Электрическая цепь переменного тока с последовательным соединением элементов

Цель работы

Приобретение навыков сборки простых электрических цепей, изучение свойств цепи при последовательном соединении активных и реактивных элементов, знакомство с явлением резонанса напряжений, построение векторных диаграмм.

Перечень минимодулей

Наименование минимодуля	Количество
Батарея конденсаторов	1
Дроссель	1
Резистор 2 Вт 47 Ом	1

Порядок выполнения работы

Ознакомиться с лабораторной установкой. Собрать электрическую цепь с последовательным соединением, установив минимодули резистора R1, батареи конденсаторов, дросселя L, используемого в качестве индуктивного потребителя Z_к (рис.1). Предъявить ее для проверки преподавателю Подключить собранную цепь к источнику переменного напряжения (клеммы «А-N» источника питания). Для измерения напряжения на отдельных участках цепи использовать мультиметр в режиме измерения переменного напряжения. Установить переключатель батареи конденсаторов в заданную преподавателем позицию.

 2.2 Подсоединить параллельно конденсатору дополнительный проводник (исключив этим конденсатор из цепи). Предъявить схему для проверки преподавателю.

 

Рис. 1

    2.3 Включить источник питания (выключатель SA3), измеритель мощности (SA2), мультиметр в режиме измерения переменного напряжения. Произвести измерение величин, указанных в таблице 1.

Таблица 1

схема	U,В	I, А	UR, В	UK, В	UC, В	P, Вт	Q, ВАр	S, ВА	cosφ	φ
Zк, R
R, Xc
Zк, R, Xc

    2.4 Выключить электропитание, убрать дополнительный проводник, подключенный к конденсатору. Подсоединить параллельно индуктивному потребителю Z_к  дополнительный проводник, исключив тем самым его из цепи. Предъявить схему для проверки преподавателю.

    2.5 Включить электропитание и произвести измерения указанных величин для цепи с последовательным соединением резистора R и конденсатора X_c. Результаты измерений занести в таблицу 1. Выключить электропитание, убрать дополнительный проводник.

    2.6 Включить электропитание и произвести измерения указанных величин для цепи с последовательным соединением резистора R, конденсатора X_c и индуктивного потребителя Z_к.. Результаты измерений занести в таблицу 1.

    2.7 Изменяя величину емкости батареи конденсаторов, добиться наибольшего значения тока, т.е. обеспечить состояние цепи, близкое к резонансу напряжений. Результаты измерений занести в таблицу 2.

Таблица 2

схема	U,В	I, А	UR, В	UK, В	UC, В	P, Вт	Q, ВАр	S, ВА	cosφ	φ
Zк, R, Xc1
Zк, R, Xc2
Zк, R, Xc3
Zк, R, Xc4
Zк, R, Xc5

    2.8 Уменьшая и увеличивая величину емкости батареи конденсаторов создать в цепи два режима – до резонанса напряжений и после резонанса напряжений. Результаты измерений занести в таблицу 2. Выключить электропитание.

2.9 По результатам измерений рассчитать величины, указанные в таблице 3, для режима резонанса.

Таблица 3

схема

PR, Вт

Pк, Вт

Qк, ВАр

Qc, ВАр

Cosφк

φк

Z, Ом

R, Ом

Rк, Ом

Xк, Ом

Zк, Ом

Xс, Ом

Zк, R, Xc рез

 

    2.10 По результатам измерений для всех опытов построить в масштабе векторные диаграммы тока и напряжений, сделать выводы о характере нагрузки каждой исследуемой цепи.

    2.11 По результатам таблицы 2 построить зависимости потребляемого тока I, полного сопротивления Z, Cosφ, напряжений U_K, U_С отсопротивления X_c: I = f (X_c), Cosφ = f (X_c), U_K = f (X_c), U _С = f (X_c).

    2.12 Сделать вывод о применении 2-го закона Кирхгофа в цепях переменного тока.

Контрольные вопросы

1. Дать определения понятиям «треугольник сопротивлений», «треугольник напряжений», «треугольник мощностей».

2. Резонанс напряжений. Условие возникновения и способы достижения.

3. Чему равен угол сдвига фаз между током и напряжением в момент резонанса напряжений?

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

Электрическая цепь переменного тока с параллельным

Соединением элементов

Цель работы

Ознакомиться с особенностями режимов работы цепи спараллельном соединении активных и реактивных элементов, с явлением резонанса токов, повышением коэффициента мощности, применением 1-го закона Кирхгофа в цепях переменного тока, построением векторных диаграмм.

Перечень минимодулей

Наименование минимодуля	Количество
Батарея конденсаторов	1
Дроссель	1
Резистор 2 Вт 47 Ом	1
Тумблер	3

Порядок выполнения работы

2.1 Ознакомиться с лабораторной установкой. Собрать электрическую цепь с параллельным соединением резистора R1, батареи конденсаторов, дросселя L, используемого в качестве индуктивного потребителя Z_к (рис.1). Установить в заданную преподавателем позицию переключатель батареи конденсаторов С. Предъявить схему для проверки преподавателю Подключить собранную цепь к источнику переменного напряжения (клеммы «А-N» источника питания).

Рис. 1

2.2 Изучить работу электрической цепи при параллельном соединении различных элементов. Поочередно подключая тумблерами соответствующие ветви, измерить величины, указанные в таблице 1. Выключить источник питания.

Таблица 1

схема	U,В	I, А	IR, A	IK, A	IC, A	P, Вт	Q, ВАр	S, ВА	cosφ	φ
Zк, R
R, Xc
Zк, R, Xc

 

    2.3 Исследовать влияние емкости, включенной параллельно индуктивному потребителю, на коэффициент мощности цепи и величину тока I, потребляемого от источника питания. Для этого разомкнуть ветвь с резистором R. Переключатель батареи конденсаторов установить в позицию «1» (С=0). Включить источник питания. При наличии в цепи только индуктивного сопротивления Z_к, измерить величины, указанные в таблице 2. Установить такое значение емкости батареи конденсаторов, при которой от источника электропитания потребляется минимальный ток I (состояние цепи, близкое к резонансу токов). Измерить величины, указанные в таблице2. Уменьшая и увеличивая величину емкости батареи конденсаторов (от резонансного значения емкости) создать в цепи два режима – до и после резонанса токов. Результаты занести в таблицу 2. Выключить источник питания.

Таблица 2

схема	U,В	I, А	IK, A	IC, A	P, Вт	Q, ВАр	S, ВА	cosφ	φ	Xc, Ом	С, мкФ
Zк,										-	-
Zк, Xc2
Zк, Xc3
Zк, Xc4
Zк, Xc5

    2.4 Рассчитать величину емкостного сопротивления и емкости батареи конденсаторов. Результаты занести в таблицу 2.

2.5 Построить графики зависимостей cosφ = f (C), I = f (C), I_K = f (C), I_C = f (C), P = f (C).

2.6 По опытным данным построить в масштабе векторные диаграммы токов и напряжений для каждого опыта.

2.7 Сделать выводы о применении 1-го закона Кирхгофа в цепях переменного тока, о влиянии параллельно включенных потребителей друг на друга., о влиянии конденсатора, подключенного параллельно индуктивному потребителю, на величину тока, активной мощности, cosφ.

Контрольные вопросы

1. Как и для чего повышают коэффициент мощности?

2. Явление резонанса токов.

3. Условие возникновения и способы достижения резонанса токов.

4. Объяснить построение векторной диаграммы при параллельном соединении активных, индуктивных и емкостных элементов.