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

20109. Временные характеристики линейных звеньев 49 KB
  Переходная функция и функция веса. Динамические свва звеньев можно определить по их переходным функциям и функциям веса. Переходная функция ht такой переходной процесс который возникает на выходе динамического звена при подаче на вход звена единичного ступенчатого скачка. Весовая функция Rt представляет собой реакцию звена на единичную импульсную функцию поданную на вход.
20110. Передаточные функции динамических звеньев. Частотные передаточные функции и частотные характеристики 33 KB
  Их получают при рассмотрении вынужденного движения системы или звена когда на вход подаётся гармоническое воздействие вида : x1 = Aвхsin wt 1 Рассмотрим динамическое звено : При подаче на его вход сигнала 1 если звено линейное на выходе получается сигнал вида : y = Авыхsinwt j 2 j cдвиг фазы Для удобства принимают символическую форму записи sin or cos через ряд : sin wt = ejwt поэтому: sinwt j = еjwt ...
20111. Позиционные, интегрирующие и дифференцирующие типовые динамические звенья их частотные характеристики 45.5 KB
  Типовое динамическое звено описываемое уравнением не выше второго порядка так как реальные звенья составляются на основании законов выражаемых уравнениями не выше второго порядка.1 Безинерционное идеальное звено звено которое в установившемся режиме и в переходном режиме описывается уравнением y = kx На практике идеальным звеном принимают то звено у которого постоянная времени значительно меньше постоянной времени последующих звеньев 1.2 Апериодическое звено первого порядка звено которое...
20112. Структурные схемы систем автоматического управления 903 KB
  Структурной схемой называется схема отражающая взаимодействие динамических звеньев в процессе работы системы. Может содержать: 1 элемент с 1 входом и 1 выходом 1 элемент 2 входа и 1 выход узел сумматор сравнивающее устройство Последовательное соединение динамических звеньев Общая передаточная функция равна произведению составляющих функций динамических звеньев Параллельное соединение Встречнопараллельное соединение общая передаточная функция если обратная связь отрицательна если обратная связь положительна Если в...
20113. Качество переходных процессов. Частотные показатели качества САР 44 KB
  При этом используют АЧХ замкнутой системы Фjw АЧХ разомкнутой системы Wjw ВЧХвещественночастотная характеристика замкнутой системы Uw.22π Wm 2Использование ВЧХ замкнутой системы для оценки качества. Для устойчивых автоматических систем ВЧХ связана с переходной функцией ht следующей зависимостью: Используя это соотношение можно косвенно оценить границы переходного процесса по амплитуде и длительности. Для того чтобы косвенно судить о качестве рассмотрим свойства ВЧХ и свойства и свойства соответствующих им переходных...
20114. Синтез последовательных корректирующих звеньев 130.5 KB
  Рассмотрим основные виды обр. Жесткая отрицательная обр. связь осуществляется за счет охвата некоторого элемента сисмы обр. связью с передаточной функцией усилительного звена то есть в цепи обр.
20115. Шлифовальные станки. Их классификация 7.26 MB
  Шлифовальные станки. В зависимости от вида обработки шлифовые станки подразделяются на: станки общего назначения; специализированные станки. Круглошлифовальные станкию.
20116. Причины возникновения погрешностей измерительных устройств 27 KB
  Погрешности схемы прибора. Технологические погрешности. Динамические погрешности. Температурные погрешности.
20117. Методы размерного точностного синтеза. 104.5 KB
  Основная задача: выбор номинальных параметров измерительной цепи по критерию min теоретической погрешности. С точки зрения min погрешности существуют 3 категории ИУ: Устройство которые должны иметь min погрешность только при определенном значении входного сигнала. Для них min погрешность это min наклон погрешности Все остальные ИУ у которых при любом значении входного сигнала одинакова неприятна теоретическая погрешность. Min погрешность для них min модуля максимума погрешности.