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

6699. Закономерности антропогенеза. Генетическая программа и программа социальная наследование в развитии современного человека 26.77 KB
  Закономерности антропогенеза Биологические предпосылки. Биосоциальная природа человека и процесс антропогенеза. Генетическая программа и программа социальная наследование в развитии современного человека. Расы современного че...
6700. Биологические основы паразитизма и трансмиссивных заболеваний 25.98 KB
  Биологические основы паразитизма и трансмиссивных заболеваний. Характеристика паразитизма. Взаимодействие паразитов и хозяина. Трансмиссивные и природно-очаговые заболевания. Живые организмы находятся в биотическом окружении, поэто...
6701. Медицинская протозоология. Характерные признаки простейших и их представители 25.22 KB
  Медицинская протозоология. Характерные признаки простейших. Представители. Один из разделов медицинской паразитологии - медицинская протозоология. Она изучает паразитических простейших, вопросы патогенеза, терапии заболеваний, диагн...
6702. Гельминтология. Характерные признаки типа Плоские черви - Plathelmintes 26.13 KB
  Гельминтология. Введение в гельминтологию. Характерные признаки типа Плоские черви - Plathelmintes. Класс Сосальщики - Trematoda. Класс Ленточные черви - Cestoda. Характеристика типа Круглые черви Гельминтология...
6703. Членистоногие (Arthopoda). Класс паукообразные 26.06 KB
  Тип Членистоногие (Arthopoda) Общая характеристика. Класс паукообразные. Членистоногие - самый многочисленный тип. Характерные признаки: двусторонняя симметрия трехслойная организация гетерономная метамерия...
6704. Членистоногие. Тип Членистоногие. Подтип Трахейнодышащие. Класс Насекомые 25.32 KB
  Тип Членистоногие. Подтип Трахейнодышащие. Класс Насекомые. Насекомые произошли от 1 из групп многоножек перешедших к жизни на земле. Организация усложнялась, появлялись приспособления к наземному образу жизни. Насекомых очень много и они распростра...
6705. Человек и биосфера. Человечество как активный элемент биосферы. Ноосфера 29.05 KB
  Человек и биосфера. Биосфера как историческая система. Современные концепции. Организация биосферы - живое вещество, количественная и качественная характеристика биосферы. Эволюция биосферы. Человечество как активный эл...
6706. Биологические ритмы и их закономерности. Хронобиология 26.93 KB
  Биологические ритмы и их закономерности. Хронобиология. С понятием ритм связана организация живой материи. Ритмос - соразмерность. 1751- часы цветов Карла Линнея. В настоящее время все ученые знают, что одно из фундаментальных свойств организмов...
6707. Экология как наука. Введение в экологию человека 30.25 KB
  Экология как наука. Введение в экологию человека. Определение и строение экологии. Среда как экологическое понятие. Факторы среды. Особенности экологии человека. Охрана природы. Рациональное природопользование. Основные...