Исследование цепи однофазного синусоидального напряжения с параллельным соединением приемников электрической энергии
Контрольная работа - Физика
Другие контрольные работы по предмету Физика
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/пНаименованное
прибораЗаводской
номерТипСистема
измеренияКласс
точностиПредел
измеренийЦена деления1ВольтметрЭ34ЭМ1.0300 В10 В2ВольтметрЭ34ЭМ1.0300 В10 В3АмперметрЭ30ЭМ1.55 А0.2 А4АмперметрЭ30ЭМ1.55 А0.2 А5АмперметрЭ30ЭМ1.55 А0.2 А6ВаттметрД539ЭД0.56000 Вт40 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 cos?.
Для первого приёмника
Для второго приёмника
Для двух приёмников
В соответствии с балансом активной и реактивной мощностей под P, Q, S, cos? 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 ?1 и ?2 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. ? = 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.
№UU1II1I2PК2ВАкол. дел.Вт12151101,352,111,51522151101,252,11,422032151101,222,11,633042151101,282,11,844052151101,32,124,54562151101,422,12,466072151101,782,12,888082151102,12,13,21010092151102,52,13,612,5125102151102,92,1415150112151103,352,14,418180122151103,92,1523,5235
3.По результатам опытов вычисляем величины, входящие в табл. 3.
Табл. 3. Расчетные данные
№P1S1QC1cos ?1S2QL2cos ?2xL2PScos ?LВтВАВАро.е.ВАВАро.е.ОмВтВАо.е.Гн1231451,5387,930,5116215214,480,070214,48246290,250,8480,6832231451,5387,930,5116301300,330,066153,23251268,750,9340,4883231451,5387,930,5116344342,690,087133,86261262,300,9950,4264231451,5387,930,5116387384,930,103118,80271275,200,9850,3785231451,5387,930,5116430427,640,105106,91276279,500,9870,3406231451,5387,930,5116516512,500,11688,98291305,300,9530,2837231451,5387,930,5116602596,660,13376,10311382,700,8130,2428231451,5387,930,5116688680,690,14566,47331451,500,7330,2129231451,5387,930,5116774763,840,16158,94356537,500,6620,18810231451,5387,930,5116860846,820,17452,93381623,500,6110,16811231451,5387,930,5116946928,720,19047,97411720,250,5710,15312231451,5387,930,511610751049,000,21941,96466838,500,5560,134
Вычислим эти величины для первого опыта:
Для остальных случаев вычисления аналогичны
4.Используя данные табл. 2 и табл. 3 рассчитаем активные и реактивные составляющие то-ков всех ветвей:
Для первого опыта:
Для остальных случаев вычисления аналогичны
Данные расчета занесены в табл. 4. В этой же таблице представлены численные значения индуктивности из табл. 3.
Табл. 4. Расчетные данные.
№LI1aI1pI2aI2pIaIpГнА10,6831,0741,8040,0700,9981,144-0,80720,4881,0741,8040,0931,3971,167-0,40730,4261,0741,8040,1401,5941,214-0,21040,3781,0741,8040,1861,7901,260-0,01450,3401,0741,8040,2091,9891,2840,18560,2831,0741,8040,2792,3841,3530,57970,2421,0741,8040,3722,7751,4470,97180,2121,0741,8040,4653,1661,5401