Цель Анализ амплитудно-фазовых соотношений для тока и напряжения в резисторе, конденсаторе и катушке индуктивности при гармоническом воздействии. Исследование мгновенной, полной, активной и реактивной мощностей в этих элемент Исследование амплитудно-фазовых соотношений для токов и напряжений при последовательном и параллельном соединениях активного и реактивного компонентов (резистора и конденсатора, резистора и катушки индуктивности). Получение временных диаграмм токов и напряжений при гармоническом воздействии. Исследование связи мгновенной, полной, активной и реактивной мощностей для пассивного двухполюсни Исследование амплитудно-фазовых соотношений для токов и напряжений в схемах, содержащих три компонента. Измерение мгновенной, полной, активной и реактивной мощност Анализ амплитудно-фазовых соотношений для токов и напряжений в пассивных двухполюсниках со сложной структурой. Приборы и элементы
Амплитудно-фазовые соотношения в простых цепях
(4.1)
Краткие сведения из теории Комплекс емкостного сопротивления
(4.2)
где модуль емкостного сопротивления хc вычисляется по формуле:
(4.3)
С - величина емкости, f - частота гармонического сигна Комплекс индуктивного сопротивления
(4.4)
где ХL - модуль индуктивного сопротивления ХLкоторый вычисляется по формуле:
(4.5)
L - величина индуктивности, f - частота гармонического сигна Полное комплексное сопротивление двухполюсника
(4.6)
где z - модуль комплексного сопротивления, равный
(4.7)
х - реактивное сопротивление двухполюсника, равное
Мгновенная мощность двухполюсника
Закон Ома в комплексной форме
Полная мощность двухполюсника, определяемая произведением действующих значений тока и напряжения
(4.9)
Активная мощность двухполюсника, определяемая постоянной составляющей временной функции мгновенной мощности
(4.10)
Реактивная мощность двухполюсника
(4.11)
Связь полной, активной и реактивной мощностей двухполюсника с мгновенными значениями мощности
(4.12)
Порядок проведения экспериментов Эксперимент Резистор на переменном токе. а). Измерение действующего значения тока в цепи. Рассчитайте действующее значение тока в резисторе. Откройте файл с4_01.са4 (рис, 4.1), Подключите амперметр и проверьте правильность расчета. б). Измерение фазы тока. Подключите осциллограф и проверьте соответствие экспериментального значения фазы тока теоретическому. в). Измерение активной, реактивной и полной мощностей^ Подайте сигналы, пропорциональные току и напряжению, на два входа умножителя, подключите на выход умножителя осциллограф и по осциллограмме мощности определите активную мощность. Подключите на выход умножителя вольтметр постоянного напряжения, убедитесь, что с точностью до коэффициента он измеряет активную мощность. Определите этот коэффициент.
где ртах и pmin - соответственно максимальное и минимальное значения мгновенной мощности.
Эксперимент Конденсатор на переменном токе. а). Измерение действующего значения тока в цепи. Рассчитайте действующее значение тока в конденсаторе. Откройте файл с4_02.са4 (рис. Подключите амперметр и проверьте правильность расчета. б). Измерение фазы тока. Подключите осциллограф и проверьте соответствие экспериментального значения фазы тока теоретическому. в). Измерение активной, реактивной и полной мощностей. Подайте сигналы, пропорциональные току и напряжению, на два входа умножителя, подключите на выход умножителя осциллограф и по осциллограмме мощности определите реактивную мощность конденсатора.
Эксперимент Катушка индуктивности на переменном токе. а). Измерение действующего значения тока в цепи. Рассчитайте действующее значение тока в катушке индуктивности. Откройте файл с4_03.са4 (рис. Подключите амперметр и проверьте правильность расчета. б). Измерение фазы тока. Подключите осциллограф и проверьте соответствие экспериментального значения фазы тока теоретическому. в). Измерение активной, реактивной и полной мощностей. Подайте сигналы, пропорциональные току и напряжению, на два входа умножителя и по осциллограмме мощности определите реактивную мощность катушки.
а). Измерение действующих значений токов и напряжений в цепи. Для схемы рис. 4.4 рассчитайте входное комплексное сопротивление, комплекс тока в контуре, напряжения на каждом компоненте. Откройте файл с4_04.са Результаты расчета проверьте экспериментально с помощью вольтметров и амперметра. По результатам эксперимента постройте топографические векторные диаграммы. б). Измерение фазовых углов напряжений в цепи, Рассчитайте комплексы напряжений. Подключите осциллограф и проверьте соответствие экспериментальных значений фазовых сдвигов этих напряжений расчетным. Сопоставьте сдвиг фаз с векторной диаграммой. в). Измерение активной, реактивной и полной мощностей. Откройте файл с4_04Р.са4 (рис. Подайте сигналы, пропорциональные току и напряжению, на два входа умножителя, подключите на выход умножителя осциллограф и по осциллограмме мощности определите активную и полную мощности. Подключите на второй вход осциллографа сигналы напряжения источника питания и напряжения на резисторе (пропорционального току) через коммутатор commut. Сопоставьте осциллограмму мощности с осциллограммами тока и напряжения источника питания.
Эксперимент RC-цепь на переменном токе.
Эксперимент RL-цепь на переменном токе. а). Измерение действующих значений токов и напряжений в цепи. Для схемы рис. 4.3а рассчитайте входное комплексное сопротивление, комплекс тока в контуре, напряжения на каждом компоненте, используя формулы (4.3), (4.4), (4.5), Откройте файл с4_05.са4 (рис. Результаты расчета проверьте экспериментально с помощью вольтметров и амперметра. По результатам эксперимента постройте топографические векторные диаграммы. б). Измерение фазовых углов напряжений в цепи. Рассчитайте комплексы напряжений. Подключите осциллограф и проверьте соответствие экспериментальных значений фазовых сдвигов этих напряжений расчетным. Сопоставьте сдвиг фаз с векторной диаграммой.
в). Измерение активной, реактивной и полной мощностей. Откройте файл с4_05Р.са4 (рис. Подайте сигналы, пропорциональные току и напряжению источника питания, на два входа умножителя, подключите на выход умножителя осциллограф и по осциллограмме мощности определите активную и полную мощности. Подключите на второй вход осциллографа сигналы напряжения источника питания и напряжения на резисторе (пропорционального току) через коммутатор commut. Сопоставьте осциллограмму мощности с осциллограммами тока и напряжения источника питания.
Эксперимент Влияние положения точки заземления на вид топографической диаграммы напряжений. Откройте файл с4_06.са Подайте на входы осциллографа напряжения Ua10Ua20 с двух схем (а и б). Убедитесь в том, что фазы напряжений Ua0в этих схемах различны и объясните это с помощью векторных диаграмм
Результаты экспериментов Эксперимент Резистор на переменном токе. Исходные данные Действующее значение напряжения Е 120 В Активное сопротивление R 1200м Частота f 50 Гц а). Измерение действующего значения тока в цепи,
б). Измерение фазы тока.
в). Измерение активной, реактивной и полной мощностей,
Эксперимент Конденсатор на переменном токе. Исходные данные Действующее значение напряжения Е 120 В Емкость С 53 мкФ Частота f 50 Гц а). Измерение действующего значения тока в цепи.
б). Измерение фазы тока.
в). Измерение активной, реактивной и полной мощностей.
Эксперимент Катушка индуктивности на переменном токе. Исходные данные Действующее значение напряжения Е 120 В Индуктивность L 764 мГн Частота f 50 Гц а). Измерение действующего значения тока в цепи.
б). Измерение фазы тока.
в). Измерение активной, реактивной и полной мощностей.
Эксперимент КС-цепь на переменном токе. Исходные данные Активное сопротивление R 120 Ом Емкость С 53 мкФ Частота f 50 Гц а). Измерение комплексного сопротивления и действующих значений токов и напряжений в цепи.
б). Измерение фазовых углов напряжений в цепи.
в). Измерение активной, реактивной и полной мощностей.
Эксперимент RL-цепь на переменном токе. Исходные данные Активное сопротивление R 60 Ом Индуктивность L 254.5мГн Частота f 50 Гц а). Измерение комплексного сопротивления и действующих значений токов и напряжений в цепи.
б). Измерение фазовых углов напряжений в цепи.
Топографическая векторная диаграмма
в). Измерение активной, реактивной и полной мощностей.
Эксперимент Влияние положения точки заземления на вид топографической векторной диаграммы напряжений Для схемы на рuc. 4.8a
Топографические векторные диаграммы
Вопросы
Чем различаются понятия фазового сдвига и начальной фазы для гармонических сигналов?
Каковы основные характеристики гармонического сигнала?
Для каких значений переменных сигналов (мгновенных, действующих, средних, амплитудных) справедливы законы Кирхгофа?
Какова связь между действующим, средним и амплитудным значениями гармонического сигнала?
Как изображается гармоническое колебание с помощью вектора? Что такое векторная диаграмма, топографическая диаграмма напряжений?
Какова связь между частотой f, периодом Т и угловой частотой )?
В чем заключается идея символического метода расчета?
Как сдвинуты друг относительно друга векторы тока и напряжения для резистора, конденсатора и катушки индуктивности?
1 Как представляются гармонические токи и напряжения на комплексной плоскости?
Как изображаются гармонические токи и напряжения в комплексной форме (алгебраическая и показательная форма)?
1 Что такое комплексное сопротивление конденсатора и катушки индуктивности, как записать его в алгебраической и показательной форме?
1 Можно ли применять все методы расчета цепей постоянного тока для расчета цепей символическим методом?
1 Как по комплексному изображению гармонического сигнала определить оригинал?
1 Как измерить комплексное сопротивление пассивного двухполюсника?
1 Как получить осциллограмму мгновенной мощности для пассивного двухполюсника? Какова частота колебаний мгновенной мощности?
1 Какими мощностями характеризуются цепи при гармоническом воздействии? Каковы их определения?
1 Как связана полная комплексная мощность с активной и реактивной мощностями?
1 Как по графику мгновенной мощности определить полную, активную и реактивную мощности пассивного двухполюсника? 1 Как записывается полная комплексная мощность цепи через комплексы тока и напряжения?
2 Как измерить активную мощность в программе Eitctronics Workbench?
2 По каким формулам можно рассчитать полную, активную и реактивную мощности?
2 Как с помощью Боде-плоттера определить комплексный потенциал любой точки схемы?
2 Как измерить фазовый сдвиг между двумя сигналами, используя Боде-плоттер?
Навигация
