Материал: лаба 3, 4

Лабораторно-практическое занятие N°3 (бывшее №№ 3, 4)

Свойства последовательного и параллельного соединений элементов в цепи синусоидального тока.

Цель работы: изучение режимов резонанса тока и напряжений, изучение признаков резонанса.

1. Подготовка к работе:

   1. Изучить признаки и свойства резонансов тока и напряжения.

   2. Качественно изобразить зависимости модуля I(C), P(C) для цепи с последовательным соединением резистора, катушки и конденсатора (рис. 1).

   3. Качественно изобразить зависимости I(С), сos(C) для цепи с параллельным соединением резистора, катушки и конденсатора.

   4. Решить задачу. К источнику электрической энергии с напряжением U=[10(N+M)] В (N-Ваш порядковый номер по журналу, M-номер группы) частотой f=50 Гц подключены последовательно элементы с параметрами R=(10N)Ом, L=(0.3N)Гн и C=[30/(N-1)] мкФ (рис.1). Рассчитать индуктивное X_L, емкостное X_C и полное Z сопротивления цепи, ток I, cos  и мощности P, Q и S. Построить в масштабе векторную диаграмму тока и напряжений.

Рис.1 - Схема с последовательным соединением R, L, C элементов

5. Решить задачу. К источнику электрической энергии с напряжением U=[10(N+M)] В (N-Ваш порядковый номер по журналу, M-номер группы) частотой f=50 Гц подключены параллельно катушка индуктивности с параметрами R=(10N)Ом, L=(0.3N)Гн и конденсатор C=[30/(N-1)] мкФ (рис.2). Рассчитать токи в ветвях, ток источника, cos  и мощности P, Q и S всей цепи. Построить в масштабе векторную диаграмму токов и напряжений.

Рис.2 - Схема с параллельным соединением R, L, C элементов

2. Рабочее задание

   1. Исследование свойств резонанса напряжений

      1. К источнику электрической энергии с напряжением U=[5 (N+2M)] В (N-Ваш порядковый номер по журналу, M-номер группы) частотой f=50 Гц подключены последовательно резистор, катушка индуктивности и конденсатор (рис. 1). Цепь настроена на резонанс, R=(5N)Ом, L=(0.15N)Гн. Рассчитайте резонансную емкость C_рез, ток I_рез; напряжение на конденсаторе U_Cрез, активную мощность P_рез.

      2. Начертить схему с последовательным соединением резистора, катушки и конденсатора и измерительными приборами для контроля тока в цепи, напряжения на катушке и конденсаторе. U, R, L и частоту использовать заданные в п. 2.1.1.

      3. Изменяя емкость в диапазоне 0.3С_рез – 1.5 С_рез построить зависимости I(C), U_С(C), U_L(C). По полученным данным рассчитать и построить зависимости P(C), cos(C).

      4. Объяснить полученные зависимости.

      5. Построить векторные диаграммы тока и напряжения для случаев С < С_рез, С = С_рез и С > С_рез.

   2. Исследование свойств резонанса токов

      1. К источнику электрической энергии с напряжением U=[5 (N+2M)] В (N-Ваш порядковый номер по журналу, M-номер группы) частотой f=50 Гц подключены параллельно резистор, катушка индуктивности и конденсатор (рис. 2). Цепь настроена на резонанс, R=(5N)Ом, L=(0.15N)Гн. Рассчитайте резонансную емкость C_рез, ток источника I_рез.

      2. Начертить схему с параллельным соединением резистора, катушки и конденсатора (рис. 2) и измерительными приборами для контроля тока в ветвях и неразветвленной части цепи. Напряжение, R, L и частоту использовать заданные в п. 2.2.1. Изменяя емкость в диапазоне 0.3С_рез – 1.5 С_рез построить зависимости I(C), I_С(C), I_L(C). По полученным данным рассчитать зависимости Q(C), cos(C).

      3. Качественно объяснить полученные зависимости.

      4. Построить векторные диаграммы тока и напряжения для случаев С < С_рез, С = С_рез и С > С_рез.

Примечание: п. 2.1.3, 2.2.2 выполняются в программе моделирования электрических схем ElectronicsWorkBench или расчетным способом.

Лабораторно-практическое занятие N°4 (бывшее № 5)

Исследование свойств соединения трехфазных приемников треугольником

Цель работы: изучение особенностей режимов работы трехфазных цепей при симметричной и несимметричной нагрузке, соединенной треугольником и установление связи между линейными и фазными токами и напряжениями.

1. Подготовка к работе

Изучить раздел «трехфазные» цепи, обратив внимание на свойства разных типов соединений приемника при симметричной и несимметричной нагрузке.

Решить задачу: Три однофазных приемника соединены треугольником и включены в трехпроводную сеть. Комплексные сопротивления приемников Z_Ф = [N+j(N-10)] Ом, линейное напряжение источника U = [10(N+M)] В (N - Ваш порядковый номер по журналу, M - номер группы). Рассчитать линейные и фазные токи. Построить векторную диаграмму.

2. Рабочее задание

2.1. Начертить схему цепи с резистивными приемниками, соединенными треугольником, и амперметрами для измерения линейных и фазных токов.

2.2. Установить линейные напряжения источника равными U = [10(N+M)] и симметричную нагрузку R = 10N Ом. Измерить линейные и фазные токи, убедиться, что при симметричном режиме модули токов всех трех фаз равны. Изобразить векторную топографическую диаграмму.

2.3. Изменить сопротивление приемника в одной из фаз на 30%. Измерить линейные и фазные токи. Объяснить разницу измерений по сравнению с симметричным режимом нагрузки.

2.4. Восстановить симметричный режим. Разомкнуть фазу ab (для N = 1, 4, 7, 10, 13, 16, 19, 22, 25, 28) / bc (для N = 2, 5, 8, 11, 14, 17, 20, 23, 26, 29) / ca (для N = 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30). Измерить значения линейных и фазных токов. Объяснить показания приборов.

2.5. Восстановить симметричный режим. Разомкнуть линию Aa (для N = 1, 4, 7, 10, 13, 16, 19, 22, 25, 28) / Вb (для N = 2, 5, 8, 11, 14, 17, 20, 23, 26, 29) / Сс (для N = 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30). Измерить значения линейных и фазных токов. Объяснить показания приборов.

2.6. Сделать выводы о свойствах соединения приемников треугольником с точки зрения зависимости / независимости работы фаз.

Примечание: п. 2 выполняются в программе моделирования электрических схем ElectronicsWorkBench или расчетным способом.

При выполнении лабораторной работы в программе ElectronicsWorkBench источник трехфазного напряжения моделируется по схеме рис. 3. В настрйоках источника необходимо для U_А установить фазу 0, для U_B установить фазу -120⁰, для U_С - +120⁰.