1.Тема учебной программы: «Однофазные цепи переменного тока».
2.Тема работы: «Исследование параллельного соединения катушки и конденсатора».
3.Цель работы: Сформировать умения анализировать процессы в электрических цепях переменного тока с параллельным соединением катушки и конденсатора, определять основные показатели, характеризующие электрическую цепь.
4.Материально-техническое оснащение:
лабораторный стол с комплектом оборудования, электроизмерительные приборы, соединительные провода.
5.Теоретическая часть:
Если источник переменного напряжения (генератор) с частотой (f) подключить к электрической цепи, то в ней возникнут колебания силы тока той же частоты. Общей особенностью элементов электрической цепи является то, что при прохождении переменного тока они оказывают сопротивление, которое может быть активным (R), индуктивным (XL), емкостным (Xc). Колебания силы тока в отдельных элементах электрической цепи не обязательно должны совпадать по фазе с колебаниями напряжения.
Элементы цепи переменного тока, преобразующие электромагнитную энергию в тепло, называют активными сопротивлениями (обозначаются R). Активным сопротивлением обладают резисторы, лампы накаливания, электрические печи и т.д. В проводнике с активным сопротивлением (резисторе) колебания силы тока по фазе совпадают с колебаниями напряжения.
Индуктивностью (L) в цепях переменного тока обладают катушки реле, обмотки электродвигателей и трансформаторов. Они имеют сопротивление ХL - индуктивное сопротивление. Если к катушке индуктивностью L подключить синусоидальное напряжение, то в цепи будет протекать синусоидальный ток. При этом ток будет отставать по фазе от напряжения на π/2=90o.
Электроёмкостью (С) обладают конденсаторы, а также длинные линии электропередачи. Они имеют сопротивление Хс - емкостное сопротивление. Если к конденсатору емкостью C подключить синусоидальное напряжение, то в цепи будет протекать синусоидальный ток. При этом ток будет опережать по фазе напряжение на 90o.
Потребители с активным R, индуктивным ХL и емкостным ХC сопротивлениями в цепи переменного тока создают полное сопротивление Z:
Амплитуда силы тока на элементах цепи определяется законом Ома. Сила тока в цепи до разветвления по фазе может отставать от напряжения или опережать его.
Полная мощность S, передаваемая генератором потребителям, определяется из формулы: S=U∙I=I2∙Z (В∙А). Полная мощность состоит из активной мощности P=U∙I cosφ (Вт), которая преобразуется в теплоту и механическую работу и реактивной мощности Q=UIsinφ (Вар), которой генератор обменивается с приёмниками.
Коэффициент мощности cosφ характеризует долю активной мощности в составе полной мощности. Очевидно, что коэффициент мощности:
Уменьшение величины реактивной мощности при неименном значении активной мощности означает повышение коэффициента мощности. Из уравнения P=UI cosφ, следует, что повышение cosφ при неизменном напряжении U, приводит к уменьшению силы тока во всех звеньях системы электроснабжения и, следовательно, к уменьшению потерь активной энергии (мощности) на нагревание проводников. Поэтому принимают специальные меры к увеличению коэффициента мощности в электрических цепях.
При наступлении в цепи явления резонанса токов, колебания напряжения и тока в цепи совпадают по фазе, коэффициент мощности достигает наибольшего значения. Явления резонанса токов можно достичь, изменяя частоту переменного тока или индуктивность в цепи, или емкость в цепи.
Сила тока в резонансном режиме имеет минимальное значение, так как полное сопротивление цепи имеет минимальное значение (Z=R).
6.Практическая часть:
-анализ процессов в разветвленной цепи переменного тока;
- определение параметров цепи;
- построение векторной диаграммы токов.
6.1.Техника безопасности при выполнении работы:
Перед выполнением сборки цепей убедиться, что лабораторный стол обесточен. При выполнении работы не прикасаться к неизолированным проводам, соединительным зажимам и другим частям цепей, которые могут оказаться под напряжением. Любые изменения в схеме производить только после отключения питания. При возникновении во время выполнения работы неисправностей оборудования или приборов немедленно выключить напряжение питания и сообщить о неисправности преподавателю.
6.2.Описание выполнения задания:
- ознакомиться с измерительными приборами;
- определить предел измерения и цену деления приборов;
- определить технические характеристики приборов.
6.2.1.Собрать электрическую цепь по схеме (рис.1).
-предъявить собранную электрическую цепь преподавателю для проверки;
-убедиться, что указатель лабораторного автотрансформатора на рабочем столе установлен в положение «0 переменный ток»,
-включить напряжение на лабораторном столе, с помощью лабораторного автотрансформатора установить в цепи переменное напряжение порядка 110В-145В (по указанию преподавателя);
- переключатель конденсаторной батареи установить в положение «0»;
-определить показания всех измерительных приборов и записать их в таблицу1:
Таблица1
| № п./п. | Измерено | Вычислено | ||||||||||||||||
| U | I | P | Iк | Ic | Zк | Rк | XL | сosφк | φк | Xс | С | QL | Qc | Q | Z | сosφ цепи | φ | |
| В | А | Вт | А | А | Ом | Ом | Ом | Ом | мкФ | ВАр | ВАр | ВАр | Ом | |||||
-не изменяя напряжение в цепи, установить штыревой переключатель конденсаторной батареи в положение «1», определить показания всех измерительных приборов, записать их в таблицу1;
- переключатель конденсаторной батареи установить в положение «2», определить показания всех измерительных приборов записать их в таблицу1;
-провести опыты, установив переключатель конденсаторной батареи сначала в положение «3», затем «4», определить показания всех измерительных приборов, записать их в таблицу1.
6.3.Требования к оформлению отчета:
Отчет о лабораторной работе выполнить в тетради для лабораторных работ или на листах формата А4. В отчет должны быть внесены: № группы, ФИО учащегося. Отчет должен содержать название раздела, темы работы,
цели работы, схемы, графики, таблицы, основные расчетные формулы; таблицы и схемы электрических цепей чертить карандашом с применением чертежных инструментов.
-перечертить в отчет схему электрической цепи (рис.1) и таблицу1;
-рассчитать значение всех величин, указанных в таблице, по расчётным формулам, результаты вычислений записать в таблицу1:
- полное сопротивление катушки;
- активное сопротивление катушки;
XL=2πf- индуктивное сопротивление катушки или 
;
=QL - реактивная мощность катушки;
=cosφ -коэффициент мощности катушки;
- угол сдвига фаз между колебаниями напряжения и тока катушки (определить по математическим таблицам Брадиса);
, 
- ёмкостное сопротивление конденсатора;
- реактивная мощность конденсатора;
- реактивная мощность всей цепи;
- коэффициент мощности цепи, φ - угол сдвига фаз между колебаниями напряжения цепи и общим током, по расчетным значениям cosφ определить градусную меру угла φ;
(мкФ) - электроёмкость конденсатора, f = 50 Гц- частота переменного тока;
- полное сопротивление электрической цепи.
Постройте векторные диаграммы токов для всех опытов.
Для построения векторной диаграммы выберите масштаб для токов и напряжения. (Например: для тока 1см: 0,2А, для напряжения 1см: 20В).
Построение диаграммы токов начните с построения вектора напряжения. В горизонтальном направлении в выбранном масштабе отложите отрезок, соответствующий длине вектора напряжения 
на зажимах цепи.
Катушка со стальным сердечником в цепи является активно-индуктивной нагрузкой, поэтому ток в ней отстаёт по фазе от напряжения на угол φк.. Пользуясь транспортиром, под углом φк в направлении отставания от вектора напряжения , построить луч, на котором отложить отрезок, соответствующий длине вектора тока 
.
Ток в цепи с ёмкостью опережает напряжение на 90⁰. Вектор тока в конденсаторе 
построить по отношению к вектору напряжения под углом 90⁰в сторону опережения (от конца вектора вертикально вверх). Вектор тока неразветвлённой части цепи 
(вектор общего тока) построить в соответствии с уравнением первого закона Кирхгофа: = + , по правилам сложения векторов: от начала вектора к концу вектора . Примерный вид векторной диаграммы токов (рис. 2).
По результатам измерений и вычислений построить график зависимости силы тока в цепи от электроемкости конденсатора 
;
-построить график зависимости коэффициента мощности от электроемкости конденсатора сosφ=ƒ(C).
Графики рекомендуется построить вместе, совместив ось общей электроёмкости цепи. Примерный вид графиков (рис.3).
Проанализировать результаты измерений и вычислений, записать выводы.
6.4.Контрольные вопросы:
Назвать виды сопротивлений в цепях переменного тока.
Записать формулу зависимости индуктивного сопротивления от частоты переменного тока.
Записать формулу зависимости емкостного сопротивления от частоты переменного тока.
Перечислить основные признаки режима резонанса токов.
6.5.Используемая литература: 1) «Общая электротехника с основами электроники». И.А. Данилов, П.М. Иванов М. «Высшая школа»,2000г.
2) «Общая электротехника с основами электроники» В.С. Попов, С.А. Николаев М. 1980
Свириденко Э. А., Китунович Ф.Г. Основы электротехники и электроснабжение. Мн., 2008.
Отчет о выполнении
Лабораторная работа № ____
Учащийся группы № ______ _______________________________
(Ф.И.О.)
Тема программы:
Тема работы:
Цель работы:
Материально-техническое оснащение: Технические данные измерительных приборов:
амперметр …..
вольтметр…..
Отчет о выполнении практической части задания:
Схема электрической цепи.
таблица.
Расчетные формулы…..
графики.
Контрольные вопросы и ответы:
1)
2)
3)
4)
5)……
Выводы:
Преподаватель: _________________________ ______________________
(зачет/незачет) (Ф.И.О.)
Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования
«Республиканский институт профессионального образования»
Филиал «Индустриально-педагогический колледж»
Учебная дисциплина
«Электротехника с основами электроники»
Лабораторная работа № 8
Исследование трёхфазной цепи при соединении приёмников энергии в «звезду»
Специальности
2-02 06 31 Технический труд и черчение
2-36 01 06-02 Оборудование и технологии сварочного производства (по направлениям)
2-52 05 31 Оборудование и технологии мебельного производства (по направлениям)
Выполнил учащийся группы № …………….… …..
(Ф.И.О. учащегося)
