foe laba

При равенстве индуктивного xL и емкостного xC сопро-

имеет наибольшее значение, равное полной мощности, в то время как реактивная мощность цепи Q xI 2 оказывается равной

нулю: Q QL QC 0 .

При резонансе напряжения на емкости и на индуктивности равны UC U L и могут значительно превышать подводимое на-

пряжение U, если xL и xC значительно превышают R:

Резонанс напряжений в промышленных электрических установках нежелательное и опасное явление, так как оно может привести к аварии вследствие недопустимого перегрева отдельных элементов электрической цепи или пробою изоляции.

В тоже время резонанс напряжений в электрических цепях переменного тока широко используется в радиотехнике в различных приборах и устройствах, основанных на резонансных явлениях.

Домашнее задание

По учебнику и конспекту изучить процессы в простейших линейных электрических цепях с резистивным, индуктивным и емкостным элементами и при их последовательном соединении при синусоидальном токе.

33

Усвоить понятия активное, индуктивное, реактивное и полное сопротивления; уметь записывать модули этих сопротивлений и комплексные значения, находить полное сопротивления через сопротивление участков. Понять, как строятся векторные диаграммы напряжений при последовательном соединении элементов, и от чего зависит угол сдвига фаз между векторами напряжения и тока. Обратить внимание на энергетический процесс в простейших цепях при последовательном соединении R, L, C. Понять, при каком условии в цепи возникает резонанс напряжений и чем он сопровождается. Обратить внимание, что если xL и xC значительно превышают R, то напряжения на ка-

тушке и конденсаторе значительно превышают подводимое напряжение.

Приборы и оборудование

Работа выполняется на универсальном стенде, где установлен лабораторный автотрансформатор (ЛАТР) и необходимые приборы. Индуктивная катушка и батарея конденсаторов с регулируемой (с помощью выключателей) емкостью находятся на столе. Электрическая цепь собирается с помощью комплекта проводов в соответствии со схемой соединений (рис.13.)

План работы

1.Ознакомиться с рабочим местом. Собрать электрическую цепь по схеме (рис.13.), записать технические данные измерительных приборов.

2.После проверки схемы преподавателем включить питание и установить с помощью автотрансформатора напряжение U, заданное преподавателем.

3.Поддерживая U=const и увеличивая емкость от мини-

34

мальной до максимальной, записать показания измерительных приборов.

Рис. 13 Данные занести в табл. 3.

4. По данным опытов:

а) вычислить Z, Zк, R, xL , xC , L, C, cos ;

б) построить в одних осях графики зависимостей I(C), Р(C),

Uc(C), UL(C), Z(C), cos (C);

в) построить в одном масштабе векторные диаграммы цепи для режимов xL xC ; xL xC , xL xC ;

г) сделать краткие выводы о результатах исследований, записать их в отчет.

35

f=50 Гц - промышленная частота.

Контрольные вопросы

1.Нарисовать схему замещения электрической цепи. Объяснить какие процессы элементы этой схемы.

2.Записать выражение для тока, полного сопротивления и коэффициента мощности при резонансе напряжений.

3.В чем заключается явление резонанса напряжений и при каких условиях оно возникает?

4.Изменением каких параметров электрической цепи (см. рис.11.) можно получить резонанс напряжений?

5.С помощью каких приборов и по какому признаку можно судить о возникновении резонанса напряжений в электрической

36

цепи?

6.Провести анализ построенных векторных диаграмм до и после резонанса напряжений и объяснить, в каком случае напряжение опережает ток, а в каком – отстает.

7.По схеме замещения исследуемой цепи проанализировать

кчему приведет изменение активного сопротивления электрической цепи при резонансе напряжений.

8.Сохраняется ли резонанс напряжений, если изменить только напряжение питающей сети?

9.Объяснить ход кривых, полученных в этой работе.

10.Какую опасность для электрических устройств представляет резонанс напряжений? Где используется резонанс напряжений?

Библиографический список

1.Касаткин А.С., Немцов С.В. Электротехника. М.: Высш.

шк., 2000. С.38-77, 88-92.

2.Данилов И.А., Иванов П.М. Общая электротехника с основами электроники. М.: Высш.шк., 2000. С. 116-128, 131-154, 318-330, 342-345.

3.Иванов И.И., Равдоник В.С. Электротехника. М.:

Высш.школа. 1984. С.32-68, 200-210, 216-219.

4.Волынский Б.А., Зейн Е.Н., Шатерников В.Е. Электротехника. М.: Энергоатомиздат. 1987. С.78-88, 116-119.

5.Общая электротехника /Под ред.А.Т.Блажкина. Л.: Энер-

гоатомиздат. 1986. С.55-83, 97-101, 245-246.

6.Электротехника /Под ред.В.Г.Герасимова.

М.:Высш.школа. 1987. С.40-73, 78-84, 272-283, 304-305.

7.Борисов Ю.М., Липатов Д.Н., Зорин Ю.Н. . Электротех-

ника. М.: Энергоатомиздат. 1985. С.60-95, 106-113, 262-270, 280282, 284.

37

Работа №3. ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ ЦЕПИ ПРИ СОЕДИНЕНИИ ФАЗ НАГРУЗКИ «ЗВЕЗДОЙ»

Цель работы: 1) ознакомиться с трехфазной цепью переменного тока и ее основными режимами работы при соединении фаз приемника «звездой»

2)по опытным данным выяснить влияние нейтрального провода на работу трехфазной цепи;

3)усвоить методику построения векторных диаграмм для основных режимов работы;

4)изучить способы измерения напряжений, токов и активной мощности цепи.

Пояснения к работе

Для соединения фаз приемника «звездой» их концы (x, y, z) соединяют в одну общую точку n, называемую нулевой, или нейтральной, точкой (рис.14). Начала фаз (a, b, c) присоединяют к проводам, идущим к соответствующим фазам сети (A, B, C). Эти провода называются линейными, а провод, соединяющий нейтральные точки нагрузки n и сети N – нейтральным.

Трехфазная цепь с тремя линейными и одним нейтральным проводами называется четырехпроводной, а при отсутствии нейтрального провода – трехпроводной. Нагрузка считается симметричной, когда комплексные сопротивления фаз одинаковы Z a Z b Z c или иначе Za Zb Zc , a b c . При соединении фаз нагрузки «звездой» линейные токи одновременно

38

Z c – комплексные сопротивления фаз.

Рис. 14 Напряжение между нейтральными точками нагрузки и ис-

точника (сети) называются напряжением смещения нейтрали и обозначается UnN . При неравномерной нагрузке фаз и отсутствии нейтрального провода фазные напряжения на нагрузке Ua , Ub , Uc связаны с соответствующими напряжениями источника соотношениями:

Ua U A UnN ; Ub UB UnN ; Uc UC UnN ;

39

Записанным уравнениям соответствуют векторные диаграммы, изображенные на рис.15.

а) б) Рис. 15

Построение их начинаем с векторов линейных напряжений, задаваемых сетью и от условий опыта не зависящих. Точка N на векторной диаграмме, соответствующая нейтральной точке генератора, находится в центре треугольника линейных напряжений. Точку n, соответствующую нейтральной точке нагрузки, находят методом засечек. Векторы токов откладывают по отношению к соответствующим векторам фазных напряжений с учетом характера нагрузки фазы (угла ). В качестве примера на рис.15а приведена векторная диаграмма при симметричной активной нагрузке фаз Za Zb Zc R , a b c 0 , а на

рис.15б – для несимметричной нагрузки в трехпроводной систе-

ме Za Zb Zc , a b c .

Домашнее задание

По учебнику и конспектам проработать общие положения о

40

трехфазных цепях, уяснить основные уравнения и соотношения величин, проанализировать частные режимы работы (случай симметричной и несимметричной нагрузок, обрыв фазы нагрузки, короткое замыкание одной фазы) при соединении фаз приемника «звездой» для четырехпроводной и трехпроводной систем. Обратить внимание, при каких условиях выполняется соот-

ношение U л 3Uф . Ознакомиться с порядком построения

векторных диаграмм токов и напряжений для основных режимов. Изучить схему лабораторной работы (рис.16), освоить методику измерения напряжений, токов и активной мощности в трехфазной цепи, соединенной в «звезду». Изучить принцип действия двухэлементного и трехэлементного ваттметров и схемы их включения.

Приборы и оборудование

Исследование трехфазной цепи проводится на универсальном стенде (см. рис.16), где имеется нагрузка в виде трех ламповых реостатов (активная нагрузка). Для измерения величины токов и напряжений используются амперметр PA1 и вольтметр PV1 с вилками. При включении амперметра PA1 в гнезда соответствующей фазы тумблер, замыкающий эти гнезда, на время измерения ставится в положение «отключено» (SA3 для фазы a, SA5 для фазы b и SA7 для фазы c). С помощью двухэлементного ваттметра PW1 и PW2 измеряется активная мощность при трехпроводной схеме включения приемников.

План работы

1. Ознакомиться со схемой и приборами, необходимыми для проведения работы; записать основные технические данные измерительных приборов.

41

2. Собрать электрическую цепь без нейтрального провода по схеме, изображенной на рис.16.

Рис. 16

3.Произвести опыт, для чего выключить питание и, устанавливая нагрузку фаз ламповым реостатом, измерить линейные

ифазные напряжения и токи, мощность трехфазной нагрузки при следующих условиях:

а) равномерная нагрузка фаз; б) обрыв одной из фаз нагрузки и одинаковая нагрузка двух

других фаз (как в п.3а.); в) короткое замыкание одной из фаз нагрузки (начало фазы

нагрузки соединяется проводом с нулевой точкой нагрузки) и одинаковые сопротивления двух других фаз (как в п.3а.);

г) неравномерная нагрузка фаз при нагрузке одной из фаз такой же, как в п.3а.

4.Присоединить нейтральный провод, произвести опыт. Измерить линейные и фазные напряжения и токи в двух случаях:

42