Пр. 9 послед.RLC-цепь
.docxПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 9
«Расчет цепи переменного тока с последовательным соединением резисторов, конденсаторов и катушек»
В сеть переменного тока с напряжением U и частотой f = 50 Гц включены последовательно несколько элементов: резисторов, конденсаторов и катушек.
По исходным данным, приведенным в таблице, начертить схему цепи, содержащую только элементы, численные значения которых по вашему варианту приведены в таблице.
Определить величины (если они не даны в таблице по вашему варианту): индуктивность катушки (катушек) и емкость конденсатора (конденсаторов); реактивные сопротивления и полное сопротивление цепи; полные сопротивления катушек; ток и напряжение на зажимах цепи; активную, реактивную и полную мощности; коэффициент мощности и угол сдвига фаз между током и напряжением.
Построить в масштабе векторную диаграмму тока и напряжений.
№ вар. |
Резистор |
1 катушка |
2 катушка |
1 конденсатор |
2 конденсатор |
3 конденсатор |
Дополнительные данные: мощность или напряжение |
||||||||||||||||
R1, Ом |
R2, Ом |
RК1, Ом |
L1, мГн |
XL1, Ом |
ZК1, Ом |
RК2, Ом |
L2, мГн |
XL2, Ом |
ZК2, Ом |
С1, мкФ |
XС1, Ом |
С2, мкФ |
XС2, Ом |
С3, мкФ |
XС3, Ом |
|
|||||||
1 |
18 |
12 |
- |
76,43 |
- |
30 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
60 |
- |
- |
Р = 72 Вт |
||||||
2 |
13 |
- |
54 |
229,3 |
- |
- |
- |
- |
28 |
35 |
- |
- |
- |
34 |
- |
- |
Р = 352 Вт |
||||||
3 |
- |
- |
- |
216,6 |
- |
85 |
93 |
395 |
- |
- |
- |
- |
88,5 |
- |
- |
48 |
U = 54 В |
||||||
4 |
- |
48 |
- |
191 |
- |
75 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
88 |
33,2 |
- |
UR2 = 38,4 В |
||||||
5 |
- |
54 |
- |
140,1 |
- |
55 |
- |
- |
- |
- |
- |
68 |
- |
- |
34,6 |
- |
UК1 = 33 В |
||||||
6 |
- |
8 |
69 |
293 |
- |
- |
- |
- |
52 |
65 |
- |
- |
- |
57 |
- |
- |
UС = 171 В |
||||||
7 |
15 |
- |
- |
178,3 |
- |
70 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
15,7 |
127,4 |
- |
UR1 = 60 В |
||||||
8 |
- |
13 |
- |
- |
84 |
105 |
36 |
152,9 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
216 |
Р = 28 Вт |
||||||
9 |
- |
- |
57 |
242 |
- |
- |
- |
- |
32 |
40 |
- |
98 |
27 |
- |
- |
- |
UК1 = 38 В |
||||||
10 |
16 |
17 |
- |
- |
176 |
220 |
- |
- |
- |
- |
30,6 |
- |
- |
- |
- |
- |
UС = 78 В |
||||||
11 |
24 |
36 |
- |
152,87 |
- |
68 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
100 |
- |
- |
Р = 432 Вт |
||||||
12 |
25 |
- |
102 |
429,94 |
- |
- |
- |
- |
58 |
74 |
- |
- |
- |
68 |
- |
- |
Р = 1081 Вт |
||||||
13 |
- |
- |
- |
328 |
- |
128 |
136 |
783,4 |
- |
- |
- |
- |
86,4 |
- |
- |
62 |
U = 480 В |
||||||
14 |
- |
94 |
- |
248,5 |
- |
105 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
108 |
63,1 |
- |
UR2 = 47 В |
||||||
15 |
- |
77 |
- |
280,5 |
- |
99,75 |
- |
- |
- |
- |
- |
86 |
- |
- |
53,4 |
- |
UК1 = 40 В |
||||||
16 |
- |
18 |
135 |
446 |
- |
- |
- |
- |
102 |
144 |
- |
- |
- |
83 |
- |
- |
UС = 332 В |
||||||
17 |
32 |
- |
- |
318,5 |
- |
130 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
31 |
354 |
- |
UR1 = 96 В |
||||||
18 |
- |
21 |
- |
- |
114 |
127,5 |
43 |
302,5 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
309 |
Р = 60 Вт |
||||||
19 |
- |
- |
98 |
394,9 |
- |
- |
- |
- |
41 |
84 |
- |
95 |
15,9 |
- |
- |
- |
UК1 = 110 В |
||||||
20 |
43 |
10 |
- |
- |
201 |
318,45 |
- |
- |
- |
- |
62,5 |
- |
- |
- |
- |
- |
UС = 5 В |
||||||
21 |
10 |
15 |
- |
57,32 |
- |
28 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
40 |
- |
- |
Р = 104 Вт |
||||||
22 |
16 |
6 |
46 |
207 |
- |
- |
- |
- |
21 |
31 |
- |
- |
- |
47 |
- |
- |
Р = 217 Вт |
||||||
23 |
- |
- |
- |
168,8 |
- |
73 |
84 |
312,1 |
- |
- |
- |
- |
82,2 |
- |
- |
52 |
U = 352 В |
||||||
24 |
- |
78 |
- |
175,1 |
- |
97,5 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
40 |
50,9 |
- |
UR2 = 120 В |
||||||
25 |
- |
26 |
- |
75,2 |
- |
25,5 |
- |
- |
- |
- |
- |
43 |
- |
- |
99,4 |
- |
UК1 = 20,5 В |
||||||
26 |
- |
40 |
32 |
130,5 |
- |
- |
- |
- |
38 |
46 |
- |
- |
- |
27 |
- |
- |
UС = 54 В |
||||||
27 |
7 |
- |
- |
86 |
- |
33 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
7 |
63,7 |
- |
UR1 = 28 В |
||||||
28 |
- |
4 |
- |
- |
44 |
76 |
24 |
114,6 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
20 |
Р = 360 Вт |
||||||
29 |
- |
- |
165 |
565,9 |
- |
- |
- |
- |
85 |
145 |
- |
195 |
35,9 |
- |
- |
- |
UК1 = 200 В |
||||||
30 |
- |
10 |
66 |
225 |
- |
- |
- |
- |
52 |
76 |
- |
- |
- |
42 |
- |
- |
UС = 154 В |
ПРИМЕР
В цепь включены последовательно резистор с сопротивлением R1 = 14 Ом, конденсатор емкостью С = 24,12 мкФ и две катушки с сопротивлениями RК1 = 16 Ом, RК2 = 30 Ом, индуктивностями L1 = 38,2 мГн, L2 = 127,4 мГн.
Напряжение на зажимах цепи U = 140 В, частота f = 50 Гц.
Определить полное сопротивление цепи Z, сопротивления катушек ZК1, ZК2, ток I, активную Р, реактивную Q и полную S мощности цепи, коэффициент мощности cosφ и угол сдвига фаз φ.
Построить векторную диаграмму тока и напряжений в масштабе МU = 14 В/см.
Дано:
R1 = 14 Ом;
RК1 = 16 Ом;
L1 = 38,2 мГн;
RК2 = 30 Ом;
L2 = 127,4 мГн;
С = 24,12 мкФ;
U=140 В;
f = 50 Гц;
MU = 8 В/см.
Определить: Z, ZК1, ZК2, I, P, Q, S,cosφ, φ.
Решение:
1 Индуктивное сопротивление катушек:
2 Емкостное сопротивление конденсатора:
3 Реактивное сопротивление цепи равно алгебраической сумме реактивных
сопротивлений катушек и конденсатора:
Знак ≪минус≫ означает, что нагрузка цепи активно – емкостная, напряжение отстает от тока.
4 Активное сопротивление цепи равно арифметической сумме отдельных активных
сопротивлений элементов цепи:
5 Полное сопротивление цепи равно геометрической сумме активного и реактивного
сопротивлений цепи:
6 Ток в цепи определяется по закону Ома:
7 Полные сопротивления катушек:
8 Коэффициент мощности цепи
9 Угол сдвига фаз между током и напряжением лучше определять по sin φ, т. к. при этом
определяется и знак угла
Следовательно, напряжение отстает от тока на угол φ:
10 Мощность цепи:
а) активная
б) реактивная
с) полная
11 Для построения векторной диаграммы необходимо определить на всех элементах
схемы падение напряжений:
а) на резисторе:
б) на катушках:
в) на конденсаторе:
Определим длину векторов напряжений для построения векторной диаграммы:
При построении векторной диаграммы неразветвленных цепей исходным является
вектор тока , который откладывается, как правило, горизонтально в произвольном масштабе.
Векторы напряжений откладываются в масштабе каждый следующий от конца
предыдущего. Вектор активного напряжения совпадает по фазе с вектором тока, вектор индуктивного напряжения опережает вектор тока по фазе на 90° (вертикально вверх), вектор емкостного напряжения отстает от вектора тока по фазе на 90° (вертикально вниз). Вектор общего напряжения направлен от начала первого вектора напряжения к концу последнего . . Векторная диаграмма тока и напряжений построена на рисунке.
Проверить правильность построения векторной диаграммы можно, измерив длину
вектора общего напряжения lU=10 см и сравнив ее с расчетной:
, если они одинаковы, то построение выполнено верно.