Лабораторна робота n3
ДОСЛІДЖЕННЯ ЛАНЦЮГА ОДНОФАЗНОГО СИНУСОЇДНОГО СТРУМУ З АКТИВНИМ І ЄМНІСНИМ ОПОРАМИ І КОТУШКОЮ ІНДУКТИВНОСТІ
МЕТА РОБОТИ
Навчитися вимірювати напругу, струм і потужність у колі однофазного синусоїдного струму; провести дослідження кіл синусоїдного струму з активним і ємнісним опорами та котушкою індуктивності; зробити розрахунок головних величин і побудувати векторні діаграми.
ОБЛАДНАННЯ
1. Вольтметр змінного струму на 150 В (PV) - 1шт.
2. Міліамперметр змінного струму на 300 мA (PmA) - 1шт.
3. Кіловатметр однофазний на 0,6 кВт (PW) - 1шт.
4. Резистор ПЕВ-75-750 Ом (r) - 1шт.
5. Конденсатор 4мкФ 400В (С) - 1шт.
6. Котушка індуктивності L1 з рухомим феромагнітним
осердям (L) - 1 шт.
7. Комплект з’єднувальних проводів - 1шт.
Короткі відомості з теорії
При
проходженні змінного струму по опору
(при відсутності індуктивності і ємності)
воно називається активним.
Активний
опір характеризується тим, що в ньому
виділяється тепло. Змінний струм створює
в середині провідника змінний магнітний
потік, що створює проти-е.р.с., яка
виштовхує струм на поверхню, де
збільшується щільність струму, що
рівнозначно зменшенню ефективного
перерізу провідника. Вихрові струми в
провіднику нагрівають його , що викликає
додаткове збільшення активного опору.
Тому активний опір провідника дещо
більше омічного. Він
знаходиться за законом Ома для кіл з
активним
опором:
,
де I - діюче значення струму в колі, А; Ua - діюче значення
напруги
на кінцях опору,
В;
-
активний опір,
Ом.
У колі з активним опором вектор струму співпадає з вектором напруги за напрямком і за фазою, тому кут між ними дорівнює нулю, а коефіцієнт потужності cosφ = 1.
Активна
потужність (середня) в колі з активним
опором дорівнює:
Активна потужність характеризується переходом електричної енергії в інші види енергії : теплову, світлову, променеву, хімічну, механічну та ін. Кола з індуктивністю характеризуються індуктивним опором:
,
де ω – кутова частота, рад/с; L – індуктивність котушки, Гн;
f – частота електричного струму, Гц.
Індуктивний опір прямо пропорційний частоті мережі та індуктивності котушки і призначений для створення магнітних полів у котушках індуктивності, трансформаторах, електромашинах та ін.
Закон Ома для кола з індуктивністю:
,
де Uк–індуктивне падіння напруги,В; XL – індуктивний опір, Ом.
У колі з індуктивністю вектор індуктивного спаду напруги випереджує за фазою вектор струму на кут 90О в напрямку проти годинникової стрілки, а вектор е.р.с. відстає на кут 90О.
Індуктивна потужність у колі з індуктивністю:
.
Індуктивна потужність характеризується неперервним коливанням енергії між колами з магнітним полем котушки і джерелом енергії.
Ємнісний опір визначається виразом:
,
де ω – кутова частота, рад/с; С - ємність конденсатора, Ф.
Ємнісний опір обернено пропорційний частоті мережі і ємності конденсатора. У ємнісному опорі тепло не виділяється, а енергія накопичується у вигляді електричного поля конденсатора.
Закон Ома для кола з ємністю:
,
де Uc - ємнісне падіння напруги, В; Xc – ємнісний опір, Ом.
В колі з ємністю вектор струму випереджує за фазою вектор ємнісного спаду напруги на кут 90О у напрямку проти годинникової стрілки. Ємнісна потужність у колі з ємністю:
Qc = UcI = xcI2.
Ємнісна потужність характеризується безперервним коливанням (обміном) енергії між електричним полем конденсатора та джерелом електроенергії. Коло з котушкою індуктивності уявляє послідовне включення активного опору та індуктивності і характеризується повним опором:
.
Закон Ома для кола з котушкою індуктивності:
.
Напруга на затискачах котушки дорівнює геометричній сумі активного та індуктивного спадів напруг:
.
Активне падіння напруги котушки індуктивності:
UАК=rК I.
Індуктивне падіння напруги котушки індуктивності:
ULK= XLKI.
Коефіцієнт потужності котушки індуктивності:
,
де PK – активна потужність котушки, Вт; UK – напруга на затискачах котушки, В.
У колі з котушкою індуктивності вектор напруги випереджує за фазою вектор струму на кут φK.
Повна (уявна) потужність котушки індуктивності:
,
де PK = rK I2 = UKI cos φK – активна потужність котушки, Вт;
QLK = xLK I2 = UKI sin φK – реактивна потужність котушки, вар.