42176

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ СОЕДИНЕНИЕМ АКТИВНОГО, ИНДУКТИВНОГО И ЕМКОСТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЙ. РЕЗОНАНС ТОКОВ

Лабораторная работа

Физика

Общие теоретические сведения В схеме рис.1 Векторные диаграммы этой схемы при различных значениях емкости С представлена на рис.9 Рис. Если емкость C конденсатора подобрать так чтобы ток полностью компенсировал реактивную составляющую то общий ток будет совпадать по направлению с напряжением рис.

Русский

2013-10-27

182.5 KB

33 чел.

PAGE  6

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ СОЕДИНЕНИЕМ АКТИВНОГО, ИНДУКТИВНОГО И ЕМКОСТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЙ. РЕЗОНАНС ТОКОВ

Цель работы: Экспериментальное исследование различных режимов работы разветвленной электрической цепи, состоящей из двух параллельных ветвей. В первую ветвь включена катушка индуктивности с постоянными параметрами  L, r, а во вторую ветвь - конденсатор переменной емкости С . Исследование режима резонанса токов.

Общие теоретические сведения

В схеме (рис. 6.1,а) общий ток , согласно первому закону Кирхгофа, равен геометрической сумме токов или сумме комплексных токов в параллельных ветвях:

          (6.1)

Векторные диаграммы этой схемы при различных значениях емкости С представлена на рис. 6.1,б, в, г, д. Сопротивление r  и индуктивность L во время опыта не изменяются, следовательно и ток   будет неизменным по своей величине и отставать от напряжения    на угол  1==const. Ток    может быть разложен на две составляющие:  активную  и реактивную . Составляющая  совпадает по направлению с напряжением , а  - отстает от напряжения  на 900. Эти составляющие связаны с напряжением  соотношениями:

     (6.2)

и                     ,       (6.3)

где          (6.4)

и      -     (6.5)

активная и реактивная проводимости.

Ток в ветви с конденсатором  чисто реактивный и опережает напряжение  на 900, т. е. имеет направление, противоположное реактивной составляющей :

,       (6.6)

где     -       (6.7)

емкостная проводимость.

Величина общего тока определится:

       (6.8)

а угол сдвига между напряжением    и общим током    определяется из соотношения

 cos = Ia /I     (6.9)

,

Рис.6.1. Принципиальная схема (а) и ее векторные диаграммы (б, в, г, д) при различных значениях емкости конденсатора С.  

Если емкость C конденсатора подобрать так, чтобы ток    полностью компенсировал реактивную составляющую , то общий ток будет совпадать по направлению с напряжением  (рис. 6.1,г). Это явление называется резонансом токов. Условие резонансов токов:

  IL = I2  или  UBL= UBC,  или  BL = BC .   (6.10)

При резонансе токов  cos = 1, . Из сети потребляется только активная мощность. Индуктивность и емкость обмениваются реактивной мощностью. Равные по величине и противоположные по знаку токи  и  представляют по существу один реактивный ток, замыкающийся в контуре. Явление резонанса используется в энергетике для улучшения коэффициента мощности электрических установок. При  cos = 1  источники электрической энергии (генераторы, трансформаторы) используются наиболее эффективно, т. к. развивают наибольшую активную мощность

P = Uном Iном cos = Uном Iном    (6.7)

Порядок выполнения работы

1. Электрическая принципиальная схема проведения опыта показана на рис.6.2. Параметры катушки индуктивности  L, r и величина входного напряжения, задаются компьютером по варианту и во время опыта не изменяются.

2. Исследовать схему при изменении емкости конденсатора С от нуля до максимального значения, выполнив 9 замеров: 4 замера до резонанса, резонанс и 4 замера после резонанса.. Результаты измерений свести в таблицу 6.1.

Таблица 6.1

п/п

Измерено

Вычислено

U

I

I1

I2

Р

сos

Z

сos1

Y1

G1

BL

BC

QL

QC

Q

В

А

А

А

Вт

-

Ом

-

Cм

Cм

Cм

См

вар

вар

вар

,

Рис.6.2. Вид активного окна  лабораторной работы №6. Схема для исследования резонанса токов.

Формулы для расчетов:     сos = P/UI ;     Z = U/I ;     cos  1 = P/UI1 ;

;     Y1 = I1/U ;      ;     BС = 1/XС = I2/U ;

QL = BL U2 ;     QC = BC U2 ;     Q = QL - QC .

3. Результаты расчетов занести сначала для проверки в таблицу 6.2 в компьютере (вызвав ее из меню), а затем в такую же таблицу в отчете;

       

 Таблица 6.2

      

      

     

   

 cosφ1

     Cм

     См

    См

   вар

    _

3. Начертить  в  одном  масштабе  векторные  диаграммы  для  случаев:  BL > BC ;  BL = BC;  BL < BC.  Величины активной и реактивной составляющей тока  , определяются по формулам:  Ia = G1U ;  IL =BL U.

4. По результатам измерений (таблица 6.1) начертить зависимости: I ; I1; I2;  P;  Q;  cos ;  Z = f (C) и объяснить их.

5. Дать заключение по результатам проделанной работы.

Контрольные вопросы

1. При каких условиях наступает резонанс токов ?

2. Пояснить физическую сущность изменения проводимостей  BL ;  BC ; Y  при изменении частоты приложенного напряжения.

3. Почему стремятся повысить коэффициент мощности электрических установок ?

4. Почему реактивная мощность всей цепи при резонансе токов равна нулю ?

Рис.6.3. Разветвленные схемы с элементами RLC.

5. При  напряжении   U = 100 B   и   f = 50 Гц  (рис. 6.3,а)  Р = 100 Вт;  QL = 200 вар; QC = 400 вар. Определить мощности при напряжении U = 200 В и  f = 100 Гц.

7. Какое  из  выражений непригодно для определения общего тока I (рис. 6.3,а)     

 ;           ;

        ;         .

8. Начертить векторные диаграммы (рис. 6.3,а) для случаев:

BL > BC ;   BL = BC ;    BL < BC .

9. Как изменяются токи  I  и  IС  (рис. 6.3,б) после включения рубильника, если  XL = XC ?


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

57631. Family relationship 59.5 KB
  I suppose this topic will be interesting for you, because family is very important in the life of any person, isn’t it. So, today we’ll learn more about relationship between children and parents, have a discussion, learn some new vocabulary, do some exercises to remember them better, read a text.
57632. Сім’я та друзі 30.5 KB
  Мета: узагальнити та систематизувати лексичні одиниці по темі «Сім’я та друзі». Застосовувати мовні вміння на практиці, розвивати комунікативні навички, монологічне та діалогічне мовлення...
57634. Особенности кредитования предприятий оптовой и розничной торговли в ООО Банк «Элита» 150.65 KB
  Кредитные операции – это отношения между кредитором и дебитором (заемщиком) по поводу предоставления (получения) во временное пользование денежных средств, их возврата и оплаты.
57635. Fast Food (Advantages and disadvantages) 52.5 KB
  On previous lessons we were speaking about favourite recipes, different kinds of food and about ways and methods of cooking. So, let’s revise. Look on the board, please and tell what you have or don’t have in the fridge? Use your home exercise.
57636. You are as many times a man as many foreign languages you know 45.5 KB
  The people of Babylonia were rich and powerful. They were happy. They love each other and enjoyed working together. But one thing was lacking. Man had only the Earth to enjoy. Because God had kept heaven for himself and his evangels.
57637. Моє улюблене зимове свято 66.5 KB
  In Ukraine this tradition is celebrated on 19 December. Young children put their shoes or boots in front of the chimneys and sing songs. On the next morning they will find a small present in their shoe/boots, ranging from a bag of chocolate coins to a bag of marbles or some other small toy.
57638. INFINITIVE 91 KB
  Use the correct form of the Infinitive: Speak louder if you want... (to hear, to be heard) Don’t talk too much if you want people...(to listen, to be listened) to you. Ask yourself always: how can this... (do, be done). I am glad... (to take, to be taken) your advice.
57639. Travelling. The Visit to Kyiv 55.5 KB
  What is it? Railway station. Imagine that we will go to a trip to Kyiv. This is the map of the centre of Kyiv. So, the topic of our lesson is “The Visit to Kyiv”. Children, who helps us to know more about interesting places?