Поиск по базе сайта:
Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни \"Теоретичні основи електротехніки\" для студентів спеціальностей: 092206, 092204 всіх форм навчання icon

Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни "Теоретичні основи електротехніки" для студентів спеціальностей: 092206, 092204 всіх форм навчання




НазваМетодичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни "Теоретичні основи електротехніки" для студентів спеціальностей: 092206, 092204 всіх форм навчання
Сторінка3/4
Дата конвертації25.10.2014
Розмір0.69 Mb.
ТипМетодичні вказівки
1   2   3   4

^ 4.1.2 Векторні діаграми

ЕРС, напруга та струм – це скалярні величини, але для наочності та зручності їх можна зображати радіус-векторами. Довжина вектора дорівнює амплітудному (діючому) значенню, а кут відносно горизонтальної осі – початкові фази. Позитивні кути відраховують проти годинної стрілки. Сукупність векторів, що зображують струми та напруги одного електричного кола, називають векторною діаграмою.

Фазовий зсув між струмом і напругою на ділянці відкладається на діаграмі від вектора струму до вектора напруги.

Векторні діаграми можна будувати двома засобами:

- за даними обчислення струмів та напруг в комплексній формі діаграма будується на комплексній площині;

- за даними вимірювань треба спочатку якийсь струм чи напругу за основу побудови, прийняти його початкову фазу за нуль та відкласти відповідний вектор горизонтально. Наприклад, при послідовному з'єднанні за основу зручно прийняти вектор струму, який є однаковим для всіх елементів.

Векторні діаграми для окремих елементів електричного кола синусоїдного струму наведені на рис. 4.1.

Рисунок 4.1 – Векторні діаграми елементів кола

Якщо вектори напруг на окремих елементах або ділянках кола зображують в такому ж порядку (наступний з кінця попереднього), як ці ділянки поєднуються одна з одною, діаграму називають топографічною. За її допомогою зручно визначати напругу між двома довільними точками електричного кола як відстань між цими точками на діаграмі.
^ 4.1.3 Послідовне поєднання двох ідеальних елементів

При послідовному поєднанні двох резистивних елементів комплекс струму згідно закону Ома



(4.7)




Згідно другого закону Кірхгофа



(4.8)




Векторна діаграма для випадку послідовно поєднаних резистивного елементів наведена на рис. 4.2а.

Рисунок4.2 – Векторні діаграми для двох послідовно поєднаних елементів

При послідовному поєднанні резистивного та ємнісного елементів комплекс струму згідно закону Ома



(4.9)




Згідно другого закону Кірхгофа



(4.10)




Векторна діаграма для випадку послідовно поєднаних резистивного та ємнісного елементів наведена на рис. 4.2б.

При послідовному поєднанні резистивного та індуктивного елементів комплекс струму згідно закону Ома



(4.9)




Згідно другого закону Кірхгофа



(4.10)




Векторна діаграма для випадку послідовно поєднаних резистивного та індуктивного елементів наведена на рис. 4.2в.

На двох останніх векторних діаграмах утворилися прямокутні трикутники, які мають назву трикутника напруг. З трикутників напруг діюче значення повної напруги для двох послідовно поєднаних активного та реактивного елементів

,


(4.10)





^ 4.1.4 Енергетичні співвідношення в колі синусоїдного струму

В електричному колі постійного струму електрична енергія перетворюється в споживачах безповоротно перетворюється в інші види енергії. Швидкість цих перетворень характеризується активною потужністю Р. Вони відбуваються також і в колі синусоїдного струму. В колах синусоїдного струму відбувається обмін енергією між електромагнітним полем джерела та споживачів, а також між магнітним і електричним полем споживачів. Швидкість цих перетворень характеризується реактивною потужністю Q. Окрім активної та реактивної потужностей використовують поняття повної потужності S. Ця потужність використається для оцінки загальних можливостей електричного кола. Номінальні параметри пристроїв змінного струму задаються звичайно повною потужністю.



(4.11)




^ 4.1.5 Заступна схема котушки індуктивності

Котушка індуктивності в електричних колах використовується для створення магнітного поля. Під час проходження по ній струму вона нагрівається. Отже її заступна схема складається з двох елементів: резистивного та індуктивного (рис. 4.3). Тому виміряти напругу тільки на індуктивному або резистивному елементі неможливо. Якщо підмикнути вольтметр до затискачів котушки індуктивності, то він покаже значення повної напруги



(4.12)






Рисунок 4.3 – Заступна схема індуктивної котушки

^ 4.1.6 Методи визначення кутів зсуву фаз

Існують методи безпосереднього вимірювання куту зсуву фаз за допомогою спеціальних приладів. Коли таких приладів немає у наявності використовують скісні методи визначення куту зсуву фаз

Для двох послідовно поєднаних ідеального реактивного та активного елементів досить виміряти спади напруг на цих елементах



(4.13)




де - спад напруги на реактивному елементі.

Якщо виміряні струм, повна напруга та активна потужність для двох послідовно поєднаних ідеального реактивного та активного елементів, то кут зсуву



(4.1)




У формулах (4.13, 4.14) знак "+" відповідає поєднанню індуктивного та резистивного елементів, знак "-" – ємнісного та резистивного.

У випадку двох послідовно поєднаних активного елементів та котушки індуктивності (рис.4.4а) використовують графічний метод "зарубок". Для цього потрібно побудувати векторну діаграму (рис.4.4б).

Рисунок 4.4 – Коло з активним елементом і котушкою індуктивності

З початку координат відкладаємо вектор струму , потім будуємо у масштабі вектор спаду напруги на активному елементі (він збігається за напрямком з вектором струму). Далі радіусом U у масштабі з центру координат креслимо дугу. Потім радіусом з кінця вектора робимо зарубку на дузі. Вийшов косокутний трикутник з кутом зсуву фаз . Цей кут зсуву можна визначити за теоремою косинусів



(4.1)




^ 4.2 Порядок проведення підготовчої роботи

4.2.1 Вивчити теоретичний матеріал і підготувати усні відповіді на контрольні запитання.

4.2.2 Підготувати бланк звіту, до якого повинні входити мета роботи, схеми електричних кіл (рис. 4.5, 4.6), таблиці 4.1, 4.2 та розрахунок за п. 4.2.3.

4.2.3 Розрахувати кут зсуву фаз , повний , активний , індуктивний опори котушки індуктивності, активну, реактивну та повну потужності електричного кола схема якого наведена на рис. 4.4, якщо задано:

В, В, А,

де n – номер бригади, що задається викладачем.

^ 4.3 Опис лабораторної установки

Для виконання лабораторної роботи на стенді використовуються:

- джерело синусоїдного струму (затискачі А та В);

- постійний резистор ,

- котушка індуктивності ;

- блок конденсаторів С3-С7;

- вольтметри електромагнітної системи , ;

- амперметр електромагнітної системи ;

- ватметр електродинамічної системи W1.

^ 4.4 Порядок проведення роботи

4.4.1 Скласти електричне коло за схемою рис. 4.5. Конденсатор вибрати згідно вказівки викладача. Запросити викладача для перевірки вірності складання електричного кола.

Рисунок 4.5 – Схема кола з послідовним поєднанням резистора та конденсатора

Увімкнути за допомогою автомату на стенді джерело синусоїдного струму. Виміряти напругу джерела енергії U, спади напруг на резисторі та конденсаторі (за допомогою вольтметра ), струм I. Результати вимірювань занести в табл. 4.1. Вимкнути джерело енергії за допомогою автомата. Результати експериментів показати викладачеві.

Таблиця 4.1 – Результати експерименту за п.4.4.1

Виміряно

Обчислено




,

В

,

В

,

В

,

А

,

В

,

Ом

,

Ом

,

Ом

,

град

,

ВА

,

Вт

,

ВАр





































4.4.1 Скласти електричне коло за схемою рис. 4.6. Запросити викладача для перевірки вірності складання електричного кола.

Рисунок 4.6 - Схема кола з послідовним поєднанням резистора та котушки індуктивності

Увімкнути за допомогою автомату на стенді джерело синусоїдного струму. Виміряти напругу джерела енергії U, спади напруг на резисторі та котушці індуктивності (за допомогою вольтметра ), струм I, активну потужність Р. Результати вимірювань занести в табл. 4.2. Вимкнути джерело енергії за допомогою автомата. Результати експериментів показати викладачеві.

Таблиця 4.2 – Результати експерименту за п.4.4.2

Виміряно

Обчислено




, В

, В

, В

, А

, Вт

, Ом

, град

, Ом

, Ом

, Ом

, Ом

, град





































^ 4.5 Обробка результатів вимірювань та оформлення звіту

4.5.1 За результатами першого експерименту (п.4.4.1, табл. 4.1) зробити перевірку правильності вимірювань: та розрахувати:

- повний опір: , Ом;

- активний опір: , Ом;

- реактивний (ємнісний) опір: , Ом;

- кут зсуву фаз: , град;

- повну потужність: , ВА

- активну потужність: , Вт;

- реактивну (ємнісну) потужність: , Вар.

Результати розрахунків занести в таблицю 4.1 і побудувати векторну діаграму.

4.5.2 За результатами другого експерименту (п.4.4.2, табл. 4.2) розрахувати:

- повний опір: , Ом;

- кут зсуву фаз: , град;

- активний опір резистора: , Ом;

- повний опір котушки індуктивності: , Ом;

- реактивний (індуктивний) опір:

- активний опір котушки індуктивності:

- кут зсуву фаз у котушці індуктивності: , град.

Результати розрахунків занести в таблицю 4.2 і побудувати векторну діаграму.

^ 4.6 Контрольні запитання

4.6.1 Що таке кут зсуву фаз? Від чого він залежить?

4.6.2 Як поводять себе резистивні. ємнісні та індуктивні елементи в колах постійного та синусоїдного струму?

4.6.3 Які скісні засоби визначення кута зсуву фаз ви знаєте?

4.6.4 Що таке векторна діаграма, з якою метою її будують?

4.6.5 Що таке трикутник напруг, у якому випадку він прямокутний?

4.6.6 Що таке метод "зарубок", коли він використовується?

Лабораторна робота №5

^ ДОСЛІДЖЕННЯ НЕРОЗГАЛУЖЕНОГО ЕЛЕКТРИЧНОГО КОЛА СИНУСОЇДНОГО СТРУМУ

Мета роботи: оволодіти методикою застосування другого закону Кірхгофа до аналізу нерозгалужених електричних кіл синусоїдного струму; придбати навички аналізу таких кіл за допомогою векторних діаграм; ознайомитися з особливостями роботи електричного кола при послідовному сполученні котушки індуктивності та конденсатора.

^ 5.1 Короткі теоретичні відомості

5.1.1 Послідовне з'єднання елементів в електричному колі синусоїдного струму

При послідовному з'єднанні резистивного, індуктивного та ємнісного елементів (рис. 5.1) струм у всіх елементах однаковий, а геометрична сума діючих значень напруг на окремих елемента дорівнює діючому значенню напруги на вході схеми.

Рисунок 5.1 – Послідовне поєднання резистивного, індуктивного та ємнісного елементів

Закон Ома для діючих значень напруги та струму має вигляд



(5.1)




Другий закон Кірхгофа у комплексній формі



(5.2)




Побудуємо векторні діаграми для різних режимів роботи електричного кола (рис. 5.2).

Рисунок 5.2 – Векторні діаграми при різних режимах роботи кола

У випадку, коли , струм відстає від загальної напруги (), характер навантаження активно-індуктивний (рис. 5.2, а) У випадку, коли , струм випереджає загальну напругу (), характер навантаження активно-індуктивний (рис. 5.2, б).
^ 5.1. Режим резонансу напруг

У випадку, коли у колі має місце резонанс напруг. Повний опір кола буде дорівнюватися активному незважаючи на наявність індуктивного та ємнісного елементів, а струм досягає найбільшого значення та співпадає за фазою з загальною напругою (рис. 5.2, в).

Резонансна частота



(5.3)




У режимі резонансу напруга на індуктивному та ємнісному елементах може значно перевершувати загальну напругу. Співвідношення напруги на ємнісному елементі або рівної їй напруги на індуктивному елементі до загальної напруги називають коефіцієнтом резонансу або добротністю контуру



(5.4)




де - хвильовий опір кола.
^ 5.2 Порядок проведення підготовчої роботи

5.2.1 Вивчити теоретичний матеріал і підготувати усні відповіді на контрольні запитання.

5.2.2 Підготувати бланк звіту, до якого повинні входити мета роботи, схема електричного кола (рис. 5.3), таблиця 5.1 та розрахунок за п. 5.2.3.

5.2.3 Розрахувати струм та спади напруг на елементах кола, схема якого наведена на рис. 5.1, побудувати векторну діаграму, якщо задано

В, Ом, Ом, Ом,

де n – номер бригади, що задається викладачем.

^ 5.3 Опис лабораторної установки

Для виконання лабораторної роботи на стенді використовуються:

- джерело ЕРС синусоїдного струму (затискачі А, В на стенді);

- котушки індуктивності , ;

- батарея конденсаторів ;

- вольтметри електромагнітної системи , ;

- амперметр електромагнітної системи ,

- ватметр електродинамічної системи W1.

^ 5.4 Порядок проведення роботи

5.4.1 Скласти електричне коло за схемою рис. 5.3. Запросити викладача для перевірки вірності складання електричного кола.

Рисунок 5.3 – Схема нерозгалуженого електричного кола

5.4.2 Увімкнути стенд і виміряти потужність P, спад напруг на котушках індуктивності та конденсаторі , струм почергово підключаючи конденсатори С4, С5, С6, С7. Результати вимірювань занести в табл. 5.1. Вимкнути стенд. Результати вимірів показати викладачеві. Електричне коло розібрати.

Таблиця 5.1 - Результати експерименту



Виміряно

Обчислено




,

В

,

Вт

,

В

, А

, Ом

, Ом

, Ом

, Ом

, Ом

, В

, В

, ВА

, вар




















































































































































































5.4.3 Підключити вольтметр до затискачів джерела ЕРС синусоїдного струму. Увімкнути стенд і виміряти напругу на затискачах джерела ЕРС. Вимкнути стенд. Результати вимірів показати викладачеві. Електричне коло розібрати.
1   2   3   4



Схожі:




База даних захищена авторським правом ©lib.exdat.com
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації