Исследование неразветвленной электрической цепи синусоидального тока с последовательным соединением активного, индуктивного и емкостного сопротивлений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исследование неразветвленной электрической цепи синусоидального тока с последовательным соединением активного, индуктивного и емкостного сопротивлений

Цель работы: экспериментальное исследование неразветвлённой электрической цепи синусоидального тока с активным сопротивлением, индуктивностью и емкостью при изменении реактивного сопротивления. Определение электрических величин при различных режимах работы схемы. Изучение явления резонанса напряжений.

При построении векторной диаграммы цепи, изображенной на рис. 2.1, за исходный вектор принимают вектор тока , который совмещают с положительным направлением оси абсцисс. Вектор активного напряжения откладывают по направлению вектора тока , вектор индуктивного напряжения опережает вектор тока на , а вектор емкостного напряжения отстает от вектора тока на . Векторы напряжений , и складываются. В результате получают вектор напряжения источника .

Рассмотрим три случая векторных диаграмм для неразветвленной электрической цепи, состоящей из активного, индуктивного и емкостного сопротивлений.

1. Индуктивное сопротивление больше емкостного (), угол сдвига фаз между напряжением и током , вектор тока отстает от вектора напряжения , цепь носит активно-индуктивный характер (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Векторная диаграмма последовательной rLC цепи при

2. Индуктивное сопротивление меньше емкостного (), угол сдвига фаз между напряжением и током , вектор тока опережает вектор напряжения , цепь носит активно-емкостной характер (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Векторная диаграмма последовательной rLC цепи при

3. Режим работы, возникающий в неразветвленной электрической цепи с активным, индуктивным и емкостным сопротивлениями, при равенстве реактивных сопротивлений носит название резонанса напряжений.

Так как , а то при резонансе напряжений выполняется равенство .

Особенности резонанса напряжений

1. Полное сопротивление цепи при резонансе

равно активному сопротивлению. Оно становится наименьшим из всех возможных при различных реактивных сопротивлениях цепи.

2. Под действием напряжения при минимальном сопротивлении в цепи протекает наибольший ток

Этот ток совпадает по фазе с напряжением ().

3. Напряжение на индуктивности численно равно напряжению на емкости , они взаимно уравновешиваются и напряжение источника равно напряжению на активном сопротивлении цепи . Если активное сопротивление цепи мало по сравнению с индуктивным и ёмкостным сопротивлениями, то напряжения на индуктивном сопротивлении и на емкостном сопротивлении могут достигать большой величины, во много раз превышающей напряжение , приложенное к электрической цепи.

Такие повышенные значения напряжений на участках электрической цепи с индуктивным и емкостным сопротивлениями (перенапряжения) могут вызывать повреждения приборов, находящихся на этих участках, пробой изоляции проводов или диэлектрика конденсатора. Кроме того, повышенное напряжение может оказаться опасным для обслуживающего персонала.

4. При равенстве реактивных сопротивлений реактивная мощность

.

Поэтому полная мощность цепи равна активной мощности

.

Активная мощность при резонансе максимальна, так как , а ток максимален.

Резонанс напряжений широко используется в области автоматики, телемеханики и связи для настройки приемных и передающих устройств на определенную частоту.

Резонансные кривые выражают зависимости полного сопротивления цепи , тока , напряжений , , угла сдвига фаз от частоты источника или сопротивлений , при постоянном напряжении источника питания.

На рис. 2.4 показаны графики тока и напряжений и в неразветвленной электрической цепи при переменной величине емкостного сопротивления .

Из графиков следует, что при резонансе напряжений ток в электрической цепи имеет наибольшее значение. Этот ток вызывает максимальное напряжение на индуктивном сопротивлении и максимальное напряжение на емкостном сопротивлении , которые в общем случае не совпадают друг с другом.

Рис. 2.4. Кривые зависимостей тока, напряжений на индуктивности и емкости от емкостного сопротивления

Описание блока цепей однофазного тока универсального лабораторного стенда

Напряжение на вход исследуемой однофазной цепи подается с автотрансформатора ЛАТР T1, который позволяет изменять однофазное напряжение частотой 50 Гц от 0 до 210 В с помощью переключателей с шагом 1 В и 10 В. Переключатель S42 служит для изменения пределов регулирования напряжения в диапазонах 0 В - 100 В и 110 В - 210 В. Напряжение на выходе ЛАТРа регулируются двумя переключателями: грубое регулирование - левый переключатель с шагом 10 В (от 0 до 100 В или от 110 до 210 В), точное регулирование - правый переключатель с шагом 1 В (от 0 до 10 В). Конечное значение выходного напряжения ЛАТРа определяется как сумма величин, установленных на переключателях. Включение автотрансформатора ЛАТР T1 осуществляется выключателем S45 “Вкл”.

В лабораторной работе используются индуктивность L2 и конденсатор C50. Величина индуктивности L2 изменяется с помощью переключателя (в позиции «1» - сердечник без зазора, в позиции «2» - сердечник с зазором и в позиции «3» - катушка без сердечника). Емкость конденсатора C50 изменяется путем набора батареи конденсаторов из набора от 0,1 мкФ до 16 мкФ с помощью отдельных выключателей S17 S26.

Включение исследуемой однофазной цепи осуществляется выключателем S12.

Размещено на Allbest.ru