Дослідження кола змінного струму з послідовним з`єднанням активного опору індуктивності

Міністерство освіти Російської Федерації

Пермський Державний Технічний Університет

Кафедра електротехніки та електромеханіки

Лабораторна робота

«Дослідження кола змінного струму з послідовним з'єднанням активного опору, індуктивності та ємності»

Мета роботи

Дослідження впливів величини індуктивності котушки на електричні параметри ланцюга однофазного синусоїдального напруги, яка містить послідовно з'єднані котушки індуктивності і конденсатор. Дослідне визначення умов виникнення у колі резонансу напруг.

Табл. 1. Паспортні дані електровимірювальних приладів.

Теоретичні відомості.

Ланцюг з послідовним з'єднанням конденсатора і котушки з рухомим феромагнітним сердечником зображена на рис. 1, а схема заміщення цьому ланцюгу на рис. 2.

Для цього ланцюга справедливі наступні співвідношення:

де U, I - діючі значення напруги джерела живлення і струму;

z - повний опір ланцюга;

r _K - активний опір котушки, обумовлене активним опором проводу котушки і втратами в сталі феромагнітного осердя;

x - реактивний опір;

x _LK - індуктивний опір котушки;

x _C - ємнісний опір конденсатора;

φ _K - кут зсуву фаз між напругою на котушці і струмом в ній;

φ - кут зсуву фаз між напругою джерела і струмом ланцюга;

ƒ - частота струму джерела;

L _K - індуктивність котушки;

С - ємність конденсатора.

Струм відстає по фазі від напруги при x _LK> x _C і випереджає по фазі напругу при x _LK <x _C.

При рівності індуктивного і ємнісного опорів в ланцюзі виникає резонанс напруг, який характеризується наступним:

1. Реактивний опір ланцюга x = 0. Повне її опір z = r _K, тобто має мінімальну величину.

2. Струм збігається за фазою з напругою джерела, так як при x = 0

3. Струм має максимальну величину, тому що опір ланцюга є мінімальним

4. Падіння напруги на активному опорі котушки одно прикладеній напрузі, тому що при z = r _K

5. Напруження на індуктивності і ємності рівні, так як

При відносно малому за величиною активному опорі котушки ( ) Напруги на індуктивності і на ємності будуть перевищувати напругу на активному опорі, а отже, і напруга джерела. Дійсно, при і

,

де , Тобто і аналогічно .

Таким чином, напруги на індуктивного котушці і конденсаторі при резонансі напруг можуть значно перевищити напруга джерела, що небезпечно для ізоляції котушки і конденсатора.

6. Енергетичний процес при резонансі напруг можна розглядати як накладання двох процесів: незворотного процесу перетворення споживаної від джерела енергії в тепло, що виділяється в активному опорі ланцюга, і оборотного процесу, що представляє собою коливання енергії всередині ланцюга: між магнітним полем котушки і електричним полем конденсатора. Перший процес характеризується величиною активної потужності , А другий - величиною реактивної потужності

.

Коливань енергії між джерелом живлення і ділянкою ланцюга, що включає котушку і конденсатор, не відбувається і тому реактивна потужність всього ланцюга

.

З умов виникнення резонансу або випливає, що практично резонанс напруг можна отримати зміною:

1. Індуктивності котушки;

2. Ємності конденсатора;

3. Частоти струму;

У даній роботі резонанс напруг виходить за рахунок зміни індуктивності котушки переміщенням її феромагнітного сердечника.

Робоче завдання

1. Збираємо схему, зображену на рис. 3.

Як джерело живлення використовується джерело однофазного синусоїдального напруги з діючим значенням 36 В.

Котушка індуктивності конструктивно являє собою сукупність трьох окремих котушок та рухомого феромагнітного сердечника. Початки і кінці кожної з трьох котушок виведені на клемну панель. Для збільшення діапазону змін величини індуктивності котушки з'єднуються послідовно. В якості ємності використовується батарея конденсаторів.

2. Процеси в ланцюзі досліджуються при постійній ємності C = 40 мкФ і змінної індукції. На початку роботи повністю вводимо сердечник в котушку, що відповідає найбільшому значенню індуктивності.

3. Включивши ланцюг під напругу і поступово висуваючи сердечник визначаємо максимальне значення струму , Після чого встановлюємо сердечник у вихідне положення.

4. Повільно висуваючи сердечник, знімаємо показання приладів для чотирьох точок до резонансу, точки резонансу і чотирьох крапок після резонансу. Показання приладів заносимо в табл. 2.

Табл. 2. Досвідчені дані.