Электрические измерения (стр. 9 из 15)
Рисунок 6.10
Рисунок 6.11
Ток в неразветвленной части цепи опережает по фазе напряжение на угол φ (рисунок 6.12).
. (6.27)Действующее значение в ветвях с резистором и конденсатором можно определить по закону Ома:
. (6.28)Ток I1 по характеру активный, его обозначают – Iа
, (6.29)где
– емкостная проводимость;ток I2 – емкостной ток, его обозначают – Ic.
Рисунок 6.12
Полный ток в неразветвленной части цепи можно определить из векторной диаграммы (рисунок 6.13)
, (6.30)где
– полная проводимость цепи.Цепь, содержащая индуктивность и емкость, может являться колебательным контуром, т.е. системой, в которой может происходить колебательный разряд емкости на индуктивность. При параллельном соединении катушки индуктивности и конденсатора (рисунок 6.15) синусоидальное напряжение на зажимах цепи
вызывает синусоидальные токи в параллельных ветвях и в неразветвленной части цепи. 
Рисунок 6.13
Угол φ можно определить из треугольника проводимостей (рисунок 6.14)
. (6.31) 
Рисунок 6.14
Действующее значение тока в цепи с катушкой
, (6.32)в цепи с конденсатором
. (6.33)Ток в неразветвленной цепи можно определить из векторной диаграммы (рисунок 6.16).
,(6.34)где
– полная проводимость всей цепи.Реактивная проводимость цепи при параллельном соединении катушки и конденсатора уменьшается, и это приводит к уменьшению тока в неразветвленной части цепи. Этот ток может быть значительно меньше токов в параллельных ветвях.
Коэффициент мощности цепи можно определить из треугольника проводимостей (рисунок 6.17.)
.(6.35) 
Рисунок 6.15
Рисунок 6.16
Рисунок 6.17
Ток в общей цепи может по фазе как отставать (рисунок 6.18), так и опережать его (рисунок 6.18), в зависимости от соотношения реактивных проводимостей катушки и конденсатора.
Если индуктивная и емкостная проводимости будут равны, то в этой цепи наступит резонанс токов
.(6.36) 
Рисунок 6.18
Полная проводимость цепи становится наименьшей и равной активной проводимости катушки.
Сдвиг фаз между током и напряжением в общей цепи отсутствует
, а коэффициент мощности 
. Ток в неразветвленной части цепи минимален и носит активный характер (рисунок 6.19). 
Рисунок 6.19
Частотные характеристики будут иметь вид (рисунок 6.20)
Резонанс токов не сопровождается перенапряжением, как это имеет место при резонансе напряжений. Резонанс токов, а также режимы, близкие к резонансу токов, используются для повышения
электроустановок. Для этого параллельно к индуктивным приемникам электроэнергии (асинхронные двигатели, трансформаторы) включают конденсаторы. Сеть и источник электроэнергии разгружается от реактивных токов, и это позволяет присоединить к ним дополнительно приемники электроэнергии.При резонансе токов полная мощность, потребляемая приемниками, будет активной.
Рисунок 6.20
где wp – резонансная частота
Объект и средства исследования
Объектом исследования является цепь переменного тока с параллельными соединениями сопротивлений (рисунок 6.21)
Рисунок 6.21
Для проведения исследования используют:
1) источник электрической энергии переменного тока – 30 В;
2) магазин сопротивлений (R1, R2);
3) магазин емкостей (С = 121 мкФ);
4) катушка индуктивности (L);
5) амперметры (А, А1, А2,) пределы измерения от 0 до 1 А;
6) вольтметр (V) пределы измерения от 0 до 100 В;
7) ваттметр (W) предел измерения от 0 до 1200 Вт;
8) провода со штекерами.
Рабочее задание
1 Собрать электрическую цепь (рисунок 6.2), состоящую из параллельно соединенных двух резисторов. Произвести измерение напряжения, токов. Данные занести в таблицу 6.1.
Таблица 6.1
| Данные измерений | Результаты вычислений | ||||||
| U,В | I,А | I1,А | I2,А | g1,См | g2,См | g,См | cosφ |
2 Собрать электрическую цепь (рисунок 6.22), состоящую из параллельно соединенных резисторов и катушки индуктивности.
Рисунок 6.22
Произвести измерения напряжения, токов, мощности. Данные занести в таблицу 6.2.
Таблица 6.2
| Данные измерений | Результаты вычислений | |||||||||||||||
| U | I | I1 | I2 | Р | параметры катушки | параметры цепи | ||||||||||
| gк | bк | yк | Iа | Iр |  | gц | bц | yц | Iа | Iр | | |||||
3 Заменить в схеме (рисунок 6.22) катушку индуктивности емкостью. Произвести измерения токов, напряжения, мощности. Данные измерений занести в таблицу 6.3.
4 Исследование режима резонанса токов. Собрать электрическую цепь (рисунок 6.23).
Изменяя емкость, добиться минимального значения тока в общей цепи (фиксируется по амперметру). Емкость, соответствующая резонансу, называется резонансной и обозначается С0. Произвести измерения величин, указанных в таблице 6.4 при резонансной емкости.
Изменяя емкость (С < С0, С > С0), исследовать цепь до и после резонанса. Произвести измерения напряжения, токов, мощности. Данные измерений занести в таблицу 6.4.
Таблица 6.3
| Данные измерений | Результаты вычислений | ||||||||||||
| С | U | I | I1 | I2 | Pс | параметры конденсатора и резистора | Параметры цепи | ||||||
| bc | g | gц | bц | yц | | Ia | Ip | ||||||
Рисунок 6.23
Таблица 6.4
| Данные измерений | Результаты вычислений | |||||
| С, мкФ | U, B | I, A | I1, A | I2, A | P, Вт | cosφ |
По данным измерений и вычислений п.1, п.2, п.3 построить, в масштабе, векторные диаграммы токов (рисунок 6.7 и 6.13). Построить в масштабе аналогичные векторные диаграммы по п.4 для трех режимов: до резонанса С < С0 ; при резонансе С = С0 ; после резонанса С > C0 (см. рисунки 6.16, 6.18 и 6.19).
По данным таблицы 6.4 построить кривые:
.