Учебное пособие: Теоретичні основи електротехніки

Конденсатор С, ввімкнений паралельно затискачам двополюсника, використовується для визначення характеру (ємнісного чи індуктивного) вхідного опору двополюсника (мал.10.2).

Повний, активний і реактивний опори пасивного двополюсника, як це вже відомо з попередніх робіт, визначають за показаннями амперметра, вольтметра і ватметра:

.

Характер реактивного опору вх знаходять з порівняння показань амперметра до і після вмикання ключа К (мал.10.2). Якщо після вмикання невеликої ємності струм став більшим ніж до вмикання, то опір двополюсника має ємнісний характер, якщо струм зменшився – індуктивний. Вирогідність цих стверджень можна перевірити побудовою векторних діаграм для обох випадків.

1.Визначення вхідного опору двополюсника.

Опір двополюсника має ємнісний характер (мал.10.3). Позначимо струм, який показує амперметр до підключення ємності С , через ІА1. Цей струм дорівнює струму через двополюсник і внаслідок ємнісного характеру двополюсника випереджує прикладену напругу U при rвх≠0 на деякий кут, менший 900 (мал.10.4). Після підключення конденсатору С напруга на затискачах двополюсника не змінюється, тому через двополюсник, як і раніше, проходить струм ІА1. Але тепер через конденсатор проходить струм Іс, який і випереджує U на 900. Геометрична сума струмів Іс та ІА1 дорівнює струму ІА2, який більший , ніж струм ІА1, тобто при ємному характері опору двополюсника показання амперметра збільшуються.

Анологічно можна показати, що в випадку індуктивного характеру опору двополюсника після підключення ємності С , показання амперметра зменшується. Цей випадок доцільно розглянути самостійно.

2.Побудова кругової діаграми двополюсника.

Двополюсник звичайно вмикають послідовно з приймачем (мал.10.1). Струм у колі:

де Zвх=zвхejφвх – комплекс вхідного опору двополюсника,

 Zпр=zпрejφпр –комплекс опору приймача.

Нехай модуль z пр опору приймача змінюється від 0 до ∞, а кут зсуву фаз на приймачеві

Це означає, що активні і реактивні опори приймача змінюються в однаковій степені. Поділивши чисельник і знаменник правої частини рівняння (10.1) на Zвх отримаємо:

Але струм короткого замикання двополюсника, тобто при Zпр=0

Тому можна записати: (10.2)

Рівняння (10.2) є рівнянням кола в векторній формі. Якщо зобразити струм І вектором на комплексній площині (мал.10.5), то кінець цього вектора при U=const і зміні zпр від 0 до ∞ опише дугу кола. Початок вектора І знаходиться завжди у точці 0.

З рівняння (10.2) випливає, що для побудови кругової діаграми двополюсника необхідно знайти Ікз, Zвх, φвх, φпр. Побудову кругової діаграми зручно починати з вектора напруги U , який відкладаємо по вісі +1 комплексної площини (мал.10.5). Знаючи з досліду Ікз, відкладаємо його під кутом φвх до вектора U (мал.10.5 відповідає двополюснику з ємнісним характером опору, тобто φвх>0). Потім через кінець вектора Ікз (в точці А) під кутом ψ до нього проводимо відрізок А-а, який лежить на дотичній до кола (в даному випадку ψ <0) . Для визначення центру кола проводимо перпендикуляри через середину вектора Ікз і до відрізку А-а в точці А. Точка 0/ перетину перпендикулярів є центром кола. Радіусом 0/А проводимо в бік, протилежний відрізку дотичної дугу кола АЕ0. По цій дузі переміщується кінець вектора І при зміні zпр .

Для того, щоб встановити, який струм відповідає знайденому значенню zпр відкладемо на лінії, по якій відкладений вектор Ік відрізок 0В, рівний в масштабі опору zвх. Проведемо через точку В під кутом ψ до Ік лінію ВС. Відкладемо на лінії ВС відрізок ВД, рівний в масштабі для zвх деякому заданому опору приймача zпр = zпр1 . З’єднаємо точку Д з точкою 0. Точку перетину відрізку ОД з дугою позначимо Е. Відрізок ОЕ в масштабі є струм І1, що відповідає опору приймача zпр1 . Лінія ВС є лінія модулю zпр. Опустимо перпендикуляр з точки Е на вектор U і отримаємо відрізок 0F=І1cosφ1. Помножимо цей результат на U (з урахуванням масштабів), отримаємо вхідну активну потужність кола Р1 . Отже, проекції вектора І на U в масштабі відображають активну потужність кола. Відрізок 0G, рівний проекції вектора І1 на напрямок, перпендикулярний до U, відображає в масштабі вхідну реактивну потужність Q1= I1Usinφ1.

З допомогою кругової діаграми можна зробити графічне дослідження режимів двополюсника при зміні модуля опору приймача від 0 до ∞.

Порядок виконання роботи

1.  Зібрати коло для визначення характеру і параметрів пасивного двополюсника (мал.10.2). Двополюсник взяти у лаборанта.

Необхідні прилади: амперметр на 1–2А, вольтметр на 150В, ватметр на 150В, 1А. Конденсатор і ключ взяти на стенді. Ємність конденсатора не більше 10мкФ.

2. При розімкненому ключі К встановити ЛАТРом напругу, зручну для вимірів і записати показання приладів (крім ІА2), в табл.10.1. Вивести ЛАТР, підключити конденсатор С і виміряти струм ІА2 при тій же напрузі на виході ЛАТРу. Результат записати в табл.10.1.

3. Зібрати схему згідно мал.10.6 (А-амперметр на 1–2А; V1–вольтметр на 150В, V2–вольтметр на 60В; φ–фазометр; r–реостат на 30 Ом, 5А; С–магазин ємностей на стенді ).

4. Виконати дослід короткого замикання двополюсника. Для цього вивести ЛАТР на нуль і при відключеній напрузі живлення закоротити приймач zпр (точки а-b). Ввімкнути напругу, встановити ЛАТРом таке її значення, щоб струм у колі дорівнював 1А. Результати вимірів занести до табл.10.2.

5. Виміряти напругу, струм, потужність та кут зсуву фаз для

трьох значень модуля активно-ємного опору приймача при сталому значенні кута φпр, взятому за вказівкою викладача в межах 600-800. Дані вимірів занести до табл.10.2.

Обробка результатів експерименту

1. Обчислити параметри пасивного двополюсника і занести їх до табл.10.1.

2. За даними досліду п.п.4 і 5 порядку виконання роботи обчислити величини, вказані в табл.10.3 (φ-кут зсуву фаз між напругою U і струмом І).

3. Побудувати кругову діаграму двополюсника.

4.Визначити з кругової діаграми значення струмів, напруг, потужностей і кутів зсуву фаз для тих же трьох значень опору приймача, які існували в п.5 порядку виконання роботи.

Результати занести до табл.10.2.

5.Порівняти значення, отримані з кругової діаграми, з дослідними даними табл.10.2.

6.Зробити висновки по роботі.

Контрольні питання

1. Як дослідним шляхом визначити характер (індуктивний чи ємний) двополюсника?

2.Які виміри необхідно виконати для побудови колової діаграми двополюсника?

3. Як з колової діаграми двополюсника визначити струм при відомому модулі опору приймача?

4. Як з колової діаграми двополюсника визначити активну та реактивну потужності кола?

5.В якій послідовності будується колова діаграма двополюсника?

Література

[ 1, c.136; 2, c.161; 4, c.430; 5, c.324 ].

Література

1.Атабеков Г.И. Теоретические основы электротехники. Ч.1–М.: Энергия , 1978.– 592с.

2.Зевеке Г.В. и др. – Основы теорий цепей. –М.: Энергоатомиздат, 1989. – 528с.

3.Карпов Ю.О., Магас Т.Є., Мадьяров В.Г. Конспект лекцій з курсу “Теоретичні основи електротехніки”. Ч.1 – Вінниця, ВПІ, 1992. – 174с.

4.Нейман А.Р., Демирчян К.С. Теоретические основы электротехники. Т.1. –Л.: Энергоиздат, 1981. –534с.

5.Перхач В.С. Теоретична електротехніка. –К.: Вища школа, 1992. – 440с.