4. Порядок выполнения работы

4.1. Расчетное (домашнее) задание

1.Провести расчет исследуемой цепи

Используя предлагаемую Методику расчета цепей переменного тока (см. в пункте 2), необходимо провести расчет исследуемой цепи, при этом:

а) начертить расчётную схему с условно положительным направлением напряжений и тока (рис. 2);

б) выбрать значения параметров рассчитываемой цепи из табл. 1;

Таблица 1. Варианты расчётных заданий

Для студентов записанных в групповом журнале	Вари-ант	Исходные данные					Расчетные значения параметров цепи
		,	,	,	,	,		,	,	,	,	,	,
		В	Ом	Гн	мкФ	А		В	В	В	В	Вт	град
под №№ 15	I	5	100	40	1
под №№ 610	II	5	100	40	1
под №№ 1115	III	5	150	40	10
под №№ 1620	IV	5	300	100	10
под №№ 2125 и более	V	5	100	300	1

2.Методика расчета цепей переменного тока . Рекомендованное для расчета цепи значение напряжения питания (U=60 B, =65 B или =70 B) должно быть установлено при проведении студентами (в составе бригады) эксперимента (см. п. 3.2.2, б);

1)Упростить схему и найти параметры цепи – индуктивное , ёмкостноеи полноесопротивления цепи согласно выражений:

, (1)

где  рад/с – угловая частота напряжения сети; L - индуктивность катушки в генри (1 мГн = 10^-3 Гн);

, (2)

где ёмкость в фарадах (1 мкФ10Ф);

; (3)

2) определить угол сдвига фаз между вектором напряженияи токомцепи, равный

, (4)

причём, если, то уголи нагрузка (для источника питатания) активно-индуктивная (рис. 3, а); если, то уголи нагрузка активно-ёмкостная (рис. 3,б); если , то угол, а полное сопротивление цепи и нагрузка активная; цепь находится в режиме резонанса, когда напряжение и ток на входе цепи (резонансного контура) совпадают по фазе (рис. 3, в).

Такой режим работы цепи носит название резонанса напряжений, условием которого является равенство нулю входного реактивного сопртивления цепи, т. е.

. (5)

Откуда находят резонансную угловую  и циклическую f частоты:

, ; (6)

3) рассчитать ток , напряжения на активном, индуктивноми ёмкостномэлементах цепи, напряжение на катушкеи активную мощность, потребляемую цепью, по выражениям:

ток в цепи:

; (7)

напряжения на элементах ,и:

; ;; (8)

напряжение на катушке:

; (9)

потребляемая активная мощность в Вт:

, (10)

откуда коэффициент мощности цепи:

(11)

и угол сдвига фаз между напряжением и током (град или рад):

. (12)

Полученные по выражениям (7)  (12) значения электрических величин занести в табл. 1.

4) построить в масштабе векторную диаграмму напряжений и тока используя, полученные по (7) – (12) данные.

3. Методика построения векторных диаграмм. Рекомендуемая методика охватывает построения векторов до резонанса (а), после резонанса (б) и при резонансе (в)),(по примеру, представленных на рис. 4):

а) б) в)

Рис. 4

в)

1. Провести горизонтально вектор тока ;

2. Параллельно вектору тока провести (в выбранном масштабе для напряжений, например, 1см  2 В) вектор напряжения , так как напряжение на активном элементе совпадает по фазе с током;

3. С конца вектра, перпендикулярно вектору тока, провести вверх вектор напряжения, т. к. напряжение на индуктивном элементе опережает ток по фазе на угол 90;

4. С конца вектора провести вертикально вниз вектор напряжения, т. к. напряжение на ёмкостном элементе отстаёт по фазе от тока на угол 90;

5. Согласно второму закону Кирхгофа для цепи (рис. 2), имеем:

, (13)

поэтому, соединив начало вектора с концом вектора, получим вектор;

6. Соединив пунктирной линией начало вектора с концом вектора, получаем вектор напряжения на индуктивной катушке;

7. Проведя дугу от вектора тока к вектору, питающему цепь напряжения, получаем угол сдвига фазмежду этими величинами и устанавливаем его знак: если указанное направление совпало с направлением хода часовой стрелки, то угол, если наоборот, то;

ж) рассчитать ёмкость конденсаторов в мкФ, при которой наступит в цепи резонанс напряжений, по формуле

, (14)

значение которой (или близкое к нему) необходимо будет установить при проведении эксперимента (см. п. 5, табл. 2) (напомним параметры цепи: 314 рад/с,0,1Гн).