техниек. ЛАБ2,3,4,5.doc ТОЭ. Лабораторная работа 2 Исследование режимов работы линии передачи постоянного тока с помощью схемы замещения
 Скачать 0.5 Mb.
|
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5.Исследование резонанса токов. Цель работы: Изучение и экспериментальное исследование явления резонанса токов. Основные теоретические сведения Резонансом называется такой режим электрической цепи, при которой входной ток совпадает по фазе с входным напряжением, несмотря на наличие в цепи реактивных элементов. Резонансный режим наступает тогда, когда частота внешних воздействий на систему равна собственной частоте системы,  (4.1)т.е. частоте преобразования энергии внутри системы из одной формы в другую (энергия магнитного поля в энергию электрического поля и наоборот). Резонанс, таким образом, возникает при наличии в цепи индуктивности и емкости. Одна из ценных особенностей резонансов - это значительное увеличение напряжений или токов при весьма экономичном использовании электрической энергии. Резонанса в электрической цепи можно достичь, изменяя либо частоту источника питания, либо индуктивность, либо емкость. Цепь, находящаяся в резонансном режиме, характеризуется следующим: входные реактивные сопротивления или проводимости равны нулю:  ;   ;угол сдвига фаз между входным током и выходным напряжением равен нулю, а коэффициент мощности максимален:  ;  ;входная мощность чисто активная:  Резонанс токов Резонанс при параллельном соединении индуктивности и емкости, при взаимной компенсации реактивных составляющих токов в параллельных ветвях, называют резонансом токов. Если к цепи, изображенной на рис. 4-1, приложено переменное синусоидальное напряжение  , (4.2)то ток равен  , (4.3)где  ;  ;  .Из приведенного выражения видно, что ток  будет совпадать с приложенным напряжением при условии  или , т.е.  . (4.4)Таким образом, при резонансе токов входная реактивная проводимость цепи  равна нулю, а полная проводимость  имеет наименьшее значение, поэтому ток в неразветвленной части цепи максимален.При резонансе токов в параллельных ветвях реактивные составляющие токов равны между собой:  .и могут во много раз превышать ток в неразветвленной части цепи, что характеризуется величиной добротности  : , (4.5)где  . (4.6) - волновое или характеристическое сопротивление контура. Рис. 4-1. Схема замещения параллельной цепи. Векторная диаграмма резонанса токов в цепи (рис. 4-1) имеет вид:  Рис. 4-2. Векторная диаграмма резонанса токов. Нерезонансные режимы. Режимы вне резонанса можно получить, если вывести систему из резонанса, т.е. нарушить условие (4.1), изменяя собственную частоту контура с помощью индуктивности  при постоянной емкости  , или изменяя емкость при постоянной индуктивности . В результате этой операции можно получить частотные характеристики (рис. 4-3 и рис. 4-4). Рис. 4-3. Частотные характеристики проводимостей и входного сопротивления параллельной цепи.  Рис. 4-4. Частотные характеристики токов и коэффициента мощности параллельной цепи. Следует отметить, что частотные характеристики параллельной цепи обратны по отношению к частотным характеристикам последовательной цепи, это происходит потому, что параллельное соединение элементов является обратным последовательному соединению. Острота частотных характеристик зависят от добротности цепи . Чем выше значение добротности, тем более острыми получаются пики кривых и лучше избирательные свойства цепи.Изменяя величину емкости конденсатора при постоянной индуктивности можно получить графики функциональных зависимостей в параллельной цепи (рис. 4-5) и построить соответствующие векторные диаграммы (рис. 4-6). Для схемы рис. 4-1 на основании векторных диаграмм для нерезонансных режимов (рис. 4-6) можно построить треугольник токов для всей цепи (рис. 4-7, a), а также для отдельной ветви в данном случае для ветви с катушкой (рис. 4-7. б). Для этой же ветви построен треугольник сопротивлений на рис. 4-7, в.  Рис. 4-7. Треугольники токов (а, б) и треугольник сопротивлений (в).   Рис. 4-5. Графики функциональных зависимостей в параллельной цепи.   Рис. 4-6. Векторные диаграммы параллельной цепи для нерезонансных режимов. В схеме рис. 4-1 активная составляющая входного тока определяется активной составляющей тока катушки  .Если сопротивление ветви с катушкой не изменяется, то  , а следовательно, и  .Из треугольников рис. 4-7 следует:  ; (4.7) ; Следовательно,  . (4.8)Перечень оборудования Источники переменного напряжения 220 В, 36 В.,  =50 Гц.Катушка индуктивности с ферромагнитным сердечником с подмагничиванием (подмагничивание постоянным током уменьшает эквивалентную индуктивность катушка). Батарея конденсаторов со ступенчатым регулированием 94 мкФ. Вольтметр 100 В. Амперметры – 3 шт. с пределом измерений 2 А. Содержание работы Исследовать дорезонансный, резонансный и послерезонансный режимы параллельной цепи изменением индуктивности при постоянной емкости и изменением емкости при постоянной индуктивности. Измерить параметры катушки при помощи амперметра, вольтметра и ваттметра. Порядок выполнения работы Собрать схему для исследования параллельной цепи (рис. 4-8). Ключ В1 замкнут. Включаем выключатели батареи конденсаторов, набираем суммарную емкость  =30 мкФ. Включаем источник питания тумблерами. Изменяя индуктивность катушки, устанавливаем резонансный режим, который определяется по максимальному показанию амперметра Авх. Показания приборов занести в таблицу 1. Рис. 4-8. Схема исследования параллельной цепи. Изменяя, индуктивность катушки, установить дорезонансный режим (  уменьшается), затем послерезонансный режим ( увеличивается). Показания приборов для одной точки дорезонансного режима и одной точки послерезонансного режима занести в таблицу 1.Таблица 1.
По данным таблицы 1 построить векторные диаграммы цепи для трех режимов: резонансного, дорезонансного и послерезонансного. Диаграмму удобно строить методом засечек с помощью циркуля, согласно баланса токов.  Установить ток , близкий к резонансному, регулированием индуктивности (рукоятка ). Разомкнуть ключ В1, показания приборов занести в таблицу 2.Таблица 2.
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
, В
, Вт
, В
, В
, В
, Ом
, Ом
, Ом
, Гн