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

29 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

77116. Русский язык и культура речи. Методические указания по изучению дисциплины 184 KB
  Значение родного языка в жизни каждого из нас неоспоримо. От умения четко, ясно, логично, красиво излагать свои мысли, тактично выражать свои чувства во многом зависит наше благополучие, речь позволяет составить довольно точное, верное мнение о человеке.
77117. Терроризм, угроза миру и безопасности 21.64 KB
  Терроризм в последние годы стал одной из главных проблем мирового сообщества. Могущественные государства, способные организовать экспедицию на Марс, оснащенные ядерными арсеналами и баллистическими ракетами, оказываются бессильными перед группой людей с автоматами...
77118. Сказ (lyssa, rabies, hydrophobia) 27.5 KB
  На міцну наукову основу вчення про сказ було поставлено завдяки дослідженням Луї Пастера. Ним відкрита антирабічна сироватка. 6 липня 1885 p. цей метод уперше був застосований Пастером для запобігання захворюванню людини, укушеної хворою па сказ собакою.
77119. СОЦИАЛЬНЫЙ И ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОЙ КИТАЯ 70.5 KB
  Значительную прослойку господствующего класса составляли чиновники своеобразное личное дворянство феодального Китая служившее опорой централизованной власти. Социальная структура феодального общества Китая несмотря на дробление на мелкие и мельчайшие социальные...
77120. СЛУЖБА МЕТРОЛОГІЇ НА ПІДПРИЄМСТВІ 38.5 KB
  До третьої групи входять: участь в розробці перспективних планів автоматизації виробництва метрологічного забезпечення підприємства; спостереження за засобами вимірювання і автоматизації здійснення заходів по реконструкції засобів вимірювання...
77121. Пути снижения себестоимости перевозок 412.5 KB
  Себестоимость перевозок выраженная в денежной форме величина эксплуатационных расходов транспортного предприятия приходящихся в среднем на единицу продукции транспорта.
77123. Современные кластерные системы 46 KB
  Кластер это модульная многопроцессорная система созданная на базе стандартных вычислительных узлов соединенных высокоскоростной коммуникационной средой. Привлекательной чертой кластерных технологий является то что они позволяют для достижения необходимой производительности...
77124. Создание пользовательских форматов 101 KB
  Если пользовательский формат содержит только одну секцию, Excel применяет его к положительным, отрицательным и нулевым значениям. Если пользовательский формат содержит две секции, то первая применяется к положительным и нулевым значениям, а вторая – к отрицательным.