електротехніка лаби

Наприклад, для схеми на рис. 1.4: UI=I12R1+I22R2+I32R3.

Контрольні питання для самоперевірки

1.Як визначити ціну поділки амперметра, вольтметра?

2.Як визначити загальний опір при послідовному, паралельному, змішаному з’єднанні резисторів в схемі?

3.Як записати закон Ома для ділянок ланцюга, що включають і не включають джерело ЕДС?

4.Як записати вираз і перевірити для конкретного ланцюга перший і другий закони Кірхгофа?

5.Як визначити провідність для різних схем з’єднань резисторів? Одиниці провідності.

6.Як складається баланс потужностей для різних електричних ланцюгів?

Лабораторна робота №2 Дослідження ланцюга однофазного змінного струму

з послідовним з’єднанням резистора, котушки індуктивності і конденсатора

Мета роботи – експериментально дослідити ланцюг змінного струму з послідовним з’єднанням трьох типів споживачів; придбати практичні навики по розрахунку електричних ланцюгів змінного струму.

План і порядок виконання роботи 1. Зібрати схему для експериментального дослідження ланцюга,

зображеного на рис. 2.1. Для цього в якості джерела напруги U використати будь-яке з фазних напруг блоку трифазної напруги 50 Гц. В якості резистора R, котушки індуктивності L і конденсатора C використати чи відповідні елементи блоків (змінного опору, змінної індуктивності, змінної ємності), чи «навісні» елементи комплекту, що входить в склад стенду. Значення параметрів U, R, L,C задає викладач. Для вимірювання струмів і напруг використовувати комбінований вимірювальний прилад.

Рис. 2.1

2.Після перевірки схеми викладачем ввімкнути джерело наруги.

Встановити прилад в режим вимірювання струму, виміряти струм в ланцюзі.

Перевести прилад в режим вимірювання напруги. По черзі виміряти: напругу джерела живлення U, падіння напруги на резисторі UR, на котушці індуктивності UL,

на конденсаторі UС. Дані вимірювань занести до табл.. 2.1 (дослідження 1).

Вимкнути джерело. Розрядити конденсатор.

Таблиця 2.1

Де РВ – результат вимірювання; С – ціна поділки; α – відхилення стрілки

приладу.

На відміну від ланцюгів постійного струму в ланцюгах змінного струму окрім активного опору R введені наступні опори: XL L 2 fL – реактивний індуктивний

Тоді закон Ома для ланцюга змінного струму I U .

Z

Кут зсуву фаз між векторами струму Ī і напруг Ū в ланцюзі змінного струму

(див. рис. 2.1) визначається з виразу

arctg X , R

Якщо ХL>ХC, то кут φ додатній і ланцюг має індуктивний характер (рис. 2.2),

якщо ХL<ХC, то кут φ від’ємний і ланцюг має ємнісний характер (рис. 2.3), якщо ХL=ХC, то кут φ=0 і в ланцюзі виникає явище резонансу напруг (рис. 2.4).

Рис. 2.3

Рис.2.4

При резонансі індуктивна і ємнісна напруги рівні по величині, але знаходяться в протифазі, тобто взаємно врівноважують одна одну напруга джерела живлення,

прикладена до ланцюга, чисельно рівна падінню напруги на активному опорі R.

Вектор струму Ī співпадає по фазі з вектором напруги Ū і досягає максимального значення

U

IÐÅÇ R .

При малих значеннях R на індуктивності і ємності виникають великі напруги

(UL IÐÅÇXL і UC IÐÅÇXC ), що може привести до аварійних режимів.

В ланцюзі змінного струму існують наступні потужності:

Коефіцієнт потужності, що характеризує ефективність використання електротехнічного обладнання, визначається з виразу

cos P R .

S Z

За даними вимірювань з допомогою приведених раніше виразів можуть бути розраховані параметри, вказані в правій частині табл. 2.1, для кожного з трьох досліджень окремо.

Побудова векторних діаграм Векторні діаграми слід будувати в масштабі. Масштаб вказує, яка кількість

одиниць електричних величин (вольт, ампер) відповідає одиниці довжини вектора

(напруги, струму).

Наприклад, UR=8 В, МU=2 В/см, тоді довжина вектора напруги

Масштаби вибирають в відповідності до значень експериментальних даних і формату листа, на якому розташовується векторна діаграма.

Розглянемо побудову векторних діаграм, що відповідають табл. 2.1.

Дослідження №1. вибираємо масштаби струмів МІ і напруг МU. В вільному направленні з початку координат відкладаємо вектор струму Ī. З точки початку

вектора струму в направленні, що співпадає з вектором струму, відкладаємо вектор напруги на активному опорі ŪR. З кінця вектора ŪR під кутом 90º до вектора струму Ī в сторону випередження (в електротехніці при побудові векторних діаграм за позитивне прийнято направлення проти часової стрілки) відкладаємо вектор напруги на котушці індуктивності ŪL.

З кінця вектора ŪL піл кутом 90º до вектора струму Ī в сторону відставання відкладаємо вектор напруги на конденсаторі ŪС. З’єднавши початки вектора ŪR з

кінцем вектора ŪС, отримуємо вектор напруги Ū на затискачах ланцюга (див. рис. 2.1). в залежності від відношення значень реактивних опорів ХL і ХC векторна діаграма може мати вигляд, як на одному з рис. 2.2 – 2.4.

Якщо довжину вектора Ū помножити на масштаб МU, то отримане значення напруги повинно з визначеним степенем точності відповідати експериментальному значенню U з табл.. 2.1 (дослідження №1).

Дослідження №2. Векторна діаграма будується аналогічно і відрізняється від векторної діаграми дослідження №2 тим, що вектор напруги на конденсаторі ŪС

відсутній, а кут φ завжди додатній.

Дослідження №3. В векторній діаграмі відсутній вектор напруги на котушці індуктивності ŪL, а кут φ завжди від’ємний.

Контрольні запитання для самоперевірки

1.Використовуючи результати вимірювань, показати, як виконується закон Кірхгофа для діючих значень напруг.

2.Напишіть закон Ома для ланцюга змінного струму, що включає елементи R, L, C.

3.Поясніть, розраховані параметри R, XL, XC за показаннями вимірювальних приладів.

4.Поясніть побудову векторних діаграм по експериментальних даних досліджень і довести їх коректність.

5.Як визначити параметри R, L, C?

6.Назвіть умови виникнення резонансу. Які явища виникають при

резонансі?

7.Поняття активної, реактивної і повної потужності в ланцюзі змінного струму. Одиниці їх вимірювання.

8.Що таке коефіцієнт потужності в ланцюзі змінного струму?

Лабораторна робота №3 Дослідження ланцюга змінного струму

з паралельним з’єднанням гілок з активно-індуктивним і активно-ємнісним опором

Мета роботи – експериментально дослідити паралельний електричний ланцюг при синусоїдальному струмі; засвоїти особливості розрахунку електричних ланцюгів з паралельним з’єднанням різноманітних типів споживачів.

План і порядок виконання роботи 1. Зібрати схему для експериментального дослідження ланцюга,

зображеного на рис. 3.1. Для цього в якості джерела напруги U використовувати будь-яку з фазних напруг блоку трифазної напруги 50 Гц. В якості резисторів R1, R2, котушки індуктивності L і конденсатора С використовувати або відповідні елементи блоків (змінного опору, змінної індуктивності, змінної ємності), або «навісні» елементи комплекту, що входить в склад стенду. Значення параметрів U, R1, R2, L, C задає викладач. Для вимірювання струмів і напруг використовувати комбінований вимірювальний прилад.

Рис. 3.1

2.Після перевірки схеми викладачем ввімкнути джерело напруги. Встановити прилад в режим вимірювання струму і виміряти струми І, І1, І2. перевести прилад в режим вимірювання напруги. По черзі виміряти напруги джерела живлення U, на резисторах UR1, UR2, на котушці індуктивності UL, на конденсаторі UС. дані вимірювань занести до табл. 3.1 (дослідження №1). Вимкнути джерело напруги.

3.В схемі (див. рис. 3.1) виключити конденсатор, а на його місце встановити закорочуючу вилку. Провести вимірювання аналогічно п. 2. Дані вимірювань занести до табл.. 3.1 (дослідження №2).

4.Підключити конденсатор. Виключити котушку індуктивності, на її місце встановити закорочуючу вилку. Провести вимірювання аналогічно п.2. дані вимірювання занести до табл. 3.1 (дослідження №3). Вимкнути джерело напруги.

5.За даними вимірювань, отриманих в пп.. 2-4, провести розрахунки для всіх типів досліджень. Результати розрахунків занести в праву частину табл. 3.1.

6.За результатами розрахунків для всіх трьох випадків побудувати в масштабі векторні діаграми і топографічні діаграми.

Таблиця 3.1

Де РВ – результат вимірювання; С – ціна поділки; α – відхилення стрілки приладу.

Короткі теоретичні відомості Для електричного ланцюга, зображеного на рис. 3.1, загальний струм, що

споживається від джерела напруги, визначається за першим законом Кірхгофа: Ī= Ī1+ Ī2.

Числове значення струму І може бути визначено методом еквівалентних перетворень параметрів z і y.

Параметри досліджуваного ланцюга (рис. 3.1)визначаються на основі закону Ома за експериментальними даними, приведеними в табл. 3.1. Активний, реактивний і повний опори першої гілки

В відповідності з методом еквівалентних перетворень струми в гілках умовно перетворюються на активний і реактивний опори, тобто здійснюється перехід від досліджуваного ланцюга (див. рис. 3.1) до еквівалентної схеми, зображеної на рис. 3.2. Параметри останньої визначаються з наступних виразів: