50715

Исследование фазового резонанса в цепи с последовательным соединением активного, индуктивного и емкостного сопротивлений

Лабораторная работа

Физика

Цель работы: уяснить условия получения резонанса напряжений экспериментально исследовать явление резонанса напряжений в зависимости от изменения либо реактивного сопротивления либо частоты исследуемой цепи. Резонанс напряжений называется такой пассивной электрической цепи переменного тока с последовательным соединением активного индуктивного и емкостного сопротивлений при котором входное реактивное сопротивление равно нулю. При резонансе напряжений напряжение на входе цепи совпадает по фазе с током т.

Русский

2014-01-29

108 KB

40 чел.

Лабораторная работа

Исследование фазового резонанса в цепи с последовательным соединением активного, индуктивного и емкостного сопротивлений.

Цель работы: уяснить условия получения резонанса напряжений, экспериментально исследовать явление резонанса напряжений в зависимости от изменения либо реактивного сопротивления, либо частоты исследуемой цепи.

Основные теоретические положения.

Резонанс напряжений называется такой пассивной электрической цепи переменного тока с последовательным соединением активного, индуктивного и емкостного сопротивлений, при котором входное реактивное  сопротивление равно нулю. При резонансе напряжений напряжение на входе цепи совпадает по фазе с током, т.е.

= u - i =0

Условие фазового резонанса через параметры последовательного контура записывается в виде:

хL=xC  или   (1)

Из условия (1) следует, что резонанса можно достичь, изменяя индуктивность, емкость и частоту входного сигнала .

Значения параметров определяются по формулам:

Явление резонанса напряжений характеризуется следующим рядом соотношений.

1. Полное сопротивление цепи , т.к. х=0; комплекс полного сопротивления

2. Сопротивление цепи минимально, ток в момент резонанса максимален, что следует из закона Ома

3. Сопротивление каждого из реактивных элементов при резонансе хL=xC  не зависит от частоты, называется характеристическим сопротивлением цепи (волновое сопротивление)

xCрез = хLрез;  

4. Величины напряжений на активном, индуктивном, емкостном сопротивлениях могут быть определены Ua=IR; UL=IxL; Uc=IxC, т.к. хL=xC, то UL=Uc=I.

Векторная диаграмма тока и напряжений приведена на рис.1.

5. Отношение напряжения на индуктивности или емкости к напряжению, приложенному к цепи, при резонансе называют добротностью контура или коэффициентом резонанса.

Коэффициент резонанса показывает во сколько раз напряжение на индуктивности или емкости при резонансе больше, чем напряжение приложенное к цепи.

Величина, обратная добротности, называется затуханием цепи

6. Отношение активной мощности к полной, равное косинусу угла сдвига фаз между напряжением и током, называется коэффициентом мощности:

Коэффициент мощности при резонансе напряжений равен 1.

Активная мощность равна полной мощности:

P=S.

На рисунке 1 приведены графики мгновенных значений тока и напряжений.

Рис. 1 Графики мгновенных значений тока и напряжений.

Рис. 2 Векторная диаграмма тока и напряжений в момент резонанса.

В рассматриваемой лабораторной работе явление резонанса напряжений получают изменением индуктивности, емкости, частоты входного сигнала.

Программа работы

1. Собрать схему, изображенную на рис.3

 

Рис. 3

Примечание: элементы схемы выводятся на экран из «окошка»              ; амперметр и вольтметры из окошка              .

Измерительные приборы перевести из режима «ДС» в режим «АС», дважды нажав на мышку.

При установке значений сопротивлений установить единицу измерения «Ом».

Установить значения ЭДС и сопротивлений согласно варианта (таблица 1).

I вариант

Таблица 1.

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

E, B

R, Ом

С, мкФ

100

20

50

120

30

55

80

20

60

60

15

65

70

10

70

150

30

75

140

70

80

90

15

85

160

32

90

110

22

80

2. Рассчитать значение индуктивности, при которой в цепи будет наблюдаться резонанс напряжений.

3. Изменяя индуктивность катушки индуктивности, провести 7 опытов при различном состоянии цепи, включая и резонансный режим. Опыты следует проводить при неизменном входном напряжении. Результаты занести в таблицу 2.

Таблица 2.

№ опыта

L 

Измерено

Вычислено

U

I

UR

UC

UL

Z

xL

xC

x

cos

P

Q

S

Гн

В

А

В

В

В

Ом

Ом

Ом

Ом

Вт

ВАр

ВА

1

7

Расчетные формулы:

Полное сопротивление цепи:

Реактивные сопротивления:

Активная мощность цепи:

Реактивная мощность цепи:

QL - реактивная мощность индуктивности

QC - реактивная мощность емкости

Полная мощность цепи:

Коэффициент мощности:

4. По данным опыта и вычисленным параметрам построить кривые зависимостей: UC=f(xL), UL=f(xL); z=f(xL); I=f(xL).

5. Построить векторные диаграммы тока и напряжений для случаев: xL>xC; xL=xC; xL<xC. Все графики и векторные диаграммы выполняются в масштабе.

II вариант

1. Собрать схему, изображенную на рис. 3 Установить значение ЭДС и сопротивлений согласно варианта (таблица 3).

Таблица 3.

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

E, B

R, Ом

L, Гн

60

10

0,1

65

15

0,15

70

10

0,1

100

20

0,2

80

20

0,15

150

50

0,1

140

20

0,3

120

40

0,2

105

20

0,18

160

40

0,12

2. Рассчитать значение емкости, при которой в электрической цепи будет наблюдаться резонанс напряжений.

3. Изменяя емкость батареи конденсаторов, провести 6-7 опытов при различном состоянии цепи, включая и резонансный режим. Опыты произвести при неизменном входном напряжении. Результаты занести в таблицу 4.

Таблица 4.

№ опыта

С 

Измерено

Вычислено

U

I

UR

UC

UL

Z

xL

xC

x

P

Q

S

cos

мкФ

В

А

В

В

В

Ом

Ом

Ом

Ом

Вт

ВАр

ВА

1

7

4. По данным опыта и вычисленным параметрам построить кривые зависимостей: UC=f(xС), UL=f(xС); z=f(xС); I=f(xС).

5. Построить векторные диаграммы тока и напряжений для случаев: xL>xC; xL=xC; xL<xC.

III вариант

1. Собрать схему, изображенную на рис. 3. Установить значения ЭДС и сопротивлений согласно варианта (таблица 5).

Таблица 5.

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

E, B

R, Ом

L, Гн

С, мкФ

100

25

0,10

60

150

25

0,12

50

140

20

0,18

70

80

20

0,20

65

110

25

0,16

70

130

26

0,20

70

160

20

0,30

50

180

30

0,25

60

120

30

0,15

0,22

170

34

0,22

80

2. Рассчитать значение частоты, при которой в цепи будет наблюдаться резонанс.

3. Изменяя значение частоты, провести 7 опытов при различном состоянии цепи, включая и резонансный режим. Опыты следует проводить при неизменном входном напряжении. Результаты занести в таблицу 6.

Таблица 6.

№ опыта

f 

Измерено

Вычислено

U

I

UR

UC

UL

Z

xL

xC

x

P

Q

S

cos

Гц

В

А

В

В

В

Ом

Ом

Ом

Ом

Вт

ВАр

ВА

1

7

4. По данным опыта и вычисленным параметрам построить кривые зависимостей: UC=f(), UL=f(); z=f(); I=f().

5. Построить векторные диаграммы тока и напряжений для случаев: xL>xC; xL=xC; xL<xC.

Контрольные вопросы:

  1.  В какой цепи может возникнуть резонанс напряжений? Какое условие необходимо для этого?
  2.  Какими способами возможно получение в колебательном контуре резонанса напряжений?
  3.  Что такое добротность контура, как она определяется?
  4.  При каких условиях напряжения на реактивных элементах цепи могут превышать входное напряжение?
  5.  Чему равняется коэффициент мощности при резонансе?
  6.  Какой вид имеют резонансные кривые при изменении частоты?
  7.  Чему равнялось бы при резонансе полное сопротивление цепи, если бы активное сопротивление R было равно нулю?
  8.  Как изменится полное сопротивление цепи в момент резонанса напряжений при изменении частоты?
  9.  Как изменится полная мощность цепи при резонансе напряжений?
  10.   Как строятся треугольники напряжений, сопротивлений, мощностей?
  11.   Почему при резонансе при резонансе напряжений ток в цепи максимален?
  12.   Как определить угол сдвига фаз между напряжением, приложенным к цепи и током, протекающим по ней?  


t

i, U

UC

UL

i

V

V

V

A

E

C

R

L


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

45485. Объектно-ориентированная технология проектирования ИС 52 KB
  В основу объектноориентированной технологии проектирования ИС положены разработка анализ и спецификация концептуальной объектноориентированной модели предметной области. Концептуальная объектноориентированная модель предметной области является основой проекта и реализации системы и обеспечивает: необходимый уровень формализации описания проектных решений; высокий уровень абстрагирования типизации и параметризации проектных решений; компактность описания; удобство сопровождения готовой системы. Отличительными...
45486. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ 75 KB
  В настоящее время наибольшее распространение получила иерархическая модель взаимосвязи компонент качества ИС. В начале определяются характеристики качества в числе которых. Каждому показателю качества ставится в соотвествие группа критериев.
45487. ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ 76.5 KB
  Базовые программные средства относятся к инструментальной страте информационных технологий и включают в себя: операционные системы ОС; языки программирования; программные среды; системы управления базами данных СУБД. Большинство алгоритмических языков программирования Си Паскаль созданы на рубеже 60х и 70х годов за исключением Jv. За прошедший период времени периодически появлялись новые языки программирования однако на практике они не получили широкого и продолжительного распространения. Другим направлением в эволюции...
45488. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ 75.5 KB
  Для преодоления ограничений организации памяти были предложены ассоциативные запоминающие устройства. Вторая характеристика определяется скоростью доступа устройства чтения к информации на компактдиске скорость чтения особенно важна при воспроизведении аудио и видеоинформации. Что означает название восьмискоростной CDROM Это и есть характеристика быстродействия устройства чтения.
45489. МЕТОДИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ 47.5 KB
  Многообразные стандарты и подобные им методические материалы упорядочим по следующим признакам: 1. По утверждающему органу: официальные международные стандарты; официальные национальные стандарты; национальные ведомственные стандарты; стандарты международных комитетов и объединений; стандарты фирмразработчиков; стандарты дефакто. По предметной области стандартизации: функциональные стандарты стандарты на языки программирования интерфейсы протоколы кодирование шифрование стандарты на фазы...
45490. Моделирование систем массового обслуживания 50.5 KB
  Моделирование систем массового обслуживания Понятия СМО: каналы: горячие тут же подключаются холодные нужен переходный период источник заявок заявки клиенты очереди ограниченные неограниченные дисциплина обслуживания FIFO первым пришел первым ушел LIFO последним пришел первым ушел KB короткие вперед отказы поток обслуженных заявок нетерпеливые заявки стояли но ушли Система должна функционировать в определенных интересах: клиента владельца Судить о результатах работы СМО можно по показателям....
45491. Моделирование случайных чисел с заданным 34.5 KB
  Для этого непрерывный закон распределения вероятности события дискретизируем. hi высота iого столбца fx распределение вероятности показывает насколько вероятно некоторое событие. Если точка в пересечении этих двух координат лежит ниже кривой плотности вероятности то событие X произошло иначе нет. Метод взятия обратной функции Допустим задан интегральный закон распределения вероятности где fx функция плотности вероятности.
45492. Оценка точности модели 76 KB
  Преобразование Фурье Преобразование Фурье Модель сигнала Способ основывается на том что в любом сигнале присутствуют гармонические составляющие. Сумма гармоник с соответствующими весами составляет модель сигнала. Пусть задан сигнал: Определяем время рассмотрения сигнала: если сигнал периодический то время рассмотрения равно периоду p сигнала; b если сигнал непериодический то периодом сигнала считается все время его рассмотрения. Отметим важную особенность данного способа представления вместо всего сигнала во всех его подробностях...
45493. Регрессионные модели 85.5 KB
  Линейная одномерная модель: y =0 1 x Ei = Yi 0 1 Xi i = 1n где n число снятых экспериментально точек. Ошибки всех точек i от 1 до n следует сложить. Найдем значение sigm по формуле: Если в интервал Yэ Yт Yэ попадает 67 точек и более то выдвинутая нами гипотеза принимается. Если требуется большая уверенность в результате то используют дополнительное условие: в интервал Yэ 2 Yт Yэ 2 должны попасть 95 экспериментальных точек.