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

33544. За повестью Ю. Бондарева «Горячий снег» 14.92 KB
  Всю военную прозу можно условно разделить на две группы: произведения написанные в годы войны и произведения послевоенного периода. Впервые в советской прозе так мощно и пристрастно зазвучал голос художника изнутри войны. Все 4 года войны они прожили не переводя дыхания и казалось концентрация деталей эпизодов конфликтов ощущений потерь образов солдат пейзажей запахов разговоров ненависти и любви была настолько густа и сильна после возвращения с фронта что просто невозможно было всё это организовать найти необходимый сюжет...
33545. Понятие местного самоуправления. Основные теории местного самоуправления 36.5 KB
  Понятие местного самоуправления. Основные теории местного самоуправления. Понятие местного самоуправления. Основные принципы местного самоуправления.
33546. Конституционно-правовые основы местного самоуправления 52 KB
  Конституционноправовые основы местного самоуправления Правовая база МСУ – это система законодательных и иных нпа на основе которых оно функционирует. Поскольку установление общих принципов организации МСУ является согласно Конституции предметом совместного ведения РФ и её субъектов оно предполагает издание ФЗ и принятие в соответствии с ними законов и иных нпа субъектов РФ. Муниципальное право регулирует правовые отношения возникающие в процессе организации и деятельности местного самоуправления. Конституция РФ признает и гарантирует...
33547. Состав органов местного самоуправления: структура, функции 45 KB
  По специализации: Общего назначения Специального назначения По полномочиям Исполняющие собственные полномочия Исполняющие отдельные госе полномочия Исполняющие добровольные полномочия связаны например с кооперированием муниципальных образований с выполнением договоров в том числе с зарубежными партнерами членством в различных ассоциациях и союзах По способу принятия решений Принимающие решения коллегиально Принимающие решения единолично По типу исполняемых функций Представительный орган проектная функция – Представление...
33548. Предметы ведения и полномочия местного самоуправления 39 KB
  Предметы ведения и полномочия местного самоуправления Впервые понятие полномочия органов местного самоуправления приводится в ст. 132 Конституции Российской Федерации 1993 года в соответствии с которой органы местного самоуправления обладают полномочиями по самостоятельному решению вопросов местного значения а также могут наделяться государственными полномочиями. 132 Конституции органы местного самоуправления самостоятельно управляют муниципальной собственностью формируют утверждают и исполняют местный бюджет устанавливают местные налоги...
33549. Финансово-экономическое обеспечение МСУ 44 KB
  Финансовоэкономическое обеспечение МСУ Состав и использование муниципального имущества. Экономическую основу МСУ составляют находящееся в муниципальной собственности имущество средства местных бюджетов а также имущественные права муниципальных образований. Европейская Хартия о местном самоуправлении закрепляет общие принципы организации финансовоэкономической самостоятельности органов МСУ: органы мсу имеют право в рамках национальной экономической политики на обладание достаточными собственными финансовыми средствами которыми они...
33550. Формы осуществления МСУ 45.5 KB
  Формы осуществления МСУ Формы непосредственной демократии: местный референдум муниципальные выборы сходы граждан. Формы представительной демократии: выборные органы выборные должностные лица МСУ. Формы участия населения в осуществлении МСУ. Тем самым предусмотрены 2 основные группы форм осуществления населением МСУ.
33551. Территориальные основы местного самоуправления 31.5 KB
  Территориальные основы местного самоуправления Понятие муниципального образования. Модели организации местного самоуправления: территориальная поселенческая двухуровневая. Муниципальное образование городское сельское поселение несколько поселений объединенных общей территорией часть поселений иная населенная территория в пределах которой осуществляется местное самоуправление имеются муниципальная собственность местный бюджет и выборные органы местного самоуправления. Выборные органы местного самоуправления.
33552. Управление комплексным социально-экономическим развитием муниципального образования 45.5 KB
  Управление комплексным социальноэкономическим развитием муниципального образования Условия и факторы социальноэкономического развития муниципального образования. Анализ прогнозирование и планирование социальноэкономического развития муниципального образования. Управление социальноэкономическим развитием России регулируется Федеральным законом О государственном прогнозировании и программах социальноэкономического развития Российской Федерации. В законе содержатся положения о необходимости проведения на федеральном и региональном уровнях...