Указания к выполнению лабораторнойработыс помощью компьютерной программы Multisim10
] 1 Запустить программу Multisim10. Извлечь на рабочее поле из соответствующих библиотек пиктограммы элементов цепи: источник переменного напряжения V 1, установив его параметры 100 В, 50 Гц, фаза 0°; заземлитель; резистор R 1; катушку индуктивности L 1; конденсатор C 1, установив их рассчитанные или заданные параметры; источники ЭДС, управляемые током (датчики токов цепи) V 2;мультиметр XMM 1 (в режиме амперметра) для измерения тока, мультиметры XMM 2, XMM 3, XMM 4 (в режиме вольтметра) для измерения падения напряжения на элементах; вольтметр U 2 для измерения напряжения в цепи, осциллограф XSC 1. 2 Ознакомиться с измерительными приборами, и собрать электрическую цепь в Multisim по рис. 1.5, используя данные таблицы 1.3, согласно заданного варианта. Показания мультиметра XMM 1 и датчика тока V 2 будут соответствовать общему току цепи; показания мультиметра XMM 2 будет соответствовать падению напряжения на активном сопротивлении; XMM 3 – на индуктивном, XMM 4 - емкостном сопротивлении. Подключим вход А осциллографа к напряжению источника, а вход В попеременно подключать к выходным зажимам датчиков токов: общего тока цепи, тока резистора, катушки или конденсатора. Входные зажимы датчиков тока соединить и подключить к заземленному зажиму источника напряжения, куда необходимо подключить и заземляющий зажим осциллографа.
Оборудование: Таблица 1.2 - Перечень необходимого оборудования
Таблица 1.3 – Значения параметров элементов схем
Рисунок 1.5 - Схема исследования цепи с последовательным соединенными резиcтором R, катушкой индуктивности L, конденсатором С
5.3.1 Эксперимент №1 При полной компенсации реактивной мощности падение напряжения на катушке индуктивности равно падению напряжения на конденсаторе, поскольку реактивные токи этих элементов не только противоположны по фазе, но и равны по величине, следовательно, равны их и реактивные мощности. Между конденсатором и катушкой происходит непрерывный обмен реактивными мощностями. Поскольку такой обмен происходит без потерь, а по величине они равны, то цепь в целом получает от источника только активную мощность и не потребляет от него реактивную мощность вообще. Такой режим цепи называют резонансом напряжений.
Для получения режима полной компенсации рассчитать и установить значение величины индуктивности. Поскольку, падения напряжения на катушке индуктивности и напряжения на конденсаторе должны быть равны, то должны быть равны и их сопротивления: Определить емкостное и полное сопротивление: Определить значение величины индуктивности L, учитывая что Таблица 1.4 - Данные опытов и расчетов
Установим рассчитанное значение величины индуктивности на схеме. Включить схему в сеть. Результаты опыта приведены на рисунке 1.6. Пронаблюдать на экране осциллографа совмещение осциллограмм входного напряжения и тока в цепи; Измерить действующие значения входного напряжения U, тока в цепи I, напряжение на индуктивной катушке UL и на конденсаторе UC, активную мощность, потребляемую в цепи P, коэффициент мощности cosφ. Данные опытов занести в таблицу 1.4, строка 1.
Рисунок 1.6 - Распределение тока цепи, падений напряжений на элементах, активная мощность (слева) и осциллограммы напряжения источника и тока цепи в резонансном режиме
По данным опыта видно, что индуктивное и емкостное падения напряжения уравновешивают друг друга, а напряжение на резисторе в точности равно действующему значению напряжения источника. Осциллограммы напряжения источника и тока цепи (рисунок 1.6) в резонансном режиме совпадают по фазе, угол сдвига Уравнения мгновенных значений напряжений и токов, описывающие кривые на осциллограмме:
Поскольку полная мощность
С другой стороны, активная мощность Цепь в режиме резонанса напряжений не потребляет от источника реактивной мощности, а полная мощность, потребляемая всей цепью, равна активной. Рассчитать коэффициент мощности цепи cosφ и фазовый угол φ. Полученные расчеты занести в таблицу 1.1. Реактивные мощности катушки и конденсатора равны, то цепь потребляет от источника только активную мощность, а коэффициент мощности равен единице. Построить векторную диаграмму по результатам опыта. На рисунке 1.4 б представлена векторная диаграмма цепи в режиме полной компенсации реактивной мощности. Геометрическая сумма векторов падений напряжений на элементах электрической цепи переменного тока равен вектору приложенного напряжения: Вектор падения напряжения на активном сопротивлении равен вектору напряжения источника и совпадает по фазе с ним и с вектором тока. Векторы падений напряжений на реактивных сопротивлениях уравновешивают друг друга. 5.3.2 Эксперимент 2 Расстроить резонансный режим уменьшив индуктивность дросселя клавишей SHIFT + С. Включить схему в сеть. Результаты опыта приведены на рисунке 1.6. Снять осциллограммы напряжения источника и тока цепи и повторить все измерения.
Рисунок 1.7 - Распределение тока цепи, падений напряжений на элементах, активная мощность (слева) и осциллограммы напряжения сети и тока цепи при L =5 % от 50 мГн
Измерить действующие значения входного напряжения U, тока в цепи I, напряжение на индуктивной катушке UL и на конденсаторе UC, активную мощность, потребляемую в цепи P, коэффициент мощности cosφ. Данные опытов занести в таблицу 1.4, строка 2. На осциллограмме видно, что кривая тока цепи сдвинута по отношению к кривой напряжения источника на угол Уравнения мгновенных значений напряжений и токов, описывающие кривые на осциллограмме:
Полная мощность, потребляемая цепью: Коэффициент мощности:
Цепь потребляет от источника активную мощность:
или
Реактивная мощность равна разности индуктивной и емкостной мощностей:
или Коэффициент мощности: Полная мощность:
а для цепи, содержащей конденсатор и катушку индуктивности:
Тогда для коэффициента мощности такой цепи: Реактивная мощность конденсатора больше реактивной мощности катушки, то цепь потребляет от источника активную мощность и отдает в сеть избыточную реактивную. Построить векторную диаграмму по результатам опыта. На рисунке 1.4 в представлена векторная диаграмма цепи в режиме частичной компенсации реактивной мощности.
5.3.3 Эксперимент 3 Расстроить резонансный режим увеличив индуктивность дросселя. Включить схему в сеть. Результаты опыта приведены на рисунке 1.8. Снять осциллограммы напряжения источника и тока цепи и повторить все измерения.
Рисунок 1.8- Распределение тока цепи, падений напряжений на элементах, активная мощность (слева) и осциллограммы напряжения сети и тока цепи при L =50 % от 50 мГн
Измерить действующие значения входного напряжения U, тока в цепи I, напряжение на индуктивной катушке UL и на конденсаторе UC, активную мощность, потребляемую в цепи P, коэффициент мощности cosφ. Данные опытов занести в таблицу 1.4, строка 3. На осциллограмме видно, что кривая тока цепи сдвинута по отношению к кривой напряжения источника на угол Уравнения мгновенных значений напряжений и токов, описывающие кривые на осциллограмме: Построить векторную диаграмму по результатам опыта. На рисунке 1.4 а представлена векторная диаграмма цепи в режиме перекомпенсации реактивной мощности. Реактивная мощность катушки больше реактивной мощности конденсатора, то цепь потребляет от источника и активную, и реактивную мощность.
Сделать выводы Контрольные вопросы 1 Что такое емкостное и индуктивное сопротивления цепи? От чего они зависят? 2 Почему при последовательном соединении катушки индуктивности и конденсатора напряжения на них могут оказаться больше входного напряжения? 3 Что такое резонанс напряжений? 4 Изменением каких параметров цепи можно получить режим резонанса напряжений? 5 С помощью каких приборов можно определить резонансный режим?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
Исследование линейной цепи синусоидального тока при параллельном соединении активно-индуктивного приемника и батарей конденсаторов
Цель работы: Экспериментально исследовать условия возникновения резонанса токов и возможности его применения для повышения коэффициента мощности электрических установок; определить параметры цепи по результатам измерений в различных режимах; проанализировать режим резонансов токов.
1 Программа работы
1.1 Ознакомиться со схемой установки (рис.2.1) и измерительными приборами. Записать данные приборов и их типы.
1.2 В цепи (рис.2.1): - отключить батарею конденсаторов; - подключить осциллограф для снятия осциллограмм входного напряжения и тока. На вход Х осциллографа подать напряжение с шунта Rш, а на вход Y – входное напряжение; - включить цепь тумблером F; - снять осциллограмму тока i и напряжения u вх; измерить действующие значения напряжения U вх, тока в цепи I (показания амперметров А и А 1 будут одинаковы) и активную мощность P, потребляемую в цепи. Данные измерений занести в таблицу 2.1, строка 1. Рассчитать cosφи фазовый угол сдвига между током и напряжением. Данные расчетов внести в таблицу 2.1. 1.3 Подключить батарею конденсаторов. Увеличивая емкость батареи (дискретно с интервалом 0,5мкФ) с помощью тумблеров F 2- F 7, настроить цепь в резонанс, наблюдая на экране осциллографа совмещение осциллограмм входного напряжения u вх и тока i. Снять осциллограмму тока и напряжения в резонансном режиме. Измерить действующее значение напряжения U и токов I, I 1, I 2, а также активную мощность потребляемую в цепи. Данные опытов внести в таблицу 2.1. 1.4 Расстроить резонансный режим двумя способами - один раз уменьшив ёмкость батареи конденсаторов, адругой раз увеличив её. Снять осциллограммы и повторить все измерения и расчеты п. 1.3, для этих режимов. Данные опытов занести в таблицу 2.1. 1.5 Рассчитать коэффициент мощностиcosφ и фазовый угол сдвига φна входе цепи для всех трех режимов (φ>0; φ=0; φ<0).Данные расчетов внести в таблицу 2.1. Построить векторные диаграммы токов и напряжений. 1.6 Выполнить исследование заданной цепи виртуально с помощью программы Multisim 10. Таблица 2.1-Данные опытов и расчетов
2 Пояснения к работе
При подключении параллельно к активно-индуктивному приемнику батареи конденсаторов в цепи можно получить резонанс токов. Резонанс токов – это такой режим цепи переменного тока с параллельно соединенными с индуктивностью и емкостью, при котором ток в неразветвленной части цепи I совпадает по фазе с напряжением U. Реактивные составляющие токов в параллельных ветвях равны по величине и противоположны по фазам. Ток в неразветвленной части цепи Реактивная мощность от источника не потребляется, хотя индуктивная и емкостная мощности существуют и могут иметь большие значения. Объясняется это тем, что при резонансе происходит непрерывный обмен реактивной энергии между потребителем и батареей конденсаторов. При резонансе от источника потребляется лишь активная мощность, т.е. Коэффициент мощности
3 Описание лабораторной установки
На панели стенда собрана цепь рисунок 2.1, состоящая из индуктивной катушки и батареи конденсаторов с регулируемой емкостью. Для измерения токов и напряжения используются амперметр и вольтметр электромагнитной системы или мультиметр. Активная мощность измеряется ваттметром электродинамической системы. Для исследования амплитудно–фазовых соотношений используется двух лучевой осциллограф С–1-49.
4 Методические указания
1 Для осциллографирования тока на вход Х осциллографа подается напряжение, снятое с малого сопротивления Rш, включенного в неразветвленную часть цепи. Градуировку осциллограммы тока проще всего производить следующим образом: по показаниям амперметра вычислить амплитуду тока, А:
где I – действующее значение тока (показания амперметра). Масштаб тока А/мм на экране осциллографа Масштаб напряжения В/мм определяется аналогично: Режим резонанса удобно фиксировать по совпадению моментов переход через ноль синусоидального тока и напряжения на входе цепи, как показано на рисунке 2.2.
Рисунок 2.2- К определению масштаба тока на осциллограмме Коэффициент мощности цепи Отсюда Знак угла φ для каждого режима определяется по осциллограмме. Величину угла φ также можно определить по осциллограмме. Для этого нужно определить соотношение а) б) в)
Рисунок 2.3 Временные диаграммы тока в цепи и напряжения на входе цепи: а) φ=0, ток и напряжение совпадают по фазе; б) φ>0, ток отстает от напряжения; в) φ<0, ток опережает
· Основными потребителями электрической энергии являются асинхронные двигатели, представляющие собой активно-индуктивную нагрузку. Их подключение к сети соответствует векторной диаграмме (рис. 2.4,а). Построение диаграммы целесообразно начинать с вектора При подключении батареи конденсаторов во второй ветви появляется ток, величина которого зависит от входного напряжения и емкостного сопротивления батареи конденсаторов: По фазе ток на конденсаторе, как известно, опережает напряжение на 90о. Вектор тока İС при различных сопротивлениях показан на рисунке 2.4(б,в,г).
Рисунок2.4- Векторные диаграммы смешанной цепи R,L,C при постоянной частоте и индуктивности и переменной ёмкости
Наибольший интерес представляет такой режим работы цепи, когда емкостной ток İC равен по величине индуктивной составляющей тока İL. Ток в подводящих проводах На рисунке 2.4(в, г) показаны векторные диаграммы при недокомпенсации (в) и перекомпенсации (г) сдвига фаз между током и напряжением. В случае недокомпенсации емкостный ток İC меньше реактивной составляющей тока индуктивной катушки. В этом случае будет иметь место фазовый угол сдвига φ между током и напряжением, коэффициент мощности цепи cosφуже не будет равен единице, хотя несколько увеличится. В случае перекомпенсации, когда İC>İL, ток в подводящих проводах İ будет опережать напряжение по фазе (рисунке 2.4,г). В этих двух случаях в обмене электромагнитной энергией участвуют не только конденсатор и индуктивная катушка, но и источник энергии.
Воспользуйтесь поиском по сайту: ![]() ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|