Параллельное соединение резистора и катушки индуктивности.

 

Цель работы: изучить свойства электрической цепи синусоидального тока с параллельным соединением резистора и катушки индуктивности, экспериментально доказать, что ток и напряжение изменяются по синусоидальному закону и существует фазовый сдвиг между напряжением и током в цепи.

Научиться измерять и производить расчет токов, напряжений и их фазовых сдвигов при параллельном соединении резистора и катушки индуктивности.

Основные теоретические сведения.

Когда к цепи (рис. 12.1) с параллельным соединением резистора и катушки подается переменное синусоидальное напряжение, одно и то же напряжение приложено к обоим компонентам цепи.

 

 

Рис. 12.1

 

Общий ток цепи I разветвляется на ток в катушке I_L (индуктивная составляющая общего тока) и ток в резисторе I_R (активная составляющая).

Между токами I, I _L и I _R существуют фазовые сдвиги, обусловленные индуктивным реактивным сопротивлением X_L катушки. Они могут быть представлены с помощью векторной диаграммы токов (рис. 12.2).

 

Рис. 12.2	Рис. 12.3

 

Фазовый сдвиг между напряжением U цепи и током в резисторе I _R отсутствует, тогда как ток в катушке I _L всегда отстает от напряжения цепи (или тока в резисторе I_R) на90⁰. При этом сдвиг между полным током I и напряжением цепи U определяется соотношением междупроводимостями B_L и G.

Разделив каждую сторону треугольника токов на напряжение, получим треугольник проводимостей (рис. 12.3), в котором Y представляет собой так называемую полную проводимость цепи, G – активную, а B_L – реактивную (индуктивную) проводимости.

Из-за фазового сдвига между током и напряжением в цепях, подобных данной, простое арифметическое сложение действующих или амплитудных значений токов в параллельных ветвях, как в параллельной чисто резистивной цепи, невозможно. Только в векторной форме I = I _R + I _L. Расчет ведется по следующим формулам:

Действующее значение полного тока цепи

,

I = U ¤ Z = UY.

Полная проводимость цепи

,

Y = 1 ¤ Z,

где Z - полное сопротивление цепи.

Угол сдвига фаз

j = arctg (I _L ¤ I_R) = arctg (B_L ¤ G).

Активное сопротивление цепи

G = Y × cos j\

Реактивное сопротивление цепи

B = Y × sin j.

Задание к лабораторной работе.

Задание

Для цепи с параллельным соединением резистора и катушки индуктивности измерьте действующие значения тока в резисторе I_R и катушке I_L, полный ток I и вычислите угол сдвига фаз j, полное сопротивление цепи Z и индуктивную реактивную проводимость B_L.

 

Порядок выполнения работы.

· Соберите цепь согласно схеме (рис. 12.4), подсоедините регулируемый источник синусоидального напряжения и установите его параметры:

· U = 5 В, f = 200 Гц. В качестве индуктивности с малым активным сопротивлением используйте катушку трансформатора 300 витков, вставив между подковами разъемного сердечника полоски бумаги в один слой (немагнитный зазор).

 

 

Рис. 12.4

 

· Выполните измерения U, I, I_L, I_R и занесите результаты в табл. 12.1. Если измерения производятся виртуальными приборами, то измерьте также R, j, X_L, Z и вычислите G = 1/R, B_L = 1/X_L и Y = 1/Z. Занесите эти результаты в строку «виртуальные измерения» табл. 12.1.

 

 

Таблица 12.1.

 

U, B	I, мА	IL, мА	IR, мА	j, град	G, 1/Ом	BL, 1/Ом	Y, 1/Ом	Примечание
								Расчет
				Вирт. изм

 

· Вычислите j = arctg (I _L ¤ I _R ); Y = I ¤ U; G = I_R ¤ U; B_L = I_L ¤ U.

· Занесите результаты вычислений в таблицу и сравните с результатами измерений виртуальными приборами, если они есть.

· Выберите масштаб и постройте векторную диаграмму токов (рис. 12.5) и треугольник проводимостей (рис. 12.6).

 

 

 

Рис. 12.5 Рис. 12.6

 

12.3.Контрольные вопросы.

1. Дайте определение параллельного соединения участков электрической цепи

2. Напишите формулы для определения активной индуктивной,емкостной и полной проводимостей электрической цепи.

3. Зависит ли реактивная проводимость катушки индуктивности от величины её активного сопротивления

4. Поясните, изменится ли активная проводимость катушки при изменении ее индуктивности и измененном активном сопротивлении

5. Дайте определение резонанса токов в электрической цепи

6. В какой цепи и при каких условиях наступает резонанс токов

7. Чем отличается резонанс токов от резонанса напряжений

8. Поясните, оказывает ли влияние на потребляемую активность мощность

9. параллельно включенная в электрическую цепь емкость

10. Объясните способ повышения коэффициента мощности электрической цепи при параллельном включении емкости и потребителя с активно- индуктивной нагрузкой

11. Поясните технико- экономическое значение повышения коэффициента мощности электрической цепи

 

12.4. Указания по выполнению лабораторной работы №12.

 

1.Ознакомиться с порядком выполнения лабораторной работы №12, краткими теоретическими сведениями по данной теме. Подготовить в рабочей тетради «Лабораторно–практические работы по электротехнике» протокол испытаний.

 

2.Собрать электрическую цепь в соответствии с рис 12.4. В качестве измерительных приборов используйте мультиметры или виртуальные приборы с коннектором.

 

3.После проверки схемы преподавателем установить параметры для данной цепи U= 5В, f = 1кГц.,R,Х_L,согласно рис 12.4 Напряжение источника установите с помощью мультиметра.

 

4.Сделав замеры определенных величин произвести расчеты – фазового угла (j), полного сопротивления цепи (Z) и полную проводимость цепи(Y), активного сопротивления цепи(R) и активной проводимости (G), индуктивного реактивного сопротивления цепи (X_L) и индуктивную реактивную проводимость цепи (B), действующее значение тока (Ι).

5.С помощью блока «Приборы II» измерить виртуальные показания j, G, В_L,Y и записать их значения также в таблицу 12.1 под рассчитанными величинами. Сравнить результаты.

 

6. Выбрать масштабы и построить векторную диаграмму токов (рис. 12.5) и треугольник проводимостей (рис. 12.6) на миллиметровочной бумаге. формата А4.

 

7.Составить полный отчет по работе, сформулировать выводы по работе.

 

8.Ознакомиться с контрольными вопросами для защиты лабораторной работы.

 

9. По окончанию работы, выключить ПК, рабочее место привести в порядок и сдать преподавателю, расписаться в журнале контроля ответственному по группе.

 

 

Лабораторная работа 13.