладываемым величинам в
принятых единицах измерения или в десятичных кратных, либо дольных
единицах.
Числовые отметки у масштабных делений принято выбирать так, чтобы
они составляли 10*, 2*10* или 5*10 от тех единиц, в которых выражены
величины, откладываемые по осям. Например, 10 мА; 0,02 Ом; 500 Вт.
При построении графиков вдоль оси абсцисс в выбранном масштабе
откладывают независимую переменную. Условное буквенное обозначение
этой величины рекомендуется ставить под осью, а наименование единиц
6
измерения либо их десятичных кратных, или дольных единиц - после
обозначения величины. Вдоль оси ординат масштабные цифры ставят слева от
оси, наименование или условное обозначение откладываемых величин - также
слева от оси и под этим обозначением указывают единицу измерения. Если в
одних координатных осях строят несколько графиков функций одной
независимой переменной, то следует провести дополнительные шкалы
параллельно основным, каждую со своим масштабом. Если величины по осям
абсцисс и ординат отложены в определенном масштабе с числовыми
отметками, то не следует ставить стрелок, указывающих направление роста
численных значений величин. Наименование единиц измерения дается без
скобок. При вычерчивании графиков надо учитывать, что всякое измерение
имеет случайные погрешности (истинное значение измеряемой величины
остается неизвестным, а вместо него принимают некоторое её значение,
признаваемое за наиболее приближающееся к истинному). Поэтому не следует
проводить кривые через все экспериментальные точки. На графике
необходимо проводить плавные непрерывные кривые, которые проходят
среди экспериментальных точек. Отступление некоторых точек от плавной
кривой называют «разбросом точек». Величина разброса при наблюдении
закономерных явлений определяет тщательность проведения эксперимента.
При
наличии
нескольких
кривых
на
одном
графике
точки,
соответствующие опытным данным и относящиеся к различным кривым,
должны быть помечены условными значками (крестиками, кружками и т. п.).
Каждый график обязательно должен быть снабжен таким лаконичным
текстом, чтобы любой достаточно подготовленный читатель мог легко понять,
какую зависимость характеризует построенный график.
На последней странице отчета следует указать дату оформления и
поставить подпись.
Отчет в целом должен быть составлен таким образом, чтобы для
понимания содержания и результатов проведенной работы не требовалось
дополнительных устных пояснений. Составление подобных отчетов - первый
7
шаг
к
оформлению
технических
отчетов
по
экспериментальным
исследованиям, которые предстоит проводить будущему инженеру.
8
2.
МЕТОДИЧЕСКИЕ
УКАЗАНИЯ
К
ПРОВЕДЕНИЮ
ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
Работа №1. ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И ИЗМЕРЕНИЯ
В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ
1.
Цель работы
Изучение
электроизмерительных
приборов,
используемых
в
лабораторных работах, выполняемых на стенде. Получений представлений о
пределе измерения и о цене деления, абсолютной и относительной
погрешности, условиях эксплуатации и других характеристиках стрелочных
электроизмерительных приборов, получение навыков работы с цифровыми
измерительными приборами
2.
Порядок выполнения работы
2.1 Изучение паспортных характеристик стрелочных измерительных
приборов. Для этого внимательно рассмотреть лицевые панели стрелочных
вольтметров и заполнить табл. 1.
Таблица 1. Характеристики электроизмерительного прибора
Наименование прибора
PV1
Система измерительного механизма
Предел измерения
Цена деления
Минимальное значение измеряемой величины
Класс точности
Допустимая максимальная погрешность
Род тока
Нормальное положение шкалы
Прочие характеристики
9
PV2
Измерить величину сопротивления, заданного преподавателем, методом
амперметра и вольтметра. Для этого собрать электрическую цепь по рис. 1.
Установить тумблер режима работы измерителя тока в позицию «=».
Рисунок 1. Схема сборки электрической цепи
После проверки схемы, включить электропитание и занести полученные
данные в табл. 2. Выключить электропитание. Рассчитать, используя закон
Ома, величину заданного сопротивления R. Результат занести в табл. 2.
Таблица 2. Результаты измерений
U, В
I, мА
3. Содержание отчета
Отчет по работе должен содержать:
А) наименование работы и цель работы;
Б) технические данные измерительных приборов;
В) результаты измерений;
Г) выводы по работе.
10
R, Ом
4. Контрольные вопросы
1. Каков принцип действия приборов магнитоэлектрической и
электромагнитной систем?
2. Что такое предел измерения?
3. Как определяется цена деления прибора?
4. Что такое абсолютная и относительная погрешности измерения?
5. Что характеризует класс точности прибора?
6. В какой части шкалы измерение точнее и почему?
7. Каковы основные достоинства цифровых измерительных приборов?
8. Как можно измерить величину сопротивления резистора?
11
Работа №2. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ В
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
1. Цель работы
Получение навыков сборки простых электрических цепей, включения в
электрическую цепь измерительных приборов. Научиться измерять токи в
напряжения, убедиться в соблюдении законов Ома и Кирхгофа в линейной
электрической
цепи
постоянного
тока.
Исследовать
особенности
последовательного соединения в электрических цепях постоянного тока.
2. Предварительное домашнее задание
◦
2.1. Изучить тему «Линейные электрические цепи постоянного тока»,
содержание данной лабораторной работы и быть готовым ответить на все
контрольные вопросы к ней.
◦
2.2.
Начертить
принципиальные
схемы
исследуемых
цепей
исследуемых цепей с включенными измерительными приборами.
3. Порядок выполнения работы
◦
3.1. Ознакомиться с лабораторной установкой.
◦
3.2. Собрать линейную электрическую цепь постоянного тока с
последовательным соединением элементов (рис. 1), выбрав элементы цепи и
величину напряжения питания в соответствии с заданным вариантом (табл. 1).
Представить схему для проверки преподавателю.
Таблица 1. Варианты
Вариант
1
2
3
4
5
6
Е2, В
12
10
8
12
10
8
R1*
R5-1
R5-2
R5-3
R5-1
R5-2
R5-3
R2*
R3
R3
R3
R8
R8
R8
12
Рисунок 1. Схема сборки электрической цепи
3.3. Включить электропитание стенда и источник электропитания Е2.
Установить в соответствии с заданным вариантом значение напряжение
источника Е2, подключив к его выходным клеммам вольтметр. Подключая
вольтметр PV1 к соответствующим гнездам. измерить величину напряжения
на резисторах R1* и R2*, а также ток I в цепи. Результаты измерений занести
в табл. 2.
Изменить по указанию преподавателя величину сопротивления R1* с
помощью соответствующего тумблера (позиции 1, 2 или 3) и снова провести
аналогичные измерения. Выключить источник Е2. По результатам измерений
вычислить величину сопротивления каждого потребителя (RI* и R2*) и общее
1 (эквивалентное) сопротивление R цепи. Результаты вычислений занести в
табл. 2. Выключить источник электропитания.
Сравнить результаты измерений и убедиться в том, что сумма
сопротивлений отдельных потребителей равна сопротивлению всей цепи.
Убедиться в соблюдении второго закона Кирхгофа. Объяснить изменение
режима работы цепи и отдельных потребителей при изменении величины
сопротивления одного из резисторов.
13
Таблица 2. Результаты
Измерено
Вычислено
Напряжение
Ток в
Напряжение на
Сопротивление
Эквивалентное
на входе
цепи,
потребителе, В
потребителя, Ом
сопротивление
цепи U, В
I, A
U1
U2
R1*
R2*
цепи, Rэ, Ом
Изменить по указанию преподавателя величину сопротивления R1* с
помощью соответствующего тумблера (позиции 1, 2 или 3) и снова провести
аналогичные измерения. Выключить источник Е2. По результатам измерений
вычислить величину сопротивления каждого потребителя (RI* и R2*) и общее
1 (эквивалентное) сопротивление R цепи. Результаты вычислений занести в
табл. 2. Выключить источник электропитания.
Сравнить результаты измерений и убедиться в том, что сумма
сопротивлений отдельных потребителей равна сопротивлению всей цепи.
Убедиться в соблюдении второго закона Кирхгофа. Объяснить изменение
режима работы цепи и отдельных потребителей при изменении величины
сопротивления одного из резисторов.
4. Содержание отчета
Отчет по работе должен содержать:
а) наименование работы и цель работы;
6) схемы экспериментов и таблицы полученных экспериментальных
данных;
в) результаты расчетов;
г) выводы по работе.
5. Контрольные вопросы
1. Что такое «линейный элемент» в электрической цепи?
2. Привести примеры линейных элементов электрических цепей.
14
3. В каких единицах измеряются сила тока, напряжение, мощность и
сопротивление?
4. Как по показаниям амперметра и вольтметра можно определить
величину сопротивления участка электрической цепи постоянного тока и
потребляемую им мощность?
5. Нарисуйте схемы для измерения методом амперметра и
вольтметра больших и малых электрических сопротивлений.
6. Как определить величину эквивалентного сопротивления при
последовательном соединении резисторов?
7. Как определить величину эквивалентного сопротивления при
параллельном соединении резисторов?
8. Для исследуемых электрических цепей запишите уравнения по
законам Кирхгофа.
9. В чем заключается баланс мощностей в цепи постоянного тока?
15
Работа №3. ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ В
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
1. Цель работы
Получение навыков сборки простых электрических цепей, включения в
электрическую цепь измерительных приборов. Научиться измерять токи в
напряжения, убедиться в соблюдении законов Ома и Кирхгофа в линейной
электрической
цепи
постоянного
тока.
Исследовать
особенности
параллельного соединения в электрических цепях постоянного тока.
2. Предварительное домашнее задание
◦
2.1. Изучить тему «Линейные электрические цепи постоянного тока»,
содержание данной лабораторной работы и быть готовым ответить на все
контрольные вопросы к ней.
◦
2.2.
Начертить
принципиальные
схемы
исследуемых
цепей
исследуемых цепей с включенными измерительными приборами.
3. Порядок выполнения работы
◦
3.1. Ознакомиться с лабораторной установкой.
Рисунок 1. Схема сборки электрической цепи
3.2. Собрать электрическую цепь с параллельным соединением
резисторов (рис. 1), выбрав элементы цепи И величину напряжения питания
16
в соответствии с заданным вариантом (табл. 1). Представить схему для
проверки преподавателю.
Таблица 1. Варианты
Вариант
1
2
3
4
5
6
E2, B
6
5
4
6
5
4
R1*
R4-1
R4-2
R4-3
R4-1
R4-2
R4-3
R2*
R7
R7
R7
R9
R9
R9
◦
3.3. Включить источник постоянного напряжения Е2. Установить
заданное значение напряжения питания. Измерить напряжения и токи на всех
участках цепи. Результаты занести в табл. 2.
◦
3.4. Выключить электропитание. По результатам измерений
рассчитать сопротивления резисторов. RI*, R2* и сопротивление всей цепи Rэ,
проводимости отдельных ветвей g1 и g2 и всей цепи gэ. Результаты
вычислений занести в табл. 2. Убедиться в соблюдении первого закона
Кирхгофа.
◦
3.5. Проанализировать влияние изменения величины сопротивления
резистора RI* на режим работы цепи и отдельных потребителей. Объяснить,
почему это имеет место.
Таблица 2. Результаты
Измерено
U, B
◦
Вычислено
I(1),
I(2),
I(3),
R1*,
R2*,
g1,
g2,
gэ,
Rэ,
A
A
A
Ом
Ом
См
См
См
Ом
3.6. Сделать выводы о выполнении законов Кирхгофа и о
применении закона Ома в линейной электрической цепи постоянного тока.
4. Содержание отчета
17
Отчет по работе должен содержать:
а) наименование работы и цель работы;
6) схемы экспериментов и таблицы полученных экспериментальных
данных;
в) результаты расчетов;
г) выводы по работе.
5. Контрольные вопросы
1. Что такое «линейный элемент» в электрической цепи?
2. Привести примеры линейных элементов электрических цепей.
3. В каких единицах измеряются сила тока, напряжение, мощность и
сопротивление?
4. Как по показаниям амперметра и вольтметра можно определить
величину сопротивления участка электрической цепи постоянного тока и
потребляемую им мощность?
5. Нарисуйте схемы для измерения методом амперметра и
вольтметра больших и малых электрических сопротивлений.
6. Как определить величину эквивалентного сопротивления при
последовательном соединении резисторов?
7. Как определить величину эквивалентного сопротивления при
параллельном соединении резисторов?
8. Для исследуемых электрических цепей запишите уравнения по
законам Кирхгофа.
9. В чем заключается баланс мощностей в цепи постоянного тока?
18
Работа № 4. СМЕШАННОЕ СОЕДИНЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ В
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
1. Цель работы
Получение навыков сборки электрических цепей, измерений токов и
напряжений на отдельных участках электрической цепи: убедиться в
соблюдении законов Кирхгофа в разветвленной линейной электрической цепи;
научиться применять законы Кирхгофа в графическом виде. Исследовать
особенности смешанного соединения элементов в электрических цепях
постоянного тока.
2. Предварительное домашнее задание
2.1. Изучить тему «Линейные электрические цепи • постоянного тока»,
содержание данной лабораторной работы и быть готовым ответить на все
контрольные вопросы к ней.
2.2. Начертить принципиальные схемы исследуемых цепей исследуемых
цепей с включенными измерительными приборами
3. Порядок выполнения работы
3.1. Ознакомиться с лабораторной установкой.
3.2. Собрать цепь со смешанным соединением резисторов (рис. 1).
Собрать цепь со смешанным соединением резисторов, выбрав элементы цепи
и величину напряжения питания в соответствии с заданным вариантом (табл.1)
Представить схему для проверки преподавателю (рис. 1)
Таблица 1. Варианты
Вариант
1
2
3
4
5
6
E2, B
12
11
9
12
10
8
R1*
R3
R3
R2
R3
R2
R3
R2*
R4-1
R4-2
R4-3
R4-1
R4-2
R4-3
R3*
R7
R7
R7
R9
R9
R9
19
Рисунок 1. Схема сборки электрической цепи
3.3. После проверки схемы преподавателем включить источник питания
Е2, установить заданное значение величины напряжения питания и измерить
напряжения на входе цепи U и на всех участках цепи (U1 и U2), a также все
токи (11, 12 и 13). Результаты занести в табл. 2.
3.4. C помощью соответствующего тумблера установить новое значение
резистора R2 и снова измерить напряжения и токи в цепи. Выключить
источник питания E2.
По результатам измерений вычислить мощность каждого участка цепи
Р1, Р2, Р3 и всей цепи Р, определить эквивалентное сопротивление цепи Rэ.
Результаты вычислений занести в табл. 2. Выключить электропитание.
3.5. Проанализировать влияние изменения величины сопротивления
резистора R2 на режим работы всей цепи и отдельных потребителей.
Объяснить, почему это имеет место.
Таблица 2. Результаты
Измерено
U, B
Вычислено
U1,
U2,
I(1),
I(2),
I(3),
P1,
P2,
P3,
B
B
A
A
A
Вт
Вт
Вт
20
P, Вт
Rэ,
Ом
3.6 Проверить выполнение баланса мощностей.
3.7 Сделать выводы о выполнении законов Кирхгофа.
4. Отчет по работе должен содержать:
а) наименование работы и цель работы;
6) схемы экспериментов и таблицы полученных экспериментальных
данных;
в) результаты расчетов;
г) выводы по работе.
5. Контрольные вопросы
1. Как по показаниям амперметра и вольтметра можно определить
величину сопротивления участка электрической цепи постоянного тока и
потребляемую им мощность?
2. Нарисуйте схемы для измерения методом амперметра и вольтметра
больших и малых электрических сопротивлений.
3. Как определить величину эквивалентного сопротивления для
исследуемой цепи?
4. Для исследуемых электрических цепей запишите уравнения по
законам Кирхгофа.
5. Как по вольтамперной характеристике определить величину
сопротивления цепи?
6. Как применить закон Кирхгофа в графическом виде для
последовательной и параллельной цепи?
21
Работа
№
5.
НЕЛИНЕЙНАЯ
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ
ЦЕПЬ
ПОСТОЯННОГО ТОКА С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ СОЕДИНЕНИЕМ
ЭЛЕМЕНТОВ
1. Цель работы
Экспериментальное получение вольтамперных характеристик линейных
и нелинейных резистивных элементов, графический расчет неразветвленной
нелинейной электрической цепи постоянного тока и экспериментальная
проверка результатов расчета.
2. Предварительное домашнее задание
2.1. Изучить тему «Расчет простейших нелинейных электрических цепей
постоянного тока», содержание данной лабораторной работы и быть готовым
ответить на все контрольные вопросы к ней.
2.2.
Начертить
принципиальную
схему
исследуемой
цепи
с
включенными измерительными приборами.
3. Порядок выполнения работы
3.1. Ознакомиться с лабораторной установкой.
3.2. Собрать нелинейную электрическую цепь (рис. 1), для снятия
вольтамперных характеристик элементов цепи и предъявить её для проверки
преподавателю.
В
качестве
регулируемого
источника
постоянного
напряжения использовать источник Е2, выходное напряжение которого
регулируется потенциометром. В качестве резистора R1 использовать
резистор R5 стенда.
Рисунок 1. Схема сборки электрической цепи
22
Предъявить схему для проверки преподавателю.
3.3. Снять вольтамперные характеристики лампы накаливания HL,
резистора R1 и всей цепи. Для этого установить выходное напряжение
источника питания E2 равное нулю (ручку потенциометра в крайнее левое
положение). Включить стенд и источник Е2. Увеличивая плавно выходное
напряжение потенциометра RP1 провести необходимые измерения при
изменении тока от 0 до 80...100 мА. Результаты измерений занести в табл. 1.
Выключить источник питания. В одной координатной системе построить
вольтамперные характеристики цепи, лампы накаливания HL и резистора R1.
Таблица 1. Результаты
I, A
0
U, B
0
Uл, B
0
UR, B
0
3.4. Сделать вывод об особенностях применения законов Кирхгофа в
нелинейной цепи постоянного тока.
3.5.
По
указанию
преподавателя
рассчитать
статическое
дифференциальное сопротивления лампы накаливания.
4.Содержание отчета
Отчет по работе должен содержать:
а) наименование и цель работы;
б) схемы экспериментов и таблицы с результатами измерений;
в) расчетные и экспериментальные вольтамперные характеристики;
г) сравнение результатов расчета с экспериментальными данными;
д) выводы.
23
и
5. Контрольные вопросы
1. Что такое «нелинейный элемент» в электрической цепи?
2. Привести примеры нелинейных элементов электрических цепей и их
вольтамперных характеристик.
3. Почему для нелинейной цепи удобен графический способ анализа?
4. Справедливы ли для нелинейных цепей законы Кирхгофа?
5. Как построить вольтамперную характеристику последовательного
соединения нелинейных элементов?
6. Как построить вольтамперную характеристику параллельного
соединения нелинейных элементов?
7. Как определяется статическое сопротивление нелинейного элемента?
Будет ли оно одинаковое для разных точек вольтамперной характеристики
нелинейного элемента?
8. Как определяется динамическое сопротивление нелинейного элемента?
Будет ли оно одинаковое для разных точек вольтамперной характеристики
нелинейного элемента?
24
Работа
№
6.
РАЗВЕТВЛЕННАЯ
НЕЛИНЕЙНАЯ
ЦЕПЬ
ПОСТОЯННОГО ТОКА
1. Цель работы
Экспериментальное
получение
вольтамперных
характеристик
нелинейных резистивных элементов, графический расчет разветвленной
нелинейной электрической цепи постоянного тока и экспериментальная
проверка результатов расчета.
2. Предварительное домашнее задание
2.1. Изучить тему «Графический расчет разветвленных нелинейных
электрических цепей постоянного тока», содержание данной лабораторной
работы и быть готовым ответить на все контрольные вопросы к ней.
2.2.
Начертить
принципиальную
схему
исследуемой
цепи
с
включенными измерительными приборами
3. Порядок выполнения работы
3.1. Ознакомиться с лабораторной установкой.
3.2.
Собрать
электрическую
цепь
для
снятия
вольтамперной
характеристики нелинейного элемента (рис. 1) и предъявить её для проверки
преподавателю.
В
качестве
регулируемого
источника
постоянного
напряжения использовать источник E2, выходное напряжение которого
регулируется потенциометром. В качестве нелинейного элемента RI*
использовать нелинейный резистор R6. Обратить внимание на полярность
напряжения на нелинейном элементе R6
Рисунок 1. Схема сборки электрической цепи
25
Предъявить схему для проверки преподавателю.
3.3. Снять вольтамперную характеристику нелинейного элемента. Для
этого установить ручку потенциометра в крайнее левое положение. Включить
источник
постоянного
напряжения
Е2.
Плавно
увеличивая
входное
напряжение, провести необходимые измерения при изменении тока от 0 до
60...80
мА.
Результаты измерений
занести
в табл. 1. Выключить
электропитание. Построить вольтамперную характеристику нелинейного
элемента
Таблица 1. Результаты
U, B
I, A
3.4. Снять вольтамперные характеристики лампы накаливания и
резистора. Для этого собрать цепь с последовательным соединением лампы
накаливания HL и линейного резистора R1* (рис. 2). В качестве исследуемого
резистора R1* использовать резистор R3 стенда. Предъявить схему для
проверки преподавателю.
Установить ручку потенциометра в крайнее левое положение. Включить
тумблер питания и источник постоянного напряжения. Увеличивая плавно
входное напряжение, измерять напряжения на входе цепи U, на лампе
накаливания Uл и на резисторе UR, а также ток І. Результаты измерений
занести
в
табл.
2.
Выключить
электропитание
стенда.
Построить
вольтамперные характеристики цепи, лампы накаливания HL и резистора R1*.
26
Рисунок 2. Схема сборки электрической цепи
Таблица 2. Результаты
I, A
0
U, B
0
Uл, B
0
UR, B
0
3.5 Снять
вольтамперную
характеристику
цепи
со
смешанным
соединением элементов. Для этого собрать электрическую цепь по рис. 3 и
предъявить ее для проверки преподавателю. В качестве сопротивления R2*
схемы использовать резистор R3 стенда.
Рисунок 3. Схема сборки электрической цепи
27
3.6
Включить
электропитание
стенда
и
снять
вольтамперную
характеристику всей цепи. Установить ручку в крайнее левое положение.
Включить источник постоянного напряжения. Плавно увеличивая входное
напряжение измерять напряжение на входе цепи U и ток I, потребляемый от
источника питания. Результаты измерений занести в табл. 3. Выключить
электропитание стенда.
Таблица 3. Результаты
U, B
I, A
3.7. Сделать вывод об особенностях применения законов Кирхгофа в
нелинейной цепи постоянного тока.
3.8.
По
указанию
преподавателя
рассчитать
статическое
и
дифференциальное сопротивления нелинейного элемента.
4. Содержание отчета
Отчет по работе должен содержать:
а) наименование и цель работы;
б) схемы экспериментов и таблицы с результатами измерений;
в) расчетные и экспериментальные вольтамперные характеристики;
г) сравнение результатов расчета с экспериментальными данными;
д) выводы.
5. Контрольные вопросы
1. Что такое «нелинейный элемент» в электрической цепи?
2. Привести примеры нелинейных элементов электрических цепей и их
вольтамперных характеристик.
3. Почему для нелинейной цепи удобен графический способ анализа?
4. Справедливы ли для нелинейных цепей законы Кирхгофа?
5. Как построить вольтамперную характеристик последовательного
соединения нелинейных элементов?
28
Работа № 7. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА С
ДВУМЯ ИСТОЧНИКАМИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ (часть 1)
1. Цель работы
Экспериментальная проверка результатов аналитического расчета
линейной электрической цепи с двумя источниками электропитания.
2. Предварительное домашнее задание
2.1. Изучить тему «Линейные электрические цепи постоянного тока с
несколькими
источниками
электропитания»,
содержание
данной
лабораторной работы и быть готовым ответить на все контрольные вопросы к
ней.
2.2.
Начертить
принципиальную
схему
исследуемой
цепи
с
включенными измерительными приборами.
3. Порядок выполнения работы
3.1. Ознакомиться с лабораторной установкой.
3.2. Включить электропитание стенда и источники Е1 и Е2. Измерить
значения ЭДС источника Е1 и установить заданное значение ЭДС источника
Е2 (табл. 1). Результаты измерений занести в табл. 1. Выключить
электропитание.
3.3. Собрать цепь с двумя источниками электропитания (рис. 1), выбрав
элементы цепи в соответствии с заданным вариантом (табл. 1). Представить
схему для проверки преподавателю.
Таблица 1. Варианты
Вариант
1
2
3
4
5
6
E2, B
12
12
12
11
12
11
R1*
R1-2
R1-1
R1-3
R1-2
R1-2
R1-3
R2*
R3
R3
R3
R3
R3
R3
R3*
R9
R9
R9
R9
R8
R9
29
Рисунок 1. Схема сборки электрической цепи
3.4.Включить электропитание стенда и источник электропитания Е2.
3.5. Включить источник питания E1 и измерить напряжения U1, U2 на
источниках E1, E2, напряжения на резисторах R1*, R2* и R3*, и токи I(1), I(2)
и I(3( в ветвях. Результаты измерений занести в табл. 2.
Таблица 2. Результаты
E1, B
E2, B
U1, B U2, B
UR1,
UR2,
UR3,
I(1),
I(2),
I(3),
B
B
B
A
A
A
3.6. По результатам измерений вычислить значения сопротивлений R1*,
R2* и R3*. Результаты вычислений занести в табл. 3. Выключить
электропитание.
Таблица 3. Результаты
R1,
R2,
R3,
Uаб,
I(1),
I(2),
I(3),
UR1,
UR2,
UR3,
Ом
Ом
Ом
В
A
A
A
B
B
B
30
3.7. Используя полученные результаты измерений ЭДС источников
питания и расчета сопротивлений RI*, R2* и R3* ветвей, рассчитать,
используя метод узлового напряжения, величину узлового напряжения Uаб,
токи I(1), I(2), I(3) и напряжения на резисторах URl, UR2, UR3. Результаты
вычислений занести в табл. 3. Сравнить расчетные значения токов и
напряжений с их экспериментальными значениями.
4. Содержание отчета
Отчет по работе должен содержать:
а) наименование и цель работы;
б) схемы эксперимента и таблицы с результатами измерений и
вычислений;
в) расчетные соотношения и экспериментальные характеристики;
г) сравнение результатов расчета с экспериментальными данными;
д) выводы
5. Контрольные вопросы
1. Какие методы анализа цепей постоянного тока могут быть
использованы для анализа исследуемой цепи?
2. Сколько уравнений по законам Кирхгофа необходимо записать для
исследуемой цепи для её расчета? Сколько из них надо записать по второму
закону Кирхгофа?
3. Запишите для исследуемой цепи необходимые для анализа
исследуемой цепи уравнения по законам Кирхгофа.
4. В каких случаях целесообразно применять метод узлового
напряжения?
5. В чем состоит основное достоинство метода узлового напряжения?
6. Запишите соотношение для определения величины узлового
напряжения в исследуемой цепи.
7. Как в исследуемой цепи при использовании метода узлового
напряжения определить токи в ветвях? Запишите эти соотношения.
31
8. Что такое «внешняя характеристика» источника питания? Запишите
уравнение внешней характеристики.
9. Что такоe «потенциальная диаграмма»?
32
Работа № 8. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА С
ДВУМЯ ИСТОЧНИКАМИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ (часть 2)
І. Цель работы
Экспериментальная проверка результатов аналитического расчета
линейной электрической цепи с двумя источниками электропитания.
2. Предварительное домашнее задание
2.1. Изучить тему «Линейные электрические цепи постоянного тока с
несколькими
источниками
электропитания»,
содержание
данной
лабораторной работы и быть готовым ответить на все контрольные вопросы к
ней.
2.2.
Начертить
принципиальную
схему
исследуемой
цепи
с
включенными измерительными приборами
3. Порядок выполнения работы
3.1. Ознакомиться с лабораторной установкой.
3.2. Включить электропитание стенда и источники Е1 и Е2. Измерить
значения ЭДС источника Е1 и установить заданное значение ЭДС источника
Е2 12В. Результаты измерений занести в табл. 1. Выключить электропитание.
3.3. Подготовить неразветвленную электрическую цепь с двумя
источниками по рис. 1. После проверки преподавателем включить
электропитание стенда и источники Е1 и Е2. Установить заданное
преподавателем значение напряжения источника Е2.
Рисунок 1. Схема сборки электрической цепи
33
3.4. Полагая потенциал точки «а» равным нулю, измерить потенциалы
точек «б», «», «d» и «е». а также ток в цепи. Результаты занести в табл. 1.
3.5. По результатам измерений вычислить (табл. 1):
а) напряжения U1 и U2 на зажимах источников электропитания Е1 и Е2;
б) внутренние сопротивления источников питания R01. R02;
в) сопротивления R1* и R2*;
г) определить, в каком режиме (источника или потребителя) работают
источники питания Е1 и Е2.
3.6. Изменить по указанию преподавателя величину резистора RI*
соответствующим тумблером и снова измерить те же величины. Обратить при
этом внимание, изменилось ли при этом направление тока в цепи. Определить,
в каком режиме (источника или потребителя) работают теперь источники
питания Е1 и Е2. Результаты занести в табл. 1. Выключить электропитание.
3.7. Для контура построить потенциальную диаграмму.
Таблица 1. Результаты
Измерено
Вычислено
E1,
E2,
I,
a,
b,
c,
d,
U1,
U2,
UR1,
UR2,
R1,
R2,
R01,
R02,
B
B
A
B
B
B
B
B
B
B
B
Ом
Ом
Ом
Ом
4. Содержание отчета
Отчет по работе должен содержать:
a) наименование и цель работы;
б) схемы эксперимента и таблицы с результатами измерений и
вычислений;
в) расчетные соотношения и экспериментальные характеристики;
г) сравнение результатов расчета с экспериментальными данными;
д) выводы
34
5. Контрольные вопросы
1. Какие метода анализа цепей постоянного тока могут быть
использованы для анализа исследуемой цепи?
2. Сколько уравнений по законам Кирхгофа необходимо записать для
исследуемой цепи для её расчета? Сколько из них надо записать по второму
закону Кирхгофа?
3. Запишите для исследуемой цепи необходимые для анализа
исследуемой цепи уравнения по законам Кирхгофа.
4. В каких случаях целесообразно применять метод узлового
напряжения?
5. В чем состоит основное достоинство метода узлового напряжения?
6. Запишите соотношение для определения величины узлового
напряжения в исследуемой цепи.
7. Как в исследуемой цепи при использовании метода узлового
напряжения определить токи в ветвях? Запишите эти соотношения.
8. Что такое «внешняя характеристика» источника питания? Запишите
уравнение внешней характеристики.
9. Что такое «потенциальная диаграмма»?
35
Работа
№
9.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ ЦЕПЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
1. Цель работы
Приобретение навыков определения параметров элементов в цепях
переменного тока по результатам измерений, включения в цель вольтметра и
амперметра, измерения тока и напряжения, применения закона Ома в цепи
переменного тока.
2. Предварительное домашнее задание
2.1. Изучить тему «Простейшие электрические цепи переменного тока»,
содержание данной лабораторной работы и быть готовым ответить на все
контрольные вопросы к ней.
2.2. Начертить принципиальные схемы исследуемых цепей исследуемых
цепей с включенными измерительными приборами.
3. Порядок выполнения работы
3.1. Ознакомиться с лабораторной установкой.
3.2.
Экспериментальное
определение
величины
сопротивления
резистора.
Рисунок 1. Схема сборки электрической цепи
Собрать схему по рис. 1. В качестве резистора R* использовать резистор
R11 или R10 (табл. 1). В соответствии с заданным вариантом установить
36
соответствующий тумблер в заданную позицию (1, 2 или 3). Представить
схему для проверки преподавателю.
Таблица 1. Варианты
Вариант
1
2
3
4
5
6
U, B
5
7
6
5
7
6
R*
R10-1
R10-2
R10-3
R11-1
R11-2
R11-3
Включить электропитание стенда и источник питания Е3, установить
заданное значение напряжения источника питания и измерить величину
напряжения и тока в цепи. Результаты занести в табл. 4.
3.3. Для определения величины емкости конденсатора собрать схему по
рис.2.
В
качестве
исследуемого
конденсатора
C*
использовать
перестраиваемый конденсатор С1 в соответствующей позиции переключателя
(например, запись С1-2 означает, что переключатель батареи конденсаторов
С1 должен быть в позиции «2»). После проверки схемы преподавателем
включить электропитание стенда и источник питания Е3, установить у
измерителя мощности режим измерения частоты f. В соответствии с заданием
(табл. 2) установить заданные значения величины напряжения питания и его
частоты. Частоту устанавливать с точностью 5…10 Гц. Измерить величину
тока, напряжения и частоты в цепи. Результаты занести в табл.4.
Таблица 1. Варианты
Вариант
1
2
3
4
5
6
U, B
5
5
5
7
7
7
C*
C1-1
C1-2
C1-3
C1-4
C1-5
C1-3
f, Гц
300
250
200
160
130
100
37
Рисунок 2. Схема сборки электрической цепи
3.4. Для определения параметров реальной катушки индуктивности
собрать схему по рис. 3. В качестве исследуемой катушки L* использовать
катушки L1, 12 стенда или их последовательное соединение (L1+ L2) в
соответствии с заданным вариантом (табл. 3).
Рисунок 3. Схема сборки электрической цепи
Таблица 3. Варианты
Вариант
1
2
3
4
5
6
L*
L1
L1
L2
L2
L1+L2
L1+L2
f, Гц
200
300
250
350
200
300
3.5. После проверки схемы преподавателем включить электропитание
стенда и источник питания Е3, установить значения величину напряжения
питания 7 В и заданное значение частоты f. Частоту устанавливать с
38
точностью ‡(5...10) Гц. Измерить величину тока и активной мощности в цепи.
Результаты занести в табл. 4.
3.6. Определить величину активного сопротивления катушки методом.
амперметра и вольтметра. Для этого подключить её к источнику постоянного
напряжения Е2 (рис. 4). Установить у цифрового амперметра режим
измерения постоянного тока.
Рисунок 4. Схема сборки электрической цепи
После проверки схемы преподавателем включить источник питания E2,
установить у него напряжение 10 В и измерить величину постоянного тока в
цепи. Результат занести в табл. 4. Выключить электропитание.
Таблица 4. Результаты
Включено
Измерено
U, B
I, A
Вычислено
f, Гц
P, Вт
Z, Ом
R, Ом
L, мГн
C, мкф
R*
C*
L*
L*
3.7. По результатам измерений рассчитать полное сопротивление Z
каждого элемента, активное сопротивление R, величину индуктивности L и
ёмкости C и построить векторные диаграммы.
4. Содержание отчета
Отчет по работе должен содержать:
а) наименование работы и цель работы;
б) электрические схемы опытов;
39
в) таблицы с результатами опытов и вычислений;
г) расчетные соотношения;
д) векторные диаграммы для резистора, реальной катушки и
конденсатора;
е) выводы по работе.
5. Контрольные вопросы
1. В каких единицах измеряется ток, напряжение, сопротивление?
2. Что такое Ом, Ампер, Вольт?
3. Что такое «полное сопротивление»?
4. Что такое «активное сопротивление»?
5. Что такое «реактивное индуктивное сопротивление» и как оно
определяется?
6. Что такое «реактивное емкостное сопротивление» и как оно
определяется?
7. Какая связь между полным, активным и реактивным сопротивлениями
цепи переменного тока?
8. Как формулируется закон Ома для цепи переменного тока?
9. Может ли через конденсатор протекать постоянный ток?
40
Работа № 10. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ СОЕДИНЕНИЕМ ЭЛЕМЕНТОВ
1. Цель работы
Приобретение навыков сборки простых электрических цепей и
измерения напряжений на отдельных участках цепи, изучение свойств цепей
при последовательном соединении активных и реактивных элементов,
знакомство с явлением резонанса напряжений, построение векторных
диаграмм.
2. Предварительное домашнее задание
2.1. Изучить тему «Последовательное соединение элементов в цепи
переменного тока», содержание данной лабораторной работы и быть готовым
ответить на все контрольные вопросы к ней.
2.2. Начертить принципиальные схемы исследуемых цепей
исследуемых цепей с включенными измерительными приборами.
3. Порядок выполнения работы
3.1. Ознакомиться с лабораторной установкой.
3.2. Собрать электрическую цепь с последовательным соединением
резистора
R* и конденсатора С* (рис. 1), используя элементы цепи в соответствии
с заданным вариантом (табл. 1). В качестве резистора R* использовать
перестраиваемый резистор R10 в соответствующей позиции переключателя
(табл. 1). У цифровых амперметров установить режим измерения переменного
тока. Предъявить схему для проверки преподавателю.
Рисунок 1. Схема сборки электрической цепи
41
Таблица 1. Варианты
Вариант
1
2
3
4
5
6
R*
R10-1
R10-2
R10-3
R10-1
R10-2
R10-3
C*
C2-5
C2-5
C2-5
C2-4
C2-4
C2-4
3.3. Выключить питание стенда, источник переменного напряжения и
три. Установить на выходе источника питания E3 напряжение 7 В с частотой
400 Гц. Провести измерения указанных в табл. 2 величин. Результаты
измерений занести в табл. 2. Выключить источника электропитания E3.
Таблица 2. Результаты
Схема
U, B
I, A
UR, B
Uк, B
Uс, B
P, Вт
RC
ZкC
3.4. Собрать электрическую цепь с последовательным соединением
реальной катушки индуктивности L* и конденсатора C* (рис.2), используя
элементы цепи в соответствии с заданным вариантом (табл.3). Предъявить
схему для проверки преподавателю.
Рисунок 1. Схема сборки электрической цепи
Таблица 3. Варианты
Вариант
1
2
3
4
5
6
L*
L1
L1
L1
L2
L2
L2
C*
C2-1
C2-2
C2-3
C2-3
C2-4
C2-2
42
3.5. Включить электропитание, установить на выходе источника
питания Е3 напряжение 7 В с частотой ~ 400 Гц. Провести измерения
указанных в таблице величин для цепи с последовательным соединением
реальной катушки индуктивности L и конденсатора С. Результаты измерений
занести в табл. 2. Выключить электропитание.
3.6. Для исследованных цепей по результатам измерений рассчитать:
- полную мощность цепи S,
- реактивную мощность цепи Q,
- коэффициент мощности цепи cos и угол сдвига фаз  между
напряжением на входе цепи и током,
- коэффициент мощности катушки cosк и угол сдвига фаз к между
напряжением на катушке и током,
- полные, активные и реактивные сопротивления всей цепи и отдельных
участков (Zk, Rk, Xk, Xc, Zэ, Rэ, Xэ,).
Результаты занести в табл. 4.
Таблица 4. Результаты
cosк
S=UI, 𝑄
B
= √𝑆 2 − 𝑋 2 ,
к,
,
град град
Zk, Rk, Xk, Xc, Zэ, Rэ, Xэ,
Ом Ом Ом Ом Ом Ом Ом
ВАр
3.7. По результатам измерений для исследованных цепей построить в
масштабе векторные диаграммы, треугольники сопротивлений и мощностей,
сделать вывод о характере каждой исследованной цепи.
3.8. Сделать вывод о применении 2-го закона Кирхгофа в цепях
переменного
4. Содержание отчета
43
Отчет по работе должен содержать:
а) наименование работы и цель работы;
б) схему исследуемой цепи;
в) таблицы с результатами опытов и вычислений;
г) расчетные соотношения;
д) векторные диаграммы;
е) выводы по работе.
5. Контрольные вопросы
1. Что такое активная, реактивная и полная мощности в цепи переменного
тока?
2. Какая взаимосвязь между полной, активной и реактивной мощностями?
3. Что такое «коэффициент мощности»?
4. Как вычислить полное сопротивление катушки, если известны её
активное сопротивление, индуктивность и частота сети?
5. Как вычислить полное сопротивление цепи с последовательным
соединением резистора, реальной катушки и конденсатора?
6. От чего зависит угол сдвига фаз между напряжением и током на участке
электрической цепи переменного тока?
7. Что такое «треугольник сопротивлений»?
8. Чему равны реактивное сопротивление цепи и реактивная мощность
цепи при резонансе?
9. В каком случае исследуемая цепь, содержащая катушку индуктивности
и конденсатор, будет носить активно-индуктивный характер и в каком случае
активно-емкостной характер?
44
Работа № 11. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С
ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ СОЕДИНЕНИЕМ ЭЛЕМЕНТОВ.
1. Цель работы
Ознакомиться с особенностями режимов работы цепи переменного тока
с параллельным соединения элементов, повышением коэффициента мощности,
применением 1-го закона Кирхгофа в цепях переменного тока.
2. Предварительное домашнее задание
2.1. Изучить тему «Параллельное соединение элементов в цепи
переменного тока», содержание данной лабораторной работы и быть готовым
ответить на все контрольные вопросы к ней.
2.2. Начертить принципиальные схемы исследуемых цепей исследуемых
цепей с включенными измерительными приборами.
3. Порядок выполнения работы
3.1. Ознакомиться с лабораторной установкой.
Рисунок 1. Схема сборки электрической цепи
3.2. Собрать электрическую цепь с параллельным соединением
резистора R и конденсатора С (рис. 1). В качестве резистора R* использовать
переключаемый резистор R10 в соответствующей варианту позиции
переключателя (табл. 1). Установить в соответствии с заданным вариантом
переключатель батареи конденсаторов С* в соответствующую позицию (табл.
1). Схему предъявить для проверки преподавателю.
45
Таблица 1. Варианты
Вариант
1
2
3
4
5
6
R*
R10-1
R10-2
R10-3
R10-1
R10-2
R10-3
C*
C2-5
C2-5
C2-5
C2-4
C2-4
C2-3
3.3 Включить электропитание стенда и источник переменного
напряжения Е3. Установить напряжение источника Е3 5 В с частотой 300 Гц.
Измерить напряжение на входе цепи, токи в ветвях IR, Iс, ток I, потребляемый
от источника питания сдвига фаз  между напряжением и током,
потребляемым цепью. Результаты измерений занести в табл. 2. Вычислить
активную мощность, потребляемую цепью, и коэффициент мощности cos .
Таблица 2. Результаты
Измерено
Включены U, B
I, A
f, Гц
IR, A
Ветви
Iс, A
Вычислено
Iк, A
,
град
R, C
Zк
Zк, C1
Zк, C2
Zк, C3
Резонанс
токов
46
P, Вт
cos 
Рисунок 2. Схема сборки электрической цепи
3.4. Исследовать влияние емкости С, включенной параллельно
индуктивному потребителю, на коэффициент мощности цепи cos  и величину
тока I, потребляемого от источника питания. Для этого собрать цепь по рис. 2,
используя в качестве индуктивного потребителя соответствующую реальную
катушку индуктивности L* (табл. 3). Представить схему для проверки
преподавателю.
3.5. Включить электропитание стенда и источник питания Е3.
Установить напряжение 7 В с частотой, указанной в таблице вариантов (табл.
3). Измерить напряжение, ток, активную мощность и угол сдвига фаз  между
напряжением и током на входе цепи. Результаты занести в табл. 2. Выключить
источник питания Е3.
3.6
Подключить
параллельно
катушке
индуктивности
батарею
конденсаторов C* (рис. 3). Переключатель батареи конденсаторов установить
в первую заданную позицию (табл. 3).
47
Рисунок 3. Схема сборки электрической цепи
Таблица. 3 Варианты
Вариант
1
2
3
4
5
6
f, Гц
150
180
200
150
180
200
L*
L1
L1
L1
L2
L2
L2
C*
C1-1, 2, 4 C1-1, 2, 4 C1-1, 2, 4 C1-1, 4, 5 C1-1, 4, 5 C1-1, 4, 5
3.7. После проверки схемы преподавателем включить источник питания
Е3. Установить напряжение источника 7 В с частотой, указанной в таблице
вариантов (табл. 3) и измерить величины, указанные в табл. 2.
Последовательно устанавливая переключатель батареи конденсаторов в
следующие заданные позиции, измерить величины, указанные в табл. 2.
Установить частоту входного напряжения, при которой угол сдвига фаз
между входным напряжением U и током I будет равен нулю (резонанс токов).
При необходимости изменить величину емкости батареи конденсаторов.
Произвести измерения указанных в табл. 2 величин.
3.8. По опытным данным построить в масштабе векторные диаграммы
для каждого опыта. определив для каждого случая по векторной диаграмме
характер электрической цепи и коэффициент мощности цепи cos .
48
3.9. Сделать выводы
- о влиянии параллельно включенных потребителей друг на друга;
- о влиянии конденсатора, подключенного параллельно индуктивному
потребителю, на величину тока, потребляемого из сети и коэффициент
мощности цепи;
- о применении 1-го закона Кирхгофа в цепях переменного тока.
4. Содержание отчета
а) наименование работы и цель работы;
6) схемы экспериментов и таблица полученных результатов;
в) векторные диаграммы для всех проведенных опытов;
г) выводы по работе.
5. Контрольные вопросы
1. Как при параллельном включении потребителей определить величину
тока, потребляемого из сети?
2. С какой целью повышают коэффициент мощности цепи?
3. Как можно определить коэффициент мощности цепи?
4. Как изменятся величина тока, потребляемого из сети, и активная
мощность цепи, если параллельно активно-индуктивному потребителю
включить конденсатор?
5. Почему уменьшается ток, потребляемый из сети, при подключении
параллельно индуктивной катушке конденсатора?
6. Как применяется 1-й закон Кирхгофа в цепях переменного тока?
7. Как построить векторную диаграмму цепи, которая содержит
параллельно включенные индуктивную катушку и конденсатор?
8. Что такое «резонанс токов»? При каком условии он возникает?
49
Работа № 12. ЧАСТОТНЫЕ СВОЙСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ
1. Цель работы
-
экспериментальное исследование частотных
характеристик . электрической цепи с последовательным соединением
реактивных элементов.
2. Предварительное домашнее задание
2.1. Изучить тему «Частотные свойства электрических цепей»,
содержание данной лабораторной работы и быть готовым ответить на все
контрольные вопросы к ней.
2.2.
Начертить
принципиальные
схемы
исследуемых
цепей
с
включенными измерительными приборами.
3. Порядок выполнения работы.
3.1. Собрать электрическую цепь с . последовательным соединением
элементов (рис. 1) и предъявить её для проверки преподавателю.
Рисунок 1. Схема сборки электрической цепи
3.2. Включить электропитание, установить на выходе генератора
напряжение 5...6 В и изменяя частоту входного сигнала от 40 Гц до 400 Гц
измерять входное напряжение U, активную мощность цепи Р, ток в цепи I,
напряжения на катушке индуктивности Uk, конденсаторе Uc, а также угол
сдвига фаз  между входным напряжением U и током І. При этом обеспечить
значение частоты 0 источника питания, при котором в цепи будет
наблюдаться явление резонанса напряжений (угол сдвига фаз =0).
Результаты измерений занести в табл. 1. Выключить источник переменного
напряжения.
50
Таблица 1. Результаты
f, Гц
U, B
P, Вт
I, A
, град
UL, B
Uс, B
UR, B
3.3. По результатам измерений для каждого значения частоты входного
сигнала рассчитать величину полного сопротивления цепи ZВХ, активного
сопротивления цепи R, полного сопротивления катушки индуктивности Zк,
реактивного сопротивления цепи Х, индуктивного ХL и емкостного Хc
реактивных сопротивлений, а также величину индуктивности L, емкости С и
активного сопротивления цепи R. (табл. 2).
3.4. По результатам расчетов и измерений построить графики
характеристик I=F(), ZВХ=F(). Uk=F(), Uc=F(), Q = F().
3.5. Определить граничные частоты 2 и 1 , а также резонансную
частоту 0. По найденным значениям частот вычислить добротность Q1.
Используя значения параметров элементов последовательной цепи вычислить
добротность Q2. Сравнить полученные значения добротности. Результаты
расчетов занести в табл. 3.
Таблица 2. Результаты
51
Таблица 3. Результаты
f, Гц
ZВХ, Ом
R, Ом
Zк, Ом
X, Ом
XL, Ом
Xс, Ом
L, мГн
C, мкФ
4. Содержание отчета
Отчет должен содержать:
а) наименование и цель работы;
б) электрические схемы проведенных экспериментов;
в) таблицы с результатами эксперимента;
г) экспериментальные характеристики;
д) выводы о частотных свойствах исследованной цепи.
5. Контрольные вопросы
1. Почему при изменении частоты источника питания изменяется
входное сопротивление цепи, содержащей реактивные элементы?
2. Что понимают под «резонансом» в электрической цепи переменного
тока?
3.
Построить
векторную
диаграмму
напряжений
в
цепи
с
последовательным соединением R,L,C для режима резонанса с указанием
вектора напряжения на реальной катушке индуктивности.
4. Изменением каких параметров В последовательной RLC-цепи,
подключенной к источнику синусоидального сигнала, можно получить
резонансный режим?
52
5. Как можно определить значение резонансной частоты в цепях с
последовательным и параллельным соединением элементов?
6. Как определяется добротность последовательной RLC-цепи и что она
характеризует.
7. В последовательной R, L, С-цепи при резонансе известны
приложенное напряжение U, напряжение на катушке Uk и напряжение на
конденсаторе Uc. Почему добротность цепи, определенная как Q1=Uk/U и
Q2=Uc/U получается различной? В каком случае больше?
8. Как влияет на добротность изменение активного сопротивления в
последовательной цепи?
9. Как определяется полоса пропускания частот и что она характеризует?
53