11431

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Лабораторная работа

Физика

Часть II. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Цель задания: 1 Овладеть методикой измерения мощности в цепи переменного тока. 2 Определить угол сдвига фаз в цепи переменного тока используя ваттметр. Оборудование: к перечню приборов необходимых для выполн...

Русский

2013-04-07

257.5 KB

8 чел.

Часть II. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Цель задания:

1) Овладеть методикой измерения мощности в цепи переменного тока.

2) Определить угол сдвига фаз в цепи переменного тока, используя ваттметр.

Оборудование:

к перечню приборов, необходимых для выполнения основных заданий, добавить ваттметр.

ТЕОРИЯ

Средняя мощность за период, развиваемая переменным током на участке цепи с известным напряжением, выражается соотношением

Р = Iэф.Uэф. cos   (1),

где Iэф и  Uэф эффективные значения тока и напряжения, равные соответственно

, ,

- сдвиг фаз между током и напряжением,

R - сопротивление цепи,

L - индуктивность,

С – емкость,

- частота тока.

Среднее значение мощности может быть измерено при помощи специальных приборов - ваттметров. Ниже приводится описание ваттметра электродинамической системы.

Устройство и способ включения электродинамического ваттметра поясняется рисунком 3 на стр. 18.

Ваттметр состоит из двух катушек - неподвижной катушки А с малым сопротивлением, включаемой в цепь переменного тока последовательно с тем участком, в котором надо произвести измерение мощности, и вращающейся катушки В с большим сопротивлением, включаемой параллельно исследуемому участку цепи. Вращающаяся катушка снабжена противодействующими пружинами аналогично рамке приборов магнитоэлектрической системы

Если по катушке А и по исследуемому участку цепи течет ток;

iI =i0 sin ( t + ),

то ток в катушке В пропорционален напряжению на том же участке. Это напряжение в общем случае не в фазе с током и, следовательно, может быть записано в виде

u=u0 sin t,

а ток в катушке В -cоответственно в виде:

t.

Мгновенное значение вращательного момента сил, приложенных к подвижной рамке ваттметра, равно:

t

Из этой формулы видно, что М есть функция времени того же вида, что и известное выражение для мгновенного значения мощности переменного тока:

р= i0sin ( t+) sin t

Вращающаяся система ваттметра обладает большим периодом колебаний и значительным затуханием. Ее устойчивое отклонение от положений равновесия при прохождении тока через рамку определяется равенством момента упругих сил пружинок и среднего значения за период момента электродинамических сил:

t+)sint. dt=

(2).

Таким образом, среднее за период значение момента, определяющее угол поворота подвижной рамки, пропорционально средней мощности, развиваемой переменным током на участке цепи, к которому подключен ваттметр. Колебания энергии, происходящие в цепи переменного тока без расхода на совершение внешней работы,  не влияют на показания ваттметра, учитывающего только так называемую активную (расходуемую) мощность переменного тока.

МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ

1.Собрать цепь переменного тока по схеме, изображенной на рис.3. Можно измерения мощности  проводить одновременно с выполнением основных заданий при тех же значениях силы тока и напряжения.

2. Измерить силу тока, напряжение и мощность на участке “R, C, L”.

3. Из формулы (1) определить cos .

  1.  Рассчитать активное сопротивление по формуле (3), сравнить его с величиной омического сопротивления R.

  (3)

5. Рассчитать реактивное сопротивление по формуле (4), сравнить с результатами измерений хс и хL

 (4)

Нужно иметь в виду, что активная мощность в цепи переменного тока расходуется по ряду причин:

  1.  Джоулево тепло, которое по закону Джоуля-Ленца пропорционально квадрату тока и омическому сопротивлению;
  2.  Нагревание железных сердечников катушек индуктивности (если таковые имеются в цепи) вихревыми токами;
  3.  Гистерезис (перемагничивание железных сердечников).
  4.  Переполяризация в диэлектриках конденсаторов;
  5.  Потери на излучение, проявляющиеся при более высоких частотах переменного тока.

Все эти причины определяют величину активного сопротивления цепи.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Показать, что средняя за период мощность переменного тока выражается соотношением P= IэфUэфcos.

2. Что такое активное сопротивление? Чем оно отличается от омического?

3. Что такое реактивное сопротивление? Будет ли расходоваться мощность переменного тока в цепи, содержащей только реактивное сопротивление?

  1.  Почему нагреваются железные сердечники катушек индуктивности?

Какой сердечник греется сильнее: сплошной или набранный из пластин и почему?

5. Каков принцип действия ваттметра электродинамической системы?


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

75609. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ СИГНАЛА. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОДОБИЯ СИГНАЛОВ. КОРРЕЛЯЦИЯ 136 KB
  Элемент из этого числового набора называется компонентом вектора. Это означает что анализ вектора f аналогичен анализу функции непрерывного сигнала ft если она не имеет точек разрыва. Для этого необходимо определить понятия: расстояния между векторами скалярное расстояние норма вектора...
75610. РАЗЛОЖЕНИЕ ФУНКЦИЙ В ДЕЙСТВИТЕЛЬНЫЙ РЯД ФУРЬЕ 282.5 KB
  В последнем соотношении колебание самого большого периода, представленное суммой cost и sint, называют колебанием основной частоты или первой гармоникой. Колебание с периодом, равным половине основного периода, называют второй гармоникой
75611. РАЗЛОЖЕНИЕ ФУНКЦИЙ В КОМПЛЕКСНЫЙ РЯД ФУРЬЕ 60.5 KB
  Это и есть разложение в комплексный ряд Фурье. Коэффициенты Сk называются комплексными коэффициентами Фурье и, подобно действительным коэффициентам Фурье, вычисляются как скалярные произведения
75612. КЛЮЧЕВЫЕ ОПЕРАЦИИ ЦОС 191 KB
  Применяется для вычисления выходного сигнала yt линейной системы по заданному входному xt и известному импульсному отклику ht рис. Линейными называются системы для которых справедлив принцип суперпозиции отклик на сумму входных сигналов равен сумме откликов на эти сигналы по отдельности и принцип однородности изменение амплитуды входного сигнала вызывает пропорциональное изменение амплитуды выходного сигнала. Для реальных систем объектов свойство линейности может выполняться приближенно В системах цифровой обработки...
75613. ПРОГРАММИРОВАНИЕ КЛЮЧЕВЫХ ОПЕРАЦИЙ ЦОС В MATLAB 51.5 KB
  Основные арифметические операции в MATLAB: сложение, вычитание, умножение , деление и возведение в степень. Операции умножения, деления и возведения в степень рассчитаны на работу с матрицами, поэтому при поэлементных операциях они записываются
75614. Цифровая фильтрация 152 KB
  согласованные фильтры; фильтры для борьбы с шумами при нелинейных и нестационарных процессах фильтр ГильбертаХуанга Выбор способа борьбы с шумами должен производится с учетом свойств и особенностей информативного сигнала и помехи. Чем в большей степени свойства сигнала и шума априори известны тем может быть получен больший эффект от цифровой обработки. Кроме того несмотря на обилие стандартных доведенных до уровня готовых программ цифровой обработки с учетом конкретных априори известных свойствах информативного сигнала и шума может...
75615. ОПТИМАЛЬНАЯ И СОГЛАСОВАННАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ 170.5 KB
  Оптимальная фильтрация Оптимальное выделение сигнала из шума можно проводить различными методами в зависимости от того какая задача ставится: обнаружение сигнала сохранение формы сигнала и т. В каждом методе оптимальной фильтрации вводится понятие критерия оптимальности согласно которому строится оптимальный алгоритм обработки сигнала. Оптимальный фильтр КолмогороваВинера Фильтры низкой частоты высокой частоты и полосовые фильтры эффективны в том случае когда частотные спектры сигнала и шума не...
75616. ПРИМЕНЕНИЕ ЦОС ДЛЯ ОБРАБОТКИ КОРОТКИХ СИГНАЛОВ. ОКОННАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ 233.5 KB
  В том случае если анализируется одночастотный сигнал и он занимает все временное окно массив частотного спектра содержит только один ненулевой элемент номер которого равен количеству периодов сигнала во временном окне. Если же сигнал занимает не все временное окно а его часть то частотный спектр будет растекаться т. Для упрощения записи формулы приводятся в аналитической а не в дискретной форме с временным окном...
75617. ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ФОРМИРОВАНИЯ НАНОЧАСТИЦ КОБАЛЬТА В СТРУКТУРЕ ПОЛИМЕРНЫХ МАТРИЦ НА ОСНОВЕ МОДИФИЦИРОВАННОГО ТЕТРАФТОРЭТИЛЕНА 7.57 MB
  Влияние концентрации исходного раствора хлорида кобальта при имплантации ионов кобальта в полимерную матрицу на основе политетрафторэтилена на размер получаемых наночастиц кобальта; влияние концентрации исходного раствора хлорида кобальта при имплантации ионов кобальта в полимерную матрицу на основе политетрафторэтилена на глубину проникновения наночастиц кобальта;