Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника


ФГОУ ВПО “САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ




МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

(МИНТРАНС РОССИИ)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ВОЗДУШНОГО ТРАНСПОРТА

(РОСАВИАЦИЯ)

ФГОУ ВПО “САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ”

 

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭЛЕКТРОНИКА

 

Часть 1. Электротехника

 

Методические указания к выполнению лабораторных работ

 

Для студентов факультетов КФ, ФЛЭ, ИТФ и ЗФ всех специализаций

 

Санкт-Петербург


Одобрено и рекомендовано к изданию

Методическим советом Университета ГА

 

Ш37(03)

 

 

Электротехника. Электроника. Часть 1. Электротехника: Мето­дические указания к выполнению лабораторных работ/ Университет ГА. С.-Петербург, 2011.

 

Методические указания составлены в соответствии с новыми образовательно-професси­ональными программами по дисциплине "Электротехника и электроника".

Предназначены для студентов факультетов КФ, ФЛЭ, ИТФ и ЗФ всех специализации.

Содержат шесть лабораторных работ.

Приведены краткие теоретические сведения, облегчающие подго­товку студентов к занятиям в лаборатории и защиту выполненных ра­бот.

Ил.24, табл.9.

 

 

Составители:

 

Рецензент

 

 

Университет гражданской авиации 2009

 

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

 

Лабораторные работы составлены в соответствии с программой курса "Электротехника". Выполнение одной работы рассчитано на два академических часа.

В лабораторных стендах используется напряжение 24...380 В, поэтому при выполнении работы необходимо неукоснительно выпол­нять требования техники безопасности.

Перед выполнением лабораторной работы студент должен по конспекту лекций, дополнительной литературе, изучить принцип действия и принципиальные электрические схемы исследуемой аппаратуры, подготовить протокол работы, куда должны войти: цель и задание к работе, краткие теоретические сведения, таблицы экспериментальных данных.

По методике, изложенной в каждой лабораторной работе, сту­денту необходимо последовательно выполнить все пункты задания, занеся в протокол паспортные данные изучаемой аппаратуры, ее принципиальные схемы, результаты эксперимента.

К защите лабораторной работы следует окончательно оформить отчет, построить необходимые графики и сделать выводы по работе.

При подготовке к защите целесообразно использовать кон­трольные вопросы, приведенные в конце каждой работы.

 

 


Лабораторная работа №1

 

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНОЙ ЦЕПИ С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ

СОЕДИНЕНИЕМ РЕЗИСТОРА, КАТУШКИ ИНДУКТИВНОСТИ И

КОНДЕНСАТОРА

 

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

 

Исследование явления резонанса напряжений и условий его воз­никновения в неразветвленной цепи переменного тока с последова­тельным соединением Р, L,С.

При этом необходимо:

- снять показания приборов при изменении значения емкости в цепи;

- рассчитать параметры электрической цепи до резонанса и в момент резонанса;

- построить кривые I,ν0, νL, cosφ=f(C)

- составить отчет.

 

2. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

 

Известно, что при подключении к зажимам цепи с последовательным соединением элементов R,L,С (рис. 1.1) синусоидального напряжения в ней потечет синусоидальный ток, мгновенное значение которого равно i =Im∙ sinω∙t. Для простоты начальная фаза тока Ψi=0$

ω=2π∙f,

где f- частота источника питания промышленной частоты. f=50 Гц.

Реактивные сопротивления цепи определятся как

ΧL= ω∙L=2π∙f;Χc= = ; Χ= ΧL- ΧC.

Если ХL > ХС, то в цепи преобладает индуктивная нагруз­ка, а угол сдвига фаз между током в цепи и напряжением

будет положительным, т.е. напряжение, подведенное к цепи, будет опережать ток в цепи.

Если ХС> ХL , то в цепи преобладает емкостная нагрузка и угол сдвига фаз между током в цепи и приложенным напряжением будет отрицательным, т.е. приложенное напряжение будет отставать по фа­зе от тока в цепи.

В частности, когда ХL= ХСсдвига фаз между током и напряжением цепи будет равен нулю,т.е. ток в цепи и приложенное напряжение совпадает по фазе.

Равенство этих сопротивлений может быть достигнуто изменением емкости или индуктивности. В данной работе явление резонанса достигается изменением емкости конденса­тора до резонансного значения Срез. Резонанс в цепи с последова­тельным соединением элементов R,L,C называют резонансом напряже­ния.

Действующее значение тока в цепи определяется законом Ома:

;где = =Ζ

Ζ -полное сопротивление цепи; U - действующее значение напряжения, прикладываемое к цепи.

Напряжения на элементах цепи:

UR=I∙R; UL=I∙ω∙L=I∙XL ; UС=I =I∙XС

Когда реактивные сопротивления становятся равными друг другу
ХL = ХCили 2π∙f∙L = s w:ascii="Cambria Math" w:h-ansi="Cambria Math" w:cs="Courier New CYR"/><wx:font wx:val="Cambria Math"/><w:b/><w:i/><w:sz w:val="18"/><w:sz-cs w:val="18"/></w:rPr><m:t>ПЂfc</m:t></m:r></m:den></m:f></m:oMath></m:oMathPara></w:p><w:sectPr wsp:rsidR="00000000"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>"> наступает взаимная компенсация ХL и ХC(по фазе они противоположны) и возникает явление резонанса напряжений. В этом случае ток в цепи достигает своего максимального значения, определяемого Imax= , где R-активное сопротивление цепи.

Из условия резонанса можно определить резонансную частоту ωp:

ωp∙L=1/ωp∙С

Делаем преобразование LC=1; отсюда получаем ωp= = , или fp=

Напряжения на реактивных элементах UL и UС могут оказаться больше напряжения U, приложенного к цепи. Это будет тогда, когда реактивные сопротивления ХL= ХCпревышают активное R, то есть

R<XLp=ωp∙L=L = =ρ.

Величина ρ= называется волновым характеристическим сопротивлением цепи.

Отношение напряжения на реактивных элементах цепи к напряже­нию на входе называется добротностью контура (цепи):

Qk= =

Явление резонанса напряжений достаточно опасно для электри­ческой цепи. Если заранее не учитывать явление резонанса напря­жений, то это мелет привести к авариям или повреждениям приборов и элементов цепи из-за резких "бросков" тока.

При анализе электрических цепей принято строить векторные диаграммы токов и напряжений ( рис.1.2;1.3,а,б,в ).

Если по горизонтали направить вектор общего для всех элемен­тов цепи тока I, то напряжение на активном сопротивлении R бу­дет совпадать по фазе с током, и его мгновенное значение будет определяться соотношением

UR=i·R

Если ток изменяется по синусоидальному закону I=Im·sinω·t ,то UR=R·Im·sinω·tили для действующего значения в комплексной форме:

К=R∙

Напряжение на катушке индуктивности

UL=L =ω·L·Im·sin(ωt+ или L=jωLI,

а напряжение на конденсаторе

UC= = Im·sin(ω·t- или L=-j I.

Для комплексных значений токов и напряжений векторная диаграмма на комплексной плоскости будет иметь вид, показанный на рис.1.2. А для действующих значений напряжений при различ­ных соотношениях реактивных элементов L и С векторные диаграм­мы представлены на рис 1.3,а,б,в.

 

3. ПРОГРАММА РАБОТЫ

 

1. Произвести измерение тока в цепи и напряжений на элементах R,L,C при изменении емкости конденсатора.

2. Отметить значения электрических величин при достиже­нии в цепи явления резонанса, когда ток достигает максимальной величины.

3. Построить векторные диаграммы тока и напряжений до ре­зонанса, когда преобладает индуктивная нагрузка, при наступле­нии резонанса и после резонанса, когда преобладает емкостная нагрузка.

 

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

Электрическая схема лабораторной установки приведена на рис.1.4

 

 

 

1. Установить движок ЛАТРа в крайнее левое положение.

2. Подать питание на лабораторный стенд, установив переклю­чатель В1 в положение "Вкл."'. Движком ЛАТРа установить входное напряжение на схему U=80 В.

3. Последовательно, набирая тумблерами на магазине емкостей значение C=0,2,4... Мкф, снять показания приборов и занести их в табл.1.1.

4. Настроить электрическую цепь в резонанс путем изменения емкости цепи. Определить значение резонансной емкости Срез. Измеренные величины при резонансе занести в табл.1.1. Момент резонанса, определить по достижению значения Imax - максимально­го тока в цепи.

5. Установку привести в исходное положение.

6. Рассчитать величины, указанные в табл. 1.1.
Расчеты производить по формулам;

а) емкостное сопротивление конденсатора

XC= = ,где f=50Гц; Xcp= ;

 

б) сопротивление R1= ;

 

в) индуктивное сопротивление цепи находится из условия резонанса

XL= Xcp= = ;

г) полное сопротивление катушки индуктивности

Ζk= ;

д) активное сопротивление катушки индуктивности

Rk= ;

е) активное сопротивление цепи

R=R1+Rk ;

ж) индуктивность цепи

L= = ;

з) угол сдвига фаз между током и напряжением в цепи

φ=arc tgt wx:val="Cambria Math"/><w:i/><w:spacing w:val="-10"/><w:lang w:val="EN-US"/></w:rPr><m:t>k</m:t></m:r></m:sub></m:sSub></m:e></m:d></m:den></m:f></m:e></m:d></m:oMath></m:oMathPara></w:p><w:sectPr wsp:rsidR="00000000"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>"> ;

и) напряжение на индуктивности

UL=I∙XL ;

 

7. Построить векторные диаграммы для случаев:

1. ХL > ХC

2. ХL = ХC

3. ХL < ХC

8. Построить графики зависимостей:

I,UL,UC, φ=f(c)

 

5. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

 

1. Цель работы

2. Электрическая схема лабораторной установки

3. Таблица с результатами измерений и вычислений

4. Расчетные формулы вычислений

5. Векторные диаграммы для трех режимов работы цепи

6. Графики зависимости I,UL,UC,φ=f(C)

7. Краткие выводы

 

6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

1. Сформулировать закон Ома для цепи с последовательным со­единением R,L,C,

2. По каким формулам определяются величины цепи?

3. Назовите условие резонанса напряжений в цепи.

4. Как определить резонансную частоту?

5. Почему при резонансе напряжений ток в цепи достигает мак­симального значения?

6. Чему равны угол сдвига фаз между напряжением и током и ко­эффициент мощности цепи при резонансе?

 


Лабораторная работа №2

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ ЦЕПИ ПРИ СОЕДИНЕНИИ

ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЗВЕЗДОЙ

 

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

 

Исследование трехфазной цепи при соединении потребителей звездой в различных режимах ее работы.

При этом необходимо:

- произвести измерения токов и напряжений в цепи при подклю­чении симметричной и несимметричной активной нагрузки;

- проверить соответствие между фазными и линейными величинами при подключении симметричной активной нагрузки;

- построить по опытным данным векторные диаграммы токов и напряжений при симметричной и несимметричной нагрузке фаз;

- установить влияние обрыва нулевого и линейного провода на работу трехфазной цепи.

 

2. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

 

При соединении трехфазных приемников звездой концы фаз соеди­нены в один узел и образуют нулевую или нейтральную точку О' (рис.2.1). Если источник (генератор) трехфазной ЭДС тоже соеди­нен звездой, то у него концы фаз также соединены в один узел и образуют нейтральную или нулевую точку 0 генератора.

Обычно нулевые точки генератора и приемника соединяются "ну­левым" (его еще называют "нейтральным") проводом, в общем слу­чае обладающим сопротивлением .

Начала фаз генератора соединяются с началами фаз приемника линейными проводами. При таком соединении фазные токи равны со­ответственно линейным токам, а ток в нулевом проводе

= +

Фазные напряжения генератора сдвинуты по фазе относительно друг друга на угол или на 1/3 периода.

Комплексы линейных напряжений выражаются через комплексы фаз­ных напряжений:

; = - ; = - (2.1)

Линейные напряжения (2.1) всегда сохраняют симметричный характер и практически всегда остаются постоянными, т.к. мощность генератора практически всегда больше мощности, потребляемой при­емником электрической анергии.

В такой трехфазной системе нагрузка может быть симметричной, когда = =

и несимметричной, когда ≠ ≠

При таком соединении фаз интересно рассмотреть следующие слу­чаи.

А. Соединение звездой с нулевым проводом, когда его сопротивление и сопротивления линейных проводов малы и ими можно пренебречь ( т.е. можно предположить, что сопротивления всех проводов равны нулю).

В этом случае фазные напряжения приемника будут равны фазным напряжениям источника

= ; = ; =

и представляют собой симметричную систему.

Токи в фазах, они же токи в линиях, будут определяться в соответствии с законом Ома:

= = ; = = ; = =

 

 

В этом случае нулевой провод, не имеющий сопротивления, обеспечивает независимую работу фаз как при симметричной, так и при несимметричной нагрузках.

Векторные диаграммы напряжений и токов, когда нагрузка чисто активная (угол сдвига между током в фазе и фазным напряжением равен нулю), приведены на рис.2.2,а (в случае симметричной нагрузки) и на рис.2.2,б (в случае несимметричной нагрузки).

Поделиться:

Дата добавления: 2015-04-16; просмотров: 119; Мы поможем в написании вашей работы!; Нарушение авторских прав

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Дополнительная. 1. Айала, Ф. Введение в популяционную и эволюционную генетику / Ф | 
lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2024 год. (0.007 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты