Исследование неразветвленной электрической цепи синусоидального тока с последовательным соединением активного, индуктивного и емкостного сопротивлений
Экспериментальное исследование неразветвлённой электрической цепи синусоидального тока с активным сопротивлением, индуктивностью и емкостью при изменении реактивного сопротивления. Определение электрических величин при различных режимах работы схемы.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | лекция |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 12.05.2015 |
| Размер файла | 111,1 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/
Исследование неразветвленной электрической цепи синусоидального тока с последовательным соединением активного, индуктивного и емкостного сопротивлений
Цель работы: экспериментальное исследование неразветвлённой электрической цепи синусоидального тока с активным сопротивлением, индуктивностью и емкостью при изменении реактивного сопротивления. Определение электрических величин при различных режимах работы схемы. Изучение явления резонанса напряжений.
Краткие теоретические сведения
Под действием синусоидального напряжения в цепи, состоящей из последовательно соединенных активного сопротивления , индуктивности и емкости (рис. 2.1), протекает синусоидальный ток
Рис. 2.1. Последовательная rLC цепь
электрический цепь индуктивность сопротивление
Этот ток вызывает падения напряжения на каждом элементе цепи. Напряжение на активном сопротивлении совпадает по фазе с током
;
напряжение на индуктивности опережает по фазе ток на угол
;
напряжение на емкости отстает по фазе от тока на угол
,
где - активное сопротивление, Ом;
- индуктивное сопротивление, Ом;
- емкостное сопротивление, Ом;
- угловая частота, 1/с;
- частота, Гц.
На основании второго закона Кирхгофа для мгновенных значений напряжение, приложенное к цепи, можно представить в следующем виде
Действующее значение тока в цепи определяется по закону Ома
,
где- действующее значение приложенного к цепи напряжения
;
- амплитудное значение приложенного к цепи напряжения;
- полное сопротивление цепи, определяемое по формуле
.
Угол сдвига фаз между напряжением и током
.
Угол сдвига фаз между напряжением и током может быть положительным или отрицательным в зависимости от того, какое преобладает в цепи сопротивление: индуктивное или емкостное.
Действующие значения напряжений на элементах цепи определяются по закону Ома
;;.
Активная мощность соответствует работе в электрической цепи
, Вт.
Реактивная мощность характеризует колеблющийся между источником и нагрузкой поток энергии, не выполняющий никакой работы в цепи,
, вар.
Полная мощность - это возможный максимум активной мощности при наиболее благоприятных условиях (, )
, ВА.
Коэффициент мощности показывает, какая часть возможного максимума мощности действительно реализуется в цепи ().
Синусоидально изменяющиеся функции времени можно изобразить вращающимися векторами, при построении векторных диаграмм принято располагать векторы для момента и вращение векторов против часовой стрелки лишь подразумевается.
При построении векторов напряжений на элементах цепи необходимо учитывать, что
|
ток и напряжение на активном сопротивлении совпадают по фазе; |
|
|
ток через индуктивность отстает по фазе от напряжения на ней на ; |
|
|
ток через емкость опережает по фазе напряжение на ней на . |
При построении векторной диаграммы цепи, изображенной на рис. 2.1, за исходный вектор принимают вектор тока , который совмещают с положительным направлением оси абсцисс. Вектор активного напряжения откладывают по направлению вектора тока , вектор индуктивного напряжения опережает вектор тока на , а вектор емкостного напряжения отстает от вектора тока на . Векторы напряжений , и складываются. В результате получают вектор напряжения источника .
Рассмотрим три случая векторных диаграмм для неразветвленной электрической цепи, состоящей из активного, индуктивного и емкостного сопротивлений.
1. Индуктивное сопротивление больше емкостного (), угол сдвига фаз между напряжением и током , вектор тока отстает от вектора напряжения , цепь носит активно-индуктивный характер (рис. 2.2).
Рис. 2.2. Векторная диаграмма последовательной rLC цепи при
2. Индуктивное сопротивление меньше емкостного (), угол сдвига фаз между напряжением и током , вектор тока опережает вектор напряжения , цепь носит активно-емкостной характер (рис. 2.3).
Рис. 2.3. Векторная диаграмма последовательной rLC цепи при
3. Режим работы, возникающий в неразветвленной электрической цепи с активным, индуктивным и емкостным сопротивлениями, при равенстве реактивных сопротивлений носит название резонанса напряжений.
Так как , а то при резонансе напряжений выполняется равенство .
Особенности резонанса напряжений
1. Полное сопротивление цепи при резонансе
равно активному сопротивлению. Оно становится наименьшим из всех возможных при различных реактивных сопротивлениях цепи.
2. Под действием напряжения при минимальном сопротивлении в цепи протекает наибольший ток
Этот ток совпадает по фазе с напряжением ().
3. Напряжение на индуктивности численно равно напряжению на емкости , они взаимно уравновешиваются и напряжение источника равно напряжению на активном сопротивлении цепи . Если активное сопротивление цепи мало по сравнению с индуктивным и ёмкостным сопротивлениями, то напряжения на индуктивном сопротивлении и на емкостном сопротивлении могут достигать большой величины, во много раз превышающей напряжение , приложенное к электрической цепи.
Такие повышенные значения напряжений на участках электрической цепи с индуктивным и емкостным сопротивлениями (перенапряжения) могут вызывать повреждения приборов, находящихся на этих участках, пробой изоляции проводов или диэлектрика конденсатора. Кроме того, повышенное напряжение может оказаться опасным для обслуживающего персонала.
4. При равенстве реактивных сопротивлений реактивная мощность
.
Поэтому полная мощность цепи равна активной мощности
.
Активная мощность при резонансе максимальна, так как , а ток максимален.
Резонанс напряжений широко используется в области автоматики, телемеханики и связи для настройки приемных и передающих устройств на определенную частоту.
Резонансные кривые выражают зависимости полного сопротивления цепи , тока , напряжений , , угла сдвига фаз от частоты источника или сопротивлений , при постоянном напряжении источника питания.
На рис. 2.4 показаны графики тока и напряжений и в неразветвленной электрической цепи при переменной величине емкостного сопротивления .
Из графиков следует, что при резонансе напряжений ток в электрической цепи имеет наибольшее значение. Этот ток вызывает максимальное напряжение на индуктивном сопротивлении и максимальное напряжение на емкостном сопротивлении , которые в общем случае не совпадают друг с другом.
Рис. 2.4. Кривые зависимостей тока, напряжений на индуктивности и емкости от емкостного сопротивления
Описание блока цепей однофазного тока универсального лабораторного стенда
Напряжение на вход исследуемой однофазной цепи подается с автотрансформатора ЛАТР T1, который позволяет изменять однофазное напряжение частотой 50 Гц от 0 до 210 В с помощью переключателей с шагом 1 В и 10 В. Переключатель S42 служит для изменения пределов регулирования напряжения в диапазонах 0 В - 100 В и 110 В - 210 В. Напряжение на выходе ЛАТРа регулируются двумя переключателями: грубое регулирование - левый переключатель с шагом 10 В (от 0 до 100 В или от 110 до 210 В), точное регулирование - правый переключатель с шагом 1 В (от 0 до 10 В). Конечное значение выходного напряжения ЛАТРа определяется как сумма величин, установленных на переключателях. Включение автотрансформатора ЛАТР T1 осуществляется выключателем S45 “Вкл”.
В лабораторной работе используются индуктивность L2 и конденсатор C50. Величина индуктивности L2 изменяется с помощью переключателя (в позиции «1» - сердечник без зазора, в позиции «2» - сердечник с зазором и в позиции «3» - катушка без сердечника). Емкость конденсатора C50 изменяется путем набора батареи конденсаторов из набора от 0,1 мкФ до 16 мкФ с помощью отдельных выключателей S17 S26.
Включение исследуемой однофазной цепи осуществляется выключателем S12.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Исследование характера изменений параметров электрической цепи. Составление компьютерной схемы. Построение графиков при изменении величины активного сопротивления и индуктивности катушки. Исследование при изменении величины активного сопротивления.
лабораторная работа [733,7 K], добавлен 11.01.2014Порядок расчета неразветвленной электрической цепи синусоидального тока комплексным методом. Построение векторной диаграммы тока и напряжений. Анализ разветвленных электрических цепей, определение ее проводимости согласно закону Ома. Расчет мощности.
презентация [796,9 K], добавлен 25.07.2013Задачи на расчет электрической цепи синусоидального тока с последовательным и смешанным соединением приемников. Определение токов в линейных и нейтральных проводах; полная, активная и реактивная мощность каждой фазы и всей цепи. Векторная диаграмма.
контрольная работа [152,2 K], добавлен 22.12.2010Изучение неразветвленной цепи переменного тока, построение векторных диаграмм. Определение фазового сдвига векторов напряжений на активном и емкостном сопротивлении. Подключение к генератору трёхфазного напряжения и подача синусоидального напряжения.
лабораторная работа [164,3 K], добавлен 12.01.2010Определение влияния активного, индуктивного и емкостного сопротивления на мощность и сдвиг фаз между током и напряжением в электрической цепи переменного тока. Экспериментальное исследование резонансных явлений в параллельном колебательном контуре.
лабораторная работа [393,4 K], добавлен 11.07.2013Исследование основных особенностей электромагнитных процессов в цепях переменного тока. Характеристика электрических однофазных цепей синусоидального тока. Расчет сложной электрической цепи постоянного тока. Составление полной системы уравнений Кирхгофа.
реферат [122,8 K], добавлен 27.07.2013Изучение 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 12.01.2010Описание 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 25.07.2013Элементы R, L, C в цепи синусоидального тока и фазовые соотношения между их напряжением и током. Методы расчета электрических цепей. Составление уравнений по законам Кирхгофа. Метод расчёта электрических цепей с использованием принципа суперпозиции.
курсовая работа [604,3 K], добавлен 11.10.2013Изучение процессов в электрической однофазной цепи с параллельным соединением приемников, содержащих индуктивные и емкостные элементы, при различном соотношении их параметров. Опытное определение условий достижения в данной цепи явления резонанса тока.
лабораторная работа [104,7 K], добавлен 22.11.2010Влияние величины индуктивности катушки на электрические параметры цепи однофазного синусоидального напряжения, содержащей последовательно соединенные катушки индуктивности и конденсатор. Опытное определение условий возникновения резонанса напряжений.
лабораторная работа [105,2 K], добавлен 22.11.2010Порядок определения степени проводимости электрической цепи по закону Кирхгофа. Комплекс действующего напряжения. Векторная диаграмма данной схемы. Активные, реактивные и полные проводимости цепи. Сущность законов Кирхгофа для цепей синусоидального тока.
контрольная работа [144,6 K], добавлен 25.10.2010Исследование изменения токов, напряжений, мощности, КПД в неразветвлённой цепи при изменении одного из двух сопротивлений. Ознакомление с режимами работы электрической цепи: холостым ходом и коротким замыканием. Порядок сборки схемы и ее изучение.
лабораторная работа [18,6 K], добавлен 12.01.2010Расчет 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 05.07.2014Исследование неразветвленной и разветвленной электрических цепей постоянного тока. Расчет нелинейных цепей постоянного тока. Исследование работы линии электропередачи постоянного тока. Цепь переменного тока с последовательным соединением сопротивлений.
методичка [874,1 K], добавлен 22.12.2009Исследование 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 11.05.2013Расчет простейшей и сложной электрической цепи. Определение симметричного режима трехфазной цепи. Анализ синусоидального тока методом симметричных составляющих. Построение векторно-топографической диаграммы. Проверка баланса активных реактивных мощностей.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 15.09.2014Решение задач: линейные электрические цепи постоянного и синусоидального тока и трехфазные электрические цепи синусоидального тока. Метод контурных токов и узловых потенциалов. Условия задач, схемы электрических цепей, поэтапное решение и проверка.
курсовая работа [86,5 K], добавлен 23.10.2008Составление системы уравнений по законам Кирхгофа и представление ее в дифференциальной и символической формах. Построение временных графиков мгновенных значений тока в одной из ветвей и напряжения между узлами электрической цепи. Расчет токов в ветвях.
контрольная работа [128,0 K], добавлен 06.12.2010Описание схемы и определение эквивалентного сопротивления электрической цепи. Расчет линейной цепи постоянного тока, составление баланса напряжений. Техническая характеристика соединений фаз "треугольником" и "звездой" в трехфазной электрической цепи.
контрольная работа [1,7 M], добавлен 27.06.2013
