Исследование неразветвленных электрических цепей синусоидального тока
Цель работы:
1. Экспериментальное исследование распределения напряжений в RL - цепи.
2. Экспериментальное исследование распределения напряжений в RC - цепи.
3. Экспериментальное исследование распределения напряжений в RLC - цепи.
Задание на подготовку к лабораторной работе:
- ознакомиться с руководством к лабораторной работе;
- выполнить предварительный расчет тока и напряжений в RL-, RC -и RLC – цепях, заданных согласно варианту (таблица 1), построить векторные диаграммы тока и напряжений.
Описание схемы исследований
Исследования проводятся на ПЭВМ в среде Electronics Workbench. Схемы исследований содержат источник переменного напряжения, источник напряжения управляемый током, резистор, индуктивную катушку, конденсатор, осциллограф, амперметр и вольтметры. Осциллограф используется для определения фазовых сдвигов между током и напряжением.
Задание на исследование:
1. Исследовать распределение напряжений в RL - цепи.
2. Исследовать распределение напряжений в RC - цепи.
3. Исследовать распределение напряжений в RLC - цепи.
Таблица 1-Варианты заданий для предварительного расчета и исследований
| Вариант № | Е, B | R, Ом | L, мГн | С, мкФ | Вариант № | Е, B | R, Ом | L, мГн | С, мкФ |
| 0.10 | 0.010 | 0.16 | 0.015 | ||||||
| 0.12 | 0.015 | 0.18 | 0.016 | ||||||
| 0.13 | 0.016 | 0.19 | 0.020 | ||||||
| 0.15 | 0.020 | 0.20 | 0.018 | ||||||
| 0.11 | 0.018 | 0.10 | 0.019 | ||||||
| 0.14 | 0.019 | 0.12 | 0.011 | ||||||
| 0.16 | 0.011 | 0.13 | 0.012 | ||||||
| 0.18 | 0.012 | 0.15 | 0.009 | ||||||
| 0.19 | 0.009 | 0.11 | 0.021 | ||||||
| 0.20 | 0.021 | 0.14 | 0.020 | ||||||
| 0.10 | 0.020 | 0.16 | 0.018 | ||||||
| 0.12 | 0.018 | 0.18 | 0.019 | ||||||
| 0.13 | 0.019 | 0.19 | 0.011 | ||||||
| 0.15 | 0.011 | 0.10 | 0.012 | ||||||
| 0.11 | 0.012 | 0.12 | 0.009 | ||||||
| 0.14 | 0.009 | 0.13 | 0.021 | ||||||
| 0.16 | 0.021 | 0.15 | 0.020 | ||||||
| 0.18 | 0.020 | 0.11 | 0.018 | ||||||
| 0.19 | 0.018 | 0.11 | 0.010 | ||||||
| 0.10 | 0.010 | 0.14 | 0.015 | ||||||
| 0.12 | 0.015 | 0.16 | 0.016 | ||||||
| 0.13 | 0.016 | 0.18 | 0.020 | ||||||
| 0.15 | 0.020 | 0.19 | 0.018 | ||||||
| 0.11 | 0.018 | 0.20 | 0.009 | ||||||
| 0.11 | 0.009 | 0.16 | 0.021 | ||||||
| 0.14 | 0.021 | 0.18 | 0.020 | ||||||
| 0.16 | 0.020 | 0.19 | 0.018 | ||||||
| 0.18 | 0.018 | 0.20 | 0.019 | ||||||
| 0.19 | 0.019 | 0.10 | 0.011 | ||||||
| 0.20 | 0.011 | 0.12 | 0.015 |
Порядок проведения исследований
а) Исследование RL - цепи.
1.Собрать схему электрической цепи (рисунок 1).
2.Установить заданные согласно варианту величины сопротивления резистора R и индуктивности L, значения ЭДС Е и частоты f = 105 Гц источника. Для чего к нужному элементу подвести курсор и двойным нажатием левой кнопки «мыши» вызвать окно (с именем элемента), в котором установить требуемое значение параметра. Двойным нажатием левой кнопки «мыши» на линии канала "А" осциллографа установить желательный цвет осциллограммы (например, красный)
Рисунок 1 - Схема исследования RL - цепи.
3. После завершения установки всех параметров схемы кнопку 
- «0-1» перевести в положение 1-«Включено». По завершении автоматических расчетов (несколько секунд) кнопку перевести в положение 0-«Выключено». Показания амперметра и вольтметров занести в таблицу результатов исследований
Таблица 2 - Результаты исследований неразветвленных цепей синусоидального тока
| Вид цепи | параметры | I, A | U, B | UR, B | UL, B | UC, B | T2-T1, с |  ,
градусы
|
| RL - цепь | 0.5L= | - | ||||||
| L= | - | |||||||
| 2L= | - | |||||||
| RС - цепь | 0.5C= | - | ||||||
| C= | - | |||||||
| 2C= | - | |||||||
| RLС-цепь | С<Cрез | |||||||
| Cрез= | ||||||||
| С>Cрез |
4. Двойным нажатием левой кнопки «мыши» на изображении осциллографа активизировать его и перевести в режим «Zoom». Установить визирную линейку 1 (красного цвета) в точку пересечения оси времени осциллограммой канала "А" при ее переходе от отрицательного значения к положительному (осциллограмма напряжения u(t)), а визирную линейку 2 - в точку пересечения оси времени осциллограммой канала “В” при ее переходе от отрицательного значения к положительному (осциллограмма тока i(t)),. Значение временного промежутка Т2-Т1 занести в таблицу 2. Рассчитать сдвиг фаз между напряжением u(t)и током i(t) в градусах по формуле 
или 
. Здесь Т=1/f - период синусоидальной ЭДС источника
5. Установить индуктивность катушки 0.5L, выполнить п.п. 3-4.
6. Установить индуктивность катушки 2L, выполнить п.п. 3-4.
7. По результатам исследований построить векторные диаграммы тока и напряжений
б) Исследование RС - цепи.
1.Собрать схему электрической цепи (рисунок 2).
Рисунок 2- Схема исследования RС - цепи.
2.Установить заданные согласно варианту величины сопротивления резистора R и емкости конденсатора С, значение ЭДС источника Е =150В и частоты f = 105 Гц. Двойным нажатием левой кнопки «мыши» на линии канала "А" осциллографа установить желательный цвет канала (например, красный)
3. После завершения установки всех параметров схемы кнопку 
- «0-1» перевести в положение 1-«Включено». По завершении автоматических расчетов (несколько секунд) кнопку перевести в положение 0-«Выключено». Показания амперметра и вольтметров занести в таблицу результатов исследований
4. С помощью осциллографа определить значение временного промежутка Т2-Т1 и занести в таблицу 2. Рассчитать сдвиг фаз между напряжением u(t)и током i(t) в градусах по формуле или .
5. Установить емкость конденсатора 0.5С, выполнить п.п. 3-4.
6. Установить емкость конденсатора 2С, выполнить п.п. 3-4.
7. По результатам исследований построить векторные диаграммы тока и напряжений
8. Результаты исследований сравнить с результатами предварительного расчета. Сделать выводы.
в) Исследование RLС - цепи.
1.Собрать схему электрической цепи (рисунок 3).
Рисунок 3- Схема исследования RLС - цепи.
2.Установить заданные согласно варианту величины сопротивления резистора R, индуктивности L и емкости конденсатора 
, значение ЭДС и частоты f =105 Гц источника Е
3. После завершения установки всех параметров схемы кнопку - «0-1» перевести в положение 1-«Включено». По завершении автоматических расчетов (несколько секунд) кнопку перевести в положение 0-«Выключено». Показания амперметра и вольтметров занести в таблицу результатов исследований
4. С помощью осциллографа определить значение временного промежутка Т2-Т1 и занести в таблицу 2. Рассчитать сдвиг фаз между напряжением u(t)и током i(t) в градусах по формуле 
или 
.
5. Установить емкость конденсатора С<Cрез, выполнить п.п. 3-4.
6. Установить емкость конденсатора С>Cрез, выполнить п.п. 3-4.
7. По результатам исследований построить векторные диаграммы тока и напряжений
8. Результаты исследований сравнить с результатами предварительного расчета. Сделать выводы.
Содержание отчета.
Отчет по лабораторной работе должен содержать:
- схемы исследований;
- заполненные таблицы расчетных и экспериментальных данных, расчетные формулы и подробный расчет всех требуемых параметров;
- векторные диаграммы тока и напряжений
- выводы по результатам исследований.
Контрольные вопросы:
1. Изобразите график тока i(t)= 2sin(
t-1450) mA.
2. Запишите выражение для комплексных амплитуды и действующего тока, если мгновенный ток i(t)= 2sin( t-1450) mA.
3. Построить векторную диаграмму для гармонического тока i=2sin( t-1450) mA.
4. Записать выражение закона Ома в комплексной форме для участка цепи с резистивным элементом и изобразить векторную диаграмму тока и напряжения.
5. Записать выражение закона Ома в комплексной форме для участка цепи с индуктивным элементом и изобразить векторную диаграмму тока и напряжения.