Міністерство освіти Російської Федерації
Пермський Державний Технічний Університет
Кафедра електротехніки та електромеханіки
Лабораторна робота
«Дослідження ланцюга однофазного синусоїдального напруги з паралельним з'єднанням приймачів електричної енергії»
Мета роботи
Вивчення процесів в електричному ланцюзі з паралельним з'єднанням приймачів, що містять індуктивні та ємнісні елементи, при різному співвідношенні їх параметрів. Дослідне визначення умов досягнення у колі явища резонансу струму.
Табл. 1. Паспортні дані електровимірювальних приладів.
№ п / п | Визначену приладу | Заводський номер | Тип | Система вимірювання | Клас точності | Межа вимірювань | Ціна ділення |
1 | Вольтметр | Е34 | ЕМ | 1.0 | 300 В | 10 У | |
2 | Вольтметр | Е34 | ЕМ | 1.0 | 300 В | 10 У | |
3 | Амперметр | Е30 | ЕМ | 1.5 | 5 А | 0.2 А | |
4 | Амперметр | Е30 | ЕМ | 1.5 | 5 А | 0.2 А | |
5 | Амперметр | Е30 | ЕМ | 1.5 | 5 А | 0.2 А | |
6 | Ватметрів | Д539 | ЕД | 0.5 | 6000 Вт | 40 Вт |
Теоретичні відомості
На рис. 1 представлена електричний ланцюг однофазного синусоїдального напруги з паралельним з'єднанням 2-х приймачів, один з яких на схемі заміщений послідовним со-єднанням резистора і ємнісного елемента, а другий - послідовним з'єднанням резистора і індуктивного елемента. Струми в приймачах визначаються за законом Ома:
де U - діюче значення напруги джерела електричної енергії;
r 1, x C1, z 1 - активне, ємнісне та повне опору першого приймача;
r 2, x L2, z 2 - активне, ємнісне та повне опору другого приймача;
Вектор струму джерела електричної енергії дорівнює сумі векторів струмів приймачів:
Векторна діаграма напруг і струмів для розглянутої схеми наведена на рис. 2
Енергетичні процеси в електричному ланцюзі характеризуються величинами активної P, реактивної Q і повної S потужності, а також коефіцієнтами потужності cos φ.
Для першого приймача
Для другого приймача
Для двох приймачів
Відповідно до балансу активної та реактивної потужностей під P, Q, S, cos φ слід поні-мати також активну, реактивну і повну потужності джерела електричної енергії та його коефіцієнт потужності.
Величини активної і реактивної складових струмів приймачів (див. рис. 2):
де φ 1 і φ 2 - кути зсуву фаз між вектором напруги і векторами струмів
і
.
Представлення струмів активними і реактивними складовими дозволяє шляхом їх складання знайти активну I а й реактивну I р складові струму джерела і по ним визначити струм джерела I:
З векторної діаграми рис. 2, потрібно:
Косинус кута зсуву фаз між вектором струму джерела і вектором напруги джерела визначається з виразу:
В електричних колах з паралельним з'єднанням приймачів, що містять індуктивні та ємнісні елементи, може за певних умов виникати явище резонансу струмів. Резонансом струмів називається режим, при якому струм джерела електричної енергії збігається за фазою з напругою джерела, тобто φ = 0. Отже, умовою резонансу струмів є рівність нулю реактивної потужності ланцюга та реактивної складової струму джерела електричної енергії.
З умови резонансу струмів випливає, що
При резонансі струмів коефіцієнт потужності ланцюга
Струм в гілки з джерелом електричної енергії містить лише активну складову, є мінімальним за величиною і може виявитися значно менше струмів у кожному з паралельно включених приймачів:
Робоче завдання
1. Збираємо схему, зображену на рис. 3.
2. Повільно висуваючи сердечник, знімаємо показання приладів для трьох точок до резонансу, крапки в околорезонансной області та шести крапок після резонансу. Показання приладів заносимо в табл. 2.
Табл. 2. Досвідчені дані.
№ | U | U 1 | I | I 1 | I 2 | P К2 | |
У | А | кол. справ. | Вт | ||||
1 | 215 | 110 | 1,35 | 2,1 | 1 | 1,5 | 15 |
2 | 215 | 110 | 1,25 | 2,1 | 1,4 | 2 | 20 |
3 | 215 | 110 | 1,22 | 2,1 | 1,6 | 3 | 30 |
4 | 215 | 110 | 1,28 | 2,1 | 1,8 | 4 | 40 |
5 | 215 | 110 | 1,3 | 2,1 | 2 | 4,5 | 45 |
6 | 215 | 110 | 1,42 | 2,1 | 2,4 | 6 | 60 |
7 | 215 | 110 | 1,78 | 2,1 | 2,8 | 8 | 80 |
8 | 215 | 110 | 2,1 | 2,1 | 3,2 | 10 | 100 |
9 | 215 | 110 | 2,5 | 2,1 | 3,6 | 12,5 | 125 |
10 | 215 | 110 | 2,9 | 2,1 | 4 | 15 | 150 |
11 | 215 | ||||||