Исследование линейной неразветвленной электрической цепи с синусоидалыного тока цель работы


Скачать 112.05 Kb.
НазваниеИсследование линейной неразветвленной электрической цепи с синусоидалыного тока цель работы
Дата публикации20.07.2013
Размер112.05 Kb.
ТипИсследование
userdocs.ru > Физика > Исследование
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5

ИССЛЕДОВАНИЕ ЛИНЕЙНОЙ НЕРАЗВЕТВЛЕННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ С СИНУСОИДАЛЫНОГО ТОКА

ЦЕЛЬ РАБОТЫ


1. Исследовать явление резонанса напряжений.

2. Установить связь между током, напряжениями на элементах цепи и емкостью конденсатора.

3. Получить навыки построения векторных диаграмм и научиться их использовать для анализа электрических цепей.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ


В


Рис.1
данной работе исследуется неразветвленная цепь, состоящая из катушки индуктивности и конденсатора и подключенная к сети синусоидального тока. Схема цепи представлена на рис.1.

Р



Рис.2
еальная катушка индуктивности обладает кроме индуктивного сопротивления ХL еще и активным сопротивлением R , которое существенно влияет на протекающие в цепи процессы. Поэтому целесообразно реальную цепь представить в виде схемы замещения (рис.2), где катушка индуктивности рассматривается как последовательное соединение резистивного элемента с активным сопротивлением R и индуктивного элемента с индуктивностью L . При этом падение напряжения на катушке uK равно сумме падений напряжений на резистивном элементе uR и индуктивном элементе uL.

В соответствий с законом Ома полное сопротивление цепи Z=U/I. Индуктивный и емкостный элементы характеризуются соответственно ин­дуктивным XL, и емкостным ХE сопротивлениями, определяемыми формулами: XL=ωL; XC=1/( ω C).

где ω = 2πf - угловая частота питающего напряжения;


Рис.3
f- частота питающего напряжения (данной работе f = 50Гц). Величина Х =ХL- XC, называется реактивным сопротивлением. Соотношение активного R реактивного Х и полного Z сопротивлений определяется треугольником сопротивлений (рис.3), откуда следует:

φ=arctg(X/R)=arctg((XL-XC)/R); R=Zcos(φ) ; X=Zsin(φ)

Вектор суммарного напряжения, т.е. напряжения источника

U = UK + UC = UR + UL + UC

Вектор напряжения на резистивном элементе UR (активная составляющая напряжения U) совпадает по направлению с вектором тока I . Действующее значение этого напряжения UR = RI = Ucos()

Вектор напряжения на индуктивном элементе ^ UL (индуктивная составляющая напряжения U) опережает вектор тока I на 90 градусов. Действующее значение этого напряжения UL= ХLI=(UK2-UR2)1/2.




Рис.4



Рис.5



Рис.6



Вектор напряжения на емкостном элементе ^ UC (емкостная составляющая напряжения U) отстает от вектора тока на угол 90 градусов. Действующее значение этого напряжения UC=XCI.

Возможны три различных соотношения параметров ХL и ХC:

1. XL>XC, тогда UL>UC и вектор U опережает вектор I. на угол φ(рис.4)

2. ХLC, тогда ULC и вектор U отстает от вектора I на угол φ (рис.5) (в любом из этих случаев [φ]< 90, т.к. UR ≠0 )

3. ХLC, тогда Х = 0, Z = R, UL = UC . U = UR и вектор ^ U совпадает по направлению с вектором I (рис.6).

Режим работы последовательной цепи синусоидального тока, при ко­тором ток и общее напряжение цепи совпадают по фазе, что соответству­ет совпадению по направлению на векторной диаграмме векторов I и U называется резонансом напряжений.

Резонанс напряжений возникает при соблюдении следующего условия:

XL=XC или ωL=1/( ω C), откуда ω рез=[1/(LC)]1/2

Таким образом, резонанс напряжений в цепи может быть получен за счет изменения одного из следующих параметров: индуктивности катушки L , емкости конденсатора С или частоты питающего напряжения f. В данной работе резонанс напряжений получают с помощью изменения емкости конденсатора.

В режиме резонанса  = 0, полное сопротивление цепи Z приимет минимальное значение, равное R, а следовательно, ток в цепи достигает максимума Iрез = U/Zрез = U/R  max

Напряжения на реактивных элементах UL и UC при резонансе имеют одинаковые действующие значения и противоположны по фазе, т.е. на векторной диаграмме векторы UL и UC имеют равную длину и направлены в противоположные стороны.

Полная мощность цепи S определяется выражением S=UI=ZI2 зависит от мощности, выделяемой на активных элементах цепи (активной мощности Р) и реактивных элементах (реактивная мощность Q). Величины S , Р и Q. связаны между собой как стороны треугольника мощностей (рис.7), который подобен треугольнику сопротивлений.

Для мощностей Р , Q и S справедливы следующие соотношения:

P
Рис.7
=U
RI=RI2=UIcos φ =Scos φ

Q=QR-QC=(UL-UC)I=XI2=UIsinφ=Ssinφ; QL=XLI2; Qc=XCI2; S2=P2+Q2; Ф=arctg(Q/P)

Отношение R/Z или P/S , равное cos φ, называют коэффициентом мощности цепи. По его величине судят о том, какую часть от пол­ной мощности составляет активная мощность.

В режиме резонанса напряжений QL.= QC , следовательно φрез=0 и полная мощность цепи равна активной мощности (Sрезрез).
^

ОБЪЕКТ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ


Объектом исследования служит последовательная цепь, включающая в себя индуктивную катушку с постоянными параметрами R и L, а такяе батарею конденсаторов, емкость которой меняется при помощи переключателей П2. Емкость батареи равна сумме емкостей параллельно включенных конденсаторов. Элементы исследуемой цепи смонтированы на плате 10 передней панели стенда.

В качестве электроизмерительных приборов применяются многопредельный миллиамперметр типа Э-377 и электронный вольтметр (цифровой или стрелочный). Источником питания исследуемой цепи является одна из фаз трехфазного источника.
^

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА


1. Собрать электрическую цепь в соответствии со схемой, изображенной на рис.8 протокола испытаний. После проверки цепи преподавателем подать на нее напряжений, установив выключатель В1(3~36 В) в положение "Вкл."

2. Установить в цепи режим резонанса напряжений. Для этого необходимо постепенно увеличивать емкость батареи конденсаторов с помощью переключателей П2, наблюдая по амперметру за величиной тока I. Достижение током I максимально возможного значения свидетельствует о наступлении режима резонанса напряжений. Записать значения емкости, тока и напряжений при резонансном режиме в третью строку табл.1 протокола испытаний.

3. Провести опыты №1 и №2 npи меньших значениях емкостей, чем в резонансном режиме, а опыты №4 и №5 при больших значениях емкостей, чем в резонансном режиме. При проведении опытов нужно стремиться к тому; чтобы они охватывали как можно больший интервал изменения емкости батареи (примерно от 20 до 90 мкФ). Полученные при этих опытах значения емкости, тока и напряжения записать в табл.1 протокола испытаний.

4. Согласовать с преподавателем результаты экспериментов, после чего разобрать электрическую цепь.
^

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА


1. Для каждого из опытов рассчитать значения активной мощности Р, полной мощности S, коэффициента мощности cos(φ), полного сопротивления цепи Z, напряжений UR и UL. Активная мощность Р вычисляется по формуле Р=RI2, где активное сопротивление R предварительно находится по закону Ома на основе экспериментальных данных резонансного режима (R=Uрез/Iрез). Рассчитанные значения записать в табл. 2 (прил.)

2. По данным табл.2 построить на рис.9 (прил.) графики зависимостей I(C), Z(C), cos φ (С).

3. Для двух опытов, назначенных преподавателем, построить векторные диаграммы тока и напряжении на рис.10 и рис. 11, выбрав в соответствии с экспериментальными данными масштабы по току mI и по напряжению mU. Построение векторных диаграмм рекомендуется осуществлять в следующем порядке;

а) отложить вектор тока ^ I в произвольном направлении;

б) отложить вектор индуктивной составляющей напряжения UL , опережающий вектор тока I на угол 90°;

в) из конца вектора UL построить вектор активной составляющей напряжения UR, совпадающий по направлению с вектором тока I;

г) построить вектор напряжения ^ UK как векторную сумму UL и UR

д) из конца вектора UR построить вектор напряжения на конденсаторе UC, отстающий от вектора тока I на угол 90;

е) построить вектор общего напряжения U, просуммировав векторы напряжений UK и UC.

Примеры векторных диаграмм приведены на рис. 4-6.

КОНТРОЛЬНЫЕ ^ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ

1. Укажите признаки наступления резонанса напряжений в последовательной цепи при изменении емкости конденсатора.

2. Какие векторы на векторной диаграмме имеют при резонансе напряжений одинаковую длину?

3. При каком условии возникает резонанс напряжений и почему?

4. Изобразите векторную диаграмму тока и напряжений в последовательной цепи при ХLC .

5. Изобразите векторную диаграмму тока и напряжений в последовательной цепи при XL< ХC.

6. Изобразите векторную диаграмму тока и напряжений в последовательной цепи при резонансе напряжений.

7. Активное сопротивление цепи равно емкостному и равно половине индуктивного сопротивления. Чему равен угол сдвига фаз между током и напряжением?

8. Полная мощность, коэффициент мощности и активное сопротивлениеe цепи соответственно равны: 1 кВ-А; 0,8; 2 Ом. Чему равно действующее значение тока в цепи?

9. Полная мощность и реактивное сопротивление цепи соответственно равны 400 В-А и 3 Ом. Угол сдвига фаз между током и напряжением равен 30°. Чему равно действующее значение напряжения на клеммах. цепи?
^ ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЙ

к лабораторной работе №5

"Исследование линейной неразветвленной электрической цепи синусоидального тока"




Рис.8




Таблица 1


Номер опыта


С, мкФ


I, мА


U, В


UK, В


UC, В


1












2












3












4












5














^ РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ


Таблица 2


Номер опыта


Р, Вт


S, В-А


Cos(φ)


Z, Ом


UR, В


UL, В


1














2














3














4














5
















Расчетные формулы:
frame11

Векторные диаграммы (mI =___ А/см; mU =___B/cм)

К
а) для опыта № _


Рис.10

б) для опыта №__



Рис.11


раткие выводы по работе:

Группа ____________ Студент _______________ Дата ___________
Преподаватель___________

Похожие:

Исследование линейной неразветвленной электрической цепи с синусоидалыного тока цель работы iconИсследование линейной разветвленной электрической цепи синусоидального тока цель работы
Получить навыка построения векторных диаграмм и научиться их использовать для анализа электрических цепей
Исследование линейной неразветвленной электрической цепи с синусоидалыного тока цель работы iconИсследование линейной электрической цепи постоянного тока со смешанным соединением резисторов
Усовершенствовать навыки сборки электрических цепей и пользования электроизмерительными приборами
Исследование линейной неразветвленной электрической цепи с синусоидалыного тока цель работы icon1. Понятие электрической цепи, электрической схемы, схемы замещения,...
Электрическая цепь  — совокупность устройств, элементов, предназначенных для протекания электрического тока, электромагнитные процессы...
Исследование линейной неразветвленной электрической цепи с синусоидалыного тока цель работы iconРасчетно-графическое задание №1 Анализ линейной электрической цепи постоянного тока

Исследование линейной неразветвленной электрической цепи с синусоидалыного тока цель работы iconРабочая программа -2012 г по курсу «Электротехника, электроника и схемотехника»
...
Исследование линейной неразветвленной электрической цепи с синусоидалыного тока цель работы iconИсследование линейной неразветвленной
Исследовать явление резонанса напряжений, изучить амплитудные и фазовые соотношения в последовательной цепи, содержащей резистор,...
Исследование линейной неразветвленной электрической цепи с синусоидалыного тока цель работы iconЛабораторная работа №8 исследование трехфазной электрической цепи...
Исследовать свойства трехфазной цепи с симметричной и несимметричной нагрузкой, соединенной по схеме " треугольник"
Исследование линейной неразветвленной электрической цепи с синусоидалыного тока цель работы iconПрактическая работа №1 Тема : исследование ципей постоянного тока
Цель: Научится собирать последовательные,параллельные и смешанные цепи постоянного тока правельно подключать приборы для измерения...
Исследование линейной неразветвленной электрической цепи с синусоидалыного тока цель работы iconИсследование нелинейных электрических цепей постоянного тока цель работы
...
Исследование линейной неразветвленной электрической цепи с синусоидалыного тока цель работы iconИсследование трехфазной электрической цепи
Исследовать свойства трехфазной цепи с симметричной и несимметричной нагрузкой, соединенной "звездой"
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2015
контакты
userdocs.ru
Главная страница