Файл: Инструкция по доступу прилагается к заданию в курсе.docx

Лекция 2.4. Мощность в цепи синусоидального тока. Коэффициент мощности. Уравнение баланса мощностей. Резонанс в электрических цепях.Цель работы – исследование параллельного включения R, L, Сэлементов в цепи синусоидального тока при изменении ёмкости.Задачи:

изучить условия возникновения и признаки резонанса токов;
научиться строить векторные диаграммы напряжений и токов, треугольники проводимостей и мощностей.

1. Порядок запуска виртуальной лабораторной работы (ВЛР)

1.1. Получите доступ к виртуальному рабочему столу. Инструкция по доступу прилагается к заданию в курсе.1.2. Откройте на виртуальном рабочем столе папку «Лабораторные работы», выберите папку «Professional group», в ней запустите двойным щелчком программу Выполнить. 1.3. Одинарным щелчком выберите группу «Электротехника (для неэлектрических специальностей».1.4. Из развернувшегося перечня выберите одинарным щелчком лабораторную работу «Параллельное соединение катушки индуктивности и конденсатора в цепях синусоидального тока. Резонанс токов».1.5. По одинарному щелчку Вам доступны файлы ВЛР: Методические материалы и Виртуальная лаборатория (рис.1). Рис.1. Файлы ВЛРВыход из Методических материалов - (стрелка «влево» на зеленом фоне в левом нижнем углу экрана). Выход из Виртуальной лаборатории – клавиша F10.!Используйте сочетание клавиш Ctrl+Alt, чтобы курсор мыши имел возможность свернуть или уменьшить размер окна виртуального стола. Тогда вы сможете работать и на своем компьютере за пределами виртуального рабочего стола, и возвращаться обратно (рис.2).

Рис.2. Личный рабочий стол и виртуальный.

2. Теоретическая часть

Если цепь, содержащую параллельно соединенные приемники Z₁, Z₂, Z₃ (рис.3), подключить к источнику синусоидального напряжения (формула 1): то токи всех приемников также будут изменяться по синусоидальному закону.Рис.3. Параллельное соединение R, L, C элементовДействующие значения токов ветвей можно определить по закону Ома (формула 2):Ток в неразветвленной части цепи в комплексной форме определяется как алгебраическая сумма токов ветвей (формула 3):Для электрической цепи, изображенной на рисунке 1, векторная диаграмма строится следующим образом (рис.4). Произвольно выбираем направление вектора напряжения . Строим вектор , который совпадает с вектором напряжения . К концу вектора прибавляем вектор тока , который, в свою очередь, имеет активную и реактивную (индуктивную) составляющие. Активная составляющая вектора тока совпадает с вектором напряжения , реактивная – отстает от вектора напряжения на угол 90º. К концу вектора тока прибавляем вектор тока , который также имеет две составляющие: активная составляющая совпадает по фазе с вектором напряжения

, а реактивная (емкостная) – опережает вектор напряжения на угол 90º. Вектор тока в неразветвленной части цепи получим, соединив начало первого вектора с концом третьего .

Рис.4. Векторная диаграмма напряжений и токов

Ток в неразветвленной части цепи аналитически можно определить из треугольника ОАВ (рис.2) по теореме Пифагора (формула 4):

Если применим понятия активной и реактивной проводимостей, то ток в неразветвленной части цепи найдется по формуле 5:

где , , – активные проводимости ветвей; , – реактивные (индуктивная и емкостная) проводимости ветвей.

Если какая-то ветвь имеет активно-реактивный характер, то активная и реактивная проводимости определяются по формуле 6:

Треугольники проводимостей и мощностей подобны треугольникам токов, но стороны этих треугольников – скалярные величины (рис.5). Так для электрической цепи (рис. 3) треугольники проводимостей и мощностей будут подобны треугольнику ОАВ (рис.4).

Рис.5 Треугольники проводимостей и мощностей

Если в параллельной электрической цепи , то полная проводимость определяется по формуле 7:

Фазовый сдвиг между векторами напряжения и тока

, следовательно, два указанных вектора совпадают по фазе. Такой режим называют резонансом токов. Коэффициент активной мощности при резонансе . В режиме резонанса ток в неразветвленной части цепи становится минимальным. На практике подключение конденсатора параллельно катушке индуктивности используют для повышения коэффициента активной мощности.

3. Оборудование

3.1 Активные клавиши

Для работы в этой лабораторной работе применяются следующие клавиши (рис. 6):W, S, A, D – для перемещения в пространстве; F2, Е – аналоги средней клавиши мыши-манипулятора (при первом нажатии берется объект, при последующем - ставится); Ctrl – присесть;F10 – выход из программы.Рис. 6. Активные клавиши клавиатуры и мыши-манипулятораЛевая клавиша мыши (1) - при нажатии и удерживании обрабатывается (поворачивается, переключается) тот или иной объект.Средняя клавиша (2) - при первом нажатии (прокрутка не используется) берется объект, при последующем - ставится (прикрепляется). Правая клавиша (3) - появляется курсор-указатель (при повторном - исчезает).Примечание: при появившемся курсоре невозможно перевести взгляд вверх и в стороны.

3.2 Оборудование для лабораторной работы

Рис. 7. Внешний вид лабораторного стендаВ лаборатории у стены находится стенд (рис.7) для проведения испытания. Стенд состоит вертикальной и горизонтальной панелей.Вертикальная панель содержит элементы схемы и разделена на 2 зоны. Линиями красного цвета изображены провода, соединяющие схему.На схеме присутствуют элементы управления (рис.8) - регулируемые сопротивления на 68 Ом. Изменение сопротивления происходит за один оборот (360°) - от 0 до 68 Ом.Рис. 8. Одно из регулируемых сопротивленийЭлемент управления на панели №2 (рис.9) - набор конденсаторов с кнопками справа. Кнопка за одно нажатие «вжимается» внутрь и находится в таком состоянии до выключения. Общая емкость составляет сумму всех включенных кнопок. Красная кнопка - ключ: замыкает и размыкает схему. Если красная кнопка вдавлена внутрь - схема замкнута.

Рис. 9. Вид панели №2На горизонтальной панели находится источник питания (рис.10) (от 0 до 220 В) переменного тока. Регулировка напряжения осуществляется при помощи поворотного регулятора (ЛАТРа) снизу источника. Для включения источника питания в работу необходимо:

Включить сеть стенда (кнопка ВКЛ слева - загорится лампочка СЕТЬ, выключение - кнопкой ВЫКЛ).
Включить кнопку под лампочкой (два положения: вдавлена внутрь - включено, загорается лампочка; не вдавлена - выключено).

Рис.10. Источник питания

4. Порядок выполнения работы

Запустите файл «Виртуальная лаборатория» из п.1.5.4.1. На стенде собрана цепь по схеме рис.11.Рис.11. Исследуемая электрическая цепь4.2. Включите стенд в сеть. Включите источник питания.4.3. Установите ЛАТРом напряжение и поддерживаете его неизменным в течение всего эксперимента.4.4. Изменяя ёмкость батареи конденсаторов нажатием кнопок на панели №2, добейтесь резонанса тока в цепи (ток неразветвленной части цепи минимальный). Снимите показания приборов и занесите в таблицу1 (Бланк выполнения лабораторной работы № 2).Таблица 1Экспериментальные данные исследуемой электрической цепи