Лабораторная работа №4

Дата: 2025-05-01; Просмотры: 4

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

Измерение параметров катушки индуктивности

Продолжительность лабораторной работы – 4 часа, самостоятельной работы – 2 часа.

Цель работы

- усвоить методы измерения активного сопротивления, индуктивности и добротности катушек индуктивности;

- приобрести навыки работы с амперметром, вольтметром, ваттметром и мостом переменного тока.

Программа работы

1 Измерить параметры катушки индуктивности методом амперметра и вольтметра на постоянном и переменном токе.

2 Измерить активное сопротивление R, индуктивность L и добротность Q катушки методом трех вольтметров.

3 Определить индуктивность L через постоянную времени t.

4 Измерить полное, активное и реактивное сопротивления катушки методом амперметра, вольтметра и ваттметра. Вычислить добротность катушки.

5 Измерить активное сопротивление, индуктивность и добротность катушки с помощью моста переменного тока.

6 Сравнить полученные результаты и сделать выводы.

Приборы, используемые при выполнении лабораторной работы

1 Встроенная в стенд № 4 катушка индуктивности с максимально
допустимым током 2 А.

2 Стабилизированный источник питания Б5-48.

3 Лабораторный автотрансформатор.

4 Цифровой вольтметр Щ301 или В7-58/2.

5 Измерительная катушка сопротивления Р321 (R₀ = 1 Ом).

6 Амперметр электромагнитный Э538.

7 Ваттметр электродинамический Д50166.

8 Осциллограф электронно-лучевой GOS-620.

9 Генератор прямоугольных импульсов Г6-27.

Пояснения к работе

1 Подключить катушку к источнику постоянного тока (рисунок 4.1),
измерить ток и напряжение. Значение R вычислить по формуле закона Ома.

Рисунок 4.1

Подключить катушку к источнику переменного тока (рисунок 4.1), измерить ток и напряжение. Полное сопротивление Z катушки вычислить по закону Ома:

.

где U, I – действующие значения напряжения и тока.

Индуктивное сопротивление катушки определить из соотношения

где R – активное сопротивление катушки, определенное на постоянном токе.

2 Схема для измерения параметров катушки с помощью трех вольтметров и образцового сопротивления R₀ представлена на рисунке 4.2.

Рисунок 4.2

Ток, протекающий по катушке, будет равен:

где U₃ – напряжение на сопротивлении R₀.

Полное сопротивление катушки индуктивности:

где U₂ – напряжение на катушке индуктивности.

Косинус угла сдвига фаз между током и напряжением на катушке индуктивности определяется по формуле

.

Активное сопротивление катушки индуктивности:

Индуктивное сопротивление:

.

Индуктивность катушки:

где w – круговая частота, равная 2pn (n – частота источника переменного напряжения).

Значение добротности катушки индуктивности равно:

.

В качестве источника переменного напряжения можно использовать сеть или генератор синусоидального напряжения. Для уменьшения погрешности измерения частоту напряжения следует установить такую, при которой индуктивное и активное сопротивление катушки будут одного порядка.

Измерение напряжений целесообразно выполнять одним вольтметром, последовательно подключая его к элементам схемы. С целью снижения методической погрешности измерений следует использовать цифровой вольтметр с большим входным сопротивлением.

Измерение методом трех вольтметров можно пояснить при помощи векторной диаграммы (рисунок 4.3).

Рисунок 4.3

На рисунке 4.3 изображены векторы напряжений:

U_Rо – на образцовом сопротивлении;

U_R – на активном сопротивлении катушки индуктивности;

U_X – на реактивном сопротивлении катушки индуктивности;

U_Z – на катушке индуктивности;

U – на входе схемы.

Определение косинуса угла j можно осуществить по формуле

.

Для вычисления косинуса необходимо знать напряжение U_R, чтобы определить его, воспользуемся векторной диаграммой рисунка 4.3, составим систему уравнений

и решим ее:

.

Подставим значение U_R в формулу для вычисления косинуса, получим

.

Заменим в этой формуле соответственно векторы напряжений рисунка 4.3 на обозначения напряжений на рисунке 4.2:

.

3 Подключить генератор прямоугольного напряжения к схеме (рисунок 4.2). Наблюдая форму тока в цепи с помощью электронно-лучевого осциллографа, установить такую частоту генератора, при которой напряжение на образцовом резисторе R₀ периодически спадает до нуля (рисунок 4.4).
Замерить с помощью осциллографа амплитуду напряжения U_R0 на образцовом сопротивлении R₀ и вычислить ток I_Г:

Для измерения постоянной времени t (рисунок 4.4) растянуть импульс напряжения на R₀ по амплитуде до уровня 2,72 клетки и измерить интервал времени t, соответствующий спаданию тока от максимального значения
(2,72 клетки) до 1 клетки.

Рисунок 4.4

Отключить цепь от генератора, измерить с помощью осциллографа амплитуду напряжения U_Г на выходе генератора на холостом ходу и определить активное сопротивление схемы R_С:

Постоянная времени цепи t прямо пропорциональна индуктивности L и обратно пропорциональна активному сопротивлению R_С, следовательно, индуктивность L можно определить по формуле

4 Для измерения параметров катушки методом амперметра, вольтметра и ваттметра собрать схему, приведенную на рисунке 4.5.

Рисунок 4.5

Полное сопротивление катушки индуктивности определяется по показаниям амперметра и вольтметра:

Активное сопротивление катушки:

Реактивное сопротивление катушки индуктивности определяется по формуле:

Значение индуктивности катушки:

Добротность катушки индуктивности:

5 Определение параметров катушки индуктивности методом сравнения (с помощью моста переменного тока) осуществляется по схеме, приведенной на рисунке 4.6.

Из условия равновесия моста, согласно которому произведения сопротивлений противолежащих плеч равны, имеем равенство

Разделяя равенство на вещественную и мнимую составляющие, получим выражения для определения R и L:

Добротность катушки индуктивности может быть определена из соотно­шения

Нуль-индикатором может быть осциллограф или (и) цифровой вольтметр.

В данной работе значение емкости конденсатора С можно взять фиксированным (например 1 мкФ), а равновесия моста добиваться только с помощью магазина сопротивлений.

С целью предотвращения тока короткого замыкания целесообразно поставить ограничивающий резистор R₄.

Таблица 4.1 – Обработка результатов измерений

При анализе полученных данных указать область применения, достоинства и недостатки методов измерений и схем, их реализующих.

Погрешность измерения параметров катушки индуктивности рассчитать по формуле

где А – результат измерения соответствующим методом;

A₀ – результат измерения методом сравнения.

Контрольные вопросы

1 Перечислите погрешности, влияющие на точность измерения по схеме, приведенной на рисунке 4.2.

2 Объясните причину несовпадения значений активного сопротивления катушки индуктивности, полученной разными методами.

3 Перечислите возможные нуль-индикаторы для моста переменного тока.

4 Как нужно изменить схему моста, приведенного на рисунке 4.6, для измерения емкости конденсатора?

5 Какие методы измерений используют в данной работе?

Литература

[1, С. 426-429; 2, С. 166-167; 4, С. 102-103; 8, С. 15-20]