Исследование переходных процессов 2 страница

· Занести результаты измерений в соответствующие ячейки таблицы 3.2.

Таблица 3.2

Номер схемы цепи	Параметры двухполюсников	Результаты измерений	Результаты вычислений
R₁	R_к	L Гн	С мкФ	U В	I А	φ град	I А	φ град
Ом


¼

Содержание отчета

1. Схема измерительной установки и перечень используемых приборов.

2. Расчётные формулы и расчеты.

3. Заполненная таблица 3.2.

4. Треугольники сопротивлений (для двухполюсников последовательного типа), проводимостей (для двухполюсников параллельного типа) и векторные диаграммы напряжений и токов для каждого из двухполюсников.

5. Выводы по работе.

Лабораторная работа 4

ИССЛЕДОВАНИЕ ЯВЛЕНИЯ РЕЗОНАНСА

В ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ

Цель работы – экспериментальное исследование частотных характеристик линейных двухполюсников, содержащих индуктивный и емкостной элементы и анализ резонансных режимов их работы.

Указания к выполнению работы

К работе следует приступать после изучения раздела “Резонанс в электрической цепи” по одному из учебников списка литературы, приведённого в конце настоящего пособия. Выполнить расчеты для указанных преподавателем параметров элементов исследуемых цепей.

1. Программа работы

1. Исследование частотных характеристик электрической цепи с последовательным соединением резистивного, индуктивного и емкостного элементов. Анализ режима резонанса напряжений.

2. Исследование частотных характеристик электрической цепи с параллельным соединением ветвей с индуктивным и емкостным элементами. Анализ режима резонанса токов.

2. Описание лабораторной установки

Эксперимент проводится на стенде, описанном в работе 3. При выполнении пунктов 1 и 2 программы к зажимам «а₁» и «б₁» контактной панели стенда (рис.3.1) подключаются электрические цепи, собранные по схемам, представленным на рисунке 4.1, а и б соответственно.

3. Методика выполнения работы

3.1. Методика выполнения пункта 1 программы.

- Собрать и подключить к зажимам «а₁» и «б₁» лабораторной установки электрическую цепь, представленную на рисунке 4.1, а.

- По заданию преподавателя установить на магазинах параметры элементов* и рассчитать для них резонансную частоту исследование переходных процессов 2 страница - student2.ru Гц.

- Установить частоту напряжения генератора, соответствующую расчётному значению резонансной частоты исследование переходных процессов 2 страница - student2.ru

- Включить тумблеры «Сеть» генератора, усилителя и осциллографа и установить по вольтметру V заданное значение напряжения на зажимах исследуемой цепи в пределах 10¼30 В.

- Медленно вращая ручку настройки частоты генератора Г6-15 и наблюдая за сигналами на экране осциллографа, добиться нулевого сдвига фаз между током и напряжением.

- Определить экспериментальное значение резонансной частоты f_0э по шкале генератора и измерить резонансное значение тока I₀, напряжение на зажимах магазина сопротивлений U_R₁₀, напряжение на зажимах магазина индуктивностей U_к0 , напряжение на зажимах магазина емкостей U_С₀. и угол сдвига фаз между напряжением и током j₀. Измерение напряжений производится вольтметрами V₁, V₂ и V₃ (рис. 4.1), а измерение фазового сдвига – с помощью осциллографа по методике, изложенной в описании к лабораторной работе 3.

- Занести результаты измерений в таблицу 4.1.

- Изменяя частоту генератора при неизменном напряжении U на зажимах цепи, снять 8-10 точек зависимостей I(f), j(f), U_R₁(f), U_к(f) и U_С(f) в диапазоне частот от 0.5 f₀до 1.5 f₀и занести показания приборов в соответствующие ячейки таблицы 4.1.

Таблица 4.1.

f	U=____ В; R₁=___ Ом; R_к=____ Ом; L=_____ мГн; C=____ мкФ
Расчет	Эксперимент
f_0р=______ Гц; Q_р=_____	f_0э=______ Гц; Q_э=_____
j	I	U_R₁	U_к	U_С	j	I	U_R₁	U_к	U_С
Гц	град	А	В	град	А	В



(f₀_э)

При заполнении таблицы 4.1 расчет тока и фазового сдвига между напряжением и током на входе исследуемой цепи можно выполнить по формулам, представленным в строке 6 таблицы 3.1. Расчёт действующих значений напряжений на элементах цепи U_R₁, U_к и U_С следует выполнить самостоятельно. Расчетное Q_р и экспериментальное Q_э значения добротности контура можно вычислить как исследование переходных процессов 2 страница - student2.ru и , где – характеристическое сопротивление.

3.2. Методика выполнения пункта 2 программы

- Собрать и подключить к зажимам «а₁» и «б₁» лабораторной установки электрическую цепь, представленную на рисунке 4.1, б.

- Установить частоту генератора, равную расчетной резонансной частоте.

- Включить тумблеры «Сеть» генератора, усилителя и осциллографа и установить по вольтметру заданное значение напряжения на зажимах исследуемой цепи в пределах 10 ¸30 В.

- Определить экспериментальное значение резонансной частоты f_0э по шкале генератора и измерить резонансное значение тока I₀ на входе, тока в ветви с индуктивностью I₁₀, тока в ветви с конденсатором I₂₀ и угол сдвига фаз j₀ между входным напряжением и током.

- Занести результаты измерений в таблицу 4.2. Измерение токов I₁₀ и I₂₀, осуществляется амперметрами соответственно А₁ и А₂, а измерение фазового сдвига – с помощью осциллографа по методике, изложенной в описании к лабораторной работе 3.

- Изменяя частоту генератора при неизменном напряжении U на зажимах цепи, снять 8 - 10 точек зависимостей I(f), j(f), I₁(f) и I₂(f) в диапазоне частот от 0.5×f₀до 1.5×f₀ и занести показания приборов в соответствующие графы таблицы 2.2.

При заполнении таблицы 4.2 расчет тока и фазового сдвига между напряжением и током на входе исследуемой цепи можно выполнить по формулам, представленным в строке 9 таблицы 3.1. Расчёт действующих значений токов I₁, и I₂ следует выполнить самостоятельно.

Расчетное значение добротности данной цепи определяется по формуле

исследование переходных процессов 2 страница - student2.ru .

Экспериментальное значение добротности цепи Q_э следует определить через полосу пропускания частот контура 2Df по графику зависимости I(f), полученной экспериментально.

Таблица 4.2

f	U=____ В; R₁=___ Ом; R_к=____ Ом; L=_____ мГн; C=____ мкФ
Расчет	Эксперимент
f_0р=______ Гц; Q_р=_____	f_0э=______ Гц; Q_э=_____
j	I	I₁	I₂	j	I	I₁	I₂
Гц	град	А	град	А



(f₀_э)

Содержание отчета

1. Схемы измерений и перечень приборов.

2. Заполненные таблицы. Расчетные формулы и расчеты.

3. Графики характеристик I(f), U_к(f), U_C(f), φ (f) по пункту1 программы.

4. Графики характеристик I(f), I₁(f), I₂(f), φ(f) по пункту 2 программы.

5. Выполненные в масштабе векторные диаграммы для состояния резонанса.

6. Выводы по работе.

Лабораторная работа 5

ИССЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

Цель работы – опытная проверка основных соотношений величин в трехфазной цепи для соединений приемников звездой и треугольником при равномерной и неравномерной нагрузке фаз.

Указания к выполнению работы

К работе следует приступать после изучения раздела «Цепи трехфазного тока» по одному из учебников списка литературы, приведённого в конце на-стоящего пособия. До начала работы следует выполнить расчеты для указанных преподавателем параметров элементов исследуемых цепей.

Описание лабораторной установки

Установка питается от трёхфазного источника с напряжением 75/44 В частотой 50 Гц, клеммы которого расположены на силовом щите лабораторного стенда.

Нагрузка подключается к источнику питания через комплект измерительных приборов типа К50. С его помощью измеряют линейные токи и фазные напряжения приёмников, а также активные мощности фаз приемника. Пределы измерений амперметра и вольтметра выбирают, начиная с больших значений, так, чтобы отсчёт показаний приборов производился в последней трети их шкал. Предел измерения ваттметра равен произведению пределов вольтметра и амперметра. На панели комплекта есть указатель последовательности следования фаз источника, включаемый нажатием кнопки.

Трехфазная нагрузка состоит из трёх магазинов типа НТН-2, соединяемых по схеме "звезда" (рис.5.2, а) или по схеме "треугольник" (рис.5.2, б). Полная мощность нагрузки устанавливается с помощью штырей на наборном поле лицевой панели магазинов. Значение полной мощности соответствует напряжению 58 В, поэтому полное сопротивление магазина равно – исследование переходных процессов 2 страница - student2.ru , где S – установленная полная мощность. Характер нагрузки активно-индуктивный с постоянным коэффициентом мощности

исследование переходных процессов 2 страница - student2.ru

. Для облегчения расчётов значения полных сопротивлений и проводимостей, соответствующие полной мощности магазина нагрузки приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1

S, ВА	z×, Ом	y, См
	¥
	672	1,49´10^-³
	336	2,98´10^-³
	224	4,46´10^-³
	168	5,95´10^-³
	134	7,44´10^-³
	112	8,92´10^-³
	96	10,4´10^-³
	84	11,9´10^-³
	74,6	13,4´10^-³⁰
	67,1	14,9´10^-³
	60,1	16,4´10^-³
	55,9	17,9´10^-³

Вольтметр V₁ (рис. 5.1) предназначен для измерения линейного напряжения U_л трехфазного источника, а вольтметр V₂ – для измерения напряжения смещения нейтрали U₀₀_¢ при обрыве нулевого провода 00¢ в электрической цепи с нагрузкой, соединённой по схеме «звезда». Режим обрыва нулевого провода возникает при размыкании ключа S (рис. 5.1). Амперметр А служит для измерения тока I₀в нулевом проводе 00¢ при замкнутом ключе S. При соединении нагрузки по схеме «треугольник» (рис.5.2, б) последовательно с магазинами НТН-2 включаются амперметры А₁, А₂ и А₃, служащие для измерения тока в фазах нагрузки.

Программа работы

1. Опытная проверка основных соотношений в трехфазной цепи с нагрузкой, включенной по схеме «звезда», в следующих режимах.

1.1. Равномерная нагрузка фаз без нулевого провода.

1.2. Равномерная нагрузка фаз с нулевым проводом.

1.3. Неравномерная нагрузка фаз без нулевого провода.

1.4. Неравномерная нагрузка фаз с нулевым проводом.

1.5. Обрыв линейного (или фазного) провода без нулевого провода.

1.6. Обрыв линейного провода с нулевым проводом.

1.7. Короткое замыкание одной фазы нагрузки без нулевого провода

2. Опытная проверка основных соотношений в трехфазной цепи с нагрузкой, включенной по схеме «треугольник», в следующих режимах.

2.1. Равномерная нагрузка фаз источника.

2.2. Неравномерная нагрузка фаз источника.

2.3. Обрыв одной фазы нагрузки.

2.4. Обрыв двух фаз нагрузки.

2.5. Обрыв линейного провода при симметричной нагрузке.

2.6. Обрыв линейного провода при несимметричной нагрузке.

Методика выполнения работы

Методика выполнения п.1 программы.

· Собрать нагрузку по схеме «звезда» (рис. 5.2, а) и подключить ее к клеммам измерительного комплекта К50, как показано на рис. 5.1.

· Организовать схему цепи и установить параметры нагрузки в соответствии с выполняемым пунктом программы работы (1.1-1.7). Параметры фаз приёмника по каждому пункту указываются на стенде к лабораторной работе. Рекомендуется устанавливать нагрузки фаз приёмников в пределах 20¼60 ВА. Замыкание и размыкание нулевого провода осуществляется ключом S (рис.5.1). Обрыв линейного провода Аа, Вв, или Сс (по заданию преподавателя) осуществляется отключением его от соответствующей клеммы на щите установки при выключенном сетевом выключателе «~75/44». Эксперимент по п. 1.7 выполняется только в присутствии преподавателя или лаборанта.

· Включить сетевой выключатель «~75/44» и провести измерения токов, напряжений и мощности в цепи с занесением результатов в таблицу 5.2. Измерения целесообразно проводить в следующем порядке:

- U_л(V₁) ®U_00`(V₁) ® I₀(А) ® U_а,I_A,P_A (переключатель фаз К50 в положении «А»)

- ® U_b, I_B, P_B (переключатель фаз К50 в положении «B»)

- ® U_с, I_C, P_C (переключатель фаз К50 в положении «C»).

Методика выполнения п.2 программы

· Собрать нагрузку по схеме «треугольник» (рис. 5.3, б) и подключить её к клеммам измерительного комплекта К50, как показано на рис. 5.1.

· Организовать схему цепи и установить параметры нагрузки в соответствии с выполняемым пунктом работы (2.1-2.6). Параметры фаз приёмника по каждому пункту программы работы указываются на стенде к лабораторной работе. Рекомендуется устанавливать нагрузки фаз приёмников в пределах 20¼60 ВА. Обрыв фазного провода осуществляется штырями наборного поля магазина нагрузки, а обрыв линейного провода Аа, Вв, или Сс (по заданию преподавателя) осуществляется отключением его от соответствующей клеммы на щите установки при выключенном сетевом выключателе «~75/44».

· Включить сетевой выключатель «~75/44» и провести измерения токов, напряжений и мощности в цепи с занесением результатов в таблицу 5.3. Измерения целесообразно проводить в следующем порядке:

- U_л(V₁) ® I_ab(А₁) ® I_bc(А₂) ® I_са(А₃) ® U_ab,I_A,P_ab (переключатель фаз К50 в положении «А»)

- ® U_bc, I_B, P_bc (переключатель фаз К50 в положении «B»)

- ® U_са, I_С, P_са. (переключатель фаз К50 в положении «C»).

Методические указания к выполнению вычислений

Выражения для расчёта комплексных значений токов, напряжений и мощностей приведены в таблице 5.4. Рассчитав эти комплексы для различных вариантов нагрузок, легко построить векторные диаграммы токов и напряжений, а также внести соответствующие значения в таблицы 5.2 и 5.3 и сопоставить их с измеренными величинами.

При выполнении расчётов в качестве комплексных значений фазных напряжений источника следует принять исследование переходных процессов 2 страница - student2.ru ; ; , где – фазное напряжение, а – линейное напряжение, измеренное вольтметром на рис. 5.1.