Laboratornye_raboty_po_EiE-1_el_versia

6.2. Порядок выполнения работы

Для получения синусоидального напряжения в работе используется ЛАТР. Параметры катушек можно взять из лабораторной работы 3. Для определения параметров элементов цепи по методу трех приборов применяется схема рис. 3.2, к которой подключается исследуемая цепь.

1)Собрать схему с измерительными приборами и последовательно включенными катушками индуктивности (рис. 6.2 протокола измерений). Расположить катушки перпендикулярно друг другу. При этом магнитные потоки катушек перпендикулярны друг другу, между катушками отсутствует магнитная связь, М = 0. Такое включение катушек называется независимым.

2)После проверки схемы преподавателем подключить ЛАТР к сети. Плавно подавая напряжение вращением рукоятки ЛАТРа, установить заданное значение U при помощи вольтметра. Выполнить измерение P, U, I. Измеренные величины занести в табл. 6.1 протокола измерений (строка «М = 0»).

3)Положить одну катушку индуктивности на другую так, чтобы их оси совпадали, а ток в цепи увеличился. Увеличение тока при таком положении катушек означает, что их магнитные потоки противоположно направлены. Такое включение катушек называется встречным. Выполнить измерение P, U, I. Измеренные величины занести в табл. 6.1 протокола измерений (строка «Встречное включение»).

4)Перевернуть одну из катушек индуктивности, убедиться, что ток в схеме уменьшился (магнитные потоки катушек совпали по направлению). Выполнить измерение P, U, I. Измеренные величины занести в табл. 6.1 протокола измерений (строка «Согласное включение»).

5)Убрать напряжение при помощи ЛАТРа. Отключить ЛАТР от сети.

6)Утвердить протокол измерений у преподавателя, выполнить требуемые расчеты и ответить на контрольные вопросы.

6.3. Контрольные вопросы

1)Как определить вид включения катушек индуктивности?

2)Как опытным путем определить величину взаимной индуктивности двух магнитно-связанных катушек?

32

6.4. Содержание отчета

1) Протокол измерений.

2) Расчет эквивалентных параметров Zэ, Rэ, Xэ, Zэ, φэ по показаниям приборов. Результаты расчетов занести в табл. 6.1.

3) Расчет взаимной индуктивности М и коэффициента магнитной связи kM. 4) Ответы на контрольные вопросы.

6.5. Протокол измерений

ЛАТР Рис. 6.2. Схема исследования индуктивно-связанных катушек

Т а б л и ц а 6.1 Эквивалентные параметры при наличии магнитно-связанных элементов

33

Лабораторная работа 7

РЕЗОНАНС НАПРЯЖЕНИЙ В ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ

Ц е л ь р а б о т ы: экспериментальное исследование явления резонанса напряжений в линейной электрической цепи.

7.1. Общие сведения

Резонансом называется явление совпадения начальных фаз мгновенных значений синусоидального напряжения и тока на участке электрической цепи, содержащем элементы с параметрами R, L, C. В цепи с последовательным соединением индуктивного и емкостного элементов наблюдается резонанс напряжений.

При последовательном соединении конденсатора, двух катушек индуктивности и реостата (см. рис. 4.1) эквивалентное активное и реактивное сопротивления схемы могут быть найдены по выражениям:

1

ление X C в состав общего реактивного сопротивления входят с противо-

C

положными знаками. Меняя значения частоты ω, индуктивностей L1, L2 или емкости С можно добиться равенства общего реактивного сопротивления цепи нулю: Xэ = 0. При этом входное сопротивление цепи становится чисто активным (Zэ = Rэ) и минимальным по модулю. Вследствие активного характера входного сопротивления угол сдвига фаз становится равным нулю, и входное напряжение совпадает по фазе с током.

Условием возникновения резонанса в цепи рис. 4.1 будет равенство:

Изменение частоты в лабораторной работе невозможно, так как напряжение поступает с ЛАТРа с частотой 50 Гц. Изменяя положение катушек в пространстве, за счет взаимной индукции возможно регулировать общую индук-

34

7.2. Порядок выполнения работы

Для получения синусоидального напряжения в работе используется ЛАТР. Параметры катушек можно взять из лабораторной работы 3. Для определения параметров элементов цепи по методу трех приборов применяется схема рис. 3.2, к которой подключается исследуемая цепь.

1) Собрать исследуемую схему и подключить осциллограф для исследования входного напряжения u и тока i (рис. 7.2 протокола измерений). Рассчитать резонансное значение емкости Срез по формуле (7.4), используя значения индук-

35

тивностей L1 и L2, полученные в результате выполнения лабораторной работы № 3 (табл. 3.1). Выставить значение Срез на магазине емкостей.

2) После проверки схемы преподавателем подключить ЛАТР к сети. Плавно подавая напряжение, вращая ручку ЛАТРа, установить заданное значение U при помощи вольтметра. Выполнить измерение P, Uac, Uab, Ubc, I. Измеренные величины занести в табл. 7.1 протокола измерений (строка «C = Cрез»).

3) Зафиксировать осциллограмму u(t) и i(t) для случая С = Срез. Убедиться, что ток и входное напряжение совпадают по фазе и угол φосц ≈ 0.

4) Повторить измерение P, Uac, Uab, Ubc, I и зафиксировать осциллограмму u(t) и i(t) для двух случаев: C < Cрез и C > Cрез. По осциллограммам определить угол сдвига фаз φосц. Измеренные величины занести в табл. 7.1.

5) Убрать напряжение при помощи ЛАТРа. Отключить ЛАТР от сети.

6) Утвердить протокол измерений у преподавателя, выполнить требуемые расчеты, построить векторные диаграммы и ответить на контрольные вопросы.

7.3. Контрольные вопросы

1) Как в общем случае получить условие возникновения резонанса в схеме? 2) Как определить, находится ли система в резонансном состоянии:

–расчетным путем, зная параметры элементов?

–опытным путем, имея в распоряжении осциллограф?

7.4. Содержание отчета

1) Расчет эквивалентных параметров Zэ, Rэ, Xэ, φэ по показаниям приборов. Результаты расчетов занести в табл. 7.1.

2) Осциллограммы u(t) и i(t) для случаев C < Cрез, С = Срез, С > Срез.

3) Укрупненные векторные диаграммы (рис. 7.1), построенные по опытным данным для случаев C < Cрез, С = Срез, С > Срез.

4) Протокол измерений и ответы на контрольные вопросы.

7.5. Протокол измерений

Заданные значения: номера катушек: ___ и ___; индуктивности L1 = ___ мГн;

1

L2 = ___ мГн; резонансное значение емкости C р е з = ________ мкФ.

2 ( L1 L 2 )

36

L1

Рис. 7.2. Схема исследования резонанса напряжений

Т а б л и ц а 7.1 Эквивалентные параметры при резонансе напряжений

Лабораторная работа 8

ТРЕХФАЗНАЯ ЦЕПЬ, СОЕДИНЕННАЯ ТРЕУГОЛЬНИКОМ

Ц е л ь р а б о т ы: экспериментальное исследование режимов работы трехфазной цепи при соединении нагрузки треугольником.

8.1. Общие сведения

Трехфазной цепью называется совокупность трех электрических цепей, называемых фазами, в которых действует система трех синусоидальных ЭДС одной и той же частоты, сдвинутых по фазе на определенный угол и создаваемых общим источником электрической энергии (генератором). Если эти ЭДС

37

равны по амплитуде и сдвинуты по фазе одна относительно другой на угол 2 3 ,

то такую систему называют симметричной трехфазной системой.

На рис. 8.1 показан способ соединения фаз нагрузки треугольником. Токи IA, IB, IC называются линейными, токи Iab, Ibc, Ica – фазными. Напряжения Uab, Ubc, Uca являются и фазными, и линейными.

При соединении фаз нагрузки треугольником векторная диаграмма токов (рис. 8.2) строится в соответствии с первым законом Кирхгофа, по которому линейные токи могут быть выражены через фазные:

В свою очередь фазные токи удобно вычислять по закону Ома:

38

8.2. Порядок выполнения работы

Источником симметричного трехфазного напряжения является модуль Трехфазный источник питания (UZ1). Источник создает систему напряжений прямого следования фаз с линейным напряжением U Л 15 В.

Для измерения токов используются амперметры из блоков Модуль измерительный и Цифровые индикаторы. Напряжения измеряют мультиметром РР. Трехфазную нагрузку собирают из пассивных элементов блоков Модуль рези-

сторов и Модуль реактивных элементов.

1) Собрать электрическую цепь по схеме, приведенной на рис. 8.5. Установить в блоке Модуль резисторов сопротивления фаз R a b R b c R c a . Рекомендуемые значения: 100, 150 или 220 Ом.

2) Включить автоматический тумблер QF блока Модуль питания и тум-

блер SA1 модуля Трехфазный источник питания.

3) Симметричный режим. Фазные токи измерить амперметрами РА1, РА2, РА3 из блока Цифровые индикаторы. Тумблеры SA1 и SA2 установить в положение «~». Линейные токи измерить амперметрами РА1, РА2, РА3 из блока Модуль измерительный. Мультиметром РР измерить напряжения U A B , U B C , U C A . Полученные значения занести в табл. 8.1. Указанный порядок измере-

ний применять в остальных режимах.

4) Несимметричный режим. Установить в блоке Модуль резисторов соп-

ротивление R a b R b c R c a . Выполнить измерения и занести данные в табл. 8.1. Восстановить симметричный режим.

5)Обрыв линии Aa, Bb или Cc (задает преподаватель). Например, при обрыве линии Аа необходимо сделать разрыв в точке Х1 амперметра РА1. Выполнить измерения и занести данные в табл. 8.1. Восстановить целостность цепи.

6)Обрыв фазы (фазу задает преподаватель). Например, чтобы разорвать фазу ab, необходимо отключить провод хb. Выполнить измерения и занести данные в табл. 8.1. Восстановить целостность цепи.

7)Включить в фазу ab, bc или ca вместо резистора R катушку с индук-

тивностью L (фазу задает преподаватель). Рекомендуемые значения: L 80 – 110 мГн. Активное сопротивление Rк катушки измеряют мультиметром. Полученные значения занести в табл. 8.1.

39

8) Включить в фазу ab, bc или ca вместо катушки с индуктивностью L

конденсатор с емкостью С. Рекомендуемые значения емкости: 10, 15 или 22 мкФ. Полученные значения занести в табл. 8.1.

9) Выключить тумблеры блоков Модуль измерительный и Цифровые индикаторы, тумблер SA1 модуля Трехфазный источник питания (UZ1) и авто-

матический тумблер QF блока Модуль питания.

10) Протокол измерений утвердить у преподавателя.

8.3. Контрольные вопросы

1) Показать, что ток в контуре, образованном трехфазной симметричной системой ЭДС, равен нулю.

2) Чему равно отношение линейного тока к фазному току симметричной нагрузки, соединенной треугольником?

3) Симметричный трехфазный источник ЭДС создает напряжения UАВ = UВС = UCА = UЛ = 220 В. Определить токи в проводах линии IЛ и фазные токи IФ симметричной нагрузки Zab = Zbc = Zca = R = 22 Ом, соединенной треугольником. Построить векторную диаграмму токов.

8.4. Содержание отчета

1)По результатам измерений построить топографические диаграммы напряжений и векторные диаграммы токов для каждого режима трехфазной цепи.

2)Протокол измерений и ответы на контрольные вопросы.

8.5. Указания по построению векторных диаграмм

Необходимо задаться масштабами напряжения и тока. Построение векторных диаграмм удобно начинать с линейных напряжений U&A В , U&В С , U&С A , отложенных из одной точки.

В зависимости от характера нагрузки проводятся векторы фазных токов, величины которых были измерены. При активной нагрузке фазный ток совпадает по направлению с напряжением. При подключении конденсатора ток опережает напряжение примерно на 80 º, а при подключении катушки индуктивно-

сти отстает на угол a r c t g L . Соединяя концы фазных токов, получаем ли-

R к

40

нейные токи I&A , I&B , I&C , что соответствует графическому сложению векторов в соответствии с выражениями (8.1).

Векторные диаграммы токов и напряжений для активных нагрузок фаз при увеличении нагрузки (уменьшении сопротивления) фазы са показаны на рис. 8.3, а. Векторная диаграмма при отключении нагрузки фазы са приведена на рис. 8.3, б.

При обрыве линейного провода Bb фаза са работает нормально, а фазы аb и bс оказываются соединенными последовательно (рис. 8.4, а). Векторная диаграмма при обрыве линейного провода Bb для случая Zab = Zbc = R приведена на рис. 8.4, б.

Рис. 8.4. Схема замещения (а) и векторная диаграмма токов и напряжений (б) при обрыве линейного провода Bb

41