- •Лабораторная работа 2
- •Лабораторная работа 3
- •3. Усвоение метода векторных диаграмм.
- •По результатам наблюдения произвести расчет указанных в таблице величин, используя формулы:
- •Лабораторная работа 4
- •Лабораторная работа 5
- •Лабораторная работа 6
- •Лабораторная работа 7
- •Лабораторная работа 8
- •Лабораторная работа 9
- •Лабораторная работа 10
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:
-
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.
-
Записать в таблицу показания всех приборов при включении в цепь:
-
лампы накаливания rл;
-
катушки индуктивности Lк, rк;
-
конденсатора С;
-
лампы накаливания rл и катушки индуктивности Lк, rк;
-
лампы накаливания rл и конденсатора С;
-
катушки индуктивности Lк, rк и конденсатора С;
-
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 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-
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 , .
-
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.
-
Синусоидальная изменяющаяся величина представляется вектором, вращающимся на плоскости против часовой стрелки.
-
Вектор совершает оборот за время периода , отсюда угловая скорость вращения вектора , где f = 50 Гц – промышленная частота напряжения (или тока) сети.
-
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.
-
Что такое омическое, активное, индуктивное, емкостное и полное сопротивление?
-
От чего зависят величины Lк и C?
-
Каков физический смысл φ? От чего зависит величина cosφ?
-
Почему I опережает Uc и отстает от Uк?
-
Каково значение и в чем сущность метода векторных диаграмм?
-
Докажите, что мгновенное значение синусоидально изменяющийся величины равно проекции вектора Im и Um на ось ординат.
-
Как рассчитываются cosφ, cosφк, Z, XL, XC, rк?