70843

ИССЛЕДОВАНИЕ ЦЕПЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С АКТИВНЫМИ И ИНДУКТИВНЫМИ СОПРОТИВЛЕНИЯМИ

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

В работе необходимо последовательно произвести измерения параметров двух различных схем рисунки 43. Физическое обоснование эксперимента Прежде чем приступить к выполнению работы необходимо ознакомиться с главами Переменный электрический ток Построение векторных диаграмм...

Русский

2014-10-28

217 KB

6 чел.

Лабораторная работа 43

ИССЛЕДОВАНИЕ ЦЕПЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С АКТИВНЫМИ И ИНДУКТИВНЫМИ СОПРОТИВЛЕНИЯМИ.

Цель и задачи работы

Цель работы:

Показать, что в отличие от цепей постоянного тока, в цепях переменного тока при параллельном включении активного и индуктивного сопротивлений векторная сумма токов ветвей меньше их алгебраической суммы, а при последовательном включении - векторная сумма напряжений на отдельных участках цепи меньше их алгебраической суммы. Это обусловлено возникновением сдвига фаз между током и напряжением при наличии в цепи реактивной нагрузки (в данной работе – катушки индуктивности).

При параллельном включении активного и реактивного сопротивлений токи в этих ветвях не совпадают по фазе. При их последовательном включении возникает сдвиг фаз между падениями напряжения на различных сопротивлениях. (См. «Ведение. Понятие о векторных диаграммах».)

Возможно еще цель, связанная с мощностями?

Задачи работы:

  1.  Построение векторных диаграмм напряжений и токов и вычисление индуктивности цепи.
  2.  Построение треугольников сопротивлений и проводимостей.
  3.  Определение активной, реактивной и полной мощности цепей.
  4.  Построение треугольников мощностей.

Описание установки.

В работе необходимо последовательно произвести измерения параметров двух различных схем рисунки 43.1 и 43.2. Обе схемы составляются из одних и тех же элементов, но в первом опыте активное и индуктивное сопротивления включаются последовательно, а во втором – параллельно.

В качестве активного сопротивления используется ламповый реостат (на схеме обозначен r). Его сопротивление изменяется путем включения и выключения ламп накаливания.

В качестве реактивного сопротивления используется катушка индуктивности L, индуктивность которой можно изменять, вдвигая и выдвигая сердечник.

Реостат R0 регулирует входное напряжение U0 , измеряемое вольтметром V0. Ваттметр W измеряет активную мощность P. Амперметр А0 измеряет общий ток I0. Реостат R1 позволяет дополнительно увеличивать активное сопротивление участка цепи, включающего индуктивность.

Вольтметры V1 и V2 в первой схеме измеряют падения напряжения U1 и U2  на индуктивном и чисто активном сопротивлениях, соответственно. Амперметры А1 и А2 во второй схеме измеряют токи:  I1  -протекающий по ветви содержащей индуктивность, и I2 протекающий по ветви состоящей из чисто активного сопротивления.

В этой работе наиболее наглядные результаты можно получить, если на входах, как первой, так и второй схем установить одинаковые значения I0 , U0  и P.

Физическое обоснование эксперимента

Прежде чем приступить к выполнению работы, необходимо ознакомиться с главами «Переменный электрический ток», «Построение векторных диаграмм», «Мощность переменного тока».

Порядок выполнения работы

  1.  Собрать схему (Рис. 43.1).

Рис. 43.1.

  1.  В собранной схеме с помощью реостатов установить значения U0, I0, P по указанию преподавателя. Установку следует производить, регулируя R0, L, R1 и r.
  2.  Записать результаты измерений в таблицу 43.1 (опыт 1).
  3.  Собрать схему (Рис. 43.2).

Рис. 43.2.

  1.  Установить значения U0, I0, и P1 такие же, как в первом опыте. Установку производить, регулируя L, R1 и r.
  2.  Записать результаты измерений в таблицу 43.1 (опыт 2).

Обработка результатов измерений

  1.  По результатам опыта 1 построить векторную диаграмму напряжений (Рис. 43.3а).

Рис. 43.3.

  1.  По результатам опыта 2 построить векторную диаграмму токов (Рис. 43.4а).

Рис. 43.4.

  1.  В соответствии с приведёнными ниже указаниями произвести расчёты, результаты которых занести в таблицы 43.2 и 43.3.

Примечание. Все векторные диаграммы строятся обязательно на миллиметровой бумаге в удобном векторном масштабе, который указывается сбоку на диаграмме.

Таблица 43.1

Опыт 1 (Рис. 43.1)

Опыт 2 (Рис. 43.2)

U0, B

I0, A

P, Bт

U1, B

U2, B

U0, B

I0, А

P, Bт

I1, A

I2, A

Таблица 43.2

S1, Bт

cosφ

φ

UR, B

UL, B

R, Ом

XL, Ом

Z, Ом

L, Гн

P1, Вт

Q1, ВАр

Таблица 43.3

S2, BA

cosφ

φ

Ig, A

IL, A

g, см

bL,см

y, см

L, Гн

P2, Вт

Q2, ВАр

Указания по расчётам и построению диаграмм

При построении векторной диаграммы напряжений (Рис. 43.3а) исходным считается вектор тока I. Вектор напряжения U2 совпадает по фазе с вектором I0, следовательно, его величину, в выбранном масштабе, следует отложить на диаграмме вдоль направления вектора тока. Участок цепи, на котором измерено U1, включает и активное и индуктивное сопротивления, поэтому вектор U1опережает по фазе вектор тока, но на угол меньший, чем π/2, т.е. будет направлен влево вверх от конца вектора U2. Чтобы построить вектор U1 на диаграмме необходимо с помощью циркуля провести дугу радиуса равного модулю U1 (в выбранном масштабе) с центром в точке, совпадающей с концом вектора U2. А из начала вектора U2 дугу радиусом равным модулю U0. Пересечение этих двух дуг и определит направления векторов U0 и U1. Далее вектор U0 раскладывается на два составляющих вектора: Ur  совпадающий по фазе с током и UL, опережающий ток на π/2.

При построении векторной диаграммы токов (Рис. 43.4а) за исходный вектор принимается вектор напряжения U0. Вектор тока I2 совпадает по фазе с вектором U0 и, следовательно, его (в определенном масштабе) следует построить в том же направлении. Так как при индуктивном сопротивлении участка цепи вектор тока отстает от вектора приложенного напряжения, то вектор тока I1 будет отставать по фазе от вектора U0. Но, поскольку этот участок включает и активное сопротивление, то угол отставания меньше π/2. Следовательно, I1 направлен вправо вверх от конца вектора I2. Чтобы его построить, надо провести дугу радиусом равным модулю I1 с центром в точке совпадающей с концом I2. А из начала I2 - дугу радиусом I0. Пересечение дуг определит направления векторов I1 и I0.

Далее вектор I0 раскладывается на два составляющих вектора: Ig, совпадающий по фазе с вектором U, и вектор IL, отстающий от этого вектора на угол π/2.

  1.  По данным таблицы 43.1 определить:
    1.  Полную мощность цепи:

Q = U0·I0. (надо ли значки при мощностях 1 и 2)

  1.  Коэффициент мощности цепи и угол φ:

cosφ = ;   φ = arccos

(полученное значение φ сравнить с углом φ на векторной диаграмме).

  1.  Из векторной диаграммы (Рис. 43.3а) определить активную и реактивную составляющие напряжения UR = I0·R и UL = I0·XL.
    1.  Вычислить стороны треугольника сопротивлений R, XL, Z: активное сопротивление R = UR/ I0, индуктивное XL = UL/ I0, полное Z = U0/ I0. Построить треугольник сопротивлений в удобном масштабе (Рис. 43.3б).
    2.  Вычислить индуктивность цепи по формуле: .
    3.  Вычислить активную, реактивную и полную мощности по формулам: P = I02·R (), Q = I02·XL, S = I02·Z (P сравнить со значением, определённым по ваттметру, Q сравнить со значением, полученным в пункте а). Построить в удобном масштабе треугольник мощностей (Рис. 43.3в).

Все результаты расчёта занести в таблицу 43.2.

  1.  По данным таблицы 43.1 (опыт 2) определить:
  2.  Полную мощность цепи:

Q2 = U0·I0. . (надо ли значки при мощностях 1 и 2)

  1.  Коэффициент мощности цепи и угол φ:

cosφ = ; φ = arccos

(полученное значение φ сравнить с углом φ на векторной диаграмме).

  1.  Из векторной диаграммы (Рис. 43.4а) определить активную и реактивную составляющие тока Ig = U·g и IL = U·bL.
  2.  Вычислить стороны треугольника проводимостей:

активную g = Ig/U; индуктивную bL = IL/U; полную y = I0/U.

По этим данным построить треугольник проводимостей (Рис. 43.4б).

  1.  Вычислить индуктивность цепи

.

  1.  Построить треугольник мощностей (Рис 43.4в) по значениям P2 = U2·g (полученную величину сравнить со значением, определённым по ваттметру); Q2 = U2·bL , S2 = U2·y.

Результаты расчёта записать в таблицу 43.3.

Выводы:

  •  Следует убедиться в том, что для рассмотренных цепей выполняется закон Ома:

; .

  •  Следует убедиться, что элементы треугольника сопротивлений и проводимостей связаны соотношением:

; ; ; .


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

68402. Элементарные измерительные преобразователи 153 KB
  Однако элементарные преобразователи и измерительные приборы обычно не обеспечивают требуемых метрологических характеристик преобразования: малой погрешности стабильности линейности чувствительности а также достаточной мощности выходного сигнала.
68403. Промежуточные (вторичные, нормирующие) преобразователи 145.5 KB
  Метод уравновешивающего преобразования характеризуется тем что в приборах используется две цепи преобразования: прямая и обратная роли которых резко отличаются. Цепь прямого преобразования служит для обнаружения степени неравновесия.
68404. Автоматические регуляторы 562 KB
  Регулирующее воздействие формируется в зависимости от заданного значения величины регулируемого параметра Регулирующее воздействие формируется в результате автоматического поиска т. Недостаток: сложность принципиальной электрической схемы регулирования что предъявляет повышенные требования...
68405. Исполнительные механизмы и регулирующие органы 561.5 KB
  Исполнительный механизм преобразует выходной сигнал регулятора в перемещение регулирующего органа. ИМ должен сохранять равенство между перемещением выходного элемента и рабочим ходом штока затвора регулирующего органа.
68406. Конвективный теплообмен в однофазной среде 67.5 KB
  Конвективным теплообменом называется процесс передачи теплоты при движении жидкости или газа. Под конвекцией понимают процесс переноса теплоты при перемещении макрочастиц в жидкости или газе в пространстве из области одной температуры в область с другой температурой.
68409. Дифференциальные уравнения динамического пограничного слоя 1.09 MB
  Область действия сил вязкости можно определить первой подобластью, то есть пограничным слоем. Точнее в этой подобласти силы инерции и силы вязкости рассматриваются как величины одного порядка. Во внешнем потоке силами вязкости можно пренебречь. То есть можно считать внешний поток жидкости идеальный.