Порядок выполнения эксперимента

- Соберите цепь (принципиальная схема рисунки 1.16, монтажная – 1.17), включив в каждую ветвь по миниблоку для подключения амперметра. и ваттметр для измерения мощности на входе цепи.. Конденсаторы в первом опыте не включайте.

- Установите частоту питающего напряжения 1000 Гц, максимальную амплитуду и измерьте напряжение, на входе цепи, ток и мощность, потребляемые цепью. Результаты измерений запишите в таблицу 1.9. При измерении мощности следите за сигнализацией ошибок в выборе пределов измерения I>, I< ,U>, U<.

- Вычислите параметры катушки (либо измерьте их с помощью виртуальных приборов) и ожидаемую резонансную ёмкость. Все формулы приведены в разделе «Общие сведения»

- Устанавливайте параллельно индуктивности поочерёдно различные конденсаторы как показано на рисунке 1.17, измеряйте и записывайте в таблицу 1.8 значения токов в трёх ветвях цепи.

На рисунке 1.18 постройте графики изменения токов от ёмкости параллельно включенного конденсатора и по минимуму тока определите фактическую резонансную ёмкость. Сравните её с расчётным значением.

 

Рисунок 1.17 – Монтажная схема соединения параллельного контура

 

Таблица 1.7 – Данные измерений и расчетов

Измерения			Вычисления
U, B	I, мА	P, мВт	Yк, 1/Ом	φк, град	BL,	Cрез, мкФ

Таблица 1.8 – Данные измерения токов при изменении емкости

С, мкФ	0,22	0,47	0,69 (0.22+0.47)	1	1.22 (1+0.22)	1.47 (1+0.47)
Iк, мА
IС, мА
I, мА

 

- На рисунке 1.19 постройте векторные диаграммы для трёх случаев: С < Cрез, С = Cрез и С > Cрез. Для резонансного режима значения токов возьмите из графика.

Рисунок 1.18 – Шаблон для графиков изменения токов от емкости

 

 

Рисунок 1.19 – Шаблон для векторных диаграмм

 

 

Контрольные вопросы

1.  Что такое резонанс токов?

2. Каково условие возникновения фазового резонанса токов?

3.  Как влияет подключение параллельно катушки индуктивности батарей конденсаторов на токи в неразветвленной части цепи и ток через катушку индуктивности?

4. Выразить по заданным R,L,C комплексное сопротивление при параллельном соединении элементов.

5. Определить при заданном синусоидальном напряжении для парллельной цепи RLC комплексное значение тока, эффективное значение тока, мгновенное значение тока.

6.  Определить при заданном синусоидальном напряжении для парллельной  цепи RLC эффективное значение тока.

7. Определить при заданном синусоидальном напряжении для парллельной цепи RLC мгновенное значение тока.

8. Каково условие возникновения резонанса напряжений?

9. Выразить по заданным R,L,C комплексное сопротивление при последовательном соединении элементов.

10. Определить при заданном синусоидальном напряжении для последовательной цепи RLC комплексное значение тока, эффективное значение тока, мгновенное значение тока

Трёхфазные цепи

Лабораторная работа №5

Исследование трёхфазной цепи при соединении нагрузки в звезду

Общие сведения

Если нагрузки (приемники) соединены в трехфазную цепь по схеме «звезда» (рисунок 1.20), то к сопротивлениям нагрузки приложены фазные напряжения. Линейные напряжения (U_Л) в Ö3 раз больше фазных (U_Ф), а линейные токи (I_Л) равны фазным (I_Ф) и определяются по закону Ома:

Ток нейтрали (I_N) равен векторной сумме этих токов:  

При симметричных напряжениях U_A, U_B, U_C и одинаковых сопротивлениях R_A= R_B= R_C= R токи I_A, I_B, I_Cтакже симметричны и их векторная сумма (I_N) равна нулю. Тогда I_Л =I_Ф = U_Ф ¤R; I_N = 0.

Если же сопротивления фаз нагрузки неодинаковы, то через нулевой провод протекает некоторый ток I_N ¹0, а в схеме без нейтрали происходит смещение точки 0 на векторной диаграмме напряжений. Это поясняется на векторных диаграммах (рисунок 1.21).

Мощность складывается из мощностей трёх фаз: SP = P_А + P_В  + P_С. При симметричной и чисто активной нагрузке, имеем: SP = 3 P_Ф = 3U_Ф I_Ф = Ö3 ×U_Л ×I_Л.

При смешанной (активно-индуктивной или активно-емкостной) нагрузке в симметричной трёхфазной цепи:

Активная мощность SP = 3 ×U_Ф×I_Ф× cosj = Ö3 × U_Л × I_Л× cosj.

Реактивная мощность SQ = 3 ×U_Ф×I_Ф× sinj = Ö3 ×U_Л× I_Л × sinj.

Полная мощность SS = 3 ×U_ФI_Ф= Ö3 ×U_Л× I_Л.

Рисунок 1.21 – Векторные диаграммы: а) при симметричной нагрузке; б) при несимметричной нагрузке

Активная мощность в четырёхпроводной трёхфазной цепи измеряется с помощью трёх ваттметров (рисунок 1.22 а), а в трёхпроводной - с помощью двух ваттметров (рисунок  1.22 б).

Рисунок 1.22 – Схемы измерения мощности в трехфазной цепи: а) четырехпроводной; б) трехпроводной

Экспериментальная часть

Задание

В трехфазной цепи при соединении нагрузки в звезду измерить действующие значения токов и напряжений, мощность, простроить векторные диаграммы и проверить баланс мощностей для следующих случаев:

- Симметричная активная нагрузка с нейтральным проводом и без него.

- Несимметричная активная нагрузка с нейтральным проводом и без него.

- Несимметричная смешанная нагрузка с нейтральным проводом и без него.