Исследование линейной разветвленной электрической цепи синусоидального тока цель работы


Скачать 151.71 Kb.
НазваниеИсследование линейной разветвленной электрической цепи синусоидального тока цель работы
Дата публикации20.07.2013
Размер151.71 Kb.
ТипИсследование
userdocs.ru > Физика > Исследование
Лабораторная работа №6

ИССЛЕДОВАНИЕ ЛИНЕЙНОЙ РАЗВЕТВЛЕННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА

ЦЕЛЬ РАБОТЫ


  1. Исследовать явление резонанса токов.

  2. Установить связь токов в цепи с емкостью конденсатора.

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

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ


В данной работе исследуется разветвленная электрическая цепь, состоящая из параллельно соединенных катушки индуктивности и конденсатора, и подключенная к источнику синусоидального напряжения. Схема цепи представлена на рис.1.

Т


Рис.1



Рис.2
ак как реальная катушка индуктивности обладает активным сопротивлением, ее целесообразно представить в виде эквивалентной схемы замещения. В отличие от работы №5 в денном случае удобнее воспользоваться параллельной схемой замещения катушки индуктивности, где параллельно включены резистивный элемент о активной проводимостью G и индуктивный элемент с индуктивной проводимостью Bl (рис.2). Конденсатор обладает емкостной проводимостью Вс.

Активная и реактивная проводимости связаны с соответствующими сопротивлениями следующими соотношениями:

G=R/ZK; B=XL/ZK; BC=1/XC; где ZK2=RK2+XL2

В соответствии c законом Ома полная проводимость цепи Y=I/U, а полная проводимость катушки индуктивности YK=IK/U

С


Рис.3
оотношение активной G, реактивной B=BL-BC проводимостей определяется треугольником проводимостей для всей цепи (рис.3), откуда следует:



φ=arctg B/G =arctg (BL-BC)/G; G=Ycos φ; B=Ysin φ.

А


Рис.4
налогично из треугольника проводимостей для катушки (рис.4) YK2=G2+BL2; φK=arctg(BL/G); G=YKcos(φK);

BL=YKsin(φK)

В соответствии с первым законом Кирхгофа I = Iк + Iс= Iак + Iрк + Iс.

Вектор активной составляющей тока катушки Iак совпадаем по направлению с вектором напряжения U. Действующее значение активной составляющей Iак=GU=IKcos(φK)=Icos (φ)

Вектор реактивной составляющей тока катушки ^ Iрк отстает от вектора напряжения U на 900 градусов. Действующее значение реактивной составляющей Iрк=BLU=Uк sin (φ K)=(Iк2-Iак2)1/2

Вектор тока конденсатора IC опережает вектор напряжения на 900 градусов. Действующее значение этого тока Iс=BсU

Действующее значение общего тока I в цепи и угол сдвига фаз φ между общим током и напряжением определяются соотношениями;

; ;

Возможны три различных соотношения параметров BL и BC

1. ВL> BC , тогда IPK >IC и вектор тока ^ I отстает от вектора напряжения U на угол φ (рис.5).

2


Рис.5

.
ВLC , тогда IPKC и вектор тока I опережает вектор напряжения U на угол φ (рис.6).

3. ВLC тогда В=0, IPK=IC,Y=G, I=IAK и вектор ^ I совпадает по направлению с вектором U

Р


Рис.6

ежим работы параллельной цепи синусоидального тока, при котором напряжение и общий ток совпадают по фазе, что соответствует совпадению по направлению векторов U и I на векторной диаграмме, называется резонансом токов.

Условием резонанса является равенство индуктивной и емкостной проводимостей параллельных ветвей, т.е. ВL = ВC.

Р


Рис .7

ежима резонанса токов можно достичь путем изменения одного из следующих параметров: индуктивности катушки L , емкости конденсатора C, активного сопротивления катушки R или частоты питающего напряжения f. В данной работе резонанс токов получают путем изме­нения емкости конденсатора.

При резонансе токов φ=0, полная проводимость цепи Y принимает минимальное значение, равное G, а следовательно, минимальным будет и общий ток Iрез=UYрез=UG → min

Реактивная составляющая тока катушки iрк и ток конденсатора IC при резонансе токов имеют одинаковые действующие значения и отличаются по фазе на 180 градусов, т.е. на векторной диаграмма векторы IKP и IC имеют равную длину и противоположно направлены.

Полная мощность всей цепи S и полная мощность катушки SK определяются соответственно выражениями:



где P = IркU=GU2=Scos φ - активная мощность;

QL = IркU=BLU2=Sкsin φк - реактивная мощность катушки;

Q= QL – QC=Ssin φ - реактивная мощность всей цепи:

QC = ICU = BCU2 - реактивная мощность конденсатора.

В режиме резонанса .токов QL=QC, т.е. Q = 0 и полная мощность цепи равна активной мощности (Sрезрез).
^

ОБЪЕКТ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ


Объектом исследования служит разветвленная цепь, состоящая из . параллельно включенных индуктивной катушки с неизменными параметрами и батареи конденсаторов, емкость которой можно менять при помощи переключателей. Емкость батареи равна сумме емкостей конденсаторов, включенных параллельно. Элементы исследуемой цепи смонтированы на плате №10 передней панели стенда.

В качестве электроизмерительных приборов используются многопредельный миллиамперметр Э-377 и электронный вольтметр (цифровой или стрелочный). Питание исследуемой цепи осуществляется линейным напряжением 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 непряжение, установив выключатель В1(3~36 В) в положение "Вкл.".

2. Установить в цепи режим резонанса токов. Для этого необходимо постепенно увеличивать емкость батареи конденсаторов с помощью переключателей П2, наблюдая по амперметру за величиной общего тока Минимальное значение общего тока I свидетельствует о наступлении режима, резонанса токов. Записать значения емкости, токов и напряжения при резонансном режиме в третью табл.1 протокола испытаний.

3. Провести опыты №1 и №2 при меньших значениях емкостей, а опыты №4 и №5 при больших значениях емкостей, чем в резонансном режиме. При проведении опытов следует стремиться к тому, чтобы охватить как можно больший интервал изменения емкости батареи конденсаторов. Полученные при этих опытах значения емкости, токов 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 активную мощность Р, полную мощность S , коэффициент мощности cosφ и полную проводимость ^ Y. Активная мощность Р вычисляется по формуле Р= GU2, где активная проводимость G предварительно находится по формуле: G=Iрез/Uрез. Рассчитанные значения записать в табл.2 (прил.).

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

3. Для двух опытов, назначенных преподавателем, построить векторные диаграммы токов и напряжения на рис.10 и рис.11, выбрав в соответствии с экспериментальными данными масштаба для векторов токов mI и напряжения mU. Построение векторных диаграмм рекомендуется осуществлять в следующем порядке;

  1. отложить вектор напряжения ^ U в произвольном направлении;

  2. отложить вектор активной составляющей тока катушки индуктивности IAK, совпадающий по направлению с вектором напряжения U. Действующее значение IAK =Iрез.

  3. отложить вектор реактивной составляющей тока катушки индуктивности IPK, отстающий от вектора напряжения U на угол 90 градусов. Действующее значение IPK2=I2-IAK2.

  4. построить вектор IK как векторную сумму IAK и IPK;

  5. отложить вектор тока конденсатора IC , опережающий вектор напряжения U на угол 90 градусов;

  6. построить вектор общего тока I, просуммировав векторы IK и IR.

Примеры векторных диаграмм приведены на рис.5-7.
^

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ


1. Укажите признаки наступления резонанса токов в параллельной цепи при изменении емкости конденсатора.

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

3. При каком условии возникает резонанс токов и почему?

4. Изобразите векторную диаграмму напряжения и токов в параллельной цепи при ВL>BC.

5. Изобразите векторную диаграмму напряжения и токов в параллельной цепи при BLC..

6. Изобразите векторную диаграмму напряжения и токов в параллельной цепи при резонансе токов.

7. Полная мощность цепи, проводимость и ток емкостной ветви соответственно равны: 200 В-А, 0,04 См, 2 А. Чему равна полная проводимость цепи?

8. Активная мощность и ток цепи соответственно равны 100 Вт и 10 А. Угол сдвига фаз между током и напряжением равен 60°. Чему равна активная проводимость цепи?

9. Полная и реактивная мощности цели соответственно равны 1 кВА и 600 вар. Активная составляющая общего тока цепи равна 16 А. Чему равна реактивная проводимость цепи?

10. Ток катушки равен 6 А и отстает по фазе от напряжения на 37 градусов. Чему равен общий ток цепи, если он опережает напряжение на 53 градуса?

11. Напряжение на зажимах цепи, активная проводимость и реактивная мощность катушки соответственно равны: 100 В, 0,06 См, 800 вар. Чему равен ток катушки?

12. Общий ток цепи равен 1А и совпадает по фазе с напряжением. Ток катушки отстает от напряжения по фазе на угол 45 градусов. Чему равен ток емкостной ветви?

13.Полная мощность, полная и реактивная проводимости цепи соответственно равны: 200 В-А, 0,5 См, 0,4 см. Чему равна активная составляющая тока катушки?

14. Полная мощность катушки, проводимость и ток емкостной ветви соответственно равны: 800 В-А, 0,1 См, 10 А. Ток катушки отстает по фазе от напряжения на угол 30 градусов. Чему равна реактивная составляющая тока катушки?

15. Активная проводимость катушки, мощность и проводимость емкостной ветви соответственно равны: 0,3 См, 40 вар, 0,.4 См. В цепи имеет место резонанс токов. Чему равна полная мощность катушки?

^ ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЙ




Рис.8
к лабораторной работе №6 «Исследование линейной разветвленной электрической цепи синусоидального тока»

Таблица 1

Номер опыта


С, мкФ


I,mA

IK, мА

IC, мА

U, В

1












2












3












4












5


































Таблица 2


Номер опыта


P, Вт


S, B-A


cos(φ )


Y, См


1










2










3










4










5









^ РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ
В

Cos φ

Y,См

I, А































1,0














































0,9





















































































0,7





















































































0,5





















































































0,3


















































































C, мкФ

0,1

















































0




20

40

60

80

100

Рис.9
екторные диаграммы (mU=___В/cm; mI=____ A/cm)

К
а) для опыта № ____



Рис. 10

б) для опыта № ____



Рис. 11
раткие выводы по работе:


Группа ____________ Студент _______________ Дата ___________

Преподаватель___________

Похожие:

Исследование линейной разветвленной электрической цепи синусоидального тока цель работы iconИсследование линейной неразветвленной электрической цепи с синусоидалыного тока цель работы
Установить связь между током, напряжениями на элементах цепи и емкостью конденсатора
Исследование линейной разветвленной электрической цепи синусоидального тока цель работы iconИсследование линейной электрической цепи постоянного тока со смешанным соединением резисторов
Усовершенствовать навыки сборки электрических цепей и пользования электроизмерительными приборами
Исследование линейной разветвленной электрической цепи синусоидального 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 разветвленной электрической цепи синусоидального тока цель работы iconРасчетно-графическое задание №1 Анализ линейной электрической цепи постоянного тока

Исследование линейной разветвленной электрической цепи синусоидального тока цель работы iconРабочая программа -2012 г по курсу «Электротехника, электроника и схемотехника»
...
Исследование линейной разветвленной электрической цепи синусоидального тока цель работы icon1 3 Задача. Расчёт разветвлённой линейной цепи постоянного тока
...
Исследование линейной разветвленной электрической цепи синусоидального 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 разветвленной электрической цепи синусоидального 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 разветвленной электрической цепи синусоидального тока цель работы iconИсследование нелинейных электрических цепей постоянного тока цель работы
...
Исследование линейной разветвленной электрической цепи синусоидального тока цель работы iconТрехфазные цепи являются разновидностью цепей синусоидального тока,...
Однако определенная специфика многофазных цепей вносит характерные особенности в их расчет, что, в первую очередь, касается анализа...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


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