Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Документ'
Участники: специалисты муниципальных методических служб, курирующие социально-психологическую, профилактическую и коррекционно-развивающую работу в об...полностью>>
'Анкета'
имя, отчество Группа, полностью Курс Телефон Электронная почта Укажите пожалуйста, свои пожелания по поводу проведения и организации кэмпинга Да/Нет И...полностью>>
'Календарно-тематическое планирование'
Курс «Человек» продолжает изучение биологии в общеобразовательных учреждениях. Учащиеся получают знания о человеке как о биосоциальном существе, его с...полностью>>
'Документ'
С 01.10.2013 года в посудомоечных машинах МПК-500Ф, МПК-700К, МПК-700К-01, МПК-1100 и МПК-1400 устанавливается контроллер новой модификации «Контролле...полностью>>

Главная > Методические указания

Сохрани ссылку в одной из сетей:
Информация о документе
Дата добавления:
Размер:
Доступные форматы для скачивания:

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2.

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ПРИЕМНИКОВ

ОДНОФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Экспериментально исследовать работу электрической цепи одно-фазного синусоидального тока с последовательным соединением актив-ных и реактивных приемников:

1) исследовать работу цепи переменного тока при различных ти-пах нагрузки и разных режимах работы;

2) научиться определять параметры электрической цепи пере-менного тока;

3) построить векторные диаграммы при последовательном со-единении активных и реактивных элементов цепи переменного тока, а также треугольники сопротивлений и мощностей.

2. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ

Цепь переменного тока с активным сопротивлением R

Простейшей цепью переменного тока является цепь, имеющая только сопротивление R. Сопротивление в цепи переменного тока и в цепи постоянного тока ведет себя по-разному.

Переменный ток хуже проходит через сопротивление, чем посто-янный. Это объясняется следующими причинами:

1) поверхностный эффект;

2) вихревые тока;

3) перемагничивание ферромагнитных материалов;

4) изменение поляризации диэлектриков.

Все эти явления связаны с выделением тепла, и, значит, перемен-ный электрический ток затрачивает дополнительную энергию. Посто-янный ток ни одного из этих явлений не вызывает, поэтому не требует дополнительных затрат энергии.

Сопротивление постоянному току называют омическим. Сопро-тивление переменному току называют активным. На активном сопро-тивлении, так же как и на омическом, происходит выделение тепла, пропорциональное выделенной электрической энергии. Разница между омическим и активным сопротивлением тем больше, чем больше часто-та переменного тока. Нормированное сопротивление резистора соответ-ствует постоянному току.

Активными сопротивлениями в цепях переменного тока являются

18

нагревательные и осветительные приборы, а так же, как активные со-

противления, проявляют себя все устройства, на которых выделяется

полезная мощность в любом виде.

Если через активное сопротивление R протекает переменный сину-

соидальный ток, то на нем действует переменное синусоидальное

напряжение. Ток и напряжение имеют одинаковую частоту и совпадают

по фазе, поэтому на активном сопротивлении нет сдвига фаз между

напряжением и током: 0 R .

Цепь переменного тока с индуктивностью L и емкостью С

Индуктивность и емкость проявляют себя в электрических цепях

переменного тока как сопротивления.

Катушка индуктивности оказывает переменному току сопротивле-

ние, которое называют р е а к т и в н ы м с о п р о т и в л е н и е м и н д у к -

т и в н о с т и или и н д у к т и в н ы м с о п р о т и в л е н и е м – XL . При нали-

чии в цепи одного индуктивного сопротивления сдвиг фаз между

напряжением и током φL = +90˚. При этом

2 L X L fL. (2.1)

Формула XL = ωL показывает, что сопротивление индуктивности

переменному току зависит от частоты. Это означает, что индуктивность

по-разному пропускает ток низкой и ток высокой частоты.

Индуктивность не пропускает переменный ток высокой частоты

(хуже пропускает). Чем больше частота, тем труднее проходит пере-

менный ток. Катушка индуктивности используется для ограничения

протекания переменного тока.

Конденсатор в электрической цепи переменного тока оказывает со-

противление переменному току, которое называется р е а к т и в н ы м

с о п р о т и в л е н и е м е м к о с т и , или проще е м к о с т н ы м с о п р о -

т и в л е н и е м XC

1 1

.

2 C X

C fC

(2.2)

Сдвиг фаз в цепи с емкостью φС = −90˚.

Формула XC = 1/ωC показывает, что сопротивление емкости пере-

менному току зависит от частоты w. Это означает, что емкость по-

разному пропускает ток низкой и высокой частоты.

Емкость пропускает переменный ток тем лучше, чем выше частота.

Емкость вообще не пропускает постоянный ток, и это ее важнейшее

свойство. Одно из применений конденсатора состоит в том, что его ста-

вят в те ветви схем, где запрещено протекание постоянного тока.

19

Электрические цепи переменного тока

Реальные электрические цепи переменного тока содержат сопро-

тивление R, индуктивность L и емкость С.

Особенностью цепей переменного тока является наличие в них

с д в и г а ф а з φ между напряжением и током. Это связано с наличием

в электрической цепи реактивных сопротивлений XL и XC, что во многом

осложняет расчет этих цепей обычными алгебраическими методами.

В связи с этим для анализа цепей переменного тока широко используют

графические методы с изображением напряжения и тока векторами, т.е.

отрезками прямых, имеющих не только величину, но и направление.

Такого рода графики называются в е к т о р н ы м и д и а г р а м м а м и ,

а сам расчет – м е т о д о м в е к т о р н ы х д и а г р а м м .

Последовательное соединение RL

Электрическую цепь, состоящую из нескольких последовательно

соединенных элементов, называют н е р а з в е т в л е н н о й электрической

цепью, или просто п о с л е д о в а т е л ь н о й электрической цепью

(рис. 2.1).

Рис. 2.1. Последовательная RL цепь переменного тока

Особенностью такой цепи является то, что через все элементы цепи

независимо от их количества и характера сопротивлений протекает

одинаковый общий ток. Общее напряжение питающей цепи равно не

просто сумме напряжений на каждом сопротивлении, оно равно в е к -

т о р н о й сумме, т.е. вектор общего напряжения равен сумме векторов

напряжений на каждом участке цепи. При этом вектор напряжения на

активном сопротивлении совпадает по направлению с вектором тока, а

векторы напряжения на реактивных сопротивлениях образуют с векто-

ром тока угол сдвига фазы между током и напряжением. Для расчетов

напряжений надо построить векторную диаграмму напряжений.

20

Треугольник напряжений для расчета RL цепи

В е к т о р н а я д и а г р а м м а н а п р я ж е н и й представляет собой

векторный треугольник напряжений.

Для последовательного соединения полное напряжение цепи скла-

дывается из напряжений на элементах цепи. Значит, вектор суммарного

напряжения U равен сумме напряжений на элементах цепи: вектору

напряжения на сопротивлении UR и вектору напряжения на катушке ин-

дуктивности UL.

UL

UR

φ

Uобщее

I

Рис. 2.2. Векторная диаграмма RL цепи

Векторная диаграмма строится, как показано на рис. 2.2.

1. Вектор тока I изобразим как горизонтальный вектор слева

направо.

2. Откладываем вектор напряжения на активном сопротивлении

UR. Этот вектор направлен горизонтально, т.к. сдвиг фаз на активном

сопротивлении равен нулю: φR = 0.

3. Строим вектор напряжения на катушке индуктивности UL. Его

надо откладывать под углом 90°, т.к. напряжение на катушке опережает

ток на 90°: φL = +90˚.

4. Построим вектор полного напряжения U на этих элементах

цепи. Это вектор суммы, а он строится из начала первого вектора к кон-

цу второго.

Получился прямоугольный треугольник. Любую сторону этого

треугольника можно найти по теореме Пифагора. Острый угол этого

треугольника – это сдвиг фаз φ в этой цепи между током и общим

напряжением.

Треугольник сопротивлений

Ток при последовательном соединении является общим для всех

21

сопротивлений цепи.

Треугольник напряжений позволяет построить т р е у г о л ь н и к

с о п р о т и в л е н и й . Для этого каждую сторону треугольника напряже-

ний надо разделить на ток.

Полученный треугольник будет подобен треугольнику напряже-

ний. Этот треугольник получается не векторный, а его стороны соответ-

ствуют сопротивлениям цепи.

Z

XL

R

φ

Рис. 2.3. Треугольник сопротивлений RL цепи

На рис. 2.3 показано построение треугольника сопротивлений для

цепи, имеющей активное сопротивление R и индуктивное сопротивле-

ние XL.

По теореме Пифагора из треугольника сопротивлений находим

2 2

L Z R X . (2.3)

Из любого треугольника можно определить сдвиг фаз φ между

напряжением и током. Действительно, по правилам тригонометрии

тангенс угла прямоугольного треугольника равен частному от деления

катета, противолежащего углу, на другой катет, т.е. в данном случае

частному XL/R, а это соотношение, как известно, определяет собой tgφ.

Зная тангенс угла, мы можем определить угол сдвига фаз φ.

Треугольник мощностей

Если каждую сторону треугольника напряжений умножить на один

и тот же ток, то получится подобный треугольник, стороны которого

пропорциональны мощности (рис. 2.4).

Это значит, что расчет мощностей для переменного тока произво-

дится также геометрически, потому что необходимо учитывать сдвиг

фаз между напряжением и током.

Из треугольника мощностей следует, что в цепях переменного тока

различают три вида мощности: активную, реактивную и полную.

22

S

QL

P

φ

Рис. 2.4. Треугольник мощностей RL цепи

А к т и в н а я м о щ н о с т ь Р равна произведению напряжения на

активную составляющую тока:

R a P U I U I cos U I . (2.4)

Активная мощность расходуется на выполнение приемником по-

лезной работы или выделяется в виде тепла на сопротивлении R.

Р е а к т и в н а я м о щ н о с т ь Q равна произведению напряжения на

реактивную составляющую тока:

L P Q U I U I sin U I . (2.5)

Реактивная мощность выделяется на индуктивности и полезной ра-

боты не создает.

П о л н а я м о щ н о с т ь S определяется как геометрическая сумма

активной и реактивной мощностей и равна

S U I . (2.6)

Полная мощность – это та мощность, которую источник вынужден

отдавать цепи. Источник отдает полную мощность, которая больше по-

лезной мощности из-за того, что цепь обладает индуктивностью.

Последовательное соединение RC

Конденсаторы часто включают последовательно с сопротивления-

ми, но если даже специального сопротивления нет, любой конденсатор

обладает определенной величиной активного сопротивления, которую

необходимо учитывать (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Последовательная R–С цепь переменного тока

23

Векторная диаграмма напряжений представляет собой прямоуголь-

ный треугольник, который позволяет определить все составляющие по

теореме Пифагора.

Соотношение сопротивлений в такой цепи соответствует треуголь-

нику сопротивлений. Для цепи, состоящей из активного сопротивления

и емкости полное сопротивление равно

2 2

C Z R X . (2.7)

Соотношение мощностей такой цепи соответствует треугольнику

мощностей. Все треугольники подобные, значит, угол φ (сдвиг фаз) яв-

ляется общим для всех треугольников.

Активное сопротивление R, включенное в цепь с катушкой или

конденсатором, уменьшает угол сдвига фаз.

Экспериментальное определение параметров цепи

Измерение активной, реактивной, полной мощностей и cosφ, а так-

же параметров цепи, например R и L, можно произвести с помощью

ваттметра, амперметра и вольтметра, включенных в цепь по схеме,

изображенной на рис. 2.6.

Рис. 2.6. Схема измерения основных параметров

последовательной цепи переменного тока

Для цепи переменного тока закон Ома для действующих значений

тока и напряжения имеет вид

U

I

Z

. (2.8)

24

По показаниям амперметра и вольтметра из закона Ома определя-

ется полное сопротивление Z. По показаниям амперметра и ваттметра

находится активное сопротивление цепи R = P/I2. Затем можно опреде-

лить реактивное сопротивление цепи

2 2 X Z R . (2.9)

В случае активно–индуктивной нагрузки X = XL, а в случае активно–

ёмкостной цепи X = XC. Зная частоту тока f, можно вычислить угловую

частоту w = 2πf и определить по формулам (3) или (4) индуктивность L

и ёмкость С.



Похожие документы:

  1. Методические рекомендации по организации внеаудиторной самостоятельной работы обучающихся по профессии

    Методические рекомендации
    ... » и 150709.02 «Сварщик» (электросварочные и газосварочные работы), 190631.01 «Автомеханик» Дополнения и изменения к методическим рекомендациям по внеаудиторной самостоятельной работе обучающихся по профессии ...

Другие похожие документы..