К пункту 3 рабочего задания
ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ РЕЗИСТОРА
И КАТУШКИ ИНДУКТИВНОСТИ
Собрать схему рис.3.3. Установить заданные в табл. 3.1 величину и частоту напряжения.
Установитьрезистор и катушку индуктивности с заданными сопротивлением и индуктивностью в диапазоне R=220…330 Ом и L= 33…100 мГн.
Снять показания приборов, занести в табл. 3.4. Угол сдвига между напряжением и током измерить с использованием виртуального фазометра.
Повторить опыт при двух других значениях индуктивности.
Таблица 3.4. Результаты измерений к п. 2 задания
Номер опыта |
L, мГн |
R, Ом |
U, |
I, |
IG, |
IL, |
P, |
φ, град. |
В |
А |
А |
А |
Вт | ||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Построить векторную диаграмму токов и напряжений для каждого из опытов (на одной комплексной плоскости). Обратить внимание на изменение сдвига фаз между током и напряжением при изменении индуктивности катушки.
В связи с наличием у катушки индуктивности активного сопротивления фазовый сдвиг ее тока не равен 900 (в отличие от конденсатора). Поэтому векторную диаграмму токов рационально построить методом трех амперметров, начав ее построение с вектора тока резистора, который совпадает по фазе с вектором напряжения, направленного предварительно по действительной оси. Вид векторной диаграммы для одного из опытов представлен на рис. 3.4. Из нее можно графически определить токии, протекающие через активную и реактивную проводимости катушки индуктивности.
Для одного из режимов измерить с помощью виртуальных приборов, а также рассчитать коэффициент мощности всей цепи cosφи коэффициент мощности катушкиcosφк,реактивную Q и полнуюSмощности, активнуюG, реактивнуюBLи полнуюYпроводимости исследуемого двухполюсника, построить треугольники проводимостей и мощностей. Записать в комплексной форме проводимость и мощность двухполюсника. Определить параметрыикатушки при ее последовательной схеме замещения.
Коэффициент мощности, реактивную, полную мощности, а также комплекс полной мощности для электрической цепи рассчитываем по формулам:
; ;;.
Треугольник мощностей представлен на рис. 3.4.
Активная, полная, реактивная и комплексная проводимости всей цепи определяются по формулам:
.
Треугольник проводимостей представлен на рис.3.4.
Активная, полная и комплексная проводимости катушки индуктивности рассчитываются по выражениям:
,
где – угол сдвига между напряжением на катушке индуктивностии ее током. Отсюда определяется коэффициент мощности катушки индуктивностиcosφк.
Параметры последовательной схемы замещения катушки индуктивности определяются по формулам:
.
К пункту 4 рабочего задания
ПОВЫШЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ
В двухполюснике, изображенном на рис. 3.3, подобрать индуктивность так, чтобы коэффициент мощности всей цепи принял значение близкое к , соответствующее заданному в табл. 3.5.
Таблица 3.5. Варианты задания
Номер варианта |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
0,65 |
0,55 |
0,6 |
0,65 |
0,7 |
0,5 |
0,6 |
Правильность установки заданного следует проверить по соотношению:
,
где Р – мощность, измеряемая ваттметром, Вт;U– напряжение питания цепи, В;I – потребляемый цепью ток, А.
Снять показания приборов, занести в табл. 3.6.
Таблица 3.6. Опытные данные
Режим работы схемы |
I, |
I1, |
I2, |
I3, |
P, |
C, |
Q |
S | |
А |
А |
А |
А |
|
Вт |
мкФ |
вар |
В А | |
До компенсации |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
После компенсации |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рассчитать какую емкость C надо включить параллельно, чтобы получить коэффициент мощности, близкий к(значениезадается преподавателем).
Необходимая емкость конденсатора рассчитывается по формуле
.
Собрать схему рис. 3.5, т.е. к схеме рис. 3.3 подключить конденсатор расчетной емкости. Снять показания приборов, занести в табл. 3.6. Определить по показаниям приборов новое значение коэффициента мощности , сопоставить с расчетным.
Убедиться в эффекте повышенияпри подключении конденсатора.
Рассчитатьдля обоих опытов реактивную и полную мощности,построитьтреугольник мощностей.
Изобразитьна одной диаграмме расположение векторов токов и напряжения до и после включения конденсатора. Это делается следующим образом.
Представим параллельное соединение резистора с проводимостью G и катушки индуктивности в виде(рис. 3.6,а), где.
Из рис. 3.6,бвидно, что, если параллельно нагрузке, имеющей индуктивный характер, включить конденсатор с сопротивлениемХС, то общий ток приблизится по фазе к напряжению, т.е. коэффициент мощности увеличится, а величина тока, потребляемого цепью, уменьшится при неизменной активной мощности. На этом основано применение конденсаторов для улучшения.
Разложим ток на активную и реактивную составляющие:
(см. рис. 3.6,б).
Ток конденсатора IC уравновешивает часть индуктивной составляющейIL. Теперь реактивная составляющая общего тока.
Активная составляющая тока при подключении конденсатора не меняется (активной мощностью потерь конденсатора пренебрегаем, т.к. она обычно мала).