Лабораторная работа № 4
Параллельное соединение активного и реактивного элементов
(исследование разветвленной цепи переменного тока)
Ответы на вопросы
- По каким формулам определяется активная и реактивная проводимости ветвей?
- Что такое емкостное сопротивление и как оно определяется?
- Какой режим цепи при параллельном соединении элементов называется резонансом токов?
Перечень приборов
- Источник энергии переменного тока – 30 В
- Реостат – 1 шт.
- Мультиметр – 3 шт.
- Ваттметр – 1 шт. (0 –1200 Вт)
- Катушка индуктивности – 1 шт.
- Магазин сопротивлений – 1 шт. (R = 410 Ом)
- Магазин емкостей – 1 шт. (С = 121 мкф)
Краткие теоретические сведения
Резонансом токов называют такой режим работы разветвленной электрической цепи, состоящей включенных параллельно катушки индуктивности и конденсатора, при которых реактивные проводимости элементов становятся равными:
BL = BC
где BL = 1/ωL – реактивная проводимость катушки;
BС = ωС – реактивная проводимость конденсатора.
|
|
Равенство реактивных проводимостей может быть достигнута изменением емкости, индуктивности или частоты напряжения питания. В данной работе резонанс токов достигается изменением емкости.
Действующее значение тока в электрической схеме (рис. 3) определяется выражением:
I = UY = U√G2 + (BL – BC)2
где U – напряжение питания схемы;
Y – полная проводимость схемы;
G – активная проводимость схемы;
BL и BC – реактивные проводимости элементов схемы.
При плавном увеличении емкости (от минимального значения) к моменту, когда ее значение становится близким к резонансному, ток емкостной ветви увеличивается и стремится к равенству с током катушки индуктивности.
Общий ток схемы непрерывно уменьшается и при резонансе становится минимальным, так как реактивная проводимость схемы равна нулю и действует лишь активная проводимость:
I = UY = U√G2 + (BL – BC)2 = UG
Дальнейшее изменение приводит к росту общего тока и тока в ветви, где включен конденсатор (рис. 1).
Рис. 1 Графики зависимости общего тока и токов, протекающих через катушку индуктивности и конденсатор от величины емкости. |
Следует отметить, что в рассматриваемой разветвленной цепи, токи в ветвях с реактивными элементами могут превышать общий ток до разветвления.
При BL > BC (IL > IC) электрическая цепь имеет активно-индуктивный характер; при BL > BC (IL < IC) электрическая цепь имеет активно-емкостной характер; при резонансе токов BL = BC (IL = IC) и cos φ = 1. Векторные диаграммы для этих случаев представлены на рис. 2.
Рис. 2 Векторная диаграмма для электрической цепи при параллельном включении катушки индуктивности и конденсатора |
План работы
|
|
- Определить размещение приборов на столе.
- Собрать электрическую схему цепи (рис. 3).
- Предъявить собранную схему для проверки.
- Включить автомат переменного тока, установить с помощью реостата заданное напряжение U и удерживать его в течении опыта постоянным.
- С помощью приборов измерить все необходимые для расчетов величины.
- Записать показания амперметра, вольтметра и ваттметра в таблицу № 1.
- По измеренным и вычисленным данным для трех режимов, построить векторные диаграммы напряжений. Диаграммы строить на миллиметровой бумаге в масштабе.
Масштаб напряжения МU = В/см
Масштаб тока МI = А/см