6.5 Контрольные вопросы

1. Что такое реактивное сопротивление? Физический смысл индуктивного и емкостного сопротивлений.

2. Объяснить наличие активной составляющей сопротивления в катушке индуктивности и конденсаторе.

3. Как построить треугольник мощностей? Что характеризуют активная и реактивная составляющие мощности?

4. От чего зависит угол сдвига фаз между напряжением и током в цепи?

5. Как влияет величина емкости и индуктивности на реактивную составляющую напряжения?

6. Объяснить построение векторных диаграмм неразветвленной цепи при различных соотношениях Х_L, Х_C.

Лабораторная работа №7 исследование разветленной цепи переменного тока Цель работы

Экспериментально ознакомиться с работой разветвленной электрической цепи переменного тока и способом повышения коэффициента мощности.

1. Теоретические сведения

Если разветвленную электрическую цепь (рис. 7.1) включить на синусоидальное напряжение

u = U_м sin ωt ,

то в каждой n – й ветви установится синусоидальный ток

ί_n = I_мn sin (ωt ± φ_n),

где u и U_м – мгновенное значение и амплитуда напряжения;

ί_n, I_мn – мгновенное значение и амплитуда тока n –й ветви;

φ_n – угол сдвига фаз между напряжением и током n-й ветви;

ω = 2πf – угловая частота синусоидального тока;

f – частота синусоидального тока, Гц.

Действующее значение тока n-й ветви

I_n = ;

где U –действующее значение напряжения на зажимах цепи;

Z_n – полное сопротивление n-й ветви, определяемое по формуле Z_n = .

где Х_Ln – индуктивное сопротивление n-й ветви,

Х_сn – емкостное сопротивление n-й ветви,

y_n – полная проводимость n-й ветви

у_n = ,

где g = , в_n = в_L - в_с = -

соответственно активная и реактивная проводимости всей цепи.

Активная составляющая тока:

I_g = I_g1 + I_g2 + I_g3 +…+ I_gn .

Реактивная составляющая тока:

I_в = I_в1 + I_в2 + I_в3 +…+ I_вn .

Ток в неразветвленной части цепи I = .

Угол сдвига фаз между напряжением и током в каждой ветви определяется соотношением φ = аrctg или для всей цепи φ = аrctg и зависит от характера цепи.

На рис. представлены векторные диаграммы токов для разветвленной цепи различного характера:

а) в_L > в_С – индуктивный характер;

б) в_L < в_С – емкостной характер;

в) в_L = в_С – режим резонанса токов.

Приемник электроэнергии при одной и той же активной мощности Р потребляет из сети тем больший ток, чем больше угол φ сдвига фаз между напряжением и током, и, следовательно, чем меньше соs φ.

Действительно, т.к. Р=UIcos φ , то I = . Мощность потерь в проводах линий электропередач (ЛЭП) растет уже в квадратичной зависимости от уменьшения коэффициента мощности. Если ∆Р = I²R = = .

Поэтому повышение cos φ является важной народнохозяйственной задачей. Это достигается естественным (поддержание нагрузки, близкой к минимальной и др.) и искусственными мерами (включение параллельно нагрузке батареи статических конденсаторов или синхронных компенсаторов). При этом часть реактивной мощности приемника циркулирует между приемником и батареей конденсаторов, разгружая ЛЭП. Обычное cos φ установок доводят до значения 0,92-0,95, так как дальнейшее его повышение не экономично из-за высокой стоимости батарей конденсаторов.

Рис. 7.1

Рис. 7.2