66524

ДОСЛІДЖЕННЯ ЛІНІЙНОГО НЕРОЗГАЛУЖЕНОГО ЕЛЕКТРИЧНОГО КОЛА СИНУСОЇДНОГО СТРУМУ

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Експериментально визначити параметри резистора, котушки індуктивності та конденсатора в колі синусоїдного струму. Експериментально дослідити явище резонансу напруг, фазові та енергетичні співвідношення в колі з послідовним з’єднанням резистора...

Украинкский

2014-08-22

616 KB

6 чел.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 3

ДОСЛІДЖЕННЯ ЛІНІЙНОГО НЕРОЗГАЛУЖЕНОГО

ЕЛЕКТРИЧНОГО КОЛА СИНУСОЇДНОГО СТРУМУ

Мета роботи

Експериментально визначити параметри резистора, котушки індуктивності та конденсатора в колі синусоїдного струму. Експериментально дослідити явище резонансу напруг, фазові та енергетичні співвідношення в колі з послідовним з’єднанням резистора, котушки індуктивності (з індуктивністю L і резистивним опором Rк) та конденсатора.

1 Основні теоретичні відомості

 

На рисунку 3.1 зображена схема електричного кола синусоїдного струму з послідовним з'єднанням резистивного R, індуктивного L з резистивним опором Rк, та ємнісного С елементів. Закон Ома для даного кола записують так :

I = U / Z,

де U діюче значення синусоїдної напруги, прикладеної до клем електричного кола;

І   діюче значення синусоїдного струму в колі;

повний опір кола;

R   активний опір резистивного елемента;

Rк активна складова повного опору котушки індуктивності (Rк зумовлений опором проводу, з якого виготовлена котушка індуктивності та опором, що характеризує втрати електричної енергії в сталі магнітопроводу котушки. Повний опір котушки індуктивності: );

XL   реактивно-індуктивний опір котушки індуктивності;

ХС реактивно-ємнісний опір конденсатора.

Реактивно-індуктивний і реактивно-ємнісний опори визначають за формулами:

XL = ωL;               ХС = 1/(ωC),

де ω = 2πf – кутова частота, а f – частота синусоїдного струму.

Діючі значення напруги на елементах кола визначають за законом Ома:

UR = IR;       UС = I ХС;         URк = І Rк;            UL = I XL.

Рисунок 3.1 Схема електричного кола з послідовним

з'єднанням R, C, L елементів 

Напруги UR та URк  співпадають за фазою із струмом, напруга UL випереджає струм за фазою на кут π/2, напруга UС відстає за фазою від струму на кут π/2.

Векторні діаграми напруг і струму для електричних кіл з активним, індуктивним та ємнісним навантаженням приведені на рисунку 3.2.

Рисунок 3.2 – Векторні діаграми для активного а),

індуктивного б), та ємнісного в)

навантаження

Різниця фаз між напругою на вході кола і струмом визначається за формулою:

φ = arctg,

де Х = XL  ХС реактивний опір кола.

Повний опір Zк, його активну Rк і реактивну XL складові котушки індуктивності визначають за формулами:

Zк = Uк / І;          Rк = Zк cos φк ;         XL = Zк sіn φк ,

де φ = arctg (XL/Rк) – різниця фаз між струмом І в колі та напругою на котушці .

Вектор напруги Ū дорівнює геометричній сумі векторів напруг на елементах кола:

Ū = Ū R + Ū к + ŪС = Ū R + Ū Rк + ŪL + ŪС,

а діюче значення цієї напруги визначають за формулою: 

.

На рисунку 3.3  приведені векторні діаграми струму та напруг для електричного кола, зображеного на рисунку 3.1, для випадків:

а) XL > ХС ;          б) XL = ХС ;          в) XL < ХС .

З векторних діаграм видно, що фазовий зсув φ між струмом І та прикладеною напругою U залежить від співвідношення між реактивно-індуктивним XL та реактивно-ємнісним ХС опорами. При XL > ХС (рисунок 3.3, a), UL >UС, φ > 0  напруга U випереджує струм І за фазою на кут φ. При XL = ХС (рисунок 3.3, б), UL = UС, φ = 0 напруга U  співпадає із струмом І за фазою. В колі наступає явище резонансу напруг. При XL < ХС  (рисунок 3.3, в), UL < UС, φ < 0 напруга U  відстає за фазою від струму І на кут φ.

Рисунок 3.3 – Векторні діаграми напруг та струму для випадків:

а) – XL > ХС ;          

б) – XL = ХС ;          

в) – XL < ХС .

З умови резонансу напруг XL = ХС  (fL = 1/) випливає, що дане явище можна отримати зміною частоти f струму, індуктивності L котушки або ємності С конденсатора. Частота, при якій наступає явище резонансу напруг, називається резонансною і  визначають за формулою:

.

При резонансі напруг реактивний опір електричного кола дорівнює нулю  (Х = XL  ХС = 0), повний опір кола мінімальний (Z = R + Rк ), а струм у колі максимальний (І0 = U /(R + Rк ).

Для електричного кола (рисунок 3.1) активну P, реактивну Q і повну S потужності, а також коефіцієнт потужності cosφ визначають за формулами:

                      P = UI cos φ = I 2 (R + Rк );

                      Q = UI sіn φ = I 2 ( XL  ХС ) = I 2 X;

                       S = UI = I 2 Z =;

                       cos φ = P/S = (R + Rк )/Z= P/UI .

Значення cosφ показує, яку частину становить активна потужність P від повної S.

  

2 Опис лабораторної установки

Експериментальне дослідження лінійного нерозгалуженого електричного кола синусоїдного струму виконують на установці, електрична схема якої приведена на рисунку 3.4. Установка живиться від електричної мережі однофазного змінного струму через автоматичний вимикач SF і автотрансформатор ЛАТР.

З допомогою ЛАТРа на затискачах електричного кола встановлюють і підтримують сталим значення вхідної напруги U, (U = 40 80 В) задане викладачем. Однополюсні вимикачі SА1, SА2, SА3 використовують для отримання електричних кіл з різними приймачами. Вольтметром РV вимірюють вхідну напругу U, а також спади напруг UR, Uк , UC на окремих елементах електричного кола. Фазометром вимірюють значення кута зсуву фаз  між напругою U та струмом I, а також коефіцієнт потужності cos. Струм I вимірюють за допомогою амперметра РА. Частота мережі живлення електричного кола дорівнює 50 Гц.

Рисунок 3.4   Електрична схема для експериментального

дослідження  лінійного нерозгалуженого електричного кола синусоїдного струму

3 Програма роботи

3.1 Зібрати електричне коло (рисунок 3.4).

3.2 Після перевірки схеми викладачем ввімкнути вимикач SF.

3.3 Дослідити електричні кола (рисунок 3.4) синусоїдного струму окремо з резистором R, з конденсатором С та з котушкою індуктивності (з індуктивністю L та резистивним опором Rк). Експериментальні дані записати в таблицю 3.1.

Таблиця 3.1 Результати досліджень та обчислень

№ п/п

Дослідні дані

Обчислити

Реж.роб. елек. кола

U,В

I,А

, град.

cos

UR,B

Uк,B

UC,B

C,мкФ

R,Ом

Rк,Ом

Zк,Ом

XL,Ом

L,Гн

XС,Ом

URк,B

UL,B

P,Вт

Q,ВАр

1

R

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

2

L

-

-

-

-

-

3

C

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

3.4 Дослідити електричні кола синусоїдного струму з послідовним з'єднанням резистора R й котушки індуктивності (з індуктивністю L та резистивним опором Rк) та послідовним з'єднанням резистора R і конденсатора С. Експериментальні дані записати в таблицю 3.2.

Таблиця 3.2 Результати досліджень та обчислень

№  п/п

Дослідні дані

Обчислити

Реж.роб. елек. кола

U,В

I,А

, град.

cos

UR,B

Uк,B

UC,B

C,мкФ

Z,Ом

XL,Ом

XС,Ом

URк,B

UL,B

P,Вт

Q,ВАр

S, ВА

1

R- L

-

-

-

2

R- C

-

-

-

-

3.5 Дослідити коло синусоїдного струму з послідовним з’єднанням резистора R, котушки індуктивності (з індуктивністю L та резистивним опором Rк) і конденсатора С (рисунок 3.4), при різних значеннях ємності С в межах 0÷64,75 мкФ (провести 6÷8 дослідів). Експериментальні дані записати в таблицю 3.3.

Таблиця 3.3 Результати досліджень та обчислень

№ п/п

Дослідні дані

Обчислити

U,В

I,А

, град.

cos

UR,B

Uк,B

UC,B

C,мкФ

Z,Ом

XL,Ом

XС,Ом

URк,B

UL,B

P,Вт

Q,ВАр

S, ВА

1

2

3

4

5

6

7

8

Резон.

3.6 Змінюючи ємність конденсатора С отримати явище резонансу напруг. Експериментальні дані записати в таблицю 3.3.

4 Опрацювання результатів дослідів

4.1 Для всіх дослідів обчислити значення величин, вказаних в  графах Обчислити (таблиця 3.1… 3.3).

4.2 Побудувати в масштабі векторні діаграми напруг та струму для дослідів, вказаних в таблиці 3.1 і таблиці 3.2.

4.3 Побудувати в масштабі векторні діаграми напруг та струму для дослідів: XL > XC; XL = XC; XL < XC (таблиця 3.3)

4.4 Побудувати в одних координатних осях графіки: І = f(С);

  UR  = f(С); UL =  f(С); UC  = f(С); XC  = f(С);  = f(С), XL = f(С).

4.5 Зробити висновки з проведеної роботи.               

                                                  

5 Формули для обробки експериментальних даних

5.1 Основні формули для проведення обчислень згідно даних досліджень:

5.1.1 Таблиця 3.1.

а) R = UR /І; Р= І 2 R.

б) Zк = Uк /І; Rк = Zк cosφ; URк = Rк І, або  URк = Uк cosφ ;

UL =Uк sinφ, або , звідси визначаємо UL , а XL = UL; Q= І 2 XL; Р= І 2 Rк ;

в)  XC = UC / І ; Q= – І 2 X C .

5.1.2 Таблиця 3.3.

Z = U/І; Rе= Z cosφ; Rк = Rе – R (див.п.1 таблиця 3.1);

URк = І Rк, або URк= Uк cosφк ; UL = Uк sinφк , або , звідси визначаємо UL.

XL = UL(або Zк = Uк /І; Rк = Zк cosφ; XL= Zк sinφ);

XC = UC /І;  

Q = І 2 (XL – X C);      Р = І 2Rе;        S = U І.

6 Контрольні запитання

6.1 Від чого залежить значення кута зсуву фаз між векторами напруги та струму?

6.2 Які опори називають реактивно-індуктивним і реактивно-ємнісним та від чого залежать їхні значення?

6.3 Чим зумовлена наявність резистивного опору Rк в котушці індуктивності L?

6.4 Як впливає частота синусоїдної напруги на значення реактивно-індуктивного та реактивно-ємнісного опорів?

6.5 Що таке явище резонансу напруг і як його практично можна отримати?

6.6 Як визначається повний опір електричного кола з послідовним зєднанням резистора R, котушки індуктивності L та конденсатора  С ?

6.7 За якими формулами визначають активну, реактивну і повну потужності електричного кола синусоїдного струму?

6.8  Як визначити коефіцієнт потужності?

PAGE  30


EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

32760. Термодинамический метод исследования. Термодинамические параметры. Равновесные состояния и процессы, их изображение на термодинамических диаграммах 40 KB
  Равновесные состояния и процессы их изображение на термодинамических диаграммах. Состояние системы задается термодинамическими параметрами параметрами состояния. Обычно в качестве параметров состояния выбирают: объем V м3; давление Р Па Р=dFn dS где dFn модуль нормальной силы действующей на малый участок поверхности тела площадью dS 1 Па=1 Н м2; термодинамическую температуру Т К Т=273. Под равновесным состоянием понимают состояние системы у которой все параметры состояния имеют определенные значения не изменяющиеся с...
32761. Вывод уравнения молекулярно-кинетической теории идеальных газов для давления и его сравнения с уравнением Клайперона-Менделеева 59.5 KB
  Основное уравнение молекулярнокинетической теории идеального газа Это уравнение связывает макропараметры системы – давление p и концентрацию молекулс ее микропараметрами – массой молекул их средним квадратом скорости или средней кинетической энергией: Вывод этого уравнения основан на представлениях о том что молекулы идеального газа подчиняются законам классической механики а давление – это отношение усредненной по времени силы с которой молекулы бьют по стенке к площади стенки. Учитывая связь между концентрацией молекул в газе и его...
32762. Средняя кинетическая энергия молекул. Молекулярно-кинетическое толкование абсолютной температуры. Число степеней свободы. Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы молекул 51 KB
  Число степеней свободы. Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы молекул. Число степени свободы молекул. Закон равномерного распространения энергии по степеням свободы молекул.
32763. Работа газа при изменении его объёма. Количество теплоты. Теплоёмкость. Первое начало термодинамики 16.59 KB
  Количество теплоты. Количество теплоты мера энергии переходящей от одного тела к другому в данном процессе. Количество теплоты является одной из основных термодинамических величин. Количество теплоты является функцией процесса а не функцией состояния то есть количество теплоты полученное системой зависит от способа которым она была приведена в текущее состояние.
32764. Приминение первого начала термодинамики к изопроцессам и адиабатному процессу идеального газа. Зависимость теплоёмкости идеального газа от вида процесса 88 KB
  Приминение первого начала термодинамики к изопроцессам и адиабатному процессу идеального газа. Зависимость теплоёмкости идеального газа от вида процесса. Тогда для произвольной массы газа получим Q=dU=mCvT M Изобарный процесс p=const. При изобарном процессе работа газа при расширении объема от V1 до V2 равна и определяется площадью прямоугольника.
32765. Работа, совершаемая идеальным газом в различных процессах 32 KB
  Работа совершенная идеальным газом в изотермическом процессе равна где число частиц газа температура и объём газа в начале и конце процесса постоянная Больцмана. Работа совершаемая газом при адиабатическом расширении численно равная площади под кривой меньше чем при изотермическом процессе. Работа совершаемая газом при изобарном процессе при расширении или сжатии газа равна = PΔV. Работа совершаемая при изохорном процессе равна нулю т.
32766. Адиабатный процесс. Уравнение Пуассона для адиабатного процесса 28 KB
  Уравнение Пуассона для адиабатного процесса. Уравнение адиабаты уравнение Пуассона.18 после соответствующих преобразований получим уравнение адиабаты: TVg1 = const или pVg = const.20 Уравнение 13.
32767. Политропический процесс. Теплоёмкость газа в политропическом процессе 28.5 KB
  Политропический процесс. Теплоёмкость газа в политропическом процессе. Рассмотренные выше изохорический изобарический изотермический и адиабатический процессы обладают одним общим свойством имеют постоянную теплоемкость. Термодинамические процессы при которых теплоемкость остается постоянной называются политропными.
32768. Закон Максвелла для распределения молекул идеального газа по скоростям и энергиям 26.5 KB
  Закон Максвелла для распределения молекул идеального газа по скоростям и энергиям. Закон распределения молекул идеального газа по скоростям закон Максвелла определяет вероятное количество dN молекул из полного их числа N число Авогадро в данной массе газа которые имеют при данной температуре Т скорости заключенные в интервале от V до V dV: dN N=FVdV FV функция распределения вероятности молекул газа по скоростям определяется по формуле; FV=4πM 2πRT3 2 V2 expMV2 2RT где V модуль скорости молекул м с; абсолютная...