Меню

Лабораторная работа параллельное соединение в цепи переменного тока



Исследование цепи переменного тока с параллельно соединенными элементами. Экспериментальное исследование режимов цепи синусоидального тока при параллельном соединении ветвей

Страницы работы

Содержание работы

РАСЧЕТНО-ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 2.5.

Исследование цепи переменного тока с параллельно соединенными элементами

Цель работы: 1. Экспериментальное исследование режимов цепи синусоидального тока при параллельном соединении ветвей.

2. Установление условий возникновения резонанса токов.

3. Повышение cos ф в цепях переменного тока.

1. В электрической цепи с параллельным соединением реальной катушки индуктивности и конденсатора с последовательно включенным с ним резистором получить резонанс токов.

2. Построить векторные диаграммы напряжения и токов. Снять и зарисовать осциллограммы входного напряжения и тока.

3. Снять и построить зависимости I(C); Z(C); Y(C); ф(С) и cos ф(С). Графики строить с несколькими ординатными осями.

4. Определить емкость конденсатора для повышения cos ф электроустановки (RK LK).

В работе используются:

• регулируемый источник переменного напряжения (U=var, f=var) рис. В.2;

• блок переменных сопротивлений (БПС);

• реальная катушка (элементы 11 или 12);

• блок переменных емкостей (БПЕ) рис. В.4;

• резисторы (элементы 01. 10);

• измерительные приборы и осциллограф, установленные на стенде.

1. Выберите из набора элементов одну из реальных катушек индуктивности (элемент 11 или 12) с известными параметрами R, и LK (параметры определены в РЛР N 2.1) и при выбранной самостоятельно частоте источника переменного напряжения в пределах 0,3—2 кГц рассчитайте емкость конденсатора С0, при которой в параллельном контуре возникает резонанс токов. Вычислите также величину общего тока I и токи, протекающие через катушку и конденсатор, задаваясь напряжением источника в диапазоне 10. 20 В. Величина сопротивления R = 0,5 Хс.

2, На наборном поле соберите электрическую цепь согласно рис. 3.

В качестве резистора Rд используйте элемент 10, в качестве R-БПС, а конденсатора С — БПЕ. Величину напряжения задайте равной взятому для расчета в п. 1 и поддерживайте его неизменным в течении эксперимента. Установите с помощью БПЕ и дополнительных параллельно-включенных конденсаторов Cl, C2, СЗ (расположены рядом с БПЕ в одном блоке) рассчитанную в п. 1 величину С0. Проведите измерения величины напряжения и токов I, IК, IС зарисуйте осциллограммы напряжения u(t) и тока i(t) и определите разность фаз ф. Результаты вычислений п. 1 и измерений п.2 занесите в табл. 5.1 и представьте для контроля преподавателю.

Источник

Лабораторная работа 9 электрическая цепь переменного тока с параллельным соединением элементов

Цель работы: ознакомиться с особенностями режимов работы цепи с параллельным соединением активных и реактивных элементов, явлением резонанса токов, повышением коэффициента мощности, применением 1-го закона Кирхгофа в цепях переменного тока.

Оборудование: лабораторный стенд, соединительные провода, батарея конденсаторов, дроссель, резистор 2 Вт 100 Ом, тумблер – 3 шт.

Порядок выполнения работы

Ознакомиться с лабораторной установкой (источник питания, функциональный генератор, измеритель мощности, мультиметр, цифровые амперметры РА1РА4, наборное поле и минимодули резисторов).

Собрать электрическую цепь с параллельным соединением резистора R, индуктивного потребителя ZК и батареи конденсаторов С (рис. 1). Установить в заданную преподавателем позицию переключатель батареи конденсаторов С. В качестве индуктивного потребителя ZК использовать дроссель L. Схему предъявить для проверки преподавателю.

Изучить работу электрической цепи при параллельном соединении различных потребителей (см. табл. 1). Включить электропитание стенда, источник питания и измеритель мощности. Поочередно подключая тумблерами соответствующие ветви, измерить величины, указанные в табл. 1. Результаты измерений занести в табл. 1. Выключить источник питания.

Исследовать влияние емкости С, включенной параллельно индуктивному потребителю ZК, на коэффициент мощности цепи и величину тока I, потребляемого от источника питания. Для этого разомкнуть ветвь с резистором R. Переключатель батареи конденсаторов С установить в позицию «1» (С = 0). Включить источник питания. При наличии в цепи только индуктивного потребителя ZК измерить величины, указанные в табл. 2. Установить такое значение емкости батареи конденсаторов, при которой от источника электропитания потребляется минимальный ток I (состояние цепи близкое к резонансу токов). Измерить величины, указанные в табл. 2. Уменьшая и увеличивая величину емкости батареи конденсаторов (от резонансного значения емкости) создать в цепи два режима до резонанса токов и два режима после резонанса. Результаты измерений занести в табл. 2. Выключить источник питания.

По результатам измерений (табл. 2) рассчитать величину емкостного сопротивления ХС и величину емкости батареи конденсаторов С. Результаты занести в табл. 2.

Построить графики зависимостей cos φ = f (C), I = f (C), IК = f (C), IС = f (C), Р = f(С).

По опытным данным построить в масштабе векторные диаграммы токов и напряжений для каждого опыта.

о влиянии параллельно включенных потребителей друг на друга;

о влиянии конденсатора, подключенного параллельно индуктивному потребителю, на величину тока, потребляемого из сети, активной мощности цепи и коэффициент мощности цепи;

о применении 1-го закона Кирхгофа в цепях переменного тока.

Содержание отчета:

Наименование работы и цель работы.

Схема эксперимента и таблица полученных результатов.

Векторные диаграммы для всех проведенных опытов.

Выводы по работе.

Контрольные вопросы:

Как при параллельном включении потребителей определить величину тока, потребляемого из сети?

С какой целью повышают коэффициент мощности цепи?

Как можно определить коэффициент мощности цепи?

Как изменяется величина тока, потребляемого из сети, и активная мощность цепи, если параллельно активно-индуктивному потребителю включить конденсатор?

Читайте также:  Ток в нулевом рабочем проводнике

Почему уменьшается ток, потребляемый из сети, при подключении параллельно индуктивному потребителю конденсатора?

Как применяется 1-й закон Кирхгофа в цепях переменного тока?

Как построить векторную диаграмму цепи, которая содержит параллельно включенные индуктивную катушку и конденсатор?

Что такое «резонанс токов»? При каком условии он возникает?

Источник

Лабораторная работа: Исследование цепи однофазного синусоидального напряжения с параллельным соединением приемников

Министерство образования Российской Федерации

Пермский Государственный Технический Университет

Кафедра электротехники и электромеханики

«Исследование цепи однофазного синусоидального напряжения с параллельным соединением приёмников электрической энергии»

Изучение процессов в электрической цепи с параллельным соединением приёмников, содержащих индуктивные и емкостные элементы, при различном соотношении их параметров. Опытное определение условий достижения в данной цепи явления резонанса тока.

Табл. 1. Паспортные данные электроизмерительных приборов.

На рис. 1 представлена электрическая цепь однофазного синусоидального напряжения с параллельным соединением 2-х приемников, один из которых на схеме замещен последовательным со-единением резистора и емкостного элемента, а второй – последовательным соединением резистора и индуктивного элемента. Токи в приемниках определяются по закону Ома:

где U – действующее значение напряжения источника электрической энергии;

r1, xC1 , z1 – активное, емкостное и полное сопротивления первого приемника;

r2, xL2 , z2 – активное, емкостное и полное сопротивления второго приемника;

Вектор тока источника электрической энергии равен сумме векторов токов приёмников:

Векторная диаграмма напряжений и токов для рассматриваемой схемы приведена на рис. 2

Энергетические процессы в электрической цепи характеризуются величинами активной P, реактивной Q и полной S мощности, а также коэффициентам мощности cosφ.

Для первого приёмника

Для второго приёмника

Для двух приёмников

В соответствии с балансом активной и реактивной мощностей под P, Q, S, cosφ следует пони-мать также активную, реактивную и полную мощности источника электрической энергии и его коэффициент мощности.

Величины активной и реактивной составляющих токов приемников (см. рис. 2):

где φ1 и φ2 – углы сдвига фаз между вектором напряжения и векторами токов и .

Представление токов активными и реактивными составляющими позволяет путем их сложения найти активную Iа и реактивную Iр составляющие тока источника и по ним определить ток источника I:

Из векторной диаграммы рис. 2, следует:

Косинус угла сдвига фаз между вектором тока источника и вектором напряжения источника определяется из выражения:

В электрических цепях с параллельным соединением приемников, содержащих индуктивные и емкостные элементы, может при определенных условиях возникать явление резонанса токов. Резонансом токов называется режим, при котором ток источника электрической энергии совпадает по фазе с напряжением источника, т.е. φ= 0. Следовательно, условием резонанса токов является равенство нулю реактивной мощности цепи и реактивной составляющей тока источника электрической энергии.

Из условия резонанса токов следует, что

При резонансе токов коэффициент мощности цепи

Ток в ветви с источником электрической энергии содержит только активную составляющую, является минимальным по величине и может оказаться значительно меньше токов в каждом из параллельно включенных приемников:

1. Собираем схему, изображенную на рис. 3.

2. Медленно выдвигая сердечник, снимаем показания приборов для трех точек до резонанса, точки в околорезонансной области и шести точек после резонанса. Показания приборов заносим в табл. 2.

Табл. 2. Опытные данные.

U U1 I I1 I2 PК2
В А кол. дел. Вт
1 215 110 1,35 2,1 1 1,5 15
2 215 110 1,25 2,1 1,4 2 20
3 215 110 1,22 2,1 1,6 3 30
4 215 110 1,28 2,1 1,8 4 40
5 215 110 1,3 2,1 2 4,5 45
6 215 110 1,42 2,1 2,4 6 60
7 215 110 1,78 2,1 2,8 8 80
8 215 110 2,1 2,1 3,2 10 100
9 215 110 2,5 2,1 3,6 12,5 125
10 215 110 2,9 2,1 4 15 150
11 215 110 3,35 2,1 4,4 18 180
12 215 110 3,9 2,1 5 23,5 235

3. По результатам опытов вычисляем величины, входящие в табл. 3.

Табл. 3. Расчетные данные

P1 S1 QC1 cos φ1 S2 QL2 cos φ2 xL2 P S cos φ L
Вт ВА ВАр о.е. ВА ВАр о.е. Ом Вт ВА о.е. Гн
1 231 451,5 387,93 0,5116 215 214,48 0,070 214,48 246 290,25 0,848 0,683
2 231 451,5 387,93 0,5116 301 300,33 0,066 153,23 251 268,75 0,934 0,488
3 231 451,5 387,93 0,5116 344 342,69 0,087 133,86 261 262,30 0,995 0,426
4 231 451,5 387,93 0,5116 387 384,93 0,103 118,80 271 275,20 0,985 0,378
5 231 451,5 387,93 0,5116 430 427,64 0,105 106,91 276 279,50 0,987 0,340
6 231 451,5 387,93 0,5116 516 512,50 0,116 88,98 291 305,30 0,953 0,283
7 231 451,5 387,93 0,5116 602 596,66 0,133 76,10 311 382,70 0,813 0,242
8 231 451,5 387,93 0,5116 688 680,69 0,145 66,47 331 451,50 0,733 0,212
9 231 451,5 387,93 0,5116 774 763,84 0,161 58,94 356 537,50 0,662 0,188
10 231 451,5 387,93 0,5116 860 846,82 0,174 52,93 381 623,50 0,611 0,168
11 231 451,5 387,93 0,5116 946 928,72 0,190 47,97 411 720,25 0,571 0,153
12 231 451,5 387,93 0,5116 1075 1049,00 0,219 41,96 466 838,50 0,556 0,134
Читайте также:  Что делать если тока ворлд не включается

Вычислим эти величины для первого опыта:

Для остальных случаев вычисления аналогичны

4. Используя данные табл. 2 и табл. 3 рассчитаем активные и реактивные составляющие то-ков всех ветвей:

Для первого опыта:

Для остальных случаев вычисления аналогичны

Данные расчета занесены в табл. 4. В этой же таблице представлены численные значения индуктивности из табл. 3.

Табл. 4. Расчетные данные.

L I1a I1p I2a I2p Ia Ip
Гн А
1 0,683 1,074 1,804 0,070 0,998 1,144 -0,807
2 0,488 1,074 1,804 0,093 1,397 1,167 -0,407
3 0,426 1,074 1,804 0,140 1,594 1,214 -0,210
4 0,378 1,074 1,804 0,186 1,790 1,260 -0,014
5 0,340 1,074 1,804 0,209 1,989 1,284 0,185
6 0,283 1,074 1,804 0,279 2,384 1,353 0,579
7 0,242 1,074 1,804 0,372 2,775 1,447 0,971
8 0,212 1,074 1,804 0,465 3,166 1,540 1,362
9 0,188 1,074 1,804 0,581 3,553 1,656 1,748
10 0,168 1,074 1,804 0,698 3,939 1,772 2,134
11 0,153 1,074 1,804 0,837 4,320 1,912 2,515
12 0,134 1,074 1,804 1,093 4,879 2,167 3,075

По вычисленным значениям строим графики зависимостей сил тока в цепи I и ветвях I1 и I2 , косинуса угла сдвига фаз cos φ от индуктивности катушки L.

Строим векторные диаграммы токов и напряжения:

а). I1p ий результат измерений: I1a = 1.074 А, I1p = 1.804 А, I2a = 0.581 А, I2p = 3.553 А, Ia = 1.656 А, Ip = 1.748 А.

б). I1p = I2p . Берем 4 ий результат измерений: I1a = 1.074 А, I1p = 1.804 А, I2a = 0.186 А, I2p = 1.790 А, Ia = 1.26 А, Ip = -0.014 А.

в). I1p > I2p . Берем 1 ий результат измерений: I1a = 1.074 А, I1p = 1.804 А, I2a = 0.070 А, I2p = 0.998 А, Ia = 1.144 А, Ip = -0.807 А.

Вывод: при увеличении индуктивности катушки с 130 до 425 мГн сила тока в цепи I и во второй ветви(с катушкой) I2 стремительно падают, при этом косинус угла сдвига возрастает. Реактивное сопротивление катушки меньше сопротивления конденсатора, поэтому через катушку протекает больший ток, чем через конденсатор. В этом случае цепь принимает индуктивный характер и сила тока отстает от напряжения(векторная диаграмма а).

При индуктивности катушки около 425 мГн сила тока в цепи принимает наименьшее значение I = 1.22 А, а косинус угла сдвига фаз равен 1. Реактивное сопротивление катушки и конденсатора равны, поэтому и реактивные составляющие токов в ветвях равны, сила тока в цепи синфазна напряжению(диаграмма б).

При дальнейшем увеличении индуктивности катушки с 425 до 685 мГн сила тока в цепи I начинает плавно увеличиваться, а сила тока во второй ветви I2 медленно уменьшаться, величина косинуса угла сдвига фаз падает. Реактивное сопротивление катушки становится больше сопротивления конденсатора, поэтому через катушку протекает меньший ток, чем через конденсатор. В этом случае цепь принимает емкостной характер и сила тока опережает напряжение(диаграмма в).

Изменение индуктивности катушки никак не влияет на силу тока в первой ветви I1 = const.

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

Читайте также:  Что создает ток в диэлектриках

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

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