Кривоносенко Геннадий Владимирович
Должность:преподаватель общепрофессиональных дисциплин
Группа:Посетители
Страна:Россия
Регион:Воронежская область г. Семилуки
31.10.2014
0
1570
0

ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАНЯТИЕ № 3 "ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ АКТИВНОГО И РЕАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ (ИССЛЕДОВАНИЕ НЕРАЗВЕТВЛЁННОЙ RLC-ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА)"


ЛабораторнОЕ ЗАНЯТИЕ
№ 3

ПоследовательноЕ соединениЕ активного и реактивных элементов (исследование неразветвлённой RLC-цепи переменного тока)

 

Цель занятия: 1. Исследовать физические процессы в неразветвлённой электрической цепи переменного тока при наличии потребителей с активно-реактивнными сопротивлениями. 2. Определить параметры цепи, установить условия резонанса напряжений. 3. Построить по опытным данным векторные диаграммы.

 

Перечень приборов.

 

1. Источник энергии переменною тока - 30 В (на измерительном блоке).

2. Реостат 200 Ом -1 шт (на измерительном блоке).

3 Мультиметры – 3 шт (на измерительном блоке)..

4.      Ваттметр - 1 шт.

5.      Катушка индуктивности с железным сердечником - 1 шт.

6.      Магазин сопротивлений (блок №1) -1 шт.

7.      Магазин конденсаторов (блок №2)- 1 шт.  121 мкФ

 

Рекомендуемая литература. 1) курс лекций; 2) (1) стр. 131-154; 3) (2) стр. 90 – 118.

 

 

 Контрольные вопросы.

1.      Какое сопротивление электрической цепи называемся активным?

2.      Почему ток в цепи с индуктивностью отстает по фазе от напряжения на угол 90 °?

3.              Как определяется  полное сопротивление неразветвлённой RCL-цепи переменного тока?

4.              Что такое индуктивное сопротивление и как оно определяется?

5.              Какое явление называется  резонансом  напряжений и каковы его характерные признаки?

6.              Чему равен коэффициент мощности при резонансе?

 

Краткие теоретические сведения.

Любое электротехническое устройство можно представить в виде соединенных между собой определенным образом идеализированных элементов: резисторов, катушек индуктивности и конденсаторов.


Цепь, содержащая последовательносоединенные катушку индуктивности и конденсатор (рис.1а)обладает активным сопротивлением R=Rк(сопротивление катушки) и реактивным сопротивлением X, определяемым индуктивностью катушки Lки емкостью конденсатора С: Х= XL – ХС , при этом

 

                                                      

                           XL= ωLк= 2πfLк;  ХС= 1/(ωС) =1/2πfС,                                            (17)                                                            

где ω и f— соответственно круговая и линейная частоты питающего напряжения.

Поскольку ток в цепи является общим для обоих элементов, то в соответствии со 2-м законом Кирхгофа вектор приложенного напряжения равен векторной сумме падений напряжения на элементах цепи:

U = UK+UC =UR+UL+UC.                         (18)

Так как вектор напряжения на активном сопротивлении URсовпадает по фазе с вектором тока I, на индуктивности UL— опережает на 90° вектор тока I (ток как бы «запутался» в витках катушки и отстал от напряжения), а на емкостиUСотстает от вектора тока I на 90°, то векторная диаграмма напряжений при XLCимеет вид, показанный на рис.2 а.

Из треугольника напряжений следует, что

                                                                                                                   (19)



                                                      U= IZ; UR =IR ; UL = IXL; UC = IXC.                                  (20)

где

                                                                          

Подставив выражение (20) в формулу (19), получим выражение для треугольника сопротивлений (рис. 2,б)

                                                       .                                                        (21)

Таким образом, полное сопротивление ЭЦ переменного тока Z, измеряемое в Омах, определяется соотношением активного Rи реактивного Xсопротивлений и определяет характер тока в ЭЦ. Если XL> ХC, то ток Iотстает от напряжения Uна угол φ и ЭЦ носит индуктивный характер.

                            φ = arctg(XL-XC)/R = arccosR/Z.                                          (22)

Если XL < ХC , то ток I опережает напряжение Uна угол φ и ЭЦ приобретает емкостной характер.

Умножив обе части уравнения (21) на ток I2, получим выражение для треугольника мощностей в ЭЦ переменного тока (рис.2, в)

                                                                            (23)

где S=I2Z — полная мощность, В А;

Р= I2Rактивная мощность, Вт;

QL = I2XLреактивная индуктивная мощность, вар;

QC=I2XCреактивная емкостная мощность, вар.

Практический интерес представляет равенство индуктивного сопротивления катушки XLи емкостного сопротивления конденсатора ХC. В этом случае полное сопротивление Z становится чисто активным, угол φ = 0 и ток Ι= U/Rв цепи совпадает по фазе с напряжением U, ЭЦ потребляет лишь активную мощность Р= S. Ток в этот момент максимален и может достигать значительной величины, напряжения на элементах ULи UCтакже значительны и при XL = ХC >>R  могут во много раз превышать напряжение питания ЭЦ.

Это явление в электрических цепях, получившее название резонанса напряжений, может приводить к нежелательным последствиям, например к пробою изоляции в катушках индуктивности или пробою конденсаторов. В то же время оно широко используется в радиотехнике, например при создании электрических фильтров.

Таким образом, условие резонанса напряжений — равенство индуктивной и емкостной составляющих сопротивления цепи (XL= ХC), а следствие — наибольший ток в цепи, потребление цепью чисто активной мощности, равные и значительные величины напряжения на реактивных элементах.

Наиболее просто резонанс напряжений достигается за счет изменения емкости С при постоянных индуктивности Lи частоте fпитающего напряжения.


В ЭЦ, содержащей параллельновключенные катушку индуктивности и конденсатор (см. рис.1 б), также возможен резонанс. Однако в данном случае имеет место не резонанс напряжений, а резонанс токов. Действительно, в соответствии с 1-м  законом Кирхгофа вектор тока I, потребляемого ЭЦ,


равен векторной сумме токов в ветвях                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        

                            

Комментарии пользователей /0/
Комментариев нет...
Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.
Наши услуги



Мы в соц. сетях

    Персональные сообщения