Методические указания к лабораторным работам по курсу «Электротехника и электроника» для студентов факультета (стр. 2 из 9)
Необходимо помнить, что положительным направлением вращения векторов считается направление против часовой стрелки. Угол jК определяется через cos jК = 
.
Значения RK и XL определяются по измеренным данным, как указано далее в расчётной части. Этот угол для всех трёх точек на векторных диаграммах будет оставаться одним и тем же, так как значения XL и RK не меняются.
Далее, согласно второму закону Кирхгофа (
) надо векторно (по правилу параллелограмма) сложить ранее построенные вектора 
и 
, 
чтобы найти вектор полного напряжения 
. Угол между этим вектором и вектором тока называется углом сдвига фаз – угол j. Если векторную диаграмму построить в масштабе, то значение полного напряжения должно получиться, равным подведённому к схеме напряжению, а угол j должен быть равен расчётному.Коэффициент мощности (cos j = 
), рассчитанный или полученный из векторной диаграммы, является важным энергетическим параметром и показывает, какая часть электрической энергии может быть превращена в другой вид энергии. При резонансе напряжений cos j = 1, а это значит, что в случае резонанса вся электрическая энергия превращается в другой вид энергии, которая может быть полезно использована.
Пример построения векторной диаграммы для случая, когда
, приведен на рис. 1.
Для других случаев векторные диаграммы строятся аналогично, только надо учесть, что действительные значения векторов напряжений будут иными. 
Рис. 1
Схема лабораторной установки
Лабораторная установка по исследованию неразветвленной электрической цепи включает контрольно-измерительные приборы, коммутационно-защитные аппараты и потребители электрической энергии.
Питание установки осуществляется от сети переменного тока через регулирующий автотрансформатор ЛАТР.
На рис. 2 приведена электрическая схема лабораторной уста-новки для исследования линейной неразветвленной электрической цепи синусоидального тока.
Порядок выполнения работы
1. Собрать электрическую схему экспериментальной установки (рис. 2) для проведения исследований резонанса напряжений и предъявить для проверки инженеру.
2. С разрешения преподавателя установить с помощью регулирующего автотрансформатора ЛАТР требуемую величину напряжения и в процессе опыта поддерживать ее постоянной (U = 20 В).
3. Изменяя емкость магазина от 5 до 30 мкФ, измерять с помощью вольтметров PV2 и PV3 величины напряжения UК, UС, а также ток I с помощью амперметра РА.
Рис. 2. Электрическая схема неразветвленной электрической цепи:
ЛАТР – лабораторный автотрансформатор; PV1– вольтметр на 30 В;
PV2 – вольтметр на 75 В; PV3 – вольтметр на 75 В; PA – амперметр на 300 мА;
ZK – катушка индуктивности; C – магазин емкостей
Данные наблюдений занести в табл. 1.
Таблица 1
| № опыта | Измеряемые величины | Вычисляемые величины | |||||
| C, мкФ | I, мA | UK, B | UC, B | XC, Ом | Z, Ом | cos j | |
| 1 | 5 | ||||||
| 2 | 10 | ||||||
| 3 | 15 | ||||||
| 4 | 20 | ||||||
| 5 | 25 | ||||||
.Значения емкостного сопротивления XC для различных значений емкости определяются по формуле:
где f – стандартная частота тока в сети (f = 50 Гц); С – значение емкости берется в фарадах (1мкФ = 10–6Ф).
4. Для определения угла сдвига фаз между током и напряжением катушки, необходимо знать значения XLи RK. Эти значения опре-деляются из точки резонанса.
Действительно, если учесть, что при резонансе XL = XC, то значение XL надо взять равным вычисленному значению XС для точки резонанса. Кроме того, в точке резонанса Z = RK,
.По опытным данным подсчитываются Z, cos j и строятся:
– график зависимостей
; 
; 
;– три векторные диаграммы исследуемой последовательной цепи при
XL < XC; XL = XC; XL > XC.
Содержание отчета
1. Электрическая схема экспериментальной установки.
2. Таблицы с вычисленными и измеренными величинами.
3. Теоретические и экспериментальные характеристики.
4. Векторные диаграммы.
5. Использованные формулы.
6. Краткие выводы. Сопоставление теоретических и экспериментальных характеристик с известными характеристиками из теории.
Контрольные вопросы
При допуске к лабораторной работе:
1. Что называется резонансом напряжений?
2. Почему при резонансе напряжений ток в цепи достигает своего наибольшего значения?
3. При каком условии в цепи наступает резонанс напряжений?
4. Как рассчитать действующий ток в неразветвленной цепи синусоидального тока с потребителями электрической энергии, характеризуемыми сосредоточенными параметрами R, L и С ?
5. От каких величин зависит полное сопротивление электрической цепи при последовательном соединении R, L и С элементов?
6. Как записывается закон Ома для цепи с последовательным соединением разных по характеру нагрузок?
При защите лабораторной работы студент должен ответить на вопросы, проработанные при допуске к лабораторной работе, а также должен знать:
1. Как определить коэффициент мощности цепи и чему он равен при резонансе напряжений?
2. От каких параметров зависит значение угла сдвига фаз меж-ду напряжением и током?
3. По какой формуле рассчитывают активную, реактивную и полную мощности в линейной электрической цепи синусоидального тока?
4. Как строятся векторные диаграммы для цепи с последовательным соединением катушки индуктивности и емкости?
5. Чему равно полное сопротивление цепи при резонансе напряжений?
6. Какой характер (по нагрузке) имеет цепь с последовательным соединением катушки индуктивности и емкости при резонансе напряжений?
ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО
ТОКА ПРИ СОЕДИНЕНИИ ПРИЁМНИКОВ ЗВЕЗДОЙ
Цель работы
1. Опытным путем найти соотношение между действующими фазными и линейными напряжениями и токами при равномерной и неравномерной нагрузке.
2. Установить роль нулевого провода в работе трехфазной установки при различных нагрузках.
3. Экспериментально подтвердить теоретические знания, полученные на лекциях и самостоятельных занятиях по трехфазным электрическим цепям при соединении звездой.
Общие сведения
Соединение звездой в трёхфазной цепи переменного тока – это такое соединение, при котором концы фаз приёмников соединяются в одну точку, называемую нейтральной или нулевой, а начала выводятся на источник питания – трёхфазный генератор.
Трёхфазный генератор всегда соединяется звездой и всегда симметричен. Фазы генератора обозначаются заглавными буквами А, В, С, нейтральная точка – заглавной буквой N. Начала фаз приём-ника обозначаются строчными буквами а, b, с, концы фаз – x, y, z, а нулевая точка – строчной буквой n.
Преимуществом трёхфазной цепи при соединении звездой является наличие двух напряжений – линейного и фазного.