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

8 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

36492. Розподіл середньої кінетичної енергії за ступенями вільності для обертального руху 189.71 KB
  Кількість молекул всі вони незалежні. Кожна молекула характеризується у просторі кругових частот величинами . Імовірність потрапити молекулам у елементарний обєм має вигляд . Знайдемо середню кінетичну енергію обертального руху виділеної молекули що припадає на один ступінь вільності при обертанні навколо осі навіщо нам чіплятись до осі вісь нічим не гірша.
36493. Термічна ефузія 238 KB
  Кількість зіткнень з нею за одиницю часу становить за законом косинусу . Повна кількість молекул у такому обємі становить . Цей простір буде також необмежений тому ми можемо вважати кількість комірок у ньому нескінченною. Скористаємось формулою Больцмана де у нашому випадку у знаменнику немає обмеження оскільки кількість комірок є нескінченною .
36494. Основи вакуумної техніки 120.78 KB
  Мірою кількості газу що переміщується у системі є величина яка згідно із рівнянням стану ідеального газу може бути записана як . Вакуумники люди консервативні тому міра газу визначається у несистемних одиницях : лмм рт. або лтор а всі розрахунки кількості газу ми будемо вести на одиницю часу. Швидкістю відкачки насосу будемо називати такий обєм газу який входить за одиницю часу до насосу і виміряний при тискові який має місце біля його входу .
36495. Термічна дифузія 233.6 KB
  Перший доданок являє собою потік взаємної дифузії молекул 1 газу а другий термодифузійний потік. На рисунку вихідні сталі відносні концентрації змінились і набули вигляду концентрація молекул першого газу біля першої пластини; концентрація молекул першого газу біля другої пластини; концентрація молекул другого газу біля першої пластини; концентрація молекул другого газу біля другої пластини. В результаті такої конвекції нагріта частина газу рухається відносно холодної створюючи провиток. Очевидно що температура газу поблизу проволоки...
36496. Взаємна дифузія 175.31 KB
  Згідно із основним рівнянням переносу можна записати ; . Згідно із рівнянням Фіка яке справедливо і для суміші газів коефіцієнт дифузії першого газу у суміші двох газів . Рівняння політропного процесу робота при цьому процесі Ізотермічний і адіабатний процеси це процеси ідеалізовані. Запишемо для нього рівняння.
36497. Квантовий підхід Дебая-Борна 315.41 KB
  Хоча швидкості молекул змінюються у стані термодинамічної рівноваги властивості газу залишаються сталими. Насправді закон про статистичний закон розподілу молекул за швидкостями можна сформулювати так : скільки молекул газу або яка їх частка мають швидкості значення яких лежать у деякому інтервалі наближеному до заданої швидкості Зрідження газів і методи одержання низьких температур. Рівняння ВандерВаальса показує що будь який газ може бути переведеним в рідкий стан але необхідною умовою для цього є попереднє охолодження газу до...
36498. Рівняння Ван-дер-Ваальса 238.96 KB
  Дія відштовхування зводиться до того що молекула не допускає проникнення у свій обєм інших молекул. Отже сили відштовхування враховуються через деякий ефективний обєм молекул. Якщо газ у нас не дуже стиснутий то взаємодії між молекулами будуть лише парні участь третьої четвертої та інших молекул малоймовірна. Припустимо що у посудині із обємом знаходяться лише дві однакові молекули.
36499. Розподіл газових молекул за проекціями (напрямками) швидкостей 3.96 MB
  Переписавши ось у такому вигляді отримане рівняння визначимо фізичний зміст цієї функції. У вибраній нами системі координат у просторі швидкостей відстань до початку координат і є модуль швидкості отже Тепер ми можемо записати таке рівняння . Такого роду рівняння мають назву функціональних. Для їх визначення ми повинні знайти два незалежних рівняння.
36500. Розподіл молекул у полі сил. Формула Больцмана. Барометрична формула. Дослід Перрена по визначенню числа Авогадро 258.99 KB
  Наявність зовнішньої сили призведе до того що молекули у просторі будуть розміщені неоднорідно отже створюватимуть у різних точках простору різний тиск. Для осі ця різниця тисків на грані паралелепіпеда перпендикулярні осі де зміна тиску на одиницю довжини; зміна тиску на бічних гранях; площа граней. Згадаємо що ; відповідно повні диференціали зміни тиску та потенціальної енергії. Повний диференціал зміни тиску газу дорівнює добутку концентрації молекул на повний диференціал зміни потенціальної енергії молекули взятому з...