СЛР_ ТОЭ часть1Константинова(ЭЛЭИ)

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ ПРИ РЕЗОНАНСЕ ТОКОВ

Цель работы: исследование резонансного режима, исследование зависимости тока, напряжений на емкости и индуктивности, проводимостей и коэффициента мощности от величины изменяющейся емкости.

Основные теоретические положения

При анализе процессов, происходящих в разветвленной цепи, удобнее перейти от последовательной схемы замещения катушки индуктивности (рис. 5.1, а), к параллельной (рис. 6.1, б).

Рис. 6.1. Разветвленная цепь (а); её эквивалентная схема (б)

Параметры параллельной схемы замещения можно определить:

где zK , RK , X K – полное, активное и реактивное сопротивления катушки индуктивности соответственно; GK , BK – активная и реактивная проводимости катушки; X C – реактивное сопротивление конденсатора; ВC –

реактивная проводимость конденсатора.

Поскольку угол сдвига фаз для цепи на рис. 6.1, б определяется как

f = arctg BK - BC , то условие резонанса можно записать в виде BK = BC .

GK

Полная проводимость цепиy = GK2 + ( BK - BC )2 при резонансе равна проводимости катушки GK .

Ток на входе цепи в момент резонанса определяется из выражения

31

I = GKU .

При относительно небольшой активной проводимостиGK , но больших реактивных проводимостях ветвей токи ветвей IK , IC при резонансе

могут быть больше тока на входе цепи.

При резонансе коэффициент мощности равен единице

cosf = P = GK = 1.

UI y

Резонанс токов находит широкое применение в силовых электрических цепях для повышения коэффициента мощности, так как это имеет большое технико-экономическое значение. Большинство промышленных потребителей переменного тока имеют активно-индуктивный характер; некоторые из них работают с низким коэффициентом мощности и- по требляют значительную реактивную мощность. К таким потребителям могут быть отнесены асинхронные двигатели(особенно работающие с неполной нагрузкой), установки электрической сварки, высокочастотной закалки и т. д. Для уменьшения реактивной мощности и повышения коэффициента мощности параллельно потребителю включают батарею конденсаторов. Реактивная мощность конденсаторной батарей снижает общую реактивную мощность установки и тем самым увеличиваетко эффициент мощности. Повышение коэффициента мощности приводит к уменьшению тока в проводах за счет снижения его реактивной составляющей и соответственно к уменьшению потерь энергии в генераторе и подводящих проводах.

Порядок выполнения работы

Ознакомиться с оборудованием и приборами, записать их технические характеристики.

1. Собрать рабочую схему (рис. 6.2).

Рис. 6.2. Схема для исследования резонанса токов

2. Изменяя емкость конденсатора от нуля до 37–40 мкФ, записать ре-

32

зультаты измерений в табл. 6.1. Произвести пять измерений до резонанса, пять после резонанса, исследовать резонансный режим.

Таблица 6.1

Результаты исследования резонанса токов

3. Для исследуемых режимов произвести необходимые вычисления в соответствии с табл. 6.1. При определении активного сопротивления катушки принять, что в конденсаторе нет потерь, и поэтому ваттметр на входе цепи показывает активную мощность катушки индуктивности. В связи с этим активное сопротивление катушки

P RK = IK2 ,

где P – показания ваттметра; I K – ток катушки.

4. По данным табл. 6.1 построить зависимости:

I = f ( C ); IK = f ( C ); IC = f ( C ); cos f = f ( C ).

Все кривые построить на одной координатной плоскости. Также построить

y = f ( C ); BK = f ( C ); BC = f ( C ); B = f ( C ).

5.Построить векторную диаграмму напряжения и токов для резонансного режима.

6.Записать выводы по работе.

Контрольные вопросы

1.Дать определение резонанса. Перечислить способы получения резонанса в электрических цепях.

2.Какие энергетические процессы характеризуют активная и реактивная мощности?

3.Докажите, что в цепи с параллельным включением элементов возможны условия, при которых ток какой-либо ветви будет превышать ток неразветвленного участка?

4.Какой режим в электрической цепи называют резонансом токов?

5.Чем отличается резонанс токов от резонанса напряжений?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7

33

ИССЛЕДОВАНИЕ ИНДУКТИВНО СВЯЗАННЫХ КАТУШЕК

Цель работы: определение параметров индуктивно-связанных -ка тушек, исследование влияния взаимной индуктивности и вида соединения катушек на режим работы цепи, аналитический расчет цепи с индуктивно связанными элементами.

Основные теоретические положения

Если ток i1 создает в одной из катушек с числом витков W1 магнитный поток Ф1 (рис. 7.1), и часть этого потока Ф12 пронизывает другую катушку с числом витков W2, то катушки индуктивно связаны между собой.

Рис. 7.1. Индуктивно связанные катушки

Может быть и наоборот: часть Ф 21 потока второй катушки Ф2 , созданного в ней током i2 , пронизывает первую катушку. Эти частичные потоки Ф12 и Ф 21 называются потоками взаимоиндукции, а потоки Ф1 и Ф2 – по-

токами самоиндукции.

Собственные потокосцепления (потокосцепления самоиндукции) соответственно первой и второй катушек

34

В линейной цепи справедлив принцип взаимности

M12 = M21 = M .

Направление магнитного потока связано с направлением создающего его тока правилом «буравчика» (правой руки). Чтобы учесть ориентацию потоков само- и взаимоиндукции в одной катушке, вводится понятие одноименных зажимов. Зажимы, принадлежащие разным катушкам, называются одноименными и обозначаются на схеме одинаковыми символами (точки, звездочки), если при одинаковой ориентации токов по отношению к этим зажимам потоки само- и взаимоиндукции складываются (направлены в одну сторону).

Напряжения на индуктивно связанных элементах определяются по закону электромагнитной индукции и их также можно представить в виде суммы составляющих само- и взаимоиндукции:

Знак «плюс» в этих выражениях соответствует одинаковой ориентации токов по отношению к одноименным зажимам(согласное включение), «минус»- различной ориентации (встречное включение).

В установившемся синусоидальном режиме действующие значения напряжений само- и взаимоиндукции

U1L = X L1I1; U1M = X M I2 ;

U2 L = X L2 I2 ; U2M = X M I1,

где X M = wM – сопротивление взаимной индуктивности.

Наличие индуктивной связи изменяет величину эквивалентного реактивного сопротивления. Для последовательного соединения индуктивно связанных катушек

XЭсогл = X1 + X2 + 2X M = w( L1 + L2 + 2M ) = wLсоглЭ ;

XЭвстр = X1 + X2 - 2X M = w( L1 + L2 - 2M ) = wLвстрЭ .

Отсюда по данным опытов могут быть найдены сопротивление взаимной индукции X M и взаимная индуктивность М:

Сравнение величин эквивалентных сопротивлений приводит к способу экспериментального определения одноименных зажимов: если при

одинаковом напряжении измерить токи при согласном и встречном включении катушек, то ток при встречном включении окажется больше.

35

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с оборудованием и приборами, записать их технические характеристики.

Результаты измерений и вычислений

36

4.Используя данные табл. 7.1, построить векторные диаграммы токов и напряжений для случаев последовательного согласного и встречного соединений катушек.

5.Рассчитать аналитически токи при параллельном соединении исследуемых катушек. Параметры катушек взять из табл. 7.1. Напряжение на катушках и вид их включения задаются преподавателем. Расчет выполнить символическим методом. По результатам расчетов построить векторную диаграмму токов и напряжений.

6.Записать выводы по результатам исследований.

Контрольные вопросы

1.Что называют явлением взаимной индукции?

2.Как определить эдс самоиндукции и взаимоиндукции?

3.Что такое коэффициент связи катушек индуктивности и как его определить?

4.В каком случае коэффициент связи может равняться единице?

5.Что такое одноимённые зажимы катушек индуктивности? Как их определить экспериментально?

6.Что такое согласное (встречное) соединение катушек?

7.Как опытным путем определить взаимную индуктивность?

37

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Дисциплина «Теоретические основы электротехники» является базовой для целого ряда родственных дисциплин, таких как «Электроника, электрические машины», «Электрический привод», «Электрические и электронные аппараты». Нельзя назвать отрасль инженерных знаний, в которой широко не применяются теоретические методы анализа и синтеза электрических цепей, их элементов, которые активно разрабатываются в электротехнике.

Рассмотренный материал из семи лабораторных работ охватил теорию линейных электрических цепей постоянного и однофазного токов, электрических цепей с взаимной индукцией. Разделы, которые не вошли в первую часть сборника лабораторных работ, будут рассмотрены в следующих изданиях.

Упрощенное изложение материала позволяет надеяться, что такой подход к построению лабораторных работ даст возможность студентам быстрее и лучше усвоить материал по теоретическим основам электротехники.

38

ПРИЛОЖЕНИЕ

ТИТУЛЬНЫЙ ЛИСТ ОТЧЕТА

Министерство транспорта Российской Федерации Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Дальневосточный государственный университет путей сообщения»

Кафедра «Электротехника, электроника, электромеханика»

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Теоретические основы электротехники»

на тему:

ЛР 140600 000 000 628

Выполнил:

Проверил:

Хабаровск

39

2012

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Теоретические основы электротехники : учеб. для вузов. В 3 т. /

К.С. Демирчян [и др.]. – 4-е изд. – СПб. : Питер, 2004. – Т. 1. – 463 с. ;

Т. 2. – 576 с. – (Сер. «Учебник для вузов»).

2.Теоретические основы электротехники. Линейные электрические цепи : учеб. пособие / Г. И. Атабеков. – 7-е изд., стер. – СПб. : Лань, 2009. – 592 с. : ил.

3.Матющенко, В.С. Теоретические основы электротехники. Линейные электрические цепи постоянного и однофазного синусоидального токов [Текст] : учеб. пособие / В.С. Матющенко. – Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2002. – 111 с.

40