среда, 6 февраля 2019 г.

Завдання до лабораторної роботи "Дослідження трифазної системи при з'єднанні освітлювального навантаження зіркою"

Завдання до лабораторної роботи 
"Дослідження трифазної системи при з'єднанні освітлювального навантаження зіркою"
Тема: Дослідження трифазної системи при з'єднанні освітлювального навантаження зіркою.

Мета. навчитись визначати основні параметри трифазної системи при з'єднанні зіркою.

Обладнання:
1.     Установка трифазної системи при з'єднанні освітлювального навантаження зіркою.
2.     Вольтметри.
3.     Амперметри.
4.     З’єднувальні дроти

Послідовність виконання.

1.     Освітлювальне навантаження зіркою зібране за схемою, що подана нижче.
2.     Заповнити таблицю, виконавши усі розрахунки (обчислити активні опори, фазні напруги та активні потужності), якщо відома лінійна напруга, та фазні струми.
3.     Побудувати графік залежності фазних напруг від часу Uф = Uф(t) .

Uл, В
ν, Гц
Uф1, В
Uф2, В
Uф3, В
Рф1, Вт
Рф2, Вт
Рф3, Вт
Iф1,A
Iф2,A
Iф3,A
r1, Ом
r2, Ом
r3, Ом
380







0,95
1,2
1,5




понедельник, 6 ноября 2017 г.

Завдання на тиждень дистанційного навчання

Шановні студенти!Опрацюйте матеріал за темою "Магнітне поле і його характеристики"та графічно в конспектах розв'яжіть наступні завдання. 
1. На малюнку вказано напрямок магнітних ліній. Правильно позначте полюси магніту.
2. Вкажіть напрямок магнітних ліній навколо прямолінійного провідника.

понедельник, 20 марта 2017 г.

Завдання на тиждень дистанційного навчання


Увага! Шановні студенти, до 24 березня включно ви маєте виконати завдання та надіслати електронною поштою за адресою pauldem82@gmail.com:
- Накреслити 1) графіки залежності обертаючого моменту на валу електродвигуна по­стійного струму від сили струму в обмотці якоря: з незалежним і паралельним збудженням;  з послідовним збуджен­ням; зі змішаним збудженням; 2) та механічні характеристики електродвигуна постійного струму: з незалежним і паралельним збудженням;  з послідовним збуджен­ням; зі змішаним збудженням
- За паспортною табличкою двигуна постійного струму визначити його основні параметри.

четверг, 12 января 2017 г.

Розрахунок електричних величин кола

Розрахунок електричних величин кола.

Нехаймаємо коло синусоїдного струму з двома котушками iндуктивностi без взаємної iндуктивностi. Iндуктивнiсть дано окремо i послiдовно з кожною iндуктивнiстю наведено активнi опори котушок (рис.1). До затискачiв кола прикладено синусоїдну напругу.
Для аналiзу кола побудуємо векторну дiаграму. Якщо для даного кола вiдомi величини L1, L2, R1, R2, та U, то знайдемо величини струмiв та кути зсуву за фазою вiтки кола.
Повний опiр кожної вiтки дiстанемо як геометричну суму їх активного та iндуктивного опорiв:
 , 
Величина струмiв у вiтках:
І1 = U/Z1, I2 = U/Z2.
Кути зсуву за фазою мiж струмами у вiтках i напругою на затискачах кола:
cоs φ= R1/Z1, соs φ= R2/Z2.
Вибравши масштаби для струмiв і напруги, побудуємо векторну дiаграму (рис. 2) в такому порядку.
Рис. 52
Для паралельних кiл векторна діаграма починається не з вектора струму, а з вектора напруги, однакової для паралельних вiток.
Припустимо, що и = Um sinωt. Тодi вектор напруги на затисачах кола Uзобразиться в горизонтальному положеннi.
Побудуємо вектори струмiв І1 і І2якi вiдстають за фазою вiд вектора напруги на кути φі φ2, як і для кола з активним та iндуктивним опорами.
Згiдно з першим законом Кiрхгофа, загальний струм в паралельних колах дорiвнює сумi струмiв у паралельних вiтках. У колах змінного струму ця сума буде векторною, оскiльки струми у вiтках зсунутi за фазою мiж собою. Додамо вектори струмiв за правилом паралелограма.
З векторно дiаграми дiстаємо, що загальний струм кола вiдстає за фазою вiд напруги на затискачах кола на кут φ < 90°. Крiм того, величину загального струму, тобто дiагональ паралелограма на векторнiй дiаграми, можна обчислити аналiтично (за теоремою косинусiв з трикутника ОВС).
 .
Цю формулу можна застосувати для аналiтичного розрахунку кола з двома паралельно з’єднаними котушками.
Повна потужнiсть кола:
S = UI.
Активна потужнiсть дорiвнює сумi акивних потужностей кожної паралельної вiтки:
Р = Р1 + Р2.
Активна потукнiсть кожної паралельної вiтки визначається за формулами:
P1 = U1I1 cos φ1, P2 = UI2 cos φ2.
Реактивну потужнiсть дiстанемо як суму реактивних потужностей:
Q = Q1 + Q2.
У кожній вiтці реактивна потужність розраховується за формулами:
Q1 = UI1 sin φ1, Q2 = UI2 sin φ2.
Метод розрахунку кола за теоремю косинусiв не дуже зручний, особливо для кiл з кiлькома паралельнимн вiтками, тому застосовують метод розрахунку послiдовних кiл.
Згiдно з векторною дiаграмою послiдовного кола з активним опором та iндуктивнiстю, загальна напруга на затискачах кола складається з двох частин: активної частини Uaяка збiгається за фазою iз струмом кола, та реактивної частини UL, яка випереджає за фазою струм на кут 90°.
Вектори струмiв паралельних вiток i загального струму кола можна також розкласти на двi складовi, одна з яких збiгається за фазою з вектором напруги i називаеться активним струмом, а друга частина напрямлена пiд кутом 90° до напруги i називається реактивним струмом.
Щоб дiстати такий розклад, треба опустити перпендикуляр з кiнця кожного вектора струму на вектор напруги (рис. 53,а).
Рис. 53
На цiй векторнiй дiаграмi маємо: вектори активних струмiв Іа1Іа2,Іаякi збiгаються за фазою з вектором напруги; вектори реактивних струмiв Ір1, Ір2, Ір, які перпендикулярнi до вектора напруги.
На рис. 3, б зображено еквiвалентну схему кола, наведеного на рис. 1.
Активнi струми характеризують ту частину енергiї, яка надходить вiд генератора i втрачається на активному опопрі безповоротно на кожній ділянці кола. Реактивнi струми характеризують ту частину енергiї генератора, яка коливається мiж генератором i магнiтним полем котушки iндуктивностi.
З властивостей кола з послiдовним з’єднанням R i XLвiдомо, що в колi вiдбувається обмiн енергiею мiж генератором і магнiтним полем котушки iндуктивностi. При цьому частина енергiї втрачається безповоротно на активному опорi кола.
Кожна з паралельних вiток кола, зображеного на рис. 1, є послiдовним з’єднанням iндуктивностi та активного опорiв, тому в цъому колi вiдбуваються тi самi енергетичнi процеси, що й у колi з R i XL.

Коло змінного струму з активним опором та ємністю

Коло змінного струму з активним опором та ємністю

 В дійсності будь-який конденсатор має втрати, тобто активною потужністю. Тому реальний конденсатор можна представити у вигляді послідовного з’єднання активного опору R та ємнісного опору ХС (рис. 37) .

Рис.37
Активний опір визначається потужністю втрат R=P/I2 . Накреслимо векторну діаграму: при цьому вектор активної складової напруги збігається по фазі зі струмом, а вектор реактивної складової напруги відстає від струму на кут 90. З векторної діаграми видно, що загальна напруга U на затискачах конденсатора відстає по фазі струм І на кут φ.

 Миттєві значення Векторна діаграма Діючі значення
  
Трикутник опорів(рис. 39)
 Повний опір-  ,  , 
Ємнісний опір-  


Струм в колі  Рис.39
Трикутник потужностей(рис. 40)
  -коефіцієнт потужності 
Активна потужність кола 
Реактивна потужність кола 
Повна потужність кола 

Приклад 9 Рис. 40
У коло змінного струму підключений резистор, опір якого R=60 Ом та послідовно з ним конденсатор. Рівняння напруги на затискачах кола u=707sin(314t-53°) В. Скласти рівняння миттєвого значення струму. Визначити ємність, частоту, амплітуду струму та напруги, діюче значення струму та напруги. Знайти активну, реактивну та повну потужності кола. Накреслити схему кола та побудувати векторну діаграму струму та напруг у масштабі MU=100 В/см.

Розв’язання
1. Накреслимо схему кола:
3. Діюче значення напруги U=Um =707/  =500 В.
4. Частота f=w/(2·p)=314/(2·3,14)=50 Гц.
5. Повний опір кола Z=R/cosj=60/cos53°=60/0,6=100 Ом.
6. Ємнісний опір кола XC =√1002 -602 =80 Ом.
7. Ємність конденсатора C=1/(wXC)=1/(314·80)=39,8 мкФ.
8. Знаходимо діюче значення струму I=U/Z=500/100=5 А.
9. Амплітуда струму Im ·I=  ·5=7,05 А.
10. Рівняння миттєвого значення струму i=Imsinwt=7,05sin314t
11. Напруга на активному опорі кола Ua=I·R=5·60=300 В.
12. Напруга на конденсаторі UС=I·XС=5·80=400 В.
13. Активна потужність кола P=I2R=52·60=1500Вт.
14. Реактивна потужність Q=I2·XC=52·80=2000вар.
15. Повна потужність S=UI=500·5=2500В·А.
16. Будуємо векторну діаграму (рис. 41)
Послідовне з’єднання активного, індуктивного та ємнісного опору
Рис. 39
Якщо до нерозгалуженого кола з активним опором R, індуктивністю L та ємністю C (рис. 38) протікає синусоїдний струм і=Іm ·sin ωt, то миттєве значення прикладеної до кола напруги u=uA+ uL+uC. Діюче значення напруги на затискачах кола отримують методом додавання векторів Ū=ŪаLC.

 Побудуємо векторні діаграми для наступних випадків:
1. Індуктивний опір більше ємнісного  ,тоді напруга .
При цьому загальна напруга випереджає по фазі струм на кут  і коло має активно-індуктивний характер Рівняння миттєвого значення загальноїнапруги має вигляд u=Um·sin(ωt+φ).




2.  Ємнісний опір більше індуктивного , тоді напруга .
Загальна напруга відстає по фазі від струму на кут  і коло матиме активно- ємнісний характер (рис. 42) .
Рівняння миттєвого значення загальноїнапруги має вигляд
u=Um·sin(ωt-φ).


Рис.42
3. Ємнісний опір дорівнює індуктивному ,тоді напруги .
 Загальна напруга збігається за фазою зі струмом, кут φ=0, коло має чисто активний характер (рис. 43) і цей режим
називається резонанс напруг.
Рис.43
Діюче значення загальної напруги визначають за векторною діаграмою 

Трикутник опорів
Якщо сторони трикутника напруг розділити на струм І , отримаємо трикутник опорів (рис. 44)
 Повний опір ,  
Струм в колі 
Рис.44
Трикутник потужностей
 
коефіцієнт потужності ,тоді
 Рис.45
Приклад 10
Резистор з опором R1=50 Ом, конденсатор ємністю C=31,8 мкФ та котушка з параметрами R2=30 Ом, L2=127,5 мГн з’єднані послідовно та підключені до мережі змінного струму частотою f=50 Гц, показання вольтметра U=200В.
Визначити:
1. Повний опір кола Z та котушки ZК;
2. Напругу на затискачах кола U та на котушці UК;
3. Струм у колі I;
4. Повну S, реактивну Q потужності кола;
5. Коефіцієнт потужності кола cosj;
6. Накреслити схему кола с приладами для вимірювання струму, напруги та активної потужності;
7. Побудувати векторну діаграму струмів та напруг у масштабі MU=20 В/см;
8. Визначити, при якій ємності в даному колі виникає резонанс напруг.
Розв´язання
1. Накреслимо схему колa
Рис.46
2. Ємнісний опір конденсатора XC =  =100Ом.
3. Індуктивний опір котушки XL2=2pfL=2·3,14·50·127,5·10-3=40 Ом.
4. Повний опір кола Z=  =
=Ö(50+30) 2+(40-100)2=100 Ом
5. Повний опір котушки ZК =  =50 Ом.
6. Повний струм у колі I=U/2=200/100=2 А.
7. Напруга на затискачах кола U=IZ=2·100=200 В.
8. Напруга на активному опорі Ua1=I·R1=2·50=100В.
9. Напруга на конденсаторі UC=I·XC=2·100=200 В.
10. Напруга на активному опорі котушки Ua2=I·R2=2·30=60 В.
11 Напруга на індуктивному опорі котушки UL2=IXL2=2·40=80 В.
12. Загальна напруга на котушці UК =Ö602+802=100 В.
13 Реактивна потужність Q= I2(XL2- XC)=22·(40-100)=-240 вар.
14. Повна потужність кола S=UI=200·2=400 В·А.
15. Активна потужність поля P=I2(R1+R2)=22(50+30)=320Вт
16. Коефіцієнт потужності cosj=P/S=320/400=0,8.
Рис.47
 Коливальний контур
Коливальним контуром називається електричне коло, яке складається з iндуктивностi та ємностi і має малай активний опiр, менший, нiж подвiйний хвильовий опiр контуру, що забезпечуе обмiн енергiєю мiж електричним i магнiтним полями.
Фiзичний процес в iдеальному коливальному контурi.Розглянемо фiзичнi процеси в колi, зображеному на рис. 48 при двух положеннях перемикача. 
Рис.48
Якщо перемикач знаходиться в положеннi 1,то конденсатор заряджається вiд енергiї джерела ЕРС. При цьому в колi є зарядний струм, величина якого поступово эменшуеться i припиниться, коли конденсатор повнiстю буде заряджено,

тобто напруга на його обкладках ucдорiвнюватиме напрузi джерела електричної енергії: uс=U. Алгебраїчна сума цих двох напруг дорiвнюе нулю, отже, i струм дорiвнює нулю. Зарядний струм
ia =  , де R— опiр лiвого контуру.
У процесi заряду конденсатора в його електричному полi накопичується енергiя
WС = 
тобто конденсатор стає джерелом електричної енергiї.
Якщо перемикач знаходиться в положеннi 2,тобто до зарядженого конденстора пiдключено iдеальну котушку iндуктивностi, то конденсатор почне розряджатися, i в правому контурi вникне розрядний струм‚ за рахунок енергiї зарядженого конденсатора. З виникненням розрядного струму в правому контурi у магнiтному полi котушки iндуктивностi поступово накопичується енергiя, тобто поступово енергiя електричного поля конденсатора переходить у магнiтне поле котушки.
Якщо припустити, що контур iдеальний, тобто його активний опiр R=0 дорівнює нулю, то пiсля повного розряду конденсатора вся енергiя його електричного поля зосередиться в магнiтному полi котушки. Це означає, що наприкiнцi розряду конденсатора магнiтне поле i його енергiя досягає максимуму WL=Ll2m/2. Отже, в цей момент у контурi струм поступово досягає максимуму.
Розглянутий фiзичний процес зображено на графiку рис. 49 (перша чверть перiоду).
Згiдно з графiком, ucзменшується до нуля, а струм досягає максимуму. На початку першої чвертi перiоду швидкiсть змiни струму велика, а тому велика i величина ЕРС самоiндукцiї. У кiнцi чвертi перiоду швидкiсть зміни струму зменшується до нуля, а тому i ЕРС самоiндукцiї зменшуеться до нуля. ЕРС знаходиться в протифазi з uc(за законом Ленца). 
Рис.49
На початку другої чвертi перiоду струм, не пiдтриманий нiякою напругою (u і еLдорiвнюють нулю), зменшується і в кінці чверті дорівнює нулю. Проте тільки струм почне зменшуватися, зменшується й магнiтне поле котушки, а при змiнi магнiтного поля в котушцi iндуктивностi iндукується ЕРС самоiндукцiї однакового напряму з струмом. Ця ЕРС пiдтримує струм, і тому вiн зменшується поступово.
Виникнення в котушцi ЕРС самоiндукцiї однакового напряму зі струмом означає, що котушка iндуктивностi стає джерелом електричної енергiї, яка була накопичена в її магнiтному полi в першiй чвертi перiоду. На кiнцях котушки виникае рiзниця потенцiалiв. Конденсатор почне заряджатися вiд цієї ЕРС самоiндукцiї, але з протилежною полярнiстю. Крива ucу другiй чвертi перiоу вiд’ємна, тобто напрям ucзмiнився.
У кiнцi другої чвертi перiоду конденсатор знову повнiстю заряджено, тобто енергiя магнiтного поля котушки перейшла в електричне поле конденсатора.
Струм у контурi в другiй чвертi перiоду, який є зарядним, в кiнцi чвертi перiоду зменшується до нуля. При цьому нижня обкладка конденсатора з недостачею електронiв дiстає позитивний потенцiал, а верхня обкладка з надмiром електронiв — негативний.
У кiнцi другої чвертi перiоду знову конденсатор заряджено, напруга uc— максимальна, струм дорiвнюе нулю, ЕРС еL теж максимальна, тобто положення в контурi те саме, що й на початку першої чвертi. Тому в третiй чвертi конденсатор почне розряджатися, i фiзичнi процеси, якi вiдбувалися в першiй і другiй чвертях перiоду, повторюватимуться в третiй i четвертiй чвертях. Отже, в цьому
контурi вiдбуваеться беперервне коливання енергiї між електричним і магнiтним полями. Таке коло називаеться коливальним контуром.
Такi коливання називаються вiльними, оскiльки вони вiдбуваються без стороннього джерела електричної енергії, а за рахунок енергiї, внесеної в електричне поле конденсатора. Енергiю можна також внести в магнiтне поле котушки, наприклад, через взаємоiндукцiю з сусiдньої котушки, яка живиться вiд джерела ЕРС. При розмиканнi кола з котушкою L1у котушцi коливального контуру iндукується ЕРС взаємоіндукції від якої конденсатор заряджається, тобто енергія магнітного поля перетворюється в електричне поле конденсатора, пiсля чого виникають вiльнi коливання в контурi.
В iдеальному контурi, тобто при вiдсутностi активного опору, енергiя в контурi не втрачається, тому коливання будуть незатухаючими. Амплiтуда коливального струму протягом часу не зменшується (рис. 50).

Рис.50
При розрядi конденсатора за рахунок енергiї розрядного струму виникає ЕРС самоiндукцiї, яка протидiє напрузi на обкладках конденсатора uci дорiвнює за величиною еL. Експериментально також доведено, що в коливальному контурi струм є синусоїдним.
Перiод та частота вiльних коливань. Визначимо кутову частоту вiльних коливань з рiвняння енергiї електричного
іматнiтного полiв:
СU2m/2=Ll2m/2

Пiдставимо в цi рiвняння значення амплiтуди струму I mзнайденого за законом Ома. При розрядi конденсатора на iндуктивному опорi котушки
m ,
де ω0— кутова частота струму вiльних коливань. Тодi
 = 
Після скорочення маємо
С=  звiдки ω2LС=1 або ω0
Виразимо ωчерез частоту вiльних коливань контуру
ω0 = 2 πf0 і визначимо f0
Пiдставивши сюди значения ω0, дiстанемо f0
Період вiльних коливань Т0  . Тому Т0 = 2 π  .
Ця формула має такий фiзичний смисл: iз збiльшенням L і Сперiод вiльних коливань збiльшується, а частота зменшується. Частоту вiльних коливань часто називають частотою власних коливань контуру.
З виразу  знаходимо 
де ω0L=ХL . Це означає, що при струмi в контурi з частотою вiльних коливань iндуктивний опiр ХL дорiвнює ємнiсному опору ХС.
Хвильовий опір коливального контуру. Розглянемо рiвняння енергiї електричного та магнiтного полiв у контурі  . Пiсля скорочення маємо СU2m=LI2m
Звiдси і  , або Im = 
Це є закон Ома для струму вiльних коливань контуру, вираз  є опором.
Величина  називається хвильовим або характеристичним опором контуру і позначається Zхв:
Zхв
Пiдставимо у формли реактивних опорiв Х L і ХС значення кутової частоти вiльних коливань ω0 = 1/  .Тодi Х L0= ω0 L= L/  або Х L0 .
Отже, ХL0
Знайдемо тепер ХС0: Х С0 або ХС0
Таким чиномхвильовим опоромназивається індуктивний i ємнісний опори в коливальному контурі при частотi вiльних коливань.
 Реальний коливальний контур. Реальний коливальний контур має активний опiр, тому виникнення в контурi вiльних коливань енергiї заздалегiдь зарядженого конденсатора поступово витрачається безповоротно, перетворюючись, в основному, в теплову енергiю.
Внаслiдок втрати енергiї в контурi поступово зменшуеться її запас, знижується напруга на обкладках конденсатора при чергових заряджаннях i амплiтуда коливального струму поступово зменшується до нуля. Отже, коливання в контурi є затухаючими (рис.51). Наявнiсть активного опору в контурi також впливає на перiод і частоту вільних коливань, тому що чим більший активний опiр контуру, тим бiльший час розряду та заряду конденсатора, а це є наслiдком
Рис.51
зменшення швидкостi руху вільних електронiв у контурi в силу протидiї активного опору напрямленому руху електронiв при розрядi і зарядi конденсатора.
Кутова частотавiльних коливань в реальному контурі
ω0
Звiдси випливає, що при R=0 ω0=1/  ,а це відповiдає ω0 для iдеального контуру. Із збiльшенням Rдо величини 2  значения ω0 зменшуватиметься.

Якщо R=2  , то пiдставивши це значения у формулу (9.8), дістанемо
ω0 =0
ω0=0 означаєщо коли R = 2  , то вiльнi коливання в контурi не виникають.
Це пояснюеться тим, що при такiй і бiльшiй величинi активного опору під час першого розряду конденсатора вся енергiя витрачаеться на активному опорi контуру безповоротно, перетворюючись у теплову енергiю. Такий розряд називається а п е р і о д и ч н и м. Тодi контур не є коливальним і називається аперiодичним контуром.
Для виникнення вiльних коливань у контурi необхiдно двi умови:
1. Наявнiсть деякої енергiї в електричному полi конденсатора або в магнiтному полi котушки iндуктивностi .
2. Малий активний опiр контуру, менший нiж подвiйний характеристичний опiр контуру: R<2 
Щоб дiстати незатухаючi коливання в реальному контурi, треба протягом кожного перiоду поповнювати втрачену енергiю на активному опорi контуру в такт з частотою вiльних коливань. Це здiйснюється за допомогою електронних генераторiв. Такi генератори виробляють синусоїдний змiнний струм високих частот в широкому дiапазоні частот залежно вiд параметрiв коливального контуру L i СЧастоту струму в контурах легко змінювати, якщо включено конденсатор змiнної ємності або котушка зi змiнною iндуктивнiстю.
Затухання та добротнiсть контуру. У реальному коливальному контурi вiльнi коливання затухають тим швидше, чим бiльший активнний опiр Rконтуру.
Для характеристики iнтенсивностi затухання вiльних коливань введено поняття затухання контуру:
Затуханням контуру називається величина, яка характеразує iнтенсивнiсть затухання коливань у контурi.
На практицi часто застосовують величину, обернену до затухання, яка називається д о б р о т н і с т ю контуру або якiстю контуру:
 або 
Чим бiльше добротнiсть контуру, тим менш iнтенсино затухають коливання в контурi.
Добротнiстю контуру називають величину, яка характеризує тривалiсть вiльних коливань у контурi.
Резонанс напруг
Суть резонансу напруг. При аналiзi процесiв у коливальному контурi було доведено, що коли в контурі проходить струм з частотою власних коливань контуру, то iндуктивний опiр дорiвнює ємнiсному опору: ХL= XСРозглянемо коливальний контур, пiдключений до генератора, який подає в контур струм з частотою власних коливань контуру  =  . Тодi в колi виникають вимушенi коливання, при яких ХL = ХС i Х = ХL- Хс = 0. Реактивнi опори кола повнiстю компенсують один одного, i в колi рiзко зростає величина струму, випливає явище резонансу напруг.
Резонанс напруг – це режим який характеризується максимальним струмом в колі, який збiгається за фазою з напругою на затискачах кола і надходить вiд генератора змiнного струму та різким зростанням напруг на реактивних елементах, які можуть перевищувати напругу на затискачах кола.
Умови виникнення
1. Наявність послідовного з’єднання R, індуктивності L, ємності C.
2. Рівність реактивних опорів кола 
3. Рівність частоти генератора та частоти вільних коливань 
4. Малий активний опір, менший за подвійний хвильовий
Умови отримання
1. Змінюємо частоту напруги живлення
2. Змінюємо частоту власних коливань за рахунок зміни індуктивності або ємності кола.