Metodychka_202 / Lab10

Лабораторна робота № 10

Вимірювання потужності змінного струму

та зсуву фаз між струмом і напругою

І. Мета роботи: Вивчити перетворення енергії в колах змінного струму з різними видами навантажень ( активним, індуктивним та ємнісним ). Дослідно переконатися, що в колі змінного струму з активним і реактивним опорами активна потужність менша за повну ( ) на величину косинуса кута зсуву фаз між струмом і напругою.

ІІ. Для роботи потрібні :

- ватметр, вольтметр і амперметр;

- набір конденсаторів, котушка індуктивності, активний опір, з’єднувальні

провідники;

- регулятор напруги.

ІІІ. Теоретичні питання програми, знання яких необхідне для виконання роботи:

• робота змінного струму;

• активна, реактивна і повна потужність змінного струму;

• коефіцієнт потужності, його залежність від параметрів кола, та зсуву фаз між струмом і напругою.

ІV. Теоретичні відомості та опис установки

1. Робота, яку виконує змінний струм, визначається його величиною та напругою в колі. Вона є мірою перетворення електричної енергії в інші види. Величина роботи змінного струму є змінною у часі, оскільки змінними є і струм, і напруга.

Якщо в колі наявний тільки активний опір , то зміна струму в часі () і напруги () співпадають за фазою (рис. 10а). Робота змінного струму за дуже малий проміжок часу визначається

(10.1)

Миттєва потужність може бути як додатною, так і від’ємною ( напр., потужність струму самоіндукції або розрядного струму конденсаторів, які віддаються генератору). В цьому випадку миттєве значення потужності

, (10.2)

Робота за період одного коливання :

(10.3)

2. Практичне значення має не миттєва потужність, яка змінюється періодично, а її середнє значення за великий проміжок часу. Таку потужність називають активною.

а б

Рис. 10.1 Фазові співвідношення між потужністю , струмом і напругою

в колі з активним опором (а) та реактивним опором (б).

Вона вимірюється у ватах (Вт). Для її знаходження достатньо провести усереднення роботи за один період . Тому з (10.3) маємо:

(10.4)

а - ефективні (діючі) значення сили змінного струму і напруги.

Діючим значенням сили змінного струму називається сила такого постійного струму, який у тому ж самому опорі за однаковий проміжок часу ( що рівний цілому числу періодів ) виділить таку ж саму теплову енергію, як і змінний струм.

3. Якщо коло має не тільки активний опір, а й реактивний ( ємність, індуктивність ), то між струмом і напругою виникає різниця фаз (рис. 10.1б). У цьому випадку усереднена потужність залежить не тільки від сили струму і напруги , але і від зсуву фаз між струмом і напругою, тобто

(10.5)

Величина називається коефіцієнтом потужності. Якщо в колі наявний тільки активний опір, то і , тобто є максимальною. Якщо коло містить тільки реактивний опір, то і середня потужність також дорівнює нулю, якими б великими не були напруга та струм у колі. Тобто в колі з індуктивністю і ємністю струм роботи не виконує. За першу чверть періоду енергія передається від генератора у зовнішнє коло, тобто накопичується в котушці індуктивності та в ємності у вигляді магнітної і електричної енергії. За другу чверть періоду ця ж енергія передається із зовнішнього кола до генератора.

За виміряними ватметром W, амперметром А та вольтметром V значеннями із формули (10.5) можна знайти коефіцієнт потужності

V. Завдання та хід виконання роботи

1. Визначення коефіцієнта потужності змінного струму.

1.Підключити електричне коло (рис. 10.2) через регулятор змінної напруги до промислової сітки напруги.

Рис. 10.2.

2. Регулятором напруги П та перемикачами меж вимірювання приладів вийти на оптимальні режими їх роботи і виміряти ватметром W потужність, амперметром А струмі і вольтметром V напругу.

3. Ті ж вимірювання виконати ще для шести інших напруг. Дані занести в таблицю 10.1.

Таблиця 10.1

№ п/п
	Под.	В	Под	А	Под.	Вт	Ом
1
2
3

Ом	ВА	Вар	-	-	-	-	-	%

4. Розрахувати Z, R, S,X і для кожного рядка таблиці та провести статистичну обробку даних для за програмою 1 (додаток 3).

5. Записати остаточний результат

==

та зробити висновок.

2. Визначення зсуву фаз між струмом і напругою у колах змінного струму з різним характером навантаження.

1.У коло (рис.10.2) замість R, L і C почергово підключити

а) конденсатор,

б) котушку індуктивності,

в) конденсатор та котушку індуктивності,

г) лампу розжарення,

д) лампу розжарення та конденсатор,

е) лампу розжарення та котушку індуктивності.

Для кожного навантаження виміряти , та . Дані занести в таблицю 10.2.

За даними та таблиці 10.2 розрахувати:

• повну потужність : ;

• реактивну потужність : ,

• коефіцієнт потужності : .

Таблиця 10.2

№ п/п	Навантаження
		под.	В	под.	А	Вт	ВА	ВАр	-	Град
1	Конденсатор
2	Котушка індуктивності
3	Конденсатор та котушка індуктивності
4	Лампа розжарення
5	Лампа розжарення та конденсатор
6	Лампа розжарення та котушка індуктивності

3. Знайти зсув фаз між струмом і напругою для кожного рядка таблиці та зробити висновок про його залежність від навантаження.

VI. Література

[2] – стор. 229-232 [7] – стор. 145-150.

[3] – стор. 270-273. [8] – стор. 172-176.

[5] - стор. 396-408.

VII. ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ І КОНТРОЛЮ

- Що називається потужністю змінного струму?

- Який фізичний зміст активної, реактивної і повної потужності змінного струму і зв’язок між ними?

- Як впливає на потужність змінного струму наявність у колі реактивного опору?

- Що називається коефіцієнтом потужності і як його визначити?

- Як визначити ( за даними досліду) зсув фаз між струмом і напругою?