46380

Исследование резонансных явлений

Лекция

Физика

Определение параметров реальной катушки индуктивности. Электрическая схема экспериментального определения параметров реальной катушки индуктивности. Измеряя напряжение на Uдоб на добавочном резисторе и Uк на катушке индуктивности Rk Xk произвести с помощью цифрового вольтметра Vц попеременно включая его к зажимам добавочного резистора и катушки индуктивности. Для вычисления параметров реальной катушки индуктивности необходимо воспользоваться данными измерений а также следующими формулами: Активное сопротивление всей цепи определяется по...

Русский

2013-11-21

683 KB

4 чел.

Кафедра теоретической электротехники и электрификации нефтяной и газовой промышленности

      

Лабораторная работа №2

по курсу: “Электротехника и основы электроники”

«Исследование резонансных явлений»

Москва 2009г.

  1.  
    Цель работы.

Целью данной лабораторной работы является изучение резонансных явлений (резонанса токов и резонанса напряжений) и их практическое применение в промышленности.

В процессе выполнения лабораторной работы студенты должны усвоить особенности определения и расчета основных величин в цепях переменного тока (сопротивлений, токов, напряжений, мощностей, фазового сдвига), научится строить резонансные кривые и векторные диаграммы напряжений и токов.

  1.  Лабораторное задание.
    1.  Определение параметров реальной катушки индуктивности.

Для этого необходимо собрать схему, изображенную на рисунке №1, где исследуемая катушка индуктивности и добавочный резистор включены последовательно.

Рис. №1. Электрическая схема экспериментального определения параметров реальной катушки индуктивности.

После сборки цепи включаем её под напряжение. Цепь питается от регулируемого источника переменного синусоидального тока. Перед включением питания необходимо убедится, что ручка регулятора источника питания (ЛАТРа) находится в крайнем левом положении. Плавно поворачивая ручку, необходимо установить напряжение на входе исследуемой схемы Uвх = 30В по вольтметру V измерительного комплекса К505.  

Измерить ток I в цепи, напряжение на входе  Uвх , активную мощность P цепи с помощью измерительного комплекса К505. Для этого к зажимам А-0 “генератор” подключить питание 30В, а к зажимам А-0 “нагрузка”  подключить исследуемую схему.

Измеряя напряжение на Uдоб на добавочном резисторе и Uк на катушке индуктивности (Rk, Xk) произвести с помощью цифрового вольтметра Vц попеременно включая его к зажимам добавочного резистора и катушки индуктивности.

Для вычисления параметров реальной катушки индуктивности необходимо воспользоваться данными измерений, а также следующими формулами:

Активное сопротивление всей цепи определяется по показаниям амперметра и ваттметра, воспользовавшись формулой:

, Ом

Сопротивление добавочного резистора вычисляем по показаниям амперметра и вольтметра Rдоб:

, Ом

Полное сопротивление цепи вычисляем по показаниям амперметра и вольтметра на входе цепи:

, Ом

Полное сопротивление катушки индуктивности вычисляем по показаниям амперметра и вольтметра на катушки:

, Ом

Индуктивное сопротивление катушки и индуктивность рассчитать по формулам:

, Ом

, Гн;  где f = 50 Гц

Коэффициент мощности для катушки рассчитать по формуле:

  1.  Исследование резонанса токов.  

Для этого необходимо собрать схему, изображенную на рисунке №2, где катушка индуктивности Xk и переменный конденсатор Xc включены параллельно.

Рис. №2. Электрическая схема экспериментального исследования резонанса токов.

Входное напряжение  Uвх=30В. Ток в цепи I, напряжение на входе Uвх=U, активную мощность цепи Р с помощью измерительного комплекса К505. Измерение тока на катушке индуктивности и конденсаторе произвести соответственно амперметрами Ак и Ас  пределами измерений 1А.

Изменяя емкость переменного конденсатора определяется резонансная емкость Срез – при которой возникает резонанс токов (в момент резонанса токов амперметр А будет показывать минимальное значение , а показания амперметра Ак и Ас должны быть равны между собой Iк=Ic). Изменяя переменную емкость конденсатора от 0 до 100 мкФ, снять резонансные кривые.  

Для вычисления параметров цепи при параллельном соединении катушки индуктивности и конденсатора необходимо воспользоваться данными измерений, а также следующими формулами:

Емкостная проводимость конденсатора рассчитать по формулам:

, См

По показанием вольтметра на входе и амперметра в ветви конденсатора:

, См

Активную, индуктивную, полную проводимость катушки рассчитать по формулам:

, См

, См

, См

Полная проводимость катушки вычисляем по показаниям вольтметра на входе и амперметра в ветви катушки:

, См

Эквивалентную активную, реактивную, полную проводимость цепи рассчитать по формулам:

,, См

, См

Коэффициент мощности всей цепи по формуле:

.

Полную эквивалентную проводимость вычисляем по показаниям вольтметра и амперметра на входе цепи по формуле:

, См

Активная мощность катушки вычисляем по формулам:

, Вт

Реактивная мощность катушки вычисляем по формулам:

, Вар

Реактивная мощность конденсатора вычисляем по формулам:

, Вар

Реактивная мощность цепи вычисляем по формулам:

, Вар

Полная мощность цепи вычисляем по формулам:

, ВА

2.3. Исследование резонанса напряжений.  

Для этого необходимо собрать схему, изображенную на рисунке №3, где катушка индуктивности Xk и переменный конденсатор Xc  включены последовательно.

Рис. №3. Электрическая схема экспериментального исследования резонанса напряжений.

Входное напряжение  Uвх=30В. Ток в цепи I, напряжение на входе Uвх=U, активную мощность цепи Р с помощью измерительного комплекса К505. Измерение напряжения Uк на катушке индуктивности и Uс конденсаторе произвести соответственно цифровым вольтметрам Vц, попеременно включая его к зажимам конденсатора и катушки индуктивности .

Изменяя емкость переменного конденсатора определяется резонансная емкость Срез – при которой возникает резонанс напряжений (в момент резонанса токов амперметр А будет показывать максимальное значение , а показания вольтметра Vц на катушке индуктивности и конденсаторе должны быть равны между собой Uк=Uc). Изменяя переменную емкость конденсатора от 0 до 100 мкФ, снять резонансные кривые.  

Для вычисления параметров цепи при параллельном соединении катушки индуктивности и конденсатора необходимо воспользоваться данными измерений, а также следующими формулами:

Емкостное сопротивление конденсатора рассчитать по формулам:

,  Oм;  где f = 50 Гц

По показанием вольтметра и амперметра:

, Ом

Полное сопротивление цепи вычисляем по показаниям амперметра и вольтметра на входе цепи:

, Ом

Реактивное сопротивление цепи вычисляем по формулам:

,

, Ом

Полная мощность цепи вычисляем по формулам:

, ВА

Активная мощность катушки вычисляем по формулам:

, Вт

Реактивная мощность катушки вычисляем по формулам:

, Вар

Реактивная мощность конденсатора вычисляем по формулам:

, Вар

Полная мощность цепи вычисляем по формулам:

, Вар

, Вар

Коэффициент мощности для катушки рассчитать по формуле:

.

Использовав все указанные выше формулы и методику их применения, были произведены расчеты, которые представлены в таблицах, расположенных ниже.


Таблицы полученных и вычисленных результатов.

Таблица 1. Вычисление параметров реальной катушки индуктивности

№ опыта

Измерено

Вычислено

Uвх

I

P

Uдоб

Uк

φ

cos(φ)

Rдоб

Rк

Xк

Zк

Lк

φк

cos(φк)

Rэ

Zэ

φэ

cos(φэ)

В

А

Вт

В

В

град

Ом

Ом

Ом

Ом

Гн

град

Ом

Ом

град

1

30

0,47

11,2

16,1

18,2

 

 

34,3

16,4

35,1

38,7

0,1

64,9

0,42

50,7

63,8

37,4

0,8

Таблица 2. Резонанс напряжений

№ опыта

задано

Измерено

Вычислено

C

Uвх

I

P

Uк

Uс

Rк

Xк

Zк

Pк

Qк

φк

cos(φк)

Xс

Zс

Qс

Xэ

Zэ

Pэ

Qэ

Sэ

φэ

cos(φэ)

мкФ

В

А

Вт

В

В

Ом

Ом

Ом

Вт

Вар

град

Ом

Ом

Вар

Ом

Ом

Вт

Вар

ВА

град

1

0

30

0,00

0,0

0,0

0,0

16,4

35,1

38,7

0,0

0,0

65,0

0,424

 

 

 

 

-90,0

0,0000

2

30

30

0,43

2,5

14,8

41,3

16,4

35,1

38,7

3,0

6,5

65,0

0,424

106,2

96,0

19,6

-71,1

69,8

3,0

-13,1

12,8

-77,0

0,2249

3

50

30

0,90

10,0

34,4

58,3

16,4

35,1

38,7

13,3

28,4

65,0

0,424

63,7

64,8

51,6

-28,6

33,3

13,3

-23,2

19,0

-60,2

0,4975

4

70

30

1,76

37,0

64,0

75,4

16,4

35,1

38,7

50,8

108,7

65,0

0,424

45,5

42,8

140,9

-10,4

17,0

50,8

-32,2

39,3

-32,4

0,8446

5

80

30

2,16

54,0

77,5

82,3

16,4

35,1

38,7

76,5

163,8

65,0

0,424

39,8

38,1

185,7

-4,7

13,9

76,5

-22,0

73,3

-16,0

0,9612

6

90

30

2,35

67,0

85,5

87,2

16,4

35,1

38,7

90,6

193,8

65,0

0,424

35,4

37,1

195,4

-0,3

12,8

90,6

-1,6

90,6

-1,0

0,9998

7

92

30

2,37

67,5

85,7

86,2

16,4

35,1

38,7

92,1

197,2

65,0

0,424

34,6

36,4

194,4

0,5

12,7

92,1

2,7

92,1

1,7

0,9996

8

94

30

2,36

66,5

85,6

83,6

16,4

35,1

38,7

91,3

195,5

65,0

0,424

33,9

35,4

188,7

1,2

12,7

91,3

6,8

91,1

4,3

0,9972

9

104

30

2,26

61,5

81,5

68,7

16,4

35,1

38,7

83,8

179,3

65,0

0,424

30,6

30,4

156,4

4,5

13,3

83,8

22,9

80,6

15,3

0,9647

10

114

30

2,08

50,2

75,5

57,7

16,4

35,1

38,7

71,0

151,9

65,0

0,424

27,9

27,7

120,9

7,2

14,4

71,0

31,0

63,8

23,6

0,9164

11

134

30

1,71

35,5

64,5

40,2

16,4

35,1

38,7

48,0

102,6

65,0

0,424

23,8

23,5

69,5

11,3

17,5

48,0

33,1

34,7

34,7

0,8227

12

154

30

1,51

28,0

55,6

31,2

16,4

35,1

38,7

37,4

80,0

65,0

0,424

20,7

20,7

47,2

14,4

19,9

37,4

32,9

17,8

41,3

0,7510

Таблица 3. Резонанс токов

№ опыта

Задано

Измерено

Вычислено

C

Uвх

I

P

Iк

Iс

Gк

Bк

Yк

Pк

Qк

φк

cos(φк)

Bс

Yс

Qс

Gэ

Bэ

Yэ

Pэ

Qэ

Sэ

φэ

cos(φэ)

мкФ

В

А

Вт

А

А

См

См

См

Вт

Вар

град

См

См

Вар

См

См

См

Вт

Вар

ВА

град

1

0

30

0,68

7,3

0,69

0

0,011

0,02344

0,026

9,9

21,1

65,0

0,424

0,0000

0,0000

0,0

0,0234

0,023

0,0331

9,9

21,09248

23,28

65,0

0,423

2

20

30

0,53

7,3

0,69

0,18

0,011

0,02344

0,026

9,9

21,1

64,9

0,425

0,0060

0,0060

5,4

0,0234

0,017

0,0292

9,9

15,696

18,56

57,8

0,533

3

40

30

0,45

7,3

0,69

0,33

0,011

0,02344

0,026

9,9

21,1

64,9

0,425

0,0110

0,0110

9,9

0,0234

0,012

0,0265

9,9

11,196

14,95

48,5

0,662

4

60

30

0,3

7,3

0,69

0,5

0,011

0,02344

0,026

9,9

21,1

64,9

0,425

0,0167

0,0167

15,0

0,0234

0,007

0,0244

9,9

6,096

11,63

31,6

0,852

5

80

30

0,29

7,3

0,69

0,69

0,011

0,02344

0,026

9,9

21,1

64,9

0,425

0,0230

0,0230

20,7

0,0234

0,000

0,0234

9,9

0,396

9,908

2,3

0,999

6

90

30

0,32

7,3

0,69

0,75

0,011

0,02344

0,026

9,9

21,1

64,9

0,425

0,0250

0,0250

22,5

0,0234

-0,002

0,0235

9,9

-1,404

9,999

-8,1

0,990

7

100

30

0,36

7,3

0,69

0,85

0,011

0,02344

0,026

9,9

21,1

64,9

0,425

0,0283

0,0283

25,5

0,0234

-0,005

0,0259

9,9

-4,404

10,84

-24,0

0,914

8

110

30

0,42

7,3

0,69

0,94

0,011

0,02344

0,026

9,9

21,1

64,9

0,425

0,0313

0,0313

28,2

0,0234

-0,008

0,0247

9,9

-7,104

12,19

-35,7

0,812

9

120

30

0,49

7,3

0,70

1,00

0,011

0,02344

0,026

9,9

21,1

64,9

0,425

0,0333

0,0333

30,0

0,0234

-0,010

0,0254

9,9

-8,904

13,32

-42,0

0,744


Последовательное соединение катушки индуктивности и конденсатора


Векторные диаграммы напряжений.


Параллельное соединение катушки индуктивности и конденсатора


Векторные диаграммы токов.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

84140. Категории тождества, различия, противоположности и противоречия. Закон единства и борьбы противоположностей 33.64 KB
  Таким образом противоречия это внутренний источник движения изменения развития объекта поскольку возникающие противоречия для своего разрешения порождают необходимые внутренние предпосылки объекта к соответствующему необходимому изменению. Когда объект меняется он превращается в нечто иное себе снимая обострившиеся противоречия и таким образом совершает некое необходимое развитие. Однако после момента снятия противоречий после их разрешения сразу же возникают новые противоречия поскольку у изменившегося объекта сразу же возникает...
84141. Категории отрицания и отрицания отрицания. Метафизическое и диалектическое понимание отрицания. Закон отрицания отрицания 38.35 KB
  Отрицание в логике это акт опровержения некоего несоответствующего действительности высказывания который разворачивается в новое высказывание. В философии же отрицание это возникновение нового отменяющего и замещающего собой старое. Применяться подобным образом в философии термин отрицание стал Гегелем который с его помощью объяснял циклический характер развития действительности: 1. В чем суть этого противоречия которое созревает в Разуме и отменяет отрицает собою нынешнее состояние Разума Рассмотрим это: суть этого внутренне...
84142. Общая характеристика философских категорий. Метафизическое и диалектическое понимание их взаимосвязи 39.51 KB
  Кроме того категории отражают наиболее важные характеристики и явления бытия которые пронизывают бытие насквозь во всём его многообразии и во всей его необъятности время пространство движение причина следствие единичное общее материя дух взаимодействие сила субстанция и т. К основным категориям относятся: бытиенебытие единичноеобщее причинаследствие случайностьнеобходимость сущностьявление возможностьдействительность материядвижение времяпространство качествоколичество сущностьявление содержаниеформа...
84143. Понятие общества. Основные идеи формационного и цивилизационного понимания общественной жизни и истории 38.69 KB
  Народ это всё население как таковое вовлеченное в совместную жизнь в системе какоголибо общества. Особая специфика и особая сложность общества состоит в том что его главным смысловым элементом является человек в результате чего общество в отличие от природных систем взаимодействия обладает высокой степенью непредсказуемости своего развития. Благодаря этому общественное развитие это процесс настолько сложный что его исследовательский анализ и теоретическое описание вызывают огромные трудности и сопровождаются безостановочными...
84144. Трудовая деятельность людей как основной фактор антропосоциогенеза. Общественное бытие и общественное сознание, характер их соотнесенности 32.32 KB
  Общественное бытие и общественное сознание характер их соотнесенности. Решающим для превращения человека в разумное и общественное животное стало пользование огнем и приручение животных. Таким образом благодаря труду бытие отдельного человека включено в общественное бытие. Общественное бытие это совокупность всевозможных форм совместной деятельности людей подчиненной общественной необходимости.
84145. Материальное производство и его структура: производительные силы и производственные отношения. Характер их соотнесенности 34.15 KB
  Теория материального производства разработана марксизмом. Главной особенностью материального производства которая служит его показательным отличием от любого другого вида производства различные виды производства духовных продуктов и нематериальных благ является наличие в процессах материального производства обязательного взаимодействия человека с природой. Таким образом в процессе материального производства человек воздействует на природу с помощью какихлибо средств труда. Сырье природный материал который в процессе производства...
84146. Структура производительных сил и производственных отношений. Базис и надстройка. Роль производительных сил и техники в развитии общества 31.33 KB
  Производственные отношения. Поскольку материальное производство непредставимо без участия человека то существенным фактором процесса производства выступают связи и отношения между людьми складывающиеся в производственной деятельности. Эти связи и отношения называются производственными отношениями. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ОТНОШЕНИЯ.
84147. Социальная структура общества и этнические общности. Исторические формы социальных и сословно-классовых общностей 36.93 KB
  Социальная структура с одной стороны указывает на различное положение людей по отношению друг к другу по тем или иным критериям имущественный критерий политические права привилегии возрастные образовательные и другие критерии а с другой стороны выражает деление людей в обществе по их интересам национальные классовые профессиональные религиозные семейные и т. ЭТНОС это исторически сложившаяся на определенной территории устойчивая совокупность людей обладающих одним языком общими народным искусством обычаями обрядами...
84148. Понятие социального института. Государство как важнейший социальный институт. Его происхождение и сущность 37.3 KB
  Таким образом государство отвечает за исполнение всех социальных функций общества и если говорить о сущности государства то в социальном плане сущность государства состоит в том что государство наделено всеми социальными функциями как верховный социальный институт. Эти функции для государства делятся на внешние и на внутренние: 1. Внешние функции государства сводятся к задачам обороны страны и отстаивания ее интересов во взаимоотношениях с другими государствами. Несмотря на очевидность назначения государства и несмотря на его...