Порядок выполнения работы

3.1. Ознакомиться с лабораторной установкой (модуль ввода-вывода, модуль питания, набор минимодулей, наборное поле).

3.2. Собрать электрическую цепь для исследования цепи переменного тока, содержащей только активное сопротивление R (рис. 6). Дня измерения тока использовать вход 5 модуля ввода - вывода (гнезда Х25 и Х26). Для измерения напряжения U использовать вход 1 модуля ввода-вывода на пределе 30 В (гнезда Х9 и Х10). Представить схему для проверки преподавателю.

Рис. 6

3.3. Загрузить программу автоматического управления Delta Profi.

В левом верхнем углу в окне программы выбрать меню «Работы». Одинарный щелчок левой кнопкой мыши приводит к появлению контекстного меню, в котором надо выбрать раздел «Электрические цепи - мини». В появившемся списке работ выбрать «Работа №2 - 1. Простейшие цепи переменного тока». В появившемся списке выбрать «Цепь с активным сопротивлением»

На экране ПК отображается электрическая схема и набор виртуальных - измерительных приборов, необходимых в данном эксперименте.

Запустить программу в работу, нажатием кнопки «Пуск» или командой главного меню «Управление - Пуск» или горячей клавишей F5.

3.4. Включить электропитание стенда (автоматический выключатель QF. который выключается только в конце лабораторной работы) и модуля ввода - вывода.

На модуле питания включить источник переменного напряжения (SA1+SA2) и записать в табл. 1 показания виртуальных приборов.

Таблица 1

Включено	Измерено				Вычислено
Включено	U, В	I, А	Р, Вт	j, град	Z, Ом	R, Ом	Х, Ом
R
Z_k
С

Остановить программу, нажатием кнопки «Стоп» ▀. Выбрать закладку «Осциллограммы» и зарисовать осциллограммы напряжения и тока. На осциллограммах показать сдвиг по фазе между напряжением и током в данной цепи. Остановить программу, нажатием кнопки «Стоп» ▀ или командой главного меню «Управление - Стоп» или горячей клавишей F6.

3.5. Собрать электрическую цепь для исследования цепи переменного тока, содержащей только реальную индуктивность (рис. 7). Представить схему для проверки преподавателю.

3.6. В левом верхнем углу в окне программы выбрать меню «Работы». Одинарный щелчок левой кнопкой мыши приводит к появлению контекстного меню, в котором надо выбрать раздел «Электрические цепи - мини». В появившемся списке работ выбрать «Работа 2 - 1. Простейшие цепи переменного тока». В появившемся списке выбрать «Цепь с индуктивностью»

На экране ПК отображается электрическая схема и набор виртуальных измерительных приборов, необходимых в данном эксперименте.

Рис. 7

Запустить программа в работу, нажатием кнопки «Пуск» ► или командой главного меню «Управление - Пуск».

Остановить программу, нажатием кнопки «Стоп» ▀. Выбрать закладку «Осциллограммы» и зарисовать осциллограммы напряжения и тока. На осциллограммах показать сдвиг по фазе между напряжением и током в данной цепи. Остановить программу, нажатием кнопки «Стол» ▀ или командой главного меню «Управление - Стоп».

3.7. Собрать электрическую цепь для исследования цепи переменного тока, содержащей только конденсатор (рис. 8). Представить схему для проверки преподавателю.

Рис.8

3.8. В левом верхнем углу в окне программы выбрать меню «Работы». Одинарный щелчок левой кнопкой мыши приводит к появлению контекстного меню, в котором надо выбрать раздел «Электрические цепи - мини». В появившемся списке работ выбрать «Работа 2 - 1. Простейшие цепи переменного тока». В появившемся списке выбрать «Цепь с емкостью».

Запустить программу в работу, нажатием кнопки «Пуск» ► или командой главного меню «Управление - Пуск» или горячей клавишей F5.

Записать в табл. 1 показания виртуальных приборов.

Остановить программу, нажатием кнопки «Стоп» ▀.

Выбрать закладку «Осциллограммы» и зарисовать осциллограммы напряжения и тока. На осциллограммах показать сдвиг по фазе между напряжением и током в данной цепи. Остановить программу, нажатием кнопки Стоп» ▀ или командой главного меню «Управление - Стоп» или горячей клавишей F6.

Выключить источник переменного напряжения (55A1+SA2).

В конце лабораторной работы выключить питание стенда (автоматический выключатель QF модуля питания).

3.9. По результатам измерений рассчитать, используя закон Ома, полное сопротивление каждого потребителя, его активное и реактивное сопротивления. Результаты занести в табл. 1.

3.10. Считая, что частота переменного напряжения f = 50 Гц, определись величину индуктивности индуктивного потребителя L и емкости конденсатора.

Содержание отчета

Отчет по работе должен содержать:

а) наименование работы и цель работы;

б) электрические схемы опытов;

в) таблицы с результатами опытов и вычислений;

г) расчетные соотношения;

д) векторные диаграммы для резистора, реальной катушки и конденсатора;

е) выводы по работе.

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?

Работа № 2 – 2. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ СОЕДИНЕНИЕМ ЭЛЕМЕНТОВ

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.

Перечень минимодулей

Наименование минимодулей	Количество
Дроссель	1
Батарея конденсаторов	1
Резистор 2 Вт 68 Ом	1

Пояснения к работе

Электрическая цепь синусоидального переменного тока с последовательным соединением резистора с активным сопротивлением R. реальной катушки индуктивности с полным сопротивлением Z_k(R_k,X_k) и конденсатора с емкостным сопротивлением X_c (рис. 1) описывается уравнением, записанным по второму закону Кирхгофа для мгновенных значений напряжений на этих элементах:

или в геометрической форме для векторов действующих значений этих напряжений

Последнее соотношение говорит о том, что вектор действующего значения напряжения, приложенного к такой цепи, равен геометрической сумме векторов напряжений на отдельных её участках (рис. 2).

Рис. 1 Рис. 2 Рис. 3

Из анализа векторной диаграммы для такой цепи следует, что величина входного напряжения U

где U_RK, U_LK – соответственно активная и реактивная составляющие напряжения на катушке, R_K, X_L – активное и реактивное индуктивное сопротивление катушки индуктивности (рис. 3)

Следовательно, действующее значение тока в этой цепи на основании закона Ома можно определит как где

– полное сопротивление цепи с последовательным соединением резистора, реальной катушки и индуктивности и конденсатора, которое легко определяется из многоугольника сопротивлений (рис. 3).

Угол сдвига фаз между входным синусоидальным напряжением U и потребляемым такой цепью током I определяется из треугольника сопротивлений

Если ωL > 1/ωC и угол φ > 0, вся цепь ведет себя как цепь с активным сопротивлением и идеальной индуктивностью. Говорят, что в этом случае цепь носит активно-индуктивный характер.

Если ωL < 1/ωC и угол φ < 0, вся цепь ведет себя как цепь с активным сопротивлением и емкостью. Говорят, что в этом случае цепь носит активно - емкостной характер.

Если в цепи реактивное сопротивления равны (ωL = 1/ωC), то угол φ = 0. При этом реактивная составляющая напряжения на индуктивности и напряжение на конденсаторе полностью себя компенсируют. Цепь ведет себя, как будто реактивные сопротивления в ней отсутствуют и ток достигает наибольшего значения, поскольку ток ограничивается только эквивалентным активным сопротивлением цепи

Это означает, что в цепи имеет место резонанс, называемый в данном случае резонансом напряжений. Резонанс напряжений можно получить изменением частоты источника питания, изменением параметров реактивных элементов, например, подбором значения величины емкости , где – резонансная частота цепи.