- •1. Предварительные теоретические сведения 209
- •1. Предварительные теоретические сведения 228
- •Лабораторные работы по курсу «электротехника» общие методические указания к лабораторным работам
- •2.2. Электрические цепи с активным сопротивлением, индуктивностью и ёмкостью
- •2.3. Последовательное соединение элементов с параметрами r, l, с
- •3. Лабораторная установка
- •4. Программа работы
- •4.1. Экспериментальная часть
- •4.2. Обработка результатов эксперимента
- •Вычислить полное сопротивление по формуле: .
- •5. Контрольные вопросы
- •2.2. Повышение коэффициента мощности в электрических цепях переменного тока
- •3. Лабораторная установка
- •4. Программа работы
- •4.1. Экспериментальная часть
- •4.2. Обработка результатов эксперимента
- •5. Контрольные вопросы
- •2.2. Соединение приёмников по схеме четырёхпроводная звезда
- •2.3 Режимы работы трёхфазной цепи, соединённой по схеме четырёхпроводная звезда
- •2.3.1. Режим симметричной нагрузки
- •2.3.2. Режим изменения тока одной фазы
- •2.3.3. Режим несимметричной нагрузки
- •2.3.4. Режим равномерно-разнородной нагрузки
- •2.3.5. Режим обрыва одной фазы
- •2.4. Соединение приёмников по схеме трёхпроводная звезда
- •2.4.1. Режим симметричной нагрузки
- •2.4.2. Режим изменения сопротивления одной фазы
- •2.4.3. Режим несимметричной нагрузки
- •2.4.4. Режим равномерно-разнородной нагрузки
- •2.4.5. Режим обрыва одной фазы
- •2.4.6. Режим короткого замыкания фазы
- •3. Лабораторная установка
- •4. Программа работы
- •4.1. Экспериментальная часть
- •4.2. Обработка результатов эксперимента
- •5. Контрольные вопросы
- •Трехфазной цепи
- •2.2.Трехпроводная цепь. Соединение приемников по схеме «треугольник»
- •2.3. Режимы работы трехфазной цепи, соединенной по схеме «треугольник»
- •2.3.1. Режим симметричной нагрузки
- •При симметричной нагрузке
- •2.3.2. Режим изменения тока одной фазы
- •При изменении тока одной фазы для случая
- •2.3.3. Режим несимметричной нагрузки
- •При несимметричной нагрузке для случая
- •2.3.4. Режим обрыва одной фазы
- •При обрыве фазы bc
- •2.3.5. Режим обрыва линейного провода
- •Линейного провода b-b
- •При обрыве линейного провода b-b
- •2.3.6. Режим равномерно-разнородной нагрузки
- •3. Лабораторная установка
- •4. Программа работы
- •4.1. Экспериментальная часть
- •4.2. Обработка результатов эксперимента
- •5. Контрольные вопросы
- •2.2. Приборы магнитоэлектрической системы
- •2.3. Приборы электромагнитной системы
- •2.4. Приборы электродинамической и ферродинамической системы
- •2.5. Измерение тока в цепях постоянного тока
- •2.6. Измерение напряжения в цепях постоянного тока.
- •2.7. Измерение тока в цепях переменного тока
- •2.8. Расширение пределов измерения вольтметров в цепях переменного тока
- •2.9. Измерение мощности в цепях постоянного и переменного тока.
- •3. Лабораторная установка
- •5. Контрольные вопросы
- •VI. Лабораторная работа № 6. Исследование электрической цепи синусоидального тока при последовательном соединении активного, индуктивного и емкостного сопротивлений в режиме резонанса напряжений
- •1. Цель работы
- •2. Предварительные теоретические сведения
- •2.1. Общие положения и определения.
- •3. Лабораторная установка
- •4. Программа работы
- •4.1. Экспериментальная часть
- •4.2. Обработка результатов эксперимента
- •6. Контрольные вопросы
- •VII. Лабораторная работа № 7. Исследование электрической цепи синусоидального тока при параллельном соединении активного, индуктивного и емкостного сопротивлений в режиме резонанса токов
- •1. Цель работы
- •2. Предварительные теоретические сведения
- •2.1. Общие положения и определения.
- •3. Лабораторная установка
- •4. Программа работы
- •4.1. Экспериментальная часть
- •4.2. Обработка результатов эксперимента
- •5. Контрольные вопросы
- •2.2. Режимы работы трансформатора
- •2.3. Внешняя характеристика трансформатора
- •3. Лабораторная установка
- •4. Программа работы
- •4.1. Экспериментальная часть
- •4.2. Обработка результатов эксперимента
- •Экспериментальные данные характеристики холостого хода Таблица 8.1
- •Экспериментальные данные опыта холостого хода Таблица 8.2
- •Данные нагрузочного режима при активной нагрузке () Таблица 8.3
- •Экспериментальные данные внешней характеристики при ёмкостной нагрузке (); Таблица 8.4
- •5. Контрольные вопросы
- •Практические занятия по курсу «электротехника» общие методические указания к практическим занятиям
- •IX. Практическое занятие №1. Расчет электрических цепей с использованием законов Ома и Кирхгофа
- •1. Вопросы для подготовки к занятиям
- •2. Расчет цепи с одним источником питания
- •2.1. Анализ и решение задачи 1
- •2.2. Дополнительные вопросы к задаче 1.
- •3. Расчет сложных цепей при помощи уравнений Кирхгофа
- •3.1. Анализ и решение задачи 2
- •3.2. Дополнительные вопросы к задаче 2
- •4. Самостоятельная работа студента
- •X. Практическое занятие №2. Методы расчета сложных цепей
- •1. Вопросы для подготовки к занятиям
- •2. Расчет цепи методом узлового напряжения
- •2.1. Анализ и решение задачи 1
- •2.2. Дополнительные вопросы к задаче 1
- •3. Расчет цепей методом эквивалентного генератора
- •3.1. Анализ и решение задачи 2
- •3.2. Дополнительные вопросы к задаче 2
- •4. Самостоятельная работа студента
- •XI. Практическое занятие №3. Расчет цепи переменного тока с последовательным соединением элементов
- •1. Вопросы для подготовки к занятиям
- •2. Расчет электрических параметров цепи
- •2.1. Анализ и решение задачи 1
- •3. Расчет цепи методом комплексных чисел
- •3.1. Дополнительные вопросы к задаче 1
- •4. Определение параметров потребителя по опытным данным
- •4.1. Анализ и решение задачи 2
- •4.2. Дополнительные вопросы к задаче 2
- •4. Самостоятельная работа студента
- •XII. Практическое занятие №4. Расчет сложных цепей переменного тока
- •1. Вопросы для подготовки к занятиям
- •2. Расчет цепи с параллельным соединением элементов
- •2.1. Анализ и решение задачи 1
- •2.2. Дополнительные вопросы к задаче 1
- •3. Расчет разветвленной электрической цепи
- •3.1. Анализ и решение задачи 2
- •3.2. Дополнительные вопросы к задаче 2
- •4. Самостоятельная работа студента
- •XIII. Практическое занятие №5. Магнитные и нелинейные цепи
- •1. Вопросы для подготовки к занятиям
- •2. Примеры решения прямой и обратной задачи для магнитных цепей
- •3. Самостоятельная работа студента
- •XIV. Практическое занятие №6. Расчет трехфазных цепей при соединении потребителей звездой и треугольником
- •1. Вопросы для подготовки к занятиям
- •2. Расчет цепей при соединении источников и потребителей звездой
- •2.1. Анализ и решение задачи 1
- •2.2. Дополнительные вопросы к задаче 1
- •3. Расчет цепей при соединении треугольником
- •3.1. Анализ и решение задачи 2
- •3.2. Дополнительные вопросы к задаче 2
- •3.3. Анализ и решение задачи 3
- •3.4. Дополнительные вопросы к задаче 3
- •4. Самостоятельная работа студента
- •Контрольные работы по курсу «электротехника» общие методические указания к контрольным работам
- •XV. Контрольная работа №1. Расчёт разветвлённой электрической цепи синусоидального тока постановка задачи
- •1. Предварительные теоретические сведения
- •1.1. Последовательное соединение активных и реактивных элементов
- •1.2. Векторная диаграмма напряжений для неразветвленной цепи
- •1.3. Проводимости и их связь с сопротивлениями
- •1.4 Общий случай разветвленной цепи
- •2. Расчет цепи синусоидального тока со смешанным соединением элементов
- •2.1 Содержание домашнего задания
- •2.2 Пример расчета электрической цепи со смешанным соединением элементов
- •XVI. Контрольная работа №2. Расчёт трёхфазной электрической цепи синусоидального тока постановка задачи
- •1. Предварительные теоретические сведения
- •1.1. Общие положения и определения
- •1.2. Соединение фаз приемников схеме четырехпроводная звезда
- •1.3. Соединение фаз приемника по схеме «треугольник»
- •1.4. Мощность трехфазной цепи
- •2. Расчет трехфазной электрической цепи
- •2.1. Содержание домашнего задания
- •2.2. Пример расчета трехфазной электрической цепи
- •XVII. Вопросы к тестам по курсу «электротехника» общие методические указания к тестовым заданиям
- •Литература
- •Приложения
5. Контрольные вопросы
-
У какой измерительной системы приборов амперметры имеют равномерную шкалу?
-
У какой измерительной системы приборов вольтметры имеют равномерную шкалу?
-
Приборы, какой системы приборов не могут работать на переменном токе?
-
Приборы, какой системы приборов можно использовать для измерения мощности?
-
Приборы, какой системы приборов нельзя использовать для измерения мощности?
-
Приборы, какой системы приборов могут работать только на постоянном токе?
-
Какая измерительная система приборов наименее чувствительна к перегрузкам?
-
Какая измерительная система приборов менее чувствительна к внешним магнитным полям?
-
Приборы, какой системы приборов могут измерить постоянную составляющую в цепи несинусоидального тока?
-
Какие приборы можно построить на базе магнитоэлектрического измерительного механизма?
-
Какие приборы можно построить на базе электродинамического измерительного механизма?
-
Приборы, какой системы имеет неравномерную шкалу?
-
Для чего используются спиральные пружины в приборах магнитоэлектрической системы?
-
Для чего используется спиральная пружинка в приборах электромагнитной системы?
-
Для чего в электроизмерительных приборах применяют экранирование?
VI. Лабораторная работа № 6. Исследование электрической цепи синусоидального тока при последовательном соединении активного, индуктивного и емкостного сопротивлений в режиме резонанса напряжений
1. Цель работы
Изучение основные законы электрических цепей синусоидальных токов при последовательном соединении элементов.
Изучение особенности работы электрической цепи в режиме резонанса напряжений.
Освоение методик расчета и построения векторных диаграмм при последовательном соединении элементов в режиме резонанса напряжений.
Приобретение навыков чтения и сборки электрических схем и работы с электроизмерительными приборами в требуемых диапазонах.
2. Предварительные теоретические сведения
2.1. Общие положения и определения.
В электрической цепи (рис. 62) при последовательном соединении элементов идут процессы и явления аналогичные происходящим в контуре, состоящем из последовательно соединенных катушки и конденсатора переменной емкости, включенных в цепь внешней синусоидальной ЭДС технической частоты 50 Гц.
Рисунок 62. Последовательное соединении активного, индуктивного и емкостного сопротивлений в режиме резонанса напряжений
По отношению к источнику ЭДС элементы цепи включены последовательно. В такой цепи при определенных значениях R, L и С ток определяется по известному закону Ома:
I=.
По модулю полное сопротивление:
Z=,
где: (XL-XC) - реактивное сопротивление контура;
XL=ωL - индуктивное сопротивление катушки индуктивности;
XC= - емкостное сопротивление конденсатора;
- циклическая частота используемого синусоидального тока.
Условие электрического равновесия такой цепи определяется вторым законом Кирхгофа:
U= UR+UL+UC.
Соответственно для синусоидального тока:
I=Im sinn ωt
Напряжения на элементах цепи соответственно будут равны:
U=UmR sinn ωt;
UL=UmL sinn (ωt+);
Uc=UmC sinn (ωt-).
Фазовые соотношения между током и напряжениями можно определить с помощью векторных диаграмм рисунков 63, 64, 65.
Рисунок 63. Векторная топографическая диаграмма тока и напряжений при последовательном соединения элементов цепи для случая UL > UС
Рисунок 64. Векторная топографическая диаграмма тока и напряжений при последовательном соединения элементов цепи для случая UL < UС
Рисунок 65. Векторная топографическая диаграмма тока и напряжений при последовательном соединения элементов цепи для случая UL = UС
На векторных диаграммах получен треугольник напряжений, гипотенуза которого равна приложенному напряжению U. При этом разность фаз φ определяет характер нагрузки в цепи:
-
при UL > UС угол φ > 0 - индуктивный характер нагрузки (рис. 63); XL-Хс > 0;
-
при UC > UL угол φ < 0 - емкостный характер нагрузки (рис. 64); XL-XC.< 0 и XC>XL ;
-
при UC=UL угол φ = 0 –нагрузка чисто активная (рис. 65); XL — ХC = 0. и XL = XC. В цепи в этом случае протекает максимальный ток:
I== , Z=R.
Следовательно, в данном случае ток и напряжение совпадают по фазе. Явление, при котором в электрической цепи синусоидального тока при последовательном соединении активного, индуктивного и емкостного сопротивлений, когда XL = XC, а общее напряжение совпадает по фазе с током цепи, называется резонансом напряжений (рис. 65).
Условием резонанса напряжений является равенство индуктивного и ёмкостного сопротивлений цепи:
XL = XC, ώL=.
В режиме резонанса напряжений справедливы равенства:
, ,
где: - формула Томсона для колебательного контура.
Итак, для резонанса напряжений в электрической цепи можно записать следующие выражения:
I==;
XL = XC, φ=0;
;
, так как UL=XLI, UC=XCI.
В реальных цепях может быть режим, при котором XL>R. Соответственно, напряжение UL и равное ему UC окажутся больше приложенного напряжение в раз, т.е. на отдельных участках цепи могут возникать при резонансе напряжения, опасные для обмоток приборов и машин, включённых в данную цепь. Это условие необходимо учитывать при расчётах силовых цепей. В радиотехнических колебательных контурах явление резонанса напряжений используется для усиления слабых радиосигналов. За счёт того, что
XL>>R, UL=U
сигнал усиливается в раз.
Из условия φ=0, cosφ=1 при резонансе напряжений можно определить энергетические соотношения и мощность цепи. Активная мощность такой цепи:
Р= IUcosφ = IU = S.
Активная мощность равна полной мощности.
Реактивная мощность:
QL=XLI2 QC = XCI2; Q= QL-QC=0.
Т.е. реактивные части реактивной мощности при резонансе напряжений находятся в противофазе. Физический смысл этого явления следующий: через каждую четверть периода происходит обмен энергией между магнитным полем катушки и электрическим полем конденсатора. Равенства емкостного и индуктивного сопротивлений:
ω L=
можно добиться, изменяя угловую частоту ω, индуктивность L, (например меняя положение сердечника катушки) или емкость конденсатора С. Угловая частота, при которой наступает резонанс напряжений:
называется резонансной частотой. При резонансной частоте ток в цепи максимален:
I=,
т. е. цепь в этом случае имеет наименьшее возможное сопротивление R, а напряжения на индуктивности и емкости UL и UC сдвинутые по фазе на π, полностью компенсируют друг друга. Напряжение, приложенное к цепи, равно напряжению на активном сопротивлении, и ток совпадает по фазе с напряжением.
Если в цепь с постоянной индуктивностью включить последовательно переменную емкость и постепенно ее изменять (увеличивать), то ток в цепи будет сначала расти до наступления резонанса, а затем убывать (рис 66)
Рисунок 66. Зависимость тока в цепи I от ёмкостного сопротивления XC |
Рисунок 67. Изменение тока в цепи и коэффициента мощности методом последовательной компенсации
|
Уменьшение реактивного сопротивления цепи за счет введения в цепь электрической ёмкости называют последовательной компенсацией:
-
при Хс < XL получается недокомпенсация (см. рис. 67);
-
при XC> XL -перекомпенсация;
-
при ХС = XL -полная компенсация. Ток в цепи максимален, и cosφ =1.
Этим способом компенсации на практике пользуются для повышения коэффициента мощности cosφ в сетях.