ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Указания к выполнению лабораторной работы с помощью компьютерной программы Multisim 2001 (Electronic WorkBench 6_20)

123

· Запустите программу Multisim 2001.

Откройте сохраненный файл - Лаб._работа№3.msm

Перед вами появится модель лабораторной установки (рис.1.5), включающей в себя регулируемый резистор R=0-22 Ом, конденсатор с постоянной емкостью С=10 мкФ и индуктивную катушку с регулируемым зазором (R_k=8 Ом, L_k=500-1200 мГн). Питание сети осуществляется от сети однофазного тока с действующим значением питающего напряжения U=14 В.

Рис.1.5. Схема виртуального исследования последовательной цепи R,L,C

· Включите цепь клавишей .

· Настроите цепь на резонанс путем изменения индуктивности дросселя, наблюдая на экране осциллографа совмещение осциллограмм входного напряжения и тока в цепи.

Увеличение индуктивности дросселя производится нажатием клавиши А, а уменьшение – SHIFT+A .

· Снять осциллограмму тока i и напряжения u в резонансном режиме.

· Измерить действующие значения входного напряжения U, тока в цепи I, напряжение на индуктивной катушке U_к и на конденсаторе U_с, активную мощность, потребляемую в цепи Р.

· Расстроить резонансный режим один раз уменьшив, а другой раз увеличив индуктивность дросселя. Снять осциллограммы и повторить все измерения.

Контрольные вопросы

1. Что такое емкостное и индуктивное сопротивления цепи? От чего они зависят?

2. Почему при последовательном соединении катушки индуктивности и конденсатора напряжения на них могут оказаться больше входного напряжения?

3. Что такое резонанс напряжений?

4. Изменением каких параметров цепи можно получить режим резонанса напряжений?

5. С помощью каких приборов можно определить резонансный режим?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

Исследование линейной цепи синусоидального тока при параллельном

соединении активно-индуктивного приемника и батарей конденсаторов.

Цель работы: Экспериментально исследовать условия возникновения резонанса токов и возможности его применения для повышения коэффициента мощности электрических установок; определить параметры цепи по результатам измерений в различных режимах; проанализировать режим резонансов токов.

В результате выполнения работы студент должен: знать:

- каковы условия возникновения резонанса токов и его характеристики

- как влияет изменение емкости конденсатора на токи напряжения и мощности в смешенной цепи R,L,C

- каким образом, используя свойства этого режима, улучшают коэффициент мощности электроустановок

уметь:

- пользоваться измерительными электромеханическими приборами, мультиметром и осциллографом

- выполнить расчет смешенной цепи R,L,C и построить векторную диаграмму.

1. Программа работы

1.1 Ознакомиться со схемой установки (рис.2.1) и измерительными приборами. Записать данные приборов и их типы.

Рис. 2.1. Принципиальная схема исследуемой цепи

1.2 В цепи (рис.2.1) :

- отключить батарею конденсаторов;

- подключить осциллограф для снятия осциллограмм входного напряжения и тока. На вход Х осциллографа подать напряжение с шунта R_ш, а на вход Y – входное напряжение;

- включить цепь тумблером F;

- снять осциллограмму тока i и напряжения u_вх; измерить действующие значения напряжения U_вх, тока в цепи I (показания амперметров А и А₁ будут одинаковы) и активную мощность P, потребляемую в цепи.

Рассчитать cos φ и фазовый угол сдвига между током и напряжением. Данные опытов и расчетов внести в табл. 2.1.

2.3. Подключить батарею конденсаторов. Увеличивая емкость батареи (дискретно с интервалом 0,5мкФ) с помощью тумблеров F₂-F₇, настроить цепь в резонанс, наблюдая на экране осциллографа совмещение осциллограмм входного напряжения u_вх и тока i. Снять осциллограмму тока и напряжения в резонансном режиме. Измерить действующее значение напряжения U и токов I, I₁, I₂, а также активную мощность потребляемую в цепи. Рассчитать коэффициент мощности. Данные опытов и расчетов внести в таблицу 2.1.

2.4. Расстроить резонансный режим двумя способами - один раз уменьшив ёмкость батареи конденсаторов, а другой раз увеличив её. Снять осциллограммы и повторить все измерения и расчеты п.2.3, для этих режимов. Данные опытов занести в таблицу 2.1. п.3,4.

2.5. Рассчитать фазовый угол сдвига φ на входе цепи для всех трех режимов (φ>0; φ=0; φ<0). Построить векторные диаграммы токов и напряжений.

2.6.Исследовать последовательную цепь RLC с помощью компьютерного редактора Е.W.B.

Данные опытов и расчетов Таблица2.1

№ пп.	U, В	f, Гц	C, мкФ	P, Вт	I, А	I₁, A	I₂, A	сos φ	φ, град
	Результаты расчетов

2. Пояснения к работе

При подключении параллельно к активно-индуктивному приемнику

батареи конденсаторов в цепи можно получить резонанс токов.

Резонанс токов – это такой режим цепи переменного тока с параллельно соединенными с индуктивностью и емкостью, при котором ток в неразветвленной части цепи I совпадает по фазе с напряжением U.

Реактивные составляющие токов в параллельных ветвях равны по величине и противоположны по фазам. Ток в неразветвленной части цепи (İ=İ_пр+İ_с ) минимален, равен активной составляющей тока катушки и может быть значительно меньше по величине , чем ток в параллельных ветвях.

Реактивная мощность от источника не потребляется, хотя индуктивная и емкостная мощности существуют и могут иметь большие значения. Объясняется это тем , что при резонансе происходит непрерывный обмен реактивной энергии между потребителем и батареей конденсаторов.

При резонансе от источника потребляется лишь активная мощность, т.е. S=P.

Коэффициент мощности cos φ =1.Ток и напряжение во входной цепи совпадают по фазе - именно этот факт имеет исключительно важное значение для практического применения.

3. Описание лабораторной установки

На панели стенда собрана цепь, состоящая из индуктивной катушки и батареи конденсаторов с регулируемой емкостью. Для измерения токов и напряжения используются амперметр и вольтметр электромагнитной системы или мультиметр. Активная мощность измеряется ваттметром электродинамической системы. Для исследования амплитудно–фазовых соотношений используется двух лучевой осциллограф С–1-49.

4. Методические указания

· Для осциллографирования тока на вход Х осциллографа подается напряжение, снятое с малого сопротивления R_ш, включенного в неразветвленную часть цепи.

Градуировку осциллограммы тока проще всего производить следующим образом: по показаниям амперметра вычислить амплитуду тока , А:

где I – действующее значение тока (показания амперметра). Масштаб тока А/мм на экране осциллографа . Масштаб напряжения В/мм определяется аналогично: . Здесь U_вх – показания вольтметра, l_u – двойная амплитуда синусоиды напряжения.

· Режим резонанса удобно фиксировать по совпадению моментов переход через ноль синусоид тока и напряжения на входе цепи, как показано на рис. 2.2.

Рис. 2.2. К определению масштаба тока на осциллограмме

· Коэффициент мощности цепи , отсюда . Знак угла φ для каждого режима определяется по осциллограмме. Величину угла φ также можно определить по осциллограмме. Для этого нужно определить соотношение ( рис. 2.3, б, в), при помощи линейки. Далее, зная, что Т=360^о (электрических градусов) найти фазовый угол сдвига .

а) б) в)

Рис. 2.3. Временные диаграммы тока в цепи и напряжения на входе цепи: а - φ=0, ток и напряжение совпадают по фазе; б - φ>0, ток отстает от напряжения;

в - φ<0, ток опережает

· Основными потребителями электрической энергии являются асинхронные двигатели, представляющие собой активно-индуктивную нагрузку. Их подключение к сети соответствует векторной диаграмме (рис. 2.4, а). Построение диаграммы целесообразно начинать с вектора Ủ, приняв начальную фазу его равной нулю. Ток I в подводящих проводах и в нагрузке будет один и тот же, он отстает по фазе от напряжения на угол φ.

При подключении батареи конденсаторов во второй ветви появляется ток, величина которого зависит от входного напряжения и емкостного сопротивления батареи конденсаторов: ; . По фазе ток на конденсаторе, как известно, опережает напряжение на 90^о. Вектор тока İ₂ при различных сопротивлениях показан на рис. 2.4(б, в, г).

Рис. 2.4. Векторные диаграммы смешанной цепи R,L,C при постоянной частоте и индуктивности и переменной ёмкости

Наибольший интерес представляет такой режим работы цепи, когда емкостной ток İ₂ равен по величине индуктивной составляющей тока İ₁ (İ₁_L). Ток в подводящих проводах İ=İ₁+İ₂, будет равен в этом случае активной составляющей тока I₁ (I₁_a). Режим работы приемника при подключении батареи конденсаторов не изменился (I₁=const), но условия работы сети улучшились – ток в подводящих проводах уменьшился, коэффициент мощности цепи увеличился (cos φ = 1), так как ток İ и напряжение Ủ совпадают по фазе. В параллельных ветвях происходит обмен электромагнитной энергией между конденсатором и катушкой индуктивности, энергия как бы пульсирует, переходя два раза за период из индуктивной катушки в конденсатор и обратно. На внешнюю цепь этот процесс обмена энергией влияния не оказывает, поэтому вся установка ведет себя как потребитель активной мощности.

На рис. 2.4(в, г) показаны векторные диаграммы при недокомпенсации (в) и перекомпенсации (г) сдвига фаз между током и напряжением. В случае недокомпенсации емкостный ток İ₂ меньше реактивной составляющей тока индуктивной катушки. В этом случае будет иметь место фазовый угол сдвига φ между током и напряжением, коэффициент мощности цепи cos φ уже не будет равен единице, хотя несколько увеличится. В случае перекомпенсации, когда İ₂>İ₁_L, ток в подводящих проводах İ будет опережать напряжение по фазе (рис 2.4, г). В этих двух случаях в обмене электромагнитной энергией участвуют не только конденсатор и индуктивная катушка, но и источник энергии.

123