Теоретическое введение. Ознакомиться с методикой исследования цепи при изменении ее параметров, выявить характерные признаки и особенности резонанса напряжений

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3

НЕРАЗВЕТВЛЕННАЯ ЦЕПЬ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА. РЕЗОНАНС НАПРЯЖЕНИЙ

Цель работы

Ознакомиться с методикой исследования цепи при изменении ее параметров, выявить характерные признаки и особенности резонанса напряжений, научиться выбирать "электроизмерительные приборы, энергосберегающие режимы исследования с учетом допускаемых погрешностей измерений и соблюдать привила техники безопасности при эксплуатации электроустановок.

При подключении неразветвленной цепи, содержащей резистор, катушку индуктивности и батарею конденсаторов к источнику синусоидального напряжения (рис. 3.1) в цепи возникает ток I= U_ВХ/Z_ВХ

Рис. 3.1

где:

U_ВХ - напряжение источника, В;

- полное сопротивление цепи, Ом;

R_P - сопротивление резистора, Ом;

R_K - активное сопротивление катушки, Ом;

X_L = ωL= 2πfL - реактивное индуктивное сопротивление катушки, Ом;

X_С = 1/ωС = 1/ 2πfC - реактивное емкостное сопротивление батареи конденсаторов. Ом;

ω - угловая частота напряжения, с^-1;

L - индуктивность, Гн;

С - емкость, Ф.

Векторная диаграмма напряжений неразветвленной цепи (рис. 3.1) представлена на рис. 3.2, где:

φ_ВХ - угол между ;

φ_К - угол между

На рис. 3. 2 можно выделить два треугольника напряжений со сторонами:

; ; - для всей цепи;

; ; - для катушки индуктивности.

Если значения сторон этих треугольников напряжений разделить на модуль тока, то получим два треугольника сопротивления (рис. 3.3 и рис. 3.4).

Рис. 3.2	Рис. 3.3	Рис. 3.4

Из рис. 3.2 и 3.3 видно, что при изменении Х_C от нуля до X_C>X_L изме­няется соответственно Z_вх и φ _ВХ. При Х_С=X_L входное сопротивление Z_ВХ= R_Р+R_К т. е. становится минимальным, a φ _ВХ=0.

Режим работы неразветвленной цепи при Х_С<X_L имеет индуктивный характер. Ток по фазе отстает от входного напряжения (рис. 3. 2).

Режим работы при Х_С>X_L имеет емкостной характер. Напряжение по фазе отстает от тока, φ _ВХ становится отрицательным.

Режим работы неразветвленной цепи при Х_С=X_L имеет активный харак­тер и называемся резонансом напряжений; ток и напряжение совпадают по фазе, ток становится максимальным, потребляемая активная мощность становится максимальной, напряжение на катушке возрастает до максимального значения.

При резонансе напряжений U_L=U_C и при Х_L>(R_P+R_K) напряжение на катушке U_K превышает входное напряжение во столько раз, во сколько Z_K больше (R_P+R_K).

При проведении исследований нельзя допускать перегрузки объектов исследования сверх указанных на маркировке номинальных мощностей (или токов), во избежание преждевременного выхода их из строя.

На рис. З.5 указаны номинальные мощности резисторов RP=0…68 Ом и R =34 Ом по 50 Вт каждый. Следовательно, можно расчетным путем определить для них максимальный допустимый ток из , затем вычислить максимально допустимое напряжение для всех режимов:

Рис 3.5

При подведенном U_ВХmax при любых возможных значениях параметров последовательно включенных элементов цепи входное сопротивление не будет меньше 49 Ом. Следовательно, и ток не будет больше I_тах, а мощност ь резистора R_P=68 Ом не превысит 50 Вт.

Определив максимально допустимое напряжение, токи и мощности следует обратить внимание на максимально возможное снижение этих ве­личин с целью уменьшения затрат электроэнергии на проведение исследования т. е. на снижение электроемкости. Здесь ограничением могут быть только пределы измерений имеющихся на стенде электроизмерительных приборов, а также допустимые погрешности измерений.

Снижение погрешностей измерений достигается выбором приборов более высокого класса точности и такого предела измерений, чтобы большая часть измерений приходилась на последнюю треть шкалы (по воз­можности ближе к концу шкалы). Иногда измерение прибором низкого класса точности, но в последней трети шкалы тает меньшую погрешность, чем при измерении прибором высокого класса, но в первой трети шкалы. Это обстоятельство следует учитывать при выборе измерительных приборов для конкретного исследования.

Краткие сведения о погрешностях приведены в приложении 1.

Дата добавления: 2015-01-03