Параллельная цепь переменного тока

Треугольник токов, проводимостей. Параллельное соединение элементов. Виды мощностей. Правила работы с электроизмерительными приборами. Схема для исследования параллельного включения резистивного элемента и катушки. Техника безопасности при работе.

Рубрика Физика и энергетика
Вид лабораторная работа
Язык русский
Дата добавления 20.05.2014
Размер файла 50,2 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лабораторная работа 1

Параллельная цепь переменного тока

Введение

Цель работы:

Экспериментально на основании показаний приборов определить активные и реактивные сопротивления приемников, установить влияние характера нагрузки на величины активной, реактивной и полной мощностей при параллельном соединении активного, индуктивного и емкостного приемников.

Методом векторных диаграмм установить влияние характера нагрузки на величину коэффициента мощности и угла сдвига фаз между током и напряжением.

1. Теоретическое введение

1.1 Треугольник токов. Треугольник проводимостей

Рис. 1 - Параллельное соединение элементов

Цепь, все ветви которой подключены к одной паре узлов, называется параллельной. Если напряжение на зажимах линейной цепи меняется по гармоническому закону , то по гармоническому закону будут меняться и токи в ветвях цепи. Тогда на основании первого закона Кирхгофа мгновенное значение тока i в неразветвленной части цепи в любой момент времени будет равно сумме мгновенных значений токов в ветвях цепи, т.е.

,

(1)

где

(2)

где - амплитудные значения токов в активной, индуктивной и емкостной ветвях цепи соответственно. Так как токи в ветвях цепи не совпадают по фазе, действующее значение тока в неразветвленной части цепи может быть получено векторным сложением:

.

(3)

На основании уравнений (2), (3) строится векторная диаграмма токов и напряжения. Построение векторной диаграммы начинается с вектора напряжения, на выбор начальной фазы которого не налагается каких-либо ограничений. В выбранном масштабе напряжения направим его горизонтально вправо. В выбранном масштабе тока строим соответствующие векторы тока из уравнения (3). Фазы векторов напряжений берутся в соответствии с уравнениями (2).

Синфазно с вектором напряжения откладывается вектор тока в активной ветви цепи . Вектор реактивного индуктивного тока строится сдвинутым относительно вектора напряжения в направлении движения часовой стрелки на угол - /2. Вектор реактивного емкостного тока строится сдвинутым относительно вектора напряжения против направления движения часовой стрелки на угол 2 (где: g, bL, bC - активная, индуктивная и емкостная проводимости, соответственно. Они легко вычисляются, если известны параметры ветвей , , где: r, x, z - активное, реактивное и полное сопротивление ветвей, соответственно. Проводимость выражается в Ом-1 или См (сименс)). Вектор тока , протекающего в неразветвленной части цепи, находится сложением векторов по правилам векторной алгебры (рис.2).

Рис. 2 - Векторная диаграмма токов

Действующее значение этого тока можно определить из заштрихованного треугольника, который называется треугольником токов.

. (4)

Подставляя в уравнение (4) выражение для составляющих токов, получим:

, (5)

где - полная проводимость цепи.

Тогда .

(6)

Выражение (6) является законом Ома для цепи с параллельным соединением элементов.

Из треугольника токов следует, что

.

(7)

Рис. 3 - Треугольник проводимостей

Поделив все стороны треугольника токов на напряжение, получим треугольник проводимостей рис. 3., который позволяет определить угол сдвига фаз между током и напряжением, если известны параметры элементов. Он определяется соотношением реактивных и активных проводимостей цепи:

.

(8)

Из треугольника проводимостей следует, что:

,

(9)

.

(10)

1.2 Виды мощностей. Треугольник мощностей

В цепях переменного тока различают три понятия мощности: активная Р, реактивная Q, полная S.

Соотношения между мощностями могут быть получены из треугольника мощностей, который получается путем умножения всех сторон треугольника тока на значение напряжения рис. 4.

Рис. 4 - Треугольник мощностей

Где:

QL - реактивная индуктив-ная мощность,

QC - реактивная емкостная мощность.

Активная мощность [Вт] - характеризует необратимый процесс преобразования электромагнитной энергии источника в другие виды энергии: механическую, тепловую, световую и т.д.

Реактивная мощность [Вар] (вольт-ампер реактивный) - характеризует обратимый процесс преобразования электромагнитной энергии источника в энергию магнитного поля катушки и энергию электрического поля конденсатора.

Полная мощность [ВА] (вольт-ампер) - характеризует наибольшее значение активной мощности при заданных действующих значениях тока и напряжения.

Как видно из выражения активной мощности, если мощность, потребляемая приемником в данной цепи, является вполне определенной величиной, то при неизменном напряжении на зажимах цепи и с уменьшением ток нагрузки источника будет увеличиваться при одной и той же отдаваемой мощности.

.

(11)

Поэтому даже при полной загрузке током источника, но при низком источник по мощности будет недогружен. Значение характеризует использование полной или установленной мощности источника и называется коэффициентом мощности.

Наибольшего значения активная мощность достигает при = 1, т.е. когда = 0, или, как следует из выражения (8), когда . Такой режим работы называется резонансом токов.

1.3 Правила работы с электроизмерительными приборами

В цепях переменного тока обычно используют электроизмерительные приборы электромагнитной системы. Для измерения мощности применяют приборы электродинамической системы. Приборы могут быть однопредельными и многопредельными.

В случае однопредельного прибора диапазон измерения величины определяется непосредственно по шкале прибора, которая отградуирована в значениях измеряемой величины.

В случае многопредельного прибора диапазон измерения (ДИ) задается с помощью кнопок или перемычек. Шкала прибора (ШП) для каждого предела одна и та же. Предельное значение, задаваемое нажатием кнопки или переключением перемычек, соответствует в этом случае последнему значению шкалы. Для определения искомой величины (показания прибора ПП) необходимо найти цену деления (ЦД) и умножить ее на количество делений шкалы (КД), показываемое стрелкой прибора:

.

(3)

Ваттметр содержит две измерительные обмотки: обмотку напряжения и токовую обмотку, поэтому он имеет два предела измерения: по напряжению и по току. Для определения предела измерения по мощности необходимо перемножить пределы по напряжению и току. Определение цены деления и показания прибора производится как описано выше.

2. Рабочее задание № 1

Ознакомьтесь с оборудованием стенда. Занесите технические данные электроизмерительных приборов, используемых в работе, в таблицу 1

Таблица 1

Наименование и марка прибора

Система измерения

Класс точности прибора

Диапазон измерения прибора

Подготовьте приборы к работе, для чего:

установите пределы измерения настольного вольтметра Э533 равным 0-150 В нажатием клавиши, отмеченной знаком “150” до ее фиксации;

установите пределы измерения настольных амперметров Э525 равным 0-1 А путем установки в гнезда прибора, отмеченные знаком “1” штекеров изменения пределов измерения;

установите пределы измерения настольного ваттметра Д50042 равными 0-75 Вт нажатием клавиши, отмеченной знаком “30” до ее фиксации.

Рис. 5 - Схема для исследования параллельного включения резистивного элемента и катушки

Соберите цепь, изображенную на рис. 5. Клеммы, отмеченные знаком 0 ~ 250, расположены на панели блока питания (с правой стороны стенда).

Предъявите цепь для проверки преподавателю.

Пакетным выключателем, расположенном на панели блока питания (с правой стороны стенда), при работе на стенде ЛСОЭ-1 или автоматическим выключателем АП при работе на стенде ЛСОЭ-4 включите блок питания стенда, при этом на панели блока питания должна загореться сигнальная лампа.

Магнитным пускателем, кнопки которого расположены на блоке питания над клеммами, отмеченными знаком 0 ~ 250 на стенде ЛСОЭ-4, и справа от клемм, отмеченных знаком 0 ~ 250, на стенде ЛСОЭ-1, включите регулируемое напряжение. При этом на панели блока питания должна загореться сигнальная лампа.

Регулятором напряжения ЛАТР, расположенном на панели блока питания, установите напряжение, заданное преподавателем, по щитовому вольтметру.

Показания приборов занесите в таблицу 2.

Таблица 2

Измерено

Вычислено

U, В

I, А

IR, А

IK, А

P, Вт

y, См

cos ?

?

g, См

Ia, A

IaK, A

IpK, A

Примечание: Полная проводимость (y) вычисляется на основании закона Ома для параллельной цепи переменного тока, коэффициент мощности (cos ) можно определить пользуясь соотношениями, вытекающими из треугольника мощностей (рис.4), активную проводимость (g) - соотношениями, вытекающими из треугольника проводимостей (рис. 3), а активный ток (Ia) - соотношениями, вытекающими из треугольника токов. Т.к. активный ток является суммой активных токов ветвей, то зная его и ток резистивной ветви, легко определить активный ток катушки (IaK), реактивный ток катушки (IpK) можно найти, пользуясь соотношениями, вытекающими из треугольника токов.

Регулятор напряжения ЛАТР выведите в крайнее положение по направлению, противоположном движению часовой стрелки.

Выключите регулируемое напряжение и блок питания стенда, при этом на панели блока питания должны погаснуть сигнальные лампы.

3. Рабочее задание № 2

Соберите цепь, изображенную на рис. 6.

Выполните пункты 4-7.

Для некоторых значений емкости (по указанию преподавателя) показания приборов занесите в таблицу 3.

Таблица 3

Измерено

Вычислено

C, мкФ

U, В

I, А

P, Вт

IR, А

IC, А

y, См

cos ?

?

g, См

Ia, А

b, См

Ip, А

Рис. 5 - Схема для исследования параллельного включения резистивного элемента и конденсатора

Примечание: полную проводимость цепи (y), активную проводимость (g) и реактивную проводимость (b), можно вычислить, пользуясь соотношениями, вытекающими из треугольника проводимостей (рис. 3), а коэффициент мощности (cos ) - из треугольника мощностей (рис.4), активный (Ia) и реактивный (Ip) ток можно определить на основании закона Ома для соответствующего участка цепи.

Выполните пункты 9-10.

4. Рабочее задание № 3

Соберите цепь, изображенную на рис. 7.

Выполните пункты 4-7.

Для некоторых значений емкости (по указанию преподавателя) показания приборов занесите в таблицу 3.

Таблица 4

Измерено

Вычислено

C, мкФ

U, В

I, А

P, Вт

IR, A

IK, A

IC, A

y, См

cos ?

?

g, См

Ia, A

IaK, A

IpK, A

Рис. 5 - Схема для исследования параллельного включения резистивного элемента, катушки и конденсатора

Примечание: Все вычисляемые величины определяются также, как указано в примечании 1.

Выполните пункты 9-10.

5. Обработка результатов

Для всех исследованных цепей составьте схемы замещения.

Для всех проведенных опытов на миллиметровой бумаге постройте диаграммы токов и напряжений. Так как в параллельной цепи напряжение имеет одно и то же значение во всех ее элементах, вектор напряжения располагаем совпадающим с осью действительных величин +1.

Сделайте вывод о влиянии величины реактивного сопротивления на величины коэффициента мощности и угла сдвига фаз между током и напряжением.

Сделайте вывод о влиянии емкости, включенной параллельно индуктивному приемнику на величины коэффициента мощности и угла сдвига фаз между током и напряжением.

Сравните расчетные углы сдвига фаз с измеренными по векторной диаграмме.

Сделайте вывод о возможном пути повышения коэффициента мощности индуктивного приемника.

6. Содержание отчета

Наименование и цель работа.

Технические данные электроизмерительных приборов.

Схема экспериментальной установки.

Таблицы экспериментальных данных.

Графики полученных зависимостей.

Выводы.

7. Техника безопасности при работе

ток треугольник электроизмерительный прибор

К лабораторному стенду подведено напряжение 220 В - опасно для жизни.

Перед сборкой экспериментальных схем убедитесь, что напряжение на стенде отсутствует (сигнальные лампы не горят, красная кнопка автомата АП утоплена).

Не используйте провода с поврежденной изоляцией.

Надежно закрепляйте наконечники проводов клеммами, особенно в тех случаях, когда под клеммами находятся несколько наконечников.

Категорически запрещается включение схемы без проверки преподавателем или лаборантом.

Все изменения в схеме производите только при снятом напряжении. Повторное включение схемы производить только после проверки преподавателем или лаборантом.

Во время работы не касайтесь клемм стенда и клемм измерительных приборов.

В случае возникновения аварийных ситуаций (выпадения наконечников проводников из-под клемм, зашкаливание стрелок измерительных приборов, появление дыма или запаха горелой изоляции) немедленно отключите стенд нажатием на красную кнопку автомата АП в правой части стенда.

Контрольные вопросы

Какой ток называется переменным?

Дайте определение мгновенного, амплитудного и действующего значений переменного тока. Какая связь между ними?

В параллельной R-L-C цепи напряжение на зажимах цепи меняется по закону . Запишите законы изменения тока во всех ветвях цепи. Запишите закон изменения тока в неразветвленной части цепи:

если проводимость емкостной ветви больше проводимости индуктивной;

если проводимость емкостной ветви меньше индуктивной;

если емкостная и индуктивная проводимости равны.

В параллельной R-L-C цепи с идеальными элементами индуктивная проводимость больше емкостной. Как изменится ток в цепи, если частота питающего напряжения увеличится?

Запишите закон Ома для параллельной R-L-C цепи в действующих значениях напряжений и токов.

Как изменится коэффициент мощности индуктивного приемника, если к его зажимам подключить конденсатор, проводимость которого на превышает реактивную проводимость приемника?

Запишите условие резонанса токов.

Почему в момент резонанса токов ток в неразветвленной части цепи минимален, а в момент резонанса напряжений максимален?

Напишите выражение активной мощности, рассеиваемой в параллельной цепи.

Укажите возможные пути повышения коэффициента мощности индуктивных промышленных приемников.

Начертите треугольник проводимостей и, руководствуясь им, напишите формулы, выражающие:

полную проводимость цепи,

активную проводимость цепи,

реактивную проводимость цепи,

угол сдвига фаз между током и напряжением.

Постройте векторную диаграмму токов для параллельной цепи, в которой g < bL и bC > bL.

Постройте векторную диаграмму токов для параллельной цепи, в которой g < bC и bL > bC.

Постройте векторную диаграмму токов для параллельной цепи, в которой g = bL = bC.

Почему при подключении конденсатора параллельно индуктивному приемнику, реактивная проводимость которого больше проводимости конденсатора, коэффициент мощности приемника возрастает? При каком значении емкостной проводимости это положение нарушается?

Запишите уравнения, связывающие активную, реактивную и полную мощности цепи.

Как изменятся соотношения между реактивной, активной и полной мощностями при переходе от активного приемника к идеальному индуктивному?

Как изменяется угол сдвига фаз между током и напряжением в параллельной R-L-C цепи с идеальными элементами при увеличении сопротивления R?

В параллельной цепи, состоящей из катушки с параметрами R, L и конденсатора C, резонанс токов. Как изменится ток в неразветвленной части цепи и сохранится ли резонанс, если катушку нагреть?

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Ознакомление с оборудованием и электроизмерительными приборами. Сборка схем и поиск неисправностей в электрических цепях. Исследование режимов работы аккумуляторов. Определение параметров катушки индуктивности. Неразветвленная электрическая цепь.

    методичка [250,9 K], добавлен 16.05.2010

  • Расчёт токов и напряжений цепи. Векторные диаграммы токов и напряжений. Расчёт индуктивностей и ёмкостей цепи, её мощностей. Выражения мгновенных значений тока неразветвлённой части цепи со смешанным соединением элементов для входного напряжения.

    контрольная работа [376,9 K], добавлен 14.10.2012

  • Описание элементов электрической цепи синусоидального тока. Характеристики резистивного элемента. Работа индуктивного элемента. График изменения мощности со временем. Описание емкостного элемента. Анализ графика и выражения для мгновенной мощности.

    презентация [449,2 K], добавлен 25.07.2013

  • Способы включения элементов электрических цепей. Экспериментальная проверка законов Ома и Кирхгофа, измерение основных электрических величин схем с последовательным и параллельным соединением активных сопротивлений для постоянного и переменного тока.

    лабораторная работа [45,4 K], добавлен 23.12.2014

  • Решение линейных и нелинейных электрических цепей постоянного тока, однофазных и трехфазных линейных электрических цепей переменного тока. Схема замещения электрической цепи, определение реактивных сопротивлений элементов цепи. Нахождение фазных токов.

    курсовая работа [685,5 K], добавлен 28.09.2014

  • Расчет линейных и нелинейных электрических цепей постоянного тока. Определение реактивного сопротивления элементов, составление баланса активных и реактивных мощностей с целью исследования переходных процессов в одно- и трехфазных электрических цепях.

    контрольная работа [8,2 M], добавлен 14.05.2010

  • Расчет линейных электрических цепей постоянного тока, определение токов во всех ветвях методов контурных токов, наложения, свертывания. Нелинейные электрические цепи постоянного тока. Анализ электрического состояния линейных цепей переменного тока.

    курсовая работа [351,4 K], добавлен 10.05.2013

  • Расчёт параметров цепи постоянного тока методом уравнений Кирхгофа, контурных токов и методом узловых напряжений. Расчёт баланса мощностей. Расчёт параметров цепи переменного тока методом комплексных амплитуд. Преобразование соединения сопротивлений.

    курсовая работа [1,3 M], добавлен 14.04.2015

  • Условия включения трансформаторов на параллельную работу. Определение коэффициентов трансформации, разницы между ними относительно среднего геометрического значения. Замер линейного напряжения. Схема параллельного включения двух трансформаторов.

    лабораторная работа [26,5 K], добавлен 12.01.2010

  • Расчет токов, сопротивления и напряжений на элементах при отключенном компенсаторе, мощностей потребителей и общей мощности всей сети. Определение в фазе С трехфазной цепи закона изменения тока при переходном процессе при подключении компенсатора к сети.

    курсовая работа [1,5 M], добавлен 04.09.2012

  • Исследование процессов, происходящих в простейших электрических цепях переменного тока, содержащих последовательное соединение активных и индуктивных сопротивлений. Измерение общей силы тока, активной и реактивной мощности; векторная диаграмма напряжений.

    лабораторная работа [79,2 K], добавлен 11.05.2013

  • Практическая проверка и определение физических явлений, происходящих в цепи переменного тока при последовательном соединении резистора, индуктивной катушки и конденсатора. Получение резонанса напряжений, построение по опытным данным векторной диаграммы.

    лабораторная работа [32,3 K], добавлен 12.01.2010

  • Принцип получения переменной ЭДС. Действующие значение тока и напряжения. Метод векторных диаграмм. Последовательная цепь, содержащая активное сопротивление, индуктивность и емкость. Проводимость и расчет электрических цепей. Резонанс напряжений и токов.

    реферат [1,3 M], добавлен 19.02.2009

  • Изучение неразветвленной цепи переменного тока. Особенности построения векторных диаграмм. Определение фазового сдвига векторов напряжения на активном и индуктивном сопротивлении. Построение векторной диаграммы и треугольников сопротивления и мощностей.

    лабораторная работа [982,7 K], добавлен 12.01.2010

  • Применение методов наложения, узловых и контурных уравнений для расчета линейных электрических цепей постоянного тока. Построение потенциальной диаграммы. Определение реактивных сопротивлений и составление баланса мощностей для цепей переменного тока.

    курсовая работа [1,8 M], добавлен 29.07.2013

  • Расчет разветвленной цепи постоянного тока с одним или несколькими источниками энергии и разветвленной цепи синусоидального переменного тока. Построение векторной диаграммы по значениям токов и напряжений. Расчет трехфазной цепи переменного тока.

    контрольная работа [287,5 K], добавлен 14.11.2010

  • Расчет линейной электрической цепи постоянного тока с использованием законов Кирхгофа, методом контурных токов, узловых. Расчет баланса мощностей цепи. Определение параметров однофазной линейной электрической цепи переменного тока и их значений.

    курсовая работа [148,1 K], добавлен 27.03.2016

  • Расчет токов во всех ветвях электрической цепи методом применения правил Кирхгофа и методом узловых потенциалов. Составление уравнения баланса мощностей. Расчет электрической цепи переменного синусоидального тока. Действующее значение напряжения.

    контрольная работа [783,5 K], добавлен 05.07.2014

  • Назначение электроизмерительных приборов: вольтамперметра, миллиамперметра, амперметров магнитоэлектрической системы, вольтметра. Понятие и регламентация классов точности. Расчет шунта, построение электрических цепей для измерения силы тока и напряжения.

    лабораторная работа [214,3 K], добавлен 13.01.2013

  • Расчет линейной электрической цепи постоянного тока. Определение токов во всех ветвях методом узловых напряжений. Составление баланса мощностей. Векторная диаграмма симметричного треугольника, несимметричной звезды. Трехфазная цепь, показания ваттметров.

    контрольная работа [748,3 K], добавлен 21.09.2013

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.