Федеральное агентство по образованию

Федеральное агентство по образованию

Тюменская государственная архитектурно-строительная академия

Кафедра механизации и

автоматизации строительства

Методические указания к выполнению лабораторной работы №5

«Исследование разветвленной электрической цепи переменного синусоидального тока»

Для студентов всех инженерных специальностей

Составили:

Преподаватели каф. МиАС

Аносов А.А., Шулаева Л.В.

Тюмень – 2005г.

Наименование учебно-методического материала: Аносов А.А., Шулаева Л.В.,

Методические указания к выполнению лабораторной работы, Тюмень

ТюмГАСА,2001г., стр.13.

Рецензент: ­­­­___________________________________________________________________________

(степень, звание, Фамилия Имя Отчества)

Учебно-методический материал утвержден на заседании кафедры:

Протокол № 25__________________________________________________________________2005г.

Учебно-методический материал утвержден УМС академии:

Протокол № 25__________________________________________________________________2005г.

Тираж ______________________ экземпляров

1. Цель работы

1.1 Проверка применимости законов Кирхгофа для цепей однофазного переменного синусоидального тока.

Убедиться, что при параллельном соединении полный ток в цепи равен геометрической суме токов параллельных ветвей.

1.2Исследовать влияние изменения одного из параметров (сопротивление конденсатора) цепи на величину тока, потребляемого ею (резонанс токов).

2. Пояснения к работе.

При параллельном соединении элементов получают разветвленную цепь (рис. 1). При параллельном соединении элементов токи в отдельных ветвях, зависят только от напряжения источника питания и полного сопротивления каждой ветви. При этом ток в ветви с резистором Ir совпадает по фазе с напряжением источника, ток в ветви с катушкой Iк отстает по фазе от напряжения источника питания на угол j, зависящий от активного и реактивного сопротивления реальной катушки индуктивности. Ток в ветви с конденсатором Ic опережает напряжение источника питания на 90* (рис.2). В соответствии с первым законом Кирхгофа общий ток I, потребляемый такой цепью от источника питания, определяется геометрической суммой токов отдельных ветвей: I = I r + I к + I c. Рис.1

Геометрическое построение для определения величины и фазы общего тока представлено на (рис.2), где обозначено

Iка, Iа – активные составляющие тока в ветви с катушкой и общего тока.

Iкр, Iр – реактивные составляющие тока в ветви с катушкой и общего тока.

Под активной составляющей тока понимают условную составляющую этого тока, совпадающую по фазе с приложенным к этому участку напряжением. Под реактивной составляющей тока.

- составляющую, расположенную под 90* к приложенному напряжению. Следует помнить, что активная и реактивная составляющие тока – это условные величины, не имеющие физического смысла в последовательной схеме замещения.

Из векторной диаграммы следует, что Iа = Ir + Iка, Ip = Iкр – Ic. Рис.2

Следовательно, величина общего тока I = * а угол сдвига фаз между общим током и приложением ******************

Данная векторная диаграмма построена в предположении, что емкостной ток Ic оказался меньше реактивной индуктивной составляющей тока в катушке Iкр. Поэтому общий ток отстает по фазе от напряжения. Такая цепь носит активно-индуктивный характер. Если бы емкостной ток Ic был больше реактивной индуктивной составляющей тока в катушке Iкр, то ток, потребляемый цепью из сети опережал по фазе приложенное напряжение и цепь носила бы активно-емкостной характер.

При равенстве реактивной индуктивной составляющей тока в катушке Iкр и емкостного тока Ic вектор общего тока совпадает по фазе с вектором приложенного напряжения, а его величина определяется только активными составляющими токов Ia = Ir + Iка. При этом в цепи наступает явление резонанса токов, так как цепь, содержащая реактивные элементы, ведет себя как цепь с чисто активным сопротивление. При резонансе токов токи в ветвях с реактивными элементами могут значительно превышать ток, потребляемый от источника питания.

3.Порядок выполнения работы

3.1. Ознакомиться с лабораторной установкой (модуль питания, модуль резисторов, модуль резисторов, модуль реактивных элементов, модуль амперметров переменного тока, модуль вольтметров, настольный ваттметр).

3.2. Собрать электрическую цепь с параллельным соединением резистора, катушки и конденсатора (рис. 3), установив при этом заданные преподавателем значения сопротивления резистора и емкости конденсатора. Включение отдельных ветвей осуществлять с помощью соответствующих проводников. Схему предъявить для проверки преподавателю.

3.3. Включив электропитание (автомат QF модуля питания) исследовать цепь. Для этого измерить напряжение на входе цепи, активную мощность цепи, токи в ветвях и ток, потребляемый от источника питания. Результаты измерений занести в табл.4.

3.4. Исследовать влияние емкости, включенной параллельно индуктивной катушке, на величину потребляемого от источника питания тока. Для этого подключить параллельно катушке конденсатор С. Установить такое значение емкости, при котором от источника потребляется минимальный ток (резонанс токов). Измерить при этом токи в ветвях и ток, потребляемый из сети. Результаты занести в тадл.4.

Изменить значение емкости конденсатора и измерить токи, напряжение и активную мощность. Результаты занести в табл.4.

Таблица №4

Включены ветви	U, B	I, A	Ir, A	Ic, A	Iк, A	P, Bт	j
R
C
Zк
R, C
R, Zк
R, Zк, C,
Zк, C1
Zк, C2
Zк, C3

3.5. По опытным данным построить в масштабе векторные диаграммы для каждого опыта, определить для каждого случая угол сдвига фаз j между напряжением и потребляемым током.

3.6. Сделать выводы:

- о применении 1-го закона Кирхгофа в цепях переменного тока.

- о влиянии параллельно включенных потребителей друг на друга,

- о влиянии емкости конденсатора на величину тока, потребляемого из сети.

4. Содержание отчета

А) наименование работы и цель работы;

Б) схему эксперимента и таблицу полученных результатов;

В) векторные диаграммы;

Г) выводы по работе.

5.Контрольные вопросы

1. Как при параллельном включении потребителей определить величину тока, потребляемого из сети?
2. С какой целью повышают коэффициент мощности цепи?
3. Как можно определить коэффициент мощности цепи?
4. Как изменятся величина тока, потребляемого из сети, и активная мощность цепи, если параллельно активно-индуктивному потребителю включить конденсатор?
5. Почему уменьшается ток, потребляемый из сети, при подключении параллельно индуктивной катушке конденсатора?
6. Как применяется 1-й закон Кирхгофа в цепях переменного тока?
7. Как построить векторную диаграмму цепи, содержащей параллельно включенные индуктивную катушку и конденсатор?
8. Что такое «резонанс токов»?

Литература:

Дата добавления: 2015-09-30