Однофазная цепь с параллельным соединением элементов. Резонанс токов
Цели и задачи исследования
Исследовать электрическое состояние линейной электрической цепи синусоидального тока при параллельном соединении различных приемников.
Научиться экспериментально определять параметры электрической цепи и строить векторные диаграммы по данным опыта.
Исследовать явление резонанса токов.
Исследовать изменение угла сдвига между напряжением и током источника при настройке электрической цепи на резонанс токов.
Теоретические пояснения
В электрической цепи с параллельным соединением резистивных, индуктивных и емкостных элементов (R, L, C) при синусоидальном напряжении источника величина действующего значения общего тока определяется по закону Ома.
,
где Y – полная проводимость всей цепи;
U – действующее значение напряжения источника питания.
Модули действующих значений токов в ветвях (рис. 4.1.), согласно закону Ома, равны:
;
.
При этом полная проводимость каждой ветви
,
,
полная проводимость всей цепи
,
где
и
– активные проводимости неразветвленной
части цепи, первой и второй ветвей
соответственно;
и
– реактивные проводимости неразветвленной
части цепи, первой и второй ветвей
соответственно.
Активные и реактивные проводимости ветвей связаны с соответствующими сопротивлениями этих же ветвей равенствами:
,
,
,
.
Угол сдвига фаз между общим током цепи и напряжением источника питания
.
При
электрическая цепь имеет активно-индуктивный
характер нагрузки, ток неразветвленного
участка цепи отстает по фазе от напряжения
источника питания. При
цепь имеет активно-емкостной характер
нагрузки, общий ток цепи опережает по
фазе напряжение источника питания. В
частном случае при равенстве индуктивной
и емкостной проводимостей
,
т.е.
имеет место явление резонанса токов,
электрическая цепь при этом имеет
активный характер нагрузки, ток в общей
цепи при этом минимальный по величине
и совпадает по фазе с напряжением
источника, при этом
угловая резонансная частота
(при условии, что
),
тогда резонансная частота
.
Энергетический
процесс при резонансе токов можно
рассматривать как наложение двух
процессов – необратимого процесса
преобразования потребляемой от источника
электрической энергии в тепло, выделяемое
на активном сопротивлении цепи и
процесса, представляющего собой колебание
энергии внутри электрической цепи:
между магнитным полем индуктивной
катушки и электрическим полем конденсатора.
Первый процесс характеризуется величиной
активной мощности
,
а второй величиной реактивной мощности
.
Колебаний энергий между источником
питания и электрической цепью в режиме
резонанса не происходит.
Подготовительный этап исследования
Пользуясь учебником и конспектом лекций изучить материал по однофазным электрическим цепям с параллельным соединением элементов R, L, C. Ознакомиться с принципом построения векторных диаграмм.
Изменением каких параметров цепи или источника питания в схеме, изображенной на рис. 4.1, можно добиться резонанса? Записать его условие для этой схемы.
Как по величине входного тока установить, что достигнут резонанс?
Составить заготовку отчета к лабораторной работе.