Лабораторная работа № 19 исследование энергетического режима цепи синусоидального тока

Цели работы: 1) определить зависимость индуктивности катушки от силы тока; 2) пронаблюдать увеличение коэффициента мощности при подключении конденсатора к активно-индуктивной нагрузке.

Теория метода

Для постоянного тока (I = const, U = const) электрическую мощность можно представить:

.

Для переменного тока ( , , ), проходящего по резистору средняя за период мощность равна:

,

где , - эффективные значения переменных силы тока и напряжения. Тогда для мощности переменного тока применимы те же формулы, что и для постоянного тока. Если разность фаз тока и напряжения мощность называется активной потому, что электрическая энергия тока превращается в теплоту, то есть во внутреннюю энергию.

Для переменного тока проходящего по идеальной индук­тивной катушке, у которой активное сопротивление R = 0, харак­терен сдвиг фаз на между током и напряжением (ток по фазе опережает напряжение). Активная мощность равна:

.

Индуктивное сопротивление и по закону Ома , тогда полная мощность . Она не связана с превра­щением электромагнитной энергии во внутреннюю энергию. Полная мощность циркулирует между генератором и катушкой индуктивности. Однако в подводящих проводах происходит вы­деление теплоты, т.е. потеря электрической энергии.

Для переменного тока, в отличие от постоянного тока в конденсаторе выполняется закон Ома: . Между то­ком и напряжением фазовый сдвиг на (ток по фазе отстает от напряжения). Активная мощность P = 0, а полная мощность . По-прежнему она не связана с превращением электро­магнитной энергии в другие виды, она циркулирует между гене­ратором и конденсатором, но выделение теплоты происходит только в подводящих проводах.

В реальной катушке индуктивности ( ) сдвиг фаз меж­ду током и напряжением , активная мощность , полная мощность цепи , импеданс нагрузки , . « » называют коэффициентом мощности, он показывает какую часть полной мощности, состав­ляет активная мощность.

При последовательном соединении R, X_C, X_L импеданс на­грузки , суммируются сопротивления, но с учетом фазовых сдвигов между током и напряжением.

При параллельном соединении R, X_C, X_L импеданс опре­деляется по формуле:

,

т.е. с учетом фазовых сдвигов суммируются не сопротивления, а проводимости.

Описание экспериментальной установки

И сточником синусоидального напряжения служит город­ская электросеть ( Гц). Электрическая схема установки представлена на рис. 1.

Исследуемыми объектами служат четыре индуктивных катушки (1). Параллельно катушкам можно подключать конденсатор (2) через штепсельный разъем (3). Эффективные значения си­лы тока и напряжения измеряют амперметром (4) и вольтметром (5) электромагнитной системы. Активную мощность измеряют ваттметром (6) электромагнитной системы. Он работает на прин­ципе взаимодействия магнитных полей двух катушек. Подвижная катушка - вольтовая, подключена к напряжению, ее выводы обо­значены: и 150 . А через неподвижную токовую катушку проходит ток идущий к потребителю, ее выводы обозначены: и 5А. Поворот стрелки, связанной с подвижной катушкой, пропор­ционален активной мощности .

Реостат (7) используют для регулировки напряжения на катушке и силы тока в ней в некоторых пре­делах. Кнопка с само­возвратом (8) установлена для того, чтобы включать цепь только на время регистрации величин по приборам, избегая перегрева катушки.