Программа работы и порядок ее выполнения

1. Исследовать явление резонанса токов в цепи с параллельным соединением катушки индуктивности и конденсатора.

а) Ознакомиться с оборудованием рабочего места и измерительными приборами, используемыми при выполнении работы.

б) Собрать электрическую цепь согласно электрической схеме, представленной на рисунке 3.4.

Рисунок 3.4 — Схема лабораторной установки

В данной электрической схеме использованы электроизмерительные приборы: РА – амперметр Э514 0÷1А;

PV – вольтметр Э365 0÷250 В;

Pj — фазометр ; PW — ваттметр;

РА1, РА2 – амперметры Э365 0÷2А.

в) При помощи лабораторного автотрансформатора (ЛАТр) установить на входе электрической цепи напряжение U = 100 В и поддерживать его во время опыта неизменным. Не производя записей результатов измерений, убедиться, что при изменении ёмкости конденсатора от нуля до наибольшего возможного значения общий ток сначала убывает, а затем начинает возрастать. Такое же изменение угла j будет при этом наблюдаться на фазометре. Эти явления свидетельствуют о возможности увеличения коэффициента мощности нагрузки, а следовательно, и коэффициента полезного действия цепи путем параллельного подключения конденсатора С к катушке индуктивности, используемой в виде нагрузки.

г) Изменяя соответствующими переключателями на лабораторном стенде величину ёмкости конденсатора исследуемой цепи от 5 мкФ до наибольшего ее значения, произвести не менее пяти измерений. При этом обязательно найти резонанс токов, до резонанса выполнить два измерения и после резонанса осуществить не менее двух измерений. Результаты измерений занести в таблицу 3.1.

Таблица 3.1

Измерено

Вычислено

C, мкФ

U, В

I, A

I1, A

I2, A

j,

cosj

S, ВА

P, Вт

Q, ВАр

bC,

bL,

g,

2. Вычислить величины S, P, Q, b_C, b_L, g и результаты занести в таблицу 3.1.

При вычислениях можно использовать следующие формулы:

–полная мощность электрической цепи

S = UI;

– активная и реактивная мощности цепи

Р = UIcosj, Q = UIsinj ;

– реактивная составляющая проводимости ёмкостной ветви

b_C = ,

активной составляющей проводимости ёмкостной ветви можно практически пренебречь;

– реактивная составляющая проводимости индуктивной ветви b_L и активная составляющая проводимости этой ветви g связаны между собой зависимостью:

,

где y₁ — полная проводимость индуктивной ветви.

Отсюда .

Значение полной проводимости индуктивной ветви y₁ можно определить из очевидной зависимости: y₁ = .

Если учесть, что мы пренебрегали активной составляющей проводимости ёмкостной ветви и считаем имеющей активную составляющую проводимости только индуктивную ветвь, появляется возможность воспользоваться равенством:

,

где g — активная составляющая проводимости цепи двух параллельных ветвей.

Дальнейшее определение g₁ не составляет труда, так как известно, что активная составляющая проводимости цепи и активная составляющая потребляемой мощности связаны зависимостью

Р = gU².

Отсюда .

3. Компенсация реактивной мощности.

а) Отключить конденсаторы, оставив в схеме только активно-индуктивную нагрузку.

б) При помощи лабораторного автотрансформатора (ЛАТр) установить на входе электрической цепи напряжение U = 100 В. Произвести измерения, необходимые для заполнения первой строки таблицы 3.2.

Таблица 3.2.

в) Вычислить реактивную мощность Q и значение ёмкости конденсатора С, необходимое для ее компенсации до уровня, указанного преподавателем.

г) Набрать на батарее конденсаторов необходимую ёмкость и произвести компенсацию реактивной мощности. Данные внести в таблицу 3.2.

Сравнить результаты измерений, полученные до и после компенсации (включения конденсатора в цепь). Сделать выводы.

4. По результатам проведенных исследований

а) построить векторные диаграммы токов и напряжения, отвечающих дорезонансному, резонансному и послерезонансному режимам цепи;

б) построить графики изменения I, I₁, I₂, cosj в зависимости от изменения ёмкости конденсатора С (построение всех графиков произвести в одной координатной системе);

в) построить векторные диаграммы и треугольники мощностей до и после компенсации реактивной мощности.

Содержание отчета

1. Название и цель работы.

2. Конспективная запись изученного теоретического материала в соответствии с программой работы.

3. Схемы исследований и таблица экспериментальных и расчетных данных.

4. Векторные диаграммы токов и напряжений.

5. Графики опытных и расчетных зависимостей, полученных в работе.

6. Основные выводы по результатам работы.