Инструкционная карта по выполнению лабораторной работы № 7

1.Тема учебной программы: «Однофазные цепи переменного тока».

2.Тема работы: «Исследование параллельного соединения катушки и конденсатора».

3.Цель работы: Сформировать умения анализировать процессы в электрических цепях переменного тока с параллельным соединением катушки и конденсатора, определять основные показатели, характеризующие электрическую цепь.

4.Материально-техническое оснащение:

лабораторный стол с комплектом оборудования, электроизмерительные приборы, соединительные провода.

5.Теоретическая часть:

Если источник переменного напряжения (генератор) с частотой (f ) подключить к электрической цепи, то в ней возникнут колебания силы тока той же частоты. Общей особенностью элементов электрической цепи является то, что при прохождении переменного тока они оказывают сопротивление, которое может быть активным (R), индуктивным (X_L), емкостным (X_c). Колебания силы тока в отдельных элементах электрической цепи не обязательно должны совпадать по фазе с колебаниями напряжения.

Элементы цепи переменного тока, преобразующие электромагнитную энергию в тепло, называют активными сопротивлениями (обозначаются R). Активным сопротивлением обладают резисторы, лампы накаливания, электрические печи и т.д. В проводнике с активным сопротивлением (резисторе) колебания силы тока по фазе совпадают с колебаниями напряжения.

Индуктивностью (L) в цепях переменного тока обладают катушки реле, обмотки электродвигателей и трансформаторов. Они имеют сопротивление Х_L - индуктивное сопротивление. Если к катушке индуктивностью L подключить синусоидальное напряжение, то в цепи будет протекать синусоидальный ток. При этом ток будет отставать по фазе от напряжения на π/2=90^o.

Электроёмкостью (С) обладают конденсаторы, а также длинные линии электропередачи. Они имеют сопротивление Хс - емкостное сопротивление. Если к конденсатору емкостью C подключить синусоидальное напряжение, то в цепи будет протекать синусоидальный ток. При этом ток будет опережать по фазе напряжение на 90^o.

Потребители с активным R, индуктивным Х_L и емкостным Х_C сопротивлениями в цепи переменного тока создают полное сопротивление Z:

Амплитуда силы тока на элементах цепи определяется законом Ома. Сила тока в цепи до разветвления по фазе может отставать от напряжения или опережать его.

Полная мощность S, передаваемая генератором потребителям, определяется из формулы: S=U∙I=I^2∙Z (В∙А). Полная мощность состоит из активной мощности P=U∙I cosφ (Вт), которая преобразуется в теплоту и механическую работу и реактивной мощности Q=UIsinφ (Вар), которой генератор обменивается с приёмниками.

Коэффициент мощности cosφ характеризует долю активной мощности в составе полной мощности. Очевидно, что коэффициент мощности:

Уменьшение величины реактивной мощности при неименном значении активной мощности означает повышение коэффициента мощности. Из уравнения P=UI cosφ, следует, что повышение cosφ при неизменном напряжении U, приводит к уменьшению силы тока во всех звеньях системы электроснабжения и, следовательно, к уменьшению потерь активной энергии (мощности) на нагревание проводников. Поэтому принимают специальные меры к увеличению коэффициента мощности в электрических цепях.

При наступлении в цепи явления резонанса токов, колебания напряжения и тока в цепи совпадают по фазе, коэффициент мощности достигает наибольшего значения. Явления резонанса токов можно достичь, изменяя частоту переменного тока или индуктивность в цепи, или емкость в цепи.

Сила тока в резонансном режиме имеет минимальное значение, так как полное сопротивление цепи имеет минимальное значение (Z=R).

6.Практическая часть:

-анализ процессов в разветвленной цепи переменного тока;

- определение параметров цепи;

- построение векторной диаграммы токов.

6.1.Техника безопасности при выполнении работы:

Перед выполнением сборки цепей убедиться, что лабораторный стол обесточен. При выполнении работы не прикасаться к неизолированным проводам, соединительным зажимам и другим частям цепей, которые могут оказаться под напряжением. Любые изменения в схеме производить только после отключения питания. При возникновении во время выполнения работы неисправностей оборудования или приборов немедленно выключить напряжение питания и сообщить о неисправности преподавателю.

6.2.Описание выполнения задания:

- ознакомиться с измерительными приборами;

- определить предел измерения и цену деления приборов;

- определить технические характеристики приборов.

6.2.1.Собрать электрическую цепь по схеме (рис.1).

-предъявить собранную электрическую цепь преподавателю для проверки;

-убедиться, что указатель лабораторного автотрансформатора на рабочем столе установлен в положение «0 переменный ток»,

-включить напряжение на лабораторном столе, с помощью лабораторного автотрансформатора установить в цепи переменное напряжение порядка 110В-145В (по указанию преподавателя);

- переключатель конденсаторной батареи установить в положение «0»;

-определить показания всех измерительных приборов и записать их в таблицу1:

Таблица1

№ п./п.

Измерено

Вычислено

U

I

P

Iк

Ic

Zк

Rк

XL

сosφк

φк

Xс

С

QL

Qc

Q

Z

сosφ цепи

φ

В

А

Вт

А

А

Ом

Ом

Ом

Ом

мкФ

ВАр

ВАр

ВАр

Ом

-не изменяя напряжение в цепи, установить штыревой переключатель конденсаторной батареи в положение «1», определить показания всех измерительных приборов, записать их в таблицу1;

- переключатель конденсаторной батареи установить в положение «2», определить показания всех измерительных приборов записать их в таблицу1;

-провести опыты, установив переключатель конденсаторной батареи сначала в положение «3», затем «4», определить показания всех измерительных приборов, записать их в таблицу1.

6.3.Требования к оформлению отчета:

Отчет о лабораторной работе выполнить в тетради для лабораторных работ или на листах формата А4. В отчет должны быть внесены: № группы, ФИО учащегося. Отчет должен содержать название раздела, темы работы,

цели работы, схемы, графики, таблицы, основные расчетные формулы; таблицы и схемы электрических цепей чертить карандашом с применением чертежных инструментов.

-перечертить в отчет схему электрической цепи (рис.1) и таблицу1;

-рассчитать значение всех величин, указанных в таблице, по расчётным формулам, результаты вычислений записать в таблицу1:

- полное сопротивление катушки;

- активное сопротивление катушки;

X_L=2πf- индуктивное сопротивление катушки или ;

=Q_L - реактивная мощность катушки;

=cosφ -коэффициент мощности катушки;

- угол сдвига фаз между колебаниями напряжения и тока катушки (определить по математическим таблицам Брадиса);

, - ёмкостное сопротивление конденсатора;

- реактивная мощность конденсатора;

- реактивная мощность всей цепи;

- коэффициент мощности цепи, φ - угол сдвига фаз между колебаниями напряжения цепи и общим током, по расчетным значениям cosφ определить градусную меру угла φ;

(мкФ) - электроёмкость конденсатора, f = 50 Гц- частота переменного тока;

- полное сопротивление электрической цепи.

Постройте векторные диаграммы токов для всех опытов.

Для построения векторной диаграммы выберите масштаб для токов и напряжения. (Например: для тока 1см: 0,2А, для напряжения 1см: 20В).

Построение диаграммы токов начните с построения вектора напряжения. В горизонтальном направлении в выбранном масштабе отложите отрезок, соответствующий длине вектора напряжения на зажимах цепи.

Катушка со стальным сердечником в цепи является активно-индуктивной нагрузкой, поэтому ток в ней отстаёт по фазе от напряжения на угол φ_к.. Пользуясь транспортиром, под углом φ_к в направлении отставания от вектора напряжения , построить луч, на котором отложить отрезок, соответствующий длине вектора тока .

Ток в цепи с ёмкостью опережает напряжение на 90⁰. Вектор тока в конденсаторе построить по отношению к вектору напряжения под углом 90⁰в сторону опережения (от конца вектора вертикально вверх). Вектор тока неразветвлённой части цепи (вектор общего тока) построить в соответствии с уравнением первого закона Кирхгофа: = + , по правилам сложения векторов: от начала вектора к концу вектора . Примерный вид векторной диаграммы токов (рис. 2).

По результатам измерений и вычислений построить график зависимости силы тока в цепи от электроемкости конденсатора ;

-построить график зависимости коэффициента мощности от электроемкости конденсатора сosφ=ƒ(C).

Графики рекомендуется построить вместе, совместив ось общей электроёмкости цепи. Примерный вид графиков (рис.3).

Проанализировать результаты измерений и вычислений, записать выводы.

6.4.Контрольные вопросы:

Назвать виды сопротивлений в цепях переменного тока.

Записать формулу зависимости индуктивного сопротивления от частоты переменного тока.

Записать формулу зависимости емкостного сопротивления от частоты переменного тока.

Перечислить основные признаки режима резонанса токов.

6.5.Используемая литература: 1) «Общая электротехника с основами электроники». И.А. Данилов, П.М. Иванов М. «Высшая школа» ,2000г.

2) «Общая электротехника с основами электроники» В.С. Попов, С.А. Николаев М. 1980

Свириденко Э. А., Китунович Ф.Г. Основы электротехники и электроснабжение. Мн., 2008.

Отчет о выполнении

Лабораторная работа № ____

Учащийся группы № ______ _______________________________

(Ф.И.О.)

Тема программы:

Тема работы:

Цель работы:

Материально-техническое оснащение: Технические данные измерительных приборов:

амперметр …..

вольтметр…..

Отчет о выполнении практической части задания:

Схема электрической цепи.

таблица.

Расчетные формулы…..

графики.

Контрольные вопросы и ответы:

1)

2)

3)

4)

5)……

Выводы:

Преподаватель: _________________________ ______________________

(зачет/незачет) (Ф.И.О.)

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«Республиканский институт профессионального образования»

Филиал «Индустриально-педагогический колледж»

Учебная дисциплина

«Электротехника с основами электроники»

Лабораторная работа № 8

Исследование трёхфазной цепи при соединении приёмников энергии в «звезду»

Специальности

2-02 06 31 Технический труд и черчение

2-36 01 06-02 Оборудование и технологии сварочного производства (по направлениям)

2-52 05 31 Оборудование и технологии мебельного производства (по направлениям)

Выполнил учащийся группы № …………….… …..

(Ф.И.О. учащегося)