Электротехника и электроника (стр. 1 )

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

(МИНТРАНС РОССИИ)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ВОЗДУШНОГО ТРАНСПОРТА

(РОСАВИАЦИЯ)

ФГБОУ ВПО “САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ”

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА

Часть 1. Электротехника

  Методические указания по выполнению лабораторных работ

для студентов заочного факультета всех специализаций

Санкт-Петербург

2015

Электротехника и Электроника.  Часть 1. Электротехника: Мето­дические указания  по выполнению лабораторных работ/ Университет ГА. С.-Петербург, 2014.

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

Предназначены для студентов факультетов ЗФ всех специализаций.

Содержат шесть лабораторных работ.

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

Ил.24, табл.9.

Составители: , старший преподаватель кафедры № 11;

  , заведующий лабораторией кафедры № 11.

Рецензент:  , доцент кафедры № 11. 

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

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

В лабораторных стендах используются напряжения 24...380В, 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 бланки отчёта  работы, куда должны войти: цель и задание к работе, краткие теоретические сведения, таблицы экспериментальных данных.

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

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

При подготовке к защите целесообразно использовать кон­трольные вопросы, приведённые 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 неразветвлённой цепи переменного тока с последова­тельным соединением R, L, С.

При этом необходимо:

-         снять показания приборов при изменении значения ёмкости в цепи;

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

-  построить кривые I, Vc, VL,  cosц = f(C);

-  составить отчёт.

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 потечёт синусоидальный ток, мгновенное значение которого равно i =Im∙ sinщ∙t. Для простоты расчётов примем начальную фазу тока  Шi=0; щ=2р∙f,

где  f - частота источника питания, f  =50 Гц.

Реактивные сопротивления цепи определятся как

ЧL= щ∙L=2р∙ f ∙L;  Чc=; Ч= ЧL - ЧC.

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

ц=arctg

будет положительным, т. е. напряжение, подведённое 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 = ХС  УГОЛ  сдвига фаз между током и напряжением цепи будет равен нулю, т. е. ток в цепи и приложенное напряжение совпадают по фазе.

Равенство этих сопротивлений может быть достигнуто изменением ёмкости или индуктивности. В данной работе явление резонанса достигается изменением ёмкости 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 ==Ж.

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

Напряжения на элементах цепи:

UR=I∙R;  UL=I∙щ∙L=I∙XL ;  UС=I=I∙XС

Когда реактивные сопротивления становятся равными друг другу
ХL = ХC  или  2р∙f∙L =   наступает взаимная компенсация UL и  UC  (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 щp:

щp∙L=1/щp∙С

Делаем преобразование LC=1, отсюда получаем  щp= =, или  fp=..

Напряжения на реактивных элементах UL и UС  могут оказаться больше напряжения U,  приложенного к цепи. Это будет тогда, когда реактивные сопротивления  ХL = ХC  превышают активное  сопротивление R, то есть R<XLp=щp∙L=L==с.

Величина  с=  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 может 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·sinщ·t, то UR=R·Im·sinщ·t или  для  действующего значения в комплексной форме:

ЩR=R∙

Напряжение на катушке индуктивности

UL=L=щ·L·Im·sin(щt+ или  ЩL=jщ∙L,