методичка к практике. Методические_указания_Часть_1_Эл_Цепи (2). Методические указания к лабораторным работам по электротехнике

• Название: Методические указания к лабораторным работам по электротехнике
• Анкор: методичка к практике
• Дата: 22.09.2022
• Размер: 299.48 Kb.
• Имя файла: Методические_указания_Часть_1_Эл_Цепи (2).docx
• Тип: Методические указания; #691433
• страница: 4 из 7

Расчетные формулы

Полное сопротивление цепи



Полное сопротивление катушки



Активное сопротивление катушки



Индуктивное сопротивление катушки



Емкостное сопротивление конденсатора



Индуктивность катушки



где

Емкость конденсатора



Активная составляющая напряжения на катушке

_.

Индуктивная составляющая напряжения на катушке



Содержание отчета

Отчет по работе должен содержать:

– наименование работы и цель работы;

– схему исследуемой цепи;

– таблицы с результатами опытов и вычислений;

– расчетные соотношения;

– графики режимных параметров цепи U, U_C, U_K, U_LK = F( f); I, P, = F( f); z , φ , cosφ= F( f);

– три векторные диаграммы для опытов: 1. ; 2. ;

3. ;

– выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. 
   В чем основные различия физических явлений в цепях переменного и постоянного тока?
   
2. 
   Чем физически объясняется отставание тока в цепи индуктивной катушки от напряжения, приложенного к ее зажимам?
   
3. 
   Чем объясняется опережение тока в цепи конденсатора относительно напряжения, приложенного к его обкладкам?
   
4. 
   Сформулируйте закон Ома для цепи переменного тока с последовательным соединением активного сопротивления, индуктивности и емкости.
   
5. 
   В какой цепи и при каком условии наступает резонанс напряжений?
   
6. 
   Объясните энергетические процессы, протекающие в электрической цепи при резонансе напряжений.
   
7. 
   Объясните, почему при резонансе напряжений ток в цепи максимален.
   
8. 
   Как изменится резонансная частота в цепи с последовательным соединением r, L и C, если емкость C увеличить в 4 раза?
   
9. 
   Оцените величину коэффициента мощности при резонансе напряжений по сравнению с коэффициентом мощности до резонанса.
   
10. 
    Каким электроизмерительным прибором можно определить состояние резонанса в неразветвленной цепи, если настройка в резонанс ведется при неизменном действующем значении входного напряжения?
    
11. 
    К каким аварийным последствиям может привести резонанс напряжений в электрических цепях?
    

Работа №3

Исследование цепи с параллельным соединением приемников электрической энергии. Резонанс токов.

Цель работы: изучение процессов в электрической цепи с параллельным соединением приемников, содержащих активные, индуктивные и емкостные сопротивления, знакомство с явлением резонанса токов, построение векторных диаграмм.

Общие сведения

В цепях с параллельным соединением ветвей ток I ветви удобно представить в виде двух составляющих: активной составляющей тока I_a, совпадающей по фазе с напряжением, и реактивной составляющей I_p – перпендикулярной вектору напряжения. Если в ветви отсутствует реактивное сопротивление, то ток ветви содержит только активную составляющую тока. При отсутствии в ветви активного сопротивления ток в ветви содержит только реактивную составляющую. При наличии в ветви активного и реактивного сопротивлений ток ветви содержит обе составляющие: активную и реактивную. Ток ветви и его составляющие связаны между собой соотношением



Активная и реактивная составляющие токов определяется по выражениям



где U – напряжение, приложенное к ветви; φ – фазовый сдвиг между током и напряжением ветви,

r,x, z – активное, реактивное и полное сопротивления ветви.

Отметим, что реактивная индуктивная составляющая тока I_L отстает от вектора напряжения на угол 90 град., а реактивная емкостная составляющая тока I_C опережает вектор напряжения на угол 90 град.

В цепи с двумя параллельными ветвями, обладающими активно-индуктивным и активно-емкостным характером нагрузки, в соответствии с первым законом Кирхгофа:

активная составляющая общего тока



_{реактивная составляющая общего тока}



Если I_L > I_C, то реактивная составляющая общего тока является индуктивной, вектор общего тока отстает от вектора напряжения на угол φ и характер нагрузки цепи является активно-индуктивным, φ > 0.

При I_L < I_C реактивная составляющая общего тока является емкостной, вектор общего тока опережает вектор напряжения на угол φ и характер нагрузки цепи является активно-емкостным, φ < 0.

При определенных условиях в цепях с параллельным соединением ветвей с разным характером нагрузки может возникать явление резонанса токов.

Резонансом токов называется режим, при котором общий ток цепи совпадает по фазе с напряжением источника. Цепь при резонансе токов обладает активным характером нагрузки, . Условием резонанса токов является равенство нулю реактивной составляющей общего тока



Из условия резонанса следует, что



Свойства цепи при резонансе токов:

10. 
    Общий ток цепи совпадает по фазе с напряжением источника, следовательно, угол сдвига фаз φ = 0.
    
11. 
    Индуктивная составляющая тока полностью компенсируется емкостной составляющей тока, I_L =I_C.
    
12. 
    Общий ток цепи является активным по характеру нагрузки, минимальным по величине и может оказаться значительно меньше токов каждой ветви:
    

13. 
    Реактивная мощность цепи равна нулю, Q = Q_L - Q_C = 0.
    
14. 
    Полная мощность цепи равна активной мощности, S =P.
    
15. 
    Коэффициент мощности цепи cos φ = P/S = 1.
    

Домашнее задание

3. 
   Изучить теоретический материал «Параллельное соединение элементов в цепи переменного тока».
   
4. 
   Подготовить таблицу 6 для записи опытных данных и ответы на контрольные вопросы к данной работе.
   

Рабочее задание

7. 
   Ознакомиться с лабораторной установкой.
   
8. 
   Собрать электрическую цепь с параллельным соединением катушки индуктивности L и конденсатора C (рис. 4), используя элементы цепи в соответствии с заданным вариантом (табл. 5).
   

Таблица 5

№ варианта	1	2	3	4	5
L	L1	L1	L1	L1	L2
C	C1-1	C2-1	C2-1	C1-1	C2-3

В табл. 5 в качестве индуктивности L используются реальные катушки индуктивности L1 и L2. В качестве емкостного элемента C используются конденсаторы С1 и С2. Емкости конденсаторов С1 и С2 изменяются с помощью тумблеров, которые имеют 5 положений: 1-2-3-4-5. Представить схему для проверки преподавателю.



Рис. 4. Цепь с параллельным соединением катушки и конденсатора

9. 
   После проверки схемы преподавателем включить источник питания E3, установить значение напряжения питания 10 В.
   
10. 
    Определение режимных параметров цепи при резонансе токов.
    

Нажимая кнопку на измерительном приборе PP1 вывести на экран в четвертой строке значение угла φ. Изменяя регулятором частоту f напряжения источника питания, установить значение угла φ= 0. Снять с прибора показания напряжения U, тока I и мощности P. Затем повторными нажатиями кнопки на приборе PP1 последовательно вывести на экран значения коэффициента мощности cosφ и частоты тока f. Результаты измерений занести в табл. 6, заполнив строчку для угла φ= 0.

Таблица 6

f, Гц	φ, град	P, Вт	I, mА	IК, mА	IС, mА	cosφ
fрез=	φ= 0

11. 
    Изменяя регулятором частоту f напряжения источника питания с шагом Δ f = (40-50) Гц проделать опыты еще для шести значений угла φ: трех отрицательных углов φ < 0 при f > f_рез и трех положительных углов φ > 0 при f < f_рез. Результаты измерений занести в табл. 6. Выключить источник питания E3.
    
12. 
    По результатам измерений вычислить величины, указанные в табл. 7:
    

Таблица 7

f	z	zК	rК	xL	IaК		IL	L		C
Гц	Ом					mА			Гн		мкФ
f рез=

13. 
    Построить в общей системе координат зависимости:
    

I, I_C, I_K, I_аK, I_L = F(f); z, φ, cos φ = F(f).

14. 
    Построить в масштабе три векторные диаграммы напряжения и токов для опытов:
    

1. f < f_рез; 2. f = f_рез; 3. f > f_рез.