3.3. Обробка результатів досліду

1.Обчислити всі величини, вказані в табл..3.2.

2.Побудувати криві залежностей U₁, U₂, U, Р₁, Р₂, Р,  від струму І. Всі криві розмістити на одному рисунку.

3. Визначити реальний опір лінії і максимальну потужність, яку можна передати лінією:

R_л=...Ом Р_2max=...Вт.

4.Обчислити всі величини, вказані в табл..3.3.

5.Побудувати залежності U₁, U, Р₁ і  від напруги при передачі по лінії заданої потужності Р₂ (табл. 3.3.).

6.Зробити висновки з роботи.

3.4. Контрольні питання

1. Який режим роботи лінії називають холостим ходом (коротким замиканням)?

2. Що таке ККД до лінії і від чого він залежить?

3. Приведіть залежності U₂, U, Р₁, Р₂,  від струму в лінії.

4. При якій умові по лінії можна передати максимальну потужність? Від чого залежить значення максимальної потужності?

5. Як впливає підвищення напруги на ефективність передачі електричної енергії лінією?

6. Чим обмежується максимальне значення напруги та струму в лінії?

Лабораторна робота № 4 Дослідження лінійного нерозгалуженого кола синусоїдного струму

Мета роботи: Дослідження нерозгалужених електричних тіл синусоїдного струму з резистивними, індуктивними та ємнісними елементами.

Дослідження явища резонансу напруг і частотних характеристик послідовного контуру.

4.1. Основні теоретичні відомості

Розглянемо електричне коло з послідовним з’єднанням резистивного R, індуктивного L та ємнісного C елементів (рисунок 4.1), яке часто називають послідовним резонансним контуром. Якщо в колі протікає синусоїдний струм,

І = І_m sinω t = I sinω t,

Рисунок 4.1

то миттєві значення напруг на окремих елементах кола будуть рівні:

UR = R*I = R I_m sin ωt = U_rm sin ωt;

UL = L = X_L I_m cos ωt = U_Lm sin ;

UC = = - Xc I_m cos ωt = U_cm sin ,

де X_{L =} ωL, Xc = 1/ ωc – індуктивний та ємнісний опір відповідно; ω = – кутова частота.

Як видно з отриманих виразів, напруга U_R на резистивному елементі співпадає за фазою із струмом, напруга U_L на індуктивному елементі випереджує струм по фазі на кут , а напруга U_с на ємнісному елементі відстає за фазою від струму на кут .

Діючі значення напруг на елементах кола:

де – повний опір кола, R – активний опір кола; – реактивний опір кола; а – різниця фаз напруги на вході кола і струму.

Зв’язок між діючими значеннями струму і напруги, прикладеної до кола:

.

Векторна діаграма струму і напруг наведена на рисунку 4.2, для випадку U_L>U_C вектор напруги рівний геометричній сумі напруг на елементах, коли:

.

Рисунок 4.2

Активна Р, реактивна Q та повна S потужності в колі:

;

коефіцієнт потужності:

.

Фазовий зсув між струмом і прикладеною напругою залежить від співвідношення між індуктивним Х_L та ємнісним Х_С опорами. При напруга U випереджує за фазою струм на кут . При напруга U відстає за фазою і від струму на кут .

При напруга , кут і струм співпадає за фазою з прикладеною напругою U. В колі наступає резонанс напруг.

Із умови резонансу випливає, що резонансу в колі можна досягти зміною частоти напруги джерела, індуктивності котушки чи ємності конденсатора. Частота, при якій наступає резонанс, називається резонансною частотою:

; .

При резонансі реактивний опір кола . Повний опір Z=R мінімальний, а струм досягає найбільшого значення .

Індуктивний та ємнісний опори при резонансі:

.

Величину називають характеристичним або хвильовим опором контуру. Якщо , то напруги на індуктивному чи ємнісному елементі при резонансі перевищують напругу на вході кола.

Для характеристики резонансних властивостей контуру використовують величину , яка називається добротністю контуру. Добротність чисельно рівна відношенню напруги на індуктивному чи ємнісному елементі при резонансі до напруги, прикладеної до кола:

.

Величину називають загасанням контуру.

Зміна частоти призводить до зміни параметрів кола і відповідно до зміни струмів і напруг в колі. Залежності від частоти параметрів кола (повного і реактивного опорів), а також кута називають частотними характеристиками кола, а залежності від частоти діючих значень струмів і напруг резонансними кривими.