Электротехника в облачном приложении Multisim Live (лабораторный практикум)
.pdfПродолжение таблицы 4.1
13 |
100 |
50 |
560 |
112 |
336 |
7,6 |
|
|
|
|
|
|
|
14 |
100 |
50 |
565 |
113 |
339 |
7,65 |
|
|
|
|
|
|
|
15 |
100 |
50 |
570 |
114 |
342 |
7,7 |
|
|
|
|
|
|
|
16 |
100 |
50 |
575 |
115 |
345 |
7,75 |
|
|
|
|
|
|
|
17 |
100 |
50 |
580 |
116 |
348 |
7,8 |
|
|
|
|
|
|
|
18 |
100 |
50 |
585 |
117 |
351 |
7,85 |
|
|
|
|
|
|
|
19 |
100 |
50 |
590 |
118 |
354 |
7,9 |
|
|
|
|
|
|
|
20 |
100 |
50 |
595 |
119 |
357 |
7,95 |
|
|
|
|
|
|
|
21 |
100 |
50 |
600 |
120 |
360 |
8 |
|
|
|
|
|
|
|
22 |
100 |
50 |
605 |
121 |
363 |
8,05 |
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
50 |
|
|
|
|
23 |
610 |
122 |
366 |
8,1 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
50 |
|
|
|
|
24 |
615 |
123 |
369 |
8,15 |
||
|
|
|
|
|
|
|
25 |
100 |
50 |
620 |
124 |
372 |
8,2 |
|
|
|
|
|
|
|
26 |
100 |
50 |
625 |
125 |
375 |
8,25 |
|
|
|
|
|
|
|
27 |
100 |
50 |
630 |
126 |
378 |
8,3 |
|
|
|
|
|
|
|
28 |
100 |
50 |
635 |
127 |
381 |
8,35 |
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
50 |
|
|
|
|
29 |
640 |
128 |
384 |
8,4 |
||
|
|
|
|
|
|
|
30 |
100 |
50 |
645 |
129 |
387 |
8,45 |
|
|
|
|
|
|
|
4.3 Рабочее задание
4.3.1 Опыт 1
1) Соберите в Multisim Live схему с реальной катушкой индуктивности
(рисунок 4.3). В качестве источника используйте источник синусоидального напряжения «AC Voltage». В качестве реальной катушки индуктивности используйте комплексное активно-реактивное сопротивление «Impedanсe Block» с панели «Modeling blocks».
41
о
Рисунок 4.3
Тип
Сопротивления: - активное (Ом) - индуктивное
Частота
Рисунок 4.4
2) Установите параметры элементов в соответствии со своим вариантом
(таблица 4.1):
– источник переведите в режим действующего напряжения (во вкладке
«Item» вместо пункта «Peak Voltage» выберите «RMS Voltage»), введите требуемые действующее значение входного напряжения и его частоту;
– установите значение сопротивления R1;
42
– во вкладке «Item» для комплексного сопротивления «Impedanсe Block»
(рисунок 4.4) выберите тип сопротивления активно-индуктивный
(«INDUCTIVE Z LOAD»), введите заданные активное, индуктивное сопротивления катушки, а также частоту напряжения.
3) Приборы (амперметры и вольтметры) переведите в режим измерения действующих токов и напряжений (галочку в пункте «Measurement labels»
вкладки «Item» прибора переставьте в поле «Periodic»).
4) Включите симуляцию и снимите показания приборов. Результаты измерений запишите в таблицу 4.2.
Таблица 4.2
|
|
Задано |
|
|
|
Измерено |
|
|
|
Вычислено |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
по методу трех вольтметров |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
UВХ |
f |
|
R1 |
|
RК |
XL |
U |
R1 |
U |
K |
|
I |
R |
UKa |
UL |
R |
K |
X |
L |
L |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|||||||||||||
В |
Гц |
|
Ом |
|
Ом |
Ом |
В |
В |
|
А |
Ом |
B |
B |
Ом |
Ом |
Гн |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4.3.2 Опыт 2
1) Замените в схеме Multisim Live комплексное сопротивление
«Impedanсe Block» на конденсатор (рисунок 4.5).
Рисунок 4.5
43
2)Установите емкость конденсатора в соответствии с вариантом.
3)Включите симуляцию и снимите показания приборов. Результаты измерений запишите в таблицу 4.3.
Таблица 4.3
|
Задано |
|
|
|
Измерено |
|
Вычислено по методу |
||||||
|
|
|
|
|
трех вольтметров |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
UВХ |
f |
R1 |
С |
U |
R1 |
|
U |
C |
|
I |
R |
XC |
С |
|
|
|
|
1 |
|||||||||
В |
Гц |
Ом |
мкФ |
В |
|
В |
|
А |
Ом |
Ом |
мкФ |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4.3.3 Обработка результатов экспериментов
По результатам измерений для каждой схемы:
1)Постройте векторную. диаграмму токов и напряжений;
2)По методу трех вольтметров рассчитайте параметры реальной катушки - индуктивности и конденсатора и сравните их с заданными значениями;
3)Результаты вычислений занесите в таблицы 4.2 и 4.3;
4)Постройте треугольник сопротивлений.
4.4 Рекомендации к обработке результатов опытов
1) Векторная диаграмма для схемы с реальной катушкой индуктивности строится в масштабе по измеренным UВХ, UR1, UK с помощью циркуля, рисунок
4.6.
Из диаграммы линейкой с учетом масштаба измеряются величины UL и
UKа. Затем по формулам определяются искомые параметры реальной катушки.
44
Рисунок 4.6
Сопротивление R1 находится по закону Ома:
|
|
|
R = |
U R1 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
1 |
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Данные для построения треугольника сопротивлений: |
|
|
|
|||||||||
R = R + R |
; |
X = X |
|
; |
Z = |
R |
2 |
+ X |
2 |
. |
||
L |
|
|
||||||||||
1 |
K |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2) Векторная диаграмма для схемы с конденсатором строится в масштабе по измеренным UВХ, UR1, UС .
Параметры конденсатора определяются из формулы:
X C = |
UC |
= |
1 |
|
I |
2 fC |
|||
|
|
Данные для построения треугольника сопротивлений:
R = R ; |
X = X |
|
; |
Z = |
R |
2 |
+ X |
2 |
. |
С |
|
|
|||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
4.5 Содержание отчета
1) Цель работы.
2) Скрины схем электрической цепи из Multisim Live в режиме
45
симуляции, на которых видны параметры элементов вариантом и показания приборов.
3)Таблицы 4.2 и 4.3.
4)Векторные диаграммы, построенные в масштабе.
5)Расчетные формулы.
6) |
Треугольники сопротивлений для цепей |
R , |
L |
и |
R |
масштабе. |
|
|
|
|
|
7) |
Выводы по работе. |
|
|
|
|
в соответствии с
, C , построенные в
4.6 Контрольные вопросы
1)Объясните построение векторных диаграмм по результатам измерений.
2)Как определить параметры реальной индуктивной катушки методом трех вольтметров?
3) Запишите закон Ома для цепи
R
,
L
и для цепи
R
,
C
.
4)Что понимают под действующим значением тока?
5)Дайте определение векторной и топографической диаграмм.
6)Что понимают под треугольником сопротивлений.
7)Какую мощность измеряет ваттметр в цепи синусоидального тока?
8) Определите:
R |
X |
R |
1 |
С1 |
2 |
I
~u
Z , I , U , , Q , S . Постройте векторную диаграмму.
Исходные данные:
X
С2
R |
, Ом |
R |
2 |
, Ом |
X |
C1 |
, Ом |
X |
C 2 |
, Ом |
P , Вт |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
3 |
|
|
2 |
|
4 |
|
1 |
80 |
9)Определить индуктивность катушки, если показания приборов U = 220 B, I = 12 A, частота тока ƒ = 50 Гц.
10)К конденсатору емкостью С = 15,9·10-6 Ф подведено напряжение u
=141sin(ωt-280). Определить реактивную мощность цепи, если частота ƒ=50 Гц.
46
11) Определите:
Z
,
I
,
U
,
,
P
,
S . Постройте векторную диаграмму.
Исходные данные:
X |
L1 |
R |
X |
L2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
, Ом |
X |
L1 |
, Ом |
X |
L2 |
, Ом |
U, В |
|
I |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
40 |
10 |
|
20 |
|
100 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
~u |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12)Дано: u = Um sin(ωt+300), i = Im sin(ωt+600). Определить угол сдвига фаз напряжения и тока.
13)Определить угловую частоту ω и частоту f синусоидально изменяющегося напряжения: u = 30 sin(157t+300), В.
14)Индуктивность катушки L = 16 мГн. Чему равно индуктивное сопротивление XL при частоте f = 50 Гц?
15)Емкость конденсатора С = 100 мкФ. Чему равно емкостное сопротивление XС при частоте f = 50 Гц?
16)Какие элементы содержит цепь, характеризуемая данной векторной
диаграммой.
I
U
17)Вольтметр показывает
U
=30 В. Определить показания амперметра.
R L
A
V
R=3 Ом XL =4 Ом
47
5 Лабораторная работа № 4. Разветвленная электрическая цепь синусоидального тока с активно-реактивными сопротивлениями
Цель работы. Экспериментально определить параметры пассивных приемников в цепях синусоидального тока при параллельном соединении.
Освоить построение векторных диаграмм напряжения и токов, треугольников проводимостей.
5.1 Краткое описание работы. Электрические схемы опытов
В работе исследуются две электрические схемы синусоидального тока с активно-индуктивной и активно-емкостной нагрузкой с параллельным соединением ветвей. По результатам опытов строятся векторные диаграммы,
методом трех амперметров рассчитываются параметры катушки и конденсатора, которые сравниваются с заданными значениями.
1) В опыте 1 исследуется схема с параллельным соединением активного сопротивления и реальной катушки индуктивности (рисунок 5.1).
|
A1 |
|
|
|
A3 |
|
|
A2 |
~uвх |
R1 |
R2 |
|
Z2 |
|
|
|
|
|
|
L |
Рисунок 5.1
2) В опыте 2 исследуется схема с параллельным соединением активного сопротивления и реального конденсатора с потерями (рисунок 5.2).
48
|
A1 |
|
|
|
A3 |
|
|
A2 |
~uвх |
R1 |
R2 |
|
Z2 |
|
|
|
|
|
|
C |
Рисунок 5.2
3) Параметры элементов схемы заданы в таблице 5.1 и выбираются по номеру варианта.
5.2 Параметры элементов схемы
Таблица 5.1
Вариант |
|
UВХ |
|
|
f |
|
|
R1 |
|
|
R2 |
|
|
L |
|
|
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В |
|
|
Гц |
|
|
Ом |
|
|
Ом |
|
|
Гн |
|
|
мкФ |
|
|
1 |
220 |
|
50 |
|
100 |
|
100 |
|
0,3 |
|
20 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
2 |
220 |
|
50 |
|
102 |
|
102 |
|
0,31 |
|
21 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
220 |
|
50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
3 |
|
|
104 |
|
104 |
|
0,32 |
|
22 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
220 |
|
50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
4 |
|
|
106 |
|
106 |
|
0,33 |
|
23 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
5 |
220 |
|
50 |
|
108 |
|
108 |
|
0,34 |
|
24 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
6 |
220 |
|
50 |
|
110 |
|
110 |
|
0,35 |
|
25 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
7 |
220 |
|
50 |
|
112 |
|
112 |
|
0,36 |
|
26 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
8 |
220 |
|
50 |
|
114 |
|
114 |
|
0,37 |
|
27 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
220 |
|
50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
9 |
|
|
116 |
|
116 |
|
0,38 |
|
28 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
10 |
220 |
|
50 |
|
118 |
|
118 |
|
0,39 |
|
29 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
220 |
|
50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
11 |
|
|
120 |
|
120 |
|
0,4 |
|
30 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
12 |
220 |
|
50 |
|
122 |
|
122 |
|
0,41 |
|
20 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
13 |
220 |
|
50 |
|
124 |
|
124 |
|
0,42 |
|
21 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
14 |
220 |
|
50 |
|
126 |
|
126 |
|
0,43 |
|
22 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
15 |
220 |
|
50 |
|
128 |
|
128 |
|
0,44 |
|
23 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
220 |
|
50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
16 |
|
|
130 |
|
130 |
|
0,45 |
|
24 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
49
Продолжение таблицы 5.2
17 |
220 |
50 |
132 |
132 |
0,46 |
25 |
|
|
|
||||
18 |
220 |
50 |
134 |
134 |
0,47 |
26 |
|
|
|
||||
19 |
220 |
50 |
136 |
136 |
0,48 |
27 |
|
|
|
||||
20 |
220 |
50 |
138 |
138 |
0,49 |
28 |
|
|
|
||||
21 |
220 |
50 |
140 |
140 |
0,5 |
29 |
|
|
|
||||
22 |
220 |
50 |
142 |
142 |
0,51 |
30 |
|
|
|
||||
23 |
220 |
50 |
144 |
144 |
0,52 |
20 |
|
|
|
||||
24 |
220 |
50 |
146 |
146 |
0,53 |
21 |
|
|
|
||||
25 |
220 |
50 |
148 |
148 |
0,54 |
22 |
|
|
|
||||
26 |
220 |
50 |
150 |
150 |
0,55 |
23 |
|
|
|
||||
|
220 |
50 |
|
|
|
|
27 |
152 |
152 |
0,56 |
24 |
||
|
|
|
||||
28 |
220 |
50 |
154 |
154 |
0,57 |
25 |
|
|
|
||||
29 |
220 |
50 |
156 |
156 |
0,58 |
26 |
|
|
|
||||
30 |
220 |
50 |
158 |
158 |
0,59 |
27 |
|
|
|
5.3 Рабочее задание
5.3.1 Опыт 1
Рисунок 5.3
1) Соберите в Multisim Live схему с реальной катушкой индуктивности
50