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

38 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 ?