4. Порядок выполнения работы.

• Ознакомиться с оборудованием и приборами, необходимыми для выполнения работы, и записать их основные технические данные.

• Собрать схему (Рис. 1) и предъявить её для проверки преподавателю или лаборанту.

• Набрать на магазине ёмкостей С = 10 мкФ.

• Включить выключатель сети B. C помощью ЛАТРа установить напряжение питания равным 50B.

• Постепенно изменяя ёмкость контура от 10 мкФ до 18 мкФ, сделать 9 опытов.

• Данные записать в таблицу измерений.

• Определить опыт, в котором имеет место резонанс токов.

Таблица

№ Оп-в	Измерено							Вычислено
	U B	C мкФ	I A	IC A	IK A	P Вт	bC Cим		bL Cим	g Cим	y Cим	IP А	IR А	IL А	RK Ом	ZK Ом	cos	Q BAp	S BA
1.	50	10
2.	50	11
3.	50	12
4.	50	13
5.	50	14
6.	50	15
7.	50	16
8.	50	17
9.	50	18

Расчётные формулы:

X_L = 2 πƒL, где ƒ = 50 Гц; L = 0,77 Гн

;

;

;

.

Данные всех измерений предъявить для проверки преподавателю и с его разрешения обесточить схему.

5. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЁТА.

1. Номер, наименование и цель работы.

2. Основные технические данные измерительных приборов и потребителей.

3. Принципиальная электрическая схема (Рис.1).

4. Таблица измерений и вычислений; формулы, по которым велись вычисления.

5. По результатам первого опыта построить в масштабе векторную диаграмму и к ней треугольник проводимостей. А также построить в масштабе векторную диаграмму для опыта, в котором имеет место резонанс токов.

6. В одной системе координат построить графики зависимостей:

I = ƒ(C), I_R = ƒ(C), I_C = ƒ(C), cosφ = ƒ(C)

7. Краткие выводы по работе.

6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1. Как выражается закон Ома для целей переменного тока с параллельным соединением R, L, C?

2. Почему резонанс в параллельной цепи с R, L, C называется резонансом токов?

3. По каким приборам можно определить наличие резонанса токов в цепи, и что они будут при этом показывать?

4. Какое практическое значение имеет повышение коэффициента мощности в судовых электроустановках переменного тока?

5. Какими способами можно повысить коэффициент мощности?

6. Как определить опытным путём резонансную ёмкость?

7. Может ли ток в ветвях с L и C быть больше тока в неразветвлённой части цепи с параллельным соединением элементов?

8. Амперметры А₂ и А₃ показывают соответственно: А₂=3 А, А₃=4 А. Что покажет амперметр А₁? Как определить угол фазового сдвига между током I и напряжением U? (рис. 1).

A₁

i₁

R L

U i₂ i₃

A₃

A₂

Рис. 1.

9. R=X_L=X_C=10 Ом. Определить активную, реактивную и полную проводимости цепи (рис. 2).

R L C

Рис. 2.

10. Записать выражение для закона Ома в цепи, приведённой на рис. 3.

U C R

Рис. 3.

11. Запишите условия получения резонанса в цепи, представленной на рис. 4.

R L

Рис. 4.

12. Показания приборов равны: А₃=А₄=5 А, А₁=10 А. Найти показание А₂ ( рис. 5.).

A₁

R L C

U

A₂

A₃

A₄

Рис. 5.

13. В цепи ( рис. 6) известно, что R=X_L=X_C=10 Ом; U=100 В. Определить токи I; I_R; I_L; I_C.

i

U i_{R ­} R i_L L i_C C

Рис. 6.

14. В цепи (рис. 7) известно, что b=b_L-b_C=g=0,5 Ом^-1. Найти угол сдвига по фазе между U и I.

i

U _­ g b_L b_C

Рис. 7.

15. Показания приборов А₃=А₄=5 А, А₁=10 А. Что покажет амперметр А₂? Чему равны сопротивления R, X_L, X_C, если U=100 В ( рис. 8).

    A₁

A₂

A₃

A₄

U

R L C Рис. 8.

16. Записать выражение закона Ома в цепи, изображённой на рис. 9.

U L R

Рис. 9.

17. В цепи, изображённой на рис. 10, показания амперметров: А₂=6 А, А₃=8 А. Что покажет А₁?

    A₁

A₂

A₃

U

R L

Рис. 10.

18. Построить векторную диаграмму, соответствующую цепи, представленной на рис. 11.

U R C

Рис. 11.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4.

Исследование трехфазной системы при соединении

потребителей «звездой».

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ.

• Практическое подтверждение теоретических соотношений между линейными и фазными напряжениями и токами при соединении потребителей «звездой».

2. ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ И ПРИБОРЫ.

• Источник питания трёхфазного переменного тока с напряжением 220 В (клеммы А, В, С, 0).

• Потребители – ламповые реостаты.

• Амперметры А₁ и А₂ электромагнитной системы типа Э8003 на 1 А.

• Амперметры А₃ и А₄ электромагнитной системы типа Э8021 на 500 мА.

• Вольтметр V₁ электромагнитной системы типа Э8003 на 30 В.

• Вольтметр V₂ электромагнитной системы типа Э8003 на 150 В.

• Вольтметр V₃ (переносной) электромагнитной системы типа Э8003 на 250 В.

• Тумблер К.

• Соединительные провода.

3. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ.

В каждой фазе трехфазной системы переменного тока действует своя синусоидальная ЭДС (напряжение). Фазы обозначаются буквами А, В, С. ЭДС в фазах равны по величине, имеют одинаковые частоты и сдвинуты относительно друг друга на угол 120⁰.

Трехфазная система переменного тока получила широчайшее распространение как система, обеспечивающая более экономичную передачу энергии по сравнению с однофазной. Кроме того, она позволяет создать простые по устройству и надёжные в эксплуатации генераторы, двигатели и трансформаторы.

На электрических схемах трёхфазный генератор принято изображать в виде трёх обмоток, расположенных под углом 120⁰ друг к другу. При соединении звездой (рис.1) концы этих обмоток X, Y, Z соединяют в одну точку, которая называется нулевой (нейтральной) точкой и обозначают буквами 0 или N, а начала обмоток буквами А, В, С.

I_A

А A`

E_A U_AB U_CA U_A I_Ф Z_A

O I_О O`

U_B U_C Z_C Z_B

C E_C E_B B C`

I_B U_BC B`

I_C

Рис. 1.

Потребители электроэнергии, так же как и обмотки генератора, могут соединяться «звездой». На рис. 1 сопротивления потребителей обозначены в общем виде буквами Z_A, Z_B, Z_C, а начала фаз потребителей A`, B`, C`.

Токи I_A, I_B, I_C в соответствующих линейных проводах называются линейными токами I_Л. Токи, протекающие по фазам, - фазными I_Ф, а ток I₀ в нейтральном или нулевом проводе ОО` называется нейтральным или нулевым. Из рис.1 видно, что I_Л=I_Ф.

Напряжения между началами и концами фаз, или, что то же, напряжение между каждым из линейных проводов и нулевым, называются фазными напряжениями и обозначаются U_A, U_B, U_C или в общем виде U_Ф.

Напряжения между началами обмоток, или, что то же, между линейными проводами, называются линейными напряжениями и обозначаются U_AB, U_BC, U_CA или в общем виде U_Л.

Режим работы трехфазной системы называется симметричным, если сопротивления всех её фаз равны и одинаковы углы сдвига между токами и напряжениями в каждой фазе, т.е.

Каждую фазу потребителей (при наличии нулевого (нейтрального) провода) можно рассматривать как отдельную, независимую однофазную цепь, в которой справедлив закон Ома, т.е.

Очевидно, что при наличии нулевого провода фазные напряжения генератора и потребителей равны, т.е. Значит, и токи в фазах нагрузки будут одинаковыми, т.е.

Соотношение между линейным и фазным напряжением при наличии нулевого провода следующее:

В качестве нагрузки в лабораторной работе используются ламповые реостаты (чисто активные сопротивления) R_A=R_B=R_C. Значит токи в фазах нагрузки будут совпадать по фазе с напряжениями. На рис. 2 приведена векторная диаграмма для симметричной нагрузки потребителей.

U_A=U_A`

I_A`

U_CA o o` U_AB Рис. 2.

I_C I_B

U_C=U_C` U<sub>BC</sub> U<sub>B</sub>=U<sub>B</sub>`

Первый закон Кирхгофа также справедлив для трехфазной цепи, т.е.

Очевидно, что векторная сумма токов будет равна 0, т.е. ток в нулевом проводе будет отсутствовать. Следовательно, в этом случае в нулевом проводе ток протекать не будет и надобность в этом проводе отпадает. Так, например, трехфазные двигатели переменного тока включаются в сеть «звездой» без нулевого провода, т.е. по трехпроводной системе.

При несимметричной нагрузке, т.е. , токи в фазах нагрузки согласно закону Ома также неравны. Значит, геометрическая (векторная) сумма токов , т.е. появляется ток в нулевом проводе I₀, который определяется на диаграмме как векторная сумма фазных токов. А построение диаграммы аналогичное предыдущей (рис. 3). Пусть, например, I_C­>I_A>I_B

U_A=U_A`

U_CA I_A U_AB

I₀ oo`

U_C=U_C` Ic U<sub>BC</sub> I<sub>B</sub> U<sub>B</sub>=U<sub>B</sub>`

Рис. 3.

Если система является трехпроводной (при обрыве нулевого провода), то при условии изменяются не только токи в фазах потребителя, но и фазные напряжения, так как нулевая точка потребителя в этом случае уже не является жестко связанной с нулевой точкой питающего генератора (сети). Нулевая точка векторной диаграммы будет теперь перемещаться из центра треугольника линейных напряжений и занимать то или иное место в зависимости от соотношения сопротивлений фаз потребителя. Примерный вид диаграммы токов и напряжений в этом случае представлен на рис. 4.

Фазное напряжение будет больше на той фазе, сопротивление которой больше.

U_CA U_A ` U_AB

o U<sub>oo`</sub> o` Рис. 4.

I_C U<sub>B`</sub> U<sub>B</sub> `

U_BC

Появляется нулевое (узловое) напряжение U<sub>oo`</sub> между o и o`. Перекос (неравенство) фазных напряжений потребителя на практике приводит к аварийному режиму. Поэтому обрыв, отключение нулевого (нейтрального) провода, который обеспечивает симметрию (равенство) фазных напряжений и независимый режим работы фаз, недопустим.

Мощность, потребляемая активной нагрузкой от сети трехфазного тока , а мощность каждой фазы .

Мощность, потребляемая реактивной нагрузкой , а мощность каждой фазы .

Полная мощность, потребляемая всей нагрузкой , где полная мощность каждой фазы или .

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

• Ознакомиться с оборудованием и приборами, необходимыми для выполнения работы, и записать их основные технические данные.

• Собрать трехфазный симметричный потребитель, соединенный по схеме «звезда» (рис. 5).

  A₁

  

  A₂

  A₀

  A₃

  

А 1А а

x

B 1А в

y

С с

C 500мА

c

O K 500мА O`

Рис. 5.