Электротехника с основами электроники

Костромская государственная
сельскохозяйственная академия
Кафедра ТОЭ и автоматики
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к лабораторным работам по курсу
"Электротехника с основами электроники"
для студентов факультета
Механизации сельского хозяйства
1 цикл
Составители: ст.преподаватель
Смирнов В. Б.,
доцент, к. т. н. Смирнов Л.А.
Кострома — 2000

Методические указания клабораторным работам по электротехнике с основами электроники (1 цикл). Длястудентов факультета механизации сельского хозяйства. — Кострома: издательство Костромской государственнойсельскохозяйственной академии, 2000.
Методические указания содержатописания лабораторных работ, которые студенты факультета механизации сельскогохозяйства выполняют в первом семестре после начала изучения курса «Электротехникас основами электроники» и включают в себя разделыэлектрических цепей постоянного тока, однофазного переменного тока и некоторыевопросы магнитных цепей.
Рекомендовано методическойкомиссией факультета электрификации и автоматизации сельского хозяйства КГСХА
Протокол № 2 от15.12.99
Костромская государственнаясельскохозяйственная академия, 2000.
 Общие требования по выполнению лабораторных работ
Изучите по методическимуказаниям и конспекту лекций теоретические вопросы, относящиеся к темепредстоящей работы. Ознакомьтесь с содержанием и порядком выполнения работы.
В тетради для лабораторных работнапишите номер, название и цель работы, начертите схему исследованияэлектрической цепи и таблицу для записей результатов опытов и расчетов.
Соберите цепь по заданной схеме.Вначале рекомендуется соединить все последовательно соединенные элементы, атолько затем подключить элементы, включаемые параллельно. Проверитьправильность соединения цепи. Включать цепь под напряжение только послеразрешения преподавателя.
При проведении опытов следуетвыполнять требования по технике безопасности:
перед началом сборки схемынеобходимо убедится в том, что стенд выключен;
не применяйте провода споврежденной изоляцией, наконечники
проводов надежно зажимайтеклеммами;
о включении стенда необходимопредупредить всех членов группы;
при появлении во время работыискр, запаха, дыма или других признаков ненормальной работы оборудованиянеобходимо немедленно отключить стенд и сообщить об этом преподавателю;
запрещается самовольно устранятьнеисправности электрооборудования;
при несчастном случае следуетнемедленно сообщит об этом преподавателю.
Разбирать схему следует толькопосле проверки преподавателем результатов опытов.
Произведите необходимые расчетыи графические построения и сделайте выводы по работе.
Методические указания к лабораторной работе № 1
 
ОЗНАКОМЛЕНИЕ С ОБОРУДОВАНИЕМИ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫМИ ПРИБОРАМИ. СБОРКА СХЕМ И ПОИСК НЕИСПРАВНОСТЕЙ ВЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ
Цель работы:
получить практические навыки почтению схем, сборке электрических цепей, контролю технического состоянияэлектротехнических изделий.
1. Основные теоретическиеположения.
Электрическая цепьпредставляет собой совокупность отдельных элементов, соединенных между собойопределенным образом, и предназначена для протекания электрического тока.
Соединение элементов между собойможет производиться безразборными (пайка, сварка, прессование) и разборными(болтовое, штепсельное, клеммное и т.д.) методами в зависимости от поставленнойзадачи и требований технологии. В электрической цепи происходит преобразованиеэлектрической энергии: механическая и химическая переходят в электрическую,а электрическая в тепловую, световую., механическую и т.д. В состав цепи могутвходить источники электрической энергии, потребители, соединительные провода,аппараты управления, защиты и сигнализации, электроизмерительные приборы,преобразующие устройства и т.д.
Электрические цепи могут быть неразветвленнымии разветвленными. Узлом называют такую точку электрической цепи,где соединяется более двух проводников. Ветвью называют участок цепи,заключенный между двумя узлами, на протяжении которого сила тока имеет одно ито же значение. Все элементы электрической цепи имеют графические и условныебуквенные обозначения на схемах, выполняемые в соответствии с требованиями ГОСТ.
2. Электрические цепиобязательно содержат источники электрической энергии. Частона схемах сами источники не изображаются, но обозначаются клеммы электрическойсети, от которой питается цепь. Стандартная электрическая сеть имеет трехфазноенапряжение 380/220 В и не всегда пригодна для нормальной работы исследуемойцепи. Поэтому могут применять дополнительно трансформаторы и различные регуляторынапряжения. Для регулирования переменного однофазного напряжения частоиспользуют лабораторный автотрансформатор (ЛАТР). Перемещаядвижок по его обмотке, можно изменять выходное напряжение от 0 до 250В (рис.1).
Рис.1 Схема подключенияавтотрансформатора/> />

Если в лаборатории требуетсяпостоянное напряжение, то можно использовать аккумуляторы и выпрямители.Постоянное регулируемое напряжение можно получить, если применить ЛАТР ивыпрямитель.
Часто для лабораторных работиспользуют пониженное трехфазное и однофазное напряжение, а также источникиэнергии с регулируемой частотой напряжения. На табличках оборудованияуказываются их номинальные данные.
3. В качестве потребителейэлектрической энергии могут быть использованы реостаты, лампы накаливания.На табличке (бирке) реостатов и ламп накаливания указаны их номинальныеданные: напряжение, ток, мощность, сопротивление. Следует иметь ввиду, чтодействительные значения параметров могут отличаться от номинальных в пределах±10… 20%.
В цепях переменного напряжения вкачестве нагрузки используются также конденсаторы, катушки индуктивности сплавным или дискретным регулированием параметров (изменением площади пластинконденсатора, расстояния между обкладками и т.д.; изменением числа витковкатушки индуктивности, воздушного зазора магнитопровода, изменением взаимногорасположения катушки и магнитопровода). В качестве нагрузки можно использоватьэлектродвигатели, преобразователи и т.д.
4. Для защиты от перегрузок икоротких замыканий применяют автоматические выключатели, предохранителии специальные электронные устройства. Они разрывают цепьнагрузки при отклонении условий работы от номинальных. В схемах лабораторныхработ защитные устройства обычно не указываются. Питание цепей постоянного токадля полупроводниковых устройств производится от блоков с электронной защитой,срабатывающей за тысячные доли секунды и возвращающейся в исходное состояниепосле устранения ненормального режима.
5. Для контроля электрическихпараметров цепей применяют амперметры, вольтметры, ваттметры, омметры,осциллографы, комбинированные приборы и т.д. Приборы бываютщитовые и переносные, предназначенные для измерений на постоянном илипеременном токе. Они могут быть одно — и многопредельными, могут иметьразличные конструктивные особенности.
Согласно ГОСТ 23217-78 дляэлектроизмерительных аналоговых приборов с непосредственным отсчетомустановлены следующие условные обозначения, наносимые на них.
Основные единицы измерения и ихкратные и дольные значения: например, килоампер — кА, ампер — А, миллиампер — мA, микроампер — мкА.
Род тока: постоянный,обозначается знаком " — ", переменный — " ~ ", постоянныйи переменный — " — ", трехфазный — " ".
Безопасность. Внутрипятиконечной звездочки указана цифра испытательного напряжения в киловольтах.Если стоит цифра, то это означает, что прибор испытанию прочностиизоляции не подлежит. Если внутри звездочки не указана цифра, то это означает,что испытательное напряжение равно 500 В.
/>/>Используемое положение.Прибор применять при вертикальном положении шкалы — ^; прибор применять при горизонтальном положении шкалы — />; приборприменять при наклонном положении (под углом, например 60°) — Ð 60°; прибор должен ориентироватьсяв направлении внешнего магнитного поля "p®N".
Класс точности. Класс точностиуказывают на приборе соответствующей цифрой, например: 0,5; 1,0; 1,5 и т.д.
Общие условные обозначенияпринципа действия электроизмерительных приборов:
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
Для измерения электрическихвеличин в широких пределах используют многопредельные электроизмерительныеприборы. Для перевода с одного предела измерений на другой такие приборыснабжены переключателями (поворотными или кнопочными) или дополнительнымиклеммами. Пределы измерений следует устанавливать в зависимости от ожидаемогозначения электрической величины таким образом, чтобы прибор не оказалсяперегруженным. В то же время нельзя завышать предел измерения, так как в этомслучае стрелка прибора будет отклоняться на малый угол и точность измеренияснизится. Например, вольтметр имеет пределы измерения: 75, 150, 300, 450 В, анапряжение источника — 220 В. Следовательно на приборе необходимо установитьпредел измерения 300 В.
Цена делениямногопредельного прибора (С) определяется как частное от деления предела,указанного на переключателе, на число делений, обозначенное цифрой на концешкалы. Например, у амперметра, имеющего на шкале 100 делений, напределе 2 А цена деления составит 0,02 А, а у вольтметра, имеющего 150 делений,цена деления на пределе 75 В составит 0,5 В.
Цена делениямногопредельного ваттметра равна произведению пределов измерения напряжения исилы тока, деленному на число делений шкалы прибора. Так, ваттметр,имеющий шкалу на 150 делений, с пределами по току 5 А и по напряжению 300 В,будет иметь цену деления, равную 10 Вт. Порядок выполнения работы:
1. Ознакомиться со всемиприборами стенда. Записать технические характеристики нескольких приборов (поуказанию преподавателя) и определить их цену деления.
2. Ознакомиться с аппаратуройстенда, записать технические характеристики.
3. Измерить ЭДС всех источников.
4. Составить схему споследовательным соединением нескольких резисторов. В схеме предусмотретьприборы для измерения тока, напряжения и мощности. После проверки правильностисоставленной схемы преподавателем собрать ее на лабораторном стенде ипроизвести необходимые измерения электрических величин.
5. Повторить п.4 с параллельнымсоединением резисторов.
6. Повторить п.4 со смешаннымсоединением резисторов.
Пример составленной схемыпредставлен на рис.2.
/>
Рис.2. Варианты подключенияизмерительных приборов и нагрузки
Чтобы быстро и правильно собратьна стенде электрическую цепь, не запутавшись в ней, необходимо собрать сначалавсе последовательные цепи, а уже затем присоединить все параллельные цепи.
7. Результаты измерений, а такжетехнические характеристики приборов и оборудования, представить в виде таблицпроизвольной формы.
8. После окончания работыотключить питание стенда, разобрать схему.
9.Составить краткие выводы по работе.
3. Контрольные вопросы
1. Из каких элементов состоитэлектрическая цепь и каково их назначение?
2. Что называют узлом и ветвьюэлектрической цепи?
3. Каков порядок сборкиэлектрической цепи?
4. Какие системыэлектроизмерительных приборов вы знаете?
5. Как условно изображаютсистемы электроизмерительных приборов?
6. Какие условные обозначениянаносят на шкалы приборов?
7. Начертите схему включенияамперметра, вольтметра, ваттметра.
8. Как поступить, если стрелкаприбора в отключенном состоянии отклонилась влево (вправо) от нулевой отметки?
Как поступить, если стрелкаприбора отклонилась за максимальное деление шкалы?
10. Как поступить, если стрелкаваттметра отклонилась влево от нулевой отметки?
11. Как определить цену делениякомбинированного (многопредельного) прибора?
12. Как измерить ЭДС аккумулятора?
13. Два одинаковых сопротивлениясоединены последовательно (параллельно). Чему равно результирующеесопротивление?
14. Что будет, если висследуемой цепи поменяли местами амперметр и вольтметр?
Методические указания к лабораторной работе №2
 
ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫАККУМУЛЯТОРОВ
Цель работы
Изучить режимы работыаккумулятора как источника постоянного тока, определить его внутреннесопротивление, проанализировать энергетические соотношения и особенности работыаккумуляторов при их последовательном и параллельном соединении.
1. Основные теоретическиеположения.
Аккумулятор является химическимисточником энергии. Его основными параметрами являются электродвижущая сила (ЭДС)Е и его внутреннее сопротивление RВ. ЭДС характеризуетспособность источника энергии создать ток в электрической цепи, она численноравна напряжению между его зажимами при отсутствии тока (холостой ход, нагрузкаотключена), и внутри источника направлена от отрицательного зажима кположительному (рис.1).
Если к аккумулятору подключитьнагрузочный реостат с сопротивлением R, то в цепи возникает ток,величина которого определяется по закону Ома для электрической цепи с ЭДС
/> (1)
Преобразуем это выражение иполучим формулу зависимости напряжения на зажимах приемника от тока нагрузки(рис.1)
/>
Так как IR=U, то U=E-IRB.(2)
Величина внутреннего сопротивленияаккумулятора RB практически постоянна и составляет сотые долиОм, поэтому падение напряжения на внутреннем сопротивлении аккумулятора I/>RBрастет пропорционально току нагрузки. Таким образом, величина напряжения назажимах аккумулятора (приемника) будет уменьшаться с увеличением тока нагрузки.При этом внутри аккумулятора теряется часть мощности, />. Величина выделившейсятепловой энергии определяется по закону Джоуля-Ленца.
/>ч,(3)
где t — время прохождения тока,ч.
Следовательно, внутреннеесопротивление — параметр, характеризующий тепловые потери в источнике ивлияющий на его энергетические характеристики. Внутреннее сопротивлениеаккумулятора может быть определено на основании закона Ома по данным режимов холостогохода и какого-либо рабочего режима
/> (4)
или по эмпирической формуле для100% заряженного аккумулятора (кислотного) при температуре 20°С
/>,(5)
где Uном — напряжениена зажимах аккумулятора при номинальном разрядном токе, В;
Q — емкость аккумулятора, А×ч.
Величина внутреннегосопротивления аккумулятора может быть определена по его внешней характеристике- зависимости напряжения на зажимах аккумулятора от тока нагрузки. Напряжениена зажимах аккумулятора линейно зависит от силы тока и нагрузки и графическиизображается в виде прямой линии, пересекающей оси I и U (рис.2). Точкапересечения с осью U (I=0, R¥,режим холостого хода) дает величину ЭДС, а точка пересечения с осью I (U=0,R=0, режим короткого замыкания) дает величину тока в нагрузке при сопротивлениивнешней нагрузки, равной нулю. В этом случае:
E=IK×RB и />, (6)
где IK — токкороткого замыкания.
Если известна только частьвнешней характеристики (рис.2), то внутреннее сопротивление аккумулятора можноопределить по формуле
/>,Ом (7)
Важнейшими эксплуатационнымипараметрами аккумулятора являются также его зарядный и разрядный токи,максимальная мощность, отдаваемая в нагрузку и коэффициент полезного действия.Эти величины указываются в паспортных данных аккумулятора. При практическихрасчетах величина зарядного тока принимается
/>,А — кислотные аккумуляторы (8)
/>,А — щелочные аккумуляторы (9)
Величина разрядного тока зависитот мощности нагрузки, а его номинальное значение равно примерно зарядному току.Максимальное значение разрядного тока Iраз. max=3×Q для кислотных стартерныхаккумуляторных батарей (пуск стартера). Коэффициент полезного действия h равен отношению полезной мощности приемникаР2 ко всей мощности источника Р:
/> (8)
Или />
Отсюда следует, что при холостомходе (R=¥) КПД приближается кединице, при коротком замыкании (R=0) он равен нулю, в согласованном режиме (R=RB)он равен 0,5. При режиме отдачи максимальной мощности, т.е. I=E/2RВН,получим:
/> (9)
Такой низкий КПД недопустим вэлектрических установках большой мощности. Поэтому стремятся, чтобы внутреннеесопротивление источника было значительно меньше сопротивления приемника. В рядеслучаев один аккумулятор не обеспечивает нормальную работу потребителя. В этомслучае используют последовательное, параллельное или смешанное соединениеаккумуляторов. При последовательном соединении величина тока в нагрузке равна
/>, А (10)
Напряжения на зажимах источниковсоответственно равны:
U1=E1-IRB1;U2=E2-IRB2; Un=En-IRBn.
Напряжение на зажимахпотребителя можно определить по формулам:
U /> /> (11)
Из формул видно, что припоследовательном соединении аккумуляторов в батареи режимы эксплуатации (токразряда и заряда) в значительной степени зависят от внутреннего сопротивлениянаихудшего элемента. Увеличение внутреннего сопротивления приводит к увеличениюпотерь в аккумуляторе, DP=I2RВНи невозможности создания необходимых зарядных и разрядных токов.
При параллельном соединенииаккумуляторы соединяются между собой зажимами одинаковой полярности и ток внагрузке определяется по первому закону Кирхгофа:
I=I1+ I1+…+ In,
где I — ток в нагрузке, А;
I1… In — токи источников, А.
При параллельном соединенииаккумуляторов анализ их работы следует вести, используя метод узловыхпотенциалов. Напряжение на зажимах приемников равно:
/> (12)
где Ei — ЭДC i-гоисточника, В;
Gi — проводимость i-йпараллельной ветви.
Токи в ветвях определяются позакону Ома:
/> (13)
Из формулы видно, что токи вветвях распределяются обратно пропорционально сопротивлениям ветвей. Поэтому,если параллельно соединены два аккумулятора с равными ЭДС и разными внутреннимисопротивлениями (различное техническое состояние аккумуляторов), то токнагрузки будет распределяться между ними обратно пропорционально их внутреннимсопротивлениям:
/> (14)
При неравных ЭДС один изисточников может работать в режиме приемника электрической энергии (ток сознаком “минус”), что приведет к саморазряду аккумулятора-источника даже приотключенной нагрузке.
Данные теории и практикиуказывают на то, что ЭДС аккумулятора не зависит от размера пластин, ноизменяется в зависимости от плотности электролита согласно эмпирическойформуле:
Е=0,84 + g (15)
где g — плотность электролита при 15°,г/см3;
Е — ЭДС аккумулятора, В.
Поскольку процессы заряда иразряда аккумулятора сопровождаются изменением плотности электролита, ЭДС инапряжение аккумулятора тоже должны изменяться. В процессе разряда начальноезначение ЭДС аккумулятора при плотности электролита 1, 28 г/см3составляет 2,1 В. Разряд аккумулятора следует прекращать, когда напряжениебудет на 10...15% ниже номинального значения, что соответствует 1, 7 В приплотности электролита 1, 16 г/см3.
В стационарных условиях зарядаккумуляторных батарей проводят или при постоянном напряжении или припостоянном токе. При этом в конце заряда допускают предельное значениенапряжения, равное 2,5...2.6 В на аккумулятор или 15...15.6 В на батарею изшести элементов. Следовательно, напряжение зарядного устройства должно быть 15...16В. На автомобиле в нормальных условиях величина напряжения генератора непревышает 14,4 В и ограничивает заряд в указанных пределах. Общее напряжениедля заряда шестивольтовых батарей 7,5 В. Для подсчета наибольшего возможногочисла аккумуляторных батарей m, которое можно соединить последовательно вгруппу, следует учитывать напряжение зарядной сети и напряжение на одинаккумулятор 2,7 В в конце заряда m=/>C/2,7(16)
Достоинствами заряда припостоянном напряжении являются:
возможность заряжатьаккумуляторы различной емкости;
заряд происходит быстрее (дляполучения 90-95% емкости требуется 4-5 часов);
большой ток в начале зарядабатарее не вредит, т.к величина его быстро уменьшается;
газообразование в конце зарядаменьше, что благоприятно сказывается на пластинах;
регулировочный резистор взарядной цепи позволяет заряжать сульфатированные аккумуляторы (рис.3)
/> (17)
В процессе эксплуатациитехническое состояние аккумуляторной батареи может быть провереноаккумуляторным пробником, например Э107, Ф108. Если напряжение отдельныхаккумуляторов батареи отличается более чем на 0,1 В или в течение 5 сек.проверки оно падает, батарею следует зарядить или отправить в ремонт.
Степень разряженности батареиопределяется также пробником.Напряжение на аккумуляторе, В Разрядка аккумулятора,% 1,7...1,8 0 (полностью заряжен) 1,6...1,7 25 1,5...1,6 50 1,4...1,5 75
2.Задание по работе
ИзмеритьЭДС исследуемых источников.
Определитьноминальные зарядный и разрядный токи источников.
Составитьсхему исследований и снять внешнюю характеристику:
3.1 Двухисточников, соединенных последовательно;
3.2 Двухисточников, соединенных параллельно.
4. Определить внутреннеесопротивление, потери мощности и КПД источников при номинальном разрядном токе.
5.Составить схему исследований, выполнить необходимые расчеты и обследоватьрежимы зарядки:
5.1.Одного аккумулятора;
5.2.Двух аккумуляторов, соединенных последовательно;
5.3.Двух аккумуляторов, соединенных параллельно.
6. Наосновании результатов исследований составить краткие выводы по соответствующимпунктам задания, обосновав их необходимыми расчетами, графическимизависимостями.
7.Ответить на вопросы самоконтроля знаний.
8.Составить отчет по лабораторной работе.
3.Методические указания по выполнению работы
Составитьплан проведения исследований, таблицы регистрации расчетных и экспериментальныхданных.
Произвестивнешний осмотр измерительных приборов, устройств и оборудования. Написать вотчет их технические данные.
Составитьи собрать схемы экспериментальных исследований.
Приработе с кислотными и щелочными аккумуляторами соблюдать инструкции по охранетруда.
Определениевнутреннего сопротивления аккумулятора по его внешней характеристикепроизводить в следующей последовательности:
5.1.Составить схему исследований;
5.2.составить таблицу для регистрации экспериментальных и расчетных данных;
5.3.при нескольких положениях движка реостата зафиксировать показания амперметра ивольтметра;
5.4.построить внешнюю характеристику аккумулятора (соединить несколько полученныхточек прямой линией и продолжить ее до пересечения с осями координат);
5.5.определить значения ЭДС и тока короткого замыкания аккумулятора;
5.6.определить внутреннее сопротивление одного аккумулятора, двух аккумуляторов припоследовательном и параллельном соединениях.
4.Вопросы самоконтроля
Какиесистемы электроизмерительных приборов могут быть использованы при измерениях вцепях постоянного тока?
Какизмерить ЭДС и напряжение на зажимах источника?
Какопределить внутреннее сопротивление источника?
Какрассчитать потери и КПД источника?
Какопределить напряжение на зажимах потребителя при параллельном соединенииаккумуляторов?
Прикаких условиях два аккумулятора, включенные параллельно, будут саморазряжатьсяпри отключенной нагрузке?
Какопределить зарядный ток аккумуляторов при их последовательном соединении кзарядному устройству?
Приведитеначальные и конечные значения плотности электролита ЭДС одного элементакислотного аккумулятора.
Приведитепредельное значение напряжения на одном элементе кислотного аккумулятора вконце заряда.
Какрассчитать величину добавочного сопротивления при заряде 12-вольтовогоаккумулятора от 24-вольтового?
Какопределить полярность клемм аккумуляторной батареи?
Прикаких значениях напряжений батарея не допускается к эксплуатации?
Какиеправила техники безопасности нужно соблюдать при работе с аккумуляторнойбатареей?
Охарактеризуйтережим зарядки аккумулятора при постоянном напряжении.
Охарактеризуйтережим зарядки аккумулятора при постоянном токе.
Какиеэлектроизмерительные приборы применяются при проверке работоспособностиаккумулятора?
Какопределить номинальный разрядный ток аккумулятора?
Приведитенесколько марок аккумуляторов и дайте их расшифровку.
Какрассчитать сопротивление нагрузки потребителя?
Какрассчитать количество тепла, выделяющееся в аккумуляторе при его работе?
Приведитевыражение законов Ома и Кирхгофа для исследуемой схемы.
Какиеисточники электрической энергии вы знаете? Какие виды энергии они используют?
Какиережимы работы источников вам известны?
Каковыхарактерные особенности режима холостого хода?
Каковыхарактерные особенности режима короткого замыкания?
Чтотакое внешняя характеристика источника и каково ее значение?№ Из опыта Из расчета E U I
IRB
RB
P1
P2 DP h B B A B Ом Вт Вт Вт 1 2 3 4
/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>                                                                   pА                        
       G
                Е
                                         pV                                                         R
            
         Rвн                                        U                         U
                                                                                             
Рис. 1. Схемаисследования аккумулятора.
U
/>  
/>E  
 
/>

                                             />U
/>/>                    />I     
/>

/>                                                                                    I  
                                                                         Ik
                                                                        
Рис. 2.  Внешняя характеристика аккумулятора.
/>
Рис.3. Схема зарядкиаккумулятора при U=const.
/>
Рис.4. График зарядааккумулятора при U=const.
Литература
1. Иванов И.И., Равдоник В.С. Электротехника.- М.: Высшая школа, 1984, с.15 — 19,190 — 193.
2. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника.- М.: Энергоатомиздат, 1983, с.15 — 25, 252 — 254.
Методические указания к лабораторной работе №3
 
“ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВКАТУШКИ ИНДУКТИВНОСТИ"
Цель работы.
В работе проводитсяэкспериментальное определение активного сопротивления и индуктивности катушки.По опытным данным делается заключение о техническом состоянии катушкииндуктивности.
1. Основные теоретическиеположения.
Одним из основных элементовконструкции различного рода электрических машин и аппаратов, устройствэлектроавтоматики, промышленной электроники, транспортных средств и т.п.является катушка индуктивности. Произвольное изменение параметров катушки впроизводственных условиях может оказать существенное влияние на ходтехнологического процесса или сделать его вообще невозможным. Поэтому техническийперсонал предприятия должен знать основные методы контроля техническогосостояния катушек индуктивности.
При протекании тока по виткамкатушки с поперечным сечением магнитопровода Sсоздается магнитное поле, интенсивность которого характеризуется магнитнойиндукцией В и магнитным потоком />,который пропорционален магнитодвижущей силе F,равной произведению тока I катушки на число ее витков W.Зависимость Ф (I) при W=const катушки при отсутствии ферромагнитногомагнитопровода является линейной.
При наличии магнитопроводамагнитный поток, создаваемый подобной катушкой индуктивности (дросселя), припрочих равных условиях значительно возрастает, так как при этом магнитный потоксоздается не только непосредственно проводником с током катушки (источниквнешнего магнитного поля), но и соответствующим ферромагнитным веществоммагнитопровода (источником внутреннего магнитного поля).
При включении катушкииндуктивности с магнитопроводом (в общем случае с воздушным зазором подпеременное синусоидальное напряжение в цепи катушки появляется переменный ток,под действием которого в магнитопроводе возникает переменный магнитный поток Ф(t). Основная часть результирующего магнитного потока замыкается по цепимагнитопровода, так как магнитная проницаемость его во много раз большемагнитной проницаемости воздуха. Однако незначительная часть результирующегопотока (порядка 3...5%) рассеивается и замыкается вокруг отдельных витковкатушки индуктивности. Из курса физики известно, что для ферромагнитныхматериалов существует нелинейная зависимость между величиной магнитной индукции/>и напряженностью магнитногополя />, создаваемого катушкойиндуктивности (lср. — длина средней магнитной линии). Этазависимость В (Н) — кривая намагничивания, является одной из важнейшиххарактеристик ферромагнитных материалов.
Основными параметрами катушкиявляются активное сопротивление и индуктивность.
АКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ Rзависит от длины, площади поперечного сечения S и удельногосопротивления проводника />:
/>,Ом (4.1)
Активное сопротивление катушкиможно измерить омметром, методом амперметра и вольтметра или при помощиизмерительных мостов. Измерения проводят на постоянном токе.
Активное сопротивление катушкипри переменном токе будет несколько больше того значения, которое получаетсяпри постоянном токе. Это обусловлено поверхностным эффектом, которыйсказывается особенно заметно при высокой частоте тока и большой площадипоперечного сечения проводника. При промышленной частоте 50 Гц поверхностныйэффект заметно проявляется в стальных (ферромагнитных) проводниках, а в проводникахиз цветных металлов он настолько слаб, что его не учитывают.
При работе катушки в цепяхпеременного тока следует учитывать ее индуктивное сопротивление:
/>,Ом (4.2)
где f — частота тока, Гц;
L — индуктивностькатушки, Гн.
Индуктивность катушки зависит отчисла витков, размеров и формы катушки, а также от магнитной проницаемостиматериала, из которого изготовлен сердечник, размеров и конфигурации магнитопровода.Так, например, индуктивность тороидальной катушки с сердечником любого сеченияможет быть определена по формуле:
/>, Гн (4.3)
где W — число витков катушки,
/> -магнитная проницаемость сердечника,
S — площадь поперечногосердечника, см2,lср — средняя длина магнитной силовойлинии, см.
Вследствие того, чтоиндуктивность катушки, снабженной ферромагнитным сердечником, величинапеременная, зависящая от тока (вследствие непостоянства магнитнойпроницаемости), ее обычно определяют опытным путем. Если неизвестен какой-либопараметр катушки (l, W, S, />), тоэтот метод является единственно возможным.
При экспериментальномопределении индуктивности катушки дополнительно предоставляется возможностьоценить ее техническое состояние. В этом случае опытные данные сравниваются спаспортными или с данными, полученными на образцовой (исправной) катушке. Такимобразом можно выявить такую распространенную неисправность, как витковоезамыкание в катушке. Измерения индуктивности в катушке производятсяспециализированными приборами, измерителями R, L, C, методом амперметра ивольтметра на переменном токе.
2. Задание по работе.
Составить схему опыта дляизмерения сопротивлений катушки на постоянном и переменном токе.
Составить таблицы длярегистрации экспериментальных и расчетных данных.
Записать необходимые расчетныеформулы.
Определить индуктивность катушкинесколькими методами.
Построить график измененияиндуктивности в зависимости от тока L (I).
По результатам одного из опытовпостроить: треугольник сопротивления и векторную диаграмму.
Составить краткие выводы поработе.
Подготовить ответы на вопросысамопроверки.
3. Методические указания повыполнению работы.
Определение индуктивностикатушки по методу амперметра и вольтметра провести в следующейпоследовательности:
Измерить омическое сопротивлениекатушки омметром и по методу амперметра и вольтметра на постоянном токе (дляданной катушки Imax=3A)
2. Сравнить полученные значенияс образцовыми (по паспорту катушки).
3. Включая катушку в цепьпеременного тока известной частоты, измеряем ток и напряжение на катушке,вычисляем сопротивление катушки:
/>,Ом (4.4)
Вычислить индуктивноесопротивление катушки Х, которое из треугольника сопротивлений (рис.1)определяется как
/>                                                                                     Z                      X   
                                                                                                              
   />, Ом        (4.5)                              R
5. Вычислить индуктивностькатушки: Рис.1
/>,Гн (4.6)
6. Снятие экспериментальныхданных производится для 5-6 значений тока в катушке.
7. Определение индуктивностикатушки при помощи измерителя R, L, C производится в следующейпоследовательности:
7.1. Подготовить прибор кработе.
7.2. Включить вилку шнурапитания в сеть.
7.3. Ручку “Чувств." повернутьвниз до упора.
7.4. Подключить резистор 100 Омк измерительным клеммам прибора.
7.5. Нажать кнопку Rпереключателя “РОД РАБОТ" и кнопку 10 переключателя “МНОЖИТЕЛЬ".
7.6. Произвести балансировкумоста: ручкой “Чувств." вывести стрелку индикатора в среднюю часть шкалы; добитьсяминимального отклонения стрелки, вращая ручку “БАЛАНС", постепенно повышаячувствительность. Чем выше чувствительность, тем более четко определяетсямомент минимального отклонения стрелки индикатора; снимите показания по правойшкале барабана “БАЛАНС" с учетом множителя; если показания соответствуют100 Ом и не отличаются от этой величины более чем на 5%, значит мощностьприбора соответствует техническим данным. Оценку погрешности производить полевой шкале барабана “БАЛАНС", на которой одному делению ценой 1 ммсоответствует величина погрешности 1%.
7.7. Подключить измеряемуюкатушку индуктивности к клеммам прибора.
7.8. Нажать кнопку “L”переключателя “РОД РАБОТ".
7.9. Произвести балансировкумоста и произвести отсчет по правой шкале с учетом множителя.
7.10. При измерении следуетучитывать, что точные измерения можно получить на двух диапазонах с множителями10 и 102. На поддиапазонах с множителями 1 и 103 измеренияносят сравнительный характер.
7.11. По окончании измеренияручку “Чувств. ” повернуть до упора против стрелки и все кнопки переключателейустановить в исходное состояние.
ПРИМЕЧАНИЯ к п.1-6:
1. При определении активногосопротивления катушки индуктивности результаты экспериментальных исследованиймогут быть сведены в таблицу 1, на основании расчетов определяется среднеезначение активного сопротивления.
 
Таблица 1U, B I, A R, Ом
2.При проведении опытов на переменном напряжении необходимо использоватьсоответствующие электроизмерительные приборы.
Измеряяток в цепи, записать в таблицу 2 показания прибора при 5-6 значениях токов.Вычислить для каждого опыта полное сопротивление, индуктивное сопротивление,индуктивность катушки и ее коэффициент мощности (cos />).
 
Таблица2. № ИЗМЕРЕНО ВЫЧИСЛЕНО опыта U, B I, A Z, Ом
XL, Ом L, Гн
cos/> 1 2 3 4 5 6
 
4. Вопросы самопроверки.
Как определяется сопротивление катушки индуктивности?
Как определяется полное сопротивление катушки индуктивности?
Как определяется индуктивное сопротивление катушкииндуктивности?
Что произойдет с углом сдвига фаз между напряжением и токомв катушке, если увеличить частоту тока, удалить из катушки сердечник?
Объясните назначение магнитопровода в катушке индуктивности.
Поясните влияние магнитопровода на значение индуктивностикатушки.
Как изменится величина тока в катушке индуктивности припитании ее от сети постоянного тока и от сети переменного тока одной и той жевеличины напряжения?
Почему магнитопровод катушек индуктивности, работающих вцепях переменного тока, изготавливается из листовой электротехнической стали?
Изобразите кривую перемагничивания ферромагнитного материала(петля гистерезиса) и укажите характерные точки.
Приведите характерные примеры неисправности катушкииндуктивности с ферромагнитным сердечником.
Приведите методы поиска различных неисправностей катушкииндуктивности.
Катушку индуктивности с ферромагнитным сердечником включилипод напряжением. Через некоторое время из нее пошел дым. Приведите возможные причины.
Объясните, почему индуктивность катушки с ферромагнитнымсердечником уменьшается при увеличении тока?
Приведите примеры устройств с катушками индуктивности иобъясните их назначение.
Приведите формулы, которые связывают магнитную индукцию инапряженность магнитного поля в вакууме и в ферромагнитном материале. Назовитеединицы измерения и объясните физический смысл величин.
Как выявить неисправность катушки зажигания автомобиля?
Литература
1. Иванов И.И., Равдоник В.С. Электротехника.- М.: Высшая школа, 1984, с.49 — 51.
2. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника.- М.: Энергоатомиздат, 1983, с.7 — 12, 143 — 149.
Методические указания к лабораторной работе №4
 
“НЕРАЗВЕТВЛЕННАЯЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ"
Цель работы:
Опытная проверка основныхположений для цепи переменного тока, обладающей активным и реактивнымсопротивлением. Рассматривая схему, как модель линии передачи переменного тока,выяснить зависимость потери напряжения от величины нагрузки. Ознакомиться сэлектрическими приборами, применяемыми в работе, освоить измерение активноймощности и энергии в цепях переменного тока.
1. Основные теоретическиеположения.
В неразветвленной электрическойцепи переменного тока, содержащей активно-реактивные элементы, напряжениепитающей сети равно векторной сумме напряжений, действующих на участках цепи. Всоответствии с этим выражения для напряжения, подводимого к электрической цепи,может быть записано по второму закону Кирхгофа в комплексной (векторной) форме:
/> (1)
где />,/>, /> - комплексные напряженияна участках цепи.
/> - комплексные реактивныесопротивления,
где f — частота питающегонапряжения, Гц;
L — индуктивность катушки, Гн;
С — емкость конденсатора, Ф.
По уравнению для комплексногонапряжения на входе цепи можно построить векторную диаграмму тока и напряженийэлектрической цепи, принимая во внимание то, что умножение вектора напряженияна множитель (+j) соответствует повороту его относительно вектора тока на угол p/2 в направлении отсчета положительных углов(против часовой стрелки), а умножение на множитель (-j) — поворот векторанапряжения на угол p/2 по часовойстрелке.
Вектор напряжения URна активном сопротивлении при этом совпадает с вектором тока I. Угол j — угол между векторами тока и напряжения,подводимого к цепи (откладывается от вектора тока к вектору напряжения).Построенная таким образом векторная диаграмма для электрическойактивно-индуктивно-емкостной цепи представлена на рис.1.
/>/>                                                      />
/>                                      
                                           />
/>                   Uå                       
/>                           j            UR
/>/>                                                                        />                                             
/>                                                                                                  
/>Рис1. Векторная диаграмма.
Из треугольника напряжений можнополучить треугольник сопротивлений для рассматриваемой цепи, разделив стороныэтого треугольника на комплексный ток (рис.2 а), изкоторого следует, что
/> (2)

/>/>/>/>/>/>/>/>а)                                                                                     б)                      
             Z                                                                                            S
/>                                  X=XL-XC                                                             
/>         j                                                                                                  j                 Q
/>/>             
                 R                                                                                         P
Рис.2. Треугольникисопротивлений и мощностей.
Полученные выражения (2)показывают, что угол сдвига фаз j междутоком I и напряжением U питающей сети зависят от характера сопротивлений,включенных в цепь переменного тока.
Умножив стороны треугольникасопротивлений на квадрат тока в цепи I2, получим треугольникмощностей (рис.2 б). Активная мощность цепи переменного тока
P=S cosj
Или />
Из треугольников сопротивлений имощностей можно установить взаимосвязь между параметрами электрической цепи:
/> (3)
Применяя закон Ома, можнозаписать формулы для расчета мощностей:
S=I2Z=U2/Z;P=I2R=U2/R, /> (4)
В разветвленной электрическойцепи при равенстве индуктивного и емкостного сопротивлений (XL=XC)разность фаз напряжения и тока на входе цепи равна нулю и полное сопротивлениецепи
/> тогда /> и /> (5,6)
Это состояние называется резонансомнапряжения.
Анализ представленных выраженийпоказывает, что резонанс напряжений характеризуется рядом существенныхфакторов:
1. При резонансе напряженийполное сопротивление электрической цепи переменного тока принимает минимальноезначение и оказывается равным ее активному сопротивлению.
2. Из этого следует, что прималом значении активного сопротивления ток может достигать большого значения.
3. Коэффициент мощности прирезонансе
/>
принимает наибольшее значение,которому соответствует угол j=0. Этоозначает, что вектор тока I и вектор напряжения U совпадают по направлению.
Активная мощность P=RI2имеет наибольшее значение, равное полной мощности S, в то же времяреактивная мощность цепи Q=I2X=I2 (XL-XC)оказывается равной нулю:
Q=QL-QC=0.
При этом реактивная индуктивнаяи реактивная емкостная составляющие полной мощности QL=QC=XLI2=XCI2могут приобретать теоретически, в зависимости от значения тока и реактивныхсопротивлений, величину, большую, чем полная мощность S.
5. При резонансе напряженийнапряжения на емкости и индуктивности оказываются равными UC=UL=XCI=IXLи в зависимости от тока и реактивных сопротивлений могут принимать большиезначения, во много раз превышающие напряжения питающей сети. При этомнапряжение на активном сопротивлении оказывается равным напряжению питающей сети,т.е. UR=U.
Резонанс напряжений впромышленных электрических установках нежелательное и опасное явление, так каконо может привести к аварии вследствие недопустимого перегрева отдельныхэлементов электрической цепи или к пробою изоляции обмоток электрических машини аппаратов, изоляции кабелей и конденсаторов при возможном перенапряжении наотдельных участках цепи.
В то же время резонанснапряжений в электрических цепях переменного тока широко используется врадиотехнике, электронике и различного рода приборах и устройствах, основанныхна резонансе напряжений.
6. Исследование резонансныхявлений в электротехнических устройствах удобно проводить с использованиемрезонансных кривых: изменение тока, коэффициента мощности, напряжения накатушке, напряжения на батарее конденсаторов и полного сопротивленияэлектрической цепи в зависимости от емкости конденсаторов. В радиотехническихустройствах резонансные кривые строятся также в зависимости от индуктивностикатушки LК или частоты входного сигнала.
2. Задание по работе
1. Произвести экспериментальноеисследование цепи с последовательным соединением катушки индуктивности,конденсатора и активного сопротивления.
По экспериментальным даннымпроизвести расчет параметров соответствующих элементов электрической цепи (R, RK,LK, C, XL, XC).
3. По полученным даннымпостроить векторные диаграммы для трех случаев: ХL>XC;ХL=XC; ХL
4. Составить краткие выводы поработе.
5. Ответить на вопросысамоконтроля.
3. Методические указания квыполнению работы
1. Записать в отчет полабораторной работе технические данные приборов и оборудования, используемогопри выполнении работы.
Собрать электрическую цепьсогласно схеме рис.3.
/>
Рис.3. Схема исследования.
3. Для измерения напряженийпредусмотреть два вольтметра со свободными концами на 300 и 60 В.
Изменяя емкость конденсаторнойбатареи произвести измерения необходимых величин (4...5 опытов), результатыизмерений записать в таблицу.

Исследование цепи споследовательным соединением R, L, C.Измерено Вычислено C U
UR
UK
UC I P R
RK
ZK Z
XC cosj мкФ В В В В А Вт Ом Ом Ом Ом Ом -
5. Вычисление полного сопротивления цепи Z и катушки ZL,активного R, индуктивного XL и емкостного XCсопротивлений, индуктивности L и емкости С, падения напряжения на индуктивностиUL и коэффициента мощности cosjпроизводить по формулам:
/>
/>
6. Питание электрической цепи осуществлять от регулируемогоисточника питания синусоидального напряжения, расположенного на панелиисточника питания (лабораторный автотрансформатор — ЛАТР). Перед включениемнеобходимо убедиться, что ручка регулятора источника питания находится вкрайнем левом положении. В режиме исследований максимальное напряжение навходных зажимах должно быть не выше 120 — 130 В (для ограничения тока).
7. Для получения достоверных результатов необходимо выбратьоптимальный предел измерения регистрирующего прибора и не допускать ошибок приопределении цены деления прибора.
4. Вопросы самоконтроля
Запишите формулы для расчета R, RK, LK,C,w, ZK, cosj, Z, если известны показания амперметра,вольтметров, ваттметра.
Изобразите векторные диаграммы для активно-индуктивной,активно-емкостной и активно-индуктивно-емкостной нагрузок.
Изобразите векторную диаграмму цепи с R, L, C элементамипри резонансе напряжений.
Запишите зависимости между R, XL, XC,UL, UC, cosj прирезонансе напряжений.
Может ли быть величина напряжения на индуктивности, активномсопротивлении, емкости больше величины питающего напряжения? Заключение поданному вопросу подтвердить примером.
Изобразите треугольники напряжений, сопротивлений имощностей для цепи с R, L, C элементами. Напишите зависимости между величинамии приведите примеры их практического применения.
В чем заключается явление резонанса и при каких условиях оновозникает?
Какую опасность представляет резонанс напряжений дляэлектротехнических устройств?
Изменением каких параметров электрической цепи можнополучить резонанс напряжений?
С помощью каких приборов и по какому признаку можно судить овозникновении резонансов напряжений в электрической цепи?
Приведите анализ построенных векторных диаграмм до и послерезонансных напряжений и дайте объяснение, в каком случае напряжениеопережающее, а в каком отстающее?
К чему приводит изменение активного сопротивленияэлектрической цепи при резонансе напряжений?
Сохранится ли резонанс напряжений, если изменить величинунапряжения питающей сети? Объясните причину этого.
Можно ли получить резонанс напряжений путем измененияпараметров питающего напряжения?
Приведите примеры электротехнических и электронныхустройств, в которых используется явление резонанса напряжения.
Литература
1. Иванов И.И., Равдоник В.С. Электротехника.- М.: Высшая школа, 1984, с.53 — 58.
2. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника.- М.: Энергоатомиздат, 1983, с.73 — 77.
Лабораторная работа №5
 
КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙМОЩНОСТИ
Цель работы.
Ознакомление с методом повышениякоэффициента мощности электрической цепи путем включения конденсаторовпараллельно с нагрузкой. Выявление эффективности повышения коэффициентамощности.
1. Основные теоретическиеположения.
Приемники электрической энергиипри своей работе потребляют из сети активную и реактивную мощность. Наиболеераспространенные приемники электрической энергии — асинхронныеэлектродвигатели, трансформаторы и другие требуют для своей работы созданиямагнитного поля: вращающееся магнитное поле электрических машин и переменныймагнитный поток трансформаторов. Величина тока, необходимая для созданиямагнитного поля, зависит от индуктивного сопротивления потребителяэлектрической энергии и его нагрузки во время работы.
Эффективность использованияэлектрической установки определяется по отношению активной мощности Р кполной мощности S, потребляемой приемником из сети. Это отношениеназывается коэффициентом мощности. Из треугольника мощностей(рис.1) видно, что
/>
/>
Рис.1. Треугольник мощностей.
Тогда P=Scosj=UIcosj,а ток в нагрузке I=P/U cosj.
При заданной активной мощности P(U=const) ток обратно пропорционален cosj,т.е. реактивный ток при уменьшении cosjвозрастает за счет индуктивной составляющей Ip=Isinj, являясь носителем реактивной энергии.Увеличение тока в нагрузке, вызванное уменьшением cosj неизбежно приводит к дополнительной потере электроэнергии вовсех элементах системы электроснабжения: в проводах линии электропередач (Q = R×I2),в трансформаторах, в обмотках генераторов. Увеличение тока в нагрузке приводитк дополнительному увеличению падения напряжения в обмотках генераторов итрансформаторов, в проводах сети с сопротивлением Z (U=Z×I). все это приводит к снижению КПД энергосистемы инапряжения на электроприемниках.
Для повышения cosj (уменьшения реактивной составляющейактивно-индуктивной нагрузки) промышленных установок применяют различные меры,которые сводятся или к уменьшению потребления реактивной мощности QL,или к компенсации реактивной мощности QL мощностью QС.Так как емкостной ток Ic находится в противофазе с индуктивнойсоставляющей тока нагрузки, то реактивная составляющая тока в линии IP=IL-ICуменьшается. В результате ток в линии, угол сдвига фаз j и реактивная мощность Q=UIsinjуменьшается, а cosj увеличивается. Дляосуществления этого мероприятия параллельно нагрузке подключают батареиконденсаторов или синхронные компенсаторы (синхронный электродвигатель в режимеперевозбуждения). Реактивная мощность по-прежнему поступает к потребителю, ноуже не от генераторов, расположенных иногда за сотни километров, а отисточника, находящегося рядом (например конденсатор). Таким образом, происходитосвобождение элементов системы электроснабжения от реактивной составляющей токанагрузки.
Уменьшение потребленияреактивной мощности Q достигается за счет применения более современногооборудования, улучшения качества ремонта, ограничения работы оборудования нахолостом ходу или с недогрузкой.
Для повышения коэффициентамощности и, следовательно, экономичности системы электроснабжения предприятийдо недавнего времени нормировался минимально допустимый cosj, а в настоящее время устанавливаетсядопустимое значение реактивной мощности и нормируемый tgj=Q/P, определяемый по показаниям счетчиков реактивной иактивной энергии.
При компенсации реактивнойэнергии за счет установки конденсаторов их величина может быть определена поформуле:
/>, Ф
где Р — активная мощностьпотребления, Вт
f — частота сети, Гц
U — напряжение сети, В
tgj1 — до компенсации
tgj2 — после компенсации.
Задание по работе.
2.1 Определить энергетическиепоказатели потребителя при отключенной конденсаторной батарее.
2.2 Рассчитать емкостьконденсаторной батареи, необходимую для компенсации реактивной энергии донормируемого значения cosj=0,95.
2.3 Исследовать влияние емкостиконденсаторной батареи на энергетические показатели потребителя.
2.4 Построить векторныедиаграммы для трех случаев: при отключенной конденсаторной батарее; при полнойкомпенсации реактивной мощности (cosj=1);при перекомпенсации (мощность конденсаторов превышает индуктивную мощностьнагрузки и в сеть отдается емкостная мощность).
2.5 Составить краткие выводы поработе.
2.6 Ответить на вопросысамоконтроля.
Методические указания повыполнению работы.
3.1 Ознакомиться сизмерительными приборами и оборудованием, используемыми при выполнении работы.
Собрать электрическую цепьсогласно схеме (рис.2). Для измерения напряжения предусмотреть вольтметр сосвободными концами. В схеме катушка (сопротивления RК и ХК)имитирует нагрузку, а резистор (сопротивление RЛ) — линию.
/>
Рис.2. Схема для проведенияопытов.
3.3 Изменяя емкость конденсатораот нуля (конденсатор не включен) до значения, при котором емкостный ток Icв 1,6 — 2 раза больше тока катушки IК проследить за изменениямипоказаний приборов. Отметить наступление резонанса токов (полной компенсацииреактивной мощности), при этом ваттметр, включенный на режим измеренияреактивной мощности, показывает, что из сети реактивная мощность непотребляется.
Результаты замеров (4 — 5 точек)записать в таблицу. Переключатель S1 предназначен для измерения однимваттметром, активной (положение Р) и реактивной (положение Q) мощностей,потребляемой нагрузкой, выключатель S2 предназначен для коммутации емкостнойнагрузки.
Измерение напряжения наэлементах цепи производится многопредельным вольтметром или ампервольтметром (тестером).
№
п/п Измерено С  Вычислено
U1
I1 P Q
U2
IК
IС
Uл
QC cosj DP
hЛ В А Вт ВАр В А А В мкФ ВАр - Вт %
3.4 Вычислить реактивную мощность включенной батареиконденсаторов Qc, коэффициент мощности cosj, потери мощности в резисторе RЛ — DР, КПД линии hЛ..
Расчет произвести по формулам:
/>
Вопросы для самопроверки.
Какие причины вызывают уменьшение коэффициента мощности?
Для какой цели увеличивают коэффициент мощности вэлектрических цепях?
Что такое резонанс токов?
Как измеряют активную и реактивную мощности?
Постройте векторные диаграммы для возможных режимов работыцепи согласно схеме исследований.
Почему падение напряжения в линии зависит от коэффициентамощности?
Поясните на примере, как зависит величина полной мощностиисточников электроэнергии от коэффициента мощности потребителя?
Объясните, что понимают под активной, реактивной и полноймощностями, и покажите, по каким формулам они рассчитываются.
Напишите формулы для расчета сопротивления, токов,напряжений, мощностей в комплексной форме для схемы исследований.
Приведите способы увеличения коэффициента мощности электротехническогооборудования естественным путем.
В электрической цепи (рис.2) произвели полную компенсациюреактивной мощности. На основании показаний каких приборов можно сделать такоезаключение? Объясните это при помощи векторных диаграмм и с физической точкизрения.
Поясните с использованием векторных диаграмм, как зависиткоэффициент мощности потребителя от величины активной (реактивной) составляющейтока нагрузки.
Литература
1. Иванов И.И., Равдоник В.С. Электротехника.- М.: Высшая школа, 1984.
2. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника.- М.: Энергоатомиздат, 1983.