Лабораторная работа №1. Методические указания

Лабораторная работа №1

СПОСОБЫ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

Цель работы: ознакомление со способами измерения напряжения, тока, мощности, сопротивления, фазового сдвига напряжения и тока; приобретение навыков работы с измерительными приборами.

Методические указания

1 Измерение напряжения и тока

Для измерения напряжения и тока при проведении лабораторных работ используется вольтметр. Если для измерения напряжения синусоидальной формы звуковых частот может быть использован непосредственно стрелочный или цифровой вольтметр, то для измерения тока используется косвенный метод, основанный на измерении напряжения на зажимах измерительного резистора с известным сопротивлением. Для определения тока используется резистор R₀c сопротивлением 1 Ом, что позволяет измерить напряжение, численно равное току в цепи.

Для измерения тока и напряжения в цепи собрать электрическую цепь в соответствии со схемой, изображенной на рисунке 1.1. Установить частоту генератора 5000 Гц (5 кГц), для этого переключатель множителя частоты генератора установить в положении 10² и, вращая ручку плавной регулировки частоты, установить против риски на лимбе цифру 50. Подключить вольтметр к зажимам ab. Установить переключатель пределов измерения вольтметра в положение 10 В. Вращая ручку регулирования напряжения генератора по часовой стрелке, установить напряжение на зажимах аb равным 5 В. При использовании цифрового вольтметра достаточно правильно установить две значащие цифры, т.е. 5, 0 на табло прибора. Для определения показания стрелочного вольтметра на пределе 10 В стрелка должна находиться на цифре 5 по верхней шкале измерительного табло.

Рисунок 1.1

Для измерения тока, не изменяя положение ручек управления приборов, подключить вольтметр к зажимам bс схемы. Изменять положение переключателя предела измерения в сторону уменьшения до тех пор, пока на табло цифрового вольтметра не появятся три значащие цифры, а стрелка стрелочного вольтметра не отклонится на расстояние более трети длины всей шкалы.

Записать показания вольтметра с учетом предела измерения. С помощью цифрового вольтметра измеряется напряжение в вольтах или милливольтах. При использовании стрелочного вольтметра для определения показания следует воспользоваться шкалой с предельным значением 30 или 100 мВ.

С учетом того, что сопротивление R₀=1 Ом, полученное показание вольтметра U_bc численно равно току I в сопротивлении R₁. Необходимо сравнить полученный результат от деления со значением R₁, указанным на стенде. При правильных измерениях полученное значение должно быть равно сопротивлению R₁.

Аналогично, подключая поочередно в измерительную цепь по рисунку 1.1 вместо R₁ все остальные элементы наборного поля (R2 ‑ R4, С1 – С4, L1 – L4), измерить токи и напряжения. Занести результаты измерения в таблицу 1.1.

Рассчитать по результатам измерений параметры элементов стенда соответственно по формулам

где f = 5000 Гц.

Сравнить данные эксперимента с указанными параметрами элементов на стенде, сделать выводы.

Таблица 1.1

Элемент

Величина

U_k, В

I_k, А

параметры

задан- ные

измеренные

Соединить кабель питания осциллографа с источником питающего напряжения 220 В и включить тумблер СЕТЬ. Подготовка осциллографа к проведению измерения начинается через 15 минут после его включения.

Установить переключатель чувствительности канала I в положение 2 В/дел. Убедиться, что ручка плавного регулирования усиления канала находится в предельном правом положении.

Установить переключатель рода развертки в положение АВТ. Закоротить наконечники кабеля от канала I и, вращая ручку перемещения изображения сигнала по вертикали « » канала I, совместить луч с центральной горизонтальной линией, имеющей деления.

Подключить первый канал осциллографа к зажимам ab цепи по рисунку 1.1. Установив U_ab =5 В, с помощью дополнительного кабеля подать сигнал с канала I на вход СИНХ или АСИНХ. Повернуть осторожно ручку плавного регулирования развертки, находящуюся в центре переключателя развертки, по часовой стрелке, до щелчка.

Переключатель развертки поставить в положение 0,02 мс/дел. Следует учесть, что у некоторых типов осциллографов существует дополнительный переключатель – множитель масштаба развертки.

Установив переключатель синхронизации в положение ВНЕШ с помощью ручек УРОВЕНЬ и СТАБ, добиться устойчивого изображения синусоиды на экране. Определить расстояние по вертикали между крайними верхней и нижней точками изображения l (рисунок 1.2) в делениях и их долях экрана осциллографа. Умножив полученное расстояние на «2 В/дел», получим значение, равное двойной амплитуде напряжения на резисторе R₁. Разделить полученное число на . При правильном измерении результат должен быть равен 5 В. Поворачивая ручку ««» смещения изображения по горизонтали, совместить точку А изображения с одной из вертикальных линий (см. рисунок 1.2). Определить расстояние m в делениях (значение может быть дробным). Умножить полученное значение на цену деления, определенное по переключателю развертки. Полученное значение при правильном измерении должно быть равно 0,2 мс, что соответствует Т – периоду синусоидальной функции.

Рисунок 1.2

2 Измерение фазового сдвига напряжения относительного тока

Собрать электрическую цепь в соответствии с рисунком 1.3.

Рисунок 1.3

Как в предыдущем случае при частоте генератора 5000 Гц установить напряжение U_ab = 5 В.

На экране осциллографа получить устойчивое изображение лучей каналов и поворотом ручек « » вертикального смещения лучей обоих каналов совместить их с центральной горизонтальной линией. Для облегчения операции переключатели входа каналов можно на это время поставить в положение «^» (земля).

Следует помнить, что зажимы «земля» обоих каналов осциллографа объединены, поэтому эти штекеры или только один из них должен быть подключен к точке b цепи. При таком подключении осциллографа к цепи изображение тока на экране получается инверсным. Для получения прямого изображения тока его необходимо инвертировать, поставив соответствующий переключатель канала II в положение «–». Некоторые типы осциллографов имеют прямой вход I и инверсный вход II для каждого канала. В данном случае необходимо использовать вход II второго канала. Переключателем чувствительности развертки по вертикали канала II получить изображение синусоиды тока на экране.

Под углом фазового сдвига синусоидных функций одной частоты понимают угол, определяемый разностью фаз или разностью начальных фаз напряжения и тока, т.е.

j= a_u - a_i,

где j ‑ разность фаз или фазовый сдвиг;

a_u – начальная фаза напряжения;

a_i – начальная фаза тока.

Значения начальных фаз напряжения и тока не представляют собой интереса, так как их значения зависят от начала отсчета времени, которое определяется наблюдателем. Разность же фаз остается неизменной.

Для измерения фазового сдвига не обязательно определять масштаб изображения во времени. После получения устойчивого изображения синусоид напряжения u(t) и тока i(t) необходимо определить расстояние на экране, соответствующее периоду (расстояние AB = l_Т, рисунок 1.4), а также расстояние AС, соответствующее разности фаз l_j. Учитывая, что периоду соответствует изменение фазы на 360°, или 2p, разность фаз определить из выражения

По полученному изображению синусоид измерить фазовый сдвиг напряжения и тока j.

По значениям R₁ и L₁ определить теоретический угол по формуле

При правильных измерении и вычислении полученные значения углов должны совпадать с достаточной степенью точности.

Рисунок 1.4

В дальнейшем следует помнить, что угол j имеет положительное значение, если синусоида напряжения сдвинута влево относительно синусоиды тока и отрицательное значение в противном случае.

3 Вычисление мощностей и эквивалентных сопротивлений по

экспериментальным данным

В цепи, собранной в соответствии со схемой рисунка 1.3, измерить ток цепи при напряжении на входе цепи U = 5 В и частоте генератора 5000 Гц. Измерить разность фаз напряжения и тока по методике, описанной ранее.

Полная, активная и реактивная мощности определяются по формулам

S=UI, P=U I cosj, Q=U I sinj.

По известным значениям тока, сопротивлению резистора R₁и индуктивности катушки L₁ вычислить мощности

Сравнить вычисленные значения со значениями мощностей, полученных ранее. При правильных измерениях они должны быть равными. По измеренным значениям U, I и j вычислить эквивалентные сопротивления

Сравнить вычисленные значения и с соответствующими заданными параметрами элементами цепи R₁ и L₁.Сделать выводы.

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒