Часть 2. Последовательное соединение резистора и катушки индуктивности.

Указание по проведению эксперимента

 

Соберите цепь согласно схеме (рис. 2.19), присоединив регулируемый источник синусоидального напряжения и установив его параметры U = 5 В,f = 200 Гц.

Активное сопротивление R установите 100 Ом, а в качестве катушки индуктивности с малым активным сопротивлением используйте катушку трансформатора 300 витков, вставив между подковами разъемного сердечника полоску бумаги а один слой (немагнитный зазор).

 

 

Рис. 2.19. Последовательное соединение резистора и катушки индуктивности

 

Измерьте мультиметрами силу тока в цепи и падения напряжения на резисторе и катушке.

Результаты измерений внесите в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Измерено	Вычислено
U, В	I, А	UL, В	UR, В	Z, Ом	φ, град.	XL,Ом	S, ВА

 

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

Вычислите фазовый угол φ, полное сопротивление Z, индуктивное сопротивление X_L и активное сопротивление R.

Выберите масштабы и постройте векторную диаграмму напряжений и треугольник сопротивлений.

 

Полное сопротивление цепи Z = √ R² + X_L² = U / I

 

Активное сопротивление R = Z Cosφ

 

Реактивное сопротивление X = Z Sinφ

 

Напряжение на входе схемы U = √ U_R² + U_L²

 

Активное напряжение U_R = I R = U Cosφ

 

Индуктивное напряжение U_L = I X_L

 

Полная мощность S = U I = √ P² + Q²

 

Активная мощность P = U_R I = I²R = U I Cosφ

 

Индуктивная мощность Q_L = U_L I = I²X_L

 

Коэффициент мощности Cos φ = R/Z = U_R /U = P/S

 

 

Часть 3. Последовательное соединение резистора, конденсатора и катушки индуктивности. Резонанс напряжений.

 

 

Указание по проведению эксперимента

 

Соберите цепь согласно схеме (рис. 2.20), присоединив регулируемый источник синусоидального напряжения и установив его параметры U = 2 B, f = 500 Гц.

Емкость конденсатора установите 1 мкФ, а в качестве катушки индуктивности используйте катушку трансформатора 300 витков, вставив между подковами разъемного сердечника полоску бумаги в один слой. Активное сопротивление R установите 100 Ом.

 

 

Рис. 2.20. Последовательное соединение резистора, конденсатора и катушки индуктивности

 

Изменяя частоту приложенного напряжения, добейтесь резонанса по максимальному значению тока, поддерживая неизменным напряжение на входе цепи. Запишите резонансную частоту.

Произведите измерение тока и напряжений в трех режимах:

‒ при резонансе f = fo

‒ до резонанса f = 0,75 fo

‒ после резонанса f = 1,25 fo

Результаты измерений внесите в табл. 2.3 и проведите вычисление индуктивной, емкостной и полной реактивной мощностей.

 

Таблица 2.3

Измерено	Вычислено
f, Гц	I, А	U, В	UR, В	UL, В	Uc, В	QL, вар	Qc, вар	Q, вар
fo
0,75fo
1,25fo

 

 

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

. Вычислите для каждого режима реактивную индуктивную Q_L, реактивную емкостную Qc и полную реактивную мощность Q.

 

Постройте в масштабе векторные диаграммы для каждого из трех рассмотренных режимов.

 

Полное сопротивление цепи Z = √ R² + (X_L- Xc)² = U / I

 

Активное сопротивление R = Z Cosφ

 

Реактивное сопротивление X = Z Sinφ = X_L - Xc

 

Напряжение на входе схемы U = √ U_R² + (U_L - Uc)²

 

Активное напряжение U_R = I R = U Cosφ

 

Емкостное напряжение Uc = I Xc

 

Индуктивное напряжение U_L = I X_L

 

Реактивное напряжение Up = U Sinφ = U_L - Uc

 

Полная мощность S = U I = √ P² + Q²

 

Активная мощность P = U_R I = I²R = U I Cosφ

 

Емкостная мощность Qc = Uc I = I²Xc

 

Индуктивная мощность Q_L = U_L I = I²X_L

 

Реактивная мощность Q = Q_L - Qc = U I Sinφ

 

Коэффициент мощности Cos φ = R/Z = U_R /U = P/S

 

При резонансе напряжений:

 

Индуктивное сопротивление равно емкостному X_L = X_C

 

Полное сопротивление равно активному Z = R

 

Индуктивное напряжение равно емкостному U_L = U_C

 

Напряжение на входе схемы равно активному U = U_R

 

Индуктивная мощность равна емкостной Q_L = Q_C

 

Полная мощность равна активной S = P

 

Коэффициент мощности равен единице Cosφ = 1

 

 

Лабораторная работа № 4