2015-05-10
426
Работа состоит из двух этапов. На первом проводят исследования режимов работы катушки индуктивности и конденсатора в отдельности. На втором при последовательном включении этих элементов.
1. Собрать цепь с катушкой индуктивности согласно рис. 16, сопротивление R реостата подобрать по указанию преподавателя. Также по указанию преподавателя установить первоначальное значение напряжение источника питания. Замкнуть ключ К и снять показания приборов. Повторить опыт 3-4 раза, меняя напряжение источника питания. Результаты занести в таблицу 1.
2. Разомкнуть ключ К и установить максимальное сопротивление реостата R. При неизменном напряжении питания (по указанию преподавателя) снять показания приборов и занести в таблицу 1. Плавно уменьшая сопротивление реостата провести 3 опыта, снять показания приборов и занести данные измерений в таблицу1.
3. Для первых опытов, при условии замкнутого ключа определить значение 
– полное и 
- активное сопротивление катушки индуктивности и вычислить среднее их значение
; 
; 
Рассчитать величину xL, L для каждого опыта и определить среднее их значение по
формулам
; 
.
3. Собрать схему с батареей конденсаторов и реостатом (рис. 17). Произвести измерения при условиях, аналогичных пунктам 1 и 2. Занести результаты изме-
рений в таблицу 2.
4. Собрать схему с последовательным соединением батареи конденсаторов и катушки индуктивности (рис. 18). Установить по заданию преподавателя необходимое напряжение источника питания U. Исследование проводить по следующей методике:
а). Провести опыт резонанса напряжений. Рассчитать величину 
по формуле
.
Величина 
рассчитана в пункте 2, 
. Выбрать с помощью батареи конденсаторов ближайшее к значение емкости. То есть установить значение 
, снять показания приборов и занести данные измерений в таблицу 3.
б). Каждый раз уменьшая предыдущее значение мощности на величину 2 - 4 мкФ, повести 2 - 3 опыта и записать показания в таблицу 3.
в). Восстановить значение и, каждый раз увеличивая предыдущее значение ёмкости на 2 - 4 мкФ, провести 2 - 3 опыта. Результаты измерений записать в таблицу 3.
г). Определить максимальные значения параметров при изменении 
. Устанавливая на батарее конденсаторов значение ёмкости наиболее близкое к значению
определить UC max. Устанавливая значения емкости близкие к значениям
,
измерить параметры 
и с их помощью по формуле (40) экстремальные значения реактивной мощности.
5). Произвести расчет всех параметров в таблицах 1, 2, 3 по формулам, приведенным в работе.
Примечание. В таблице №3 приведены два столбца, определяющие емкость батареи конденсаторов: C и C ист. В ячейках столбца C указывают величину емкости, набранную на батарее конденсаторов непосредственно перед каждым опытом. В ячейках столбца C ист указывают истинное значение емкости, которое определяют по формуле 
после проведения опытов.
6). Построить комплекты векторных диаграмм (треугольники сопротивлений напряжений и мощностей, а также вектор тока, соответствующие одному и тому же опыту, в одной системе комплексных координат, но в разных масштабах). Для данных в таблицах 1 и 2 каждому студенту построить по два комплекта векторных диаграмм, соответствующих опыту при замкнутом ключе и при разомкнутом ключе (номера опытов задаются преподавателем). Для данных в таблице 3 каждому студенту необходимо построить по три комплекта векторных диаграмм (треугольники напряжений и вектор тока), соответствующих дорезонансному (
), резонансному (
) и зарезонансному (
) режимам работы цепи.
7). Построить по данным таблицы №3 графики зависимостей параметров режима работы цепи от изменения емкости конденсаторов (рис. 10 – рис. 14)
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Электротехника. Учебн. для неэлектротехнич. спец. ВУЗов/Под ред. В. Г. Герасимова. – М.: Высшая школа, 1985 (подраздел 2.12).
2. Касаткин А. С., Немцов М. В. Электротехника. Учебн. Пособие для ВУЗов. – М.: Издательский центр «Академия». – 2005, (подразделы 2.11, 2.12, 2.13,
1.14, 2.21).
3. Общая электротехника / Под ред. А. Т. Блажкина. – Л.: Энергоатомиздат. – 1986, п.п. 2.7, 2.10.
4. Борисов Ю. М., Липатов Д. Н., Зорин Ю.Н. Электротехника. Учебн. Для ВУЗов. – М.: Энергоатомиздат. – 1985 (подразделы 2.9, 2.10, 2.11, 2.12).
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какие сопротивления называются реактивными и почему?
2. Что такое параметры катушки индуктивности, конденсатора. Как они определяются?
3. Какие энергетические процессы протекают в цепи с последовательным соединением R, L, C – элементов?
4. Какие энергетические процессы протекают в цепи с последовательным соединением R, L –элементов (R, C - элементов)?
5. Объяснить на примере порядок построения векторных диаграмм для цепи с последовательным соединением R, L, C - элементов.
6. Провести анализ построенных по заданию лабораторной работы векторных диаграмм.
7. Провести анализ построенных по заданию лабораторной работы графиков.
8. Сформулировать условие резонанса и определить параметры режима работы каждого элемента при резонансе напряжений.
9. Дана электрическая цепь с последовательным соединением R, L, C - элементов, которая подключена под напряжение u = 400sin(314 t), В. Решить задачу для одного из вариантов по заданию преподавателя:
- R =20, Ом, L =96, мГн, С =53, мкФ. Найти I; UL; UC; φ; - R=100, Ом, L=191, мГн, С=53, мкФ. Найти I; cosφ; 
; P; Q; S; - R=80, Ом, L=144, мГн, С=26,5, мкФ. Найти I; UL; UC; Q; P; S;
10. Дана электрическая цепь с последовательным соединением R, L, C - элементов. Вольтметры, измеряющие падение напряжения на элементах, показали следующие значения:
- UR =100, В, UL =40, B, UC =70, В; - UR =200 В, UL =180 B, UC =90 В; - UR =50 В, UL =200 B, Uc= UC В.
Найти общее напряжение на зажимах цепи и угол сдвига фаз между напряжением и
током. Решить задачу для одного из вариантов по заданию преподавателя.
Рис.1
Рис. 2
Рис. 3
Рис. 4
Рис. 5
Рис. 6
Рис. 7
Рис. 8
Рис. 9
Рис. 10
Рис. 11
Рис. 12
|
Рис. 13
Рис. 14
и 
определяются из условия
Рис. 15
Рис. 16
Рис. 17
Рис. 18
Таблица 1.
Результаты исследования цепи с катушкой индуктивности.
| № опыта | Условие опыта | Результаты измерений | Результаты вычислений | ||||||||||
| I (А) | U (V) | P (W) |
| R | xL | φ | L | UL | UR | Q | S | ||
| А | В | Вт | Ом | Ом | Ом | угл. град. | Гн | В | В | ВАр | ВА | ||
| Ключ К замкнут | |||||||||||||
| Ключ К разомкнут | |||||||||||||
Таблица 2
Результаты исследования цепи с последовательным соединением конденсатора и реостата
| № опыта | Условие опыта | Результаты измерений | Результаты вычислений | ||||||||||
| I (А) | U (V) | P (W) | 
| R | xC | φ | С | U C | U а= UR | Q | S | ||
| А | В | Вт | Ом | Ом | Ом | угл. град. | мкФ | В | В | ВАр | ВА | ||
| Ключ К замкнут | |||||||||||||
| Ключ К разомкнут | |||||||||||||
Таблица 3
Результаты испытаний цепи с последовательным соединением катушки индуктивности и конденсатора
| № п/п | Данные измерений | Данные вычислений | ||||||||||||||||
| С | C ист. | U (рV1) | I (А) | U к (pV2) | Uc (pV3) | P (W) | R | xC | x | φ | cosφ |
| U a= UR | UL | Ux | Q | S | |
| мкФ | мкФ | В | А | В | В | Вт | Ом | Ом | Ом | град | - | Ом | В | В | В | ВАр | ВА | |
