lab.raboty_po_ehlektrotekhnike

Одновременно буду изменяться реактивная Q и полная S мощности цепи.

При равенстве индуктивной и емкостной проводимостей полная проводимость цепи будет минимальной и равной активной проводимости цепи, полное сопротивление максимальным и так же активным, а ток I1 – минимальным. При этом ток I1 и напряжение U совпадут по фазе, а токи I2 и I3

могут значительно превышать ток I1. Этот режим работы называют резонансом токов.

Рисунок 8

Домашнее задание

По учебнику и конспекту изучить процессы в простейших линейных электрических цепях с резистивным, индуктивным и емкостными элементами, а при их параллельном соединении при синусоидальных точках. Научиться записывать уравнения, связывающие мгновенные значения токов ветвей и тока в неразветвлённой части цепи, действующие значения токов ветвей и общего тока. Усвоить понятия «активное, индуктивное, емкостное, реактивное и полное проводимости ветви и цепи»,

21

уметь находить эти проводимости через сопротивление (модули и комплексы проводимости). Понять, как строятся векторные диаграммы при параллельном соединении элементов от чего зависит угол сдвига фаз между векторами напряжения и тока. Уметь находить активную и реактивную составляющие тока, выделять треугольник токов и по нему находить треугольник проводимости. Обратить внимание на энергетический процесс в цепи при параллельном соединении катушки и конденсатора. Уметь записывать формулы для мгновенных активной, реактивной и полной мощностей. Понять, при каком условии в цепи возникает резонанс токов и чем он сопровождается, обратить внимание на то, при каком условии токи в катушке и конденсаторе превышают общий ток.

Приборы и оборудование

Работа выполняется на универсальном стенде, в котором установлены лабораторный автотрансформатор и необходимые приборы. Исследуемая катушка и конденсатор устанавливаются на наборной панели. Электрическая цепь собирается с помощью комплекта проводов в соответствии со схемой (см. рис. 9).

План работы

Рисунок 9

22

1.Ознакомиться с рабочим местом. Собрать электрическую цепь по схеме (см. рис. 9), подсоединить регулируемый источник синусоидального напряжения. В качестве катушки индуктивности с малым активным сопротивлением используйте катушку трансформатора 300 витков, вставив между подковами разъемного сердечника полоски бумаги в один слой (немагнитный зазор).

2.После проверки схемы преподавателем включить питание и установить напряжение на входе регулируемого источника 1 В и частоту 500 Гц.

3.Изменяя частоту приложенного напряжения, добейтесь резонанса по минимальному току. Для точной настройки по максимуму тока необходимо поддерживать неизменным напряжение на входе цепи. При измерениях виртуальными приборами резонанс настраивается по переходу через ноль угла сдвига фаз между входными напряжением и током. Тогда нет

необходимости поддерживать входное напряжение неизменным. Произведите измерения и запишите в табл. 2

23

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

Формулы для расчета

z U - полное сопротивление цепи;

I1

y1 I1 - полная проводимость цепи;

U

P I2R -активная мощность цепи (катушки);

g 1 - активная проводимость цепи (катушки);

R

y2 I2 - полная проводимость катушки;

U

bL y22 g2 - индуктивная проводимость катушки;

IL bLU - индуктивная составляющая тока катушки;

IR I22 IL2 - активная составляющая тока катушки;

bc IС ωС - емкостная проводимостьконденсатора;

U

cosφ P -коэффициент мощности всей цепи;

I1U

ω 2πf.

Контрольные вопросы

1.Нарисовать схему замещения исследованной цепи

иобъяснить, какие процессы отражают элементы этой схемы?

2.Задавшись законом изменения подводимого

напряжения u=Um sinωt , написать выражения для мгновенных

значений токов i1,i2,i3 , а также токов ia ,iL ,iC .

3. Написать первый закон Кирхгофа для мгновенных значений токов и для комплексных действующих значений токов.

24

4.Написать и объяснить формулы для активной, индуктивной емкостной, реактивной и полной проводимостей. Как изменяются эти проводимости при изменении частоты, емкости, индуктивности?

5.Написать и объяснить выражения закона Ома для ветвей и для всей цепи.

6.Объяснить порядок построения векторных диаграмм для данной цепи.

7.Какому уравнению соответствует диаграмма?

8.Показать на векторной диаграмме активную, индуктивную и емкостную составляющие токов.

9.Что понимают под треугольниками токов, проводимостей, мощностей?

10.От чего зависит угол сдвига фаз между векторами напряжения и тока? По каким формулам он может быть определен?

полученных в данной работе.

12.При каком условии возникает резонанс токов и чем он сопровождается?

13.Почему при резонансе токов токи в ветвях превышают ток в неразветвленной части цепи?

14.Какое практическое значение имеет резонанс токов и где он используется?

15.На чем основано повышение коэффициента

мощности?

16.Какие приборы применяются для измерения действующих значений токов и напряжений? Как они включаются в цепь?

17.Какие приборы применяются для измерения активной мощности? Как они включаются в цепь?

25

Работа 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЁХФАЗНОЙ ЦЕПИ ПРИ СОЕДИНЕНИИ ФАЗ НАГРУЗКИ ЗВЕЗДОЙ

Цель работы: а) ознакомиться с трехфазной цепью переменного тока и ее основными режимами работы при соединении фаз приемника звездой;

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

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

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

Рисунок 10

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. 10). Начала фаз (а,b,с) присоединяют к проводам, идущим к соответствующим фазам сети. Эти провода являются линейными. Провод, соединяющий нейтральные точки нагрузки n и сети N, называется нейтральным. Трехфазная цепь с тремя линейными и нейтральными проводами называется четырехпроводной, а при отсутствии нейтрального провода – трехпроводной. Нагрузку называют симметричной, когда комплексы сопротивлений фаз одинаковы. При соединении фаз нагрузки звездой линейные токи одновременно являются и

26

фазными, поэтому IЛ IФ . Электрическое состояние цепи описывается законами Кирхгофа и Ома:

. . . .

In Ia Ib IC ;

Uab Ua Ub; Ubc Ub Uc; Uca Uc Ua;

Ia Ua / Za; Ib Ub / Zb; Ic Uc / Zc ,

где Ia, Ib, Ic - фазные токи; Ua,Ub,Uc – напряжения на соответствующих фазах нагрузки; Uab,Ubc,Uca – линейные напряжения; Za,Zb,Zc – комплексы полных сопротивлений фаз.

Напряжение между нейтральными точками нагрузки и источника (сети) называется 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 UA UnN ; Ub UB UnN ; Uc UC UnN .

Рисунок 11

27

По учебнику и конспекту проработать общие сведения о трехфазных цепях, уяснить основные уравнения и соотношения величин, проанализировать частные режимы работы (случай симметричной и несимметричной нагрузки, обрыв фазы нагрузки, линейного и нейтрального проводов, короткое замыкание одной фазы) при соединении фаз приемника звездой, для четырехпроводной и трехпроводной системы. Обратить внимание, при каких условиях выполняется соотношение

UЛ 3UФ . Ознакомиться с порядком построения векторных

диаграмм токов. Освоить методику измерения напряжений, токов и активной мощности в трехфазной цепи, соединенной в звезду.

Приборы и оборудование

Исследование трехфазной цепи проводится на универсальном стенде, в котором имеется встроенная нагрузка в виде трёх ламповых реостатов. Для измерения величины линейных токов, а также фазных и линейных напряжений используют мультиметры или виртуальные приборы. Необходимое для экспериментов трехфазное напряжение частотой 50 Гц берется не непосредственно из питающей сети, а создается с помощью специального генератора синусоидальных напряжений. При этом из соображений электробезопасности величина линейного напряжения ограничена 12 В. Измерения токов и напряжений можно производить тремя мультиметрами, переключая их из одной фазы в другую, либо виртуальными приборами.

План работы

1.Ознакомиться со схемами и приборами, необходимыми для проведения работы.

2.Собрать схему (см. рис. 10) без нейтрального

провода.

29

3. Произвести опыт, для чего включить питание и, устанавливая нагрузки фаз с помощью резисторов, измерить линейные и фазные напряжения и токи, при:

а) симметричной нагрузке фаз (Ra =1 кОм, Rb =1 кОм,

Rс =1 кОм);

б) обрыве одной из фаз нагрузки и одинаковой нагрузке двух других фаз (такой же как в п. 3а);

в) коротком замыкании одной из фаз нагрузки (начало фазы нагрузки соединяется проводом с нулевой точкой

опыт. Измерить линейные и фазные напряжения и токи в двух случаях:

а) при несимметричной нагрузке всех фаз (той же, что и в п. 3г);

б) при симметричной нагрузке всех фаз (как в п. 3а). Мощность вычисляется по формуле:

P=UaIa сosφa UbIb сosφb UcIc сosφc .

Результаты измерений и вычислений внести в табл. 3.

5.По результатам опытов построить векторные диаграммы напряжений и токов.

6.Найти графическим способом ток в нейтральном

проводе In и напряжение смещения нейтрали UnN .

30