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

67521. Уравнения и характеристики двигателя постоянного тока последовательного возбуждения. Управление напряжением и реостатное 225.5 KB
  Схема включения двигателя последовательного возбуждения показана на рис. Схема включения двигателя последовательного возбуждения Уравнение баланса напряжений и выражения для ЭДС и электромагнитного момента имеют вид: U = rя rв I Eя; 4. Механические характеристики двигателя последовательного возбуждения...
67522. Причины и признаки экологического кризиса. Глобальные экологические проблемы 114 KB
  По ходу развития цивилизации перед человечеством неоднократно возникали сложные проблемы порою планетарного характера. В полной мере эти проблемы проявились уже во второй половине и в особенности в последней четверти XX века то есть на рубеже двух веков и даже тысячелетий.
67523. Управление шаговым двигателем с реактивным ротором и линейным шаговым двигателем с постоянным магнитом 273.5 KB
  Фазы обмотки питаются прямоугольными импульсами напряжения. В ответ на каждый импульс ротор поворачивается на определенный угол и останавливается в ожидании следующего импульса. Показаны пути замыкания магнитного потока Ф созданного фазой А при подаче на нее импульса напряжения U0.
67524. Моменты синхронного двигателя и его пуск при питании от инвертора частоты. Синхронизирующий момент 595.5 KB
  Схема включения обмоток синхронного двигателя Вращающееся магнитное поле статора увлекает за собой ротор-индуктор который в установившемся режиме вращается синхронно с полем. Рассмотрим СД ротор которого имеет неявно выраженные полюса с постоянным магнитным потоком...
67525. Моментный электропривод с синхронным двигателем и синусно-косинусным вращающимся трансформатором 364.5 KB
  В целом электропривод ведет себя как электромеханическая система с пропорциональным управлением и гибкой тахометрической обратной связью. Следует обратить внимание, что амплитудно-модулированные сигналы и синусно-косинусный вращающийся трансформатор СКВТ были применены для получения двойной информации...
67526. АНТРОПОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА БИОСФЕРУ. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ 258.5 KB
  По объектам загрязнения различают загрязнение поверхностных и подземных вод загрязнение атмосферного воздуха загрязнение почв и т. Источниками антропогенного загрязнения наиболее опасного для популяций любых организмов являются промышленные предприятия химические металлургические целлюлозно-бумажные...
67527. Обобщенная электрическая машина, соответствующая синхронному двигателю 270.5 KB
  Электрические машины разных типов имеют разное математическое описание. Современные электромеханические системы содержат электрические машины разных типов. Анализ таких систем оказывается затруднительным. Теория обобщенных электрических машин упрощает анализ сложных электромеханических систем, так как...
67529. АНТРОПОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА АТМОСФЕРУ 98.5 KB
  Охрана атмосферного воздуха ключевая проблема оздоровления окружающей природной среды. Человек может находиться без пищи пять недель без воды пять дней а без воздуха всего лишь пять минут. Оно происходит при вымывании аэрозолей из атмосферы осадками турбулентном перемешивании приземного слоя...