Лабораторная работа №1

Параллельное соединение емкости и индуктивности.

Резонанс токов

Цель работы. Ознакомиться с основными соотношениями, векторными диаграммами и определением параметров электрической цепи перемен­ного тока при параллельном соединении элементов цепи, а также ре­жимом резонанса токов.

Подготовка к работе

1. Ознакомиться с описанием лабораторной работы. Начертить схемы опытов, наметить порядок выполнения опытов, заготовить таблицы для записи опытных данных.

2. Подготовиться к ответу на следующие вопросы:

2.1. Как определить параметры катушки R_K, L по опытным данным (U, I, P)?

2.2. Как рассчитать токи в цепи с параллельным соединением R, L, C классическим и комплексным методом?

2.3. Как по результатам расчета построить векторную диаграмму токов цепи с параллельным соединением R, L, С?

2.4. Сформулировать условие явления резонанса токов.

2.5. По каким признакам можно определить наступление в цепи яв­ления резонанса токов?

Описание установки

Источником питания лабораторной установки служит сеть переменного тока частотой 50 Гц. Регулирование напряжения осуществля­ется с помощью лабораторного автотрансформатора (TI). В качестве элементов исследуемой схемы применяются катушка индуктивности и конденсаторы. Регулирование величины емкости производится измене­нием количества подключенных в цепь ступеней конденсаторов. Для наблюдения угла сдвига фаз между напряжением и током на входе схемы применяется двухлучевой осциллограф. Сигнал, пропорциональный то­ку, снимают с шунта, пропорциональный напряжению - от вспомога­тельного трансформатора напряжения (ТV).

Содержание работы

1. Собрать цепь посхеме рис. 1.1. Записать технические данные при­боров в табл. 1.1

Рисунок 1.1 - Схема опытной установки для исследования

Резонанса токов

Таблица 1.1 - Паспортные данные измерительных приборов

2. При отключенных конденсаторах подать на вход схема напряже­ние, при котором ток в катушке будет равен номинальному (I_ном = 2А). Ре­зультаты измерений записать в таблицу 1.2. По результатам изме­рений рассчитать параметры катушки.

Таблица1.2 - Данные для определения параметров катушки

где - полное сопротивление катушки;

– активное сопротивление катушки;

- индуктивное сопротивление катушки;

- индуктивность катушки, , f =50 Гц

3. Установив в цепи режим по п.2 и увеличивая число включенных конденсаторов от нуля до максимума, проследитьза изменением токов в ветвях, активной мощности и угла j (по осциллографу). При малых емкостях с целью увеличения точности измерений то­ка I₂ ключ К2 разомкнуть, при дальнейшем увеличении емкости во избежание зашкаливания прибора рА_2Т, ключ К2 замкнуть и измерения произвести по прибору рА_2Г (Т - точный, Г - грубый). Данные измерений занести в табл. 1.З. В таблице подчеркнуть данные, соответствующие режиму резонанса токов. Зная параметры катушки, и используя условие резонанса токов, рассчитать значениеемкости, при которой наступит резонанс токов. Сравнить с опытными данными.

Таблица 1.3 - Данные по исследованию резонанса токов

4. По результатам измерений вычислить для каждого режима полную мощность S= U·I, коэффициент мощности cosj=P/S, ак­тивную составляющую тока источника I_а= I × cosj.

5. По результатам измерений и расчетов построить зависимости то­ков в ветвях, мощности, угла сдвига фаз тока и напряжения ис­точника от величины включаемой емкости.

6. По результатам опытов и расчетов построить векторные диаграм­мы токов для до резонансного, резонансного и после резонансного режимов.

Построение векторной диаграммы начинается с вектора напряже­ний (рис.1.2). Из начала координат откладываем в масштабе векторемкостного тока , который опережает по фазе век­тор напряжения на угол 90° (активной составляющей тока I₂ ввиду ее малости пренебрегаем). По первому закону Кирхгофа . Воспользуемся этим равенством для построения диаграммы. Из начала вектора проводим часть окружности радиусом, равным в масштабе току , а из его конца - часть окружности радиусом, равным в масштабе току . Точка пересечения окружностей будет представлять собой геометрическое место концов векторов и .

Рисунок 1.2 - Построение векторной диаграммы токов по опытным данным

Задание для УИРС

1. Для рассчитанных в п.2 параметров катушки, определенного в п.2 напряжения сети и одного из значений емкости кон­денсатора, устанавливаемого в п.3, рассчитать комплекс­ным методом токи в ветвях схемы, активную и реактивную мощности, угол сдвига фаз напряжения и тока источника. Результаты расчета занести в табл.1.4 и сравнить с опытны­ми данными.

Таблица 1.4 - Результаты расчета задания для УИРС

2. По результатам расчета построить векторную диаграмму токов.

3. Рассчитать величину емкости конденсатора для повышения коэффициента мощности цепи до 0,9.

Содержание отчета

1. Цель работы.

2. Данные об измерительных приборах.

3. Схема опытов.

4. Таблицы с опытными данными и результатами расчетов.

5. Графики зависимостей I, I₁, I₂, Р, j = f(C).

6. Векторные диаграммы токов для режимов до резонанса, резонан­са и после резонанса.