Электрические цепи

40

стей.

2.7. Для одного опыта по каждой таблице приведите порядок вычисления расчетных величин.

Контрольные вопросы

1.Как будут выглядеть схемы по рис. 6.1 и 6.2, показанные посредством проводимостей?

2.Чему равны активная и реактивная проводимости при параллельном соединении приемников?

3.Как определить полную проводимость цепи?

4.Как определить полную, активную и реактивную проводимости индуктивной катушки?

5.Постройте треугольники токов, проводимостей и мощностей всей цепи.

6.Как изменяются токи I , I1, I2 при изменении одного из

параметров цепи?

7. Определите коэффициент мощности и сделайте вывод об изменении угла сдвига фаз φ.

Литература:

[1, 2.15 – 2.16, с. 75 – 79]

Лабораторная работа № 7

ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ АКТИВНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ, ИНДУКТИВНОЙ КАТУШКИ И ЕМКОСТИ. РЕЗОНАНС ТОКОВ

Цель работы

Ознакомление с распределением токов в ветвях разветвленной цепи и влиянием изменения параметров ветвей на величину и фазу тока в цепи источника синусоидального напряжения. Изучение условий возникновения явления резонанса токов и получения наибольшего значения коэффициента мощности.

41

Основные теоретические положения

Для цепи, содержащей параллельный контур, в одной из ветвей которого находится индуктивность, а в другой – емкость, условием резонанса является равенство реактивных проводимостей ветвей: bL bC . При изменении одного из параметров цепи, например, емкости, меняется характер полной проводимости от активно-индуктивного до чисто активного при резонансе и ак- тивно-емкостного при дальнейшем увеличении емкости.

При этом (взятый по модулю) угол сдвига фаз между напряжением и током на зажимах электрической цепи уменьшает-

ся, достигая значения 0 при резонансе, а затем снова увеличивается. Коэффициент мощности при резонансе равен 1.

На рис. 7.1 а изображена электрическая цепь, содержащая индуктивно-активную и активно-емкостную ветви, в которой наблюдается резонанс токов. На рис. 7.1 б изображена векторная диаграмма этой цепи. Ток на зажимах цепи I совпадает по фазе с

напряжением . При этом реактивная составляющая тока

U

I1p bC1 U равна реактивной составляющей тока I2 p bL2 U .

Домашнее задание

Прочтите рекомендуемые разделы литературы. Ознакомьтесь со схемами опытов. Выпишите необходимые расчетные формулы. Изучите резонансные явления, происходящие в параллельном контуре, условия резонанса токов. Ознакомьтесь с построением векторной диаграммы токов. Уясните, как зависит ко-

42

эффициент мощности всей цепи от изменения емкости конденсаторов. Ответьте на контрольные вопросы. Подготовьте бланк отчета.

Порядок выполнения работы

1. Соберите схему по рис. 7.2 для проведения опытов.

Рис. 7.2

2. Установите токи I1, I2 , I3 , заданные преподавателем, и

43

Продолжение таблицы 7.1

3. По опытным данным постройте совмещенные векторные диаграммы, отдельно при изменении r1 (опыты 1, 2), С (опыты 3, 4) и Lk (опыты 5 и 6). Сделайте вывод об изменении токов в цепи при изменении проводимостей.

4. Установите ползунок реостата в среднее положение. Выключите конденсаторы, введите сердечник в катушку. Затем постепенно увеличивайте емкость и создайте в цепи резонанс токов (минимум тока I). Показания приборов запишите в среднюю графу табл. 7.2.

Снимите показания приборов в двух опытах до резонанса и двух после резонанса. По опытным данным постройте графики

I, y, cos f (bC ).

6.Для одного из опытов постройте треугольник проводи-

мостей.

7.Постройте совмещенные векторные диаграммы: для резонанса, одного опыта до резонанса и одного опыта после резонанса.

8.Для одного опыта по каждой таблице приведите порядок вычисления расчетных величин.

44

Таблица 7.2

Контрольные вопросы

1.Запишите закон Кирхгофа для параллельной цепи.

2.При каком условии возникает резонанс токов?

3.Почему при увеличении емкости ток в неразветвленной части цепи сначала уменьшается, затем, достигнув минимума, увеличивается?

4.Когда ток в неразветвленной части цепи отстает по фазе от напряжения и когда опережает его?

5.Почему необходимо повышать коэффициент мощности потребителей?

6.Как по показаниям одного прибора определить, что в цепи наступил резонанс токов?

7.Изменятся ли показания ваттметра с включением емко-

45

сти при неизменном напряжении U?

8. Чему будет равна полная проводимость всей цепи, если

g = 0?

Литература:

[1, 2.15 – 2.16, с. 75 – 79]

Лабораторная работа № 8

ТРЕХФАЗНЫЕ ЦЕПИ ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОГО ПРИЕМНИКА,

СОЕДИНЕННОГО ПО СХЕМЕ ЗВЕЗДА

Цель работы

Опытная проверка основных закономерностей трехфазной электрической цепи при симметричной и несимметричной нагрузках, обрыве и коротком замыкании (КЗ) одной из фаз приемника, а также влияния нейтрального провода на соотношение фазных напряжений и токов приемника.

Основные теоретические положения

Трехфазная цепь может быть включена на прямой и обратный порядок следования фаз. Прямой порядок следования фаз записывается АВСА. Эта запись означает, что в фазе "b" напряжение (ток) отстает от напряжения (тока) в фазе "а" и аналогично напряжение (ток) в фазе "с" отстает от напряжения (тока) в фазе "b".

Все лаборатории кафедры общей электротехники подключены к системе электроснабжения так, что при подключении приемников к источнику, как показано на схеме, в трехфазной цепи на стенде будет прямой порядок следования фаз.

Фазные напряжения приемника при прямом порядке следования фаз в комплексной форме запишутся следующим образом

На рис. 8.1 а представлена векторная диаграмма напряже-

46

ний и токов при прямом порядке следования фаз в цепи, соединенной по схеме звезда, для несимметричного режима при отключенном нейтральном проводе, а на рис. 8.1 б для несимметричного режима при включенном нейтральном проводе.

Ub и Uc будут равны между собой и равны 0,5U л .

На векторной диаграмме токи Ic и Ib показаны в противофазе. Практически это один и тот же ток, но поскольку при отсутствии нейтрального провода сумма всех токов в трехфазной цепи равна нулю, то на векторной диаграмме получаем Ic Ib . Ток Ia в этом опыте равен нулю.

Описание установки

Трехфазный приемник собирается из регулируемых реостатов, катушки с переменной индуктивностью, конденсаторов, включаемых при помощи тумблеров в параллельную цепочку.

47

Источником трехфазного симметричного напряжения является регулируемый трансформатор с заземленной нейтральной точкой.

Рабочее задание

1. Собрать схему соединения приемников в звезду по рис. 8.3.

Рис. 8.3

2. Включить нейтральный провод. Ввести полностью сопротивления реостатов. С помощью автоматического пускателя АП подать заданное напряжение на приемник. Сопротивлениями ra , rb , rc установить симметричную нагрузку ( Ia Ib Ic ) и выполнить первый замер, данные записать в табл. 8.1.

Таблица 8.1

48

3. Отключить автоматическим пускателем напряжение. Отключить нейтральный провод. Включить АП и сделать второй замер (нагрузка должна быть симметричной, т. е. Ia Ib Ic ).

4. Включить нейтральный провод. Произвольно изменяя сопротивления ra , rb , rc , установить несимметричную нагрузку, выполняя условие Ia Ib Ic , но при этом ни один из токов не должен превышать 2А. Записать результаты третьего замера.

5.Выключить АП. Отключить нейтральный провод. Включить АП. Установить такую несимметричную нагрузку, чтобы появилось напряжение между нейтральными точками источника

иприемника (N и n), т. е. UnN 0 . Записать четвертый замер.

6.Установить rb rc . Для этого отключить АП, включить нейтральный провод, включить АП. Регулируя rb или rc , добиться равенства токов Ia = Ib .

Отключить схему автоматом АП и сделать обрыв фазы "а". Подать напряжение и выполнить пятый замер.

7.Выключить АП, отключить нейтральный провод, Включить АП и записать результаты шестого замера.

8.Отключить схему автоматом АП и закоротить приемник

вфазе “а”. Амперметры переключить на бÇльшие пределы измерения. Нейтральный провод при этом должен быть отключен! Подать напряжение и записать результаты седьмого замера.

9.Отключить цепь от сети. Устранить короткое замыкание.

Включить в фазу “а” сопротивление ra . Вместо сопротивлений rb и rc соответственно подключить конденсаторы C и катушку индуктивности с параметрами rk и Lk , подключить нейтральный провод. Включить напряжение и установить одинаковые токи во всех фазах при помощи конденсаторов C, катушки Zk и сопротивления ra . Записать результаты восьмого замера.

9. Выключить АП, разобрать цепь, установить на реостатах максимальные сопротивления.

Обработка результатов

1. Для всех опытов по результатам измерений построить топографические векторные диаграммы напряжений и на них показать векторы токов.

49

2. На построенных векторных диаграммах определить напряжение между нейтральными точками UnN и ток в нейтральном проводе I N . Данные записать в табл. 8.2.

Таблица 8.2

3. Определить погрешности измеренных и вычисленных величин UnN и I N , измерив длину их векторов на векторных диаграммах и умножив на масштаб величины.

Методические указания к работе

При выполнении работы следует строго соблюдать условия проведения опытов (колонки таблицы “Состояние приемника” и “Нейтральный провод”).

В восьмом опыте необходимо по величине тока в фазе с емкостью установить равенство Ia Ib Ic при помощи сопротивления ra и катушки индуктивности.

При построении векторных диаграмм можно использовать примерные масштабы: по напряжению mu = 10 В/см и по току mi =0,25 А/см.

Для измерения фазных напряжений (напряжение между началом фазы и нейтральной точкой n) необходимо использовать один вольтметр и пользоваться им как “переносным”.

Контрольные вопросы

1.Дать определение трехфазной цепи.

2.Принцип действия трехфазного генератора.

3.Что понимается под симметричной и несимметричной нагрузкой?

4.Какое соединение называется звезда?

5.Как относятся фазные и линейные напряжения и токи