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

36902. Изучение среды и простейших элементов 405.5 KB
  Домашнее задание выполняется по различным вариантам. В данном варианте меняется только цвет фона всей формы и цвет фона окна Text3. Варианты индивидуальных заданий. Разработать Windowsприложение вычисления значения функции у средствами Visul Bsic Вариант №1 у = b^2 c^2 –t^2 Вариант №2 y = bc^3 – c t^2 Вариант №3 y = b^3 c t^2 Вариант №4 y = c3 t c^2 Вариант №5 y = c^2 b t^2 Вариант №6 y = tk^5 c b^3 Вариант №7 y = c^3 t^2 b^5 Вариант №8 y = c^2 t b^2 Вариант №9 y = c^3 t b^2...
36903. Разработка приложений с разветвляющимися алгоритмами 359 KB
  Lbel1 Cption При х = Lbel2 Cption Функция вычисляется по формуле: Lbel3 Cption Получен результат Y = Lbel4 Cption Lbel5 Cption Лабораторная работа 2.Вариант 37 Text1 Text Text2...
36904. Изучение основных явлений поляризации света 483 KB
  Изучение основных явлений поляризации света. Цель работы: Получение и исследование поляризованного света и исследование свойств обыкновенных и необыкновенных лучей полученных с помощью двояко преломляющего кристалла. Принципиальная схема установки или её главных узлов: 1 упражнение: 2 упражнение: ИС – источник света; ИС – источник света; П – поляроид 1поляризатор; Д...
36905. Изучение физических явлений, лежащих в основе работы полупроводникового фотоэлемента с запирающим слоем, определение зависимости фототока от освещенности, снятие ширины запрещенной зоны полупроводника 713 KB
  Цель работы: Изучение физических явлений лежащих в основе работы полупроводникового фотоэлемента с запирающим слоем определение зависимости фототока от освещенности снятие ширины запрещенной зоны полупроводника. На рисунке выше Ес – энергия дна свободной зоны Ев – энергия потолка валентной зоны; Fм Fп – уровни Ферми металла и полупроводника Ам Ап – работы выхода электрона из металла и полупроводника. Если уровень Ферми изолированного металла Fм лежит выше уровня Ферми полупроводника Fп – т. Ам Ап то в первый момент их...
36906. Измерение холловской разности потенциалов в полулроводниковой пластине и определение концентрации, подвижности и знака носителей заряда, участвующих в токе 294.5 KB
  Эффект Холла в полупроводниках. Основные теоретические положения к данной работе основополагающие утверждения: формулы схематические рисунки: Эффект Холла заключается в возникновении поперечной разности потенциалов при пропускании тока через металлическую или полупроводниковую пластинку помещенную в магнитное поле направленное под некоторым углом к направлению тока. Классическая...
36907. Подтверждение боровской теории строения водородоподобных атомов 255.5 KB
  Основные теоретические положения к данной работе основополагающие утверждения: формулы схематические рисунки: В основе теории Бора лежат следующие постулаты: Первый постулат Бора постулат стационарных состояний: существуют некоторые стационарные состояния атома находясь в которых он не излучает энергии. Второй постулат Бора правило квантования орбит утверждает что в стационарном состоянии атома электрон двигаясь по круговой орбите должен иметь квантованные значения момента импульса удовлетворяющие условию где п = 1; 2;...
36908. Изучение процессов генерации и рекомбинации неравновесных носителей заряда в твердых телах при возбуждении их светом, экспериментальная проверка кинетики затухания рекомбинационной люминесценции при наличии центров захвата(ловушек) 658 KB
  Таблицы и графики Результаты измерений и расчетов: tc I1 мА I2 мА I3 мА I4 мА I5 мА Icp мА y = 10 0292 0284 0305 0293 0290 0293 0306 15 0264 0260 0265 0263 0261 0263 0379 20 0237 0238 0241 0243 0235 0239 0446 25 0220 0219 0216 0225 0228 0222 0501 30 0210 0209 0210 0203 0220 021 0543 35 0196 0192 0190 0195 0193 0193 061 40 0187 0185 0180 0179 0182 0183 0653 50 0170 0165 0165 0167 0170 0167 073 60 0158 0154 0156 0153 0154 0155 0796 70 0149 0147 0143 0144 0146...
36909. Кластерный анализ. Агломеративные методы 16.97 KB
  В качестве выбора нового расстояния между кластерами рассмотреть: 1Метод дальнего соседа 2Метод ближнего соседа. 3 Используем метод дальнего соседа. 4 Используем метод ближнего соседа. Решение поставленной задачи: 1Центрируем и нормируем: 2Рассчитаем матрицу расстояний: 1 2 3 4 5 6 Далее поскольку матрицы будут симметричными будут записаны полученные данные только над главной диагональю 3По методу...
36910. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗВЕНЬЕВ АВТОМАТИЧЕКСКИХ СИСТЕМ 346.5 KB
  1 Безынерционное звено Рис. 2 Интегрирующее звено Рис. 3 Апериодическое звено 1 порядка Рис. 4 Колебательное звено Переходные ht и передаточные Wp характеристики звеньев имеют вид: Безынерционное звено Wp=k Интегрирующее звено Wp=k p Апериодическое звено Wp=k Tp1 Колебательное звено Wp=k1 T2p22k2Tp1...