Электротехника Часть_1 2014

сти со стальным сердечником zk, которая обладает активным сопротивлением rk и реактивным (индуктивным) сопротивлением xk; переменный конденсатор с дискретным изменением емкости, который обладает реактивным (емкостным) сопротивлением xс (активным сопротивлением конденсатора можно пренебречь).

Рис. 1.1. Принципиальные схемы:

а — измерительная цепь; б — нагрузки, подключаемые к зажимам измерительной цепи (последовательное соединение катушки индуктивности и конденсатора, катушка индуктивности, конденсатор, ламповый реостат)

3. Для снятия резонансной кривой подключить к точкам ХТ3, ХТ4 измерительной цепи (рис. 1.1, а) последовательно соединенные катушку индуктивности и конденсатор.

Изменяя емкость конденсатора от 0,5 до 10 мкФ, через 0,5 мкФ записать в табл.1.1 значения емкости и тока.

11

По полученным экспериментальным данным построить резонансную кривую I=f(C). Определить резонансную емкость конденсатора Ср, соответствующую максимальному значению тока. Провести прямую, параллельную оси абсцисс, на уровне 0,7 Imax и определить емкости конденсатора Cmin и Cmax, соответствующие точкам пересечения этой прямой и резонансной кривой.

Таблица 1.1

Зависимость тока цепи от емкости конденсатора при последовательном соединении катушки индуктивности и конденсатора

C, мкФ

I, A

4. Для исследования работы неразветвленной цепи к точкам ХТ3, ХТ4 измерительной цепи (рис. 1.1, а) поочередно подключить нагрузки, приведенные на рис. 1.1, б: последовательно соединенные катушку индуктивности и конденсатор; катушку индуктивности; конденсатор; ламповый реостат. Произвести измерения тока, мощности и напряжений. Результаты измерения записать в табл. 1.2.

При последовательно соединенных катушке индуктивности и конденсаторе измерения произвести при трех емкостях конденсатора Cmin , Ср и Cmax , определенных ранее.

Обработка результатов измерений и составление отчета по работе

При последовательном соединении участков электрической цепи полное сопротивление всей цепи

где r — активное сопротивление всей цепи; x – реактивное сопротивление всей цепи.

Таблица 1.2

12

Активное сопротивление катушки вычисляется по формуле:

где Рk — активная мощность, потребляемая катушкой индуктивности, в опытах 1, 2, 3 и 4 равная активной мощности всей цепи

Р.

Реактивное (индуктивное) сопротивление катушки определяется следующим образом:

13

где ω, с-1 — круговая частота напряжения питания; f = 50 Гц — циклическая частота напряжения питания.

Реактивное (емкостное) сопротивление конденсатора можно вычислить следующим образом:

Составляющие напряжения катушки Uak — активная и реактивная Upk — определяются по формулам:

Реактивное сопротивление всей цепи при последовательном соединении катушки индуктивности и конденсатора можно определить по формуле:

14

Рассчитанные значения параметров цепи записать в табл. 1.3. По результатам измерений и расчетным данным строятся век-

торные диаграммы. На рис. 1.2 приведен пример построения векторной диаграммы.

Рис. 1.2. Пример построения векторной диаграммы для последовательного соединения катушки индуктивности и конденсатора

При построении векторных диаграмм для последовательного соединения элементов электрической цепи за исходный вектор принимается вектор тока. Векторы напряжений откладываются в масштабе, общем для всех напряжений. Вектор Ūr совпадает по направ-

15

лению с вектором тока, а вектор Ūс отстает от вектора тока на угол π/2. Вектор напряжения Ūk строится как векторная сумма вектора активной составляющей Ūаk, совпадающего по фазе с вектором тока, и вектора индуктивной составляющей Ūpk, опережающего вектор тока на угол π/2.

Вектор приложенного к схеме напряжения Ū равен векторной сумме векторов напряжений на отдельных элементах цепи.

При последовательном соединении катушки индуктивности и конденсатора и условии

наступает резонанс напряжений.

В этом режиме цепь ведет себя как активное сопротивление:

При резонансе напряжений, если реактивные сопротивления катушки индуктивности и конденсатора значительно больше активного сопротивления цепи, на катушке индуктивности и конденсаторе возникают перенапряжения, величина которых существенно больше напряжения питания, что может привести к пробою изоляции и выходу из строя этих элементов.

В отчете привести:

–принципиальные схемы с необходимыми пояснениями;

–паспортные данные приборов;

–таблицы и расчетные формулы;

–резонансную кривую;

–векторные диаграммы для режимов, указанных преподавате-

лем.

16

Вопросы для самоконтроля

1.Как зависят хk и хс от частоты?

2.Как найти полное сопротивление последовательной цепи, если известно сопротивление отдельных элементов?

3.Что такое коэффициент мощности?

4.Как можно изменить коэффициент мощности всей цепи?

5.Вследствие чего ток в цепи при резонансе напряжений имеет наибольшее значение?

6.Что такое резонанс напряжений и каковы его характерные особенности?

7.Каков знак φ при хk > хс , хk < хс?

17

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

Исследование цепи переменного тока при включении нагрузок, соединенных параллельно

Цель работы

Измерение и вычисление параметров цепи переменного тока при параллельном соединении нагрузок. Приобретение навыков в построении векторных диаграмм.

Программа работы

1.Ознакомиться с лабораторным стендом и выбрать необходимые измерительные приборы и электрооборудование.

2.Собрать электрическую цепь (рис. 2.1) и после проверки ее преподавателем записать паспортные данные используемых приборов в таблицу "Паспортные данные приборов".

Рис. 2.1. Принципиальная электрическая схема для исследования цепи с параллельным соединением нагрузок

18

3. Исследовать работу разветвленной цепи при параллельном включении двух нагрузок:

а) лампового реостата и катушки индуктивности; б) лампового реостата и конденсатора.

4.Исследовать работу разветвленной цепи при параллельном включении трех нагрузок: лампового реостата, катушки индуктивности и конденсатора.

5.НИРС. Снять резонансные кривые зависимостей общего тока

иреактивной мощности от емкости конденсатора.

Методические указания по выполнению работы

1.Выбор предела измерения измерительных приборов производится исходя из следующих условий:

а) предел измерения вольтметра и обмотки напряжения ваттметра определяется величиной напряжения, на которое включена цепь (127 В);

б) пределы измерения амперметров, включенных в параллельные ветви, зависят от напряжения и сопротивления ветвей. В работе приемники подобраны таким образом, что полное сопротивление каждого из них составляет величину порядка 150 Ом. Пределы измерения амперметра РА1 и токовой обмотки ваттметра, включенных в общую цепь, зависят от тока, который определяется векторной суммой токов ветвей (~1 А).

2.При сборке схемы использовать ламповый реостат, который

обладает только активным сопротивлением rr катушку индуктивности со стальным сердечником, которая обладает активным сопротив-

лением rk и индуктивным сопротивлением xk; набор конденсаторов, который обладает только емкостным сопротивлением xc (активным сопротивлением конденсатора можно пренебречь).

3.Измерение произвести для режимов, указанных в табл. 2.1. При параллельном соединении лампового реостата и катушки индуктивности (режим 1) выключатели S1 и S2 замкнуты, а S3 — разомкнут, а при параллельном соединении лампового реостата и конденсатора (режим 2) выключатели S1 и S3 замкнуты, а S2 — разомкнут. При включении всех нагрузок все выключатели замкнуты. Результаты измерений для всех режимов записать в табл. 2.1. Изменение параметров цепи в режимах 3÷5 производится изменением емкости конденсатора С. В режиме 3 установить емкость конденсатора

19

С такой, чтобы ток катушки был больше тока конденсатора. Затем, постепенно увеличивая емкость (уменьшая емкостное сопротивление), следует добиться такого увеличения тока конденсатора, при котором ток катушки примерно равен току конденсатора (режим 4), при этом цепь будет находиться в режиме, близком к режиму резонанса токов. Дальнейшее увеличение емкости приведет к увеличению тока конденсатора, и он будет больше тока катушки (режим 5).

Обработка результатов измерений и составление отчета по работе

Для построения векторной диаграммы необходимо вычислить величины составляющих общего тока и тока катушки. На рис. 2.2 показан пример построения векторной диаграммы, соответствующей режиму, при котором включены все три нагрузки.

Таблица 2.1

Результаты измерений при параллельном соединении нагрузок

20