Расчет цепей постоянного тока Расчет цепей переменного тока Расчет трехфазных цепей Примеры  решения типовых задач Лабораторные работы

Лабораторные работы по электротехнике Оформление защита

Лабораторная работа № 6

Исследование разветвленной цепи переменного тока с индуктивным и емкостным сопротивлением

1. Цель работы

Экспериментальным путем получить резонанс токов. Исследовать влияние изменения частоты на токи и проводимости разветвленной цепи с индуктивным и емкостным сопротивлениями.

2. Теоретические сведения и методические указания

В разветвленной цепи, состоящей из двух ветвей, одна из которых имеет активное сопротивление R и индуктивность L, а другая – емкость C (рис. 9.), при условии, что индуктивная и емкостная проводимости ветвей равны между собой (BL = BC), возникает особый режим работы, который называется резонансом токов.

Рис. 9. Разветвленная цепь с R, L, и C

Рис. 10. Векторная диаграмма разветвленной цепи с R, L и С при резонансе токов

В состоянии резонанса токов полная проводимость цепи равна активной проводимости  и является наименьшей:  

Ток в неразветвленной части цепи при этом имеет наименьшее значение и является чисто активным

,

т. е. совпадает по фазе с напряжением U, приложенным к зажимам цепи.

Коэффициент мощности равен единице:

cоsφ =

, а φ = 0.

Индуктивная и емкостная составляющие токов в ветвях цепи равны между собой:

IL = UBL = UBC = IC.

Они могут превосходить ток I в неразветвленной части цепи в  или раз, если активная проводимость цепи меньше реактивных (BL или BC) проводимости ветвей.

Векторная диаграмма разветвленной цепи  c R, L и C при резонансе токов показана на рис. 10.

Если цепь не находится в резонансе, то она может работать в индуктивном (φ > 0) или емкостном (φ < 0) режиме (рис. 11).

а)

б)

Рис. 11. Векторные диаграммы разветвленной цепи с R, L и C:

а) при преобладании индуктивной нагрузки; б) при преобладании емкостной нагрузки

Резонанс токов можно получить путем изменения одной из трех величин L, C или f при постоянных двух других. На рис. 12 показан характер независимости I, I L, IC, RL, BC, Y и разветвленной цепи от частоты источника питания f при постоянных L и C. Эти зависимости называются частотными характеристиками, или резонансными кривыми.

 

a)

б)

Рис. 12. Резонансные кривые при изменении частоты:

а)   б)

 


3. Рабочее задание

1. Ознакомиться с аппаратурой и приборами, необходимыми для выполнения работы, и записать их основные технические данные.

2. Собрать схему (рис. 13) и предъявить ее для проверки преподавателю.

Рис. 13. Схема лабораторной работы для исследования

разветвленной цепи с R, L и C

3. Вынуть ферромагнитный сердечник из катушки. Установить ручку лабораторного автотрансформатора в нулевое положение и включить схему в сеть переменного тока с напряжением 220 B и частотой 50 Гц.

4. С помощью автотрансформатора установить напряжение на зажимах исследуемой цепи U = 80…100 B и, вставляя сердечник в катушку (т. е. увеличивая индуктивность L), добиться резонанса токов (при резонансе ток в неразветвленной части цепи наименьший). Зафиксировать сердечник в этом положении. Измерить ток I в неразветвленной части цепи, ток IK в катушке, ток IC в конденсаторе, напряжение U на зажимах исследуемой цепи и активную мощность цепи P. Отключить цепь.

5. После переключения лаборатории на источник питания с напряжением 220 В и переменной частотой f снова включить схему и проделать те же измерения при трех значениях f < fP и трех значениях f > fP. В процессе всех опытов поддерживать напряжение на зажимах исследуемой цепи постоянным.

Вычислить: G, Y, BL, BC, IL, Ia, IP, φ.

6. Результаты измерений и расчетов записать в табл. 3.

Таблица 3

Режимы работы

Опытные данные

Расчетные данные

f

I

IK

IC

U

P

G

Y

BC

BL

Ia

IL

IP

φ

Гц

А

А

А

В

Вт

Ом

Ом

Ом

Ом

А

А

А

0

f < fP

1

2

3

f = fP

50

f > fP

1

2

3

7. Для трех значений частоты: f = fP, f < fP, f > fP, построить в масштабе векторные диаграммы токов и треугольники проводимостей цепи.

8. По данным, полученным из опытов и расчетов, построить резонансные кривые BL( f), BC( f), Y( f), I( f).

4. Содержание отчета

1. Технические данные оборудования и электроизмерительных приборов, используемых в работе.

2. Схема исследования.

3. Расчет параметров цепи.

4. Таблица с опытными и расчетными данными.

5. Векторные диаграммы токов и треугольники проводимости для трех значений частоты.

6. Резонансные кривые BL( f), BC( f), Y( f), I( f).

7. Выводы по работе.

5. Вопросы для самопроверки

1. Какой режим работы исследуемой цепи будет при отсутствии сердечника в катушке индуктивности и частоте 50 Гц?

2. Что называется резонансом токов и при каких условиях он возникает?

3. Как практически определить резонанс токов?

4. Способы получения резонансов токов.

5. Почему при резонансе токов ток на катушке или конденсаторе может быть больше тока в неразветвленной части цепи?

6. Частотные характеристики разветвленной цепи переменного тока.

Список рекомендуемой литературы

1. Бессонов, Л. А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи: учебник / Л. А. Бессонов. – 10-е изд. – М.: Гардарики, 2002. – С. 106–110.

2. теоретические основы электротехники: в 3-х т. Учебник для вузов. Т. 1. – 4-е изд. / К. С. Демирчян [и др.]. – СПб.: Питер, 2004. – С. 304–317.


Методические указания по выполнению контрольной работы по ТОЭ