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

28 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

53459. The Internet and Social Networking Sites 115.5 KB
  A social network is a social structure made up of individuals (organizations) called “nodes”, which are tied (connected) by one or more specific types of interdependency, such as friendship, kinship, common interest, financial exchange, dislike, sexual relationships, or relationships of beliefs, knowledge or prestige.
53460. У Інтернет–клубі 97.5 KB
  Мета: повторити і поглибити знання учнів про дієслово як частину мови, його(ЇЇ) граматичні ознаки; виробляти вміння розпізнавати дієслова серед інших частин мови; розвивати зв’язне мовлення, пам’ять, мислення; вчити учнів працювати з прикладними програмами; виховувати інформаційну культуру, любов до рідної мови.
53461. Винаходи. Досягнення науковців 33 KB
  Good morning, boys and girls! Today we’ll continue to work with the topic “Inventions and gadgets”. You have already done exercises and spoken about it with your teacher and now you’ll show your abilities. At this lesson we’ll revise all the vocabulary on the topic; we shall practice listening, reading, speaking and writing skills. Of course, we’ll make predictions using Future Indefinite and “to be going to…”.
53462. Оптимизация процедуры Heap_sort, особенности 19.42 KB
  ирамидальная сортировка (англ. Heapsort, «Сортировка кучей») — алгоритм сортировки, работающий в худшем, в среднем и в лучшем случае (то есть гарантированно) за Θ(n log n) операций при сортировке n элементов
53463. Оптимизация процедуры Shell_sort, особенности 26.29 KB
  Сортировка Шелла — алгоритм сортировки, являющийся усовершенствованным вариантом сортировки вставками. Идея метода Шелла состоит в сравнении элементов, стоящих не только рядом, но и на определённом расстоянии друг от друга.
53464. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНТЕРАКТИВНОЙ ДОСКИ НА УРОКАХ ФИЗИКИ В ФОРМИРОВАНИИ ИКТ КОМПЕТЕНТНОСТИ 30.23 KB
  Использование интерактивной доски один из самых перспективных и востребованных. Также с помощью различных программ учитель может создать компьютерную модель урока с которой затем можно работать с помощью интерактивной доски. Из практики обучения я могу предложить следующие формы работы с интерактивной доской PenBord: Активные презентации.
53465. Разработка конспекта обобщающего урока математики в 4 классе по теме Дроби 91.5 KB
  Познавательная деятельность учащихся через использование мультимедийных технологий. Разумное использование в учебном процессе наглядных средств обучения играет важную роль в развитии наблюдательности внимания речи мышления учащихся. В отличие от обычных технических средств обучения ИКТ позволяют не только насытить обучающегося большим количеством готовых строго отобранных соответствующим образом организованных знаний но и развивать интеллектуальные творческие способности учащихся. задействованы все каналы восприятия учащихся –...
53467. Использование приемов технологии РКМЧП на уроках истории 1012 KB
  На этом этапе не допускается критика ваших сочинений мы просто попытаемся определить что вы уже знаете в конце урока вы сами определите какие ошибки были вами допущены. Обычно в начале урока предлагаю обучающимся выделить из предложенных мной утверждений верные и неверные.