Исследование цепи однофазного синусоидального напряжения с параллельным соединением приемников электрической энергии
Министерство образования Российской Федерации
Пермский Государственный Технический Университет
Кафедра электротехники и электромеханики
Лабораторная работа
«Исследование цепи однофазного синусоидального напряжения с параллельным соединением приёмников электрической энергии»
Цель работы
Изучение процессов в электрической цепи с параллельным соединением приёмников, содержащих индуктивные и емкостные элементы, при различном соотношении их параметров. Опытное определение условий достижения в данной цепи явления резонанса тока.
Табл. 1. Паспортные данные электроизмерительных приборов.
|
№ п/п |
Наименованное прибора |
Заводской номер |
Тип |
Система измерения |
Класс точности |
Предел измерений |
Цена деления |
|
1 |
Вольтметр |
|
Э34 |
ЭМ |
1.0 |
300 В |
10 В |
|
2 |
Вольтметр |
|
Э34 |
ЭМ |
1.0 |
300 В |
10 В |
|
3 |
Амперметр |
|
Э30 |
ЭМ |
1.5 |
5 А |
0.2 А |
|
4 |
Амперметр |
|
Э30 |
ЭМ |
1.5 |
5 А |
0.2 А |
|
5 |
Амперметр |
|
Э30 |
ЭМ |
1.5 |
5 А |
0.2 А |
|
6 |
Ваттметр |
|
Д539 |
ЭД |
0.5 |
6000 Вт |
40 Вт |
Теоретические сведения
На рис. 1 представлена электрическая цепь однофазного синусоидального напряжения с параллельным соединением 2-х приемников, один из которых на схеме замещен последовательным со-единением резистора и емкостного элемента, а второй – последовательным соединением резистора и индуктивного элемента. Токи в приемниках определяются по закону Ома:
где U – действующее значение напряжения источника электрической энергии;
r1, xC1, z1 – активное, емкостное и полное сопротивления первого приемника;
r2, xL2, z2 – активное, емкостное и полное сопротивления второго приемника;
Вектор тока источника электрической энергии равен сумме векторов токов приёмников:
Векторная диаграмма напряжений и токов для рассматриваемой схемы приведена на рис. 2
Энергетические процессы в электрической цепи характеризуются величинами активной P, реактивной Q и полной S мощности, а также коэффициентам мощности cosφ.
Для первого приёмника
Для второго приёмника
Для двух приёмников
В соответствии с балансом активной и реактивной мощностей под P, Q, S, cosφ следует пони-мать также активную, реактивную и полную мощности источника электрической энергии и его коэффициент мощности.
Величины активной и реактивной составляющих токов приемников (см. рис. 2):
где φ1 и φ2 – углы сдвига фаз между вектором напряжения и векторами токов и .
Представление токов активными и реактивными составляющими позволяет путем их сложения найти активную Iа и реактивную Iр составляющие тока источника и по ним определить ток источника I:
Из векторной диаграммы рис. 2, следует:
Косинус угла сдвига фаз между вектором тока источника и вектором напряжения источника определяется из выражения:
В электрических цепях с параллельным соединением приемников, содержащих индуктивные и емкостные элементы, может при определенных условиях возникать явление резонанса токов. Резонансом токов называется режим, при котором ток источника электрической энергии совпадает по фазе с напряжением источника, т.е. φ = 0. Следовательно, условием резонанса токов является равенство нулю реактивной мощности цепи и реактивной составляющей тока источника электрической энергии.
Из условия резонанса токов следует, что
При резонансе токов коэффициент мощности цепи
Ток в ветви с источником электрической энергии содержит только активную составляющую, является минимальным по величине и может оказаться значительно меньше токов в каждом из параллельно включенных приемников:
Рабочее задание
1. Собираем схему, изображенную на рис. 3.
2. Медленно выдвигая сердечник, снимаем показания приборов для трех точек до резонанса, точки в околорезонансной области и шести точек после резонанса. Показания приборов заносим в табл. 2.
Табл. 2. Опытные данные.
|
№ |
U |
U1 |
I |
I1 |
I2 |
PК2 |
|
|
В |
А |
кол. дел. |
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 |
110 |
3,35 |
2,1 |
4,4 |
18 |
180 |
|
12 |
215 |
110 |
3,9 |
2,1 |
5 |
23,5 |
235 |
Страницы: 1, 2
