22838

Процеси в електричному колі змінного струму

Лабораторная работа

Физика

Фаза струму через індуктивність менша на від фази прикладеної напруги а фаза струму через ємність випереджає фазу прикладеної напруги на . Розрахунок кіл змінного струму базується на законах Кірхгофа для кіл змінного струму. Довільна ділянка кола змінного струму може бути представлена комбінацією активного опору індуктивності та ємності.

Украинкский

2013-08-04

123.5 KB

2 чел.

Робота 5

Процеси в електричному колі змінного струму.

Якщо в електричному колі діє електрорушійна сила, яка змінюється за гармонічним законом, то струм через елементи кола (активний опір R, індуктивність L та ємність C) пов’язані з поданням напруги на них U=U0sint співвідношенням: ;  ,

де – кругова частота коливань, U0 – амплітуда прикладеної до елементарного кола напруги, ,  та U0wС – амплітуда струмів через відповідні елементи кола.

Величини  та  мають розмірність опору і носять назву реактивних опорів. Фаза струму через індуктивність менша на  від фази прикладеної напруги, а фаза струму через ємність випереджає фазу прикладеної напруги на .

Розрахунок кіл змінного струму базується на законах Кірхгофа для кіл змінного струму. Широко використовується метод векторних діаграм та символічний метод [1,2,3].

Довільна ділянка кола змінного струму може бути представлена комбінацією активного опору, індуктивності та ємності. Приклавши до ділянки кола напругу U0=Usint, ми одержимо струм. Залежність між U(t) та I(t) виражається комплексним опором ділянки кола  , де  , який відображає співвідношення амплітуд і фаз до прикладеної ділянки кола напруги та струму через неї. На мал.10 подано кілька типових ділянок електричних кіл змінного струму та їх комплексні опори.

Мета роботи: ознайомитись з природою коливальних процесів у колі змінного струму.

Необхідні прилади: генератор сигналів, осцилограф двоканальний, магазин опорів, магазин ємностей, магазин індуктивностей.

Експериментальне дослідження електричних кіл змінного струму найкраще проводити з використанням двоканального або двопроменевого осцилографа, який дає можливість одночасно спостерігати на екрані два коливних процеси. На мал.11а наведена схема для дослідження залежностей між струмом I(t), що протікає через досліджувану ділянку кола, та прикладеною до ділянки напругою U(t). Об’єктом дослідження можуть бути як елементи /R,L,C/, так і їх довільні комбінації, наприклад, приведені на мал.,10.

У цій роботі може використовуватись будь-який генератор звукової частоти /наприклад, ГЗ-34 або подібний/, вихід якого можна відєднати від землі.

Напруга, прикладена до досліджуваної ділянки, подається на 1 канал осцилографа. Струм через досліджувану ділянку протікає по активному опорові R0 і створює на ньому падіння напруги U1=-R0I(t). Ця напруга подається на вхід 2каналу, інвергується і дає на екрані зображення напруги U2= -U1(t)=R0I(t), що за формулою співпадає із струмом.

Масштаб зображення регулюється шляхом вибору чутливості по 1 та 2 каналах, вибором опору R0, та регулюванням швидкості розгортки і вихідної напруги звукового генератора. Сучасні двоканальні осцилографи /СІ-64, СІ-70, СІ-83 та ін./ мають калібровану чутливість, що змінюється у широких межах, і дають змогу інтегрувати сигнал 2 каналу. Таким чином , можна визначити по кривим на екрані /мал.11б/ амплітуди прикладеної напруги, струму та фазовий зсув між струмом та напругою.

Амплітуда прикладеної напруги U0 визначається як половина добутку загального відхилення n1, вираженого у кількості поділок, на величину каліброваної 1 каналу V1: U0=, а амплітуда струму I0 – аналогічно I0=. Фазовий струм між струмом та напругою визначається як .

Для одержання стійкого зображення на екрані використовується внутрішня синхронізація розгортки сигналом 1 каналу. Більш детальні відомості прийомів роботи з осцилографом і мінімізації похибок можна знайти в інструкції по експлуатації осцилографа.

Завдання та обробка результатів вимірів.

Досліджувана дільниця кола підключається до схеми мал.11а. вимірюється значення амплітуд напруги, струму та фазовий зсув між напругою та струмом на різних частотах. Для дільниць, що не мають резонансних властивостей, частота  вибирається  у співвідношенні 1-1, 5-2-3-5-7-10-15... ,а для дільниць з явно вираженими резонансними властивостями проводяться додаткові виміри поблизу резонансної частоти . Діапазон частот та  визначають відповідно до типу дільниці і номіналів елемента, що утворюють. Результати вимірів заносяться у таблицю.

Визначаються експериментально одержані величини  та і розраховуються ці значення відповідно до типу дільниці і номіналів елементів R, C, L. Одержані дані подаються у вигляді графіків та . Перший графік будується у логарифмічному масштабі /, /, а другий – у напівлогарифмічному /,  /. На графіках відображаються також похибки вимірювань. Далі робляться висновки відносно справедливості теоретичних співвідношення і пояснюються можливі розходження між розрахованими та експериментально визначеними величинами.

Зразок графіків наведено на мал.12а, б.

Типи дільниць електричних кіл змінного струму, які рекомендуються для дослідження, наведені на мал.10. слід також розглянути конденсатор без послідовного опору та котушку індуктивності. Особливу увагу слід приділити вивченню процесів у послідовному та паралельному коливальних контурах. Конкретні рекомендації відносно номіналів використаних елементів та типів приладів дають на робочому місці.

Контрольні питання.

  1.  Закони Кіргхофа для кіл змінного струму.
  2.  Застосування методу векторних діаграм та символічного методу для розрахунку кіл змінного струму.
  3.  Співвідношення між амплітудами та фазами струмів, що протікають через активний опір, індуктивність та ємність, і прикладеною до них напругою.
  4.  Резонансні явища у колах змінного струму.
  5.  Методика вимірювання амплітуд і фаз змінних напруг за допомогою осцилографа.
  6.  Методика побудови частотних та фазових характеристик кіл змінного струму.

Список літератури.

  1.  Сивухін Д.В. Общий курс физики. – М., 1983.-С. 573-583.
  2.  Калашников С.Г. Электричество. – М., 1970.-С. 540-555.
  3.  Молчанов А.П.,Занадворов П.Н. Курс электротехники и радиотехники. – М., 1969.-С. 81-149.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

24415. Четыре условия возможности возникновения тупика 77 KB
  Политика безопасности. Процедуры управления безопасностью также важны как и политики безопасности. Если политики безопасности определяют что должно быть защищено то процедуры безопасности определяют как защитить информационные ресурсы компании. Нескольких важных процедур безопасности: 1.
24416. Факторы сложности восстановления систем после тупика 69 KB
  Эксплуатация инфраструктуры безопасности. Эксплуатация инфраструктуры безопасности. Если такое превышение имеет место значит данная строка – это одна из первоочередных целей разработки политики безопасности. Если интегральный риск превышает допустимое значение значит в системе набирается множество мелких огрешностей в системе безопасности которые в сумме не дадут предприятию эффективно работать.
24417. Описание формальной модели ОС для абстрактной микропроцессорной ЭВМ 155 KB
  Структуру ОС в t T можно представить с помощью графа Гt вершинами которого являются элементы Р={P0 Pn} множество процессов и множество ресурсов R={r0 rq} а ребра устанавливают связь между вершинами. ОС является динамически изменяемая система то некоторые элементы в моменты времени t1 t2 принадлежащие Т если t1≠t2 представляют структуру ОС в виде графа Гt1 и графа Гt2. Проследим изменения графа Гt отображая структуру ОС в любой момент времени t T. Определим множество Е как совокупность правил фиксирующих изменение структуры...
24419. Понятие ОС ЮНИКС. Основные преимущества, понятие процесса в ОС ЮНИКС, отличие от предыдущих ОС 1.63 MB
  Система UNIX проектировалась как инструмент предназначенный для создания и отладки новых средств ПО. Эти идеи позволили применить UNIX не только на компьютерах с разной архитектурой но и предали этой ОС такую модульность и гибкость которая явилась основным фактором для расширения и развития самой системы. Основным преимуществом UNIX перед другими системами явилось следующее: Единый язык взаимодействия пользователя с системой вне зависимости от применяемой ЭВМ. При разработке UNIX авторы стремились совместить два несовместимых...
24420. Переадресация ввода/вывода и конвейер, зачем и почему 360.5 KB
  Процессор i486 обеспечивает механизм тестирования кеша используемого для команд и данных. Хотя отказ аппаратного обеспечения кеширования крайне маловероятен пользователи могут включить тестирование исправности кеша в число тестов выполняемых автоматически при включении питания. Примечание: Механизм тестирования кеша уникален для процессора i486 и может не поддерживаться в точности следующими версиями процессоров данной линии. При выполнении тестирования кеша само кеширование должно быть отключено.
24421. Файловая структура ОС ЮНИКС. Основное отличие и преимущество 458 KB
  Структура буфера TLB. Регистры и операции проверки буфера TLB. Структура буфера TLB . Ассоциативный буфера трансляции TLB кеш используемый для трансляции линейных адресов в физические.
24422. Координатор МАКЕ и система управления исходным кодом SCCS 110.5 KB
  Описание взаимозависимостей содержит команды которые должны быть выполнены если обнаружится что некоторый модуль устарел перестал соответствовать действительности. Такие команды обеспечивают реализацию всех необходимых для модернизации модуля действий. В одних системах интерпретатор прост но совокупность команд не образует язык программирования а в других имеются отличные языки программирования на уровне системных команд но выполнение отдельной команды осложнено. Контрольная точка задается для конкретной формы доступа к памяти...
24423. Общая характеристика основных компонентов ОС ПЭВМ 93 KB
  Сетевой уровень занимает в модели OSI промежуточное положение: к его услугам обращаются протоколы прикладного уровня сеансового уровня и уровня представления. Для выполнения своих функций сетевой уровень вызывает функции канального уровня который в свою очередь обращается к средствам физического уровня. Физический уровень выполняет передачу битов по физическим каналам таким как коаксиальный кабель витая пара или оптоволоконный кабель. Канальный уровень обеспечивает передачу кадра данных между любыми узлами в сетях с типовой топологией...