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

16247. Созданоие приложения визуализирующего работу cash-памяти в 3-х архитектурах 200.5 KB
  Содержание: Краткая информация о процессорах семейства х-86. Кэш-память Архитектура кэш-памяти Кэш-память с прямым отображением Полностью ассоциативная архитектура Наборно-ассоциативн...
16248. Эмуляция работы программы FDisk 471 KB
  Курсовой проект по по информатике Тема: Эмуляция работы программы FDisk Краткие теоретические сведения. Конструкция HDD Рис. 1 Диск представляет собой круглую металлическую пластину с очень ровной поверхностью покрытую тонким ферро...
16249. Конфигурация функции IGMP Snooping 724.66 KB
  Лабораторная работа №1 Конфигурация функции IGMP Snooping 1 Цель работы 1.1Научиться конфигурировать протокол управления групповой multicast рассылкой на коммутаторах Dlink. 2 Литература 2.1 Смирнова Е.В. Пролетарский А.В. Баскаков И.В. Федотов Р.А. Построение комму
16250. Создание профиля многоадресной рассылки 724.41 KB
  Лабораторная работа №2 Создание профиля многоадресной рассылки 1 Цель работы 1.1 Научиться управлять multicast трафиком. 2 Литература 2.1 Смирнова Е.В. Пролетарский А.В. Баскаков И.В. Федотов Р.А. Построение коммутируемых компьютерных сетей: учебное пособие. ...
16252. Настройка QoS 93 KB
  Лабораторная работа №3 Настройка QoS. Цель работы: 2.1 Изучить настройку приоритизации трафика управления полосой пропускания на коммутаторах DLink.Исследовать эффективность работы приоритизации. 2 Литература: 2.1 Смирнова Е.В. Пролетарский А.В. Баскаков И.В.
16253. Организация IP вещания 852.79 KB
  Лабораторная работа №1 Организация IP вещания Цель работы Исследовать структуру сети IP вещания. Научиться настраивать IP стример. Научиться настраивать IP STB. Литература 2.1 Техническое описание приборов. Подготовка к р...
16254. Изучение головной станции кабельного телевидения 2.42 MB
  Лабораторная работа №1 Лабораторная работа №1 Изучение головной станции кабельного телевидения 1 Цель работы: 1.1 Изучить принципы построения головной станции кабельного телевидения. 1.2 Научиться производить настройку головной станции кабельного телевидения. ...
16255. Исследование структуры и принципа действия конвертора телевизионных сигналов 856.5 KB
  Лабораторная работа №2 Исследование структуры и принципа действия конвертора телевизионных сигналов 1 Цель работы: 1.1 Изучить структурную схему конвертора СТ07. 1.2 Научиться производить настройку конвертора СТ07. 2 Литература: 2.1 Джакония В.Е. Телевидение. М.: