Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Инструкционная карта по выполнению лабораторной работы № 5

1. Тема учебной программы: Однофазные цепи переменного тока

2. Тема работы: Исследование параллельного соединения катушки и конденсатора.

3. Цель работы: Изучить условия возникновения режима резонанса токов и возможность компенсирования реактивной мощности приемников энергии с помощью конденсаторов. Пронаблюдать на графиках изменение силы тока и коэффициента мощности при резонансе.

4. Материально-техническое оснащение: Лабораторный стол с комплектом оборудования, электроизмерительные приборы и соединительные провода.

5. Теоретическая часть.

Элементы цепи переменного тока, преобразующие электромагнитную энергию в тепло, обладают активными сопротивлениями. Это резисторы, лампы накаливания, электрические печи и т.д. В цепи переменного тока с активным сопротивлением, не содержащей ни индуктивности, ни ёмкости, ток совпадает по фазе с напряжением. Закон Ома для действующих значений в этой цепи будет иметь такую же форму, как для цепи постоянного тока: I = U / R. Здесь R — активное сопротивление цепи.

Индуктивностью L в цепях переменного тока обладают катушки реле, обмотки электродвигателей и трансформаторов. Х_L - индуктивное сопротивление. Если к катушке индуктивностью L подключить синусоидальное напряжение, то в цепи будет протекать синусоидальный ток. При этом ток будет отставать по фазе от напряжения на 90^o.

Активная мощность потребителя определена формулой P = U I cos φ. Величину cosφ называют коэффициентом мощности. Ток в линии питающей потребителя с заданной мощностью равен I = P/ (U cos φ). Чем меньше cosφ, тем больше сила тока, тем больше потери энергии в питающей линии. Большинство цепей имеет активно-индуктивную нагрузку. Увеличение cosφ возможно путем компенсации индуктивной составляющей тока через подключение параллельно нагрузке дополнительной электроёмкости.

Электроёмкостью С обладают конденсаторы, а также длинные линии электропередачи. Хс - емкостное сопротивление. Если к конденсатору емкостью C подключить синусоидальное напряжение, то в цепи будет протекать синусоидальный ток. При этом ток будет опережать по фазе напряжение на 90^o.

В разветвлённой электрической цепи переменного тока одна ветвь может содержать активное сопротивление R и индуктивность L, а другая ёмкость - С.

Потребители с активным R, индуктивным ХL и емкостным ХC сопротивлениями в цепи переменного тока имеют общее сопротивление Z:

Ток в цепи до разветвления по фазе может, как отставать от напряжения, так и опережать его. При наступлении явления резонанса токов напряжение и ток в цепи будут совпадать по фазе. Режима резонанса токов можно достичь, изменяя частоту переменного тока или индуктивность в цепи, или емкость в цепи. Резонансная частота определяется из формулы:

.

Сила тока в резонансном режиме имеет минимальное значение, так как полное сопротивлениецепи достигает минимального значения (Z=R).

Полная мощность S, передаваемая электроприёмникам генератором, определяется из формулы: S=U∙I = I²^∙Z (В∙А).

Полная мощность S состоит из активной мощности P=U∙I cosφ (Вт), которая преобразуется в теплоту и механическую работу и реактивной мощности Q=UIsinφ (Вар), которой генератор обменивается с приёмниками.

Коэффициент мощности:

характеризует долю активной мощности в составе полной мощности. Чем меньше cosφ, тем больше сила тока, тем больше потери в питающей линии

Уменьшение величины реактивной мощности при неименном значении активной мощности означает повышение коэффициента мощности. Согласно уравнению P=UI cosφ, повышение cosφ при неизменном напряжении U, приводит к уменьшению силы тока во всех звеньях системы электроснабжения и, следовательно, к уменьшению потерь активной энергии (мощности) на нагревание проводников, поэтому принимают специальные меры к увеличению коэффициента мощности в электрических цепях.

6. Практическая часть:

6.1. Техника безопасности при выполнении работы: Перед выполнением сборки цепей убедиться, что лабораторный стол обесточен, ЛАТР установлен в положение «0 - переменный ток». При возникновении во время выполнения работы неисправностей оборудования или приборов следует немедленно выключить напряжение питания (красная кнопка на лабораторном столе) и сообщить о неисправности преподавателю. При проведении измерений, необходимую коммутацию приборов осуществлять только после отключения питания на лабораторном столе.

Схема электрической цепи.

6.2. Описание выполнения задания:

Ознакомиться с измерительными приборами; определить предел измерения, цену деления приборов, их технические характеристики.

1. Убедитесь, что рычажный переключатель ЛАТР в положении «0 переменный ток» и «~0-250В». Соберите электрическую цепь по схеме. Показать собранную электрическую цепь преподавателю для проверки.

2. С помощью рычага ЛАТР установить в цепи переменное напряжение в 110В-145В (по указанию преподавателя). Штыревой переключатель конденсаторной батареи установить в положение «0». Определить и записать показания всех измерительных приборов в таблицу.

3. Не изменяя напряжение в цепи рычагом ЛАТР, изменить режим работы цепи, передвижением штыревого переключателя конденсаторной батареи, установив его в положение «1». Определить и записать показания всех измерительных приборов в таблицу 1.

4. Не изменяя напряжение в цепи рычагом ЛАТР, изменить режим работы цепи, провести измерения при положении переключателя конденсаторной батареи в положении «2», «3», «4», результаты записать в таблицу.

Таблица.

№ п./п. Измерено Вычислено

U I P Iк Ic Z_к Rк XL Cosφ_к катушк φ_к Xс С QL Qc Q Z Cosφ цепи φ

В А Вт А А Ом Ом Ом Ом мкФ ВАр ВАр ВАр Ом

Расчётные формулы:

- полное сопротивление катушки - полное сопротивление цепи.

- активное сопротивление катушки.

πf, или - индуктивное сопротивление катушки (ом).

- реактивная мощность катушки.(Q L)

- коэффициент мощности катушки.(Cos φ_к)

- угол сдвига фаз между колебаниями напряжения и тока катушки (можно определить по математическим таблицам Брадиса).

, - ёмкостное сопротивление конденсатора.

- реактивная мощность конденсатора.

- реактивная мощность всей цепи.

- коэффициент мощности цепи. По расчетным значениям cosφ определить градусную меру угла φ.

φ - угол сдвига фаз между колебаниями напряжения и общим током цепи (можно определить по таблицам Брадиса).

(мкФ) - электроёмкость конденсатора, где f = 50 Гц, частота переменного тока.

5. По результатам экспериментов: 1)выполнить вычисления, 2) построить векторные диаграммы токов для всех режимов работы цепи, 3) построить графики зависимости I= ƒ(C)., сosφ=ƒ(C).

12 Следующая ⇒