Раздел I. Электротехника

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 1

Исследование цепей однофазного переменного тока с последовательным соединением активного, индуктивного и емкостного сопротивлений.

Цель работы.

Исследование свойств цепи, определение ее основных параметров, получение резонанса напряжений и уяснение его влияния на пожарную опасность в цепи с резонансом напряжения.

Программа работы.

1. Исследование свойств цепей:

- с активным сопротивлением;

- с активным и индуктивным сопротивлениями;

- с активным , индуктивным и емкостным сопротивлениями при X_L>X_C; X_C>X_L; X_L=X_C.

2. Построение векторных диаграмм для указанных выше цепей и ответы на поставленные в работе вопросы.

Основные теоретические сведения по работе.

Цепь с последовательным соединением активного, индуктивного и емкостного сопротивлений изображена на рисунке 1.

Рис.1. Цепь с последовательным соединением активного, индуктивного и емкостного сопротивлений

Напряжение, приложенное к цепи, расходуется на преодоление активного, индуктивного и емкостного сопротивлений и может быть вычислено по формуле . В приведенной формуле и далее указываются действующие значения тока и напряжения.

Падение напряжение , затрачиваемое на преодоление активного сопротивления, называется активным падением напряжения, или активной составляющей напряжения. Оно совпадает по фазе с током, проходящим по активному сопротивлению.

Падение напряжения , затрачиваемое на преодоление индуктивного сопротивления катушки, называется индуктивным падением напряжения, или индуктивной составляющей потери напряжения.

Падение напряжения , затрачиваемое на преодоление емкостного сопротивления, называется емкостным падением напряжения.

Индуктивная составляющая напряжения опережает по фазе на 90⁰ ток, проходящий по цепи, а емкостная составляющая напряжения отстает по фазе на 90⁰ от тока, проходящего по цепи.

В цепи с последовательным соединением активного, индуктивного и емкостного сопротивлений:

- при X_L > X_C напряжение опережает ток на некоторый угол j;

- при X_L<X_C напряжение отстает от тока на некоторый угол j;

- при X_L=X_C в цепи возникает резонанс напряжений.

Индуктивное сопротивление принято считать положительным, а емкостное сопротивление – отрицательным. Поэтому при X_L=X_C полное сопротивление Z равно активному R, так как , а угол сдвига фаз между током и напряжением, приложенным к цепи, будет равен нулю (т.е. j=0, а cosj=1). В этом случае цепь ведет себя так, как при чисто активном сопротивлении.

Сила тока в цепи при этом достигает максимального значения, т.к. будет иметь минимальное значение, а будет иметь максимальное значение.

Напряжение, приложенное к цепи при X_L=X_C, равно падению напряжения на активном сопротивлении U=U_a=I·R, а напряжения U_L=I·X_L и U_C=I·X_C равны по величине и противоположны по знаку. В зависимости от величины X_L и X_C они могут значительно превышать напряжение на входных зажимах цепи, т.е. может выполняться условие U_L=U_C>>U.

Если при резонансе напряжений величина R будет мала, а величина X_L и X_C велика, то возникает опасность чрезмерного увеличения тока в цепи и напряжения на катушке и конденсаторе. При этом увеличенный ток может привести к перегреву проводки цепи и воспламенению ее изоляции, а также к перегреву и выходу из строя других элементов цепи (сопротивлений, катушек, конденсаторов, амперметров и ваттметров), а увеличение напряжения на катушке и конденсаторе может привести к пробою изоляции катушки и диэлектрика конденсатора.

Порядок выполнения лабораторной работы.

1. Собрать схему, приведенную на рисунке 2.

2. Зашунтировать катушку и конденсатор с помощью двух проводников, для чего концы одного проводника вставить в гнезда вольтметра V_K, а концы другого проводника вставить в гнезда вольтметра V_C. При этом цепь будет иметь только активное сопротивление.

3. Включить рубильник (выключатель) Р₁ и записать показания приборов: I, U, U_R, U_K, U_C, P.

4. Включить катушку (вынуть шунтирующий проводник из гнезд вольтметра, подключенного на зажимы катушки) и опять записать показания приборов: I, U, U_R, U_K, U_C, P.

Рис.2. Схема лабораторной установки

Таблица 1

Иссле-дуемая цепь	Измерено
	I*10-3	U	UR	Ul	UC	R	Xl	Xc
	А	В	В	В	В	Ом
Цепь с R	2.2	220	220	---	----	100	---	---
Цепь с R и XL	220	220	22	11.2		100	0.16H	---
Цепь с R, XL, XC, Xl›Xc	388.1	220	38.8	246.9	30.48	100
Цепь с R, XL, XC, XL>XC		220				100
Цепь с R, XL, XC, XL=XC		220				100

5. Включить конденсатор (вынуть шунтирующий проводник из гнезд вольтметра, подключенного на зажимы конденсатора), изменением С добиться выполнения неравенства U_K>U_C и зафиксировать показания приборов: I, U, U_R, U_K, U_C, P; после чего добиться изменением емкости С выполнения неравенства U_C>U_K и записать показания тех же приборов.

6. Изменением емкости С настроить цепь в резонанс, для чего необходимо добиться равенства показаний вольтметров U_K и U_C и максимума тока в цепи, после чего записать показания приборов I, U, U_R, U_K, U_C, P _.

Результаты измерений занести в табл. 1, вычислить остальные величины, указанные в табл. 1, и также занести в табл. 1.