Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА





Работа № 2 – 1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИ

ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ ЦЕПЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

 

Цель работы

Приобретение навыков определения параметров элементов в цепях переменного тока по результатам измерений, включения в цепь вольтметра и амперметра, измерения тока и напряжения, применения закона Ома в цепь переменного тока.

 

Перечень минимодулей

Наименование минимодулей Количество
Дроссель
Конденсатор 22 мкФ
Резистор 2 Вт 68 Ом

 

 

Порядок выполнения работы

 

При расчете цепей переменного тока, в отличие от цепей постоянного тока, необходимо учитывать не один, а три простейших пассивных элемента: резистивный. индуктивный и емкостной, которые характеризуются соответственно параметрами: активным сопротивлением X. индуктивностью L (индуктивным сопротивлением XL=wL) и емкостью С (емкостным сопротивлением XC=I/wС).

где w - угловая частота.

В реальной цепи сопротивлением обладают не только резистор или реостат как устройства, предназначенные для использования их электрических сопротивлений, но и любой проводник, катушка, конденсатор, обмотка любого электромагнитного элемента и др. Общим свойством всех устройств, обладающих электрическим сопротивлением, является необратимое преобразование электрической энергии в тепловую энергию. При токе і в резисторе, обладающим сопротивлением за время t в соответствии с законом Джоуля - Ленца выделяется энергия dw=ri2dt.

Тепловая энергия, выделяемая в сопротивлении, полезно используется или рассеивается в пространстве. Но поскольку преобразование электрической энергии в тепловую энергию в пассивном элементе носит необратимый характер, то в схеме замещения во всех случаях, когда необходимо учесть необратимое преобразование энергии, включается сопротивление. В реальном устройстве, например, в электромагните, электрическая энергия может быть преобразована в механическую энергию (притяжение якоря), но в схеме замещения это устройство заменяется сопротивлением, в котором выделяется эквивалентное количество тепловой энергии. И при анализе схемы нам уже безразлично, что в действительности является потребителем энергии электромагнит или электроплитка.



В цепях переменного тока сопротивление называют активным, которое из - за явления поверхностного эффекта больше, чем электрическое сопротивление постоянному току. Однако при низких частотах этой разницей обычно пренебрегают.

Напряжение, подведенное к активному сопротивлению, по фазе совпадает е током, то есть напряжение и ток одновременно достигают максимальных значений и одновременно переходят через нуль. Если мгновенное значения тока имеет вид i(t)=Iм sin (2pft), то мгновенное значение напряжения будет uR(t)=Um sin (2pft).

Индуктивность L характеризует свойство участка пени или катушки накапливать энергию магнитного поля. В реальной цепи индуктивностью обладают не только индуктивные катушки как элементы цепи, предназначенные для использования их индуктивности, но и провода, и выводы конденсаторов, и реостаты. В целях упрощения обычно считают, что энергия магнитного поля сосредотачивается только в катушках.

При протекании переменного тока i(t) через катушку индуктивности, состоящей из из витков, возбуждается переменный магнитный поток Ф(t). который в соответствии с законом электромагнитной индукции наводит в пей же эдс самоиндукции el = - wdФ/dt = - Ldi/dt. Следовательно, индуктивность в цепи переменного тока влияет на величину протекающего тока как сопротивление. Соответствующая расчетная величина называется индуктивным сопротивлением и обозначается Л',, и измеряется так же. как и активное сопротивление - в Омах.

Чем выше частота переменного тока, тем больше эдс самоиндукции и тем больше индуктивное сопротивление XL=wL=2pf. Величина w=2pf называется угловой (циклической) частотой переменного тока.

В цепи постоянного тока в установившемся режиме индуктивность не влияет на режим работы цепи, так как эдс самоиндукции равна нулю.

Поскольку эдс самоиндукции возникает только при изменении тока, то и максимальные значения эдс наступают при максимальной скорости изменения тока в катушке, то есть при прохождении тока через пуль. Поэтому на участке цепи с индуктивностью эдс самоиндукции по времени отстает от тока на четверть периода или на p/2 электрических радиана. Напряжение на индуктивности, будучи противоположным эдс. наоборот, опережает ток на четверть периода или на /~2 электрических радиана. Если по катушке проходит ток. мгновенное значение которого i=(t)=IМ sin (2pft), то мгновенное значение напряжения на индуктивности U

uL(t)=Um sin (2pft+p/2)= XL IМ sin (2pft+p/2).

 

Когда напряжение, изменяясь синусоидально, достигает максимума, ток в это мгновение равен нулю. Если напряжение на зажимах элемента цепи опережает ток на p/2 радиана, то говорят, что такой элемент представляет собой идеальную катушку индуктивности или чисто реактивное индуктивное сопротивление XL. Это сопротивление учитывает реакцию электрической цепи на изменение магнитного поля в индуктивности и является линейной функцией частоты.

При включении в цепь переменного тока реальной катушки (рис. 1), обладающей кроме индуктивности L, и некоторых; значением активного сопротивления R, ток отстает по фазе от напряжения на некоторый угол j<p/2, который легко определяется из треугольника сопротивлений (рис. 3): tgj=XL/R. Для такого участка электрической цепи уравнение на основании второго закона Кирхгофа имеет вид:

и =uR – иL= Ri + Ldi/dt.

 

В напряжении, подведенном к реальной катушке, условно можно выделить две составляющих: падение напряжения Ri на активном сопротивлении, обычно называемое активной составляющей приложенного напряжения, и напряжение на идеальной индуктивности uL=Ldi/dt, называемое реактивной составляющей приложенного напряжения. Фазовые соотношения между этими составляющими, приложенным напряжением и протекаемым током обычно иллюстрируются векторной диаграммой для их действующих значений (рис. 2).

 

Рис. 1 Рис. 2 Рис. 3

 

Из векторной диаграммы видно, что

 

 

где – полное электрическое сопротивление реальной катушки. Из треугольника сопротивлений (рис. 3.3) следует, что

 

Закон Ома для цепи, по которой протекает переменный ток, записывается в виде I=U/R.

Из рассмотренного следует важный вывод: сопротивления в цепи переменного тока складывается в общем случае геометрически. Например, если катушки R=3 Ома и XL=4 Ома, то Z=5 Ом.

Емкость, измеряемая в фарадах (Ф), характеризует способность элемента электрической цени или конденсатора накапливать энергию электрического поля. В реальной цепи емкость существует не только в конденсаторах, как элементах предназначенных специально для использования их емкости, ноли между проводниками, между витками катушек (межвитковая емкость), между проводом и землей или каркасом электротехнического устройства. Однако в схемах замещения принято, что емкостью обладают только конденсаторы.

В конденсаторе, точнее в диэлектрике, разделяющем пластины или проводники конденсатора, может существовать ток электрического смещения, в точности равный току проводимости в проводниках, присоединенных к обкладкам конденсатора, i=dq/dt, где – q заряд на обкладках конденсатора, измеряемый в кулонах и пропорциональный напряжению на конденсаторе Uc:

 

q=CUc и при С=const dq=CdUc.

 

Тогда ток, проходящий через конденсатор, i = C dUc / dt, а энергия электрического поля, запасаемая в конденсаторе при возрастании напряжения, W = C UC 2 /2.

Очевидно, что при постоянном напряжении dUc/dt=0 и постоянный ток через конденсатор проходить не может.

При изменении напряжения на обкладках конденсатора через него протекает емкостной ток. Чем быстрее изменяется напряжение, тем больше емкостной ток.

Если приложить к конденсатору переменное синусоидальное напряжение, то через конденсатор потечет переменный синусоидальный ток, сдвинутый по фазе на p/2 по отношению к напряжению. Это происходит потому, что емкостной ток достигает максимального значения при максимальном изменении напряжения, т.е. при прохождении напряжения через нуль. Ток при этом опережает напряжение по фазе на p/2. Если мгновенное значение тока, протекаемого через конденсатор

i(t)=Iм sin (2pft), то мгновенное значение напряжения на нем

 

uC(t)=Um sin (2pft-p/2)= XC IМ sin (2pft-p/2).

 

 

где ХС - реактивное емкостное сопротивление. Векторная диаграмма для участка электрической цепи, содержащей конденсатор, изображена на рис. 4.

Рис. 4

 

Величина XC = I/2pfC = I/wC = UCm / Im = UC /I называется реактивным емкостным сопротивлением. Это сопротивление учитывает реакцию электрической цепи на изменение электрического поля в конденсаторе и является обратно пропорциональной функцией частоты.

Закон Ома для участка электрической цени с конденсатором I =UC /XC, где I - действующее значение тока, протекаемого через конденсатор, UC - действующее значение напряжения на конденсаторе.

Электрическая цепь переменного тока характеризуется реактивной и полной мощностью.

Активная мощность Р, измеряемая в ваттах (Вт), равна произведению действующего значения напряжения V на действующее значение ток U и на действующее значение ток I и на cosj, называемый коэффициентом мощности, или произведению квадрата действующего значения тока на активное сопротивление:

Р = UI cosj = I2 R.

 

Реактивная мощность Q измеряемая в вольт-амперах реактивных (Вар), равна произведению действующего значения напряжения U на действующее значение тока I и на sinj произведению квадрата действующего значения тока на реактивное сопротивление:

 

Q=UIsinj=I2X.

 

Полная мощность S, измеряемая в вольт - амперах (ВА), равна произведению действующего значения тока U па действующее значение напряжения U:

 

Соотношения этих мощностей иллюстрируются треугольником мощностей (рис. 5).

Рис. 5

 

Порядок выполнения работы

3.1. Ознакомиться с лабораторной установкой (модуль ввода-вывода, модуль питания, набор минимодулей, наборное поле).

3.2. Собрать электрическую цепь для исследования цепи переменного тока, содержащей только активное сопротивление R (рис. 6). Дня измерения тока использовать вход 5 модуля ввода - вывода (гнезда Х25 и Х26). Для измерения напряжения U использовать вход 1 модуля ввода-вывода на пределе 30 В (гнезда Х9 и Х10). Представить схему для проверки преподавателю.

Рис. 6

 

3.3. Загрузить программу автоматического управления Delta Profi.

В левом верхнем углу в окне программы выбрать меню «Работы». Одинарный щелчок левой кнопкой мыши приводит к появлению контекстного меню, в котором надо выбрать раздел «Электрические цепи - мини». В появившемся списке работ выбрать «Работа №2 - 1. Простейшие цепи переменного тока». В появившемся списке выбрать «Цепь с активным сопротивлением»

На экране ПК отображается электрическая схема и набор виртуальных - измерительных приборов, необходимых в данном эксперименте.

Запустить программу в работу, нажатием кнопки «Пуск» или командой главного меню «Управление - Пуск» или горячей клавишей F5.

3.4. Включить электропитание стенда (автоматический выключатель QF. который выключается только в конце лабораторной работы) и модуля ввода - вывода.

На модуле питания включить источник переменного напряжения (SA1+SA2) и записать в табл. 1 показания виртуальных приборов.

 

Таблица 1

 

Включено Измерено Вычислено
U, В I, А Р, Вт j, град Z, Ом R, Ом Х, Ом
R              
Zk              
С              

 

Остановить программу, нажатием кнопки «Стоп» ▀. Выбрать закладку «Осциллограммы» и зарисовать осциллограммы напряжения и тока. На осциллограммах показать сдвиг по фазе между напряжением и током в данной цепи. Остановить программу, нажатием кнопки «Стоп» ▀ или командой главного меню «Управление - Стоп» или горячей клавишей F6.

3.5. Собрать электрическую цепь для исследования цепи переменного тока, содержащей только реальную индуктивность (рис. 7). Представить схему для проверки преподавателю.

3.6. В левом верхнем углу в окне программы выбрать меню «Работы». Одинарный щелчок левой кнопкой мыши приводит к появлению контекстного меню, в котором надо выбрать раздел «Электрические цепи - мини». В появившемся списке работ выбрать «Работа 2 - 1. Простейшие цепи переменного тока». В появившемся списке выбрать «Цепь с индуктивностью»

На экране ПК отображается электрическая схема и набор виртуальных измерительных приборов, необходимых в данном эксперименте.

Рис. 7

 

Запустить программа в работу, нажатием кнопки «Пуск» ► или командой главного меню «Управление - Пуск».

Остановить программу, нажатием кнопки «Стоп» ▀. Выбрать закладку «Осциллограммы» и зарисовать осциллограммы напряжения и тока. На осциллограммах показать сдвиг по фазе между напряжением и током в данной цепи. Остановить программу, нажатием кнопки «Стол» ▀ или командой главного меню «Управление - Стоп».

3.7. Собрать электрическую цепь для исследования цепи переменного тока, содержащей только конденсатор (рис. 8). Представить схему для проверки преподавателю.

Рис.8

 

3.8. В левом верхнем углу в окне программы выбрать меню «Работы». Одинарный щелчок левой кнопкой мыши приводит к появлению контекстного меню, в котором надо выбрать раздел «Электрические цепи - мини». В появившемся списке работ выбрать «Работа 2 - 1. Простейшие цепи переменного тока». В появившемся списке выбрать «Цепь с емкостью».

На экране ПК отображается электрическая схема и набор виртуальных измерительных приборов, необходимых в данном эксперименте.

Запустить программу в работу, нажатием кнопки «Пуск» ► или командой главного меню «Управление - Пуск» или горячей клавишей F5.

Записать в табл. 1 показания виртуальных приборов.

Остановить программу, нажатием кнопки «Стоп» ▀.

Выбрать закладку «Осциллограммы» и зарисовать осциллограммы напряжения и тока. На осциллограммах показать сдвиг по фазе между напряжением и током в данной цепи. Остановить программу, нажатием кнопки Стоп» ▀ или командой главного меню «Управление - Стоп» или горячей клавишей F6.

Выключить источник переменного напряжения (55A1+SA2).

В конце лабораторной работы выключить питание стенда (автоматический выключатель QF модуля питания).

3.9. По результатам измерений рассчитать, используя закон Ома, полное сопротивление каждого потребителя, его активное и реактивное сопротивления. Результаты занести в табл. 1.

3.10. Считая, что частота переменного напряжения f = 50 Гц, определись величину индуктивности индуктивного потребителя L и емкости конденсатора.

 

Содержание отчета

Отчет по работе должен содержать:

а) наименование работы и цель работы;

б) электрические схемы опытов;

в) таблицы с результатами опытов и вычислений;

г) расчетные соотношения;

д) векторные диаграммы для резистора, реальной катушки и конденсатора;

е) выводы по работе.

 

5. Контрольные вопросы

1. В каких единицах измеряется ток, напряжение, сопротивление?

2. Что такое Ом, Ампер, Вольт?

3. Что такое «полное сопротивление»?

4. Что такое «активное сопротивление»?

5. Что такое «реактивное индуктивное сопротивление» и как оно определяется?

6. Что такое «реактивное емкостное сопротивление» и как оно определяется?

7. Какая связь между полным, активным и реактивным сопротивлениями цепи переменного тока?

8. Как формулируется закон Ома для цепи переменного тока?

9. Может ли через конденсатор протекать постоянный ток?

 

 

Работа № 2 – 2. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ СОЕДИНЕНИЕМ ЭЛЕМЕНТОВ

 

Цель работы

Приобретение навыков сборки простых электрических цепей и измерения напряжений на отдельных участках цепи, изучение свойств цепей при последовательном соединении активных и реактивных элементов, знакомство с явлением резонанса напряжений, построение векторных диаграмм.

 

Перечень минимодулей

 

Наименование минимодулей Количество
Дроссель
Батарея конденсаторов
Резистор 2 Вт 68 Ом

 

 

Пояснения к работе

Электрическая цепь синусоидального переменного тока с последовательным соединением резистора с активным сопротивлением R. реальной катушки индуктивности с полным сопротивлением Zk(Rk,Xk) и конденсатора с емкостным сопротивлением Xc (рис. 1) описывается уравнением, записанным по второму закону Кирхгофа для мгновенных значений напряжений на этих элементах:

 

 

или в геометрической форме для векторов действующих значений этих напряжений

 

 

 

Последнее соотношение говорит о том, что вектор действующего значения напряжения, приложенного к такой цепи, равен геометрической сумме векторов напряжений на отдельных её участках (рис. 2).

 

 

Рис. 1 Рис. 2 Рис. 3

 

Из анализа векторной диаграммы для такой цепи следует, что величина входного напряжения U

 

где URK , ULK – соответственно активная и реактивная составляющие напряжения на катушке, RK, XL – активное и реактивное индуктивное сопротивление катушки индуктивности (рис. 3)

Следовательно, действующее значение тока в этой цепи на основании закона Ома можно определит как где

– полное сопротивление цепи с последовательным соединением резистора, реальной катушки и индуктивности и конденсатора, которое легко определяется из многоугольника сопротивлений (рис. 3).

Угол сдвига фаз между входным синусоидальным напряжением U и потребляемым такой цепью током I определяется из треугольника сопротивлений

 

 

Если ωL > 1/ωC и угол φ > 0, вся цепь ведет себя как цепь с активным сопротивлением и идеальной индуктивностью. Говорят, что в этом случае цепь носит активно-индуктивный характер.

Если ωL < 1/ωC и угол φ < 0, вся цепь ведет себя как цепь с активным сопротивлением и емкостью. Говорят, что в этом случае цепь носит активно - емкостной характер.

Если в цепи реактивное сопротивления равны (ωL = 1/ωC), то угол φ = 0. При этом реактивная составляющая напряжения на индуктивности и напряжение на конденсаторе полностью себя компенсируют. Цепь ведет себя, как будто реактивные сопротивления в ней отсутствуют и ток достигает наибольшего значения, поскольку ток ограничивается только эквивалентным активным сопротивлением цепи

Это означает, что в цепи имеет место резонанс, называемый в данном случае резонансом напряжений.Резонанс напряжений можно получить изменением частоты источника питания, изменением параметров реактивных элементов, например, подбором значения величины емкости , где – резонансная частота цепи.

 

Порядок выполнения работы

3.1.Ознакомиться с лабораторной установкой (модуль ввода-вывода, набор минимодулей, наборное поле).

3.2.Собрать электрическую цепь с последовательным соединением элементов, установив минимодули резистора, батареи конденсаторов и дросселя L1 используемого в качестве индуктивного потребителя Zk (рис.4) Подключить собранную цепь к источнику переменного напряжения (клеммы «А-N» источника питания). Для измерения тока использовать вход 5 модуля ввода-вывода (гнезда Х25 и Х26). Для измерения напряжений UR UK UC и U использовать входы 1, 2, 3, 4 модуля ввода-вывода на пределе 30 В (гнезда Х9 и Х10, X11 и Х12, X13 и Х14, XI5 и Х16, соответственно). Представить схему для проверки преподавателю.

3.3.Загрузить программу автоматического управления Delta Profi.

В левом верхнем углу в окне программы выбрать меню «Работы». Одинарный щелчок левой кнопкой мыши приводит к появлению контекстного меню, в котором надо выбрать раздел «Электрические цепи - мини».

В появившемся списке работ выбрать «Работа 2-2. Электрическая цепь переменного тока с последовательным соединением элементов». На экране ПК отображается электрическая схема и набор виртуальных измерительных приборов, необходимых в данном эксперименте.

 

 

Рис. 4

 

Запустить программу в работу, нажатием кнопки «Пуск» ► или командой главного меню «Управление - Пуск» или горячей клавишей F5.

3.4.Подсоединить параллельно конденсатору дополнительный проводник (исключив этим конденсатор из цепи). Предъявить схему для проверки преподавателю.

3.5.Включить электропитание стенда (автоматический выключатель QF модуля питания, который выключается только в конце лабораторной работы) и модуля ввод-вывод.

На модуле питания включить источник переменного напряжения (SA1+SA3).

Произвести измерения указанных в таблице величин в цепи с последовательным соединением резистора R и катушки ZK. Результаты измерений занести в табл. 1.

Таблица 1

Схема U, B I, мA UR, В UK, В UC, В P, Вт
R, Zk         −−−−−  
R, Xc       −−−−−    
R, Zk, Xc1            
R, Zk, Xc2            
R, Zk, Xc3            

 

Выключить источник переменного напряжения (SA1+SA3), убрать дополнительный проводник, подключенный к конденсатору. Подсоединить параллельно индуктивному потребителю дополнительный проводник (исключив этим его из цепи). Установить заданное преподавателем значение емкости батареи конденсаторов. Предъявить схему для проверки преподавателю.

3.6. Произвести измерения указанных в таблице величин для цепи с последовательным соединением резистора R и конденсатора Хс. Результаты измерений занести в табл. 1. Выключить источник переменного напряжения (SA1+SA3), убрать дополнительный проводник.

3.7. Включить источник переменного напряжения (SA1+SA3). Изменяя величину емкости батареи конденсаторов, добиться наибольшего показания амперметра, т.е. обеспечить состояние цепи близкое к резонансу напряжений. Результаты измерений занести в табл. 1.

3.8.Уменьшая и увеличивая величину емкости батареи конденсаторов (от резонансного значения емкости) провести измерения указанных в таблице величин для двух состояний цепи. Результаты измерений занести в табл. 1. Выключить источник переменного напряжения (SA1+SA3).

3.9.Для цепи с последовательным соединением трех элементов ( R, ZK, С) по результатам измерений рассчитать:

полную мощность цепи S, активные мощности отдельных участков PR. Рк и всей цепи Р. реактивную мощность цепи Q, коэффициент мощности цепи cosφ и угол сдвига фаз φ между напряжением на входе цепи и током, а также полное Zэ- активное Rэ и реактивное Хэ сопротивления всей цепи, величину емкостного сопротивления Хс. При определении активной мощности индуктивного потребителя учесть полученное в предшествующей лабораторной работе значение активного сопротивления индуктивного потребителя RK. Результаты занести в табл.2.

Таблица 2

S=UI BA PR=URI Вт PR=RKI² Вт P=RR+PK Вт Q= ВАр cosφ= P/S φ Zэ Ом Rэ Ом Хэ Ом Хс= Uс/I Ом
                     
                     
                     

 

3.10.По результатам измерений построить для исследованных цепей в масштабе векторные диаграммы и сделать вывод о характере каждой исследованной цепи.

3.11.Построить зависимости потребляемого тока I, сопротивления цепи Zэ, реактивного сопротивления цепи Хэ коэффициента мощности цепи от величины емкостного сопротивления Хс.

3.12.Сделать вывод о применении 2-го закона Кирхгофа в цепях переменного тока.

 

4. Содержание отчета

Отчет по работе должен содержать:

а) наименование работы и цель работы;

б) схему исследуемой цепи;

в) таблицы с результатами опытов и вычислений;

г) расчетные соотношения;

д) векторные диаграммы; с) выводы по работе.

5. Контрольные вопросы

1. Что такое активная, реактивная и полная мощности в цепи переменного

тока?

2. Какая взаимосвязь между полной, активной и реактивной мощностями?

3. Что такое «коэффициент мощности»?

4. Как вычислить полное сопротивление катушки, если известны её активное сопротивление, индуктивность и частота сети?

5. Как вычислить полное сопротивление цепи с последовательным соединением резистора, реальной катушки и конденсатора?

6. От чего зависит угол сдвига фаз между напряжением и током на участке электрической цепи переменного тока?

7. Что такое «треугольник сопротивлений»?

8. Чему равны реактивное сопротивление цепи и реактивная мощность цепи при резонансе?

9. В каком случае исследуемая цепь будет носить активно-индуктивный характер, и в каком - активно-емкостной характер?

 

 

Работа № 2-3. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ СОЕДИНЕНИЕМ ЭЛЕМЕНТОВ.

ПОВЫШЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ

 

1. Цель работы

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

 

Перечень минимодулей

 

Наименование минимодулей Количество
Дроссель
Батарея конденсаторов
Резистор 2 Вт 100 Ом
Тумблер

 

Пояснения к работе

При параллельном соединении элементов получают разветвленную цепь (рис. 1). При параллельном соединении элементов токи r отдельных ветвях зависят от величины приложенного напряжения и полного сопротивления каждой ветви. При этом ток в ветви с резистором IR совпадает по фазе с напряжением, ток в ветви с индуктивной катушкой IK отстает по фазе от напряжения на угол φ, зависящий от активного и реактивного сопротивления реальной катушки индуктивности. Ток в ветви с конденсатором IC опережает напряжение на 900 (рис. 2). В соответствии с первым законом Кирхгофа общий ток I, потребляемый такой цепью от источника питания, определяется геометрической суммой токов отдельных ветвей:

 

Рис. 1

 

Геометрическое построение для определения величины и фазы общего тока представлено на рис. 2, где обозначено:

IKA, IA - активные составляющие тока в ветви с индуктивной катушкой и общего тока;

IKP, IP - реактивные составляющие тока в ветви с индуктивной катушкой и общего тока.

Рис. 2

 

Под активной составляющей тока понимают составляющую тока, совпадающую по фазе с приложенным напряжением. Под реактивной

составляющей тока - составляющую, расположенную под 90° к приложенному напряжению. Следует помнить, что активная и реактивная составляющие тока – это условие величины, не имеющие физического смысла в последовательной схеме замещения, но удобные для расчетов.

Из векторной диаграммы следует, что ,

Следовательно, величина общего тока I = ,

а угол сдвига фаз между общим током и приложенным напряжением

 

tgφ= / ( )/( ).

 

Данная векторная диаграмма построена в предположении, что емкостной ток меньше реактивной индуктивной составляющей тока в катушке . Поэтому общий ток отстает по фазе от напряжения. Такая цепь носит активно- индуктивный характер. Если бы емкостной ток был больше реактивной индуктивной составляющей тока в катушке , то ток, потребляемый цепью из сети опережал по фазе приложенное напряжение и цепь носила бы активно- емкостной характер.

При равенстве реактивной индуктивной составляющей тока в катушке и емкостного тока вектор общего тока совпадает по фазе с вектором приложенного напряжения, а его величина определяется только активными составляющими токов , При этом в цепи наступает явление резонанса токов, так как цепь, содержащая реактивные элементы, ведет себя как цепь с чисто активным сопротивлением. При резонансе токов токи в ветвях с реактивными элементами могут значительно превышать ток, потребляемый от источника питания.

3. Порядок выполнения работы

3.1. Ознакомиться с лабораторной установкой (модуль ввода-вывода, набор минимодулей ).

3.2. Собрать электрическую цепь с параллельным соединением резистора R, индуктивного потребителя ZK и батареи конденсаторов С (рис. 3).

Рис. 3

 

Установить в заданную преподавателем позицию переключатель батареи конденсаторов С. В качестве индуктивного потребителя ZK использовать дроссель L1. Для измерения тока использовать входы 5, 6, 7, 8 модуля ввода-вывода (гнезда Х25 и Х26. Х27 и Х28, Х29 и Х30, Х31 и Х32, соответственно). Для измерения напряжения U использовать вход I модуля ввода-вывода на пределе 30В (гнезда Х9 и Х10). Представить схему для проверки преподавателю.

3.3. Загрузить программу автоматического управления Delta Profi.

В левом верхнем углу в окне программы выбрать меню «Работы». Одинарный щелчок левой кнопкой мыши приводит к появлению контекстного меню, в котором надо выбрать раздел «Электрические цепи и основы электроники».

В появившемся списке работ выбрать «Работа № 2-3. Электрическая цепь переменного тока с параллельным соединением элементов». На экране ПК отображается электрическая схема и набор виртуальных измерительных приборов, необходимых в данном эксперименте.

Запустить программу в работу, нажатием кнопки «Пуск» ► или командой главного меню «Управление - Пуск» или горячей клавишей F5.

3.4. Изучить работу электрической цепи при параллельном соединении потребителей.

Включить электропитание стенда (автоматический выключатель QF модуля питания, который выключается только в конце лабораторной работы) и модуля ввод-вывод.

На модуле питания включить источник переменного напряжения (SA1+SA2).

Поочередно подключая тумблерами соответствующие ветви, измерить напряжение и токи во включенных ветвях, а также ток, потребляемый от источника питания. Подключить с помощью тумблеров все ветви и измерить напряжение и токи в ветвях, а также ток, потребляемый от источника питания. Результаты измерений занести в табл. 1.

Таблица 1

Включены ветви Измерено Вычислено
U, В I, мА , мА , мА , мА φ, град cosφ
R       ----- -----    
C     -----   -----    
ZK     ----- -----      
R, С, ZK              
ZK, С1     -----        
ZK, С1     -----        
ZK, С1     -----        
                     

 

 

3.5. Исследовать влияние емкости С, включенной параллельно индуктивному потребителю ZK, на коэффициент мощности цепи и величину тока I, потребляемого от источника питания. Для этого разомкнуть ветвь с резистором R и установить такое значение емкости батареи конденсаторов, при которой от источника потребляется минимальный ток (состояние, близ









Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2018 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.