Лабораторные работы по электротехнике

Цепи синусоидального с катушками индуктивности Напряжение и ток катушки индуктивности

Когда к катушке индуктивности подведено синусоидальное напряжение, ток в ней отстает от синусоиды напряжения на ней на 90 градусов. Соответственно, мгновенное значение тока достигает амплитудного значения на четверть периода позже, чем мгновенное значение напряжения (рис. 5.1.1). В этом рассуждении пренебрегается активным сопротивлением катушки.

Рис. 5.1.1

Экспериментальная часть

Задание

Выведите на дисплей виртуального осциллографа кривые изменения во времени мгновенных значений тока iL и напряжения uL катушки индуктивности и определите фазовый сдвиг между ними.

Порядок выполнения эксперимента

Соберите цепь согласно схеме (рис. 5.1.2), подключите к ее входу регулируемый источник синусоидального напряжения с параметрами: U=5В, f = 1 кГц.

Рис. 5.1.2

Включите виртуальные приборы V0, A1 и осциллограф.

«Подключите» два входа осциллографа к приборам V0 и A1, а остальные отключите.

Установите параметры развёртки осциллографа так, чтобы на экране было изображение примерно одного-двух периодов напряжения и тока.

Перенесите данные осциллографирования напряжения и тока катушки на график (рис. 5.1.3), определите фазовый сдвиг между синусоидами напряжения и тока катушки индуктивности.

Рис. 5.1.3

Период

T =

Фазовый сдвиг

j =

Примечание: фазовый сдвиг меньше 90о из-за влияния активного сопротивления катушки.

Включите блок дополнительных приборов, выберите из меню прибор «Угол сдвига фаз» и «подключите» его к V1 и А1. Убедитесь, что вы правильно определили фазовый сдвиг по осциллографу.


Реактивное сопротивление катушки индуктивности

Катушка индуктивности в цепи переменного тока оказывает токоограничивающий эффект благодаря индуктируемой в ней противоЭДС. Этот токоограничивающий эффект принято выражать как индуктивное реактивное сопротивление (индуктивный реактанс) XL.

Величина индуктивного реактанса XL зависит от величины индуктивности катушки, измеряемой в Генри, и частоты приложенного напряжения переменного тока. В случае синусоидального напряжения имеем

XL = wL = 2pfL ,

где XL - реактивное индуктивное сопротивление, Ом,

L - индуктивность катушки, Гн.

Если активное сопротивление катушки мало и им можно пренебречь, то реактивное (индуктивное) сопротивление можно определить через действующие значения или амплитуды напряжения и тока:

XL = UL ¤ IL или XL = ULm ¤ ILm.

Экспериментальная часть

Задание

Выведите на дисплей виртуального осциллографа кривые тока и напряжения различных катушек индуктивности при различных частотах и постройте зависимость XL = f(f). Соответствующий индуктивный реактанс находится по амплитудным значениям тока и напряжения из осциллограмм и проверяется по формуле XL = wL.

Порядок выполнения эксперимента

Соберите цепь согласно схеме (рис. 5.2.1.), подсоедините к ее входу регулируемый источник синусоидального напряжения с параметрами U = 5 В, f = 1 кГц.

Рис. 5.2.1.

Включите виртуальные приборы V0, A1 и осциллограф.

«Подключите» два входа осциллографа к приборам V0 и A1, а остальные отключите.

Установите параметры развёртки осциллографа так, чтобы на экране было изображение примерно одного-двух периодов напряжения и тока.

Снимите с осциллограммы амплитудные значения Um и Im для индуктивностей и частот, указанных в табл. 4.2.1, и занесите их в соответствующие ячейки таблицы.

Таблица 5.2.1

f, кГц

0,5

1

1,5

2

 

UmL, В

100 мГн

 

UmL, В

40 мГн

 

UmL, В

10 мГн

 

ImL, мА

100 мГн

 

ImL, мА

40 мГн

 

ImL, мА

10 мГн

 

 

XL =

Um ¤ Im, кОм

100 мГн

 

40 мГн

 

10 мГн

 

XL = wL,

Ком

100 мГн

 

40 мГн

 

10 мГн

Вычислите величины XL по формулам Um ¤ Im и wL и занесите их в табл. 5.2.1.

Перенесите величины XL на график (рис. 5.2.2) для построения кривой XL = f(f).

Рис. 5.2.2

Вопрос 1: Как зависит индуктивное сопротивление от частоты?

Ответ: ........................

Вопрос 2: Чем объясняется различие значений XL, вычисленных по формулам Um ¤ Im и wL?

Ответ: ........................


Последовательное соединение катушек индуктивности

Когда несколько катушек соединены последовательно (рис. 5.3.1), эквивалентная индуктивность цепи равна сумме индуктивностей отдельных катушек:

LЭ = L1 + L2 + L3 + ...

Рис. 5.3.1

Падения напряжения на отдельных катушках пропорциональны соответствующим индуктивным сопротивлениям и их сумма равна приложенному напряжению U . Ток в любой точке последовательной цепи с катушками один и тот же.

Экспериментальная часть

Задание

Докажите путем измерения тока и напряжения в предположении XL = wL, что при последовательном соединении катушек эквивалентная индуктивность цепи равна сумме индуктивностей отдельных катушек.

Порядок выполнения эксперимента

Соберите цепь согласно схеме (рис. 5.3.2) и подсоедините регулируемый источник синусоидального напряжения с параметрами U = 5 В и f = 1 кГц.

Рис. 5.3.2.

Измерьте с помощью мультиметров или виртуальных приборов А1 и V1 действующие значения тока в цепи, приложенного напряжения и напряжения на каждой катушке. Результаты измерений занесите в табл. 5.3.1.

Таблица 5.3.1

I, мА

U, В

UL1, B

UL2, B

UL3, B

Рассчитайте реактивные сопротивления и индуктивности катушек, эквивалентную индуктивность цепи по данным измерений.

Вычисление индуктивных реактансов:

XL1 = UL1 ¤ IL =

XL2 = UL2 ¤ IL =

XL3 = UL3 ¤ IL =

XЭ = U ¤ I =

Вычисление угловой частоты:

w = 2pf =

Вычисление индуктивностей:

L1 = XL1 ¤ w =

L2 = XL2 ¤ w =

L3 = XL3 ¤ w =

LЭ = XLЭ ¤ w =

Закладной элемент электроника читать далее.
Сто волгоград http://service34.pro/ Начертательная геометрия, физика полупроводников