Лабораторная работа №2. Исследование неразветвленной цепи переменного тока с активным сопротивлением, индуктивностью и емкостью. Резонанс напряжений

Цель работы: проверить практически и уяснить, какие физические явления происходят в цепи переменного тока. Рассчитать параметры отдельных элементов электрической цепи. Построить по опытным данным векторные диаграммы.

Таблица 3. Приборы и оборудование

	Амперметр	Э537	2 А	1 шт.
	Вольтметр	Э545	600 В	2 шт.
	Ваттметр	Д539		1 шт.
	Лабораторный автотрансформатор	РНШ		1 шт.
	Сопротивление дополнительное		16,8 Ом	1 шт.
	Катушка с железным сердечником			1 шт.
	Батарея конденсаторов

 

Теоретическая часть

В исследуемой цепи последовательно соединены активное сопротивление, индуктивность и емкость.

В случае, когда индуктивное сопротивление больше емкостного, полное сопротивление цепи носит активно-индуктивный характер, и общее напряжение опережает ток по фазе.

В случае, когда индуктивное сопротивление меньше емкостного, полное сопротивление цепи носит активно-емкостной характер, и общее напряжение отстает от тока по фазе.

В случае, когда индуктивное сопротивление равно емкостному, в цепи наступает резонанс напряжений. Общее напряжение совпадает по фазе с током, оно равно активному. Сила тока становится наибольшей, коэффициент мощности равен единице. И если индуктивное сопротивление равное емкостному, намного больше активного сопротивления, то напряжение на индуктивности равное напряжению на емкости, окажется намного выше напряжения, на которое рассчитана цепь. Это может привести к пробою изоляции и разрушению цепи. В этом заключатся опасность резонанса напряжений.

 

Порядок выполнения работы

 

Ознакомиться с приборами и оборудованием (таблица 3), необходимым для проведения работы. Собрать схему (рис. 2) и дать проверить преподавателю.

Рис. 2. Электрическая схема неразветвленной цепи с активным сопротивлением, индуктивностью, емкостью

1. Подать напряжение U = 50 В с автотрансформатора.
2. Выполнить измерения необходимых величин при различных значениях емкости конденсатора, указанных в таблице.
3. Показания приборов записать в таблицу 4.

Таблица 4. Исследование неразветвленной цепи с активным сопротивлением, индуктивностью, емкостью

ИЗМЕРИТЬ

ВЫЧИСЛИТЬ

C

U

P

I

UK

UC

ZK

RK

XL

XC

UAK

UL

UДОП

CosφK

Cosφ

 

1. По полученным данным вычислить следующие величины:

Сопротивление катушки индуктивности:

Z_K - полное, R_K – активное, X_L – индуктивное.

R_K = R – R_ДОП, где R = P/I² – суммарное активное сопротивление цепи.

U_АК – падение напряжения на активном сопротивлении.

U_L – падение напряжения на индуктивном сопротивлении.

U_ДОП – падение напряжения на дополнительном сопротивлении.

X_C – емкостное сопротивление конденсатора.

Cos φ_K – коэффициент мощности катушки индуктивности.

Cos φ – коэффициент мощности электрической цепи.

 

1. Для случаев, когда X_L < X_C, X_L = X_C, X_L > X_C, построить в масштабе векторные диаграммы напряжений.

 

Ответить на вопросы:

1. Какое явление называется резонансом напряжений?

2. Характерные признаки резонанса напряжений.

3. В каком из опытов наступает резонанс?

4. От каких величин зависит сдвиг фаз между напряжением и током?

5. Чему равен коэффициент мощности при резонансе?

6. Чем опасно явление резонанса при больших токах?

 

Лабораторная работа №3. Исследование разветвленной цепи переменного тока с активным сопротивлением, индуктивностью и емкостью. Резонанс токов

Цель работы: проверить практически и уяснить, какие физические явления происходят в цепи переменного тока. Рассчитать параметры отдельных элементов электрической цепи. Построить по опытным данным векторные диаграммы..

Таблица 5. Приборы и оборудование

	Амперметр	Э537	1 А	3 шт.
	Ваттметр	Д539		1 шт.
	Лабораторный автотрансформатор	РНШ		1 шт.
	Катушка индуктивности			1 шт.
	Батарея конденсаторов

 

Теоретическая часть

В исследуемой цепи параллельно соединены катушка индуктивности и емкость.

Реальная катушка индуктивности обладает и активным и индуктивным сопротивлениями. При параллельном присоединении к ней батареи конденсаторов, могут рассматриваться следующие случаи: реактивная составляющая тока первой ветви больше реактивной составляющей тока второй ветви, реактивная составляющая тока первой ветви меньше реактивной составляющей тока второй ветви, реактивная составляющая тока первой ветви равна реактивной составляющей тока второй ветви.

В случае, когда реактивная составляющая тока первой ветви равна реактивной составляющей тока второй ветви, в цепи наступает резонанс токов. Поскольку ток второй ветви полностью реактивный, общий ток цепи становится наименьшим, коэффициент мощности равен единице. Реактивная мощность компенсируется, полная мощность становится равна активной мощности.

Данное явление используется, например, для компенсации реактивной мощности в трехфазных асинхронных двигателях, когда параллельно обмотке статора параллельно подсоединяют батарею конденсаторов.

 

Порядок выполнения работы

 

Ознакомиться с приборами и оборудованием (таблица 5), необходимым для проведения работы. Собрать схему (рис. 3) и дать проверить преподавателю.

 

Рис. 3. Электрическая схема разветвленной цепи с активным сопротивлением, индуктивностью, емкостью

 

1. Подать напряжение U = 100 В с автотрансформатора.
2. Выполнить измерения необходимых величин при различных значениях емкости конденсатора, указанных в таблице 6.
3. Показания приборов записать в таблицу.

Таблица 6. Исследование разветвленной цепи с активным сопротивлением, индуктивностью, емкостью

ИЗМЕРИТЬ

ВЫЧИСЛИТЬ

C

U

P

I

I1

I2

ZK

RK

XL

XC

IA1

IP1

cosφ1

sinφ1

cosφ

1. По полученным данным вычислить следующие величины:

Сопротивление катушки индуктивности:

Z_K - полное, R_K – активное, X_L – индуктивное.

X_C - емкостное сопротивление конденсатора.

I_A1 – активная составляющая тока.

I_P1 – реактивная составляющая тока.

Cos φ₁ – коэффициент мощности катушки индуктивности.

Sin φ₁ – катушки индуктивности.

Cos φ – коэффициент мощности электрической цепи.

 

1. Для случаев, когда I_Р1 < I_Р2, I_Р1 = I_Р2, I_Р1 > I_Р2, построить в масштабе векторные диаграммы токов.

 

Ответить на вопросы:

1. Какое явление называется резонансом токов?
2. Характерные признаки резонанса токов.
3. В каком из опытов наступает резонанс?
4. Что такое коэффициент мощности?
5. Чему равен коэффициент мощности электрической цепи при резонансе?
6. Каковы способы повышения коэффициента мощности?