4643

3

УДК 621.311

Плотников Н.М. Электрические цепи [электронный ресурс]: учеб.- метод. пос.

/Н.М. Плотников, Н.Л. Александрова, Д.Я. Воденисов, В.П. Костров, В.В. Палашов, В.И. Пипин; Нижегор. гос. архитектур - строит. ун-т. - Н.Новгород: ННГАСУ, 2016 – 45 с.; ил. 26 элктрон. опт. диск

(CD-RW)

Методические указания предназначены для выполнения лабораторных работ, содержит необходимые теоретические сведения, порядок выполнения лабораторных работ и контрольные вопросы.

Предназначены обучающимся в ННГАСУ по дисциплине Электротехника и электроника по направлению подготовки 09.03.02 Информационные системы и технологии

© Н.М. Плотников, Н.Л. Александрова Д.Я. Воденисов, В.П. Костров В.В Палашов, В.И. Пипин, 2016

© ННГАСУ, 2016

4

Лабораторная работа № 1

Измерение сопротивлений потребителей электрической энергии

Общие сведения

Любой потребитель электрической энергии может быть охарактеризован в соответствии с законом Ома величиной полного сопротивления

, Ом,

где - напряжение источника электрической энергии, В;

– ток потребителя, А.

Рис. 1.

В потребителе происходит преобразование электрической энергии источника в другие виды энергии (механическую, световую, тепловую и т.д. в зависимости от конкретного типа потребителя). Процесс такого преобразования количественно и качественно зависит от характера полного сопротивления потребителя.

Потребление энергии от источника определяется величиной активного сопротивления R потребителя (активной составляющей полного сопротивления).

Процесс преобразования электрической энергии в потребителе связан с

использованием магнитных и электрических полей, что вызывает появление

индуктивной или ёмкостной составляющей полного сопротивления

5

потребителя. Принято обозначать индуктивную составляющую полного сопротивления ХL , а ёмкостную – ХС и называть реактивным сопротивлением индуктивного или ёмкостного характера.

Реальные потребители электрической энергии не всегда обладают активной и реактивной составляющими полного сопротивления. Осветительные лампы накаливания, электронагревательные приборы обладают практически только активным сопротивлением. Двигатели переменного тока, трансформаторы,

катушки индуктивности имеют активно – индуктивный характер полного сопротивления. Наличие конденсаторов в потребителях электрической энергии может вызвать активно – ёмкостный характер их полного сопротивления.

Любой реальный потребитель может быть представлен схемой замещения в виде последовательного соединения либо R и XL (рис. 2а), либо R и XC (рис. 2б)

в зависимости от характера полного сопротивления.

Рис. 2.

Измерить сопротивление потребителя означает определить величину активного и реактивного сопротивления последовательной схемы его замещения. Это можно выполнить следующим образом.

Известно, что активная мощность потребителя определяется выражением

Р=Iп2 · R

6

В свою очередь в последовательной схеме замещения полное сопротивление выражается в виде

Z= R 2 + X 2 .

Вобщем случае не имеет значения, какова реактивность потребителя,

поэтому в формуле опущен индекс «L» или «C» в обозначении реактивного сопротивления X, отсюда

X = Z 2 − R 2 , Ом.

Таким образом, для определения всех трех сопротивлений потребителя

(полного, активного и реактивного) нужно измерить три параметра:

напряжение источника U, ток потребителя Iп и активную мощность потребителя P. Однако по результатам этих измерений нельзя определить характер реактивного сопротивления потребителя (то ли это XL, то ли это XC).

Для определения характера реактивности потребителя параллельно ему подключают конденсатор (рис. 3).

Рис. 3.

Подключение конденсатора не вызовет изменения тока потребителя Iп ,

ток же через источник электрической I энергии изменится, т.к. в соответствии с законом Кирхгофа ток источника I (после подключения конденсатора) является векторной суммой токов потребителя Iп и конденсатора Iс , т.е.

8

Таким образом, в первом случае потребитель обладает емкостным реактивным сопротивлением, которое можно выразить так:

X = X = 1 ,

c ωС

где ω = 2π × f , f = 50Гц,

C - эквивалентная емкость потребителя в последовательной схеме замещения,

Во втором случае потребитель обладает индуктивным реактивным сопротивлением, которое можно выразить так:

X = X L = ωL = 2πfL ,

где L - эквивалентная индуктивность потребителя в последовательной схеме замещения.

Порядок выполнения работы

1.Собрать электрическую схему (рис. 6) для измерения тока потребителя

Iп (амперметр pA), мощности потребителя P (ваттметр pW) и

напряжения источника электрической энергии U (вольтметр pV).

10

5.Отсоединить потребитель, оставив включенным в схему измерения

(рис. 8) только конденсатор С. Амперметр в этой схеме фиксирует ток конденсатора Iс.

Рис. 8

6.После проверки схемы включить автомат А4 на щите и занести показания приборов в третью строчку таблицы результатов измерений.

Убедиться, что отсутствует активное потребление энергии конденсатором, т.к. показание ваттметра равно 0.

Выключить автомат А4.

Обработка результатов измерений

1.По результатам измерений определить полное, активное и реактивное сопротивления потребителя, воспользовавшись выражениями:

2.Определить характер реактивного сопротивления потребителя (X=XL

или X=Xc) в соответствии с указаниями теоретической части методических указаний.

3.В зависимости от характера реактивного сопротивления (XL или XС)

определить величину индуктивности L или ёмкости C потребителя.

4.Для схем рис. 6, 7 и 8 начертить схемы замещения.