Лабораторная работа по Электротехнике

Лабораторная работа № 7

Тема: Исследование неразветвленной цепи переменного тока.

Резонанс напряжений

Цель: исследование неразветвленной цепи переменного тока, содержащей

активные и реактивные элементы; получение резонанса напряжений;

построение по опытным данным векторных диаграмм.

Студент должен:

знать:

- условия возникновения резонанса напряжений в цепях переменного тока с последовательным соединением элементов.

уметь:

- рассчитывать активные, реактивные и полное сопротивления цепи, , строить векторные диаграммы.

Теоретическое обоснование

При подведении к зажимам последовательно соединенных активного сопротивления , индуктивности и емкости синусоидального напряжения

в цепи (рисунок 7. 1) устанавливается ток

Сдвиг фаз между напряжением и током определяется из отношения

где — полное сопротивление цепи,

активное сопротивление,

— индуктивное сопротивление,

емкостное сопротивление

Если то — ток в этом случае отстает от напряжения сети (рисунок 3.2, а), сопротивление цепи носит индуктивный характер.

Если то — ток опережает напряжение сети (рисунок 3.2, б), сопротивление цепи носит емкостной характер.

Когда то — ток и напряжение совпадают по фазе (рисунок 3.2, в). При этом полное сопротивление цепи коэффициент мощности . Этот случай называется резонансом напряжений, он имеет место при резонансной частоте

Цепь при резонансе ведет себя так, как будто содержит только активное сопротивление.

Резонанс может быть получен подбором параметров цепи при заданной частоте сети или при изменении частоты сети при заданных параметрах цепи.

Рисунок 7.1 - Неразветвленная цепь переменного тока.

Для цепи с последовательным соединением резистора, индуктивной катушки и конденсатора по измеренным значениям напряжения , тока и активной мощности можно определить параметры цепи:

сопротивление резистора

емкостное сопротивление

Определив и зная промышленную частоту Гц, можно найти емкость

конденсатора

Параметры катушки определяются следующим образом:

полное сопротивление катушки

так как

где — активное сопротивление катушки, то

причем .

общее активное сопротивление

Затем из формулы определяется индуктивность катушки:

Зная параметры катушки, можно вычислить активное и индуктивное напряжения катушки:

а) при индуктивном характере нагрузки ( );

б) при емкостном характере нагрузки ;

в) в резонансном режиме

Рисунок 7 .2 - Векторные диаграммы неразветвленной цепи переменного тока

Приборы и оборудование

При сборке цепи по приведенной схеме используется следующее оборудование:

Источник питания частотой 50 Гц переменного тока с лабораторным автотрансформатором (ЛАТР); - амперметр; - вольтметр; - фазометр;

- резистор с сопротивлением ;

- катушки индуктивности без сердечника;

- магазины емкостей.

Рисунок 7.3 Электрическая схема неразветвленной цепи переменного тока

Таблица 7. 1 — Результаты исследования неразветвленной цепи переменного тока

Ход работы

1. Ознакомиться с приборами и оборудованием, используемыми в работе.

2. Собрать цепь по схеме рисунок 7.3. Дать проверить преподавателю.

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

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

5. Установить емкость конденсаторов такой, чтобы угол между током и напряжением был равен .

6. Измерить напряжение на участках цепи ток в цепи 1, угол между током и напряжением . Данные измерений занести в таблицу 7. 1.

7. Изменить емкость цепи таким образом, чтобы изменился характер сопротивления цепи (поменялся знак угла на фазометре). Повторить измерение величин п. 6. Данные измерений занести в таблицу 7.1.

8. Поменять емкость цепи таким образом, чтобы на фазометре угол был равен 0. Повторить измерение величин п. 4. Данные измерений занести в таблицу 7.1.

9. По результатам измерений и вычислений для всех опытов сравнить: величины тока в цепи; полное сопротивление цепи, реактивные сопротивления катушки и конденсатора; значения коэффициента мощности; величины напряжений на индуктивности и емкости и величину напряжения цепи.

Примечание: для каждого опыта записывать значение емкости конденсаторов и отмечать знак угла

Контрольные вопросы

1. От чего зависит сдвиг фаз между напряжением и током неразветвленной цепи переменного тока?

2. Как определить величину тока в неразветвленной цепи переменного тока?

3. Как определить полное сопротивление цепи переменного тока?

4. Какое явление называют резонансом напряжений?

5. Каковы условия резонанса напряжений?

6. Какие энергетические процессы происходят в цепи при резонансе напряжений?

7. Перечислите особенности цепи при резонансе напряжений.

8. Как настроить в резонанс неразветвленную цепь переменного тока?

9. Что такое коэффициент мощности и чему он равен при резонансе?

Содержание отчета

1. Номер, название и цель работы.

2. Схема опыта рисунок 7.3.

3. Используемое оборудование и ход работы.

4. Результаты измерений и вычислений.

5. График зависимости .

6. Вывод.

7. Ответы на контрольные вопросы письменно.

Литература

1. А.К. Славинский, И.С. Туревский - Электротехника с основами электроники, 2013.-с. 98

2. Лоторейчук, Е.А.- Теоритические основы электротехники: 2014. –с. 180