Исследование однофазной цепи

Цель работы:

1. Исследовать явления, происходящие в цепи переменного тока

при параллельном соединении элементов. Понять явление

компенсации сдвига фаз и установить влияние компенсирующей

емкости на электрические параметры цепи.

2. Научиться вычислять параметры цепи.
3. Научиться анализировать работу цепи с помощью построенных

по данным опыта векторных диаграмм токов и напряжения

Приборы и оборудование:

1. Регулируемый источник напряжения переменного тока

( клеммы А′В′).

2. Индуктивные катушки L1, L2, L3.
3. Батарея конденсаторов C.
4. Ваттметр.
5. Амперметр.
6. Вольтметр.
7. Монтажные провода 7 шт., щуп для подключения амперметра.

          Теоретическая часть:

     Переменным  называется ток ,который изменяется во времени по величине и по направлению. Если его мгновенные значения и направления через равные промежутки времени (периодически) повторяются, то его называют периодически изменяющимся.

Однофазной электрической цепью синусоидального тока называют цепь, содержащую один или несколько источников электрической энергии переменного тока, имеющих одинаковые частоту и начальную фазу. 
Параметры синусоидальной электрической цепи

Как известно, переменный ток во всех участках электрической цепи с резистором R, индуктивной катушкой L и конденсатором С может существовать длительно и как ток проводимости, и как ток смещения.

Сопротивление резистора из-за явлений вытеснения тока к поверхности проводника несколько возрастает и тем больше, чем больше частота тока в резисторе. При переменном напряжении на зажимах конденсатора в диэлектрике, заключенном между его электродами, электрическая энергия преобразуется в энергию электрического поля и запасается. Нельзя себе представить ток без магнитного поля так же, как и магнитное поле без тока. Это в равной степени относится как к постоянному, так и переменному токам. При переменном токе переменным будет и магнитный поток, следовательно, в каждом элементе электрической цепи будет наводиться эдс самоиндукции, будет накапливаться энергия и, наконец, преобразование электрической энергии в тепловую, как необратимый процесс, происходит непрерывно во всех элементах электрической цепи. При этом не только резисторы, но и катушки индуктивности, а также конденсаторы обладают электрическим сопротивлением, и при наличии тока в них происходит выделение теплоты.

Таким образом, все элементы электрической цепи обладают одновременно: индуктивностью L, емкостью С и электрическим сопротивлением R.

В реальной цепи на одном каком-либо участке, например в конденсаторе, преобладает электрическое поле; в катушках индуктивности преобладает магнитное поле. Поэтому, отвлекаясь от действительной картины сложных физических явлений, будем считать, что, например, резистор в цепи переменного тока обладает активным сопротивлением и для него пренебрежимо малы L и С. В дальнейшем параметр резистивного элемента R в цепи будем характеризовать как активное сопротивление переменному току, а его значение определять степенью выделения энергии — тепловой, механический и т. д.

В двух других элементах (L и С) энергия магнитного и электрического полей периодически с частотой тока изменяется. Это, как известно из физики, связано с возникновением электродвижущих сил еL и еC, направленных против приложенного к этим элементам напряжения. Поэтому элементы L и С в электрической цепи переменного тока называют реактивными, а их способность противодействовать переменному току, называют реактивным сопротивлением элементов. Для элемента L это сопротивление называют индуктивным и обозначают ХL, для элемента С - емкостным сопротивлением и обозначают ХC

Отношение активной мощности Р к полной S называют коэффициентом мощности cosφ. Он показывает, какую долю всей вырабатываемой источником мощности составляет активная мощность.

 

 

Практическая часть:

 

 

 

 

 

       Данные  эксперимента:

 

№ опыта	Условие опыта	U, В	I0, A	IK, A	IL, A	Р, Вт	f, Гц
1	L	70	1,74	1,74	0	77,5	50
2	C	70	0,64	0	0,64	0	50
3	L, C	70	1,34	1,74	0,64	80	50

 

Расчёт параметров исследуемой цепи

1. сosφk=

φk=51

сosφ0=

φ0=51

Zk=

Rk= Zk* сosφk=40,23*0.636=25,586 Ом

XL= Zk2- Rk2=31,05 Ом

L=

2. сosφ0=

φ0=-90

XC=ZC=

XC=

3. сosφ0=

φ0=31

 

Данные расчета параметров цепи:

 

№ опыта	сosφk	φk	Cosφ0	φ0	Zk,Ом	Rk,Ом	ХL,Ом	L,Гн	XC,Oм	C, мкФ
1	0,636	51	0,636	51	40,23	25,59	31,05	0,099	-	-
2	-	-	0	-90	-	-	-	-	109,375	29,1
3	-	-	0,853	31	-	-	-	-	-	-

 

 

 

 

 

 

 

ВЫВОДЫ

1. При последовательном соединение элементов RLC ток в цепи одинаков, напряжение на разных элементах различно, при этом напряжение на катушке и конденсаторе направлены встречно.

2. При таком соединение возможно возникновение резонанса напряжений,

когда XL=XC. Теоретические предположения подтверждены экспериментально, а погрешность расчета и построения диаграммы не превышает нормы.