Исследование цепи переменного тока с последовательным соединением активного индуктивного и емкостного сопротивлений. Резонанс напряжений
Режим резонанса напряжений при изменении индуктивного сопротивления. Определение напряжения на индуктивности при резонансе напряжений. Влияние величины активного сопротивления на характер резонансных кривых. Сдвиг фаз между током и общим напряжением.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | лабораторная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 28.03.2016 |
| Размер файла | 392,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Р. Е. АЛЕКСЕЕВА
Кафедра: «Теоретическая и общая электротехника» (ТОЭ)
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4.
ИССЛЕДОВАНИЕ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ СОЕДИНЕНИЕМ АКТИВНОГО, ИНДУКТИВНОГО И ЕМКОСТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЙ. РЕЗОНАНС НАПРЯЖЕНИЙ
Выполнил: студент гр. 13-D
Макшеев В.Е.
Проверила: Кривенкова Е. Н.
Нижний Новгород 2015
Порядок выполнения работы
1. Выбрать в меню работу «4.1. Резонанс напряжений (начальная фаза тока =0)». В данной лабораторной работе исследуется режим резонанса напряжений при изменении индуктивного сопротивления XL. Схема электрической цепи представлена на рис.4.3. Напряжение на входе схемы и параметры элементов схемы установлены компьютером в соответствии с шифром студента.
2. При постоянной емкости С конденсатора изменять величину индуктивности катушки от минимума до максимума. Изменение индуктивности катушки достигается перемещением движка. Выполнить 9 измерений: 4 измерения до резонанса, одно измерение при резонансе и 4 измерения после резонанса. Результаты девяти измерений записать в таблицу 4.1.
3. Проанализировать на экране дисплея как изменяется ток и мгновенная мощность, а также векторная диаграмма цепи.
Таблица 4.1
|
№ п/п |
Измерено |
Вычислено |
|||||||||||
|
U |
I |
UK |
UC |
P |
R |
ZK |
XL |
XC |
Z |
UL |
cos |
||
|
В |
А |
В |
В |
Вт |
Ом |
Ом |
Ом |
Ом |
Ом |
В |
- |
||
|
1 |
40 |
0.31 |
23.4 |
44.89 |
3.844 |
67.001 |
78 |
39.935 |
144.806 |
129.032 |
12.379 |
0.41 |
|
|
2 |
40 |
0.363 |
32.1 |
52.62 |
5.27 |
67.001 |
88.429 |
57.71 |
144.958 |
110.192 |
20.948 |
0.64 |
|
|
3 |
40 |
0.412 |
41.2 |
59.61 |
6.789 |
67.001 |
100 |
74.235 |
144.684 |
97.087 |
30.584 |
0.7 |
|
|
4 |
40 |
0.448 |
41.2 |
64.84 |
8.028 |
67.001 |
91.965 |
62.995 |
144.732 |
89.287 |
28.221 |
0.82 |
|
|
5 |
40 |
0.597 |
95.2 |
86.42 |
14.256 |
67.001 |
159.463 |
144 |
144.757 |
67.001 |
84.96 |
1 |
|
|
6 |
40 |
0.582 |
101 |
84.23 |
13.548 |
67.001 |
173.549 |
160.094 |
144.725 |
68.728 |
93.174 |
0.99 |
|
|
7 |
40 |
0.5 |
100 |
72.42 |
10 |
67.001 |
200 |
188.443 |
144.84 |
80 |
94.221 |
0.87 |
|
|
8 |
40 |
0.424 |
93.9 |
63.31 |
7.191 |
67.001 |
221.462 |
211.083 |
149.316 |
94.339 |
89.499 |
0.73 |
|
|
9 |
40 |
0.358 |
87.2 |
51.8 |
5.126 |
67.001 |
243.575 |
234.178 |
144.692 |
111.73 |
83.835 |
0.34 |
Расчетные формулы: ; ; ,
Imax - максимальное значение тока в момент резонанса напряжений;
; ; ; .
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис. 4.3 Вид активного окна лабораторной работы №4.1. Принципиальная схема, волновые и векторные диаграммы цепи R,L,C, при условии, что начальная фаза тока равна нулю. Угол сдвига фаз ц>0
Примечание. При выполнении лабораторной работы начальная фаза тока была принята за ноль, а изменялась начальная фаза напряжения. В действительности же неизменной остается начальная фаза питающего напряжения, а начальная фаза тока изменяется. Чтобы посмотреть, как изменяются начальные фазы в этом случае, нужно запустить программу лабораторной работы «4.2. Резонанс напряжений (начальная фаза напряжения =0)» (рис.4.4).
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис. 4.4 Вид активного окна лабораторной работы №4.2. Принципиальная схема, волновые и векторные диаграммы цепи R,L,C, при условии, что начальная фаза напряжения равна нулю. Угол сдвига фаз ц>0
4. Результаты расчетов занести сначала для проверки в таблицу 4.2 в компьютере (вызвав ее из меню), а затем в такую же таблицу в отчете;
При резонансе напряжений:
С = 1/щXC = 1/2рfXC (f=50 Гц)
Таблица 4.2
|
C |
|
Q |
|||
|
Ом |
Ом |
мкФ |
Ом |
_ |
|
|
67.001 |
144.757 |
22 |
154.723 |
2.16 |
5. Построить векторные диаграммы в одном масштабе по указанию преподавателя для трех случаев:
XL > XC ; XL = XC ; XL < XC.
Величины напряжений определяются:
UR = RI; UL = XLI ; UC = XCI ; UК=UR +UL; U=UК+UR +UL.
6. Построить резонансные кривые I ; UL ; UC ; cos ; P; Z = f XL).
Объяснить характер полученных кривых.
Согласно построенным кривым сила тока I, напряжение на конденсаторе UC, мощность P, косинус угла между питающим напряжением и током cosц - достигают своего максимума при резонансе, а сопротивление Z наоборот достигает своего минимума. Напряжение на катушке индуктивности UL не имеет ярко выраженного резонансного максимума, что обусловлено погрешностью измерений - при выполнении лабораторной работы угол сдвига фаз был немногим больше нуля.
7. Сделать заключение по результатам работы.
Последовательный контур представляет собой электрическую цепь, состоящую из последовательно соединённых активного сопротивления, ёмкости и индуктивности. Резонанс напряжений в последовательной цепи возникает на частоте, при которой реактивные сопротивления ёмкости и индуктивности равны. На резонансной частоте сопротивление последовательного контура минимально и равно активному сопротивлению цепи. Падения напряжений на ёмкости и индуктивности и ток в цепи достигают максимальных значений.
На частотах, ниже резонансной, сопротивление последовательного контура имеет ёмкостной характер. На частотах, выше резонансной, индуктивный характер.
Добротность последовательного контура зависит от величины активного сопротивления и возрастает с уменьшением сопротивления.
Резонанс напряжений в последовательном контуре достигается изменением реактивных параметров схемы или частоты сигнала. В данной лабораторной работе резонанс напряжений достигался путем изменения величины индуктивности.
Контрольные вопросы
1. Дать определение режима резонанса напряжений.
Если индуктивное сопротивление равно емкостному при последовательном сопротивлении RLC, т.е. XL = XC, тогда UL = UC. В этом случае общий ток цепи совпадает по фазе с питающим напряжением , угол сдвига фаз между общим током и питающим напряжением = 0, cos = 1 и этот режим называется резонансом напряжений.
2. Сформулировать условие резонанса напряжений.
При резонансе напряжений напряжение на индуктивности равно напряжению на емкости, т.е. UL = UС. Это возможно, если индуктивное сопротивление равно емкостному xL = xC или L = 1/C. В этом случае индуктивное сопротивление компенсирует емкостное сопротивление. В результате реактивное сопротивление X = XL - XC = 0 и реактивная мощность на зажимах цепи будут равны нулю.
3. Как выражается Z при последовательном соединении R, L, C. Чему равно Z при резонансе ?
При последовательном соединении R, L, C элементов модуль Z выражается следующим образом:
Либо в комплексной форме:
Эту величину называют полным сопротивлением цепи.
Полное сопротивление цепи Z в случае резонанса минимальное и равно активному сопротивлению R.
4. Как изменяется Z при увеличении индуктивности цепи от 0 до при = const и C = const ?
При XL = 0 - Z равно некоторому конечному числу (щL = XL = 0):
Затем полное сопротивление падает до некоторого минимального значения при резонансе (XL = XC):
При дальнейшем увеличении индуктивности цепи до бесконечности, индуктивное сопротивление также будет неограниченно возрастать (щL = XL = щ * ? = ?), тогда полное сопротивление цепи тоже будет стремиться в бесконечность:
5. Начертить кривые UC ; UL ; I = f (XL).
6. Как влияет величина активного сопротивления R на характер резонансных кривых?
Изменение активного сопротивления напрямую не влияет на характер резонансной кривой, так как резонанс напряжений в последовательном контуре достигается изменением реактивных параметров схемы.
7. При каком соотношении и напряжение источника питания при резонансе меньше UL и UС ?
Данные соотношения характеризуют добротность контура Q.
Чтобы U при резонансе было меньше UL и UC, Q должна быть больше 1.
8. Как определить угол сдвига фаз между током и общим напряжением, зная UK ; UС ; U ?
Угол сдвига фаз можно определить, построив векторную диаграмму.
Строится диаграмма следующим образом:
Поскольку через все элементы цепи проходит один и то же ток, то для упрощения построения в качестве исходного вектора принимают вектор тока . Под углом 90о в сторону опережения по отношению к токуоткладывают вектор . Далее откладывают вектор по направлению вектора тока, и, наконец, под углом 90о в сторону отставания по отношению к току откладывают вектор. Вектор питающего напряжения - это сумма трех векторов , и . По правилу замкнутого многоугольника вектор, проведенный из начала первого вектора к концу последнего вектора является результирующим вектором , составляющим угол ц с током . Угол ц и есть искомый угол сдвига фаз между напряжением и током.
Также, с помощью векторной диаграммы можно получить следующую формулу:
резонанс сопротивление напряжение ток
Знак + в случае активно-индуктивного характера цепи.
Знак - в случае активно-емкостного характера цепи.
При резонансе UC = UL, легко убедиться, что tgц = 0.
( Здесь UK = (UL2 + UR2)1/2 ).
9. Построить векторную диаграмму цепи для режимов:
а) до резонанса; б) после резонанса; в) при резонансе.
10. Где применяется резонанс напряжений в технике?
Широкое применение резонанс напряжений нашел в радиотехнике, автоматике, телемеханике и связи для настройки приемных и передающих устройств на определенную частоту.
Пример полезного применения резонанса напряжений: входной контур приемника настраивается конденсатором переменной емкости (или вариометром) таким образом, что в нем возникает резонанс напряжений. Этим достигается необходимое для нормальной работы приемника большое повышение напряжения на катушке по сравнению с напряжением в цепи, созданным антенной.
Наряду с полезным использованием явления резонанса напряжений в электротехнике технике часто бывают случаи, когда резонанс напряжений вреден. Большое повышение напряжения на отдельных участках цепи (на катушке или на конденсаторе) по сравнению с напряжением генератора может привести к порче отдельных деталей и измерительных приборов.
11. Чему равно питающее напряжение U (рис.4.5), если известно, что UR =30 В,. UL =50 В, UC =90 В?
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис. 4.5 Неразветвленная электрическая цепь содержащая R, L, C
Ответ: U = 50 В.
12. В электрической цепи рис. 4.5. известно: U = 50 B, UС = 20 B, UR = 30 B. Определить UL.
Так как:
Следовательно
Ответ: UL = 60 В.
13. Определить UR 220, UL 2000, UC 2000 и I 10 при резонансе напряжений (рис.4.5), если U = 220 B, R = 22 Ом, XL = 200 Ом.
При резонансе XL = XC, тогда
Ответ: UR = 220 В, UL = UC = 2000 В, I = 10 А.
14. В схеме (рис.4.6) существует резонанс напряжений. Даны показания приборов: U =30, В UС =40 В. Чему равно показание UК вольтметра Vк на активном сопротивлении и катушке?
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис. 4.6 Определение напряжения на катушке индуктивности в резонансном контуре R, L, C
Так как в схеме существует резонанс напряжений, то UC=UL=40 В
Ответ: UK = 50 В.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Определение влияния активного, индуктивного и емкостного сопротивления на мощность и сдвиг фаз между током и напряжением в электрической цепи переменного тока. Экспериментальное исследование резонансных явлений в параллельном колебательном контуре.
лабораторная работа [393,4 K], добавлен 11.07.2013Исследование характера изменений параметров электрической цепи. Составление компьютерной схемы. Построение графиков при изменении величины активного сопротивления и индуктивности катушки. Исследование при изменении величины активного сопротивления.
лабораторная работа [733,7 K], добавлен 11.01.2014Влияние величины индуктивности катушки на электрические параметры цепи однофазного синусоидального напряжения, содержащей последовательно соединенные катушки индуктивности и конденсатор. Опытное определение условий возникновения резонанса напряжений.
лабораторная работа [105,2 K], добавлен 22.11.2010Электрические цепи переменного тока, их параметры. Понятие и основные условия явления резонанса. Особенности изменения индуктивного и емкостного сопротивления. Анализ зависимости фазового сдвига между током и напряжением на входе контура от частоты.
контрольная работа [216,6 K], добавлен 16.01.2010Схема цепи с активным, индуктивным и емкостным сопротивлениями, включенными последовательно. Расчет значений тока и падения напряжения. Понятие резонанса напряжений. Снятие показаний осциллографа. Зависимость сопротивления от частоты входного напряжения.
лабораторная работа [3,6 M], добавлен 10.07.2013Общая характеристика переменного тока, закон Ома и теорема Фурье. Сопротивление в цепи переменного тока. Резонанс напряжений, методы его определения. Векторная диаграмма напряжений при резонансе. Изменение разности фаз между током и электродвижущей силой.
презентация [691,1 K], добавлен 25.07.2015Практическая проверка и определение физических явлений, происходящих в цепи переменного тока при последовательном соединении резистора, индуктивной катушки и конденсатора. Получение резонанса напряжений, построение по опытным данным векторной диаграммы.
лабораторная работа [32,3 K], добавлен 12.01.2010Определение значения тока, протекающего по цепи, состоящей из последовательно соединённых ёмкостей, индуктивности и активного сопротивления. Амплитуда напряжения на конденсаторе и катушке индуктивности при резонансе. Активное сопротивление дросселя.
реферат [137,4 K], добавлен 20.03.2016Исследование асинхронного трехфазного двигателя с фазным ротором. Схема последовательного и параллельного соединения элементов для исследования резонанса напряжений. Резонанс напряжений, токов. Зависимость тока от емкости при резонансе напряжений.
лабораторная работа [249,7 K], добавлен 19.05.2011Экспериментальное исследование частотных и резонансных характеристик последовательного контура. Анализ влияния активного сопротивления на вид резонансных кривых. Особенности и методика настройки последовательного контура на резонанс с помощью емкости.
лабораторная работа [341,2 K], добавлен 17.05.2010Расчёт токов и напряжений цепи. Векторные диаграммы токов и напряжений. Расчёт индуктивностей и ёмкостей цепи, её мощностей. Выражения мгновенных значений тока неразветвлённой части цепи со смешанным соединением элементов для входного напряжения.
контрольная работа [376,9 K], добавлен 14.10.2012Электрическая цепь при последовательном и параллельном соединении элементов с R, L и C, их сравнительные характеристики. Треугольник напряжений и сопротивлений. Понятие и свойства резонанса токов и напряжений, направления и особенности его регулирования.
реферат [344,8 K], добавлен 27.07.2013Причины возникновения переходных процессов. Анализ промежуточной схемы, стадии расчета симметричного и несимметричного короткого замыкания. Построение векторных диаграмм токов и напряжений. Расчет активного и индуктивного сопротивления трансформатора.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 17.03.2012Изучение неразветвленной цепи переменного тока, построение векторных диаграмм. Определение фазового сдвига векторов напряжений на активном и емкостном сопротивлении. Подключение к генератору трёхфазного напряжения и подача синусоидального напряжения.
лабораторная работа [164,3 K], добавлен 12.01.2010Определение эквивалентного сопротивления цепи и напряжения на резисторах. Расчет площади поперечного сечения катушки. Определение наибольших абсолютных погрешностей вольтметров. Расчет индуктивного сопротивления катушки и полного сопротивления цепи.
контрольная работа [270,7 K], добавлен 10.10.2013Расчет токов, сопротивления и напряжений на элементах при отключенном компенсаторе, мощностей потребителей и общей мощности всей сети. Определение в фазе С трехфазной цепи закона изменения тока при переходном процессе при подключении компенсатора к сети.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 04.09.2012Порядок определения степени проводимости электрической цепи по закону Кирхгофа. Комплекс действующего напряжения. Векторная диаграмма данной схемы. Активные, реактивные и полные проводимости цепи. Сущность законов Кирхгофа для цепей синусоидального тока.
контрольная работа [144,6 K], добавлен 25.10.2010Исследование процессов, происходящих в простейших электрических цепях переменного тока, содержащих последовательное соединение активных и индуктивных сопротивлений. Измерение общей силы тока, активной и реактивной мощности; векторная диаграмма напряжений.
лабораторная работа [79,2 K], добавлен 11.05.2013Электрические сети переменного и постоянного тока. Синусоидальный ток и напряжение. Влияние несинусоидальности напряжения на работу потребителей электрической энергии. Коэффициент искажения напряжения. Снижение несинусоидальности напряжений и токов.
курсовая работа [997,7 K], добавлен 29.03.2016Принцип получения переменной ЭДС. Действующие значение тока и напряжения. Метод векторных диаграмм. Последовательная цепь, содержащая активное сопротивление, индуктивность и емкость. Проводимость и расчет электрических цепей. Резонанс напряжений и токов.
реферат [1,3 M], добавлен 19.02.2009
