Методичка по Электротехнике № 2000 (984755), страница 4
Текст из файла (страница 4)
8. Сделать выводы по результатам исследования неразветвленной электрической цепи. Методические указания по выполнению работы. 1. Ознакомиться с используемыми панелями лабораторного стенда и измерительными приборами, данные которых заносятся в соответствующие таблицы протокола. 2. Собрать электрическую цепь для исследования отдельных элементов (рис.7) Перед сборкой цепи убедиться, что регулятор напряжения 1ЛАТР) находится в крайнем правом поло>кении (1)= О).
Напряжение, подаваемое на вход исследуемой цепи измеряется вольтметром измерительного комплекса К505 и значение напряжения устанавливается вращением регулятора (ЛАТР) вправо 1) < 50В. Частота напряжения сети 50 Гц. Таблица 1. Таблица 2. Рис. 8. 30 3. Приборами измерительного комплекса К 505 измерить действующие значения тока 1, напряжения () и активной мощности Р для схем цепи с резистором (К). Данные эксперимента занести в таблицу 1 (первая строка). 4. Аналогичные измерения произвести для индуктивной катушки (сх. б) и емкости (схема в), их результаты занести в таблицу 1 (строка 2 и 3). 5.
По опытным данным произвести расчет параметров элементов. Результаты расчетов занести в табл. 1. 7. Собрать цепь из последовательно соединенных элементов К, 1. и С, схема которой приведена на рис. 8. 7. Перед включением цепи необходимо убедиться, что ручка регулятора источника питания находится в крайнем левом положении (И=О). 8. Установить заданное преподавателем значение напряжения на входе цепи. 9. Подобрать емкость конденсатора С =.
Со, при которой ток в цепи будет максимальным ( показания приборов не должны превышать допустимых значений ). 1О. В строку 4 таблицы 2 записать показания приборов комплекса К505, а действующие значения напряжений на резисторе, катушке и конденсаторе измерить вольтметром У2 (цифровой вольтметр). 11. Изменяя емкость конденсатора, произвести измерения 1, (), Р, ()ю 1)с и записать их значения в таблицу 2 для трех значений емкости С >Со и трех значений емкости С < Со. ДИЗВЮИ: Д'~ у % '" " ""' Р """ " * Л' поддерживается постоянным и не превышает Ь'=15 В.
12. По полученным экспериментальным данным построить на миллиметровой бума~с и в масштабе резонансные характеристики 1(С); ()(С); 11к(С); Сс(С); <р(С) и векторные диаграммы для тока и напряжений для С < Со; С = Со н С >Со. Содержание отчета емкости Контрольные вопросы. Рис1,а Кз Рис1,б 32 ЗЗ 1.
Цель работы. 2. Задание на работу. 3. Схемы исследуемых целей. 4. Таблицы экспериментальных и расчетных данных. 5. Резонансные характеристики. б. Векторные диаграммы для 3-х вариантов конденсатора С<Со; С=Со и С>Со 7, Выводы по работе. 1. Закон Ома для цепи переменного синусоидального тока и его отличие от цепи постоянного тока. 2. Как зависит сопротивление катушки и конденсатора от частоты приложенного напряжения? 3. Что такое резонанс напряжений и в каких цепях он возникает? 4. Каковы условия возникновения резонанса напряжений н способы его достижения 1каким образом практически можно получить резонанс в электрической цепи)? 5.
Почему при резонансе напряжений, напряжение на индуктивности и емкости могут превышать приложенное напряжение? 6. Что такое активная, реактивная н полная мощности? 7. Объясните характер изменения резонансных кривых? 8. Что означает коэффициент мощности соз ф? Лабораторная работа № 4 ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗВЕТВЛЕННОЙ ЦЕПИ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА. РЕЗОНАНС ТОКОВ Цель работы: Изучение разветвленной цепи синусоидального тока, состоящей из параллельно соединенных ветвей с разнохарактерными реактивными элементами, установление условий наступления резонанса токов в ней, определение параметров цепи. Основные теоретические положения Простейшая разветвленная цепь, состоящая из двух параллельно соединенных ветвей с разнохарактерными реактивными элементами при питании от источника синусоидального напряжения, приведена на рис.
1. Знак —, помещенный между рис. 1,а и рис. 1,б, означает соответствие приведенных схем для мгновенных и комплексных величин токов и напряжений по аналогии с тем, что ц(!) -оп л(!)- !сп, где и(!) = ()пгз)п(сл.! + срц), !(!) = !сп з(п(и ! +~л) - мгновенные напряжение и ток, изменяющиеся с угловой частотой и, амплитуды которь|х ()сп, 1п!, начальные фазы !рп, ~л, соответственно; ()сп =1!а 'е, !т =!в 'е - комплексные амплитуды 1рь ' —, И! напряжения и тока (напомним, что ()= ()спИ2, 1=(св/'!2 комплексные действующие значения (комплексы) напряжения и тока, соответственно). При известном синусоидальном напряжении сс(т), приложенном к цепи (известных !)пз, ~~ц, и), и известных параметрах цепи К!,Кп!.,С токи в ветвях и неразветвленной части цепи 1!, !2,1 определяются на основании закона Ома и первого закона Кирхгофа по формулам: () 1с=1,2; ~1с 11в !2 ()'%" ~2) 1-! 1 где и l !с - комплексная проводимость !с - ой ветви.
комплексное сопротивление которои 7~ =К!, ч )Хь, У = 1Я- комплексная проводимость всей цепи, комплексное сопротивление которой У=кв )Х. (для рассматриваемой схемы Х, =Х„Х, =- ХС Комплексная проводимость у так же, как и комплексное сопротивление 2, может быть представлена в трех формах комплексного числа, связь между которыми прослеживается следующей цепочкой формул: К- )Х К . Х К+)Х К +Х К +Х К +Х Ь = у(созср- !ялср) = у е ~~, К где -активная проводимость, К2, Х2 х Ь = 2 2 -реактивная проводимость, К Х вЂ” -полная проводимость цепи (участка цепи); ср = агсФ%) = асс!в(Х!'К) = !ра !р1- угол сдвига фаз между напряжением и током на входе цепи или же на участке цепи в зависимости от того, к чему (к цепи или участку) относится —. У Таким образом, с учетом приведенных формул (2) действующие значения токов 1!, 1, 1 (рис.
1) определяются выражениями: !1, =!.1 у1, =-() !й +Ь , )с=!,2 1=и у=() ~~-'+Ь2=и. где д)с, Ь)с -соответственно активная и реактивная проводимость !с - ой ветви; д=д!+я. -активная проводимость, Ь=ь|+Ьз - реактивная проводимость рассматриваемой цепи. Заметим, что для рассматриваемой цепи (рис.
1) Ь,— ' — " >О, К2+Х2 К2+Х2 ! 1 ! . 1. К',+ Х' К2+ ХС Следовательно, реактивная проводимость всей цепи Ь=Ь, ° Ь,— С +Х К,+Х2 может быть: - меньше нуля при !!Ь!( < )Ь2!. - равна нулю при )Ь!( =!!Ь2(, - больше нуля при !Ь!( > )Ь2( 35 Угол сдвига фаз между () и ! 1Р = !1!а - !!!! = агс!К(Ь/К) также >О при Ь>0; Г =0 при Ь=О; <О при Ь<0. Режим гармонических колебаний в цепи, содержаы!ей ветви с разнохарактерными реактивными элементами, при котором !р = О, называется резонансом токов.
Таким образом, условием возникновения резонанса токов в цепи является равенство нулю ее реактивной проводимости: Ь=О Для рассматриваемой цепи Ь=Ь|+Ь2 = = — — —,,— '-=О хс К2+ Х2 К2 Х2 1 1. 2 'С может быть получено путем изменения Кь Кь 1.. С, оэ (одного параметра при фиксированных остальных). Например, при неизменных К(с, С, 1. резонанс наступит при частоте О !1 С ')~К2 (4) Выражение (4) показывает, что резонанс токов в рассматриваемой цепи возможен при различных соотношениях между параметрами цепи. Наиболее распространенным случаем, с каким чаще всего приходится иметь дело па практике, является случай, когда ЫС» К1, ЫС» К2. В этом случае 1 ,/ь с Активная проводимость цепи при резонансе + ~1 + )~г К1 + )~г %1 )Ь2 е'=К1 е'2 2 2 2 2 2 2 К1+Х10 В.2+ХСО Х10 ХСО так как 1, Х!д=!»О 1-=!~— 1с 1 1.
Хсо = , С Э!'С Токи в параллельных ветвях при резонансе: 2 2 Х„ К12 + Х,2О ~ Х1.О,/~7С ' 1! = () . у! = (! 2 (, ~ К', + Х ~ К2+ Хсо Хсо ъ%С О В вышеуказанных формулах первое слагаемое подкоренного выражения стремится к нулю. Добротность цепи, равная отношению действующих токов при резонансе,- () 1, 12,/СУС (5) К1+ К2 В соответствии с (5) токи в параллельных ветвях при резонансе будут превышать ток в неразветвленной части цепи, если чБС >(К!+Ко),т.е.Я>1.
По этой причине резонанс при параллельном соединении участков, имеющих инчуктивный и емкостной характер, называют резонансом токов. На рис. 2 приведены частотные (резонансные) характеристики 1(~), 1,(в), 11(оэ), ср(ш) цепи (рис. 1) при ()=сопя!, Хь»К!, Хс»К> Векторная диаграмма цегп! при резонансе показана на рис. 3. 1,1ь Рис. 2 Рис. 3 Зб Так в неразветвленной части цепи при резонансе К, ° К2 1= (э'(О! -ьЯ2) =(! 1.,'С Задание к работе. Таблица №1 !В 38 39 При резонансе токов реактивная мощность всей цепи ()=() 1 зш9 \ 1 — =с) .Ь=13 (Ь1+Ь2)=0, ь у 2 2 тогда как ее составляющие 01 = П Ь1 и 02 = П 'Ь2 отличны от нуля.
Отсюда следует, что при резонансе колебание мгновенной мощности происходит только между элементами 1.,С и не выходит за пределы цепи, т.е. к источнику. По этой причине рассматриваемая цепь часто называется параллельным колебательным контуром. Колебания мгновенной мощности между 1„С элементами сопровождается безвозвратными потерями энергии на К-элементах. Величина этих потерь определяется потребляемой от источника активной мощностью Р= 1) 1 саяр= 11.1.— = () я=1 (91+02), У Полная мощность контура при резонансе З=,ГР- НУ =0*1=Р. 1) Экспериментально исследовать электрические цепи, состоящие из последовательно соединенных К, 1, и К, С элементов. 2) По данным экспериментов (и. 1) рассчитать параметры Х,К,Х,у,д,Ь, углы сдвига фаз д, мощности О, Я, напряжения Пк, Ьы ()с на участках цепи.
3) Экспериментально исследовать электрическую цепь, состоящую из параллельных ветвей, имеющих активно-индуктивный и емкостной характер. 4) По данным экспериментов (и. 3) построить резонансные кривые 1(С),!к(С),!с(С),~р(С),Р(С), а также рассчитать параметры Х,К,Х,у,д,Ь, угол сдвига фаз ЧЬЯ,В цепи. 5) Используя расчетные и экспериментальные данные, построить в масштабе векторные диаграммы цепи для случаев Ь<0, Ь = О, Ь>0.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
