Исследование электрической цепи синусоидального тока с различными видами нагрузки
Электрическая схема последовательного соединения ламповой нагрузки сопротивлением. Построение векторной диаграммы токов и напряжений. Изменение величины ёмкости и ее установление режима резонанса напряжений. Условия возникновения резонанса напряжений.
Рубрика | Физика и энергетика |
Вид | лабораторная работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 14.09.2021 |
Размер файла | 456,7 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
Исследование электрической цепи синусоидального тока с различными видами нагрузки
Цель: Исследовать цепь однофазного переменного тока с последовательным и параллельным соединением приёмников. Исследовать резонанс напряжений и резонанс токов.
1. Электрическая схема последовательного соединения ламповой нагрузки сопротивлением R1 и катушки индуктивности сопротивлением XL. (рис.1).
рис. 1
По данным измерений вычислить указанные в таблице 3.1 параметры.
Построить в соответствии с рис. 3.9 А векторную диаграмму токов и напряжений в выбранном масштабе.
Таблица 3.1. В первой строке данные для группы 31
Измерено |
Вычислено |
|||||||||
I, мА |
U, В |
U1, В |
U2, В |
R1, Ом |
R2, Ом |
XL, Ом |
XС, Ом |
Z, Ом |
ц° |
|
90 |
26 |
17 |
18 |
188.9 |
? |
198,9 |
? |
288,9 |
43,94 |
R1 = U1/I = 17/0,09 = 188,9Ом.
ZK = U2/I = 18/0,09 = 200Ом.
ZK = выражая
I ==,
Z = U/I = 26/0,09 = 288,9Ом.
= Z; ;
= 83460
RK = 20.6Oм. Подставим полученное значение:
424,03
XL = 198.9Ом.
cos ц = = = = 0,72 = 43,94°.
cos цK== = 84,09°.
Построим векторную диаграмму токов и напряжений. Для этого выберем масштаб:
-для тока
-для напряжения
Определим длину векторов:
2. Резонанса напряжений.
Последовательно включены катушка индуктивности сопротивлением XL и ёмкость сопротивлением XС (рис.2).
рис. 2
Изменением величины ёмкости устанавливается режим резонанса напряжений, о чём свидетельствует максимальная величина тока в цепи.
ХC = XL ? при резонансе
· По данным измерений в таблице 3.2 произвести вычисления.
· Построить диаграмму токов и напряжений к рис. 3.9 С.
Таблица 3.2. В первой строке данные для группы 31
Измерено |
Вычислено |
|||||||||
I, мА |
U, В |
U1, В |
U2, В |
R1, Ом |
R2, Ом |
XL, Ом |
XС, Ом |
Z, Ом |
ц° |
|
240 |
26 |
75 |
75 |
108,3 |
? |
312,5 |
312,5 |
108,3 |
0 |
Полное сопротивление цепи оказывается минимальным, равным активному сопротивлению катушки
Z ==RK.
Ток в цепи будет иметь максимальное значение
I =
Z = RK = 108.3 Ом.
Приложенное напряжение уравновешивается лишь падением напряжения на активном сопротивлении RK, а угол сдвига фаз между током и напряжением равен нулю (ц = 0), тогда сos ц = = 1.
Построим векторную диаграмму токов и напряжений. Для этого выберем масштаб:
-для тока
-для напряжения
Определим длину векторов:
Ответы на контрольные вопросы
1. Условия возникновения резонанса напряжений.
Условием возникновения резонанса является равенство частоты источника питания резонансной частоте , а следовательно и индуктивного и емкостного сопротивлений . Так как они противоположны по знаку, то в результате реактивное сопротивление будет равно нулю. Напряжения на катушке UL и на конденсаторе UC будет противоположны по фазе и компенсировать друг друга. Полное сопротивление цепи при этом будет равно активному сопротивлению R, что в свою очередь вызывает увеличение тока в цепи, а следовательно и напряжение на элементах.
2. К чему приводит изменение активного сопротивления электрической цепи при резонансе напряжений?
При резонансе напряжений . Поэтому при увеличении (уменьшении) сопротивления ток и активная мощность будет уменьшаться (увеличиваться).
3. Постройте треугольники сопротивлений и мощностей по вычисленным параметрам к схеме.
Найдем мощности для схемы:
Активную: 09
Индуктивную:
Для этого выберем масштаб:
-для мощности
-для сопротивления
Длины сторон треугольников мощностей и сопротивлений:
Треугольники мощности и сопротивления.
1. Параллельное включение группы ламп сопротивлением R 2 и катушки индуктивности сопротивлением XL (рис.3).
рис. 3
· Произвести вычисления, записать в таблицу 4.1, построить в соответствии с рис.3 векторную диаграмму токов и напряжений в выбранном масштабе.
Таблица 4.1. В первой строке данные для группы 31
Измерено |
Вычислено |
|||||||||
I, мА |
I1, мА |
I2, мА |
U, В |
g1, См |
g2, См |
bL, См |
bС, См |
y, См |
ц° |
|
120 |
80 |
80 |
26 |
0.0005 |
? |
0.0029 |
? |
0.0046 |
39 |
Общий ток в цепи:
I = U y =тогда
Выразим
Токи в ветвях: ламповый сопротивление ток
I1 = UyK = IK
IR1 = Uq1 = IRK выражая
IL = UbL выражая
Проводимость первой ветви:
= подставим выраженные значения и получим:
раскроем скобки и вместо
получим:
= -0.002
= 0.0125 A.
sin ц =
Построим векторную диаграмму токов и напряжений. Для этого выберем масштаб:
-для тока
-для напряжения
Определим длину векторов:
Векторная диаграмма токов и напряжений.
2. Резонанс токов.
Схема (рис. 4) для цепи с параллельно включённой катушкой индуктивности и ёмкости.
рис. 4
При этом, изменяя ёмкость переключателем набора C2 на стенде, добиться минимального значения общего тока цепи. Ёмкость, соответствующая резонансу, называется С 0.
· Провести вычисления и построить векторную диаграмму при резонансе токов.
Таблица 4.2. В первой строке данные для группы 31
Измерено |
Вычислено |
|||||||||
I, мА |
I1, мА |
I2, мА |
U, В |
g1, См |
g2, См |
bL, См |
bС, См |
y, См |
ц° |
|
15 |
80 |
80 |
26 |
0.00058 |
? |
0.003 |
0.003 |
0.00058 |
0 |
Режим резонанса токов возникает при условии равенства индуктивной и ёмкостной проводимостей
bL = bC .
При этом реактивная проводимость всей цепи равна нулю
b = bL bC = 0,
При резонансе общий ток будет иметь минимальное значение
I = U y = U= U qK = IR.
Построим векторную диаграмму токов и напряжений. Для этого выберем масштаб:
-для тока
-для напряжения
Определим длину векторов:
Векторная диаграмма
Ответы на контрольные вопросы
1. В чём заключается метод построения векторных диаграмм токов при параллельном соединении R, L, C?
Порядок построения векторной диаграммы следующий.
1. Откладываем вектор напряжения в произвольном направлении.
2. Строим векторную диаграмму токов.
2.1. Ток на резистивном элементе
совпадает по направлению с напряжением .
2.2. Ток на индуктивном элементе
отстает по направлению от напряжения на 900.
2.3. Ток на емкостном элементе
опережает по направлению напряжение на 900.
3. Результирующий вектор тока , получаем путем векторного сложения , , (начало вектора соединяем с концом вектора ).
2. Объясните физическую сущность резонанса токов и укажите условия получения резонанса.
Физическая сущность резонанса заключается в периодическом обмене энергией между магнитным полем катушки индуктивности и электрическим полем конденсатора, причем сумма энергий полей остается постоянной.
Резонанс токов возникает в электрических цепях переменного тока при параллельном соединении ветвей с разнохарактерными (индуктивными и емкостными) реактивными сопротивлениями. В режиме резонанса токов реактивная индуктивная проводимость цепи оказывается равной ее реактивной емкостной проводимости, т.е.
BL=BC.
3. В чём отличие последовательного и параллельного соединения элементов электрической цепи?
На последовательно соединенных элементах токи одинаковы.
При параллельном соединении элементов напряжения одинаковы.
4. В чём отличие резонанса напряжений от резонанса токов?
Резонанс напряжений возможен в неразветвленном участке цепи, схема замещения которого содержит катушку, конденсатор и резистор при условии равенства реактивных сопротивлений
XL=XC
Резонанс токов может возникнуть при параллельном соединении индуктивности и емкости. В идеальном случае, когда в параллельных ветвях отсутствует активное сопротивление, условием резонанса токов является равенство реактивных сопротивлений ветвей, содержащих индуктивность и емкость.
5. Какие способы повышения коэффициента мощности нагрузки?
Для повышения коэффициента мощности (cosц) электрических установок применяют компенсацию реактивной мощности.
Увеличения коэффициента мощности (уменьшения угла ц - сдвига фаз тока и напряжения) можно добиться следующими способами:
1) заменой мало загруженных двигателей двигателями меньшей мощности,
2) понижением напряжения
3) выключением двигателей и трансформаторов, работающих на холостом ходу,
4) включением в сеть специальных компенсирующих устройств, являющихся генераторами опережающего (емкостного) тока.
Вывод: исследовали цепь однофазного переменного тока с последовательным и параллельным соединением приёмников, также исследовали резонанс напряжений и резонанс токов. На основании полученных результатов построили векторные диаграммы.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
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 12.01.2010Исследование асинхронного трехфазного двигателя с фазным ротором. Схема последовательного и параллельного соединения элементов для исследования резонанса напряжений. Резонанс напряжений, токов. Зависимость тока от емкости при резонансе напряжений.
лабораторная работа [249,7 K], добавлен 19.05.2011Схема цепи с активным, индуктивным и емкостным сопротивлениями, включенными последовательно. Расчет значений тока и падения напряжения. Понятие резонанса напряжений. Снятие показаний осциллографа. Зависимость сопротивления от частоты входного напряжения.
лабораторная работа [3,6 M], добавлен 10.07.2013Составление электрической схемы для цепи постоянного тока, заданной в виде графа. Замена источников тока эквивалентными источниками ЭДС. Уравнения узловых потенциалов. Законы Кирхгофа. Построение векторно-топографической диаграммы токов и напряжений.
контрольная работа [2,1 M], добавлен 31.08.2012Порядок 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 25.07.2013Основные величины, характеризующие синусоидальные ток, напряжение и электродвижущую силу. Мгновенное значение величины. Действующее и среднее значения синусоидальных токов и напряжений. Изображение токов, напряжений и ЭДС комплексными числами и векторами.
презентация [967,5 K], добавлен 22.09.2013Изучение 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 12.01.2010Расчет 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 14.11.2010Электрический ток в различных средах. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы. Составление системы уравнений для расчета токов. Определение токов и падений напряжений на ветвях, потребляемой мощности цепи. Построение векторной диаграммы токов.
курсовая работа [640,4 K], добавлен 19.05.2015Влияние 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 22.11.2010Определение синусоидального тока в ветвях однофазных электрических цепей методами контурных токов и узловых напряжений. Составление уравнения по II закону Кирхгофа для контурных токов. Построение графика изменения потенциала по внешнему контуру.
контрольная работа [270,7 K], добавлен 11.10.2012Расчёт 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 14.10.2012Электрическая цепь при последовательном и параллельном соединении элементов с R, L и C, их сравнительные характеристики. Треугольник напряжений и сопротивлений. Понятие и свойства резонанса токов и напряжений, направления и особенности его регулирования.
реферат [344,8 K], добавлен 27.07.2013Определение комплексных сопротивлений ветвей цепи, вид уравнений по первому и второму законах Кирхгофа. Сущность методов контурных токов и эквивалентного генератора. Расчет баланса мощностей и построение векторной топографической диаграммы напряжений.
контрольная работа [1014,4 K], добавлен 10.01.2014Первичные и вторичные параметры электрической линии. Формы записи токов и напряжений. Волны и виды нагрузки в длинной линии без потерь. Распределение действующих значений напряжения и тока вдоль линии. Коэффициент стоячей волны, векторные диаграммы.
презентация [257,4 K], добавлен 20.02.2014Основные понятия о трехфазной цепи, соединения по схемам "звезда" и "треугольник". Построение векторных диаграмм токов и напряжений. Расчёт тока в нейтральном проводе. Последовательность обозначения фаз генератора. Преимущества асинхронных двигателей.
презентация [931,1 K], добавлен 09.04.2019Расчет линейной электрической цепи постоянного тока, а также электрических цепей однофазного синусоидального тока. Определение показаний ваттметров. Вычисление линейных и фазных токов в каждом трехфазном приемнике. Векторные диаграммы токов и напряжений.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 21.10.2013Расчет линейной электрической цепи постоянного тока. Определение токов во всех ветвях методом контурных токов и узловых напряжений. Электрические цепи однофазного тока, определение показаний ваттметров. Расчет параметров трехфазной электрической цепи.
курсовая работа [653,3 K], добавлен 02.10.2012Определение токов и напряжения на всех участках исследуемой цепи. Составление баланса активных мощностей. Построение векторной диаграммы токов и напряжений. Разложение системы токов генератора на симметричные составляющие аналитически и графически.
задача [812,5 K], добавлен 03.06.2010Изучение 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