Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Лабор(электротехн.2-10).doc
Скачиваний:
13
Добавлен:
10.04.2015
Размер:
14.11 Mб
Скачать

Лабораторная работа 2

ЦЕПЬ ОДНОФАЗНОГО СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ СОЕДИНЕНИЕМ АКТИВНЫХ И РЕАКТИВНЫХ СОПРОТИВЛЕИЙ

Цель работы: 1. Изучение свойств пассивных элементов цепи.

2. Изучение цепи с последовательным соединением элементов.

3. Усвоение метода векторных диаграмм.

Основные сведения. В общем случае однофазная цепь содержит:

а) приемник активной энергии с активным сопротивлением rл;

б) катушку с индуктивностью Lк и с активным сопротивлением rк;

в) конденсатор с емкостью С.

Обозначения элементов приведенных на схеме (см. рисунок).

В элементах цепи, обладающих rл и rк, происходит необратимое преобразование электромагнитной энергии в другие виды энергии. Строго говоря, каждый элемент цепи (источник энергии, соединительный провод, приемник энергии, катушка индуктивности, конденсатор и др.) имеет некоторое активное сопротивление r, но в данных условиях активным сопротивлением конденсатора можно пренебречь. В цепи постоянного тока проводник обладает омическим сопротивлением R, переменного - активным r. r > R вследствие поверхностного эффекта на переменном токе.

Мощность необратимого преобразования электромагнитной энергии называется активной мощностью. Величина активной мощности может быть определена по любому из выражений: P = I2r или P = UIcosφ.

Индуктивность Lк характеризует способность катушки (или витка) создавать магнитный поток Ф, т.е. магнитное поле Ф = Lкi. Энергетический процесс в индуктивности является обратимым, т.к. энергия периодически накапливается в катушке и возвращается в сеть (или в конденсатор). Мощность обратимого энергетического процесса называется реактивной и определяется как QL = I2XL или QL = UIsinφ, где XL = ωLx – реактивное индуктивное сопротивление. Так как катушка обладает и Lк, и rк, то ток катушки отстает от напряжения на катушке Uк на угол φк, причем 0˚< φк< 90˚. Составляющие Uк векторы UL и Ur соответствуют падениям напряжения на реактивном XL и активном rк сопротивлениях катушки в схеме замещения.

Емкость С характеризует способность конденсатора накапливать заряд Q = UcC. Энергетический процесс в емкости (как и в индуктивности) является обратимым: энергия периодически накапливается в конденсаторе и возвращается в сеть (или в катушку). Реактивная мощность конденсатора равна QС = I2XС или QС = UIsinφ, где XС = 1/ωC – реактивное емкостное сопротивление. Отношение U/I обозначается z и называется полным сопротивлением цепи. При последовательном соединении элементов ток во всех элементах один и тот же. Поэтому построение векторных диаграмм следует начинать с вектора тока. По построенной диаграмме следует определить характер сопротивления цепи.

Порядок выполнения работы:

  1. Изучить представленную на стенде схему, выяснить назначение включенных в нее элементов и приборов. Определить цену одного деления каждого прибора. Следует отметить, что выключение пассивных элементов из цепи осуществляется путем закорачивания их с помощью выключателей Sr, Sc, Sк.

  2. Записать в таблицу показания всех приборов при включении в цепь:

    1. лампы накаливания rл;

    2. катушки индуктивности Lк, rк;

    3. конденсатора С;

    4. лампы накаливания rл и катушки индуктивности Lк, rк;

    5. лампы накаливания rл и конденсатора С;

    6. катушки индуктивности Lк, rк и конденсатора С;

    7. лампы накаливания rл, катушки индуктивности Lк, rк и конденсатора С;

Включение стенда в сеть производится выключателем S.

Режим

Измеренные величины

Вычисленные величины

U

I

P

Ur

Uc

Uк

Z

Zк

rк

XL

сosφк

φк

Xс

cosφ

Q

S

В

А

Вт

В

В

В

Ом

Ом

Ом

Ом

-

°

Ом

-

ВАр

ВА

rл

Lк, rк

С

rл, С

rл, Lк, rк

С, Lк, rк

rл, Lк, rк, С

  1. При расчетах следует пользоваться формулами, приведенными в «основных сведениях». Дополнительно необходимо отметить, что:

а) полное сопротивление катушки индуктивности ;

б) активное сопротивление катушки ; в) активная мощность, потребляемая

катушкой ; г) реактивное сопротивление катушки ;

д) коэффициент мощности катушки ; е) реактивное сопротивление

конденсатора , .

  1. Построить векторные диаграммы для всех режимов. При этом следует учесть, что для

, катушки и конденсатора (т.к. ). Сравнить

полученные из диаграмм значения и с измеренными значениями и

рассчитанными значениями .

Методом векторных диаграмм определяется сумма синусоидальных изменяющихся

величин, в общем случае сдвинутых по фазе. Сущность метода в следующем.

  1. Синусоидальная изменяющаяся величина представляется вектором, вращающимся на плоскости против часовой стрелки.

  2. Вектор совершает оборот за время периода , отсюда угловая скорость вращения вектора , где f = 50 Гц – промышленная частота напряжения (или тока) сети.

  3. Мгновенное значение синусоидально изменяющейся величины определяются проекцией вектора Im (Um) на ось ординат.

Приборы измеряют действующие значения тока I и напряжения U, равные и . Поэтому векторные диаграммы, как правило, строятся для действующих значений.

Контрольные вопросы.

  1. Что такое омическое, активное, индуктивное, емкостное и полное сопротивление?

  2. От чего зависят величины Lк и C?

  3. Каков физический смысл φ? От чего зависит величина cosφ?

  4. Почему I опережает Uc и отстает от Uк?

  5. Каково значение и в чем сущность метода векторных диаграмм?

  6. Докажите, что мгновенное значение синусоидально изменяющийся величины равно проекции вектора Im и Um на ось ординат.

  7. Как рассчитываются cosφ, cosφк, Z, XL, XC, rк?