1 Зертханалық жұмыс кернеуі 1000 в дейінгі айнымалы токтың Үш фазалы желілерінің электр қауіпсіздігі
жүктеу/скачать 13,83 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Бақылау сұрақтары
- 10 Зертханалық жұмыс
| 2.1-Сурет.
Кесте 2.2
Өлшеу нәтижелерін салыстырыңыз және жеке тұтынушылардың кедергілерінің қосындысы бүкіл тізбектің кедергісіне тең екеніне көз жеткізіңіз. Кирхгофтың екінші заңының орындалуына көз жеткізіңіз. Резисторлардың бірінің кедергі шамасы өзгерген кезде тізбектің және жеке тұтынушылардың жұмыс режимінің өзгеруін түсіндіріңіз. 2.4. Резисторлардың параллель қосылымы бар сызықтық тізбекті жинаңыз (сурет.2.2). Резистор Модулінің SA1, SA2, SA3 қосқыштарын "∞ " күйіне орнатыңыз. Жиналған тізбекті тексергеннен кейін стенд пен қуат өлшегіштің қуатын қосыңыз. SA1 қосқышын пайдаланып R1 резисторының мәнін берілген опцияға сәйкес орнатыңыз (кесте.2.3). Тізбектегі кернеу мен токтарды өлшеңіз. Өлшеу нәтижелері 2.2. кестеге енгізілсін. SA2 қосқышын пайдаланып, екінші R2 резисторының оқытушы орнатқан жаңа мәнін орнатыңыз және тізбектегі кернеу мен токтарды қайтадан өлшеңіз. Содан кейін үшінші резисторды қосып, кернеу мен токтарды өлшеңіз. Өлшеу нәтижелері 2.3. кестеге енгізілсін. 2.2-Сурет. Берілген опцияға сәйкес R2 кедергісінің мәнін өзгертіңіз және қайтадан өлшеңіз. Қуатты өшіріңіз. Өлшеу нәтижелері бойынша R1, R2, R3 резисторларының кедергісін және бүкіл re тізбегінің кедергісін, G1, g2, g3 жеке тармақтарының өткізгіштігін және бүкіл дЭ тізбегін есептеңіз. Есептеу нәтижелерін кестеге енгізіңіз.2.4. Кирхгофтың бірінші заңының орындалуына көз жеткізіңіз. R2 резисторының кедергі шамасы өзгерген кезде тізбектің және жеке тұтынушылардың жұмыс режимінің өзгеруі туралы қорытынды жасаңыз. Кесте 2.3
Кесте 2.4
2.5. Резисторлардың аралас байланысы бар сызықтық тізбекті жинаңыз (2.3-сурет). 2.3-Сурет. Берілген опцияға сәйкес резистор Модулінің SA1, SA2, SA3 қосқыштарын орнатыңыз (кесте.2.5). Мұғалім схеманы тексергеннен кейін стенд пен қуат өлшегіштің электр қуатын қосыңыз. Тізбектің кірісі мен тізбектің барлық бөліктеріндегі кернеулерді, сондай-ақ барлық токтарды өлшеңіз. Нәтижелер кестеге енгізіледі.2.6. R2 резисторының жаңа мәнін орнатыңыз және тізбектегі кернеулер мен токтарды қайтадан өлшеңіз. Қуатты өшіріңіз. Өлшеу нәтижелері бойынша Р1, Р2, Р3 және бүкіл р тізбегінің әрбір бөлігінің қуатын есептеңіз. Есептеу нәтижелерін кестеге енгізіңіз.2.6. Зерттелетін тізбектегі қуат балансының орындалуын тексеріңіз. R2 резисторының шамасы өзгерген кезде тізбектің және жеке тұтынушылардың жұмыс режимінің өзгеруі туралы қорытынды жасаңыз. Кесте 2.5
Кесте 2.6
3. Әдістемелік нұсқаулар Вольтамперлік сипаттамалары түзу сызықтар болып табылатын элементтерден тұратын электр тізбегі сызықтық электр тізбегі деп аталады, ал тізбекті құрайтын элементтер сызықтық элементтер деп аталады. Барлық элементтер арқылы бірдей ток өтетін электр тізбегіндегі байланыс сериялық байланыс деп аталады. Тұрақты ток тізбегінің RЭ эквивалентті кедергісі жеке учаскелердің кедергілерінің қосындысына тең: RЭ = R1 + R2 +…+ Rn. ОМ Заңына сәйкес жеке учаскедегі кернеу сол учаскенің кедергісіне пропорционалды: U1 = I R1; U2 = IR2. Кирхгофтың екінші заңына сәйкес Тұрақты ток тізбегінің кірісіндегі u кернеуі жеке учаскелердегі кернеулердің қосындысына тең: U = U1 +U2 + …+ Un Екі немесе бірнеше элементтердің параллель қосылуымен олардың кернеуі бірдей, өйткені бұл элементтердің сымдары бірдей түйіндерге қосылған. Жеке элементтердегі токтар ОМ заңымен анықталады: I1 = U / R1; I2 = U / R2. Кирхгофтың бірінші заңына сәйкес Тұрақты ток тізбегінің тармақталмаған бөлігіндегі I ток барлық параллель тармақтардың токтарының қосындысына тең: I = I1 + I2 +… Параллель қосылыстың өткізгіштігі жеке учаскелердің өткізгіштігінің қосындысына тең: 1/RЭ = gэ =1/R1 +1/R2 + …= g1+ g2 +… Зерттелетін тұрақты ток тізбегі үшін қуат балансына сәйкес c (өлшеу құралдарының ішкі кедергісін қоспағанда) жазуға болады Қуат өлшегішті тұрақты ток параметрлерін өлшеу режиміне ауыстыру үшін "P/Q/S" және «f/cos/» түймелерін бір уақытта екі секунд басып тұру керек. Бұл түймелерді қайта басу айнымалы токты өлшеу режиміне қайтарады. Бақылау сұрақтары 1. Электр тізбегіндегі "сызықтық элемент" дегеніміз не? 2. Электр тізбектерінің сызықтық элементтеріне мысалдар келтіріңіз. 3. Амперметр мен вольтметрдің көрсеткіштері бойынша тұрақты токтың электр тізбегі учаскесінің кедергісін қалай анықтауға болады? 4. Ток күші, кернеу және қарсылық қандай бірліктермен өлшенеді? 5. Үлкен және кіші электр кедергісінің амперметрі мен вольтметрі арқылы өлшеу схемаларын сызыңыз. 6. Зерттелетін электр тізбектері үшін Кирхгоф заңдары бойынша теңдеулерді жазыңыз. 7. Екі, үш кедергі параллель қосылған кезде эквивалентті кедергі шамасын қалай анықтауға болады? №10 Зертханалық жұмыс АЙНЫМАЛЫ ТОК ТІЗБЕГІ ЭЛЕМЕНТТЕРІНІҢ ПАРАМЕТРЛЕРІН ЭКСПЕРИМЕНТТІК АНЫҚТАУ 1. Жұмыстың мақсаты Өлшеу нәтижелері бойынша айнымалы ток тізбектеріндегі элементтердің параметрлерін анықтау, вольтметр мен амперметрді тізбекке қосу, ток пен кернеуді өлшеу, айнымалы ток тізбегінде ОМ заңын қолдану дағдыларын игеру. 2. Жұмысты орындау тәртібі 2.1. Зертханалық қондырғымен танысу (қуат модулі, резистор модулі, реактивті элементтер модулі, мультиметр модулі, вольтметр модулі, айнымалы ток амперметрлерінің модулі). 2.2. Мультиметрге қарсылықты өлшеу режимін орнатыңыз, оның сымдарын резистор Модулінің R1 резисторына параллель қосыңыз, стендтің қуат көзін қосыңыз (qf1 қосқышы) және резисторлардың кедергісінің нақты мәндерін өлшеңіз. Өлшеу нәтижелерін кестеге жазыңыз. 1. Кесте 1
Сол сияқты 3.2 тармақтағыдай нақты ZK индукторының RK белсенді кедергісін өлшеу. Нәтижені 2 кестеге жазыңыз. Кесте 2
2.4. Zк катушкасының толық кедергісін анықтау үшін электр тізбегін жинаңыз (1-сурет). Мұғалімге тексеру схемасын ұсыныңыз. Айнымалы кернеуді өлшеу үшін айнымалы кернеуді өлшеу режимінде бағыттаушы вольтметрді немесе мультиметрді қолданыңыз. 2.5. Стендтің қуат көзін (QF1 қосқышы) және айнымалы кернеу көзін (SA2 қосқышы) қосып, 3.2 кестеге жазыңыз амперметр мен вольтметрдің көрсеткіштері (мультиметр). Қуатты өшіріңіз. Ом заңын, ZK нақты индуктивтілігінің толық кедергісін пайдаланып есептеңіз. 2.6. Индуктордың орнына реактивті ұяшық Модулінің конденсатор батареясын қосыңыз. Мұғалімге тексеру схемасын ұсыныңыз. 1-Сурет. 2.7. Стендтің қуат көзін қосыңыз және кестеге жазыңыз.3 С1, С2 және С3 сыйымдылықтарының мәндерін берілген нұсқаға сәйкес кезекпен орната отырып, амперметр мен вольтметрдің көрсеткіштері (кесте.4). Кесте 3
2.8. Ом заңын, ZK нақты индуктивтілігінің толық кедергісін және XС сыйымдылық кедергісінің шамасын пайдаланып есептеңіз. Желінің жиілігі f = 50 Гц деп есептей отырып, нақты L катушкасының индуктивтілігін және C1, C2 және C3 конденсаторларының сыйымдылығын анықтаңыз. Нәтижелерді тиісті кестелерге енгізіңіз. 2.9. Зерттелген элементтер үшін масштабта векторлық диаграммалар құрыңыз. Кесте 4
3. Әдістемелік нұсқа Айнымалы ток тізбектерінде, тұрақты ток тізбектерінен айырмашылығы, бір емес, үш қарапайым пассивті элементті ескеру қажет: резистивті, индуктивті және сыйымдылық, олар сәйкесінше параметрлермен сипатталады: белсенді қарсылық R, индуктивтілік L (индуктивті қарсылық XL = L) және сыйымдылық c (сыйымдылық кедергісі XС = 1/С), мұндағы өріс бұрыштық жиілік. Нақты тізбекте резистор немесе реостат олардың электр кедергісін пайдалануға арналған құрылғылар ретінде ғана емес, сонымен қатар кез-келген өткізгіш, конденсатор, кез-келген электромагниттік құрылғының орамасы, бағыттаушы құрылғының өлшеу механизмінің катушкасы да кедергіге ие. Электр кедергісі бар барлық құрылғылардың ортақ қасиеті-электр энергиясын жылу энергиясына қайтымсыз түрлендіру. dt кезінде R кедергісі бар резистордағы I ток кезінде Джоуль – Ленц Заңына сәйкес dw= R i2dt энергиясы бөлінеді. R кедергісінде бөлінетін жылу энергиясы пайдалы пайдаланылады немесе кеңістікте таралады. Бірақ пассивті элементтегі электр энергиясын жылу энергиясына айналдыру қайтымсыз болғандықтан, кез-келген электр құрылғысын ауыстыру схемасында энергияның қайтымсыз түрленуін ескеру қажет барлық жағдайларда R кедергісі болуы керек. Нақты құрылғыда, мысалы, электромагнитте электр энергиясын механикалық энергияға айналдыруға болады (арматураның тартылуы), бірақ ауыстыру схемасында бұл құрылғы жылу энергиясының эквивалентті мөлшері бөлінетін кедергіге ауыстырылады. Ауыстыру схемасын талдағанда, біз шын мәнінде энергияны тұтынушы – электромагнит немесе электр плиткасы не екеніне мән бермейміз. Айнымалы ток тізбектерінде кедергі Белсенді деп аталады, бұл беттік әсер құбылысына байланысты тұрақты токтың электр кедергісінен біршама үлкен. Алайда, төмен жиіліктерде бұл айырмашылық әдетте еленбейді. Белсенді кедергіге келтірілген айнымалы кернеу фазада токпен сәйкес келеді, яғни кернеу мен ток мәндері бір уақытта максималды мәндерге жетеді және бір уақытта нөлден өтеді. Егер токтың лездік мәні i(t)=IM sin2ft өрісі болса, онда мұндай элементтегі лездік кернеу мәні uR(t)=UM sin2ft өрісі болады. L индуктивтілігі магнит өрісінің энергиясын жинақтау үшін тізбек бөлігінің қасиетін сипаттайды. Нақты тізбекте индуктивті катушкалар (орамалар) индуктивтілікке ие емес, олардың индуктивтілігін пайдалануға арналған тізбек элементтері ретінде, сонымен қатар сымдар, конденсаторлардың сымдары және реостаттар. Жеңілдету мақсатында, әдетте, магнит өрісінің энергиясы тек катушкаларда шоғырланған деп саналады. Айнымалы ток i(t) w бұрылыстарынан тұратын индуктор арқылы ағып жатқанда, айнымалы магнит ағыны Ф(t), қозғалады, ол электромагниттік индукция Заңына сәйкес оған el = –WD өздігінен индукциясының электр қозғаушы күшін (ЭҚК) әкеледі. eL = –wdФ/dt = – Ldi/dt. Сондықтан айнымалы ток тізбегіндегі индуктивтілік кедергі ретінде ағып жатқан ток мөлшеріне әсер етеді. Сәйкес есептелген шама индуктивті кедергі деп аталады және ХL деп белгіленеді және белсенді кедергі сияқты – Оммен өлшенеді. Айнымалы ток жиілігі неғұрлым жоғары болса, өздігінен индукцияланатын ЭҚК соғұрлым үлкен болады және индуктивті кедергі соғұрлым көп болады ХL = L =2f L. шамасы =2f айнымалы токтың бұрыштық (циклдік) жиілігі деп аталады. Тұрақты режимдегі тұрақты ток тізбегінде индуктивтілік тізбектің жұмыс режиміне әсер етпейді, өйткені өзін-өзі индукциялау ЭҚК нөлге тең. Өздігінен индукцияланған ЭҚК тек ток өзгерген кезде пайда болатындықтан, ЭҚК максималды мәндері катушкадағы токтың максималды өзгеру жылдамдығында, яғни ток нөлден өткенде пайда болады. Сондықтан ЭҚК индуктивтілігі бар тізбек учаскесінде өзіндік индукция уақыт бойынша токтан ширек кезеңге немесе диірмен /2 Электр радианына артта қалады. Индуктивтіліктегі кернеу, ЭҚК-ге қарама-қарсы бағытта, керісінше, токтан ширек кезеңге немесе электр радианының /2 -ге озады. Егер лездік мәні i(t)=IM sin2ft болатын ток катушкадан өтсе, онда ul(t)=um sin индуктивтілігіндегі лездік кернеу мәні uL(t)=UM sin(2ft+/2)=ХLIM sin(2ft+/2). Синусоидалы түрде өзгеретін кернеу максимумға жеткенде, осы сәтте ток нөлге тең болады. Егер тізбек элементінің қысқыштарындағы кернеу токтан озып кетсе /2 Радиан, онда мұндай элемент идеалды индуктор немесе таза реактивті индуктивті қарсылық деп айтылады ХL. Бұл кедергі электр тізбегінің индуктивтіліктегі магнит өрісінің өзгеруіне реакциясын ескереді және жиіліктің сызықтық функциясы болып табылады. Айнымалы ток тізбегіне нақты индукторды қосқан кезде (сурет.2) L индуктивтілігінен басқа кейбір белсенді R кедергісі бар ток кернеудің фазасы бойынша ток бұрышына артта қалады, ол кедергі үшбұрышынан оңай анықталады (сурет.4): tg=ХL / R. электр тізбегінің осындай бөлімі үшін кирхгофтың екінші заңына негізделген теңдеу ток пен кернеудің лездік мәндері үшін келесідей болады: u = uR + uL= Ri + Ldi/dt. Нақты катушкаға жеткізілген кернеуде шартты түрде екі компонентті ажыратуға болады: әдетте қолданылатын кернеудің белсенді компоненті деп аталатын белсенді кедергідегі Ri кернеуінің төмендеуі және қолданылатын кернеудің реактивті компоненті деп аталатын идеалды uL= Ldi/dt, индуктивтілігіндегі кернеу. Осы компоненттер арасындағы фазалық қатынастар олардың қолданыстағы мәндері үшін векторлық диаграммамен суреттелген (3-сурет). Из векторной диаграммы видно, что нақты катушканың толық электрлік кедергісі қайда. Қарсылық үшбұрышынан (4-сурет) мынадай Айнымалы ток өтетін тізбек үшін Ом заңы I = U / Z түрінде жазылады. Қарастырылғаннан маңызды қорытынды шығады: айнымалы ток тізбегіндегі кедергілер жалпы жағдайда геометриялық түрде қосылады. Мысалы, егер катушкада R=3 Ом және XL = 4 Ом болса, онда Z = 5 Ом. Фарадтармен өлшенетін сыйымдылық (Ф) электр тізбегі элементінің немесе конденсатордың электр өрісінің энергиясын сақтау қабілетін сипаттайды. Нақты тізбекте сыйымдылық тек конденсаторларда ғана емес, олардың сыйымдылығын пайдалану үшін арнайы жасалған элементтер ретінде, өткізгіштер арасында, катушкалардың бұрылыстары арасында (айналдыру сыйымдылығы), сым мен жер немесе электр құрылғысының қаңқасы арасында нөлдер болады. Алайда, алмастыру тізбектерінде тек конденсаторлардың сыйымдылығы бар деп қабылданады. Конденсаторда, дәлірек айтқанда, конденсатордың пластиналарын немесе өткізгіштерін бөлетін диэлектрикте конденсатор тақталарына қосылған өткізгіштердегі өткізгіштік тогына тең электрмещысу тогы болуы мүмкін: i = dq/dt, мұндағы q -конденсатор тақталарындағы заряд, кулондармен өлшенеді және UC конденсаторындағы кернеуге пропорционалды: q = C UC, және С = сonst dq = С dUC. Содан кейін конденсатор арқылы өтетін ток i = C dUC / dt, ал кернеу жоғарылаған кезде конденсаторда жиналатын электр өрісінің энергиясы W = C UC2 /2. Тұрақты кернеу кезінде dUC / dt = 0 және конденсатор арқылы тұрақты ток өте алмайтыны анық. Конденсатор тақталарындағы кернеу өзгерген кезде ол арқылы сыйымдылық тогы өтеді. Кернеу неғұрлым тез өзгерсе, сыйымдылық тогының мөлшері соғұрлым көп болады. Егер конденсаторға айнымалы синусоидальды кернеу қолданылса, онда айнымалы синусоидальды ток конденсатор арқылы ағып, кернеуге қатысты /2 фазасына ауысады. Бұл сыйымдылық тогы кернеудің максималды өзгеруімен, яғни кернеудің нөлден өтуімен максималды мәнге жететіндіктен болады. Бұл жағдайда Ток фазалық кернеуден жоғары /2. Егер i(t)=IMsin2ft конденсаторы арқылы өтетін токтың лездік мәні ft болса, онда ондағы кернеудің лездік мәні uС(t)=UCM sin(2ft – /2)=XC IM sin(2ft – /2), мұндағы XC - реактивті сыйымдылық кедергісі. Конденсаторы бар электр тізбегінің учаскесіне арналған векторлық диаграмма 5 суретте көрсетілген. 5-Сурет. XC = 1/2fC = 1/C = UCM/IM = UC/I шамасы реактивті сыйымдылық кедергісі деп аталады. Бұл кедергі электр тізбегінің конденсатордағы электр өрісінің өзгеруіне реакциясын ескереді және жиіліктің кері пропорционалды функциясы болып табылады. I = UC/XC конденсаторы бар электр тізбегінің учаскесі үшін Ом заңы, мұндағы I - конденсатор арқылы өтетін токтың жарамды мәні, UC -конденсатордағы кернеудің жарамды мәні. Айнымалы токтың электр тізбегі белсенді, реактивті және толық қуатпен сипатталады. Ваттпен (Вт) өлшенетін P белсенді қуаты қолданыстағы кернеу мәнінің көбейтіндісіне тең U қолданыстағы мәнге ток I және сos, қуат коэффициенті деп аталатын коэффициент немесе белсенді кедергіге әсер ететін ток мәнінің квадратының көбейтіндісі: P = UI сos = I2 R. Реактивті (ВАР) вольт-ампермен өлшенетін Q реактивті қуаты I токтың қолданыстағы мәніне U кернеуінің қолданыстағы мәнінің көбейтіндісіне және реактивтілікке токтың қолданыстағы мәнінің sin көбейтіндісіне немесе квадратының көбейтіндісіне тең: Q = UI sin = I2 Х. 6 -Сурет. Вольт-ампермен (ВА) өлшенетін S толық қуаты қолданыстағы ток мәнінің көбейтіндісіне тең I қолданыстағы кернеу мәніне U: Бұл қуаттардың арақатынасы қуат үшбұрышымен суреттелген (6-сурет). жүктеу/скачать 13,83 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||