Контрольні запитання та завдання

1. Які фізичні процеси відбуваються в конденсаторі при його приєднанні до джерела змінного струму?

2. Що таке ємнісний опір кола та в яких одиницях він виражається?

3. Яке співвідношення між напругою та струмами при активному та ємнісному опорах кола?

4. Чому дорівнює повний опір кола, що містить активний та ємнісний опори?

5. Як будуються трикутники струмів, опорів і потужностей для розгалужених кіл з активно-ємнісним навантаженням?

6. Як впливає зміна активного опору на коефіцієнт потужності?

Схема 1

Лабораторна робота № 8 тема: Дослідження електричного кола змінного струму з послідовним з'єднанням активного, індуктивного та ємнісного опорів.

Мета роботи - дослідити явище резонансу напруг і умови його виникнення в нерозгалуженому колі змінного струму, що складається з послідовно з'єднаних активного опору, індуктивної котушки та конденсатора.

Теоретичні відомості

В електричних колах змінного струму за певних умов виникають явища електричного резонансу. При цьому реактивний опір кола дорівнює нулю. Якщо розглянути коло, яке складається з послідовно з'єднаних активного опору, індуктивної котушки та конденсатора, то в ньому може виникнути резонанс напруг, коли: ,

або

Рівність реактивних опорів X_L і Х_С може бути досягнута підбором ємності С, індуктивності L або зміною частоти f живильної мережі.

Н апруги U_L на індуктивній котушці та U_С на конденсаторі (рис. 1, а) зсунуті між собою за фазою на півперіоду (180°), При геометричному додаванні векторів U_L та U_С

вони взаємно віднімаються, а сума їх дорівнює нулю. З рисунка випливає, що:

Закон Ома для такого кола має вигляд:

де повний опір:

При струм у колі

тобто електричне коло поводить себе так, немовби воно містить тільки активний опір. При цьому струм і напруга в ньому збігаються за фазою. Такий стан кола називається резонансом напруг.

Виникнення цього явища призводить до того, що напруга на окремих елементах кола (в даному разі на індуктивній котушці та конденсаторі) може збільшитися в кілька разів. Це за певних умов може виявитися небезпечним для електричних апаратів, які містять названі елементи, спричинивши їх пробій.

При X_L>X_C напруга на конденсаторі менша від напруги на котушці Коло має індуктивний характер, його векторну діаграму показано на (рис. 1, б).

При X_L< X_C напруга на конденсаторі більша від напруги на котушці. Коло має ємнісний характер, його векторну діаграму зображено на( рис. 1, в.)

Порядок виконання роботи

1. Ознайомитися з лабораторною установкою.

2. Скласти електричну схему згідно зі схемою 1 для дослідження кола змінного струму з послідовним з'єднанням активного, індуктивного та ємнісного опорів.

Таблиця 1

№ досліду

Експериментальні дані

Результати обчислень

Ізаг А

Uзаг В

U В

UL В

UC В

P Вт

R Ом

L Ом

C Ом

Z Ом

Cos (φ)

Q ВАР

S ВА

3. Напругу U_заг джерела живлення встановити в межах 50…100 В і в процесі виконання роботи підтримувати сталою.

4. Подати живлення на схему, ввімкнувши тумблер, установлений на планшеті.

5. Слідкуючи за струмом у колі, переміщати стальне осердя в котушці до досягнення резонансу напруг; експериментальні дані занести в табл., 1,

6. Повторити спостереження для чотирьох - п'яти інших положень осердя, введеного в індуктивну котушку.

7. За здобутими даними розрахувати значення R, X_L, X_c, Z, cos(φ), Q, S і результати обчислень занести в табл. 1.

8. Змінивши ємність конденсатора, виконати п. 3…7 для чотирьох - п'яти її значень.

9. Дослідити співвідношення між струмами та напругами в схемі; експериментальні дані занести в таблицю, ідентичну за формою табл. 1.

10. За здобутими даними розрахувати значення R, X_L, X_c, Z, cos(φ), Q, S і результати обчислень занести в останню таблицю.

11. Побудувати трикутники опорів і потужностей для всіх числових значень параметрів досліджуваного кола.

12. Скласти звіт.