ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7-8. Последовательное и параллельное соединение катушки индуктивности и резистора

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7-8

Последовательное и параллельное соединение катушки индуктивности и резистора

ЦЕЛЬ: Опытным путем проверить основные свойства цепи переменного тока, обладающей активным сопротивлением и индуктивностью.

ОБОРУДОВАНИЕ: лабораторный стенд, ваттметр

 

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ:

1.Собрать электрическую цепь по схеме (рисунок 1)

 

 

Рисунок 1. Схема исследования электрическая принципиальная

 

2.После проверки схемы преподавателем подать питание на стенд. Установить на входе цепи заданное преподавателем напряжение. Постепенно выводить из катушки сердечник, останавливаясь на значениях тока удобных для отсчета. Показания приборов занести в таблицу 1

 

Таблица 1 – Результаты измерений и расчета

№

Показания приборов

Результаты вычислений

U,В

I,А

P,Вт

Z,Ом

R,Ом

XL,Ом

L,Гн

Cos φ

UR,В

UL,В

Q,вар

S,ВА

 

3.Снять питание со стенда

4.Вычислить:

Полное сопротивление: ;

Активное сопротивление: ;

Индуктивное сопротивление:

Индуктивность:

Напряжения: ;

Мощности: ;

 

Построить векторные диаграммы напряжений и токов, а также треугольники сопротивлений для первого и пятого

Сделать выводы о влиянии положения ферромагнитного сердечника в катушке на параметры цепи.

Параллельное соединение резистора и катушки индуктивности

Общие сведения

Когда к цепи (рис. 2) с параллельным соединением резистора и катушки подается переменное синусоидальное напряжение, одно и то же напряжение приложено к обоим компонентам цепи.

 

Рис. 2

Общий ток цепи I разветвляется на ток в катушке I_L (индуктивная составляющая общего тока) и ток в резисторе I_R (активная составляющая).

Между токами I, I _L и I _R существуют фазовые сдвиги, обусловленные индуктивным реактивным сопротивлением X_L катушки. Они могут быть представлены с помощью векторной диаграммы токов (рис. 3).

Рис. 3	Рис. 4

Фазовый сдвиг между напряжением U цепи и током в резисторе I _R отсутствует, тогда как ток в катушке I _L всегда отстает от напряжения цепи (или тока в резисторе I_R) на90⁰. При этом сдвиг между полным током I и напряжением цепи U определяется соотношением междупроводимостями B_L и G.

Разделив каждую сторону треугольника токов на напряжение, получим треугольник проводимостей (рис. 4), в котором Y представляет собой так называемую полную проводимость цепи, G – активную, а B_L – реактивную (индуктивную) проводимости.

Из-за фазового сдвига между током и напряжением в цепях, подобных данной, простое арифметическое сложение действующих или амплитудных значений токов в параллельных ветвях, как в параллельной чисто резистивной цепи, невозможно. Только в векторной форме I = I _R + I _L. Расчет ведется по следующим формулам:

Действующее значение полного тока цепи

,

I = U ¤ Z = UY.

Полная проводимость цепи ,

Y = 1 ¤ Z,

где Z - полное сопротивление цепи.

Угол сдвига фаз

j = arctg (I _L ¤ I_R) = arctg (B_L ¤ G).

Активное сопротивление цепи

G = Y × cos j,

Реактивное сопротивление цепи

B = Y × sin j.

Экспериментальная часть

Задание

Для цепи с параллельным соединением резистора и катушки индуктивности измерьте действующие значения тока в резисторе I_R и катушке I_L, полный ток I и вычислите угол сдвига фаз j, полное сопротивление цепи Z и индуктивную реактивную проводимость B_L.

 

Порядок выполнения работы

Соберите цепь согласно схеме (рис. 5), подсоедините регулируемый источник синусоидального напряжения и установите его параметры: U = 5 В, f = 200 Гц. В качестве индуктивности с малым активным сопротивлением используйте катушку трансформатора 300 витков, вставив между подковами разъемного сердечника полоски бумаги в один слой (немагнитный зазор).

Рис. 5

Выполните измерения U, I, I_L, I_R и занесите результаты в табл. 1. Если измерения производятся виртуальными приборами, то измерьте также R, j, X_L, Z и вычислите G = 1/R, B_L = 1/X_L и Y = 1/Z. Занесите эти результаты в строку «виртуальные измерения» табл. 2.

Таблица 2.

U, B	I, мА	IL, мА	IR, мА	j, град	G, 1/Ом	BL, 1/Ом	Y, 1/Ом	Примечание
								Расчет
				Вирт. изм

Вычислите j = arctg (I _L ¤ I _R ); Y = I ¤ U; G = I_R ¤ U; B_L = I_L ¤ U.

Занесите результаты вычислений в таблицу и сравните с результатами измерений виртуальными приборами, если они есть.

Выберите масштаб и постройте векторную диаграмму токов (рис. 6) и треугольник проводимостей (рис. 7).

 

Рис. 6 Рис. 7

Контрольные вопросы:

1) Что представляет активное сопротивление катушки?

2) Явление самоиндукции

3) Определение индуктивности

4) Чем реальная катушка отличается от идеальной?

5) От чего зависит индуктивность катушки?

6) Как изменится характер цепи, если из катушки удалить сердечник?

7) Что изменится в векторной диаграмме, если исключить из схемы какой–либо элемент?

8) Объяснить ход кривых, полученных в результате экспериментов.