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

31 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

76152. Специальные операции реляционной алгебры 27.82 KB
  Основная идея реляционной алгебры состоит в том что коль скоро отношения являются множествами то средства манипулирования отношениями могут базироваться на традиционных теоретикомножественных операциях дополненных некоторыми специальными операциями специфичными для баз данных.
76153. Технологии 3Dпечати 419.7 KB
  Исходным продуктом является жидкий фотополимер в который добавлен специальный реагентотвердитель и эта смесь напоминает всем известную эпоксидную смолу только в обычном состоянии она остается жидкой а полимеризуется и становится твердой под воздействием ультрафиолетового лазера.
76158. Проблема організації доступу учнів до Інтернету за умов обмеженої кількості компютерів в класі. Різні форми організації роботи в Інтернеті 42.88 KB
  Подумати тільки якщо Інтернет за такий короткий час розвитку робить такі неуявні речі то що буде в майбутньому Інтернет увійде в кожен будинок. Використання Інтернету буде настільки ж багатогранно як багатогранна й саме життя...
76159. Утренняя гигиеническая Гимнастика 90 KB
  Формирование человека на всех этапах его эволюционного развития проходило в неразрывной связи с активной мышечной деятельностью. Организм человека развивается в постоянном движении. Сама природа распорядилась так что человеку необходимо развивать свои физические способности.