Меню

Лабораторная работа исследование электрических цепей переменного тока



Лабораторная работа № 8 — Исследование разветвленной цепи переменного тока

Лабораторная работа № 8

Тема: Исследование разветвленной цепи переменного тока. Резонанс токов

Цель: Исследование разветвленной цепи переменного тока, содержащей активный реактивные элементы; получение резонанса токов; построение по опытным данным векторных диаграмм.
Студент должен:

— условия возникновения резонанса токов в цепях переменного тока с параллельным соединением элементов.

— рассчитывать активные, реактивные и полное сопротивления цепи, со sφ , активные, реактивные токи, строить векторные диаграммы,

Теоретическое обоснование

Рассмотрим электрическую цепь, состоящую из двух параллельных ветвей, одна из которых содержит активное сопротивление R и индуктивность L, а другая емкость С (рисунок 8.1). Действующее значение тока в каждой ветви определяется по закону Ома.

Ток в первой ветви

Этот ток отстает по фазе от напряжения на угол ф1, косинус которого равен

Активная и реактивная составляющие тока в первой ветви

Ток во второй ветви, содержащей емкость, опережает приложенное напряжение на угол 90′ и находится по формуле

Ток в неразветвленной части цепи может быть определен как геометрическая сумма токов ветвей

где Ia = Ia 1, а Ip = I L — I C

hello_html_m1f7a55d.jpg

Рисунок 8.1 – Цепь переменного тока с параллельным соединением активно-индуктивного и емкостного сопротивлений

Этот ток может отставать на угол ф от напряжения цепи, если I L > I C (рисунок 8.2,а),может опережать его если I L I C (рисунок 8.2,б), и совпадать с ним если IL = IC (рисунок 8.2,в). В последнем случае наступает явление резонанса токов

При резонансе токов I P =0, I 0 = I a , P = S = UI так как ф=0,а Cos ф=1

Отсутствие влияния реактивных сопротивлений на значение тока при резонансе токов объясняется взаимной компенсацией реактивных составляющих токов I L и I C , которые сдвинуты по фазе на 180° и имеют одинаковые абсолютные значения. Следует отметить, что при резонансе токов токи ветвей могут быть больше тока в неразветвленной части которая в момент резонанса достигает минимального значения.

Резонанс токов может быть получен подбором параметров цепи заданной частоте источника питания или частоты источника питания заданных параметрах цепи

Явление резонанса используют в установках для повышения коэффициента мощности путем подключения параллельно приемнику параметрами R , L конденсаторной батареи емкостью

Что приведет к полной компенсации реактивной мощности с установлением коэффициента мощности Cosφ =1

Если C 0 ≠ C , ток I в неразветвленной части цепи увеличивается по сравнению с прежним током I 0 и в электрической цепи имеет место недокомпенсация или перекомпенсация реактивной мощности. Оба случая нежелательны, так как при неизменной активной мощности увеличение тока I вызывает дополнительные потери энергии в соединительных проводах. Вот почему стремятся к тому, чтобы cosφ 1 установки был близок к единице

hello_html_5e026248.png

Рисунок 8.2 – Векторные диаграммы токов и напряжения при параллельном соединении катушки индуктивности и конденсатора

Приборы и оборудование

Для сборки лабораторной схемы используются следующее оборудование:

Источник питания частотой 50 Гц переменного тока с лабораторным автотрансформатором (ЛАТР);

L 1, L 2- катушки индуктивности без сердечника;

C1,C2 -магазины емкостей;

Ознакомится с приборами и оборудованием, используемым в работе.

Собрать цепь по схеме рисунок 8.3. Дать проверить преподавателю.

Включить цепь. Установить на входе ЛАТР напряжение 50 В. Величину этого напряжения сохранять неизменной

Изменяя емкость конденсаторов, проследить характер изменения тока в цепи угла сдвига фаз.

Установить емкость конденсаторов такой, чтобы угол между током и напряжением был равен 15°-40°.

Измерить напряжение цепи и , токи в ветвях I 1 и I 2 и во всей цепи I ,угол между током и напряжением φ. Данные измерений занести в таблицу 8.1.

Изменить емкость цепи таким образом, чтобы изменился характер сопротивления цепи (поменялся знак угла φ на фазометре). Повторить измерение величин п.6. Данные измерений занести в таблицу 8.1.

Поменять емкости цепи таким образом, чтобы на фазометре угол φ был равен 0.Повторить измерение величин п.6. Данные измерений занести в таблицу 8.1.

Для каждого опыта рассчитать полное, активное и индуктивное сопротивления катушки, сопротивление конденсатора, активный и индуктивный токи в катушки, коэффициент мощности цепи. Результаты вычислений занести в таблицу 8.1. Формулы для вычислений указаны в Теоретических сведениях инструкции.

Для всех трех опытов в масштабе построить векторные диаграммы токов напряжения.

Читайте также:  Микро токи для тела

По результатам измерений и вычислений для всех опытов сравнить ; величины тока в цепи; величины реактивных токов в катушке и конденсаторе; реактивные сопротивления катушки и конденсатора; значения коэффициента мощности.

Отметить способы получения резонанса токов в цепи переменного тока

Примечание: для каждого опыта записывать значение емкости конденсаторов и отмечать знак угла φ ( L или C ).

hello_html_m471825dc.png

Рисунок 8.3 – Схема для исследования разветвленной цепи переменного тока

Таблица 8.1 – Результаты исследования разветвленной цепи переменного тока

Источник

Однофазные цепи переменного тока

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Саратовский государственный технический университет

ОДНОФАЗНЫЕ ЦЕПИ

ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Методические указания к лабораторным работам 6,7 по курсу «Электротехника и электроника»

для студентов химико-технологических

и технологических специальностей

редакционно-издательским советом

Саратовского государственного

технического университета

Лабораторная работа 6

ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНОЙ ЦЕПИ

ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ

СОЕДИНЕНИЕМ РЕЗИСТОРА, ИНДУКТИВНОЙ

КАТУШКИ И КОНДЕНСАТОРА

Цель работы: экспериментальное изучение линейной цепи синусоидального тока, состоящей из последовательно соединенных резистора, индуктивной катушки и конденсатора; изучение основных закономерностей в такой цепи; получение резонанса напряжений и изучение свойств цепи в этом режиме.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Рассмотрим цепь, состоящую из последовательно соединенных резистора (R), индуктивной катушки (L, Rк) и конденсатора С. Схема цепи показана на рис.1.

Рис.1. Последовательное соединение элементов R, L и С

Пусть цепь включена на синусоидальное напряжение , начальная фаза которого равна нулю. Тогда по цепи потечет ток, амплитуда которого будет определяться амплитудой напряжения Um и полным сопротивлением цепи Z, а начальная фаза тока будет зависеть от соотношений реактивных сопротивлений индуктивности XL и емкости XC. Возможны три случая: если XL >XC, то ток отстает от напряжения на угол j; если XL XC векторная диаграмма показана на рис.2.

Рис. 2. Векторная диаграмма

При построении вектор напряжения в масштабе mU откладывают по направлению тока I, затем к концу вектора прибавляют вектор напряжения на активном сопротивлении катушки , затем к концу вектора прибавляют вектор напряжения на индуктивности . Этот вектор опережает ток на 90°. Вектор напряжения на емкости прибавляют к концу вектора , отстающим от тока на 90°. Вектор напряжения сети проводят из качала вектора в конец вектора . При правильном построении длина вектора , умноженная на масштаб mU, должна быть равна напряжению на зажимах цепи. Вектор напряжения на катушке равен геометрической сумме векторов и . Величина этого напряжения равна

Векторные диаграммы для последовательной цепи при XL , то в режиме резонанса напряжения на катушке и конденсаторе будут больше напряжения сети, что приводит к опасности пробоя изоляции в катушке или конденсаторе, поэтому в силовых цепях такой режим недопустим.

Получить полный текст Подготовиться к ЕГЭ Найти работу Пройти курс Упражнения и тренировки для детей

В радиотехнике, где абсолютные величины напряжений не велики, резонанс напряжений может использоваться для усиления сигнала. При

XL >>R; UL>>U сети.

Для цепи (рис.1) справедливы следующие соотношения для мощностей:

— активная мощность (Вт, кВт);

— реактивная мощность (В×Ар; кВ×Ар);

— полная мощность (В×А кВ×А); или ; ; ; ; .

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Описание экспериментальной установки

Исследование последовательной цепи проводится на лабораторном стенде под названием «Однофазный ток». На стенде имеется схема опыта, необходимые приборы, изображены схемы замещения резистора, индуктивной катушки и конденсатора. От каждого из элементов выведены два зажима, необходимые для сборки цепи. Схема опыта представлена на рис.5.

Для изменения величины емкости в цепи батарея конденсаторов имеет несколько тумблеров и два щеточных переключателя, позволяющих включать десятки или единицы микрофарад емкости. Суммарная емкость батареи конденсаторов — 110 мкФ.

Напряжение источника питания стенда 24 и 36 вольт.

Приборы и методика измерений

Амперметры и вольтметры, постоянно установленные на стенде, имеют электромагнитную систему измерительного механизма. Приборы измеряют действующие значения переменных величин. Класс точности приборов 1,5. Переносной многопредельный лабораторный ваттметр класса точности 0,5 ферродинамической системы. Он имеет три переключателя: переключатель тока, переключатель напряжения, переключатель рода работы (измерение тока, или измерение напряжения, или измерение мощности). Предел измерения ваттметра определяется положением его переключателей

Читайте также:  Ток через обмотку возбуждения

где I — ток, на который установлен переключатель тока;

U — напряжение, на которое установлен переключатель напряжения.

Цена деления ваттметра определяется по формуле

где n — число делений шкалы прибора.

Мощность, измеряемая ваттметром, будет равна Р = С× n’, где n’ — число делений шкалы, показываемое стрелкой прибора.

В данной лабораторной работе при измерениях используется метод непосредственного отсчета с прямыми однократными измерениями.

Точность прямых измерений оценивается определением абсолютной максимальной погрешности по формуле

где Am – верхний предел измерения прибора;

К — класс точности прибора.

Результат измерения записывается в виде

А±DА,

где А — показание прибора.

ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА

1. Перед сборкой схемы убедитесь в том, что стенд отключен от сети. Ручка пакетного выключателя при этом находится в положении “откл”, а сигнальная лампа не горит.

2. Стенд включается только преподавателем или лаборантом после проверки схемы.

3. При измерениях не касайтесь оголенных токоведущих частей. Провода, подключенные к переносным приборам, держите за изолированные части.

4. Не прикасайтесь к зажимам отключенных конденсаторов, так как заряд на них может сохраняться длительное время.

5. По окончании измерений выключите стенд.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Ознакомиться со стендом и схемой опыта.

Рис. 5. Схема опыта

2. Собрать схему опыта (рис. 5).

3. Записать технические характеристики применяемых приборов, указав: наименование прибора, его марку, тип измерительного механизма, предел измерения, класс точности, заводской номер,

4. Собранную схему показать преподавателю для проверки. После проверки включить стенд в работу, при этом загорится сигнальная лампочка.

5. Изменяя величину емкости конденсаторов, добиться в цепи максимального тока; при этом должно выполняться условие Uк >UC. При этом условии в цепи наступит резонанс напряжений.

Записать показания всех приборов в табл.1, в четвертой строке.

U, B

C, мкФ

I, A

UR, B

UК, В

UC, B

P, Вт

R, Ом

RК, Ом

ХC, Ом

ХL, Ом

ZК, Ом

jК,

S, B×A

cosj

6. Произвести измерения тока, мощности и напряжений на элементах цепи при трех значениях емкости батареи конденсаторов меньших, чем при резонансе. Данные занести в табл.1, строки 1¸3. При этом необходимо следить, чтобы при записи данных в табл.1 от первой строки (для С= О) к последней (С= 110 мкФ) емкость монотонно увеличивалась.

7. Произвести измерения тока, мощности и напряжения на элементах для трех значений емкости больших, чем при резонансе. Данные занести в табл.1,строки 5, 6, 7.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ НАБЛЮДЕНИЙ

1. По данным наблюдений вычислить величины:

R (Ом); RК (Ом); L (Гн); ХL (Ом); ХС (Ом); ZК (Ом);jК ; Z (Ом); cosj.

Вычисления провести для всех строк табл.1, имея в виду, что величины R; RК; L; XL; ZК; jК — постоянные, поэтому их достаточно вычислить один раз для режима резонанса напряжений. Остальные величины — переменные, и их вычисления следует проводить для каждой строки табл.1. Вычисления проводить по формулам:

Получить полный текст Подготовиться к ЕГЭ Найти работу Пройти курс Упражнения и тренировки для детей

где Р – мощность, измеряемая ваттметром Вт; IРЕЗ — ток в цепи в режиме резонанса.

R= UR/IРЕЗ,

где UR — падение напряжения на резисторе в режиме резонанса.

RК=RS R, Ом,

где f=50 Гц; СРЕЗ – в мкФ.

где С – текущее значение емкости в мкФ.

Z= U/I, где U – напряжение в начале цепи.

cosj = RS/z.

2. По результатам наблюдений в одной и той же системе координат построить следующие кривые: I = f(C); Uк= f(C); UC = f(C).

3. По данным измерений и вычислений построить векторные диаграммы для трех случаев: а) XL > XC, б) XL = XC, в) XL XC, б) XL = XC, в) XL I3. Это и будет резонанс токов. Записать показания всех приборов в табл.2, в четвертой строке.

Источник

Лабораторная работа №5

Исследование разветвленной цепи переменного тока

Цель

Исследовать влияние коэффициента мощности в цепи переменного тока с параллельным соединением активного, индуктивного и емкостного сопротивлений на величину тока в неразветвленной части и активную мощность

Задачи

— провести эксперимент при различном количестве параллельно включенных конденсаторов

Читайте также:  Разряжается аккумулятор каким током заряжать

— определить активное, реактивные и полное сопротивления цепи

— определить активную, реактивную и полную мощности и коэффициент мощности

— построить векторные диаграммы для трех опытов

— провести анализ полученных результатов и сделать вывод

Схема эксперимента

Рисунок 5.1. Разветвленная цепь переменного тока

Ход выполнения лабораторной работы

1. Собрать схему эксперимента при одном замкнутом ключе в батареи конденсаторов, в ветви с конденсатором С1.

2. Записать показания приборов в таблицу 5.1

3. Замкнуть ключ в ветви с конденсатором С2. Повторить измерения. Записать показания приборов в таблицу 5.1

4. Замкнуть ключ в ветви с конденсатором С3. Повторить измерения. Записать показания приборов в таблицу 5.1

6. Произвести расчет коэффициента мощности, активного, реактивного и полного сопротивлений цепи, индуктивности катушки, емкости конденсатора, активной, реактивной и полной мощности по формулам

7. Построить в масштабе векторную диаграмму для каждого опыта

Расчетные формулы

Контрольные вопросы

Лабораторная работа №6

Исследование трехфазной цепи при соединении приемников энергии «звездой»

Цель

Исследовать различные режимы работы трехфазной цепи переменного тока при соединении приемников энергии «звездой» и влияние нулевого провода на фазное напряжение цепи

Задачи

— провести эксперимент при равномерной и неравномерной нагрузках с нулевым проводом и без него

— провести эксперимент при обрыве линейного провода

— определить полную мощность и мощности фаз

— построить векторные диаграммы для второго и четвертого опытов

— провести анализ полученных результатов и сделать вывод

Схема эксперимента

Рисунок 6.1. Трехфазная цепь переменного тока с соединением потребителей «звездой»

Источник

Исследование сложной цепи переменного тока (Лабораторная работа по ТОЭ № 5БН)

Страницы работы

Фрагмент текста работы

Министерство образования Республики Беларусь

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра “Электротехника и электроника”

Лабораторная работа по ТОЭ №5БН

ИССЛЕДОВАНИЕ СЛОЖНОЙ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

М и н с к 2 0 10

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 5БН

ИССЛЕДОВАНИЕ СЛОЖНОЙ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

1. Изучение методов расчета схем сложных цепей переменного тока.

2. Теоретическая и экспериментальная проверка баланса токов в узлах цепи согласно 1-му закону Кирхгофа и баланса напряжений в контурах согласно 2-му закону Кирхгофа.

3. Изучение методов измерения комплексных напряжений и потенциалов точек в сложной цепи переменного тока.

4. Изучение методов построения топографической диаграммы потенциалов и векторной диаграммы токов для сложной схемы.

5.2. Исходные данные

1. Эквивалентная схема исследуемой сложной цепи (рис. 5.1).

2. Параметры элементов схемы в комплексной форме: E = Е×е ja , Z=R + jX(табл. 5.1).

3. Рабочая схема исследуемой цепи (рис. 5.3) и схемы включения измерительных приборов (рис. 5.4).

Т а б л и ц а 5.1.

5.3.Теоретические сведения и методические указания

Электрическое состояние любой сложной схемы (цепи) определяется системой уравнений, составленных для нее по 1-му и 2-му законам Кирхгофа в комплексной форме.

1-ый закон Кирхгофа: алгебраическая сумма комплексных токов в узле схемы (цепи) равна нулю, или åI=0.

2-ой закон Кирхгофа: алгебраическая сумма комплексных падений напряжений в замкнутом контуре схемы (цепи) равна алгебраической сумме комплексных ЭДС, или åU=åE.

Для любой сложной схемы в соответствии с законом сохранения энергии должен выполняться баланс (равенство) отдельно для активных мощностей источников и приемников энергии SРист= SРпр, и отдельно для реактивных мощностей источников и приемников энергии SQист= SQпр.

При расчете схемы в комплексной форме за базовый вектор (начало отсчета значений углов) рекомендуется принять фазное напряжение фазы А в трехфазной системе, т. е. UA = Uф×e j .

Расчет токов в сложной схеме с двумя комплексными источниками ЭДС следует выполнить одним из методов расчета сложных схем по выбору (метод законов Кирхгофа, метод контурных токов, метод двух узлов), при этом уравнения следует составлять в комплексной форме.

Система уравнений Кирхгофа:

В результате решения системы уравнений определяются комплексные токи ветвей I1, I2, I3.

Пример решения системы комплексных уравнений Кирхгофа в маткаде приведен ниже.

Источник